叶片式风动锚杆钻机旋转切削机构优化设计.pdf

收稿日期“ “ “ “ 作者简介杨善国 6 7 5 ; A/ 8 B; 6 ; 6 CDE F 6 / 0 / C A3 4 0 GG G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G 1 “ “ 文章编号 C 1 O ; 7 C 5 7 V / 8 5 / 7 5 A 7 5 ; 6 CV F 7 6 ; V W 数学模型的建立 W 1 R 目标函数及设计变量的确定 在锚杆钻机输出转速X 出一定的情况下*当气 动马达的转速X减小时*减速比Y将减小*行星减 速器体积将减小N而在风量一定的情况下*气马达 体积将随转速X的减小而增大1显然*在气马达的 转速X变化时*行星减速器外形体积与气动马达外 形体积成反比变化*因此存在一个合适的马达转速 X * 使二者外形体积之和为最小1 由于内半径为Z的定子所围成的圆柱体体积 [基本上决定了气马达的尺寸和体积* 在不考虑 齿圈体积的情况下*太阳轮和全部行星轮的体积之 和 [“能影响和决定着行星减速器的尺寸和体 积\ ], 1所以可以选择[_[ Q[“作为最优化设 计的目标函数*即 [_[Q[“_ ‘ Z “ aQ ‘ - b “ c d “ KQe d “ S* 式中 Z为单作用叶片式气马达定子半径N a为单 作用叶片式气马达转子宽度N b为齿轮模数N c为 齿轮名义齿宽N d K为太阳轮齿数N e为行星轮个数N dS为行星轮齿数1 由行星轮系的同心条件知 dS_ dMfdK “ _ Yf“ “ dK1 “ 减速器输出转矩与气动马达的排量关系式为 g_ “ ‘ h ijk l Y i* , 式中h为减速器输出转矩* 2mVN g为气动马达 排气量*VL n 5 N k l为压差* Bo 7 Ni j为叶片式气动 万方数据 马达容积效率一般取“ “ 9 *“*****3* S’ 5 5 WIWR XJI Y2“ 5 [ \X] WIWR X6 式 A 5 个设计变量6 5个不等式约束6 “ 个等式约束的优化问题6可表达为 _/ 0 m 32 9 J KLM NP O “ ** 9 *“*3*] n6 - o Y 6 M N’ 5 3de f 6 r出’ 7 s 1 _/ 0 因为太阳轮材料选择3 5t s d0 n /并进行表面 渗 碳 淬 火 处 理6故[ \ X]’ “ 5 5de f 6[ \i]’ “ 5de f 6 WI’“ 3 6 WR X’“ “ 6 WR i’“ “ 对于式 “ 7 3 中国矿业大学学报第 “卷 万方数据 处 理以 “ 9 A BA C D A E F9 E E G H E I 1 5 7 8 进行参数优化3 经过/ J 次迭代运算在满足K * L6精度条 件下得到连续型最优解为 M N 5 0 3 6 * * O 0 3 6 * * O 3 * 0 0 6 3 * * * * * 3 / * * * * 3 - - - 3 * - 7 J 3 * * * * 8 9 P , M N1 3 J * O 6 Q R* * /3 对于上述结果考虑到齿轮模数的标准化以及 实 际 情 况确 定 实 际 最 优 解3即 定 子 半 径 S 0 6BB转子宽度T 0 6BB U * 3 JBB叶片厚 度V /BB叶片数目W 0 ,因为叶片数目过少 漏气增加气马达脉动性增大从转子X定子所受径 向力的对称平衡考虑并且叶片数目为6或0 对 整个体积影响是非常小的计算得知仅为* 3 7 O Y1 齿轮模数Z-BB齿宽[ - *BB太阳轮齿数 W; J 3 经检验\ S 0 6BB T 0 6BB U * 3 JBB V /BB W 0 Z-BB [ - *BB W; J等 数据是满足约束条件的3故上述最优解是可行的3 ] 结论 1将叶片式气马达与行星减速器设计为一 体并对整个旋转切削机构进行优化设计保证了 结构布置紧凑X体积小X重量轻目标的实现从而使 设计出的该类锚杆钻机能较好地满足煤矿生产的 使用要求3 - 1采用;9 ;作为优化工具的实践充分 表明\ ;9 F i Q H D l A l E d D F D G g C A F j i Q D f D BQ Q f l E d f E D f gl i Q D f A F jBQ k i D F A l BE d F Q n BD A k f E E d H E G Q f oA i D F QBE E f A l BD i Q BD A k D G BE Q G oA i i Q n f l n A E d BA F A BD G E G n BQ oD l Q l D H G A l i Q 3s E F l A Q f b A F j i Qd Q D n f QE d BD F n d D k n f Q D l l Q BH G gD F BE A E F i Qf Q l f D A F k E F A A E F lD f Qd A I Q 3 gBQ D F lE d ;9 ;E A BA C D A E F Q k i F E G E j g i QH Q l Q l A j FoD lD k “ n A f Q 3 ’ { y \f E E d H E G Q f f E D f gl i Q D f A F jBQ k i D F A l B D f D BQ Q f E A BA C D A E F O-6 第6期杨善国等\叶片式风动锚杆钻机旋转切削机构优化设计 万方数据