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新型机械式矿车防跑装置设计及动力学建模仿真

作　者: 刘广
导　师: 唐进元
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 斜井自动防跑装置设计动力学仿真 LS-DYNA
分类号: TD553
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 88次
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内容摘要

在煤矿生产过程中对斜井跑车事故进行有效地预防十分必要。但目前还没有很成熟的防跑车装置,特别是能实现及时捕捉跑车的可靠装置,所以有必要设计一种能适应矿井恶劣环境,并能实现及时捕捉跑车的自动防跑装置。论文以煤矿生产中应用的MGC1.1—6固定式矿车为对象,以实际工况为依据,设计了三种以速度作为制动条件的新型机械式矿车防跑装置,采用经验评价法对三种方案进行了比较和评价,根据评价结果选择最优方案,并对其进行详细的结构设计和动态有限元分析。运用ANSYS/LS-DYNA分别对制动爪与枕木、滑块与制动触发板的冲击碰撞过程进行了动态分析,得到了制动爪各部位所受有效应力,及其与碰撞时间的关系,并根据分析结果对制动爪的结构进行了优化；得到了滑块与制动触发板仿真模型的应力云图,及制动触发板U型槽处中部单元有效应力与碰撞时间的关系,验证了制动触发板预破坏结构的工作可靠性。采用气垫导轨实验平台进行了弹簧刚度系数测定实验,确定了所选弹簧的刚度系数。然后,分别采用键合图理论和虚拟样机技术对超速感应机构的工作过程进行了仿真。一方面,在20-sim仿真软件环境下,建立超速感应机构的键合图模型,进行动力学仿真,得到了超速感应机构的滑块位移曲线图和转动角速度曲线图；另一方面,通过运用ADAMS软件建立超速感应机构的虚拟样机模型,得到了矿车发生跑车后车轮角速度、弹簧力和滑块质心在y轴的座标与时间的曲线,以及滑块在特定点所对应时间与甩出的长度值之间的关系。通过ANSYS/LS-DYNA结构分析、关键零部件实验、以及ADAMS和键合图仿真,结果表明,该装置结构设计合理,具有自动防跑、即时抓捕的功能,可有效的防止跑车事故的发生,对保障矿井的安全生产具有重大意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题背景  8-9
    1.1.1 矿井轨道运输在生产中的意义及特点  8
    1.1.2 矿井中的跑车现象及原因  8-9
    1.1.3 对防跑车装置的法规要求  9
  1.2 防跑车装置的发展现状  9-14
    1.2.1 "一坡三挡"防跑车装置的发展现状  10-12
    1.2.2 防跑车装置在矿车上的出现及发展  12-14
  1.3 研究内容和技术路线  14-15
    1.3.1 本论文的研究内容  14-15
    1.3.2 本论文的技术路线  15
  1.4 本章小结  15-16
第二章新型机械式矿车防跑装置方案设计  16-22
  2.1 设计方案  16-19
    2.1.1 方案一  16-17
    2.1.2 方案二  17-18
    2.1.3 方案三  18-19
  2.2 方案比较  19-21
  2.3 最优方案的选择  21
  2.4 本章小结  21-22
第三章新型机械式矿车防跑装置结构设计及动态有限元分析  22-46
  3.1 制动机构的结构设计  22-25
    3.1.1 结构设计  22
    3.1.2 基于土壤最佳插入角度的制动爪结构设计  22-24
    3.1.3 制动机构其它零件的结构设计  24-25
  3.2 基于ANSYS/LS_DYNA的制动爪结构分析与参数优化  25-32
    3.2.1 冲击动力学理论及ANSYS/LS-DYNA简介  26-27
    3.2.2 基于冲击动力学的制动爪动态应力分析  27-29
    3.2.3 分析结果与结构优化  29-32
  3.3 触发机构的结构设计  32-35
    3.3.1 制动触发板结构设计  32-34
    3.3.2 触发机构其它零件结构设计  34-35
  3.4 基于ANSYS/LS_DYNA的制动触发板冲击动力学分析  35-38
    3.4.1 建立几何实体模型  35
    3.4.2 建立有限元模型  35-36
    3.4.3 计算求解与分析结果  36-38
  3.5 超速感应机构的结构设计  38-43
    3.5.1 总体结构设计  38-39
    3.5.2 箱体的结构设计  39-40
    3.5.3 滑块的结构设计  40-41
    3.5.4 弹簧的设计  41-43
  3.6 新型机械式矿车防跑装置总体结构  43-45
  3.7 产品试制  45
  3.8 本章小结  45-46
第四章关键部件的动力学、运动学分析  46-63
  4.1 弹簧刚性系数测定实验  46-51
    4.1.1 实验仪器介绍  47-48
    4.1.2 实验原理  48
    4.1.3 实验内容  48-50
    4.1.4 数据记录与处理  50-51
  4.2 基于键合图建模理论的超速感应机构动力学建模与仿真分析  51-56
    4.2.1 键合图建模理论与仿真简介  51
    4.2.2 超速感应机构的键合图建模  51-53
    4.2.3 混合仿真模型  53-54
    4.2.4 仿真设置  54-55
    4.2.5 仿真结果与分析  55-56
  4.3 超速感应机构ADAMS建模与仿真分析  56-62
    4.3.1 ADAMS软件概述  56
    4.3.2 刚性构件建模  56-57
    4.3.3 对各部件施加约束  57-59
    4.3.4 仿真设置  59
    4.3.5 仿真结果与分析  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章结论  63-66
  5.1 总结  63-64
  5.2 创新点  64
  5.3 后续研究展望  64-66
参考文献  66-69
致谢  69-70
攻读硕士期间主要研究成果  70

新型机械式矿车防跑装置设计及动力学建模仿真

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