煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车研究与应用

摘要

巷道路面硬化工艺的快速发展使井下无轨胶轮辅助运输成为煤矿高效安全开采领域的重点研究方向，同时混凝土的运输质量及效率是巷道铺底工艺的重要保证。目前我国井下巷道铺底施工应用的混凝土搅拌运输车辆存在车架承载平台不稳定，搅拌罐充填率低，单台运量小，搅拌罐体和叶片使用寿命短，液压驱动系统受液压冲击影响大等问题，严重影响混凝土的运输效率和质量。因此，本文结合煤矿复杂的环境条件设计应用了一款专用于井下巷道施工用混凝土运输的煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车，以保证铺底质量。　　结合国内外矿用混凝土搅拌运输车的研究现状和发展趋势，论文依据巷道施工用混凝土的质量技术要求和现场工况条件，从防爆系统、传动系统、操纵系统及整车结构四个方面提出煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车的总体设计方案并完成参数校核计算，论述了整车的研究理论及技术方法；其次，在分析煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车搅拌机理和搅拌工序的基础上，依据总体方案，通过结构功能分析对整车结构进行参数设计，完成搅拌罐、搅拌叶片、副车架、驾驶室和进出料装置的结构设计，运用SolidWorks建模技术完成机械零部件及整车的三维建模，并基于ANSYSWorkbench应用有限元分析法依次对这五个关键结构进行了静力学分析、模态分析、谐响应分析、减震特性分析及疲劳寿命分析，完成了整车关键结构的可靠性分析研究，同时为进一步提高关键部件的耐用性提出合理化意见；再次，采用系统参数设计理论完成了煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车液压驱动系统的回路设计，并利用AMESim系统仿真技术建立系统回路仿真模型分析各工况下的系统运动特性和流量特性，验证了系统设计的合理性；最后，在巴彦高勒煤矿现场分别从整车功能、搅拌性能及井下巷道路面铺设质量三个方面进行了煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车的应用研究，通过现场应用和实验分析验证了整车良好的工作性能和搅拌性能。　　通过对关键结构的可靠性分析得出，搅拌罐最大应力出现在滚道与支撑托轮接触处、最大变形发生在进出料口顶部且二者值均较小，搅拌叶片不会与外部激励频率发生共振现象，副车架结构稳定、过渡横梁布置合理，驾驶室减震系统减震效果良好，进出料槽的使用寿命均超过8.65×106次，整车结构合理可靠；通过对液压驱动系统回路进行仿真分析得出各工况下搅拌罐恒速控制合理稳定，工序换向时间应控制在3秒左右；通过现场实验应用研究可知整车系统功能良好，能有效保证巷道施工混凝土料的运输质量。论文研究弥补了矿用混凝土搅拌运输车基础理论研究环节薄弱的问题，提高了巷道施工用混凝土的输送效率，工程实践应用价值良好。

目录

声明

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状与趋势

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 发展趋势

1.3 研究目的和意义

1.4 主要研究内容

2 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车总体方案设计与研究

2.1 巷道施工混凝土质量技术分析

2.1.1 巷道施工混凝土质量技术要求

2.1.2 混凝土搅拌运动分析

2.2.1 井上路面运输工况分析

2.2.2 井下巷道运输工况分析

2.3 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车总体方案设计

2.3.1 巷道施工混凝土输送方案分析

2.3.2 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车总体方案设计

2.3.3 总体方案相关参数校核计算

2.4 本章小结

3 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车结构设计与可靠性分析

3.1 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车工作原理

3.1.1 搅拌机理分析

3.1.2 搅拌工序分析

3.2 搅拌装置结构设计与研究

3.2.1 搅拌罐体设计与研究

3.2.2 搅拌罐体静力学分析

3.2.3 搅拌叶片结构设计与研究

3.2.4 搅拌叶片模态分析

3.3 副车架结构设计与研究

3.3.1 副车架承载功能分析

3.3.2 副车架结构设计

3.3.3 副车架谐响应分析

3.4.1 驾驶室人机工程分析

3.4.2 驾驶室舒适性设计研究

3.4.3 驾驶室总体布局设计

3.4.4 驾驶室减振特性分析

3.5 进出料装置结构设计与研究

3.5.1 进出料装置结构功能分析

3.5.2 进出料装置结构改进设计

3.5.3 进出料装置整体结构设计

3.5.4 进出料槽疲劳寿命分析

3.6 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车三维模型

3.7 本章小结

4 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车液压驱动系统设计与分析

4.1 液压驱动系统工作原理分析

4.1.1 搅拌驱动装置总成

4.1.2 液压驱动系统工作原理

4.2 液压驱动系统设计

4.2.1 搅拌装置负载过程分析

4.2.2 控制方案确定

4.2.3 搅拌功率确定

4.2.4 液压驱动系统主要参数确定与液压元件选型

4.3 液压驱动系统仿真分析

4.3.1 系统仿真模型建立

4.3.2 搅拌罐恒速控制

4.3.3 进料工况系统仿真与分析

4.3.4 满载情况下各种工况仿真与分析

4.4 本章小结

5 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车应用研究

5.1 煤矿巷道施工混凝土搅拌运输车应用研究方案制定

5.2.1 驾驶室操纵系统功能性应用研究

5.2.2 防爆系统功能性应用研究

5.2.3 进出料搅拌系统功能性应用研究

5.3 混凝土搅拌性能应用研究

5.4 井下巷道路面铺设质量测试研究

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1.1 主要研究工作

6.1.2 主要结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

致谢

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