【摘要】：井巷挖掘式裝載機(jī),俗稱為扒渣機(jī)或挖裝機(jī),一種典型的井巷礦山工程作業(yè)機(jī)械。相比單一功能的挖掘機(jī),挖掘裝載機(jī)主要結(jié)構(gòu)特征是增加有一個(gè)“轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)”,即集成了挖掘和裝載運(yùn)輸功能,從而可以實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)和快速掘進(jìn)。它作為快速綜合采掘成套設(shè)備的關(guān)鍵組成,大量應(yīng)用在礦山、鐵路、引水和國(guó)防建設(shè)等巷道、涵洞的掘進(jìn)施工中。虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)是一種重要的機(jī)械工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。為了深入了解ZWY-100/45L挖掘裝載機(jī)性能,本文建立了工作機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)模型,以及用于工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)仿真模型,綜合應(yīng)用多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件、有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析軟件和液壓系統(tǒng)仿真軟件,完成了工作機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)仿真實(shí)驗(yàn),獲得了有效的產(chǎn)品工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過(guò)程各項(xiàng)性能參數(shù)。本文通過(guò)研究獲得了工作機(jī)構(gòu)極限運(yùn)動(dòng)范圍及包絡(luò)曲線,得到了工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程位移、速度和加速度結(jié)果,獲得了在挖掘最大沖擊載荷作用下的各結(jié)構(gòu)受力情況。綜合結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),沖擊力載荷作用下整體變形和受力情況,各部件受力較為均勻,較大應(yīng)力出現(xiàn)在鉸接位置;利用液壓系統(tǒng)仿真發(fā)現(xiàn),各組件參數(shù)基本符合設(shè)計(jì)要求。工程實(shí)踐表明,利用虛擬樣機(jī)技術(shù)開展挖掘裝載機(jī)工作機(jī)構(gòu)仿真,可以有效補(bǔ)充性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),例如整體結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、關(guān)鍵部件應(yīng)力分布和,液壓系統(tǒng)換向閥流量波動(dòng)規(guī)律等。這些數(shù)據(jù)在通常實(shí)驗(yàn)條件下很難獲得,或者需要較高成本。總之,本研究建立的模型及研究方法可以有效支撐后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化,所獲得的大臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析已經(jīng)用于ZWY-100/45L大臂部件輕量化設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
【圖文】：

挖掘式裝載機(jī)主要結(jié)構(gòu)特征是帶有一個(gè)“轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)”。當(dāng)挖斗裝滿礦石渣完成后，先傾倒在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)上（一般是采用鏈板運(yùn)輸機(jī)或皮帶運(yùn)輸機(jī)）將渣土利用輸運(yùn)裝置轉(zhuǎn)卸到后部的礦車中，并由礦車運(yùn)出井下巷道。按程可分為間歇式和連續(xù)式。目前以連續(xù)式裝載機(jī)為主，并與大容量的礦用，，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)，這就可以大大提高工作效率。從產(chǎn)品類型分類來(lái)行走機(jī)構(gòu)可以分為輪胎式和履帶式，按照動(dòng)力裝置可以分為柴油動(dòng)力式式和柴電混合式。具體來(lái)說(shuō)，井巷挖掘裝載機(jī)作業(yè)工作具有集成挖掘和裝載運(yùn)輸工作的特挖掘裝載機(jī)工作時(shí)，首先通過(guò)挖斗將土石礦渣挖扒到刮板槽內(nèi)，然后利轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)載（輸運(yùn)）機(jī)構(gòu)將渣土直接轉(zhuǎn)送到礦車內(nèi)。這一過(guò)程是連續(xù)不需要設(shè)備或工作機(jī)構(gòu)切換，從而實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、高效和快速掘進(jìn)施工，對(duì)工期進(jìn)度要求高的隧道施工時(shí)土石碴裝車慢的問(wèn)題。連續(xù)作業(yè)工藝示-1 所示。特別是在斷面較小的井巷隧道內(nèi)，例如大型機(jī)械如挖掘機(jī)難以，或者像側(cè)卸式裝巖機(jī)那樣能夠進(jìn)洞施工，但是轉(zhuǎn)向困難的隧道，挖掘可以順利完成連續(xù)掘進(jìn)作業(yè)工作。

圖 1-3 挖掘裝載機(jī)產(chǎn)品照片示例Figure 1-3 Sample photos of the loader product本文所述研究工作是在 ZWY-100/45L 挖掘裝載機(jī)總體設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上展開的。所建立的挖掘裝載機(jī) CAD 整機(jī)裝配模型如圖 1-4 所示。本文利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)方法開展設(shè)計(jì)分析與研究，以期進(jìn)一步完善該系列型號(hào)挖掘裝載機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品性能，有助于提升產(chǎn)品性價(jià)比和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。本論文所采用的研究分析方法也是現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的典型應(yīng)用，對(duì)進(jìn)一步完善相似礦山工程機(jī)械設(shè)計(jì)、提升產(chǎn)品綜合性能具有可借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD421.7

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