礦井提升機的設(shè)計理論及CAD系統(tǒng)研究.pdf

1、礦井提升機是礦井運輸中的咽喉設(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)的正常進行和人員安全。國內(nèi)提升機的設(shè)計方法，主要采用傳統(tǒng)的靜態(tài)設(shè)計法，其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)往往偏大，設(shè)計周期長，很不利于產(chǎn)品換代和節(jié)省材料，由于設(shè)計問題，往往出現(xiàn)一些零部件過早失效。因此，傳統(tǒng)提升機的設(shè)計方法必然面臨著挑戰(zhàn)，市場競爭要求設(shè)計者采用現(xiàn)代設(shè)計方法，瞄準(zhǔn)國際提升機發(fā)展動向，設(shè)計出性能優(yōu)越的新型提升機，以滿足礦山行業(yè)的需求。然而在目前纏繞式提升機

2、計算機輔助設(shè)計方面，提升機廠家及其研究機構(gòu)還停留在對單個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)計計算，對卷筒結(jié)構(gòu)以及提升機主軸裝置整體進行優(yōu)化設(shè)計研究和CAD系統(tǒng)研究分析方面還比較欠缺，由于纏繞式提升機主軸裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況多、計算和繪圖量比較大，因此在纏繞式提升機整體CAD的研究方面亟待突破和完善。主軸裝置是提升機的重要部件，它起著存放鋼絲繩、承擔(dān)提升負(fù)荷以及傳遞動力的作用；理論和實踐表明，卷筒是提升機中比較薄弱的部件；目前

3、對剛性支輪支承下的筒殼強度的計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算方法還是一個需要進一步研究的領(lǐng)域。
　　 本文通過對現(xiàn)有各種筒殼應(yīng)力計算方法的深入分析，指出現(xiàn)有筒殼應(yīng)力計算公式存在的不足，應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論和觀點，通過對提升機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纏繞式提升機的關(guān)鍵零部件筒殼、支輪及主軸的應(yīng)力和變形進行認(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、支輪計算的力學(xué)模型，根據(jù)筒殼與支輪的變形諧調(diào)條件，進行系統(tǒng)的公式推導(dǎo)，形成了一套比較準(zhǔn)確的應(yīng)力計算公式。基于軟件工程的思想采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、模塊化技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等現(xiàn)代設(shè)計方法，開發(fā)了纏繞式提升機的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，在原有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，對提升機進行了適應(yīng)性設(shè)計。在提升機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，進而采用符合工程問

5、題的現(xiàn)代混合離散變量優(yōu)化設(shè)計方法(MDOD)進行設(shè)計，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)機械CAD開發(fā)模式優(yōu)、缺點的基礎(chǔ)上，建立鋼絲繩、電動機、減速器、聯(lián)軸器、軸承、高強度螺栓等數(shù)據(jù)庫，并運用參數(shù)化繪圖原理，以優(yōu)化結(jié)果作為輸入，實現(xiàn)了纏繞式提升機主軸裝置工程圖的自動生成。采用面向?qū)ο蟮腣isual Basic語言，以Windows作為應(yīng)用平臺，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)計到技術(shù)設(shè)計一體化的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)計語言Visual Basic，以SQL Server為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它具有開發(fā)速度快，軟件設(shè)計過程可視化、充分體現(xiàn)現(xiàn)代軟件技術(shù)等特點。
　　 本文通過對新型彈支卷筒結(jié)構(gòu)纏繞式提升機主軸裝置及其關(guān)鍵零部件的研究，運用力學(xué)和優(yōu)化理論，建立了計算力學(xué)模型和優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，提出了適合新型提升機卷筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計理

7、論和優(yōu)化方法。并借助于面向?qū)ο笤O(shè)計方法，實現(xiàn)了從方案設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)件的選型計算、工程圖紙設(shè)計的纏繞式提升機的CAD設(shè)計方法的集成與統(tǒng)一，具有較強的適應(yīng)性。本文的完成完善了提升機設(shè)計理論，使其設(shè)計計算精確、結(jié)構(gòu)合理，產(chǎn)品更加安全可靠。同時本論文使提升機在計算機輔助設(shè)計方面有了更進一步發(fā)展，大大減少了設(shè)計人員的工作量，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)計效率，在提升機行業(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