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矿用挖掘机提升机构传动系统动力学及可靠性研究

钱正坤  
【摘要】:矿用挖掘机提升机构作为采矿施工过程中的重要机构之一,其工作性能和可靠性将对挖掘机的整体性能产生重大的影响。在恶劣的矿山环境中,提升机构不仅承受巨大的载荷作用,同时由于工作环境的不确定性和操作人员的不确定性,使得在每次挖掘过程中载荷具有较大的随机性。因此,研究随机工况作用下提升机构传动系统的动态可靠性意义重大。本论文以太原重型机械集团有限公司(以下简称太原重工)研发的WK-55机械正铲式矿用挖掘机为研究对象,在深入分析提升机构传动系统的主要失效模式基础上,同时考虑载荷多次作用效应和结构强度退化,建立提升机构传动系统关键零部件的动态可靠性模型。本论文内容如下:(1)根据太原重工提供的资料,本论文采用UG三维建模软件,建立提升机构传动系统的三维实体模型。通过x_t格式文件将传动系统的三维模型转换到ADAMS动力学软件中,并添加约束,建立传动系统的动力学模型。使用ANSYS软件,对传动系统中的二级齿轮轴柔性化处理,同时导出MNF文件。通过ADAMS软件中“Rigid to Flex”命令,替换原来的刚性二级齿轮轴,并建立提升机构传动系统的刚柔耦合动力学模型。(2)根据动力学仿真数据,获得传动系统中零部件的动载荷—时间历程。再根据赫兹接触理论和弯扭强度合成理论,得到各级齿轮和二级齿轮轴的应力—时间历程。使用雨流循环计数法对零部件的动应力进行统计分析,获得零部件动应力的概率分布形式以及分布参数。(3)将挖掘过程中的每一次“挖掘—回转卸载—卸载—回转至工作面”循环视为载荷作用一次。根据载荷多次作用原理,经计算得到传动系统的可靠度与时间的关系。本论文使用Gamma函数描述结构强度退化过程,并结合材料P-S-N曲线估计Gamma函数中的两个特征参数。(4)使用Kriging代理模型技术,构建各级齿轮结构功能函数的代理模型,并进行误差分析。同传统的多次调用有限元计算结构可靠度方法相比较,代理模型能有效的提高计算效率。根据结构功能函数,同时采用蒙特卡罗随机抽样法和Kriging代理模型技术,求得传动系统中各级齿轮的可靠度。


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