基于adams的矿用过级式受载轮强载冲击仿真研究

基于adams的矿用过级式受载轮强载冲击仿真研究

在整个采矿过程中，弃车的主体必须承受巨大的负荷，这直接影响着整个弃车过程中集装甲车的稳定性，并且卸载是否顺利进行的问题与卸载曲线本身有关。因此,对卸载曲轨形状进行深入的设计研究非常必要。目前国内主要利用经验和公式,对卸载曲轨卸载参数进行分析研究。随着计算机技术的发展,虚拟样机技术在降低产品开发成本、缩短开发周期、提高设计水平等方面发挥了重要作用。基于虚拟样机技术的思想,本文采用ADAMS软件,对比分析了卸载轮分别沿4种类型的卸载曲轨曲线仿真运行时卸载轮的冲击力曲线、速度曲线和加速度曲线,以找到合适的满意卸载曲轨形状。1定曲轨装卸的三维参数化模型根据卸载时的实际工况条件和结构的尺寸参数,在仿真软件ADAMS中,利用实体建模命令以及各种约束形式、驱动形式建立上开式扇形闸门沿固定曲轨卸载的三维参数化实体模型。卸载曲轨是通过绘制曲轨的横截面封闭曲线,让横截面封闭曲线沿曲轨曲线“拔出”得到的,随着曲轨曲线的生成,卸载曲轨也自动生成。上开式扇形闸门卸载仿真模型,如图1所示。定义卸载滚轮的运动,轴1的初速度vp和煤与扇形闸门弧形板之间的摩擦系数μ;设置传感器控制模型运行到曲轨末端时,轴1的速度为0;根据实际条件施加煤对扇形闸门弧形板的作用力,并建立模型所需要的4个测量,具体建立方法参见文献。2发送装卸曲轨曲线卸载滚轮进入卸载曲轨后,轮心沿着曲轨曲线移动。整条曲轨曲线可分为入口直线段、卸载曲线段和出口直线段,如图2所示。在图2中,卸载曲轨曲线由EF曲线、FG曲线和GH曲线相继联接而成。设卸载曲轨曲线的函数表达式为y=f(x),x∈[0,H2],y∈[0,H1]。研究证明理想卸载曲轨曲线需要满足以下要求:(1)起点和终点处的一阶导数为0;(2)起点和终点处的二阶导数为0;(3)曲线及曲线的一阶和二阶导数是连续的;(4)冲击力在许可范围内要尽可能的小;(5)卸载轮加速度尽可能的小。2.1装卸曲轨曲线的确定为了寻求满足条件的理想卸载曲轨曲线,本文讨论4种曲线类型,通过ADAMS仿真分析进行比较,得出满意的卸载曲轨曲线形状。根据我们研究的18t上开式扇形闸门箕斗和实际情况而言,取vp=0.5m/s;μ=0.5;H1=1.3m;H2=0.525m;在下面的卸载曲轨曲线仿真分析研究中,vp、μ、H1和H2均采用此值。2.1.1圆心角和圆gh、fg、圆弧gh的接枝线这是上开式扇形闸门箕斗目前广泛使用的一种卸载曲轨曲线。这种曲线由圆弧EF(半径为R1,圆心角为β)、线段FG和圆弧GH(半径为R2,圆心角为β)相继联接而成,且线段FG与圆弧EF、圆弧GH均相切。根据固定卸载曲轨的尺寸参数,该卸载曲轨曲线的方程2.1.2“三曲线、曲线和三级曲线”型三次曲线型是将圆弧段换成三次曲线段,该曲线可以避免箕斗在卸载曲轨的入口和出口处出现冲击。三次曲线代替圆弧段后的卸载曲轨曲线的方程2.1.3“等腰曲线”型考虑到由分段函数构成的曲线总是在联接点处出现问题,在此讨论用连续函数余弦曲线作为卸载曲轨曲线。由边界条件得到卸载曲线余弦函数2.1.4“多元曲线”型综合三次曲线和余弦曲线非分断函数的优点,考虑用多项式曲线作为卸载曲轨曲线。由已知条件和边界条件,得到卸载曲线多项式函数2.24不同卸压机曲轨的特性按照图2中曲轨曲线的要求,用样条曲线(Spline)Modify的读入(Read)功能,在ADAMS/View中可以精确地生成上文给出的4种卸载曲轨曲线。为了得到最优的卸载曲轨曲线,通过ADAMS动态仿真卸载轮分别研究4种卸载曲轨曲线的运行状况。由于卸载曲轨所受的冲击力、卸载轮的速度和加速度是整个卸载过程能否顺利进行的主要影响因素,因此针对它们进行分析研究。设置仿真时间t=5s,step=50步,在ADAMSView中进行动态仿真后,利用ADAMS/PostProcesso得到卸载轮分别沿4种卸载曲轨卸载时的冲击力曲线、速度曲线和加速度曲线,如图3～5所示。对图3～5中的4种卸载曲轨曲线进行分析和比较:(1)由图3可以看出,4种卸载曲轨曲线所受冲击力峰值都出现在2s左右,“三次曲线+线段+三次曲线”峰值最大,“多项式曲线”和“圆弧+线段+圆弧”曲线次之,“余弦曲线”最小。“三次曲线+线段+三次曲线”与“余弦曲线”峰值相差3225.1N,均值相差1479.67N。由于“圆弧+线段+圆弧曲线”和“三次曲线+线段+三次曲线”均为分段函数曲线。因此,它们对应的冲击力峰值和均值都较大,这会对曲轨产生较强的柔性冲击,致使曲轨提前疲劳破坏,箕斗运行不平稳;(2)通过图4～5,很明显地看出连续函数曲线的优势,由于分段函数曲线对应的速度曲线和加速度曲线都在分段函数的间断点处出现尖点,而连续函数对应的速度和加速度曲线比较光滑连续,避免了卸载轮沿分段函数曲线移动时产生跳动的缺陷,使得箕斗得以平稳卸载,这正是理想卸载曲轨曲线的特征。特别是连续函数“余弦曲线”,其速度和加速度曲线更加平滑,峰值和均值更小,优于“多项式曲线”;(3)按照理想卸载曲轨曲线的要求,整体比较图3～5中4种卸载曲轨曲线的冲击力曲线、速度曲线和加速度曲线,可以得出“余弦曲线”最优,“圆弧+线段+圆弧型曲线”和“多项式曲线”居中,“三次曲线+线段+三次曲线”最劣。3固定装卸曲轨曲线对比分析为了增强箕斗卸载的平顺性,延长卸载轮和卸载曲轨的使用寿命,提高矿井提升的经济性,本文对卸载曲轨形状进行了设计研究。通过虚拟样机软件ADAMS动态仿真分析研究了符合本文条件的18t箕斗的4种固定卸载曲轨曲