基于组合方式的掘进机导航系统研究

掘进机时走时停的迈步式工作特点导致其难以实现定向掘进,这一直是国内外面临的技术难题.为实现煤矿巷道掘进机的位姿测量,提出一种基于组合方式的掘进机导航系统(即组合导航系统).首先,以十字激光指向仪的激光束为识别特征,结合自主研制的激光接收标靶,组建光电传感器导航系统,并构建掘进机机身位姿解算模型;然后,通过递推最小二乘(...     

不同煤岩硬度下采煤机竖直方向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机行走部与刮板输送机之间的接触特性、调高油缸的支撑特性、摇臂的自身刚度以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机竖直方向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒竖直方向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了煤岩硬度对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当煤岩的截割阻抗均值在200 k N/m～400 k N/m之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为13. 42 mm～26. 83 mm、8. 19 mm～16. 37mm,前后摇臂的变化范围分别为5. 31 mm～10. 62 mm、3. 32 mm～6. 65 mm。最后通过实验对模型结果进行了验证。     

采煤机摇臂传动系统动力学特性分析与壳体改进

采煤机摇臂传动系统是决定采煤机工作效率的关键因素。针对采煤机摇臂壳体与各轴、各轴上轴承滚动体与其内外圈实时接触力难预测的问题,文中参照MG7180型采煤机摇臂建立了以摇臂壳体、各轴、液压缸缸筒为柔性体的采煤机摇臂传动系统刚柔耦合模型。以RecurDyn软件为仿真平台施加边界条件和负载进行动力学仿真,得出传动系统中各轴与采煤机摇臂壳体的接触力、接触压力及各齿轮间啮合力曲线,生成摇臂壳体位移应力云图且对各轴孔中心点位移变化值进行统计,并在此基础上对摇臂壳体进行结构改进。文中研究为采煤机摇臂传动系统的优化设计与疲劳寿命分析提供新思路和数据参考。     

基于逐步递推法不同俯仰角采煤机静力学分析

针对采煤机行走机构的低速重载大跨度支撑静不定问题,基于逐步递推理论方法,求解了滑靴载荷的变化规律。考虑采煤机实际工况下不同俯仰角对采煤机整机力学性能的影响,采用小变形协调理论简化了采煤机整机静力学模型,编制MATLAB程序对其进行求解与分析。通过模拟采煤机实际井下工况,对采煤机后平滑靴载荷进行试验研究,并将试验值与仿真值进行对比分析,结果表明:利用逐步递推法来求解采煤机整机静力学方程具有一定的准确性。     

基于改进粒子群算法的刨煤机多目标优化设计

针对刨煤机载荷波动率、刨削比能耗及生产能力问题,根据刨煤机刨削参数和刨头结构参数,并借助改进粒子群算法对刨煤机多目标进行优化设计。优化结果表明:刨煤机载荷波动率降低了20%、刨削比能耗降低了9.8%,生产能力升高了2.5%,极大地优化了上行刨削深度、下行刨削深度、上行刨速、下行刨速、刨刀数量和刨刀间距,有效地提高了刨煤机的整机工作性能。对比不同的优化算法,采用改进粒子群算法优化的刨煤机的综合性能优于其他算法。     

多激励下采煤机在行走平面内的非线性振动特性分析

提出以随机分布的煤岩单轴抗压强度为输入,采用锋利截齿截割阻力方程描述采煤机截割激励,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机驱动轮与销排间行走激励,采用库伦摩擦模型描述采煤机平滑靴、导向滑靴与刮板机间的摩擦激励,再根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机7自由度非线性振动模型。利用Newmar k-β法对方程进行了求解,分析了当行走速度为4 m/min,行走驱动轮与销排间隙为6 mm时,采煤机在行走平面内的振动特性,结果表明:行走部和机身的振动特性较为相似,但行走部的振动量小于机身;两个滚筒振动量较大,且右侧滚筒振动量大于左侧滚筒;机身和滚筒的振动相图、庞加莱映射表明采煤机工作过程中处于混沌振动状态。对采煤机振动特性进行了现场实验,实验测得的机身振动加速度有效值接为171.83mm/s~2,接近仿真值(153.06 mm/s~2),实验结果表明采煤机机的非线性模型在一定程度上可以视为准确的。     

基于阻力测试的采煤机结构受力分析

为了获取采煤机截割工作过程中行走支撑部件的载荷,采用经典力学理论建立了采煤机整机6阶模型,分析了模型求解时存在的不足,针对采煤机与刮板机间的四点支撑而引起的过约束问题,采用变形协调原理建立采煤机整机的受力模型,通过实验方法获取了左右驱动滚筒的载荷,并将其作为模型输入,采用逐步判别法进行数值求解。结果表明：左导向滑靴和平滑靴在Y向的受力比右侧小,两个导向滑靴的轴向受力相对较小且方向相反。最后通过实验对求解结果有效性进行了验证。     

采煤机截割部传动系统的非线性动力学建模及仿真

针对采煤机截割部齿轮传动系统在运行中产生振动、制造噪声污染等现象,综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差等因素,建立了采煤机截割部齿轮传动系统的非线性动力学模型,运用变步长Runge-Kutta方法对系统微分方程进行了求解。通过分析相平面图和庞加莱截面研究了啮合刚度、阻尼比及激振频率对齿轮系统动态特性的影响。研究结果表明:在一定区间内,阻尼比逐渐减小时,太阳轮位移响应由单周期运动转为多周期运动,最终进入混沌运动;啮合刚度增大时,太阳轮位移响应同样从周期运动逐渐进入混沌运动;激振频率逐渐增大时,太阳轮位移响应呈现由周期响应转变为混沌响应再转变为拟周期响应的现象。     

新型萤火虫算法及在刮板输送机伸缩机尾PID控制中的应用

为了提高刮板输送机伸缩机尾控制系统的工作性能,提出了一种新型萤火虫算法应用于机尾PID控制器的控制策略。在标准萤火虫算法的动态决策域半径更新公式中,为克服优化初期寻优速度慢和增强算法的全局探测能力,对其中决策域更新系数进行改进;同时利用步长单调递减对位置更新公式中移动步长进行改进,以增强算法后期的深度搜索能力。研究结果表明:新型萤火虫算法的精度及稳定性均优于原算法。建立刮板输送机伸缩机尾电液控制系统数学模型,利用新型萤火虫算法进行PID参数整定优化,并引入能量指标和超调量指标改进适应度函数,优化后的刮板输送机伸缩机尾控制系统具有良好控制品质和鲁棒性。     

考虑刨头移动截割的刮板链条体系扭摆振动特性研究

为了研究移动刨头截割煤岩过程对刮板链条扭摆振动特性的影响,综合考虑刨头刨削的煤岩落在刮板输送机的装载量以及中部槽弯曲产生附加阻力,建立了刮板链条体系扭摆动力学模型,推导了煤岩装载量数学模型并将其作为载荷激励,采用数值分析方法分析了刮板链条体系的扭摆振动特性以及刮板间动力传递规律。研究结果表明:刮板单元随着煤岩重量的变化、作用位置的不同产生不同程度的扭转角位移,且刮板两侧链条产生了不同程度的张力波动。研究结果为刮板输送机系统的结构稳定性设计提供理论依据。