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大型矿用挖掘机提升减速器可靠性优化设计

发布时间:2018-06-10 00:13

  本文选题:大型矿用挖掘机 + 提升减速器 ; 参考:《电子科技大学》2017年硕士论文


【摘要】:作为露天矿产主要的采装设备之一,大型矿用挖掘机因其斗容量大、开采效率高等特点得到了广泛的应用。然而,恶劣的工作环境和复杂的受载情况等因素严重制约着挖掘机可靠性和安全性的提升。提升减速器作为大型矿用挖掘机提升机构的重要组成部分,其是挖掘动力的传输者和挖掘过程中载荷的主要承受者,它的可靠性及耐久性直接影响到工作过程中挖掘机的性能和安全性。因此,对大型矿用挖掘机提升减速器的可靠性研究具有非常重要的意义。工程中不确定性普遍存在于提升减速器全寿命周期中的不同阶段,贯穿于其设计、制造、使用等过程;此外提升减速器关键零部件往往拥有多种可能的失效模式,而当前针对其可靠性建模的研究中并未考虑这些失效模式间的相关性,这将导致后续可靠性分析、优化结果偏离实际,甚至得到错误的结论。因此,有必要对大型矿用挖掘机提升减速器开展不确定性量化和失效相关在内的可靠性优化设计工作,这也是保证其安全、可靠和有效运行的基础。本文以WK-55型大型矿用挖掘机提升减速器为研究对象,对其关键零部件进行了可靠性优化设计,本文的主要研究内容如下:(1)针对提升减速器中存在的诸多不确定性因素,从设计、制造、使用三环节对提升减速器中轴、齿轮以及箱体进行不确定性分析,并选用合适的方法量化各种不确定性因素。(2)针对现有的提升减速器轴、齿轮可靠性研究工作中未考虑失效相关性问题,采用二元Copula函数描述失效相关性,进而建立轴失效相关时的联合寿命分布模型。不仅如此,建立了相互啮合的齿轮在考虑子系统失效相关下的联合寿命分布模型,紧接着建立了其考虑不确定性和失效相关下的可靠性优化设计模型,得到了相应设计参数的最优取值,最后与原始方案进行了比较分析。(3)为改善箱体的静力学和动力学性能,避免求解复杂的动力学平衡方程,建立了箱体的参数化模型,在参数化模型的基础上对箱体进行了相应的仿真分析。通过分析仿真试验数据得到箱体的固有频率、体积、形变、应力与设计变量间的径向基代理模型,进一步建立了箱体的可靠性优化设计模型并求解得到了最优解,最后通过仿真分析验证了本方法的可行性。
[Abstract]:As one of the main mining equipment in opencast, large excavator has been widely used because of its large bucket capacity and high mining efficiency. However, the poor working environment and complex load condition seriously restrict the reliability and safety of excavator. As an important part of the lifting mechanism of large mining excavator, the hoisting reducer is the transmission of excavating power and the main bearing of load during excavation. Its reliability and durability directly affect the performance and safety of excavators. Therefore, it is of great significance to study the reliability of lifting reducer of large mine excavator. The uncertainty in engineering generally exists in different stages of the whole life cycle of the hoisting reducer, which runs through the design, manufacture and use of the reducer. In addition, the key parts of the hoisting reducer often have many possible failure modes. However, the correlation between these failure modes has not been considered in the current research on reliability modeling, which will lead to the subsequent reliability analysis, the optimization results deviate from the reality, and even the wrong conclusions are obtained. Therefore, it is necessary to carry out the reliability optimization design including uncertainty quantification and invalidation correlation to the lifting reducer of large mining excavator, which is also the basis to ensure its safe, reliable and effective operation. In this paper, the lifting reducer of WK-55 large-scale mining excavator is taken as the research object, and the reliability optimization design of its key parts is carried out. The main contents of this paper are as follows: 1) aiming at many uncertain factors existing in the hoisting reducer, Manufacturing, using three links to the lifting reducer shaft, gear and box uncertainty analysis, and select appropriate methods to quantify various uncertainties. 2) for the existing lifting reducer shaft, The failure correlation is not considered in the research of gear reliability. The dual Copula function is used to describe the failure correlation, and then the joint life distribution model for shaft failure correlation is established. Furthermore, the joint life distribution model of gear meshing considering subsystem failure correlation is established, and then the reliability optimization design model considering uncertainty and failure correlation is established. In order to improve the static and dynamic performance of the box and avoid solving the complex dynamic equilibrium equation, the parameterized model of the box is established. Based on the parameterized model, the corresponding simulation analysis of the box is carried out. The radial basis function agent model between the natural frequency, volume, deformation, stress and design variables of the box is obtained by analyzing the simulation test data. The reliability optimization design model of the box is further established and the optimal solution is obtained. Finally, the feasibility of this method is verified by simulation analysis.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD422.2

【参考文献】

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本文编号:2001316

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