单轨吊作为煤矿井下辅助运输重要组成部分,它包括重载单轨吊(柴油机单轨吊)和轻载单轨吊(如气动单轨吊)。其中柴油机单轨吊用于运输液压支架等重型装备,而气动单轨吊用于煤矿轻载运输,由于它运行安全、绿色环保和工作高效,因此在煤矿井下辅助轻载运输中得到了广泛运用,本文旨在通过对气动单轨吊结构和气动系统设计研究,对研究结果优化分析,以提高其性能。根据气动单轨吊井下应用工况及设计要求,主要进行了如下研究:(1)首先对气动系统建模理论进行推导研究,分析计算了温度、压力对系统的影响;在研究基础上,通过分析气动单轨吊机车(以下简称机车)在行走、制动过程中受力情况,在MATLAB软件中编程计算了承载量与轨道坡度关系曲线及机车满载下坡时的制动距离,研究系统起吊能力与制动性能。在上述研究基础上,设计机车结构及气动控制系统,计算主要零部件参数并选型。(2)依照气动控制系统,利用AMESim及FluidSIM软件分别进行建模仿真,结果表明运输及承载系统能够有效完成机车的工作,且行走、制动、起吊过程系统稳定,符合要求;推导机车遥控系统数学模型,建立遥控过程运动方程及动力学方程,在FluidSIM软件中对遥控系统建模仿真,验证机车遥控过程迅速且符合应用工况。(3)在完成气动控制系统仿真分析后,对机车关键部件三维模型利用ANSYS/workbench进行有限元分析,运用Solidworks/Motion进行制动过程运动学分析,结果表明机车运动过程与计算结果一致,符合工作要求,机车关键部件在受力状态下弹性变形及应力情况均能达到标准。完成机车物理样机后,对运输及承载系统分别进行模拟井下应用工况试验,结果表明所设计气动单轨吊制动、行走和起吊过程均能够达到设计要求;在厂内模拟煤矿井下条件的轨道上进行试验,试验结果满足设计和试验要求。本文对气动单轨吊结构及气动系统进行研究,有助于提高其整机性能及后续的优化改进。