调度绞车的优化设计与仿真分析

发布时间：2020-03-24 06:07

【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。
【图文】：

传动结构

１－底座；２－右支架；３－调整螺栓；４－制动臂；５－制动块；６－拉杆；逡逑７－操作把；８－连杆；９－制动爪；１０－斜齿板；１卜拐臂；１２－左支架逡逑图１－３块式制动装置逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｂｌｏｃｋ邋ｂｒａｋｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑１．２国内外研究现状逡逑由于生产习惯、使用条件以及其他因素的不同，不同国家的调度绞车都具逡逑有各自的特点。英国调度绞车的特点是结构紧凑，电动机、传动装置、操作装逡逑置等都布置在卷筒内部，整体结构较为紧凑。美国绞车的电动机常采用埋装式，逡逑这样能减少轴向尺寸，从而降低成本。德国绞车底座多用型钢焊接，电动机轴逡逑线与卷筒轴线采用对正放置，，多使用电动机作为动力源。逡逑目前文献中，对矿用调度绞车的研究主要集中在传动系统的设计改进、齿逡逑轮动力学和运动学的仿真与分析、制动装置以及自动排绳装置的设计改进等方逡逑２逡逑

制动装置

（ａ）两级行星轮系逦（ｂ）两级内啮合加一级行星轮系逡逑图１－２典型传动结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑ｊ逡逑＾逦ｍｌ邋Ａ－逡逑yUｉ逡逑１－底座；２－右支架；３－调整螺栓；４－制动臂；５－制动块；６－拉杆；逡逑７－操作把；８－连杆；９－制动爪；１０－斜齿板；１卜拐臂；１２－左支架逡逑图１－３块式制动装置逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｂｌｏｃｋ邋ｂｒａｋｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑１．２国内外研究现状逡逑由于生产习惯、使用条件以及其他因素的不同，不同国家的调度绞车都具逡逑有各自的特点。英国调度绞车的特点是结构紧凑，电动机、传动装置、操作装逡逑置等都布置在卷筒内部，整体结构较为紧凑。美国绞车的电动机常采用埋装式，逡逑这样能减少轴向尺寸，从而降低成本。德国绞车底座多用型钢焊接，电动机轴逡逑线与卷筒轴线采用对正放置，多使用电动机作为动力源。逡逑目前文献中，对矿用调度绞车的研究主要集中在传动系统的设计改进、齿逡逑轮动力学和运动学的仿真与分析、制动装置以及自动排绳装置的设计改进等方逡逑２逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD52

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