基于动力学模型的高温高温高温闸门卸载装置优化设计

基于动力学模型的高温高温高温闸门卸载装置优化设计

倾斜斗广泛应用于煤矿的开采材料现代化。其运行效率直接影响矿山的生产效率，而装配装置的性能直接关系到倾斜斗的操作效率。一般来说，抗压能力、抗压时间短、维护简单等需要相对较好。上开式扇形闸门箕斗卸载装置满足了这些要求,已被公认为比较理想的卸载装置。目前,此卸载装置的设计以经验为主,理论分析不足,然而其卸载过程是一个复杂的动力学行为,影响因素多,且相互耦合。本文就卸载装置性能的影响因素以及卸载装置的优化模型进行探讨。1回转轴102上开式扇形闸门箕斗(图1)的工作原理为:箕斗上提时,当卸载滚轮6进入两侧曲轨11后,卸载滚轮6沿着曲轨11滑动,带动扇形闸门5绕闸门回转轴4转动,扇形闸门5逐渐打开,煤靠自重沿着溜煤槽8卸入煤仓。当箕斗达到规定提升高度时,扇形闸门已完全打开,煤以最大量卸载。煤卸完后,箕斗开始下放,卸载滚轮6与曲轨11做同打开时相反的运动,将扇形闸门5关闭,离开曲轨11后,扇形闸门5靠自身作用实现自锁。2卸载设备参数分析2.1装卸曲轨的压力文献[2～3]利用理论力学、松散物料力学理论建立了卸载装置的动力学模型。扇形门打开的瞬时角位置为扇形门打开的瞬时角速度扇形门打开的瞬时角加速度扇形门开启力卸载滚轮对曲轨的正压力式中y′x,yx′——分别为卸载曲轨曲线的一阶导数、二阶导数v——卸载时箕斗爬行速度Tn——箕斗中的煤作用在闸门上的法向力Ma——闸门打开产生的惯性转矩Mf——转轴处的摩擦力产生的阻力矩µ——动摩擦因数α——曲轨切线与铅垂方向夹角将表1所示的16t箕斗运行参数代入上述动力学模型,得到图2所示的卸载滚轮与曲轨的压力曲线。图2中可以看出卸载滚轮与曲轨的最大压力出现在卸载滚轮与曲轨初始圆弧开始作用的时刻,随后压力值不断下降,可见初始接触的压力峰值对系统影响最大。因此,本文将此压力峰值作为判断卸载装置力学性能的标准,设计中,应该在允许的情况下,尽量削弱压力峰值,减小冲击,提高整个系统的可靠性。2.2初始转化率对压力峰值的影响卸载滚轮与曲轨的压力峰值是随着卸载曲轨的初始曲率、闸门初始位置、箕斗爬行速度、箕斗载重、箕斗尺寸、闸门重量、闸门尺寸等参数的变化而变化。图3～6分别为初始曲率与压力峰值关系曲线,不同初始曲率的压力峰值与闸门初始位置关系曲线,不同初始曲率的压力峰值与爬行速度关系曲线,不同初始曲率的压力峰值与滚轮杆长度关系曲线。图3中,压力峰值随着初始曲率的增大而减小,当半径大于一定值时,半径的增大对压力峰值变化不敏感,这说明当初始曲率增大到一定值时,通过继续增大初始曲率来削弱压力峰值就不合理了,并且初始曲率的增大必将造成卸载高度增加,延长卸载时间,甚至超过其它卸载方式的卸载时间。图4中,闸门初始位置相同时,初始曲率越大,压力峰值越小,符合初始曲率与压力峰值关系曲线;初始曲率一定时,压力峰值与闸门初始位置角度近似呈线性关系,角度越小,峰值越小,因此,实际设计中应尽量使角度减小,然而,角度太小,可能造成闸门不能自琐,这是设计中绝对不允许的。图5中,相同爬行速度时,初始曲率越大,压力峰值越小,压力峰值的变化越缓慢,与初始曲率与压力峰值曲线一致;相同初始曲率下,压力峰值随爬行速度的增大而增大,爬行速度越大,压力峰值增大越快;故设计中应考虑卸载过速对关键设备、部件的影响。图6中,滚轮杆长度相同时,初始曲率越大,压力峰值越小,符合初始曲率与压力峰值关系曲线,相同初始曲率时,压力峰值随着滚轮杆长度的增大而减小,如果滚轮杆太长,会增加打开时间,并可能与其他设备产生干涉,设计中,应该在条件允许的情况下,尽可能加长滚轮杆长度。2.3发送压力优化模型综上所述,我们已经可以清楚地了解各个参数对压力峰值的影响,然而,由于影响参数众多,且相互耦合。为了在实际设计中,选取合理的参数,本文建立了卸载装置的参数优化模型。目标函数:压力峰值最小化。约束:(1)合理的曲轨曲线形式约束,多圆弧形式,相切过渡,便于加工;(2)卸载高度、宽度的空间约束;(3)卸载时间约束;(4)爬行速度约束;(5)闸门尺寸约束;(6)闸门自琐约束。本文按照此优化模型进行求解,推荐符合本文条件下的16t上开式扇形闸门箕斗卸载段曲轨曲线,如图7所示,其方程表达式如下其对应的卸载滚轮与曲轨压力如图8所示。3垂直力的影响(1)上开式扇形闸门箕斗卸载装置卸载时,会对整套设备产生巨大的水平力和垂直力,本文的16t箕斗的初始水平力就大于4.5t。水平力由套架承担,设计中应该校核水平力的影响,必要时需对套架加固;垂直力会对提升系统有一定的影响,应该结合提升系统进行整体考虑。(2)水平方向的安装误差会引起水平方向运动轨迹的变化,这必然会增大水平冲击力,甚至可能超过设备的许用强度,危害很大,解决这个问题除了在安装过程中加强检测外,还应该计算、设计合理的导向机构。(3)卸载过速在实际使用中的发生是完全可能的,应计算、设计合理机构以保证过速时,关键设备和部件不致损坏。4装卸装置优化模型本文理论上分析了各个参数对卸载装置卸载时压力峰