側卸裝載機滿載行走研究范文

本站小編為你精心準備了側卸裝載機滿載行走研究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《機械設計雜志》2015年第十一期

井下履帶式側卸裝載機主要用于煤礦掘進工作面，完成煤、巖的裝載和短距離行走。由于工作面條件惡劣、底板不平等，容易引起履帶式側卸裝載機行走時機身和鏟斗的振動，導致司機疲勞、機件損傷和物料抖落［1］，影響機器的裝載生產率、工作可靠性、使用壽命及人員的健康與安全。目前，對履帶車輛最佳阻尼比的研究多采用Adams，DADS等軟件進行整機建模仿真，分析底板條件、行走速度等因素對最佳阻尼比的影響，其履帶行走速度按非連續變量考慮［2－3］。在仿真和分析時，需要對有關參數進行變量調節，而采用三維建模仿真分析時參數調節不方便，并且實際工作過程中車輛的行走速度是連續變化的，因此，采用便于調節參數的數學分析方法對井下履帶式側卸裝載機行走速度按連續變化進行分析十分必要。文中以國產某型井下履帶式側卸裝載機（懸掛系統采用阻尼可調式半主動懸掛系統）為研究對象，基于多體系統動力學理論對其進行數學建模，建立整機數學模型。將機身作垂直振動的臨界阻尼作為參考值，把減震器實際阻尼值與參考值的比值定義為阻尼比。通過考查不同底板、連續變化的行走速度下減震器最佳阻尼比的變化，以及不同阻尼比對裝載機行走平順性的影響，尋找使裝載機滿載行走時平順性最優的阻尼比值（簡稱最佳阻尼比）。利用Simulink軟件建立動態仿真模型，研究得出該裝載機在給定工況下的最佳阻尼比。并對簡化動力學模型進行Adams/View仿真，通過對比驗證確定該方法的可行性和結果的可信度。為改善井下履帶式側卸裝載機行走的平順性提供依據。

1基本假設與簡化

為便于建模和計算，對井下履帶式側卸裝載機作如下假設與簡化：（1）由于支重輪和履帶板本身變形很小，故將底板不平度直接作用在支重輪上；（2）半主動懸掛系統簡化為機身左右兩側各4個彈簧阻尼系統；（3）將機身的質量等效為履帶、支重輪與機體的質量之和，用m1表示；（4）履帶行走系統對來自底板的高頻激勵有一定的濾波作用，能減緩車體的高頻振動，因此在研究裝載機平順性時不考慮履帶的影響；（5）由于文中所研究裝載機工作振動頻率在低頻段，故將模型進行了降階簡化；（6）將裝載機工作裝置的質量集中在鏟斗大臂和鏟斗組成的副質量系統，質量為m2，鏟裝物料的質量為m3；（7）裝載機機身無側向平移，但有側傾轉矩；（8）裝載機結構對于縱向垂直面大體對稱；（9）用底板對裝載機的等效激勵替代裝載機的水平運動自由度；（10）由于裝載機在滿載工況下懸掛系統的損傷程度最大、抖落最嚴重，故取滿載行走工況研究。

24自由度振動模型的建立

以國產某型履帶式側卸裝載機為研究對象，取機身質心為坐標原點，豎直方向偏離靜平衡位置的距離x為系統的第1個自由度，機身繞質心的俯仰角（以逆時針方向為正）θ為第2個自由度，機身繞質心的側傾角（以逆時針方向為正）β為第3個自由度，大臂偏離平衡位置的角度α為第4個自由度。工作機構等效剛度、阻尼分別為k1，c1，懸架的等效剛度、原有阻尼依次為k，c，大臂上鉸點與質心的水平距離為l，機身的寬度2a，大臂上鉸點與鏟斗質心的距離為b，大臂上鉸點與大臂油缸力作用點的距離為d，機身繞原點的轉動慣量為J1和J2，機身、工作裝置、鏟裝物料的質量分別為m1，m2，m3，大臂上鉸點與大臂油缸和機身鉸接點的距離為e，大臂與機架間的夾角為φ，履帶行走機構等效彈簧阻尼系統與機身質心的水平距離分別為l1～l8，機身兩側各4個支重輪受到來自底板的隨機激勵依次為q1～q8。綜上所述，建立振動模型如圖1所示。

3仿真分析

3．1底板隨機激勵模型的建立與合理性驗證文中選用Matlab/Simulink仿真，故采用濾波白噪聲作為底板輸入模型最為方便。根據濾波白噪聲的數學模型，建立其Simulink隨機激勵模型如圖3所示。來自該機底板兩側各4個支重輪的隨機激勵的輸入共有8個，且后支重輪輸入的激勵相對于前支重輪輸入激勵的時間滯后量［9］Δt＝L/v（L為相鄰兩支重輪水平質心距離，v為行走速度）。由于該裝載機工況較惡劣，根據國標GB7031—86，選用F級底板，其底板不平度系數Gh（n0）＝14847×10－6m2/m－1，參考空間頻率n0＝0．1m－1，底板高程的均方根值hrms＝0．137m。對底板隨機激勵合理性驗證，即驗證底板不平度譜密度與國標功率譜密度之間的擬合程度。圖4中光滑曲線是根據國標GB7031—86生成的F級理論功率譜密度曲線，鋸齒狀上下波動的細實線是由Simulink隨機激勵模型模擬出的F級功率譜密度曲線。由圖4可見，濾波白噪聲法模擬出的底板隨機激勵精度較高。這說明通過Simulink建立的底板激勵時域模型可以很好地對底板不平度進行模擬。

3．2仿真結果與分析利用機身質心處垂直振動加速度的加權均方根值arms來反映裝載機的行走平順性，以評價垂直方向振動的劇烈程度。利用總體加權值法計算加速度的加權均方根值。尼比是變化的，并非定值；E級和F級底板條件下最佳阻尼比曲線與原有阻尼比曲線無交點，且裝載機行走速度越低，最佳阻尼比曲線與原有阻尼比曲線相距越遠；在同一級別底板條件下，對最佳阻尼比曲線向由速度軸和阻尼比軸所在平面投影，所得線段為近似直線；這表明該機以原有阻尼比、在E級和F級底板條件下，以3～7km/h范圍內的任意速度行走時，裝載機的行走平順性均未達到最佳效果；在E級和F級底板條件下，裝載機行走速度越低，取最佳阻尼比時該機的平順性改善效果越明顯；在相同底板條件下，最佳阻尼比與裝載機行走速度接近線性正相關關系。選擇該機三擋典型行走速度v＝3，5，7km/h，通過已有的E級和F級底板仿真結果，并添加B，C，D，E，F級底板的對比仿真數據（如表1所示）。結果表明，最佳阻尼比與底板級別具有近似二次函數正相關關系。

4模型驗證

為了驗證模型簡化的合理性，根據多剛體動力學理論，基于SolidWorks變量化設計和實體造型技術，完成鏟斗、鏟斗座、大臂、油缸、機架、半主動懸掛裝置、履帶行走機構等各零部件的建模、裝配、添加約束等，得到履帶式側卸裝載機三維模型。通過SolidWorks軟件中的COSMOSMotion插件，將三維實體模型導入Adams/View界面，定義材料屬性、載荷，以及構件間的接觸力、摩擦力和阻尼參數對模型進行適當的簡化，得到履帶式側卸裝載機的多剛體動力學模型，如圖7所示。通過Adams/View模型的后處理模塊對仿真數值進行處理，求得v＝3，5，7km/h條件下機身質心處垂直振動加速度時域響應曲線，再利用后處理中FFT對加速度時域響應曲線進行數據處理，得到功率譜密度曲線，將加速度加權函數離散化并讀入Adams/View中得到加權函數曲線，將自功率譜密度曲線與加權函數曲線的平方做乘積，得到擬合曲線。對此擬合曲線積分，得到最終曲線的最后一點縱坐標值，開方即得到加權加速度均方根值arms［13］。分別取ζ1＝0．1，ζ2＝0．2，ζ3＝0．3，ζ4＝0．4，ζ5＝0．5時求解相應arms值，將5個點擬合出平滑曲線，讀出最佳阻尼比如表3所示。由于隨機性影響及Matlab/Simulink與Adams/View中底板隨機激勵的添加方式不同，兩種仿真結果存在誤差。但對比圖5，圖6與表1經計算可驗證，兩種方法仿真的差值均小于10％，從而驗證了假設簡化數學模型的合理可靠性。

5結論

（1）用濾波白噪聲法，由Matlab/Simulink生成的隨機底板不平度激勵信號經隨機底板譜密度數值驗證合理可信，為模擬底板不平度提供了可能。（2）研究表明，在具體工況下，存在使井下履帶式側卸裝載機平順性能最好的最佳阻尼比，該值與裝載機行走速度接近線性正相關關系，與底板級別具有近似二次函數正相關關系。（3）通過Adams/View模型仿真，驗證了所建4自由度振動模型的有效性，證實了對履帶式側卸裝載機數學模型假設、簡化手段的合理性及結果的可信性。

作者：李曉豁 呂良玉 王新 劉藏澤 單位：遼寧工程技術大學 機械工程學院