WK-75型矿用挖掘机斗齿的磨损分析及结构改进

发布时间：2017-10-18 15:43

  本文关键词：WK-75型矿用挖掘机斗齿的磨损分析及结构改进

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【摘要】：机械式矿用挖掘机具有斗容量大、生产效率高、工作性能稳定等特点,是大型露天矿开采的关键设备。斗齿是挖掘机上的重要部件,安装在铲斗的最前端,在挖掘过程中直接和岩石、矿石、沙土等物料接触,磨损十分严重,消耗量巨大。目前,从斗齿材料、热处理方式、制造工艺等方面提高斗齿耐磨性的研究工作比较多,而且取得了一定的成果,但从改进斗齿形状提高耐磨性的研究相对较少,还停留于实践和感知认识阶段,缺乏深入的理论研究。逐渐形成的“斗齿越厚越耐磨”的观点无形之中增加了制造成本。因此,有必要对斗齿进行磨损分析,并通过改进斗齿结构提高其耐磨性。课题得到了国家高技术研究发展计划(863计划)项目“75m3大型露天矿用挖掘机研制”(NO.2012AA062001)的资助。本文对WK-75型矿用挖掘机斗齿磨损问题进行了研究,主要研究内容如下:首先,在查阅大量国内外相关文献的基础上,综述了斗齿的国内外研究现状和离散单元法在铲斗设计上的应用,提出了借助离散单元法对斗齿的磨损进行分析的研究思路。其次,基于UG软件建立了斗齿的三维参数化模型,分析了挖掘过程中斗齿的受力情况,探究了斗齿在不同工况下的磨损机理,修正了高冲击工况下斗齿的磨损模型。然后,对机械式矿用挖掘机的工作装置运动原理进行了分析,得到了在挖掘阻力最小情况下的理想挖掘轨迹,并对该轨迹用三个方向的匀变速运动进行了拟合,拟合后的轨迹与理想轨迹之间的最大误差为3%,证明了拟合的可行性,能够为后续在EDEM软件中进行磨损仿真分析提供运动参数。最后,基于EDEM软件建立了挖掘物料过程中斗齿的磨损仿真模型,对比分析了铲斗主要部分受力情况、接触能量和磨损深度值,证明了斗齿是铲斗上受力最大、磨损最严重的部件,与实际情况相符,验证了仿真模型的正确性。对斗齿进行磨损分析,得到了斗齿磨损的分布情况以及斗齿的接触能量、磨损深度、磨损速率随时间变化规律。在此基础上,分析了物料性能和斗齿结构参数对斗齿磨损量的影响,改进了斗齿结构,改进后斗齿的平均磨损深度由2.8μm变为1.35μm,斗齿受力的最大值由2.4×106N变为1.6×106N。本文的研究工作为斗齿的结构设计提供了参考,并对提高大型矿用挖掘机整体的生产效率和经济性能具有一定的意义。
【关键词】：机械式矿用挖掘机 斗齿 磨损 离散单元法
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD422.2
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 斗齿的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 斗齿材料的国内外研究现状12-14
• 1.2.2 斗齿结构的国内外研究现状14-15
• 1.3 离散单元法在铲斗设计中的应用15-19
• 1.3.1 离散单元法在装载机铲斗设计中的应用15-16
• 1.3.2 离散单元法在拉铲挖掘机铲斗设计中的应用16-17
• 1.3.3 离散单元法在大型矿用挖掘机铲斗设计中的应用17-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 第二章 斗齿的参数化设计和磨损机理分析21-35
• 2.1 斗齿的参数化设计21-28
• 2.1.1 参数化工具概述21-22
• 2.1.2 斗齿的结构22-23
• 2.1.3 参数化模型的创建23-28
• 2.2 斗齿的磨损机理分析28-33
• 2.2.1 挖掘过程中斗齿的受力分析28-29
• 2.2.2 不同工况下斗齿磨损机理分析29-31
• 2.2.3 斗齿磨损模型的简化和修正31-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 工作装置运动原理及挖掘轨迹分析35-45
• 3.1 工作装置的结构组成35-36
• 3.2 工作装置的运动过程36-37
• 3.3 工作装置运动的简化37-38
• 3.4 斗齿尖理想挖掘轨迹模型38-40
• 3.5 理想挖掘轨迹的拟合40-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 基于离散元法的斗齿磨损仿真分析45-63
• 4.1 离散单元法基本理论45-48
• 4.1.1 离散单元法的基本概念45-46
• 4.1.2 离散单元法的接触模型46-47
• 4.1.3 EDEM软件介绍47-48
• 4.2 磨损仿真模型的建立和计算48-57
• 4.2.1 接触模型的选取48-52
• 4.2.2 接触参数的设置52
• 4.2.3 颗粒模型的创建52-54
• 4.2.4 几何体的创建和运动参数的施加54
• 4.2.5 颗粒工厂的生成54-56
• 4.2.6 仿真前参数的设置56-57
• 4.3 铲斗挖掘过程的磨损仿真结果分析57-62
• 4.3.1 挖掘过程中铲斗的受力57-59
• 4.3.2 铲斗磨损发生部位的预测59
• 4.3.3 斗齿磨损分布规律59-61
• 4.3.4 斗齿的接触能量和磨损深度61-62
• 4.3.5 斗齿的磨损速率62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 斗齿磨损影响因素分析及结构改进63-77
• 5.1 斗齿磨损影响因素分析63-73
• 5.1.1 不同物料粒度和物理特性对斗齿磨损的影响63-68
• 5.1.2 挖掘不同种类岩石对斗齿磨损的影响68-70
• 5.1.3 斗齿结构对斗齿磨损的影响70-73
• 5.2 斗齿的结构改进研究73-76
• 5.2.1 斗齿的结构改进方案73-74
• 5.2.2 斗齿的结构改进前后对比分析74-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85

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本文编号：1055809