开题报告-基于虚拟样机技术的输送机设计

定制全套设计，选择圆梦设计 福建工程学院 毕业设计（论文）开题报告 机械与汽车工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 设计（论文）题目 基于虚拟样机技术的输送机设计 学生姓名 _ _ 学号 起迄日期 _ 计地点 _ 福建工程学院 指导教师 _ 张宁 _ 2016 年 3 月 25 日 1 毕业设计（论文）开题报告 1. 结合 毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写文献综述。 板输送机的研究意义 板输送机的研究意义 作为年产煤量最高的国家，我国已建成较多的高产高效的矿井。面对大量的煤炭，将其从矿井中运出显得非常重要。在采煤生产过程中最重要的是矿井运输，它包括矿物运输和辅助运输。矿井运输在矿山生产中十分重要，因为只有将采掘的矿物运出矿井才有意义。不仅要运输矿物，还要运输矸石，设备等，这就是辅助运输。它在矿山生产中也十分重要，现代化矿井对此更是高度重视。 刮板输送机是运输煤炭的主要装备，而我国 又是产煤大国，面临机械化和信息化的双重任务，不仅要大力发展机械化，提高产量和效率，而且要不断推进信息化，实现高效实时的管理。我国应不断吸收国外先进技术和管理检验，自主创新，制造出我国性能优良，工作可靠，维护方便，安全高效的重型刮板输送机。刮板输送机示例如图 1 所示。 图 1 刮板输送机 板输送机的工作原理 电动机启动后，通过液力耦合器将运动和动力传递到减速器，然后再通过液力耦合器将运动和动力传递到驱动链轮，驱动链轮通过链条将运动和动力传递到从动链轮，使刮板链带动煤炭沿着溜槽运动，完成煤炭的输送。 工作原理如图 2 所示。 2 1 机头链轮； 2 机尾链轮； 3 上、下溜槽； 4 刮板 图 2 刮板输送机工作原理示意图 环链传动系统的研究意义 既然刮板输送机在矿井中发挥着不可替代的作用，那么研究刮板输送机的结构也就变得更为迫切。由于圆环链传动系统的工作性能对刮板输送机的整体性能有着至关重要的影响，因此研究圆环链传动系统就变得非常有意义。刮板输送机链轮，一方面它的工作环境非常恶劣，时刻经受着污水的侵蚀和矿石的挤压，另一方面，在运送过程中，链轮承受着各种载荷、冲击等，这样就导致刮板输送机链轮运动不稳定，容易出 现故障，影响刮板输送机的工作性能。 在矿井中最早采用刮板输送机的国家是英国，但局限于当时的技术条件和理论水平，刮板输送机存在着大量的问题，比如说运输长度很小，只有十几米到几十米，机头功率不高，难以承担运输量巨大的矿井任务，关键零部件的强度和刚度也不够，经常发生机械性故障，造价非常昂贵，一般企业难以承担。现在刮板输送机的结构的不足之处有运输量过小，体现在装机功率不大，溜槽宽度不足等，重要零部件强度和刚度不足，比如刮板链和溜槽等 2 。因此，这就需要我们研究刮板输送机的结构来克服这些不足之处，以提高刮板输送机的工作性能，实现煤矿机械化的高效运转，实现经济效益的最大化。刮板输送机的主要结构如图 3 所示。 3 图 3 刮板输送机结构简图 1. 2 刮板输送机的发展及研究现状 板输送机的发展 刮板输送机的发展主要经历了三个阶段，第一阶段：二十世纪初，单链刮板输送机首先在英国投入使用，并在随后的煤炭运输中得到广泛的应运和发展。第二阶段：四十年代初，德国成功研发了可弯曲刮板输送机与刨煤机或深截式采煤机配合工作，使煤炭采掘实现了机械 化。第三阶段：五十年代初，出现了双链牵引和多电动机传动，刮板输送机牵引链强度和电动机功率极大提高。 当今世界各国都积极提高工作面刮板输送机的整机性能和各零部件的可靠性，成功研发了各种性能优良，工作可靠，维护方便，安全高效的工作面刮板输送机，极大地提高了矿井的采掘效率和安全水平。美国、澳大利亚、德国、英国等采煤发达国家积极发展集约化高产高效矿井，成功研制了运输能力强，自动化程度高，生产效率成倍提高的新一代综采工作面设备，形成了高产高效，强化集中的生产工作作业面。 板输送机在国外的研究现状 欧洲人首 先研制出刮板输送机，在随后的几十年间，经过不断地研究、创新、改进，刮板输送机的工作性能得到大幅度提升，广泛应用于煤炭开采企业，实现了煤炭生产的机械化与自动化的发展。从总体上来说，国外刮板输送机的研制工作领先于我国，性能优于国产的刮板输送机。国外刮板输送机的主要优势性能指标有如下几点： 运输距离较大； 刮板输送机在研制之初运输距离较小，只有几十米，经过不断研究与创新，现在国外刮板输送机的运输长度已经达到 300m，部分先进国家已经达到了 380m 的运输 长度。运 4 输距离的提高，极大地提高了煤炭运输的效率，减少了运输装备的机械故障与电量消耗。 运输数量较多； 国外通过增大溜槽宽度和链条的速度，极大地提高了刮板输送机的运输能力，刮板输送机的运输能力由原来的 h/展到现在的 h/使得矿井实现了高产高效的生产。 装机功率较高； 刮板输送机的装机功率由起初的 发展成现在的 装机功率的增大对于提高刮板输送机的运输能力和运输距离具有极其重要的意义。 寿命和可靠度较大。 国外经过长时间的科研与技术攻关，刮板输送机重要零部件的寿命有了很大的提高，比如减速器、刮板、链条、链轮等 的寿命都有了大幅度的提高，有的零部件的寿命甚至翻了两番。 板输送机在国内的研究现状 自从改革开放以来，我国的煤炭采掘业得到迅速发展，刮板输送机应运而生，更是不断应运和发展。我国通过认真借鉴，吸收国外刮板输送机的先进技术，已制造出符合我国国情的新一代运输能力强，自动化程度高的重型刮板输送机，基本满足国内市场的需求，甚至远销国外。我国已拥有中、小功率刮板输送机的成熟技术和制造能力，与国外同类型产品不相上下。最近几年，在总体设计、制造水平、安装维护等方面已接近国外同类机械，但是在核心技术等方面仍远远落 后于先进国家，这就需要我们积极吸收国外先进技术，加强自主研发，制造出符合我国国情的超重型大功率刮板输送机。 我国刮板输送机有如下特点： (1)产品系列多样化； 目前我国生产各种规格的刮板输送机，槽宽，装机功率，运输能力，链条规格，减速器功率等从大到小均有规格覆盖，可满足大、中、小矿的需要。 (2)产品配置多样化； 通过对刮板输送机的不断研究，液压紧链器、自动伸缩机尾等一系列新技术应用于自动化控制设备。液力耦合器、限矩摩擦离合器、调速耦合器等软启动技术应用于设备的过载保护。 (3)产品结构多样化。 刮板输 送机中部槽结构有原来单一的挡、铲结构逐步形成了框架结构、整体框架结 5 构等 ,适应了矿井恶劣的生产环境和繁重的生产任务，极大地满足了各类煤矿企业的实际生产需要。 1. 3 我国刮板输送机与国外先进产煤国家的差距 自从改革开放以来，经过从国外引进先进技术消化吸收和我国自主创新发展之后，我国刮板输送机取得了巨大的发展，产品结构和系列合理，规模庞大，在某些方面已经处于先进地位。但与世界先进产煤国家相比，我们仍然很落后。国外先进刮板输送机不断加大输送机的功率，使用新结构、新工艺，材料强度高，耐磨性好，使得产品可靠性和性能有很大提高，技术不断得到完善。 而我国生产的工作面刮板输送机整机性能相对比较差，具体如下： (1) 输送能力方面的差距 二十世纪世纪 9 0 年代后期，国外工作面刮板输送机装机功率达到 3 750 3855槽内宽也由 1大到 1250条直径 46 52中板厚度 45输能力达到 4500t/h 以上。 目前国内使用的重型刮板输送机装机功率多为 2 525 2 700别的使用2 855槽内宽 1200输能力达到 2500t/h 或 3000t/h，链条多采用38 48板厚度为 45 (2) 关键零部件寿命差距 我国生产的刮板输送机的主要零部件寿命大都低于国外先进产煤国家水平，其中关键零部件，如圆环链和中部槽。有资料表明：国外大于 34圆环链过煤量在 20000 万吨，国内同规格的圆环链过煤量 100 万吨左右。而且国外规格为 42环链过煤量可达 400 500 万吨 ，国外重型刮板输送机中部槽过煤量保证值为 600 万吨，最高寿命可达1200 万吨 ，而国产中部槽过煤量只有 400 500 万吨。造成这种寿命差距的主要原因是国内没有研制、开 发出生产这些关键零部件的材料，国内重型刮板输送机中部槽用的中板、链条等关键材料都是依靠进口，这样造成国内生产的产品总是滞后于国外产品。 (3) 技术性能差距 二十世纪末期以来，美、澳、英、德等先进采煤国家积极应用机电一体化技术，研制、开发新型自动化运输设备，这些设备采用计算机工况监测监控，在增加传动功率，提高生产能力的同时，使设备的功能内涵发生了重大突破。经过十多年的努力，已经研制出限矩摩擦离合器作为输送机启动或运行时的过载保护，利用调速偶合器实现输送机的软启动和过载保护，通过链条张力自动调节装置来实现刮板 链随运行工况的变化以调节链条的张紧力。通过工况监测和故障诊断系统，及时了解设备运行的工况，保证设备的安全运行。 6 今后，我国的刮板输送机的发展趋势为： 技术先进性； 设备重型化； 设备智能化； 性能可靠性； 机电液一体化。 文）任务要研究或解决的问题和拟采用的方法： 课题研究内容 刮板输送机是一种挠性牵引的连续运输机械。其特点是结构简单、使用寿命长，运转可靠性高、节能高效、输送距离长、维护方便，在冶金、化工 、 矿山等行业里广泛使用。刮板输送机作为煤矿采掘业的主要运输机械，人们在稳定性、结构性、动力性等方面不断对其提出更高要求，对刮板输送机的设计手段和设计效率也提出了更高的要求。刮板输送机工作性能的优劣，制造成本的高低与其设计密切相关，影响着产品的生产效率、自动化程度和使用寿命。传统设 计方法已无法满足刮板输送机的各种性能指标，采用现代设计法能够极大地简化设计开发过程 ,缩短设计周期 ,减少设计费用 ,提高设计质量及产品性能，对刮板输送机的研发有重要意义。 由于刮板输送机是矿井最重要的运输和承载装备，刮板输送机性能的优劣，尤其是圆环链传动系统性能的优劣直接影响着矿井的生产效率，对于煤炭企业的经济效益有着至关重要的作用。因此我们需要针对当前刮板输送机圆环链、链轮传动系统存在的一系列问题，加强研究，研制出性能更好的装备。 本课题的研究内容主要有： 介绍刮板输送机的研究意义和国内外发展现状； 介绍刮板输送机的工作原理以及整体布置； 尽管不同刮板输送机的安置形式不尽相同，但是它们的结构是一样的。研究刮板输送机的总体结构，需要弄清楚运动和动力的传递过程与路线，即运动和动力如何从电动机经过传动装置传动到刮板链，实现煤炭的运输。 对圆环链传动系统进行设计计算，包括对链轮和链条的设计参数进行选取、计算； 依据国家标准 991 以及 1054Q 对圆环链和链轮的参数进行选 7 取和计算 对三维建模软件 仿真软件 行简要的介绍； 在 对链轮、链环进行建模，然后按照直线段和曲线段将链轮链条进行装配； 在 ，设置好约束，接触参数等，建立起可以仿真的三维模型； 在 ，对三维模型进行动力学仿真，得出仿真曲线； 本次的设计重点是设计研究圆环链传动系统，其示意图如图 4 所示。 图 4 圆环链传动系统 要技术指标 所完成设计装备以工程制造为基本要求，所有设计图纸符合国标，制造工艺性好，具体指标包括： （ 1）设计正确合理的链环链轮参数； （ 2）对圆环链传动系统的建模要简单易行； （ 3）正确设置虚拟样机的仿真参数； （ 4）仿真曲线分析合理正确。 计的技术路线、重点、难点和解决方法 环链传动系统的技术路线和重点 本课题属 于建模仿真类题目，因此本课题的研究主要从三个方面进行： 对圆环链传动系统中的链轮和链环的参数进行设计研究； 对圆环链传动系统中的链轮和链环进行三维建模 ; 8 首先，要熟悉 件中的相关特征操作，比如阵列、镜像、扫描、拉伸等，这些特征操作是建立链轮链环三维模型必不可少的知识储备。不仅如此，还要熟悉 环链传动系统的三维模型并不复杂，只是比较繁琐而已，但是装配确实 比较麻烦，要分开四个子装配，即两个直线段的子装配和两个曲线段的子装配。这其中还要进行微调以免发生干涉。 对圆环链传动系统中的链轮和链环进行仿真分析 由于 件属于比较难掌握的高端 件并且大学中并没有接触过，因此要学习 件相关的基础知识。 件有众多模块，我们使用其中最基本的块。 件模块如图 5 所示。根据常规做法，需要设置圆环链传动系统虚拟样机仿真的环境和参数，建立约束和驱动。在模型校验 成功后尽可以进行仿真了。仿真之后得到仿真曲线，需要对仿真曲线进行分析。 图 5 件模块组成 传统的设计技术是静态、经验、被动和手工。自 20 世纪中期以来，随着科学技术的发展和新材料新工艺的出现，原有的设计方法难以满足市场的需求和产品的要求，因此，各种现代设计技术和方法应运而生，使机械设计和分析取得了长足的发展。优化设计，可靠性设计，价值工程，反求工程，绿色设计等现代设计方法及其综合应用极大地提高了机械产品的设计效率，改善了设计质量，减轻了劳动强度，缩短了研发周期，降低了研发成本，使技术人员有更多 精力进行创造性活动，增强了产品的市场竞争力。在本课题中我们就要充分运用计算机的三维建模技术和动力学仿真技术，实现人工达不到的计算水平。 计算机辅助技术于 20 世纪 50 年代发展起来，它运用计算机处理产品开发过程中的数据和图形信息。 术的关键是几何建模，充分利用人的巨大创造性和计算机强大的信息储存能力，快速精确的计算能力等。 术包括： 利用计算机设计产品的造型、装配、绘制工程图； 进行产品渲染、动态显示； 对产品进行工程分析，如有限元分析、动力学及运动学仿真等。 虚拟样机技术 应用包括： 用 件对工作机构运动和动力分析； 对刮板输送机圆环链传动系统进行仿真分析。 9 板输送机设计难点及解决方法 （ 1）链环链轮设计参数的确定； 解决方法： 参考 已有圆环链传动系统的尺寸； 根据设计要求对圆环链传动系统进行设计； 用 件对圆环链传动系统进行干涉检查。 （ 2）链环链轮三维模型的生成； 解决方法： 用 件进行零件的建模，要熟悉相关特征操作； 用 件对零件进行装配； 将链环链轮模型导入 件中进行检查。 （ 3）圆环链传动系统的仿真分析。 解决方法： 正确设置仿真环境和参数； 设置约束和驱动； 确定仿真时间进行仿真； 对仿真曲线分析研究。 10 1郑建荣 ， 拟样机技术入门与提高 M2002 2陈文华 ， 贺青川 ， 张旦闻 构设计与分析范例 M009 3李增刚 门详解与实例 M2006 4中国煤炭工业协会 主编 技术通用条件 M 中国煤炭出版社 ，1998 5黄学群 M 化学工业出版社， 2011 6张扬 ， 朱兆楼 我国刮板输送机发展分析 M2010， 16 7张荣立 采矿工程设计手册（上、中、下） M 北京 :煤炭工业出版社 ， 1999 8燕建华 刮板输送机的 断链保护 J 煤炭工程报， 2009， 25（ 5）： 56 9刘文彦 刮板输送机的发展现状及发展趋势 J 煤炭工程报， 2008,56（ 47） ： 89 10姜文燕 工作面刮板输送机技术现状和发展趋势 J 煤炭工业技术报， 2007， 4（ 2）： 15 11刘磊，温建刚，丁守坤，王赞 刮板输送机链轮组件新型结构研究 J2