激励与滚筒振动耦合下采煤机动力学特性分析

为了研究采煤机截割过程中的动力学特性及其对截割载荷的影响,采用含滚筒振动量的锋利截齿截割阻力模型描述滚筒截割载荷,采用含间隙齿轮啮合模型描述行走轮驱动载荷,采用库伦摩擦模型描述平滑靴摩擦载荷,建立了采煤机整机五自由度动力学模型,利用ode45对模型求解.结果表明:当煤岩硬度f=3,行走速度为3m/min时,采煤机右摇臂振动幅值约为0.8×10^(-4)rad,左摇臂振动幅值约为0.4×10^(-5)rad;机身振动速度在-1.4^+1.4mm/s间波动,右、左摇臂的振动角速度分别在-1×10^(-3)^+1×10^(-3) rad/s和-4.5×10^(-4)^+4.5×10^(-4) rad/s间波动;通过对比考虑滚筒振动和未考虑滚筒振动时的截割载荷,表明滚筒的振动有利于对煤岩的截割;对右侧摇臂的振动量进行了实验测量,其大小及波动范围与仿真值较为接近,说明采煤机的动力学模型具有一定的准确性.

采煤机整机非线性静力学特性研究

为研究大跨度、过约束条件下采煤机支撑滑靴受力特点,考虑采煤机倾角及俯仰角等因素影响,构建了18个载荷下的采煤机整机静力学模型,针对模型系数矩阵的不确定性,提出采用改进凝聚函数对采煤机静力学方程的绝对值系数矩阵进行了处理,获取修正后的光滑非线性方程组,将截割实验下的滚筒三向力载荷作为输入激励代入到静力学方程中,再利用Levenberg-Marguardt算法对方程组进行求解,得到各滑靴受力的理论计算值,并与实际测量值进行比较,误差范围在10%以内,验证了理论模型的正确性。采用控制变量法分别改变采煤机倾角和俯仰角的取值,研究采煤机倾角和俯仰角变化对采煤机各滑靴受力的影响。研究结果表明:采煤机倾角变化对前后导向滑靴侧推力影响较大,对前后导向滑靴以及平滑靴支撑力影响较小;采煤机倾角变化对各滑靴受力均有一定的影响,且受力变化呈近似线性关系。

随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析

将虚拟仿真方法、Bekker模型、Newmark-β法相结合,分析了打顶部锚杆孔时掘锚联合机的非线性振动特性。采用DYNA虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷,利用采样定理对载荷进行离散化处理,作为钻头的随机工作载荷;采用Bekker模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为,再根据牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振动方程,利用Newmark-β法对方程进行了求解,分析了整机的振动特性,结果表明:受履带与底板间非线性接触力的影响,整机振动处于混沌态;锚杆钻机工作时,整机虽然存在着俯仰和横滚振动,但振动量很小,整机的竖直振动占主导地位。对掘锚联合机的振动特性进行了现场实验,测量打10组锚杆孔时掘进机本体的振动量,测量结果中有6组的振动量均方根值接近仿真值(1.5mm),实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。