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调度绞车的优化设计与仿真分析

杜明明  
【摘要】:调度绞车主要用于煤矿井下的开拓掘进、上下山运输以及井地车场中间巷道调度编组矿车,可供矿山地面、冶金矿场或者建筑工地进行地面调度或其他辅助运输搬运工作。调度绞车性能的好坏直接关系到煤矿井下生产的安全性和可靠性,特别是在井下空间不足、环境恶劣等工况中,设计出轻便、可靠、安全的调度绞车具有十分重要的意义。本文针对当前调度绞车存在传动结构复杂、安装不便以及制动装置可靠性低、制动不灵敏等问题,研究了一种由一级定轴轮系加一级行星轮系组成的复合轮系作为传动系统和由人力盘式制动装置作为制动系统的调度绞车。首先,以JD-1型调度绞车为对象,从执行系统、传动系统和制动系统等三部分,对其主要零部件进行了设计和校核;并对调度绞车结构中的辅助构件进行了选型和设计。其次,利用SolidWorks软件建立了调度绞车的三维装配模型,并运用虚拟样机技术对传动系统进行了运动学和动力学仿真分析,得到了传动系统的输入、输出角速度曲线和齿轮啮合力时域图,将仿真值与理论值进行了对比,结果表明误差较小;同时对行星轮系进行了优化设计。再次,针对卷筒受载较大的情况,采用有限元方法对其进行了静力学分析、模态分析和优化设计。通过静力学分析得到了卷筒的应力和总变形云图,对比理论值可知,卷筒强度满足设计要求;对卷筒进行模态分析,得到了其固有频率和振型,并通过改进卷筒结构,消除了卷筒与外部激励的共振现象;采用优化设计方法,实现了卷筒的轻量化。最后,利用AMESim软件对制动系统进行了仿真分析,得到了制动力和需液量随时间变化的曲线以及制动力和操作杆力关系曲线,通过与理论值对比表明,制动系统是可行的;利用ABAQUS软件对制动器进行了热分析,得到了制动器的温度云图和节点温度变化曲线,所得结果均符合实际工作情况。本文通过对调度绞车的设计、校核以及仿真分析,形成了一套较为完整的设计方法,依据此方法能够实现对调度绞车的优化设计,从而提高设备的使用性能,对于调度绞车今后的研究和发展具有一定的参考价值。


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