刮板输送机链传动系统参数化设计与分析技术研究

摘要

刮板输送机是当前长壁式综采工作面唯一的输送设备，其机身还作为采煤机的运行轨道和液压支架拉架的支点，其可靠性、稳定性和高效性对于煤矿开采效率和煤炭生产企业的经济效益至关重要。链传动系统是刮板输送机的重要组成部分，直接决定了刮板输送机整机的性能、质量和使用寿命。但驱动链轮结构复杂，链轮规格众多，建模过程繁琐，且刮板输送机的运行工况恶劣，经常发生断链、卡链和飘链事故，导致驱动链轮和圆环链受力情况复杂多变，通过有限元方法分析链传动系统动力学特性从而对刮板输送机进行优化改进就变得尤为困难。因此研究刮板输送机链传动系统的参数化设计和分析技术意义重大。
　　本文研究了刮板输送机链传动系统的参数化设计方法，通过分析圆环链和驱动链轮的结构参数，得到驱动链轮和圆环链参数化三维模型构建方法。基于此，论文利用APDL语言，在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了链传动系统的参数化三维模型。
　　其次，论文从动力学角度出发，建立了链环接触动力学数学模型和链环与链轮啮合动力学数学模型。基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了链传动系统的参数化数值仿真模型，以SGZ830/500型号刮板输送机为研究对象，对链环与链轮啮合特性和链环间的接触特性进行了分析。
　　随后，论文基于上述链传动系统参数化数值仿真模型，分析了链传动系统动力学特性的影响因素，并研究了不同链轮转速、链轮齿数、外载荷和链轮结构条件下刮板输送机链环间接触力、圆环链与链轮啮合力、链轮与链环的应力应变以及链环波动规律。
　　最后，以QT5为开发平台，研究了ANSYS/LS-DYNA、LS-DYNA Solver和LS-PrePost软件的接口耦合技术，开发了刮板输送机链传动系统参数化设计和分析程序，用户输入刮板输送机链轮、圆环链的规格参数和有限元分析所必须的参数，可自动进行链传动系统的动力学仿真，得到刮板输送机链传动系统模型设计结果和动力学特性仿真分析结果，有效提高了链传动系统的建模和仿真效率。

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摘要

Abstract

Contents

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 刮板输送机参数化设计研究现状

1.3.2 链传动系统动力学特性研究现状

1.4 主要研究内容

2 刮板输送机链传动系统参数化设计及建模

2.1 链传动系统主要结构

2.2 链传动系统工作性能分析

2.2.1 刮板输送机输送能力

2.2.2 刮板输送机刮板链速度

2.2.3 刮板机运行阻力

2.2.4 刮板输送机链条张力和牵引力

2.3 链传动系统参数化建模

2.3.1 链传动系统模型的简化

2.3.2 驱动链轮参数化三维模型的建立

2.3.3 圆环链参数化模型的建立

2.4 本章小结

3 刮板输送机链传动系统动力学特性分析

3.1 链传动系统动力学模型分析

3.1.1 基本假设

3.1.2 链环接触动力学模型

3.1.3 链环与链轮啮合动力学模型

3.2 刮板输送机链传动系统数值仿真模型的建立

3.2.1 单元类型和材料模型的选择

3.2.2 有限元网格划分

3.2.3 定义接触

3.2.4 施加载荷

3.2.5 求解参数设置

3.3 刮板输送机链传动系统动力学仿真

3.3.1 链环与链轮啮合特性分析

3.3.2 链环间接触特性分析

3.4 本章小结

4 链传动系统动力学特性影响因素分析

4.1 链轮转动速度对链传动动力学特性的影响

4.2 链轮齿数对链传动动力学特性的影响

4.3 载荷对链传动动力学特性的影响

4.4 链轮结构对链传动动力学特性的影响

4.5 本章小结

5 链传动系统参数化设计与分析程序开发

5.1 软件功能及开发平台

5.1.1 软件功能

5.1.2 开发平台简介

5.2 交互界面设计

5.2.1 导航页面设计

5.2.2 “参数化建模”页面设计

5.2.3 “材料模型参数”页面设计

5.2.4 “网格划分”页面设计

5.2.5 “施加载荷”页面设计

5.2.6 “求解参数”页面设计

5.3 程序设计

5.3.1 APDL模版文件编写

5.3.2 VC++对APDL文件的操作

5.3.3 VC++与ANSYS接口技术

5.3.4 VC++与LS-DYNA Solver接口技术

5.3.5 VC++与LS-PrePost接口技术

5.4 程序应用实例

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要成果