懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割過程動(dòng)態(tài)特性分析與性能預(yù)測.pdf

1、　　高效機(jī)械化掘進(jìn)是保證礦井實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向。懸臂式掘進(jìn)機(jī)作為巷道掘進(jìn)主要設(shè)備，逐漸向著大功率、大機(jī)重、自動(dòng)化方向發(fā)展。隨之而來的是掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行中的動(dòng)力學(xué)問題更加突出，從而會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割性能產(chǎn)生重要影響，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況，掘進(jìn)機(jī)的振動(dòng)主要集中在截割頭部位，因此研究截割過程的動(dòng)力學(xué)特性，并依據(jù)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行性能預(yù)測具有重要的實(shí)際意義。在系統(tǒng)歸納了國內(nèi)外學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，分析截割過程的研究現(xiàn)狀和不

2、足，從而提出本文的研究內(nèi)容，然后通過理論分析、數(shù)值仿真、現(xiàn)場實(shí)測和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)截割過程進(jìn)行了深入的研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)論包括：
　　1. 在廣泛分析鎬齒巖石破碎機(jī)理的基礎(chǔ)上，確認(rèn)前蘇聯(lián)學(xué)者所用切削理論和切削力計(jì)算公式比較符合懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭鎬齒的截割狀況，在此基礎(chǔ)上，分別建立截齒與齒座之間無間隙振動(dòng)模型和間隙非線性振動(dòng)模型，并對(duì)考慮間隙非線性的振動(dòng)模型應(yīng)用Matlab進(jìn)行了仿真研究，依據(jù)其動(dòng)態(tài)響應(yīng)確定出合理的截

3、齒與齒座間隙范圍，經(jīng)過仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，可以為截齒與齒座間隙范圍的確定提供一定的理論依據(jù)。
　　2. 根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際工況，在考慮到煤巖作用力的隨機(jī)性、截齒間隙非線性、行星齒輪傳動(dòng)的非線性等影響因素的情況下，建立掘進(jìn)機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)模型。該模型考慮了掘進(jìn)機(jī)截割過程中的主要影響因素，為具體分析掘進(jìn)機(jī)截割過程的動(dòng)力學(xué)問題和性能預(yù)測提供了理論基礎(chǔ)，經(jīng)過數(shù)值仿真之后的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)比較吻合。
　　3. 考慮機(jī)械

4、結(jié)構(gòu)部分和液壓系統(tǒng)之間的耦合作用，通過靜力學(xué)計(jì)算出升降油缸和擺動(dòng)油缸在擺動(dòng)截割過程中所需要提供的主動(dòng)力，據(jù)此分析出擺動(dòng)截割中回轉(zhuǎn)臺(tái)在升降和回轉(zhuǎn)油缸共同作用下的回轉(zhuǎn)振動(dòng)情況，從而建立了掘進(jìn)機(jī)擺動(dòng)截割時(shí)的系統(tǒng)耦合動(dòng)力學(xué)模型。
　　4. 對(duì)掘進(jìn)機(jī)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的非線性模型進(jìn)行了仿真分析，研究確定和隨機(jī)煤巖作用力、不同工況參數(shù)匹配性等因素對(duì)于掘進(jìn)機(jī)截割頭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。采用數(shù)值方法對(duì)各種因素影響下的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解和仿真，得到截割頭動(dòng)態(tài)

5、響應(yīng)。通過和現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以認(rèn)為仿真模型比較接近實(shí)際情況。對(duì)掘進(jìn)機(jī)擺動(dòng)截割時(shí)的機(jī)械-液壓耦合動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值仿真，依據(jù)仿真結(jié)果對(duì)擺動(dòng)截割參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　5. 通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割過程的非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真研究，應(yīng)用仿真模型依據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)性能預(yù)測。依據(jù)仿真結(jié)果，應(yīng)用預(yù)測模型對(duì)掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率、瞬時(shí)切削率和截齒消耗進(jìn)行了預(yù)測，通過與現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比，預(yù)測性能與現(xiàn)場數(shù)據(jù)比較接近，可以作為掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)廠家和施工方進(jìn)行