连续采煤机行走部动力学分析及其疲劳可靠性研究

论文摘要

连续采煤机是现代化的采掘设备,不论是在房柱式采煤还是在长壁工作面煤巷掘进中,都具有很好的经济效益和社会效益。履带行走装置是连续采煤机的重要组成部分,在连续采煤机工作过程中,履带行走装置承受着来自煤壁及底板的巨大载荷,直接影响连续采煤机的工作可靠性。传统的产品开发模式是通过对物理样机的型式试验及其工业性试验,进行试验数据分析并修改结构及其参数,达到使所开发产品性能优化的目的。这种产品开发模式需要较长的开发时间,又要耗费大量的人力物力,导致开发成本增加,开发周期延长,利润降低,市场竞争力下降。所以有必要在计算机中创造一个履带行走装置工作的虚拟环境,在这个虚拟环境中对履带行走装置进行仿真分析。这样一来开发成本大大降低,开发周期也会缩短,同时产品的市场竞争力也会大幅度提升。本文针对连续采煤机履带行走装置展开研究。首先,在分析履带行走装置构造及工作原理的基础上,对履带行走装置的行驶阻力进行理论计算,为履带行走装置动力学仿真提供外部载荷。然后,介绍了可靠性的相关知识,列举连续采煤机故障次数及故障时间统计,并进行分析计算,找出履带行走部是连续采煤机的主要故障点,应重点对其进行可靠性分析。接着,以多体系统动力学理论为基础,建立了连续采煤机履带行走装置的虚拟样机模型,在建立模型过程中,最为复杂的可谓施加接触力。在运行时行走装置的驱动轮、导向轮、履带架与履带板都会产生接触力作用。庞大的接触力利用通常的方法一个一个的施加是不准确的,也是不能实现的。只能利用ADAMS本身自带的宏命令语句来施加繁多的接触力。利用编写的宏命令中的循环语句可以方便地施加繁多的接触力,必要时还可以对模型进行参数化处理。随后将履带行走装置的三维模型施加约束、接触力及外部载荷,从而建立其动力学仿真模型,在ADAMS/View虚拟环境下对前进、后退、爬坡、转向等各种运行情况下的履带行走装置进行动力学仿真分析,获得了履带行走装置的一些动力学特性。最后基于UG软件的NX Nastran模块对驱动轮进行有限元强度及疲劳可靠性分析,得到驱动轮的应力分布、位移变形及疲劳寿命等情况。本文通过对连续采煤机履带行走装置进行动力学仿真及疲劳可靠性研究,为连续采煤机履带行走装置的设计提供了技术依据,也为其他大型履带行走装置(比如推土机等)的动力学特性研究提供了方法,对于减少产品开发过程中样机的制造成本,缩短开发周期,都有现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 小结
• 第二章 连续采煤机履带行走装置特点及其载荷分析
• 2.1 连续采煤机概述
• 2.1.1 连续采煤机的组成
• 2.1.2 连续采煤机的基本特点
• 2.1.3 连续采煤机的工作原理
• 2.1.4 连续采煤机的工作方式
• 2.2 连续采煤机履带行走装置结构特点
• 2.3 履带行走装置行驶阻力计算
• 2.4 小结
• 第三章 连续采煤机的可靠性分析
• 3.1 可靠性相关理论
• 3.1.1 可靠性的定义
• 3.1.2 可靠性特征量
• 3.2 连续采煤机可靠性模型
• 3.3 连续采煤机及各子系统可靠性指标
• 3.4 小结
• 第四章 连续采煤机履带行走装置的动力学分析
• 4.1 动力学仿真模型的建立
• 4.1.1 基于UG 的连续采煤机履带行走装置的建模
• 4.1.2 仿真模型的简化以及说明
• 4.1.3 施加约束
• 4.1.4 利用宏施加接触力
• 4.1.5 施加外部载荷
• 4.2 动力学仿真分析
• 4.2.1 前进动力学仿真
• 4.2.2 后退动力学仿真
• 4.2.3 爬坡动力学仿真
• 4.2.4 转向动力学仿真
• 4.3 仿真数据的导出
• 4.4 小结
• 第五章 基于NX Nastran 的驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.1 疲劳可靠性介绍
• 5.1.1 软件介绍
• 5.1.2 结构件疲劳可靠性寿命分析流程
• 5.2 驱动轮静力学有限元分析
• 5.2.1 连续采煤机前进时驱动轮静力学有限元分析
• 5.2.2 连续采煤机后退时驱动轮静力学有限元分析
• 5.2.3 连续采煤机爬坡时驱动轮静力学有限元分析
• 5.2.4 连续采煤机转向时驱动轮静力学有限元分析
• 5.3 驱动轮的疲劳可靠性分析
• 5.3.1 连续采煤机前进时驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.3.2 连续采煤机后退时驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.3.3 连续采煤机爬坡时驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.3.4 连续采煤机转向时驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.4 过载条件下驱动轮疲劳可靠性分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文