基于ADAMS的纵轴式掘进机纵向振动的仿真研究

为了掌握纵轴式掘进机的纵向振动特性,提高机器工作的可靠性,利用多体动力学理论,建立了掘进机的多刚体动力学模型,分析并确定了截割头载荷及履带与底板之间的载荷。通过模态分析,提取了系统的模态振型并绘制了系统振动的频响图,确定了振动较大的频率范围。为进一步探究纵轴式掘进机的振动特性,利用计算机数值仿真研究液压系统的阻尼、截割头、悬臂与机体的刚度和质量变化对掘进机振动的影响,获得了截割头、悬臂、机体几何中心的纵向振动特征。研究结果表明:当机体质量增加5%时,截割头、悬臂的纵向振幅分别减小38%、20%;当液压系统的阻尼系数增加20%时,截割头、悬臂、机体的纵向振幅分别减小33%、12%、10%;当机体的刚度增加1倍时,截割头、悬臂的纵向振幅分别减小35.8%、25%,所得结论为进一步分析掘进机振动特性提供了理论依据。     

基于参数识别的截割头纵向随机振动响应优化

为减小纵轴式掘进机截割头的振动,利用Lagrange方法并结合虚拟激励法推导了该型掘进机的纵向运动微分方程,根据Daubechies小波函数多尺度逼近方法和最小二乘法原理,将掘进机在随机激励作用下系统的时变阻尼和时变刚度用多尺度函数的线性组合表示,从而将时变参数识别问题转化为时不变问题。将识别出的刚度和阻尼值作为初始条件,借助鱼群算法以截割头纵向振动的位移响应为目标函数对参数进行了优化。结果表明：参数优化后截割头纵向振动的位移响应的均值下降了18.3%。为验证优化结果的可靠性,利用ADAMS建立了整机的多刚体动力学模型。仿真结果表明,截割头的位移响应变化与理论计算的结果较接近,从而验证了优化结果的有效性。     

两种载荷下掘进机截割头转子系统动力学分析

为了研究不同截齿载荷条件下（锐利截齿和磨钝截齿）掘进机截割头和悬臂系统的动力学特性,建立了掘进机截割头-转子-轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型。考虑截割头和转轴之间的花键啮合间隙、滚动轴承接触的非线性因素影响下,推导了掘进机截割头转子系统的动力学微分方程。然后对受到时变载荷下的截割头转子系统动态响应特性进行了分析:在锐利截齿条件下,截割头转子系统在低转速n∈［15,20］时处于混沌和拟周期运动状态,提高转速后系统处于周期运动状态;在截齿磨钝条件下,截割头转子系统的振动明显加剧,混沌运动范围增大,频率幅值波动明显。结果表明：在给定截割煤层硬度、切削厚度等前提下,随着截割转速的升高,系统由混沌运动向周期运动转变。动态分析结果为掘进机的减振和动态设计提供了理论依据。     

掘进机截割头截齿参数对截割性能影响的研究分析

为了解决截割头在复杂工况下出现的磨损断裂等问题,以悬臂式纵轴掘进机为研究对象,对截割头截割煤壁过程进行了一定的分析,并对不同的截割参数下截割头的状态进行研究,得到了最佳切削角及合理的截线距选择标准,为类似的研究提供一定的参考。     

纵轴式掘进机截割臂升降运动的仿真分析

纵轴式掘进机在垂直升降截割过程中,当截割部运动方向发生变化时,作用在截割头的载荷会发生突变,从而引起升降液压缸载荷和活塞运动速度产生极大波动,进而影响截割头受力和截割臂摆速,降低施工精度和掘进机工作稳定性。为了减小升降液压缸载荷与活塞运动速度在换向瞬间的波动程度,在AMESim中建立纵轴式掘进机升降截割系统物理模型,通过加入PID控制对系统进行仿真,对比分析原有系统与PID控制系统升降液压缸在运动方向发生变化时液压缸载荷、活塞运动速度和压力的响应特性。仿真结果表明:PID控制系统与原有系统相比,波动幅度降低,调节速度快;采用PID控制能够有效提高截割部在变换截割方向时压力和速度的控制精度,稳定性好,适应能力强,对掘进机截割臂摆动自动控制具有重要意义。     

关于纵轴式掘进机截割头主要参数的研究

本文通过对纵轴式掘进机截割头主要参数的研究确定,能够提升纵轴式掘进机的截割效率,为掘进机截割头设计奠定一定的基础。     

悬臂式掘进机回转台可靠性研究

以某型掘进机为研究对象,建立其刚-柔耦合虚拟样机,模拟多种工况下截割头受到的瞬时载荷,对掘进机进行动力学仿真.结果表明:掘进机横摆截割过程中,当截割头起始位置不同时,其关键零/部件的应力及变形亦不同;该型掘进机由左到右截割工作面顶部时,回转台承受较大的动应力,导致其纵向变形较大,振动较为剧烈,影响掘进机工作的稳定性;依据仿真结果优化后的回转台,其应力特性及疲劳寿命均能满足使用要求.     

基于ADAMS的纵轴式掘进机回转台可靠性研究

回转台是掘进机的重要组成部分,承受着复杂多变的载荷作用,是掘进机设计的关键部件;截割头横摆工作时,截割阻力与截割部自身重力的叠加是导致回转台断裂的重要原因;基于截割头破岩理论,利用"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"得到了截割头性能最佳的设计参数并模拟出掘进机载荷图谱;建立掘进机刚柔耦合模型,通过动态仿真发现了回转台设计的薄弱区域,并对其进行结构优化,优化后回转台受力均匀,工作可靠,可满足使用要求。     

悬臂式掘进机截割头截齿的优化与改进

针对悬臂式掘进机截齿磨损严重、过载停机以及截齿受力不均而被损坏等情况,通过建立截割头和煤岩的3D模型,分析截割头载荷的数学模型,对截割头截齿部分进行受力分析,针对截割头的截齿排列提出合理性方案,使各截齿受到外力差异减小,进而提升掘进机的性能并获取更大的生产价值。     

基于虚拟激励法的采煤机截割部振动响应分析

针对研究采煤机摇臂随机载荷作用下振动响应问题时,频率响应函数H矩阵的求解过程繁琐等问题,文中使用虚拟激励法构造虚拟载荷施加于采煤机滚筒,研究采煤机摇臂在纵向随机载荷作用下的振动响应。使用ADAMS多体运动仿真软件建立摇臂多体运动仿真模型,并进行仿真研究,得到仿真结果略大于理论计算结果。对采煤机截割部进行振动试验测试,所得测试结果略大于仿真及理论计算结果,但是误差在10%以内,能够达到精度要求。通过调整系统各个部件的质量、刚度和阻尼研究其对系统振动响应的影响。结果表明,滚筒质量和滚筒连接梁的刚度对系统振动影响较大,在对摇臂进行设计时要进行合适的优化设计。