礦井提升機(jī)的設(shè)計(jì)理論及CAD系統(tǒng)研究.pdf

1、礦井提升機(jī)是礦井運(yùn)輸中的咽喉設(shè)備，是井下與地面聯(lián)系的重要工具，它的狀況如何，直接關(guān)系到生產(chǎn)的正常進(jìn)行和人員安全。國(guó)內(nèi)提升機(jī)的設(shè)計(jì)方法，主要采用傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計(jì)法，其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)往往偏大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，很不利于產(chǎn)品換代和節(jié)省材料，由于設(shè)計(jì)問題，往往出現(xiàn)一些零部件過早失效。因此，傳統(tǒng)提升機(jī)的設(shè)計(jì)方法必然面臨著挑戰(zhàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求設(shè)計(jì)者采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，瞄準(zhǔn)國(guó)際提升機(jī)發(fā)展動(dòng)向，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越的新型提升機(jī)，以滿足礦山行業(yè)的需求。然而在目前纏繞式提升機(jī)

2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面，提升機(jī)廠家及其研究機(jī)構(gòu)還停留在對(duì)單個(gè)零部件的有限元分析、結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、以及設(shè)備選型設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)卷筒結(jié)構(gòu)以及提升機(jī)主軸裝置整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和CAD系統(tǒng)研究分析方面還比較欠缺，由于纏繞式提升機(jī)主軸裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況多、計(jì)算和繪圖量比較大，因此在纏繞式提升機(jī)整體CAD的研究方面亟待突破和完善。主軸裝置是提升機(jī)的重要部件，它起著存放鋼絲繩、承擔(dān)提升負(fù)荷以及傳遞動(dòng)力的作用；理論和實(shí)踐表明，卷筒是提升機(jī)中比較薄弱的部件；目前

3、對(duì)剛性支輪支承下的筒殼強(qiáng)度的計(jì)算方法已有了較為詳細(xì)的研究，而彈性支承下的筒殼及支輪的計(jì)算方法還是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的領(lǐng)域。
　　 本文通過對(duì)現(xiàn)有各種筒殼應(yīng)力計(jì)算方法的深入分析，指出現(xiàn)有筒殼應(yīng)力計(jì)算公式存在的不足，應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論和觀點(diǎn)，通過對(duì)提升機(jī)主軸裝置整體的系統(tǒng)分析和研究，靈活采用彈性基礎(chǔ)梁理論、彈性力學(xué)的平面應(yīng)力問題和板殼彎曲理論對(duì)纏繞式提升機(jī)的關(guān)鍵零部件筒殼、支輪及主軸的應(yīng)力和變形進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的理論分析，建立新型彈支卷

4、筒結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵零部件筒殼、支輪計(jì)算的力學(xué)模型，根據(jù)筒殼與支輪的變形諧調(diào)條件，進(jìn)行系統(tǒng)的公式推導(dǎo)，形成了一套比較準(zhǔn)確的應(yīng)力計(jì)算公式?；谲浖こ痰乃枷氩捎妹嫦?qū)ο蠹夹g(shù)、模塊化技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，開發(fā)了纏繞式提升機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在原有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對(duì)提升機(jī)進(jìn)行了適應(yīng)性設(shè)計(jì)。在提升機(jī)CAD系統(tǒng)的優(yōu)化模塊中，通過多約束的條件，建立了以主軸裝置重量最輕和卷筒兩支輪上的應(yīng)力差最小的多目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而采用符合工程問

5、題的現(xiàn)代混合離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法(MDOD)進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)化主軸裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及確定支輪的最佳位置，使主軸裝置的結(jié)構(gòu)更加合理可靠。在比較各類專業(yè)機(jī)械CAD開發(fā)模式優(yōu)、缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立鋼絲繩、電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、軸承、高強(qiáng)度螺栓等數(shù)據(jù)庫(kù)，并運(yùn)用參數(shù)化繪圖原理，以優(yōu)化結(jié)果作為輸入，實(shí)現(xiàn)了纏繞式提升機(jī)主軸裝置工程圖的自動(dòng)生成。采用面向?qū)ο蟮腣isual Basic語言，以Windows作為應(yīng)用平臺(tái)，并選用AutoCAD作為圖形支撐系統(tǒng)，

6、以SQL server作為底層數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)。完成了從方案設(shè)計(jì)到技術(shù)設(shè)計(jì)一體化的CAD軟件的系統(tǒng)集成。軟件系統(tǒng)的宿主語言是窗口化設(shè)計(jì)語言Visual Basic，以SQL Server為數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它具有開發(fā)速度快，軟件設(shè)計(jì)過程可視化、充分體現(xiàn)現(xiàn)代軟件技術(shù)等特點(diǎn)。
　　 本文通過對(duì)新型彈支卷筒結(jié)構(gòu)纏繞式提升機(jī)主軸裝置及其關(guān)鍵零部件的研究，運(yùn)用力學(xué)和優(yōu)化理論，建立了計(jì)算力學(xué)模型和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提出了適合新型提升機(jī)卷筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理

7、論和優(yōu)化方法。并借助于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了從方案設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件的選型計(jì)算、工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的纏繞式提升機(jī)的CAD設(shè)計(jì)方法的集成與統(tǒng)一，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本文的完成完善了提升機(jī)設(shè)計(jì)理論，使其設(shè)計(jì)計(jì)算精確、結(jié)構(gòu)合理，產(chǎn)品更加安全可靠。同時(shí)本論文使提升機(jī)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面有了更進(jìn)一步發(fā)展，大大減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，降低了制造和使用的成本，縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率，在提升機(jī)行業(yè)有很大的應(yīng)用推廣前景。本研究可廣泛地應(yīng)用于含有筒殼的