在露天矿的开采中,大型矿用机械式挖掘机得到了广泛的应用。本文结合国内近年来对机械式挖掘机开发的迫切需要,在与一重集团联合项目的支持下,对大型矿用机械式挖掘机的工作装置机构和履带行走装置进行了详细的分析。本文的研究主要包括以下五个方面:
1挖掘轨迹与挖掘阻力的分析
在相同的工况条件下,挖掘机铲斗斗齿尖所走的轨迹不同,导致土壤的挖掘阻力也不尽相同,则挖掘机克服的阻力做功也不一样。挖掘轨迹选取的好坏,直接关系到工作装置的能耗大小。为保证挖掘阻力最小化提出了等后角的挖掘轨迹——对数螺旋线轨迹方程,并分析了和挖掘轨迹相关的一些基本问题,如挖掘体积的计算,初始挖掘角和终了挖掘角的确定,挖掘过程中最大挖掘厚度的计算。对挖掘阻力作了一定的分析,提出了一个比较能全面反映挖掘特性的挖掘阻力公式。
2工作装置机构运动学分析
针对工作装置的机构特性,将工作装置机构简化为一个二自由度的双变长摆杆机构。由铲尖的挖掘轨迹方程反解得到机构各杆件主要参数如质心坐标,质心速度,加速度,角加速度等随斗杆转角的变化,为后续的动力学分析作基础。其中铲斗质心坐标的求解是难点,因为挖掘过程中由于物料的不断增加导致铲斗的质心坐标和转动惯量不断变化,通过铲斗坐标系和机构坐标系之间的转换解决了此问题。
3工作装置机构驱动力的简单求解及机构动态静力分析求解
提升和推压机构是工作装置中的主要机构,由挖掘机的几个极限工况位置对其进行推压力和提升力的求解计算,得到这2个驱动力的粗略值,由此选取驱动电机并作了校核。由于挖掘机质量巨大,运行过程中的惯性力和惯性力矩不容忽视,将惯性力和惯性力矩加到构件上进行动态静力分析,得到一个12元的线性方程组,将其整理为矩阵的形式便于求解。最后用数学软件得到了挖掘过程中推压驱动力和提升驱动力的变化曲线图。
4工作装置机构ADAMS仿真
为验证前面运动学与动力学方程求解的正确性,同时有个参照作用,利用ADAMS这个多刚体系统仿真软件的强大仿真能力,对工作装置机构进行仿真。将工作装置的PRO/E三维模型导入ADAMS中并作了适当简化,对模型施加约束和力载荷,通过spline函数定义了驱动,得到了机构的运动学和动力学仿真结果,并对仿真结果做了分析和解释。
5履带行走装置计算
履带行走装置是矿用挖掘机的承重和行驶底盘,本文介绍了履带行走装置的基本构造和工作原理,并以PH2300挖掘机为算例对履带行走装置的牵引力及行驶阻力作了计算。
本文的研究为大型矿用机械式挖掘机的工作装置机构设计特别是提升电机和推压电机的选取提供了依据,同时对矿用挖掘机履带行走装置的设计提供了借鉴与参考。
