关节式煤炭采样机工作装置动力学仿真分析

摘要

煤炭采样机用来采制出代表性较强的煤炭样品，而目前国内普遍采用的煤炭采样机械手难以同时满足采样质量和采样效率要求。本文提出了一种关节式煤炭采样机工作装置，并对其动力学特性进行了研究。这种采样机工作装置能够在火车行走的同时进行采样工作（双动采样），不仅提高了采样效率，还能够实现全断面采样要求。但由于工作环境恶劣，工作装置承受的载荷大且波动剧烈，受力情况难以计算，且其载荷的动态特性和随机特性是工作装置结构失效的主要原因，使工作的可靠性难以保证。因此，充分利用各种软件的优势，结合采样机的工作特点，对工作装置在任意时刻的受力情况进行分析及强度校核显得尤为重要。
　　首先，用SolidWorks建立了关节式煤炭采样机工作装置的三维模型，并根据实际采样要求，设计了一条采样头末端点的运动轨迹，采用解析几何法建立了工作装置的运动学模型，通过MATLAB编程计算得到了各关节位移随时间的变化曲线；根据运动学正解方程，并考虑液压缸行程范围、回转马达转动角度范围及液压缸与臂的干涉问题，采用数值解法确定了采样机的工作空间。
　　其次，将SolidWorks建立的采样机三维模型导入到ADAMS软件中，将运动学分析得到的各关节位移曲线与采样头插入阻力设为驱动，对双动采样过程进行仿真，得到了工作装置在采样过程中各铰销点处作用力与反作用力随时间的变化规律，解决了其在采样过程中由于受力情况复杂而难以计算的问题，并为后续采样机工作装置的有限元分析提供了数据支持。
　　最后，将工作装置导入有限元分析软件ANSYS Workbench中进行结构动力学分析。包括对工作装置进行了模态分析，确定了其固有频率和振型；进行谐响应分析，得到了工作装置幅频特性曲线；通过对采样机工作装置的瞬态动力学分析，得到了采样全过程的动应力特性，分析更接近于实际工作情况。结果表明，各臂的最大应力出现在不同时刻、采样机工作装置的结构较为合理、强度满足要求。本研究为采样机工作装置结构的进一步优化设计提供了理论依据，并对受力复杂的机构在整个运动过程中的瞬态强度分析具有一定的指导意义。

目录

声明

1 绪论

1.1引言

1.2煤炭采样机动力学研究现状

1.3课题的研究目的与意义

1.4研究内容

2 煤炭采样机工作装置运动学分析

2.1煤炭采样机工作装置结构及工作原理

2.2采样机工作装置运动学分析

2.3采样机工作空间的分析

2.4本章小结

3 关节式煤炭采样机工作装置动力学仿真

3.1ADAMS软件简介及常用模块介绍

3.2煤炭采样机工作装置虚拟模型的建立

3.3仿真分析及结果后处理

3.4本章小结

4 采样机工作装置模态分析及谐响应分析

4.1模态分析基本原理

4.2采样机工作装置的模态分析

4.3模态分析计算结果及分析

4.4谐响应分析基本原理

4.5采样机工作装置的谐响应分析

4.6本章小结

5 煤炭采样机工作装置瞬态动力学分析

5.1瞬态动力学基本理论

5.2大臂的瞬态动力学分析

5.3中臂的瞬态动力学分析

5.4小臂的瞬态动力学分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录 攻读学位期间取得的研究成果

致谢