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悬臂式掘进机回转台的优化设计文献综述

本科毕业设计(论文)

文献综述

学院:机械工程学院

专业:过程装备与控制工程

班级: 2010级108班

姓名:谭体成

学号: 109054393

2014年 3 月 02日

悬臂式掘进机回转台的优化设计文献综述

一选题背景

悬臂式掘进机被广泛应用于掘进铁路隧道、矿山巷道、水利涵洞和地下工程建设。所以其工作环境复杂恶劣,载荷变化幅度很大,无论是掘进机的行走机构、截割机构、回转机构、装载机构等,都会因掘进机动载荷的加大而出现故障,影响掘进机的工作可靠性。所以一些关键零部件的设计可靠性成为我们研究的重点。本课题的研究对象是EBZ-135 型悬臂式掘进机回转台。在对掘进机整体优化设计中,回转台是掘进机的重要组成部件,它连接机架,支撑截割臂,实现截割头的钻进掏槽、扫落煤岩、截割臂的升降、回转等各项运动,并承受来自截割头的复杂多变的冲击载荷,这些载荷的落脚点均设在回转台机构上,并通过它传递到机架上去。本身重量很大的截割部件及回转台自重回转时,其轴承必须承受全部的轴向和径向负荷,特别是来自截割头在截割工况中所产生于水平平面方向对轴承的倾翻转矩。同时在铸造生产时需要的凝固时间长,铸件组织晶粒粗大,易产生缩孔、缩松、裂纹、变形等铸造缺陷。所以用有限元分析软件对回转台机构进行应力分析,对回转台的初步设计进行强度校核,针对强度薄弱的区域进行结构改进和优化设计是很有必要的。

二国内外目前研究水平

悬臂式掘进机今后发展方向是逐渐扩大其对煤、煤岩、岩石等不同硬度和各种地质条件的适应能力,提高掘进效率,最终实现掘进作业的完全机械化、自动化和无人控制。掘进机回转机构(以下简称回转机构)是掘进机的关键部件,在它承担工作装置的重量和各种工况下煤岩切割工作过程中的载荷。目前对它的分析研究较少,已有的研究就是对少数几种机型回转台进行了有限元分析。目前,对回转台进行的研究较少,以下是国内研究的状况。安徽理工大学的韩帮强对

EBH-120型掘进机回转台进行设计及用传统的方法[7]对其进行应力分析。中国矿业大学的黄日恒以AM50型掘进机为例,对回转台的工作原理、受力分析和设计特点进行分析研究,提出回转台是悬臂式掘进机的一个重要部件,回转台设计的基本要求是:1.承载能力大,惯性小,能最损耗少;2.运转平稳,具有足够的强度和刚度;3.结构紧凑,回转角度小,重心降低;4.水平回转时,进给力较小。

三一重型装备有限公司的马月月利用有限元分析技术对回转台的设计结构进行计算,研究回转台受载最恶劣的工况[9],得到详细准确的应力分布,充分反映了回转台的受力特点。在此基础上,对回转台的结构设计进行强度校核,并对回转台结构进行优化。辽宁工程技术大学的程佳等人对EBZ-160 型掘进机的回转台进行了受力分析,并利用有限元分析软件(ANSYS)对其进行应力分析,得出最大应力值找出危险截面[10],从而为回转台的优化设计提供了理论依据。

安徽理工大学的张安宁等人以EBZ255掘进机回转台为研究对象,通过对EBZ255 掘机的运动情况分析,得出几种不同典型工况及危险工况,针对具有顶进和回转截割的危险工况下回转台整体和回转台零件进行了力学分析,在此基础上,对回转台进行了有限元分析,得出应力、应变和变形云图,找出了回转台危险点,为该机的改进及优化设计提供指导。在对回转台的研究中,主要是对回转台进行力学分析,在此基础上,对回转台进行有限元分析,找出回转台危险点,为掘进机的改进及优化设计提供指导。对回转台的研究尚不成熟,国外一些专家学者对其也有所研究,国外主要生产掘进机的单位[12]有:英国的Anderson公司,Dosco公司、奥地利的奥钢联、德国的保拉特(Paurat)有限公司,阿特拉斯科普柯-埃克霍夫掘进机技术公司(Atlas Copco-Eickhoff Roadheading Techbic Gmbh简称AC-E),威斯特法利亚吕恩公司、前苏联雅西诺瓦斯克机械制造厂、日本三井三池制作所。这些厂家对回转台的研究基本上代表着国外悬臂式掘进机回转台的技术现状。

三课题研究的主要内容

本课题结合目前掘进机中存在的问题,利用虚拟样机技术为支持,以国内EBZ-135型号的掘进机回转机构为研究对象,应用UG、ADAMS及ANSYS工程应用软件为对其进行研究,主要研究内容如下:

1)回转台与相邻部件的静态干涉的检验。用UG软件建立EBZ135掘进机回转机构含(回转台、截割机构、回转油缸和升降油缸)各个零部件的模型,然后进行整机装配,建立简化的三维模型,最后进行静态干涉检验。

2)回转机构的动态干涉的检验。对回转机构进行简化,在UG中以Parasolid 文件格式导出,导入到ADAMS/View环境下,添加各种约束,建立虚拟样机进行运动学仿真及动态干涉检验。

3)将2中截割头的受力加到建立好的虚拟样机上,对回转机构横摆和钻进工况进行动力学仿真。得出回转台的受力。

4)利用动力学分析结果,在ANSYS中对回转台进行有限元分析。

四参考文献

[1]陶永芹.浅谈悬臂式掘进机发展趋势[J].矿山机械,2005,33(11):13-14.

[2]刘家辉.履带起重机臂架系统动力学仿真[D].大连理工大学,2008.

[3]陈立平等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.

[4]韩帮强,张安宁.EBH-120型掘进机回转台的设计与应力分析[J].煤矿机械,2007,

[5]黄日恒.悬臂式掘进机[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996.

[6]马月月,牛建强,常龙.悬臂式掘进机回转台有限元分析[J].煤矿机械,2008,29

[7]程佳,毛君,张凯等.基于ANSYS的EBZ-160型掘进机回转台力学特性研究[J]..2009,1(2):9-11.

[11]张安宁,彭树权,梁超等.基于Cosmos的EBZ255掘进机回转台力学特性及有限元分析[J].煤矿机械,2009,30(10):86-88.

[12]汪胜陆,孟国营,田劼,赵立新.悬臂式掘进机的发展状况及趋势[J].煤矿机械,2007,28(6):1-3.

[16]应华,熊晓萍,姜春晓等.UG4.0机械设计完全自学手册[M].北京:机械工业出版社,2007.

[18]黄翔,李迎光.UG 应用开发教程与实例精解[M].北京:清华大学出版社,2005.

[26]项阳,陈楠.悬臂式掘进机摆动机构分析与研究[J].煤矿机电,2001,1(3):4-7.

[27]郭迎福,张永忠,刘德顺.截割头横摆时的运动学分析及其仿真[J].煤炭学报,2002,

[29]李晓豁.掘进机截割的关键技术研究[M].北京:机械工业出版社,2007

[30]李晓豁,姜丽丽.掘进机截割硬岩的载荷模拟研究[J].中国工程机械学报,2008,6(4):415-417.