基于adams的礦用過級式受載輪強載沖擊仿真研究

基于adams的礦用過級式受載輪強載沖擊仿真研究

在整個采礦過程中，棄車的主體必須承受巨大的負荷，這直接影響著整個棄車過程中集裝甲車的穩(wěn)定性，并且卸載是否順利進行的問題與卸載曲線本身有關。因此,對卸載曲軌形狀進行深入的設計研究非常必要。目前國內(nèi)主要利用經(jīng)驗和公式,對卸載曲軌卸載參數(shù)進行分析研究。隨著計算機技術的發(fā)展,虛擬樣機技術在降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期、提高設計水平等方面發(fā)揮了重要作用?；谔摂M樣機技術的思想,本文采用ADAMS軟件,對比分析了卸載輪分別沿4種類型的卸載曲軌曲線仿真運行時卸載輪的沖擊力曲線、速度曲線和加速度曲線,以找到合適的滿意卸載曲軌形狀。1定曲軌裝卸的三維參數(shù)化模型根據(jù)卸載時的實際工況條件和結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù),在仿真軟件ADAMS中,利用實體建模命令以及各種約束形式、驅(qū)動形式建立上開式扇形閘門沿固定曲軌卸載的三維參數(shù)化實體模型。卸載曲軌是通過繪制曲軌的橫截面封閉曲線,讓橫截面封閉曲線沿曲軌曲線“拔出”得到的,隨著曲軌曲線的生成,卸載曲軌也自動生成。上開式扇形閘門卸載仿真模型,如圖1所示。定義卸載滾輪的運動,軸1的初速度vp和煤與扇形閘門弧形板之間的摩擦系數(shù)μ;設置傳感器控制模型運行到曲軌末端時,軸1的速度為0;根據(jù)實際條件施加煤對扇形閘門弧形板的作用力,并建立模型所需要的4個測量,具體建立方法參見文獻。2發(fā)送裝卸曲軌曲線卸載滾輪進入卸載曲軌后,輪心沿著曲軌曲線移動。整條曲軌曲線可分為入口直線段、卸載曲線段和出口直線段,如圖2所示。在圖2中,卸載曲軌曲線由EF曲線、FG曲線和GH曲線相繼聯(lián)接而成。設卸載曲軌曲線的函數(shù)表達式為y=f(x),x∈[0,H2],y∈[0,H1]。研究證明理想卸載曲軌曲線需要滿足以下要求:(1)起點和終點處的一階導數(shù)為0;(2)起點和終點處的二階導數(shù)為0;(3)曲線及曲線的一階和二階導數(shù)是連續(xù)的;(4)沖擊力在許可范圍內(nèi)要盡可能的小;(5)卸載輪加速度盡可能的小。2.1裝卸曲軌曲線的確定為了尋求滿足條件的理想卸載曲軌曲線,本文討論4種曲線類型,通過ADAMS仿真分析進行比較,得出滿意的卸載曲軌曲線形狀。根據(jù)我們研究的18t上開式扇形閘門箕斗和實際情況而言,取vp=0.5m/s;μ=0.5;H1=1.3m;H2=0.525m;在下面的卸載曲軌曲線仿真分析研究中,vp、μ、H1和H2均采用此值。2.1.1圓心角和圓gh、fg、圓弧gh的接枝線這是上開式扇形閘門箕斗目前廣泛使用的一種卸載曲軌曲線。這種曲線由圓弧EF(半徑為R1,圓心角為β)、線段FG和圓弧GH(半徑為R2,圓心角為β)相繼聯(lián)接而成,且線段FG與圓弧EF、圓弧GH均相切。根據(jù)固定卸載曲軌的尺寸參數(shù),該卸載曲軌曲線的方程2.1.2“三曲線、曲線和三級曲線”型三次曲線型是將圓弧段換成三次曲線段,該曲線可以避免箕斗在卸載曲軌的入口和出口處出現(xiàn)沖擊。三次曲線代替圓弧段后的卸載曲軌曲線的方程2.1.3“等腰曲線”型考慮到由分段函數(shù)構(gòu)成的曲線總是在聯(lián)接點處出現(xiàn)問題,在此討論用連續(xù)函數(shù)余弦曲線作為卸載曲軌曲線。由邊界條件得到卸載曲線余弦函數(shù)2.1.4“多元曲線”型綜合三次曲線和余弦曲線非分斷函數(shù)的優(yōu)點,考慮用多項式曲線作為卸載曲軌曲線。由已知條件和邊界條件,得到卸載曲線多項式函數(shù)2.24不同卸壓機曲軌的特性按照圖2中曲軌曲線的要求,用樣條曲線(Spline)Modify的讀入(Read)功能,在ADAMS/View中可以精確地生成上文給出的4種卸載曲軌曲線。為了得到最優(yōu)的卸載曲軌曲線,通過ADAMS動態(tài)仿真卸載輪分別研究4種卸載曲軌曲線的運行狀況。由于卸載曲軌所受的沖擊力、卸載輪的速度和加速度是整個卸載過程能否順利進行的主要影響因素,因此針對它們進行分析研究。設置仿真時間t=5s,step=50步,在ADAMSView中進行動態(tài)仿真后,利用ADAMS/PostProcesso得到卸載輪分別沿4種卸載曲軌卸載時的沖擊力曲線、速度曲線和加速度曲線,如圖3～5所示。對圖3～5中的4種卸載曲軌曲線進行分析和比較:(1)由圖3可以看出,4種卸載曲軌曲線所受沖擊力峰值都出現(xiàn)在2s左右,“三次曲線+線段+三次曲線”峰值最大,“多項式曲線”和“圓弧+線段+圓弧”曲線次之,“余弦曲線”最小。“三次曲線+線段+三次曲線”與“余弦曲線”峰值相差3225.1N,均值相差1479.67N。由于“圓弧+線段+圓弧曲線”和“三次曲線+線段+三次曲線”均為分段函數(shù)曲線。因此,它們對應的沖擊力峰值和均值都較大,這會對曲軌產(chǎn)生較強的柔性沖擊,致使曲軌提前疲勞破壞,箕斗運行不平穩(wěn);(2)通過圖4～5,很明顯地看出連續(xù)函數(shù)曲線的優(yōu)勢,由于分段函數(shù)曲線對應的速度曲線和加速度曲線都在分段函數(shù)的間斷點處出現(xiàn)尖點,而連續(xù)函數(shù)對應的速度和加速度曲線比較光滑連續(xù),避免了卸載輪沿分段函數(shù)曲線移動時產(chǎn)生跳動的缺陷,使得箕斗得以平穩(wěn)卸載,這正是理想卸載曲軌曲線的特征。特別是連續(xù)函數(shù)“余弦曲線”,其速度和加速度曲線更加平滑,峰值和均值更小,優(yōu)于“多項式曲線”;(3)按照理想卸載曲軌曲線的要求,整體比較圖3～5中4種卸載曲軌曲線的沖擊力曲線、速度曲線和加速度曲線,可以得出“余弦曲線”最優(yōu),“圓弧+線段+圓弧型曲線”和“多項式曲線”居中,“三次曲線+線段+三次曲線”最劣。3固定裝卸曲軌曲線對比分析為了增強箕斗卸載的平順性,延長卸載輪和卸載曲軌的使用壽命,提高礦井提升的經(jīng)濟性,本文對卸載曲軌形狀進行了設計研究。通過虛擬樣機軟件ADAMS動態(tài)仿真分析研究了符合本文條件的18t箕斗的4種固定卸載曲軌曲