煤礦架空乘人裝置概念設計及優化

0煤礦架空乘人裝置的優化設計煤礦高架儀表是一種適用于變革帶和長邊邊坡的機械運輸設備的機械運輸設備，必須按照機械運輸方法和煤礦安全規則配備安全設備。這對減少礦山上下井的時間、煤礦機械的安全運輸人員的數量、減少礦山的體力消耗以及提高礦山的安全生產具有重要意義。在分析和研究該系統的工作原則和機構特征的基礎上，本研究提出了系統的總體規劃，提出了優化設計技術和方法，建立了數學優化設計模型。明確了邊界條件。目標函數和主要設計參數。在實現設計要求的前提下，實現性能的優化優化。1航空裝置系統的設計1.1托繩輪吊裝的工作原理該系統由托繩輪、驅動裝置、張緊裝置、機尾改向滑輪、儲繩裝置、托繩輪、電控及保護裝置、乘人座椅、牽引鋼絲繩等構成。它的主要工作原理就是把鋼絲繩安裝在托繩輪、驅動繩輪、尾部繩輪、壓繩輪上,同時實施配置有重錘張緊裝置拉緊以后,通過驅動裝置電動機進行動力的輸出,以帶動減速機構上鋼絲繩及驅動輪進行無級的循環運動,吊椅由鋼絲繩摩擦和抱索器鎖緊至運行的鋼絲繩上,同鋼絲繩一起下行或上行,以滿足輸送礦工需要。鋼絲繩利用張緊裝置拉緊之后,來維持鋼絲繩在托繩輪之間的張力及撓度。1.2硬齒面馬達驅動部及發電機驅動部主要由減速機、電動機、驅動繩輪、電力液壓制動器、機頭底座等構成。驅動部件的設計如圖1所示。驅動繩輪上下放置,減速機使用DCY直交軸硬齒面減速機,全部的驅動部以一字的形式進行排列,以在最大程度上縮減該驅動部尺寸及寬度。在減速機及電動機之間,進行了帶制動輪聯軸器及電力液壓制動器的設置,其中制動器采用的是失效安全型,即在系統掉電之后進行抱閘操作,完成停車制動。所以,使用直徑為15.5mm的鋼絲繩做主驅動鋼絲繩,將驅動繩輪掛接至減速機輸出軸上,用壓板壓緊在減速機軸端,無需加支撐軸承座給驅動繩輪,從而讓該驅動部的體積變小,減少占用巷道的空間。1.3張緊裝置的前置布置張緊機構由改向滑輪、張緊滑輪、張緊塔架、重錘塊等組成。傳統乘人裝置張緊機構配置到機尾的后面,固定之后就不能再進行移動。然而基于使用順槽乘人裝置特點的考慮,機尾常常需要頻繁的移動,以滿足巷道變化后伸縮快速的需求。所以,改變張緊裝置后置的方式,將其采用前置的布置方式,從而能夠減少因運輸距離變化而挪移張緊裝置工作。主鋼絲繩繞過張緊滑輪,張緊滑輪固定在張緊滑輪架上,在張緊滑輪架上安裝一個小改向輪。張緊繩以1根鋼絲繩來代替,張緊繩一端固定于塔架銷軸上,而另外一端由小改向輪改向,自塔架頂端頂部垂下,以吊住整個重錘塊。1.4保留殘余拉伸放線儲繩機構組成部件有定滑輪組、動滑輪組、滑道、防護網及中間托繩輥。設置儲繩部分能夠讓乘人裝置整體尺寸隨順槽長度及時變化,隨著總長度變化后,將余下的鋼絲繩實施保存,這樣就能夠減少插繩次數,降低所需移動的時間。依據15.5mm鋼絲繩的參數要求,大于450m儲繩部長度可以為30m,全部儲繩量可達240m,讓截斷后鋼絲繩尺寸能夠有480m,這樣就能重復使用鋼絲繩,提高鋼絲繩利用率,減少運行成本。1.5托輪吊架的安裝由于順槽猴車具有快速拆除、快速安裝、現場條件差等情況,所以托繩輪的安裝應可靠、簡單,同時可根據巷道的條件實施調整。托繩輪的組成部分有托輪吊架、安裝底座、托繩輪、管箍、三輪擺動架等。托繩輪部分采用三輪擺動式結構的設計方式,三輪將上、下2根鋼絲繩扣住,限制了鋼絲繩左右的自由度移動。在運行時,將座椅掛在下繩上,在通過托輪時,由于乘人的重量擺動擺動架,這時的鋼絲繩不能掉繩,落在最下輪的輪槽內。上繩由于擺動架擺動造成了彎曲,在乘人通過后,在反力作用下彎曲的上繩將擺動架復位,再次扣住鋼絲繩,使鋼絲繩不會輕易掉繩。2強制搜索優化設計分析2.1基于繩索環的數學模型建設將驅動繩輪物理模型變換成二維的數學模型,如圖2所示。(1)降低驅動繩輪體積因為當前的驅動繩輪大都實現了系列化與標準化,在總體設計中將結構的外形尺寸已經進行了明確。所以,降低驅動繩輪重量變換成縮減驅動輪的體積,文中將最小驅動輪體積作為目標函數。分析可得目標函數為V=367200πh1+h2+h3-1.5πd2h2。上式中,h1,h2,h3表示驅動繩輪厚度,d表示空圓直徑。依據上式能夠確定目標函數為f(x)=Vmin(2)彎曲強度條件需要設計的驅動繩輪變量有4個,即h1,h2,h3及d,因此可定義成驅動繩輪受到的外力作用主要是切向拉力,易產生扭變,因此需對其進行強度校核。彎曲強度條件是:如果截面彎曲受力很大,應對彎曲應力實施校核,彎曲強度條件是[n]=σs/σ≥ns。優化驅動繩輪數學模型是目標函數f(x)=Vmin約束前提[n]≥ns,100≤h1≤200,10≤h2≤20,55≤h3≤110,200≤d≤275因此,驅動繩輪優化就轉變成4個變量的多目標優化問題。2.2驅動繩輪厚度情況通過COSMOS優化設計器的采用,將驅動輪截面最小的面積設置成目標,允許誤差是5%,以VonMises應力值為基準,把最小值設成150MPa,保證安全系數是275.7/150=1.838。實施對驅動繩輪厚度情況優化設計分析。通過圖3試驗分析可以知道,驅動繩輪優化模型實施17次的迭代之后,其值收斂于最優解。在滿足最大應力值要求前提下,在承受切向拉力條件下,實施驅動繩輪優化設計后,驅動繩輪體積有效降低了,其值由0.057降低至0.027,其體積降低了52.2%,它的最大應力值可有102MPa。這表明其優化效果非常顯著,完全實現了設計的要求。3乘人裝置仿真研究根據傳統的架空乘人裝置設計開發費用高、周期長等不足,把產品優化技術及仿真技術引入至架空乘人裝置設計中,實施了架空乘人裝置系統動力學仿真研究,以及關鍵部件的系統優化分析。文中以VxWorks軟件及AD