基于Recurdyn和EDEM 的鋼球摩擦吸能器仿真分析

龔 斌

(煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京 100013)

氣動鑿巖機(jī)在煤礦井下廣泛應(yīng)用于巷道掘進(jìn)過程中的鑿鉆作業(yè),沖擊能是其核心性能參數(shù)。多位學(xué)者對沖擊能的測試方法進(jìn)行了研究[1-3]。應(yīng)力波法被標(biāo)準(zhǔn)《回轉(zhuǎn)式和沖擊式氣動工具-性能實(shí)驗(yàn)》(ISO2787:1984)和《鑿巖機(jī)械與氣動工具性能試驗(yàn)方法》(GB5261—2008)采用作為沖擊能測試方法。吸能器是應(yīng)力波法試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,上述標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了吸能器的吸能系數(shù)(反射能量/入射能量)不高于20%,但是未對其機(jī)理、結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確說明。

筆者采用Recurdyn和EDEM 軟件聯(lián)合仿真的方法,對鋼球摩擦吸能器進(jìn)行仿真分析研究,為進(jìn)一步優(yōu)化吸能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)提供了基礎(chǔ)。

1 鋼球摩擦吸能器結(jié)構(gòu)及其吸能效果評價(jià)指標(biāo)

1.1 吸能器結(jié)構(gòu)

鄭蘇錄等[4]提出了鋼球摩擦吸能器結(jié)構(gòu),其由管式外殼、鋼球、釬頭體和釬桿構(gòu)成(如圖1所示)。在管式外殼中填充一定高度的鋼球,釬頭體壓在鋼球上,當(dāng)釬桿承受沖擊時(shí),沖擊力通過釬桿、釬頭體傳遞到鋼球中,引起鋼球間和鋼球?qū)鼙诘哪Σ?產(chǎn)生摩擦熱,吸收能量。

圖1 鋼球摩擦吸能器的結(jié)構(gòu)

1.2 吸能效果評價(jià)指標(biāo)

在鑿巖機(jī)沖擊能測試中,吸能器用于吸收鑿巖機(jī)輸出的沖擊能量。在試驗(yàn)過程中,活塞沖擊釬桿能量傳遞過程為:(1)鑿巖機(jī)的活塞沖擊釬桿,使釬桿獲得動能;(2)釬桿獲得動能后,沖擊吸能器的活塞與球柱,球柱中鋼球相互撞擊摩擦,使一部分能量損失,另一部分能量以彈性能的形式存儲;(3)球柱存儲的彈性能釋放,使吸能器的活塞、球柱中小球及釬桿獲得動能;(4)獲得動能的釬桿接收下一周期活塞的沖擊。……