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井下装载机工作装置性能提升及结构优化研究

刘钊  
【摘要】: 井下装载机是地下矿山无轨采掘作业必备的主体设备之一,它依靠自身工作装置的运动来完成物料的装、运、卸,因此工作装置的结构和性能直接影响整机的工作尺寸和性能参数。工作装置设计包括连杆机构的结构参数设计和工作装置各部件的结构设计。本文以某型号井下装载机工作装置为例,对其连杆机构的结构参数进行优化设计。针对Z型反转六杆机构结构特点,设计开发了连杆机构优化设计软件,而后分别对优化前后工作装置进行多刚体运动学和动力学仿真分析,并对在静态载荷下工作装置的受力状况进行有限元分析。主要研究内容包括: 1.对工作装置三维立体模型进行处理,推导出杆系几何结构基本关系式,建立连杆机构优化设计数学模型,采用约束复合形法的改进算法,对连杆机构结构参数进行优化,优化之后工作装置的动力性能和卸料性能得到不同程度的提高。 2.结合工作装置六杆机构特点,利用MATLAB软件GUIDE平台,设计开发了集井下装载机工作装置运动仿真、动态显示、齿尖运动轨迹及性能曲线和数据自动生成于一体的优化设计软件,通过对某型号井下装载机优化前后工作装置运动分析仿真计算对比和装载机铲斗齿尖运动轨迹的测量实验,验证了所开发软件的正确性和可靠性。 3.建立了井下装载机工作装置虚拟样机数字模型,对优化设计前后工作装置进行多刚体运动学和动力学仿真计算,获得工作装置各重要杆件和铰接点的运动特性和动力学特性,精确地反映了井下装载机工作装置的实际运动过程和受力状态,为更加合理地进行各构件质量的分配和强度分析计算提供了重要依据。 4.建立了井下装载机工作装置有限元模型,对典型工况进行静力学分析,找出工作装置应力集中处和应力最大值,并通过对工作装置反复修改、重新建模、计算,确定动力学修改最佳方案,使工作装置的应力状态达到最佳水平。


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