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礦用挖掘式裝載機的模擬范文

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礦用挖掘式裝載機的模擬

《工程設計學報》2014年第四期

1隨機載荷模型建立

以鏟斗回轉中心和斗齒頂點為作用點,沿相互正交的切向、法向、側向依次將挖裝機的鏟取載荷分解為切向阻力Ft、法向阻力Fn、側向阻力Fext(見圖1(b)).

1.1法向阻力斗齒頂點對煤巖的正壓力Fnp與煤巖力學分布特性密切相關,煤巖的抗壓強度(分離煤巖時其單位表面所需最小力)越大,鏟取的正壓力越大.統計分析,設正壓力服從威布爾分布[8],由此建立Fnp模型的隨機過程規律,其分布密度函數fnp(x)和分布函數rnp分別為。式中:b為鏟斗寬度;R為鏟斗鏟取半徑;h為鏟取煤巖深度;As為鏟斗內側壁面積;Kc為煤巖松散系數,取1.2~1.4;Δρ為密度變化量,煤巖被鏟取與滾出、被壓實與松散交替變化,是平穩過程,用標準正態隨機序列描述。

1.2側向阻力影響側向阻力的因素有很多,如鏟取煤巖對鏟斗內壁的撞擊、跌落,鏟斗外側進入煤巖堆的深度差異和煤巖堆塌方等,適合應用雙參數因子法[9]研究。

1.3切向阻力鏟斗鏟取煤巖過程中,被分離的煤巖崩落與未被分離的煤巖塌落不斷交替,導致斗齒載荷隨機波動,把該過程視為平穩隨機過程,其載荷是平均載荷和隨機分量的疊加.切向截割阻力一般可用瑞利分布來研究,其密度分布和分布函數分別。

2隨機載荷的模擬及結果分析

由于鏟斗鏟取速度對載荷影響較小,因此本文不考慮鏟取速度的影響.取國產某型挖裝機工作臂正向工作,在寬為3m、高為1m的巷道裝載散體煤巖,鏟取深度與時間關系如圖4所示.有關參數如下:鏟斗鏟取半徑為800mm,斗寬為600mm,臂伸長量為2.8m,鏟斗齒形為B型,散體煤巖最大抗壓強度為4.26MPa,摩擦系數為0.58~0.84,松散系數為1.2~1.4,塊度大小服從瑞利分布.根據建立的數學模型,運用Matlab求得鏟斗從接觸煤巖到鏟取完成的阻力模擬曲線(見圖5,其中圖(a)是三向阻力,圖(b)為經最小二乘法4次擬合后三向阻力隨時間變化曲線,圖(c)為由式(16)求得的鏟取載荷(三向阻力合成)),載荷統計結果如表1所示。模擬結果表明:1)三向阻力變化趨勢不同,都有不同程度的波動;側向阻力的最大值、均值和波動最?。ㄒ姳?),其原因是它不在鏟取方向上,加之鏟斗兩側的受力方向相反,使合力降低.2)切向阻力呈先增大后減小趨勢:先增大是隨鏟取深度增加使鏟取煤巖增多引起的;而后略減是由鏟取過程逐漸結束,煤巖從鏟斗溢出增多所致.在0.626s(α=39.950°)處有最大值2.9×106N,這與土方挖掘切向阻力峰值滯后不同,這是由于煤巖是離散體,推移阻力Fdq的影響?。?)開始鏟取后,法向阻力逐漸增大(見圖5(b)),在1.093s(2.5628°)處達到最大值5.7×106N(變化規律與鏟取土方阻力規律近似),此后逐漸減?。渲校瑥摩粒?0°減小至α=0°(最大深度)的法向阻力變化小,這是由α=20°時鏟斗頂點的搬運阻力比α=0°時大所致.鏟取過程法向阻力最大值是切向阻力最大值的2倍,其最大波動量為5×105N.4)鏟取載荷先增大后減小,在0.835s(α=22.628°)處有最大值(見圖5(c)).雖然此刻各向阻力并非最大,但其合力最大,且呈隨機變化.

3結論

1)利用Matlab模擬獲得某型挖裝機鏟取阻力曲線.結果表明:側向阻力最小,波動也小;法向阻力、切向阻力分別在鏟取角為2.5628°,39.950°時達到最大,且法向阻力最大值為切向阻力最大值的2倍;鏟取阻力在鏟取角為22.628°時有最大值.2)所作的研究為搞清挖裝機鏟取過程的載荷特征,進一步研究挖裝機的挖裝性能、機器工作穩定性、使用可靠性等提供了參考.

作者:李曉豁石崢嶸呂良玉吳云單位:遼寧工程技術大學機械工程學院

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