大型矿用挖掘机提升系统动力学特性分析

发布时间：2020-09-10 08:13

　　大型矿用挖掘机主要用于各种露天矿的开采,具有铲斗容积大,工作效率高的特点,是各种大型露天矿不可缺少的主要挖掘设备之一,随着国内深入推进供给侧改革,调整能源产业结构,新疆、内蒙古等地区涌现出越来越多的大型露天煤矿,大型矿用挖掘机具有广阔的市场前景。然而,当前大型矿用挖掘机在工作过程中时常出现振动过大的问题,尤其是提升系统出现零部件因为剧烈振动导致提前失效。由于大型矿用挖掘机提升系统结构复杂,存在机电耦合及非线性因素,难以建立动力学模型,现已成为提升系统减振设计的瓶颈。本文以某铲斗容积为55m~3的大型矿用挖掘机为研究对象,采用分层次建模方法建立了大型矿用挖掘机提升系统的机电耦合模型,研究了提升系统机械部分的固有动态特性以及固有频率对系统中零部件参数的敏感度,求解了电机脉动扭矩下的动态响应,并与实测结果对比验证了模型有效性,为大型矿用挖掘机提升系统的减振及优化设计提供模型基础及理论支撑。本文主要研究工作如下:(1)利用分层次建模方法建立大型矿用挖掘机提升系统的机电耦合模型,将模型解耦为四个互相耦合的子系统,各子系统间通过联轴器、轴承、螺栓耦合连接,而各子系统内部也通过轮齿啮合耦合、钢丝绳耦合等弹性体连接,为之后的研究奠定基础。(2)大型矿用挖掘机提升系统固有特性研究。基于上述建立的大型矿用挖掘机提升系统的机械系统模型,求解其固有频率和振型,找出其振型规律并进行分类总结;研究固有频率对提升系统中各零部件参数的敏感度,找出对固有频率影响较大的参数,找出设计时要避开的参数区间。(3)大型矿用挖掘机提升系统动态响应研究。对提升电机控制系统进行仿真,得到电机在工作时的真实扭矩曲线,将电机输出扭矩和负载加载到大型矿用挖掘机提升系统的机械系统两端,对其动态响应进行求解,分析其中主要零部件在时域和频域状态下的响应,并找到时域下的零部件振动规律和频域下的振动频率规律,并与实测结果对比,验证模型及数据的正确性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD422.2
【部分图文】：

矿用挖掘机,提升系统,减速器齿轮,点蚀

大型矿用挖掘机提升系统动力学特性分析文研究对象为大型矿用挖掘机（机械正铲式挖掘机）提升系统，在工作时升工作，与推压系统（另一子系统）共同完成物料的挖掘及装卸，提升系升电机、减速器、卷筒、钢丝绳、铲斗等零部件。型矿用挖掘机在工作时，由于提升系统中存在齿轮及钢丝绳传动这些非时变啮合刚度、时变啮合误差及齿侧间隙等参数影响下会产生振动[7]；同物料爆破程度的不确定性[8]以及工人操作时的随机性[9]，也会对提升系统击[10]。在内外激励的共同作用下，大型矿用挖掘机提升系统工作时振动异多零部件寿命缩短、提前失效[11,12]。例如在准格尔煤矿使用的某大型矿用统减速器齿轮经常出现点蚀，影响正常使用，如下图 1.2 所示。

卷筒结构,圆板

θθm p21 1skcI I 尼比，按照 D. R. Houser 等的实验研究，ξs一般为 0.005-0.075，另一侧质量元件的转动惯量。惯量轴旋转的圆板的转动惯量可以由下式求得：2I mR2圆板质量，单位 kg，R 为圆板半径，单位 m。用挖掘机提升系统中的大部分旋转零部件都可以利用上式计算筒。将齿轮等效为半径为其基圆半径，厚度为齿厚的圆板进行所示，也可将其等效为四块圆板进行转动惯量计算。

大型矿用挖掘机提升系统动力学特性分析

实测

【参考文献】