底侧卸式矿车卸载曲轨的设计与研究

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1、底侧卸式矿车卸载曲轨的设计与研究谢良分析了底侧卸式矿车卸载轮的运动轨迹，针对其运动轨迹设计出了三种较为合理的卸载曲轨空间曲线，在理论分析的基础上确定了柱面匀角速度修正曲线更适合于底侧卸式矿车的卸载工况。卸载轮轨迹分析底侧卸式矿车在整个卸载过程中，其受力情况比较复杂。卸载过程中车体承受着很大的冲击载荷，而卸载能否顺利进行很大程度上取决于卸载曲轨本身，因此曲轨形状的选择合适与否，直接关系到矿车卸载的平顺性、矿车运行的稳定性以及矿车的使用寿命。底侧卸式矿车在卸载站的卸载过程如图1所示，其卸载轮轨迹（即卸载轮与卸

2、载曲轨接触点的运动轨迹）为一空间曲线。由图1可以看出，在卸载过程中，卸载轮与卸载曲轨接触点的运动同时由两种运动合成：一是卸载轮绕车底与车箱之间的回转轴（以下简称转轴，即图3中A′点）中心的回转运动；二是卸载轮沿矿车前进方向的水平直线运动。所以，卸载轮轨迹为一个以转轴为中心、以转轴中心至卸载轮底面中点间的距离为半径的空间圆柱曲线，如图2所示ABCD曲线。图1底侧卸式矿车卸载时各矿车的相对位置图2底侧卸式矿车卸载曲轨曲线的分析有关底侧卸式矿车卸载曲轨的设计，目前大多采用一种以平面抛物线投影到基圆柱表面上所形成

3、的柱面抛物曲线。但通过分析比较，这种曲线有其不足之处；而用一条余弦曲线投影到基圆柱表面上所形成的柱面余弦曲线虽克服了前述曲线的某些缺点，却也有其美中不足之处；用一条将车底门匀速打开但经过局部修正的曲线投影到基圆柱表面上所形成的柱面匀角速度修正曲线能更好地满足底侧卸式矿车的卸载要求。2各种空间曲线的分析研究下面以4m3底侧卸式矿车卸载曲轨的设计为例，分别设计出柱面抛物曲线、柱面余弦曲线和柱面匀角速度曲线，然后针对其y－x（卸载轮空间位置）、ω－t（角速度与时间）和ε－t（角加速度与时间）曲线进行分析比较。为

4、使矿车底门卸载后能自动复位，将曲轨设计成左右对称。为利于矿车在最大开启角度将矿石卸净，当车底门处于最大开启角状态时，在曲轨上设置长度为2.4m的直线卸载段。矿车最大开启角为50°，矿车及曲轨设计参数如图3所示。图34m3底侧卸式矿车外形尺寸由于卸载曲轨左右对称，因此仅对曲轨的一半即图2中的AB段进行分析。首先作出曲轨曲线方程，绘制y－x、ω－t及ε－t曲线，最后对这三种空间曲线进行分析比较，选择合适的卸载曲线进行曲轨设计。为便于数学运算，首先建立如图4所示坐标系，以转轴为X轴、以矿车前进方向为X轴正方向、

5、向上为Y轴正方向，按右手系确定Z轴正方向，以卸载曲轨起点所在的垂直于X轴的平面与X轴的交点为坐标原点。图44m3底侧卸式矿车卸载曲轨的坐标系假定曲线起点及终点的坐标分别为A（Xa，Ya，Za）、B（Xb，Yb，Zb），由图4可知：Xa＝0、Ya＝－437.5、Za＝1220、Xb＝4340，φ1＝50°。由以上数据计算得：基圆半径R＝＝1296mm，φ0＝arctg（－Ya／Za）＝19.73°，Yb＝-Rsin（φ0＋φ1）＝－1215.8mm。上述计算中，基圆半径R值不是转轴中心至卸载轮底面宽度中点间

6、的距离，而是转轴中心至曲轨横截面中心的距离，这与卸载轮实际轨迹极为相近，只是为了便于曲轨设计而采用该值，两者并无实质性区别。平面抛物线投影到基圆柱表面上所形成的柱面抛物曲线图5柱面抛物曲线卸载曲轨坐标系平面抛物线方程为：（X－X20）＝2P（Y－Y0）（P＞0）由图5可以看出，X0＝Xb、Y0＝Yb，由此可得柱面抛物曲线方程为：(1)将A点坐标及Xb，Yb值代入方程（1）得：P＝12089.3将X2b、P、Yb、R代入上述方程得：（X－4340）＝24179（Y＋1215.8）Y＝－1296sinφZ＝1

7、296cosφ设矿车卸矿时的水平运行速度为v（本次设计取v＝1000mm／s），由方程（1）推导如下：Y＝〔（X－X22b）／2P〕＋Yb＝〔（X－4340）／24179〕－1215.8Y′X＝（X－Xb）／P＝（X－4340）／12089.5ω＝dφ／dt＝－Y.X′v／（Rcosφ）ε＝dω／dt＝－v〔v／cosφ＋（X－X2b）ωsinφ／cosφ〕／（RP）当X分别取0、340、840、1340、1840、2340、2840、3340、3840、4340时，求出各自相对应的Y、Z、ω、ε值（见表

8、1）。表1柱面抛物曲线式卸载曲轨参数X值／mm项目03408401340184023402840334038404340Y／mm－437.5－554.1－709.2－843.6－957.0－1050.4－1122.7－1174.4－1205.5－1215.8Z／mm12201171.61084.8983.9873.7759.2647.4548.1476.0448.9ω／（rad.s－1）0.29410.28240.26690.