矿用挖掘机提升机构传动系统动力学及可靠性研究

摘要

矿用挖掘机提升机构作为采矿施工过程中的重要机构之一，其工作性能和可靠性将对挖掘机的整体性能产生重大的影响。在恶劣的矿山环境中，提升机构不仅承受巨大的载荷作用，同时由于工作环境的不确定性和操作人员的不确定性，使得在每次挖掘过程中载荷具有较大的随机性。因此，研究随机工况作用下提升机构传动系统的动态可靠性意义重大。
　　本论文以太原重型机械集团有限公司（以下简称太原重工）研发的WK-55机械正铲式矿用挖掘机为研究对象，在深入分析提升机构传动系统的主要失效模式基础上，同时考虑载荷多次作用效应和结构强度退化，建立提升机构传动系统关键零部件的动态可靠性模型。本论文内容如下：
　　（1）根据太原重工提供的资料，本论文采用UG三维建模软件，建立提升机构传动系统的三维实体模型。通过 x_t格式文件将传动系统的三维模型转换到ADAMS动力学软件中，并添加约束，建立传动系统的动力学模型。使用ANSYS软件，对传动系统中的二级齿轮轴柔性化处理，同时导出 MNF文件。通过ADAMS软件中“Rigid to Flex”命令，替换原来的刚性二级齿轮轴，并建立提升机构传动系统的刚柔耦合动力学模型。
　　（2）根据动力学仿真数据，获得传动系统中零部件的动载荷—时间历程。再根据赫兹接触理论和弯扭强度合成理论，得到各级齿轮和二级齿轮轴的应力—时间历程。使用雨流循环计数法对零部件的动应力进行统计分析，获得零部件动应力的概率分布形式以及分布参数。
　　（3）将挖掘过程中的每一次“挖掘—回转卸载—卸载—回转至工作面”循环视为载荷作用一次。根据载荷多次作用原理，经计算得到传动系统的可靠度与时间的关系。本论文使用Gamma函数描述结构强度退化过程，并结合材料P-S-N曲线估计Gamma函数中的两个特征参数。
　　（4）使用 Kriging代理模型技术，构建各级齿轮结构功能函数的代理模型，并进行误差分析。同传统的多次调用有限元计算结构可靠度方法相比较，代理模型能有效的提高计算效率。根据结构功能函数，同时采用蒙特卡罗随机抽样法和Kriging代理模型技术，求得传动系统中各级齿轮的可靠度。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 齿轮动力学研究现状

1.3 机械零部件动态可靠性研究现状

1.4 Kriging模型研究现状

1.5 论文主要研究内容

第二章 提升机构传动系统动力学分析

2.1 提升机构传动系统参数化建模

2.2 刚柔耦合模型的建立

2.3 随机载荷作用下传动系统动力学仿真

2.4 传动系统动力学仿真结果分析

2.5 本章小结

第三章 提升机构传动系统零部件动载荷统计分析

3.1 齿轮副动应力计算

3.2 二级齿轮轴弯矩计算

3.3 零部件动应力—时间历程统计分析

3.4 本章小结

第四章 提升机构传动系统可靠性分析

4.1 随机载荷作用下传动系统动态可靠性分析

4.2 考虑强度退化传动系统动态可靠性分析

4.3 本章小结

第五章 基于代理模型传动系统零部件可靠性分析

5.1 代理模型简介

5.2 零部件代理模型的构建

5.3 齿轮零部件可靠性分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 后续研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果