井巷挖掘装载机工作机构及液压系统设计与仿真分析

发布时间：2020-04-13 15:13

【摘要】：井巷挖掘式装载机,俗称为扒渣机或挖装机,一种典型的井巷矿山工程作业机械。相比单一功能的挖掘机,挖掘装载机主要结构特征是增加有一个“转运机构”,即集成了挖掘和装载运输功能,从而可以实现高效、连续和快速掘进。它作为快速综合采掘成套设备的关键组成,大量应用在矿山、铁路、引水和国防建设等巷道、涵洞的掘进施工中。虚拟样机仿真技术是一种重要的机械工程现代设计方法。为了深入了解ZWY-100/45L挖掘装载机性能,本文建立了工作机构虚拟样机模型,以及用于工作机构驱动的液压系统仿真模型,综合应用多体动力学仿真软件、有限元结构强度分析软件和液压系统仿真软件,完成了工作机构虚拟样机仿真实验,获得了有效的产品工作机构结构及运行过程各项性能参数。本文通过研究获得了工作机构极限运动范围及包络曲线,得到了工作机构运动过程位移、速度和加速度结果,获得了在挖掘最大冲击载荷作用下的各结构受力情况。综合结构强度分析结果发现,冲击力载荷作用下整体变形和受力情况,各部件受力较为均匀,较大应力出现在铰接位置;利用液压系统仿真发现,各组件参数基本符合设计要求。工程实践表明,利用虚拟样机技术开展挖掘装载机工作机构仿真,可以有效补充性能实验数据,例如整体结构运动规律、关键部件应力分布和,液压系统换向阀流量波动规律等。这些数据在通常实验条件下很难获得,或者需要较高成本。总之,本研究建立的模型及研究方法可以有效支撑后续产品设计改进和优化,所获得的大臂结构强度分析已经用于ZWY-100/45L大臂部件轻量化设计及结构优化。
【图文】：

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挖掘式装载机主要结构特征是带有一个“转运机构”。当挖斗装满矿石渣完成后，先倾倒在转运机上（一般是采用链板运输机或皮带运输机）将渣土利用输运装置转卸到后部的矿车中，并由矿车运出井下巷道。按程可分为间歇式和连续式。目前以连续式装载机为主，并与大容量的矿用，，可以实现连续掘进，这就可以大大提高工作效率。从产品类型分类来行走机构可以分为轮胎式和履带式，按照动力装置可以分为柴油动力式式和柴电混合式。具体来说，井巷挖掘装载机作业工作具有集成挖掘和装载运输工作的特挖掘装载机工作时，首先通过挖斗将土石矿渣挖扒到刮板槽内，然后利转动通过转载（输运）机构将渣土直接转送到矿车内。这一过程是连续不需要设备或工作机构切换，从而实现了连续、高效和快速掘进施工，对工期进度要求高的隧道施工时土石碴装车慢的问题。连续作业工艺示-1 所示。特别是在断面较小的井巷隧道内，例如大型机械如挖掘机难以，或者像侧卸式装岩机那样能够进洞施工，但是转向困难的隧道，挖掘可以顺利完成连续掘进作业工作。

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图 1-3 挖掘装载机产品照片示例Figure 1-3 Sample photos of the loader product本文所述研究工作是在 ZWY-100/45L 挖掘装载机总体设计基础上展开的。所建立的挖掘装载机 CAD 整机装配模型如图 1-4 所示。本文利用计算机辅助设计和现代机械工程设计方法开展设计分析与研究，以期进一步完善该系列型号挖掘装载机产品设计，优化产品性能，有助于提升产品性价比和市场竞争力。本论文所采用的研究分析方法也是现代机械工程设计方法在产品设计上的典型应用，对进一步完善相似矿山工程机械设计、提升产品综合性能具有可借鉴意义。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD421.7

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