油马达驱动型单轨吊牵引系统设计与研究

摘要

本文根据井下综采面电缆等设备拖运自动化的要求，以牵引力和运行效率满足工作要求为目的，以提高安全性为前提，在分析研究驱动和制动原理的基础上，设计了一种牵引力为45KN新型的油马达牵引型单轨吊牵引系统，并以此系统为研究对象，做了有限元分析、液压系统建立与仿真和优化设计等一系列研究工作，并得出一些结论:
　　 首先，通过分析研究驱动和制动原理，为设计油马达牵引型单轨吊牵引系统奠定了理论基础，并依据生产实际中对于牵引力的要求，考虑牵引系统所处的工作环境，设计出了油马达牵引型单轨吊牵引系统，完成了三维建模和机械加工的所需的零部件图纸和整个系统的装配图，在论文中详细介绍了所设计系统零部件的功能。
　　 其次，对实际工作中牵引系统各个零部件受力状况进行分析，利用有限元分析方法，对系统中主要零部件进行了有限元分析，证明了所设计系统的可靠性，得出各个零件工作中应力分布状况;在新型的150KN型制动装置设计中，利用了有限元分析工具提高了设计效率;对有限元中力的加载问题进行了研究，提出了一种加载不均匀力的方法。
　　 再次，按照所设计系统的动力来源和控制要求，设计了三套不同的液压系统，比较了各自的优劣，并对其中的一套液压系统的液压元件进行了选型;利用建模和仿真软件，对所设计的一液压系统进行了建模和仿真，证明了系统设计的可行性，并利用所搭建的仿真平台，进行了仿真研究，为实际中，提高系统运行效率提供了一定的借鉴。
　　 然后，根据现代优化设计的要求，本文对制动压缩弹簧和销轴进行了优化设计，得出了系统优化设计的结果。利用MATLAB优化工具箱和GUI界面搭建了销轴优化设计平台，提高了销轴优化设计效率和可操作性。
　　 总之，本文在油马达牵引型单轨吊牵引系统的结构设计、有限元分析、液压系统的建模和仿真、优化设计方面所做工作和得出结论和方法，在单轨吊牵引系统研究方面具有一定的意义。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 本课题研究的意义

1．2 国内外井下单轨吊系统的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题的来源

1．4 本论文的主要研究目的和研究内容

1．4．1 本论文的主要研究目的

1．4．2 论文的主要研究内容

2 牵引系统的机械结构设计

2．1 驱动原理和制动原理分析

2．1．1 驱动原理分析

2．1．2 制动原理分析

2．2 所要解决的关键技术

2．3 牵引系统的结构及其工作原理

2．3．1 牵引系统主要零部件及其工作原理

2．3．2 牵引系统机械装置及其工作原理

2．4 单轨吊电缆托运系统机尾制动装置

2．5 压缩弹簧的设计计算

2．6 本章小结

3 牵引系统的有限元分析

3．1 有限元法和分析软件简介

3．1．1 有限元法和有限单元法简介

3．1．2 SolidWorks Simulation简述

3．2 牵引系统主要零件的静态有限元受力分析

3．2．1 模型建立及其简化

3．2．2 新建算例并指定材料属性

3．2．3 确定接触类型并添加约束

3．2．4 添加外部载荷和划分网格

3．2．5 运行计算和结果分析

3．3 其他零件的有限元分析

3．3．1 车架的有限元分析

3．3．2 马达架的有限元分析

3．3．3 制动轮毂部件的有限元分析

3．3．4 压缩弹簧的有限元分析

3．3．5 拉簧的有限元分析

3．4 一种有限元分析不均匀力加载方法初探

3．4．1 SolidWorks Simulation载荷的类型

3．4．2 一种不均匀力加载方法

3．5 有限元分析的实际应用

3．5．1 150KN矿用步进式电缆托运车制动装置设计方案研究

3．5．2 有限元分析具体应用

3．6 本章小结

4 液压系统的设计与仿真

4．1 液压系统设计计算

4．1．1 负载与运动分析

4．1．2 确定液压缸参数

4．1．3 液压马达的选取及其功率验算

4．1．4 拟定液压系统图

4．1．5 三套液压系统对比分析

4．1．6 液压元件、辅件的选择

4．1．7 液压系统主要性能验算

4．2 液压系统仿真与分析

4．2．1 AMESIM概述

4．2．2 液压系统的建模和仿真

4．2．3 仿真结果分析

4．3 步进式单轨吊液压系统改造

4．4 本章小结

5 单轨吊牵引系统的优化设计

5．1 优化设计及其优化工具箱的概述

5．2 制动压缩弹簧的优化设计

5．2．1 设计目标函数确定

5．2．2 优化设计约束条件的建立

5．2．3 基于MATLAB优化工具箱的求解

5．3 销轴类零件优化设计

5．3．1 销轴类零件应用及其受力分析

5．3．2 采用MATLAB软件进行优化分析

5．3．3 销轴优化设计平台的搭建

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果