基于缩尺实验台的斗轮堆取料机载荷及振动特性研究

作     者：刘炽健 

作者单位：湖南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李鸿光;姜永正;钱云芳

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：斗轮堆取料机 缩尺模型 动力学特性 离散元 有限元 挖掘阻力 

摘      要：斗轮堆取料机是一种广泛运用于大型露天矿储料场、大型仓库、煤气发电厂和大型港口码头等散料运输场所的大型连续散料处理成套设备。斗轮机在取料过程中悬臂梁的振动问题非常突出,严重影响工作效率,甚至引发结构失效乃至整机坍塌事故等。这与斗轮机挖掘对象复杂多变,激励源多且特性复杂密切相关,其中铲斗在挖掘散料时受到来自物料的动态挖掘阻力是十分重要的激励源之一。本文以DQLZ1200型斗轮机为模型搭建的实验台为研究对象,通过离散元法和有限元法,并结合相应的实验研究方法,对斗轮堆取料机在挖掘过程中载荷变化特性、载荷变化影响因素、悬臂响应及响应的影响因素等方面进行了模拟分析及实验。主要研究内容如下:1.根据相似理论,参照DQLZ1200型号斗轮堆取料机,设计和搭建了斗轮堆取料机悬臂动力学特性研究缩尺实验平台。为了验证模型相似性,分别建立了斗轮堆取料机与缩尺模型实验台的有限元模型,对两者进行了模态分析。对比实验台与斗轮堆取料机的模态结果,验证了斗轮堆取料机与实验台具有几何与动力学相似性,同时为后面的响应分析奠定基础。2.建立了离散元模型,仿真分析了斗轮堆取料机斗轮机构取料过程,获得了取料过程挖掘阻力的时变特征。设计进行了实验,对仿真模型的准确性进行了验证。研究发现,铲斗受到的挖掘阻力的大小与斗轮转速在一定范围内呈正相关,即转速越大,挖掘阻力越大,超过一定范围时,转速变化不影响挖掘阻力大小;在一定范围与物料颗粒大小呈负相关,即颗粒越大,挖掘的阻力越小。颗粒过于庞大或者过于细小,颗粒大小的变化不影响挖掘阻力的大小。3.对挖掘过程中悬臂的振动响应进行了计算分析。将所得到的挖掘载荷数据加载至实验台有限元模型中,得到了斗轮堆取料机在挖掘过程中的振动响应。通过与实验测试结果的对比,验证了有限元模型的准确性。研究了悬臂振幅和应力与挖掘载荷特性之间的关系,发现随着挖掘阻力变小,悬臂结构的振幅及应力变小;斗轮转速接近固有频率时,悬臂会发生剧烈振动,会导致悬臂的振幅与应力会出现较大的峰值。