基于adams的行走輪與銷齒嚙合仿真分析

基于adams的行走輪與銷齒嚙合仿真分析

隨著滾軸開采效率的提高，安裝功率超過2000千瓦，牽引功率為110千瓦，牽引容量為1000kn，行駛輥的數(shù)量為46.0mm，傾斜齒段的長度為147mm。行走部一旦出現(xiàn)問題將導(dǎo)致采煤機(jī)停止運(yùn)行。本文的研究旨在提高采煤機(jī)整機(jī)工作的可靠性。1采煤機(jī)運(yùn)行部(1)輪與行駛輪同軸的焊接牽引電機(jī)的輸出扭矩經(jīng)減速裝置傳到行走部,行走部出軸齒輪與行走輪同軸的從動齒輪嚙合(或直接與行走輪嚙合),最后行走輪和輸送機(jī)銷排銷齒嚙合推動采煤機(jī)前進(jìn);依靠鉸接在行走輪軸上的導(dǎo)向滑靴的引導(dǎo),保證行走輪與銷齒正常嚙合。(2)齒廓線的設(shè)計(jì)銷排銷齒的齒廓曲線由多段不同半徑的圓弧和斜線段構(gòu)成,如圖1所示。當(dāng)行走輪輪齒的齒廓曲線為內(nèi)外擺線(圖2)時(shí),它和銷齒齒廓圓弧段或斜線段接觸而進(jìn)行非共軛嚙合;當(dāng)行走輪輪齒的齒廓曲線為漸開線(圖3)時(shí),和銷齒圓弧段齒廓的嚙合也是非共軛嚙合,而和銷齒斜線段齒廓的嚙合為共軛嚙合。(3)齒廓曲線模擬誤差用解析法求采煤機(jī)行走輪與銷排嚙合的傳動比、速度、加速度等運(yùn)動學(xué)參數(shù)時(shí),需要求解含多個(gè)未知數(shù)的矢量-矩陣超越方程組;因?yàn)樾凶咻?輪齒齒廓和銷齒齒廓一一對應(yīng)的嚙合點(diǎn)很難精確確定,超越方程組中未知數(shù)的變化范圍很不好確定。用計(jì)算機(jī)CAD軟件進(jìn)行圖形嚙合模擬,由于齒廓曲線比較復(fù)雜,要靠肉眼觀測確定齒廓曲線的相切,模擬誤差較大。基于以上原因,本文用ADAMS軟件對行走輪和銷齒嚙合的運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析。2采煤機(jī)運(yùn)行部的運(yùn)動學(xué)特征(1)adams仿真軟件介紹ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)是美國MDI(MechanicalDynamicsInc.)公司(已并入MSC公司)開發(fā)的仿真分析軟件,是機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)權(quán)威分析軟件,廣泛用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛及裝備、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。運(yùn)用ADAMS軟件可以非常方便地對虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析。其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口,又可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。ADAMS與先進(jìn)的CAD軟件(UG,PRO/E,SolidEdge等)以及CAE軟件(ANSYS)可以通過計(jì)算機(jī)圖形交換格式文件相互交換數(shù)據(jù)并保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境,節(jié)省大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。利用ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進(jìn)行設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析,為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供一種高效開發(fā)工具。(2)建立幾何模型先用三維CAD軟件SolidEdge對漸開線齒廓行走輪和銷排進(jìn)行建模,簡單的裝配后,使行走輪和銷排銷齒齒廓處于接觸相切狀態(tài)。然后通過Parasolid計(jì)算機(jī)圖形格式將建模結(jié)果導(dǎo)入ADAMS/View中,指定或修改各構(gòu)件的顏色、材料、質(zhì)量、名稱等信息,為了測量的需要還要在構(gòu)件上建立了一些局部坐標(biāo)點(diǎn)(Marker)。盡可能真實(shí)地模擬實(shí)際情況并施加約束。首先在行走輪和大地之間創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副,在銷排和大地之間創(chuàng)建滑移副,并在銷排和大地之間創(chuàng)建有一定剛度的彈簧以使銷排和行走輪時(shí)刻保持接觸。最后在行走輪的旋轉(zhuǎn)副上添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動,輸入實(shí)際轉(zhuǎn)速。圖4即為用ADAMS/View建立的行走輪和銷排的模型。(3)銷排形狀情況對模型進(jìn)行詳細(xì)的仿真。銷排與銷排連接處節(jié)距為147mm、最小節(jié)距139.5mm和最大節(jié)距158.5mm;銷排形狀分為無彎曲、向上彎曲1.5°、向下彎曲1.5°三種情況。經(jīng)過仿真,得到了各種情況下牽引速度和加速度隨時(shí)間變化的曲線。3節(jié)距變化的影響經(jīng)過對漸開線齒廓行走輪和147mm節(jié)距銷排仿真曲線的分析,大體得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)由速度曲線可知,行走輪和147mm節(jié)距銷排確實(shí)不是共軛嚙合。如果銷齒節(jié)距不變且銷排無彎曲,速度曲線和加速度曲線有明顯的周期性,但峰值和谷值的差不是很大。(2)單純的銷齒節(jié)距變化引起了采煤機(jī)牽引速度和加速度的較大變化,但有很好的自我調(diào)節(jié)性,隨著行走輪通過節(jié)距變化處到節(jié)距正常處,其牽引速度曲線和加速度曲線能很快恢復(fù)到正常水平。(3)銷排出現(xiàn)上下垂直彎曲1.5°時(shí),三種節(jié)距對加速度峰值的影響都不是很大,對速度有一定的影響。但銷排上下彎曲時(shí),從彎曲處開始牽引速度曲線和加速度曲線再也不能恢復(fù)到正常的水平,自我調(diào)節(jié)性很差。(4)當(dāng)銷齒節(jié)距處于最小節(jié)距139.5mm,銷排向上彎曲1.5°時(shí)的速度和加速度突變最大。(5)當(dāng)銷齒節(jié)距處于最大節(jié)距158.5mm,銷排向下彎曲1.5°時(shí)的速度和加速度變化大。(6)銷排垂直彎曲比銷排連接處銷齒節(jié)距變化對運(yùn)動特性