对峙式乳化液泵运动及动态特性的研究

摘要

随着煤矿井下综采能力的提升和相关装备的发展，乳化液泵作为煤矿安全保护设备——液压支架的动力源，要求必须向“高压力、大排量”的趋势向前发展。本课题组研究开发的对峙式乳化液泵作为一种新型乳化液泵，在兼顾上述发展理念的同时，对原有乳化液泵内部传动机构进行了合理改进，打破了以往乳化液曲轴连杆传统的布置方式，开辟大排量乳化液发展的新方向，提出了“少曲拐、多柱塞”新的设计理念。对该种设计理念来讲影响整机性能的关键部件即为曲柄连杆机构，它的设计合理与否将直接影响着该设计理念的实现，故对峙式乳化液泵曲柄连杆机构运动副的运动及动态特性的研究是一项具有重要意义的课题。
　　通过现场调研和相关文献收集，概括了曲轴、连杆的设计原则，确定了两支承三曲拐曲轴的曲柄销空间最佳位置，解决了左右连杆同步运动的难题，给出了该组件最佳结构形式，即内外连杆之间采用球面为相对运动转动副，并研制出该组件。运用复向量理论对该种曲柄连杆机构进行运动学分析，探索出了该机构中滑块的位移、速度、加速度变化规律。基于工程力学和机构学的原理，给出了各构件内所受动静载荷的计算方法，为该机构的强度、刚度校核奠定力学基础。利用CAD绘图软件Solidworks建模功能对曲轴、连杆、滑块进行有效建模，结合虚拟样机软件ADAMS进行动态仿真，得出了该机构滑块位移、速度及加速度的变化规律曲线图，获得了曲轴各曲柄销和滑块铰接处受力曲线图，验证了上述给出的数学模型正确合理。利用ADAMS软件参数化优化功能，针对本课题中曲柄连杆机构，确定了曲轴曲拐偏心距r为设计变量，滑块加速度变化范围最小为优化目标，获得了最优参数组合。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 概述

1．1．1 乳化液泵在煤矿中应用

1．1．2 课题来源

1．1．3 项目简介

1．2 研究背景

1．3 国内外研究现状及存在问题

1．3．1 国外现状

1．3．2 国内现状

1．3．3 存在的问题

1．4 课题研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 课题的研究目的

1．6 本章小结

2 对峙式乳化液泵曲轴连杆机构设计

2．1 对峙式乳化液泵曲轴的设计

2．1．1 曲轴结构名称简介

2．1．2 曲轴结构设计原则

2．1．3 曲柄销空间位置的布置

2．1．4 初定曲轴主要尺寸

2．1．5 对峙式乳化液泵曲轴的结构尺寸

2．2 对峙式乳化液泵连杆的设计

2．2．1 连杆结构简介

2．2．2 连杆结构设计原则

2．2．3 初定连杆主要尺寸

2．2．4 对峙式双连杆结构

2．2．5 双连杆主要结构尺寸

2．3 本章小结

3 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构动力学

3．1 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构运动学分析

3．1．1 平面运动学中的复向量记法

3．1．2 应用复向量记法的运动分析

3．2 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构动力学分析

3．2．1 曲柄连杆机构惯性力

3．2．2 曲柄连杆机构作用力

3．3 泵的安装座受力及振动

3．3．1 安装座受力及振动原因

3．3．2 泵的安装座振动措施

3．4 本章小结

4 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构的动态仿真分析

4．1 计算机辅助分析及曲柄连杆机构建模

4．1．1 计算机辅助工具

4．1．2 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构三维建模

4．2 虚拟样机技术

4．2．1 虚拟样机技术简述

4．2．2 虚拟样机仿真分析步骤

4．2．3 ADAMS软件概述

4．3 对峙式乳化液泵曲柄连杆滑块机构仿真分析

4．3．1 导入实体模型

4．3．2 添加约束和驱动

4．3．3 施加载荷

4．3．4 机构模型运动学仿真

4．3．5 机构模型动力学仿真

4．4 本章小结

5 对峙式乳化液泵曲轴连杆有限元分析

5．1 ANSYS Workbench简介

5．2 曲轴有限元分析

5．2．1 曲轴建模

5．2．2 定义材料特性

5．2．3 网格划分

5．2．4 约束条件

5．2．5 施加载荷

5．2．6 分析结果

5．3 双连杆有限元分析

5．3．1 双连杆建模

5．3．2 网格划分

5．3．3 连杆边界条件确定

5．3．4 分析结果

5．4 本章小结

6 对峙式乳化液泵曲柄连杆机构参数化分析

6．1 ADAMS参数化分析简介

6．2 参数化曲柄连杆滑块机构

6．2．1 参数化方式的确定

6．2．2 产生设计变量

6．2．3 控制变量取值范围

6．3 参数化仿真分析

6．3．1 参数化仿真分析目的

6．3．2 参数化仿真分析

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果