矿用挖掘式装载机的模拟

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1、矿用挖掘式装载机的模拟 矿用挖掘式装载机的模拟 2014/10/20 《工程设计学报》2014年第四期 1随机载荷模型建立 以铲斗回转中心和斗齿顶点为作用点，沿相互正交的切向、法向、侧向依次将挖装机的铲取载荷分解为切向阻力Ｆｔ、法向阻力Ｆｎ、侧向阻力Ｆｅｘｔ（见图１（ｂ））． 1.1法向阻力斗齿顶点对煤岩的正压力Ｆｎｐ与煤岩力学分布特性密切相关，煤岩的抗压强度（分离煤岩时其单位表面所需最小力）越大，铲取的正压力越大．统计分析，设正压力服从威布尔分布［８］，由此建立Ｆ

2、ｎｐ模型的随机过程规律，其分布密度函数ｆｎｐ（ｘ）和分布函数ｒｎｐ分别为。式中：ｂ为铲斗宽度；Ｒ为铲斗铲取半径；ｈ为铲取煤岩深度；Ａｓ为铲斗内侧壁面积；Ｋｃ为煤岩松散系数，取１．２～１．４；Δρ为密度变化量，煤岩被铲取与滚出、被压实与松散交替变化，是平稳过程，用标准正态随机序列描述。 1.2侧向阻力影响侧向阻力的因素有很多，如铲取煤岩对铲斗内壁的撞击、跌落，铲斗外侧进入煤岩堆的深度差异和煤岩堆塌方等，适合应用双参数因子法［９］研究。 1.3切向阻力铲斗铲取煤岩过程中，被分离的煤岩崩落与未被分离的煤岩塌落不断交替，导致斗齿载荷随机波动，把该过程视为平稳随机过程，其载荷是平均载荷和随机分量的叠

3、加．切向截割阻力一般可用瑞利分布来研究，其密度分布和分布函数分别。 2随机载荷的模拟及结果分析 由于铲斗铲取速度对载荷影响较小，因此本文不考虑铲取速度的影响．取国产某型挖装机工作臂正向工作，在宽为３ｍ、高为１ｍ的巷道装载散体煤岩，铲取深度与时间关系如图４所示．有关参数如下：铲斗铲取半径为８００ｍｍ，斗宽为６００ｍｍ，臂伸长量为２．８ｍ，铲斗齿形为Ｂ型，散体煤岩最大抗压强度为４．２６ＭＰａ，摩擦系数为０．５８～０．８４，松散系数为１．２～１．４，块度大小服从瑞利分布．根据建立的数学模型，运用Ｍａｔｌａｂ求得铲斗从接触煤岩到铲取完成的阻力模拟曲线（见图５，其中图（ａ）是三向阻力，图（ｂ）为经最

4、小二乘法４次拟合后三向阻力随时间变化曲线，图（ｃ）为由式（１６）求得的铲取载荷（三向阻力合成）），载荷统计结果如表１所示。模拟结果表明：１）三向阻力变化趋势不同，都有不同程度的波动；侧向阻力的最大值、均值和波动最小（见表１），其原因是它不在铲取方向上，加之铲斗两侧的受力方向相反，使合力降低．２）切向阻力呈先增大后减小趋势：先增大是随铲取深度增加使铲取煤岩增多引起的；而后略减是由铲取过程逐渐结束，煤岩从铲斗溢出增多所致．在０．６２６ｓ（α＝３９．９５０）处有最大值２．９１０６Ｎ，这与土方挖掘切向阻力峰值滞后不同，这是由于煤岩是离散体，推移阻力Ｆｄｑ的影响小．３）开始铲取后，法向阻力逐渐增大（见图

5、５（ｂ）），在１．０９３ｓ（２．５６２８）处达到最大值５．７１０６Ｎ（变化规律与铲取土方阻力规律近似），此后逐渐减小．其中，从α＝２０减小至α＝０（最大深度）的法向阻力变化小，这是由α＝２０时铲斗顶点的搬运阻力比α＝０时大所致．铲取过程法向阻力最大值是切向阻力最大值的２倍，其最大波动量为５１０５Ｎ．４）铲取载荷先增大后减小，在０．８３５ｓ（α＝２２．６２８）处有最大值（见图５（ｃ））．虽然此刻各向阻力并非最大，但其合力最大，且呈随机变化． 3结论 １）利用Ｍａｔｌａｂ模拟获得某型挖装机铲取阻力曲线．结果表明：侧向阻力最小，波动也小；法向阻力、切向阻力分别在铲取角为２．５６２８，３９．９５０时达到最大，且法向阻力最大值为切向阻力最大值的２倍；铲取阻力在铲取角为２２．６２８时有最大值．２）所作的研究为搞清挖装机铲取过程的载荷特征，进一步研究挖装机的挖装性能、机器工作稳定性、使用可靠性等提供了参考． 作者：李晓豁石峥嵘吕良玉吴云单位：辽宁工程技术大学机械工程学院 上一个文章： 裁剪法的产品创新设计策略下一个文章： 拉杆疲劳裂纹导致的性能退化