虚拟样机在铲运机工作装置设计中的应用

论文摘要

铲运机是地下无轨采矿设备中的主要设备之一。铲运机工作装置作为实现铲、装、运、卸的重要机构,它的设计合理性将直接影响到整机性能。本文将虚拟样机技术应用到铲运机工作装置设计中来,通过运动学、动力学仿真及分析,为铲运机工作装置的设计提供可靠依据。主要工作有:首先,分析了铲运机反转六杆机构工作装置的运动规律和结构特点,建立了铲运机工作装置较为完整的、通用的数学模型。其次,在Solidworks中建立了工作装置的三维实体模型并进行了虚拟装配。通过仿真,得到工作装置的运动学、动力学特性曲线,并对该工作装置进行了三维可视化干涉检查、运动轨迹、运动学分析,验证了所建立的运动学数学模型的正确性。然后,对工作装置主要零部件进行了有限元分析,证明了该工作装置的强度是安全可靠的。最后,进行了现场试验,采集了一系列试验数据,与仿真数据进行比较,以证明模型的正确性,方法的合理性以及仿真的可信度。本文为铲运机工作装置设计和研究提供了一种高效、可行、直观的设计手段,所得结论不仅对工作装置虚拟样机研究和设计性能评定具有重要的指导意义,而且对其它类型连杆机构工作装置的虚拟样机的建立具有一定参考价值。最重要的是,通过现场试验证明了计算机模型的正确,实际设计中用虚拟样机部分替代物理样机是可行可靠的,对于一线的设计及生产工作具有实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 铲运机概述
• 1.2 铲运机工作装置
• 1.3 国内外现状
• 1.4 虚拟样机研究的发展状况
• 1.4.1 虚拟样机的概念
• 1.4.2 虚拟样机技术的优势
• 1.4.3 虚拟样机涉及的技术
• 1.4.4 虚拟样机应用现状和发展趋势
• 1.5 课题背景及意义
• 1.5.1 铲运机工作装置设计中存在的问题
• 1.5.2 虚拟样机应用于工作装置设计的意义
• 1.5.3 课题来源
• 1.5.4 课题研究的内容
• 第2章 工作装置设计原则及数学模型确立
• 2.1 性能指标及设计方法
• 2.2 工作装置运动学及动力学分析
• 2.2.1 运动学分析
• 2.2.2 力学分析
• 2.3 其他参数
• 2.3.1 卸载高度与卸载距离
• 2.3.2 铲斗额度载重量
• 2.3.3 工作时间
• 第3章 参数化建模、装配及仿真
• 3.1 开发工具SolidWorks简介
• 3.2 零件建模
• 3.3 装配
• 3.3.1 装配的基本概念
• 3.3.2 组件装配
• 3.3.3 部件装配
• 3.4 初步仿真
• 3.4.1 干涉分析
• 3.4.2 工作模拟
• 第4章 工作装置虚拟样机运动学及动力学分析
• 4.1 COSMOS Motion简介
• 4.2 运动学分析
• 4.3 动力学分析
• 4.3.1 工作阻力分析
• 4.3.2 动力学分析
• 第5章 工作装置虚拟样机的有限元分析
• 5.1 有限元方法概述
• 5.2 COSMOS Works简介
• 5.3 工作装置有限元分析
• 5.3.1 建立动臂有限元模型
• 5.3.2 有限元模型求解及结果分析
• 第6章 试验与研究
• 6.1 试验
• 6.2 试验数据分析
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果