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1、礦用挖掘式裝載機的模擬 礦用挖掘式裝載機的模擬 2014/10/20 《工程設(shè)計學(xué)報》2014年第四期 1隨機載荷模型建立 以鏟斗回轉(zhuǎn)中心和斗齒頂點為作用點，沿相互正交的切向、法向、側(cè)向依次將挖裝機的鏟取載荷分解為切向阻力Ｆｔ、法向阻力Ｆｎ、側(cè)向阻力Ｆｅｘｔ（見圖１（ｂ））． 1.1法向阻力斗齒頂點對煤巖的正壓力Ｆｎｐ與煤巖力學(xué)分布特性密切相關(guān)，煤巖的抗壓強度（分離煤巖時其單位表面所需最小力）越大，鏟取的正壓力越大．統(tǒng)計分析，設(shè)正壓力服從威布爾分布［８］，由此建立Ｆ

2、ｎｐ模型的隨機過程規(guī)律，其分布密度函數(shù)ｆｎｐ（ｘ）和分布函數(shù)ｒｎｐ分別為。式中：ｂ為鏟斗寬度；Ｒ為鏟斗鏟取半徑；ｈ為鏟取煤巖深度；Ａｓ為鏟斗內(nèi)側(cè)壁面積；Ｋｃ為煤巖松散系數(shù)，?。保病保?；Δρ為密度變化量，煤巖被鏟取與滾出、被壓實與松散交替變化，是平穩(wěn)過程，用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)隨機序列描述。 1.2側(cè)向阻力影響側(cè)向阻力的因素有很多，如鏟取煤巖對鏟斗內(nèi)壁的撞擊、跌落，鏟斗外側(cè)進(jìn)入煤巖堆的深度差異和煤巖堆塌方等，適合應(yīng)用雙參數(shù)因子法［９］研究。 1.3切向阻力鏟斗鏟取煤巖過程中，被分離的煤巖崩落與未被分離的煤巖塌落不斷交替，導(dǎo)致斗齒載荷隨機波動，把該過程視為平穩(wěn)隨機過程，其載荷是平均載荷和隨機分量的疊

3、加．切向截割阻力一般可用瑞利分布來研究，其密度分布和分布函數(shù)分別。 2隨機載荷的模擬及結(jié)果分析 由于鏟斗鏟取速度對載荷影響較小，因此本文不考慮鏟取速度的影響．取國產(chǎn)某型挖裝機工作臂正向工作，在寬為３ｍ、高為１ｍ的巷道裝載散體煤巖，鏟取深度與時間關(guān)系如圖４所示．有關(guān)參數(shù)如下：鏟斗鏟取半徑為８００ｍｍ，斗寬為６００ｍｍ，臂伸長量為２．８ｍ，鏟斗齒形為Ｂ型，散體煤巖最大抗壓強度為４．２６ＭＰａ，摩擦系數(shù)為０．５８～０．８４，松散系數(shù)為１．２～１．４，塊度大小服從瑞利分布．根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，運用Ｍａｔｌａｂ求得鏟斗從接觸煤巖到鏟取完成的阻力模擬曲線（見圖５，其中圖（ａ）是三向阻力，圖（ｂ）為經(jīng)最

4、小二乘法４次擬合后三向阻力隨時間變化曲線，圖（ｃ）為由式（１６）求得的鏟取載荷（三向阻力合成）），載荷統(tǒng)計結(jié)果如表１所示。模擬結(jié)果表明：１）三向阻力變化趨勢不同，都有不同程度的波動；側(cè)向阻力的最大值、均值和波動最?。ㄒ姳恚保?，其原因是它不在鏟取方向上，加之鏟斗兩側(cè)的受力方向相反，使合力降低．２）切向阻力呈先增大后減小趨勢：先增大是隨鏟取深度增加使鏟取煤巖增多引起的；而后略減是由鏟取過程逐漸結(jié)束，煤巖從鏟斗溢出增多所致．在０．６２６ｓ（α＝３９．９５０）處有最大值２．９１０６Ｎ，這與土方挖掘切向阻力峰值滯后不同，這是由于煤巖是離散體，推移阻力Ｆｄｑ的影響?。常╅_始鏟取后，法向阻力逐漸增大（見圖

5、５（ｂ）），在１．０９３ｓ（２．５６２８）處達(dá)到最大值５．７１０６Ｎ（變化規(guī)律與鏟取土方阻力規(guī)律近似），此后逐漸減小．其中，從α＝２０減小至α＝０（最大深度）的法向阻力變化小，這是由α＝２０時鏟斗頂點的搬運阻力比α＝０時大所致．鏟取過程法向阻力最大值是切向阻力最大值的２倍，其最大波動量為５１０５Ｎ．４）鏟取載荷先增大后減小，在０．８３５ｓ（α＝２２．６２８）處有最大值（見圖５（ｃ））．雖然此刻各向阻力并非最大，但其合力最大，且呈隨機變化． 3結(jié)論 １）利用Ｍａｔｌａｂ模擬獲得某型挖裝機鏟取阻力曲線．結(jié)果表明：側(cè)向阻力最小，波動也??；法向阻力、切向阻力分別在鏟取角為２．５６２８，３９．９５０時達(dá)到最大，且法向阻力最大值為切向阻力最大值的２倍；鏟取阻力在鏟取角為２２．６２８時有最大值．２）所作的研究為搞清挖裝機鏟取過程的載荷特征，進(jìn)一步研究挖裝機的挖裝性能、機器工作穩(wěn)定性、使用可靠性等提供了參考． 作者：李曉豁石崢嶸呂良玉吳云單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)機械工程學(xué)院 上一個文章： 裁剪法的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計策略下一個文章： 拉桿疲勞裂紋導(dǎo)致的性能退化