【电铲工作原理及工作周期钢丝绳受力状态分析6500字】

电铲工作原理及工作周期钢丝绳受力状态分析目录TOC\o"1-3"\h\u24579电铲工作原理及工作周期钢丝绳受力状态分析 图1.5所示，展示了侧丝的局部三维坐标情况，其中s表示位于轴线方向的侧丝的弧长度。在既定的截面上，Fx代表位于x′方向上的力，Fy代表位于y′方向上的力，Fz代表位于z′方方向上的力，代表位于x′方向上的力矩，代表位于x′方向上的力矩，代位于表x′方向上的力矩。Fs代表位于x′方向的剪切力，Fs′代表位于y′方向的剪切力。位于z′方向的拉力、位于x′方向的弯矩以及位于y′方向的弯矩分别用Ft、Wr、Wr′表示。钢丝绳子的空间受力情况如式1.29所示：dFsds-F'sτ+FtdF'ds-Ftκ+Fsτ+FdWrds-W'rτ+TdWrds-W'rτ+TdW'rds-Trκ+WdTrds-Wrκ'+W'r若然钢丝成是单层结构的，并且它不会受到以及的作用，同时的为恒常数值时，上面的数条公式可以演变为式1.35的平衡方程：Fxo=F'soτo-Ftoκ'F'so=W'roτo-Tro在式1.35和式1.36中，可用作对以及的求解，若然作用于侧丝的荷载力是弹性时，那么可以表示为。以及分别代表侧丝的面积以及模量，前者的计算公式为。而侧丝横截位置的扭矩计算公式以及弯矩计算公式如下所示：Wro=EoIx'oκFsinφW'ro=EoIy'o(κTro=EoCo(τ在上面三个式子中，钢丝绳子位于截面位置的惯性矩分别用以及表示。系数以及钢丝绳子的截面的计算公式为、。所以，钢丝绳子在总轴向方向上受到的荷载力Ft的计算公式为：Flc=πEcRc2ε F2o=mo(FtoFt=Flc+F2o 在式1.40、式1.41以及式1.42中，代表侧丝绳子的总数量，而芯丝的轴向力以及侧丝位置上的轴向力则用以及表示。1.4WK-20电铲系统工作过程的理论分析在工作过程中，电铲提升钢丝绳受动载荷作用，在一定程度上增大了电铲提升钢丝绳的作业负担，影响其使用寿命，还会对电铲的作业性能产生负面影响。因此，研究电铲提升钢丝绳的振动特性对于提升电铲的作业可靠性、延长组成机构的使用寿命和避免不必要的材料损耗有极大的研究意义[19]。WK-20电铲工作机构示意图如图1.6所示。电动机经过齿轮传动机构传动驱动卷筒，卷筒上方缠绕钢丝绳，钢丝绳经过动臂顶部滑轮固接于铲斗的耳环上。在控制系统的调速控制下实现电机正反转进而控制铲斗上升和下降。图1.6WK-20电铲工作机构示意图Fig.1.6workingmechanismofwk-20electricshovel根据电铲工作机构示意图，构建简化力学模型，将工作装置进行质量转化，视为几个集中质量构成的具有相应刚度的弹性系统。分析电铲工作原理可知，电铲工作装置有三个回转中心，分别为卷筒、斗柄回转中心及动臂回转中心，分别设三个回转中心的回转角度为θ1、θ2和θ3。同时根据动静法，结合三部分振动体，考虑振动过程中的阻尼力，可将电铲工作装置的力学模型简化如图1.7所示[20]图1.7WK-20电铲简化模型Figure1.7simplifiedmodelofwk-20electricshovel其中：m1为斗柄、铲斗、部分钢丝绳转化到该位置处的转化质量，19443Kg；m2为动臂顶端滑轮、动臂、部分钢丝绳转化到该位置处的转化质量，4256Kg；m3为部分钢丝绳及卷筒转化到该位置处的钢丝绳中心线上的转化质量973Kg；k1、c1为天轮中心线位置处到铲斗耳环中心处的钢丝绳当量刚度、阻尼，该段钢丝绳所受弹力、阻尼力合力为F1;k2、c2为天轮中心线位置处到绷绳固定端的钢丝绳当量刚度、阻尼，该段钢丝绳所受弹力、阻尼力合力为F2;k3、c3为天轮中心线位置处到卷筒中心处的钢丝绳当量刚度、阻尼，该段钢丝绳所受弹力、阻尼力合力为F3;α1为动臂与水平方向夹角；α2为绷绳与水平方向夹角；α3为斗柄与水平方向夹角。根据该模型可获得整个系统的作用力方程：M电-F3Rj=J1θF1l1F2l3其中，M电=9550⋅PnF3=k3θ1πRj180J1=12m3Rj2F1=k1ldθ2+l1=ldcosα3+θl2=ldcosα3 J2=13m1ld2 F2=k2lbθ3+l3=lbcosπ2−αl4=lbcosα1+θ3l5=12lbcosαl6=2l1 J3=12m1+m22其中：l1为提升钢丝绳所在轴中心到斗柄回转中心的长度；l2为铲斗所在轴中心到斗柄回转中心的长度；l3为绷绳所在轴中心到动臂回转中心的长度；l4为天轮所在轴中心到动臂回转中心的长度；l5为铲斗所在轴中心到动臂回转中心的长度；l6为提升钢丝绳所在轴中心到动臂回转中心的长度；绷绳数量为4,提升钢丝绳的数量为2，钢丝绳抗拉弹性模量为1.15×106公斤/厘米2，绷绳及提升钢丝绳的直径分别为70mm、58mm，假设阻尼系数为研究提升钢丝绳张力随时间的变化情况，需要知道在整个动态过程中的外力载荷的变化情况，在该工作系统内指的是电动机的扭矩随时间变化的特性。以下研究电机从启动到稳定运行的过程中分别经历平缓加速至匀速后减速和速度变化较为剧烈两种过程下的提升钢丝绳张力变化情况。利用MATLAB软件对两种情况下的提升钢丝绳张力变化进行分析，结果如图1.8、图1.9所示。图1.8电机缓慢启动至平稳运行的启动方式下钢丝绳张力变化Fig.1.8changeofwireropetensionfromslowstarttosmoothstartofmotor图1.9电机急加速的启动方式下钢丝绳张力变化Figure1.9changeofwireropetensionunderthestartingmodeofmotorrapidacceleration分析图1.8、1.9可知，当电机在第一种情况下，只有2-4秒启动时间内存在张力小突变，钢丝绳张力瞬时变化；而第二种情况下的0-4秒内存在多次突变，张力变化相较于情况一波动次数较多[21]。如果在电机启动过程中加速度产生突变或者电机瞬时启动速度较快，那么钢丝绳张力在前