EBZ-300型纵轴式掘进机回转机构优化设计的研究

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掘进机是一种综合掘进设备,在煤矿、隧道、地铁等施工现场应用广泛。其主要由截割机构、回转机构、运输机构、行走机构、冷却喷雾系统等组成,具有截割、行走、装运、喷雾灭尘等功能。其中,回转机构主要由回转台、水平回转油缸和竖直升降油缸组成,是负责连接截割机构和掘进机机身的关键部件,在掘进机工作过程中要受到很大的载荷和冲击。在实际掘进机使用过程中,回转台的下侧耳部以及回转台中的回转支承是最容易发生故障的地方,在生产过程中时常会发生断裂,给生产作业甚至操作人员的安全造成了不利影响,因此对掘进机回转机构进行受力分析并对其进行适当的优化设计是很有必要的。  本课题主要针对EBZ-300型纵轴式掘进机(以下简称纵轴式掘进机)进行了研究分析。首先,对掘进机回转台及其相连接的回转油缸和升降油缸进行了理论受力分析。通过对回转台及其连接部分绘制受力示意图,结合掘进机图纸中的相关尺寸建立力学方程式,从而得到回转台受力与回转油缸、升降油缸位移的关系,确定了影响回转台受力情况的主要因素。之后进行了掘进机截割煤岩过程的仿真分析。简要过程为在三维建模软件UG中建立了截割头和煤岩的三维模型,应用LS-DYNA显式动力学分析软件对截割头截割煤岩的过程进行了仿真分析,从而得到了截割头在截割煤岩过程中的受力情况。接下来进行了回转台受力情况的有限元分析。在三维建模软件UG中建立回转机构及截割臂、机座等的三维模型,将显式动力学仿真中已经求得的截割头的受力情况作为载荷施加到截割头中心,同时设定回转油缸和升降油缸的伸出速度,模拟掘进机在水平截割和竖直截割状态下的工作过程,利用有限元技术,得到回转台的受力情况,并确定了回转台在截割过程中的危险位置。最后,采用MATLAB遗传算法优化工具箱对回转台进行了优化设计。通过该课题的研究,改善了掘进机回转台的受力情况,提高了可靠性和安全性。
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