基于ADAMS的采煤机行走运动学分析.pdf

2 0 0 7 年第1 期煤矿机电 基于A D A M S 的采煤机行走运动学分析 王振乾，汪崇建，周常飞 煤炭科学研究总院上海分院，上海2 0 0 0 3 0 摘要 应用A D A M S 软件对采煤机行走运动进行仿真分析，求出了销齿节距变化和销排弯曲对 采煤机牵引速度和加速度变化的影响。 关键词 行走轮；销排销齿；运动学参数；A D A M S 中图分类号T D 4 2 1 ．6 1文献标识码B文章编号1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 7 0 1 0 0 0 1 0 2 K i n e m a t i cA n a l y s i so fS h e a r e rT r a v e l l i n gB a s e do nA D A M S W A N GZ h e n q i a n ，W A N GC h o n g - j i a n ，Z H O UC h a n g - f e i C h i n aC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t eS h a n g h a iL t d ．，S h a n g h a i2 0 0 0 3 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep a p e rc a r r i e so u tt h es i m u l a t i v ek i n e m a t i ca n a l y s i so fs h e a r e rt r a v e l l i n gb a s e do nA D A M Sa n d c l e a r st h ei n f l u e n c eo fp i n p i t c ha n dp i n f o r mv a r i a t i o no nt l l e ，s h e a l e rt r a v e l l i n gv e l o c i t ya n da c c e l e r a t i o n ． K e y w o r d s s p r o c k e t ；p i n w h e e l ；k i n e m a t i cp a r a m e t e r s ；A D A M S 随着滚筒采煤机性能的不断提高，其装机功率 已达2 0 0 0 k W 以上，牵引功率达1 1 0 k W ，牵引力达 1 0 0 0 k N ，行走轮模数达4 6 ．8 m m 和销排销齿节距达 1 4 7 m m 。行走部一旦出现问题将导致采煤机停止运 行。本文的研究旨在提高采煤机整机工作的可靠 性。 轭啮合‘2 | 。 1 采煤机行走部 图1 销齿齿廓 图2 摆线齿廓图3 渐形线齿廓 1 行走部工作原理 牵引电机的输出扭矩经减速装置传到行走部， 行走部出轴齿轮与行走轮同轴的从动齿轮啮合 或 直接与行走轮啮合 ，最后行走轮和输送机销排销 齿啮合推动采煤机前进；依靠铰接在行走轮轴上的 导向滑靴的引导，保证行走轮与销齿正常啮合。 2 行走轮和销齿齿廓盐线 销排销齿的齿廓曲线由多段不同半径的圆弧和 斜线段构成，如图1 所示。当行走轮轮齿的齿廓曲 线为内外摆线 图2 时，它和销齿齿廓圆弧段或斜 线段接触而进行非共轭啮合；当行走轮轮齿的齿廓 曲线为渐开线 图3 时，和销齿圆弧段齿廓的啮合 也是非共轭啮合，而和销齿斜线段齿廓的啮合为共 3 行走部运动学参数求解方法 用解析法求采煤机行走轮与销排啮合的传动 比、速度、加速度等运动学参数时，需要求解含多个 未知数的矢量一矩阵超越方程组⋯；因为行走轮2 轮齿齿廓和销齿齿廓一一对应的啮合点很难精确确 定，超越方程组中未知数的变化范围很不好确定。 用计算机C A D 软件进行图形啮合模拟，由于齿廓曲 线比较复杂，要靠肉眼观测确定齿廓曲线的相切，模 拟误差较大。基于以上原因，本文用A D A M S 软件 对行走轮和销齿啮合的运动学参数进行分析。 2 采煤机行走部运动学特性 1 A D A M S 软件介绍 万方数据 2 煤矿机电 2 0 0 7 年第1 期 A D A M S A u t o m a t i cD y n a m i cA n a l y s i so fM e c h a n i c a lS y s t e m 是美国M D I M e c h a n i c a lD y n a m i c sI n c ． 公司 已并人M S C 公司 开发的仿真分析软件，是 机械系统动力学权威分析软件，广泛用于航空航天、 汽车工程、铁路车辆及装备、工业机械、工程机械等 领域。运用A D A M S 软件可以非常方便地对虚拟样 机进行静力学、运动学和动力学分析。其开放性的 程序结构和多种接口，又可以成为特殊行业用户进 行特殊类型机械系统动态仿真分析的二次开发工具 平台。A D A M S 与先进的C A D 软件 U G ，P R O ／E ， S o l i dE d g e 等 以及C A E 软件 A N S Y S 可以通过计 算机图形交换格式文件相互交换数据并保持数据的 一致性。A D A M S 软件支持并行工程环境，节省大量 的时间和经费。利用A D A M S 软件建立参数化模型 可以进行设计研究、试验设计和优化分析，为系统参 数优化提供一种高效开发工具口。] 。 2 行走轮和销排啮合建模 先用三维C A D 软件S o l i dE d g e 对渐开线齿廓 行走轮和销排进行建模，简单的装配后，使行走轮和 销排销齿齿廓处于接触相切状态。然后通过P a r a s o l i d 计算机图形格式将建模结果导人A D A M S ／V i e w 中，指定或修改各构件的颜色、材料、质量、名称等信 息，为了测量的需要还要在构件上建立了一些局部 坐标点 M a r k e r 。 尽可能真实地模拟实际情况并施加约束。首先 在行走轮和大地之间创建旋转副，在销排和大地之 间创建滑移副，并在销排和大地之间创建有一定刚 度的弹簧以使销排和行走轮时刻保持接触。最后在 行走轮的旋转副上添加旋转驱动，输人实际转速。 图4 即为用A D A M S ／V i e w 建立的行走轮和销排的 模型。 图4 行走轮和销排的模型 3 仿真结果 对模型进行详细的仿真。销排与销排连接处节 距为1 4 7 m m 、最小节距1 3 9 ．5m m 和最大 节距1 5 8 ．5I n n q t ；销排形状分为无弯曲、向上弯曲 1 ．5 。、向下弯曲1 ．o 三种情况。经过仿真，得到了各 种情况下牵引速度和加速度随时间变化的曲线。 3 结论 经过对渐开线齿廓行走轮和1 4 7 m m 节距销排 仿真曲线的分析，大体得出了以下几点结论 1 由速度曲线可知，行走轮和1 4 7 m m 节距销 排确实不是共轭啮合。如果销齿节距不变且销排无 弯曲，速度曲线和加速度曲线有明显的周期性，但峰 值和谷值的差不是很大。 2 单纯的销齿节距变化引起了采煤机牵引速 度和加速度的较大变化，但有很好的自我调节性，随 着行走轮通过节距变化处到节距正常处，其牵引速 度曲线和加速度曲线能很快恢复到正常水平。 3 销排出现上下垂直弯曲1 ．5 。时，三种节距 对加速度峰值的影响都不是很大，对速度有一定的 影响。但销排上下弯曲时，从弯曲处开始牵引速度 曲线和加速度曲线再也不能恢复到正常的水平，自 我调节性很差。 4 当销齿节距处于最小节距1 3 9 ．5 m m ，销排 向上弯曲1 ．o 时的速度和加速度突变最大。 5 当销齿节距处于最大节距1 5 8 ．5 m m ，销排 向下弯曲1 ．o 时的速度和加速度变化大。 6 销排垂直弯曲比销排连接处销齿节距变化 对运动特性影响更大。 7 在标准中心距和销齿节距的变化范围内 1 3 9 ．5 m m ～1 5 8 ．5 m m ，行走轮和销排啮合不存在 干涉现象。 8 销排无垂直弯曲时，当销齿节距小于 1 4 3 m m 时出现啮合重合度小于1 的情况。 参考文献 [ 1 ] 陈惟荣．齿轮啮合原理[ M ] ．北京煤炭工业出版社，1 9 8 6 [ 2 ]邹慧君，等．机械原理[ M ] ．北京高等教育出版社，2 0 0 4 [ 3 ] 李增刚．A D A M S 入门详解与实例[ M ] ．北京国防工业出版 社，2 0 0 6 [ 4 ]陈立平，等．机械系统动力学分析及A D A M S 应用教程[ M ] ． 北京清华大学出版社，2 0 0 5 [ 5 ]郑凯，等．A D A M S2 0 0 5 机械设计高级应用实例[ M ] ．北京机 械工业出版社，2 0 0 6 作者简介王振乾 1 9 7 9 一 ，男，煤炭科学研究总院上海分院在读 硕士研究生。2 0 0 2 年毕业于太原理工大学矿业工程学院。 收稿1 3 期2 0 0 6 1 1 1 4 ；责任编辑陶驰东 万方数据 基于ADAMS的采煤机行走运动学分析基于ADAMS的采煤机行走运动学分析 作者王振乾， 汪崇建， 周常飞， WANG Zhen-qian， WANG Chong-jian， ZHOU Chang-fei 作者单位煤炭科学研究总院,上海分院,上海,200030 刊名 煤矿机电 英文刊名COLLIERY MECHANICAL ELECTRICAL TECHNOLOGY 年，卷期2007，1 引用次数4次 参考文献5条参考文献5条 1.陈惟荣 齿轮啮合原理 1986 2.邹慧君 机械原理 2004 3.李增刚 ADAMS入门详解与实例 2006 4.陈立平.张云清.任卫群 机械系统动力学分析及ADAMS应用教程 2005 5.郑凯.胡仁喜.陈鹿民 ADAMS 2005机械设计高级应用实例 2006 相似文献1条相似文献1条 1.期刊论文 王振乾.WANG Zhen-qian 采煤机行走轮与输送机销排啮合冲击原因分析 -煤矿机械2007,283 简单介绍了目前大功率采煤机的行走传动装置,并结合某采煤机渐开线行走轮和输送机销排销齿的具体参数,按照齿轮齿条啮合理论,分析了此渐开线 行走轮和销齿啮合产生冲击的原因之一.最后用作图法进行了验证. 引证文献4条引证文献4条 1.周常飞.贠瑞光.孙燎原.王振乾 采煤机导向滑靴耐磨层磨损量的探讨[期刊论文]-煤矿机电 20094 2.宋相坤.翟雨生.王卓敏 采煤机行走轮齿廓设计方法研究[期刊论文]-煤矿机电 20094 3.瑞光.周常飞.孙燎原.王振乾 国产中等功率采煤机行走轮齿廓曲线的探讨[期刊论文]-矿山机械 20091 4.宋学平.贠瑞光.王振乾 采煤机行走轮齿廓研究[期刊论文]-煤矿机电 200802 本文链接 下载时间2010年3月18日