我国矿井辅助运输车辆振动及其控制技术

针对我国井工煤矿辅助运输车辆行车振动突出的现实,面向矿井窄轨及无轨两类辅助运输系统,围绕行车线路的平顺性及车辆自身特性,分析了辅助运输车辆行驶过程中的主要致振因素;概述了窄轨及无轨两类辅助运输车辆振动及其控制技术的研究进展,以及减振装置的开发与应用现状;在此基础上剖析了当前矿井辅助运输车辆振动与控制研究存在的不足。由此提出,面向矿井辅助运输高速、重载的发展方向,将窄轨(无轨)辅助运输车辆与矿井轨道(道路)分别纳入对应的车-路耦合动力系统,通过相应的理论与试验研究,阐明各类辅助运输车辆与对应线路之间的耦合振动规律及其相互影响,为抑制矿井辅助运输系统的振动病害,促进矿井辅助运输车辆安全、平稳行驶提供有效的理论依据,并且为高性能减振装置的开发,为辅助运输车辆运行安全性的评价,为矿井轨道(道路)的工程设计提供必要的理论基础;并且提出,面向高性能矿井辅助运输车辆的开发,将矿井辅助运输系统的车-路耦合动力学研究与辅助运输车辆的声-振耦合研究、刚-弹耦合研究融合,揭示车辆行驶过程中噪声形成的机制,及其关键承载部件的载荷与变形特性,为辅助运输车辆的噪声控制,整车结构优化设计与轻量化设计,以及关键零部件的可靠性设计提供必要的理论依据。

矿井辅助运输巷道底板数学模型构建及其力学特性研究

以混合物理论为理论依据,采用变形功中的有效应力,建立非饱和多孔介质的动力响应表达式。基于Comsol Multiphysics PDE分析二维巷道底板在正弦荷载作用下的力学特性。结果表明:上顶面边界条件的不同直接影响巷道底板的动力响应特性,相较于上顶面不透水、不透气,当巷道底板上顶面透水、透气时,液相与气相压力为0,竖向位移更大;激励频率是影响巷道底板竖向位移的重要因素,其竖向位移随激励频率的增高而减小。

基于MATLAB的跑车防护系统动力学仿真分析

以MATLAB为工具 ,对跑车防护系统的碰撞过程进行动态模拟 ,分析了碰撞过程中矿车与吸能制动器联动的车挡之间的作用力及在此过程中矿车的速度等运动学及动力学参数。仿真结果表明 :吸能制动器可以有效地减小碰撞力 ,从而保护跑车防护系统。

矿车碰撞过程的单自由度模型仿真

以单自由度弹簧—质量系统为力学模型,以MATLAB的组件Simulink为仿真工具,对矿车与刚性车挡的碰撞过程进行动态模拟。根据仿真结果,分析了矿车与刚性车挡之间的碰撞力及碰撞时间的变化规律,从而得到了最大碰撞力与矿车质量及矿车速度之间的回归公式,为刚性车挡的设计提供了主要参数。

矿车运输系统动态特性建模与仿真分析

建立了矿车及铁轨耦合振动模型。在时域及频域内分析了矿车及铁轨的振动特性。模型中,矿车被等效为两自由度弹簧-质量-阻尼系统,铁轨被等效为铺设在连续弹性道床上的伯努利-欧拉梁,矿车与铁轨的振动相互耦合。由仿真结果可知,矿车发生振动时,振幅与其运行速度有关,所以其速度应小于3m/s;由于铁轨中部的振幅大于其端部的振幅,所以在铁轨的中部安装限位装置有利于控制铁轨的振动。

基于模糊PID的掘进机恒功率控制系统设计

掘进机是煤矿开采的关键设备,其高效、平稳的工作有利于提高采煤效率。针对煤层特性复杂多变,悬臂式掘进机截割负载扰动变化剧烈这一问题,提出了一种基于STM32F103ZET6单片机的模糊自适应掘进机恒功率控制系统。该系统采用模糊自适应算法对水平油缸线速度进行调节,并通过SIMULINK进行仿真验证,仿真实验结果表明:该控制系统能根据煤层特性自适应调整悬臂的摆动速度,提高了掘进机的工作效率。

矿车-轨道垂向耦合振动建模与仿真

将矿车简化为七自由度质量-弹簧-阻尼系统,将矿井轨道等效为铺设于连续黏弹性基础上的欧拉梁,利用赫兹非线性弹性接触模型模拟轮轨作用力,从而建立了矿车与轨道组成的垂向耦合振动模型。仿真分析表明:车体垂直振动及点头振动加速度的频谱峰值与轮轨作用力的频谱峰值吻合,所以轮轨作用力是车体振动的激励源,而且矿车运行速度越高,轮轨作用力及车体振动幅值越大。金属橡胶拥有良好的振动控制特性,可以有效控制轮轨作用力及车体振动加速度,有利于促进剧烈振动的矿车车体迅速恢复到平衡位置,从而确保矿车平稳运行。

砧座运动仿真分析

当锻件受到冲击时,电动液压锻锤的砧座将剧烈振动,为了分析其运动规律,建立了相应的非线性仿真模型。仿真模型中,砧座的运动被分为振动及上抛运动两个阶段。振动阶段,由于锤头冲击锻件,可以利用由锤头、锻件及砧座组成弹簧-质量-阻尼系统模拟砧座的运动。上抛运动阶段,由于锤头与锻件脱离,砧座的运动等效为刚体竖直方向的运动。由仿真分析可知,仿真结果与测试结果吻合得较好。

矿用电机车振动测试系统设计

为了准确掌握电机车运行过程中的振动规律与影响因素,合理设计减振装置,有效控制车辆振动,基于虚拟仪器技术设计了相应的随车振动测试系统,并以此研究电机车运行过程中的振动特性。在所构建的测试系统中,以计算机声卡作为数据采集设备,实时采集待测振动信号;基于LabVIEW构建了测试软件,实现相应的数据处理、显示与存储。经校验,所设计的振动测试系统具有较高的测试精度;与传统的煤矿机械测试系统相比,该振动测试系统所用的测试仪器、仪表的数量少,而且集数据采集与数据处理功能于一体;该系统可以有效提高测试精度和测试效率,适用于煤矿电机车振动测试。

直顶式液压电梯振动特性仿真分析

以直顶式液压电梯为对象,将其作为变参数振动系统,建立了此系统的一自由度弹簧-质量力学模型及S imu-link仿真模型,对液压电梯的受迫振动过程进行了动态模拟,对其响应加速度进行了时域及频域分析,从而得到了系统响应加速度幅值与激振力频率之间的关系。上述仿真分析表明,激振力频率与共振区频率相差较大,可以减小液压电梯工作过程中轿厢的剧烈振动,从而保证液压电梯平稳运行。

矿车车体减振特性分析

建立了矿车车体振动的力学及数学模型,运用控制理论分析了车体对阶跃激励的响应特性,得到了车体振幅变化规律及矿车振动力学模型中阻尼系数与车体振幅之间的关系,从而提出在矿车上安装干摩擦阻尼器,以增大系统的阻尼系数,减小车体的振幅。通过建立Simulink仿真模型,对具有不同阻尼系数的矿车车体的振动过程进行了动态模拟,从而证明增大阻尼系数可以减小车体的振幅。

液压电梯垂直振动特性仿真分析

由于液压波动力的激励,直顶式液压电梯将发生垂直振动。为了分析液压电梯的受迫振动特性,将直顶式液压电梯等效为一自由度弹簧-质量-阻尼系统,建立相应的力学模型、数学模型与仿真模型。以Simulink为仿真软件,对液压电梯的振动过程进行动态模拟。由解析分析及仿真结果可知:液压电梯的振动主要由三部分组成,主要振动形式为稳态强迫振动;为了控制其振动幅度必须控制液压波动力的幅值,而且需要保证液压波动力的频率远离电梯的固有频率。

矿车与柔性车挡碰撞过程仿真分析

多盘摩擦吸能器与柔性车挡联动,可以有效地将矿车的动能转化为摩擦热。钢丝绳是多盘吸能器的重要组成部分,其受力是多盘吸能器设计的重要参数。为了准确分析钢丝绳受力的变化规律,建立了相应的非线性仿真模型,从而分析了矿车与柔性车挡之间的碰撞规律。

刨床工作台振动特性分析

由于受到各种激励,刨床工作台运动过程中将发生振动,从而影响加工精度。为了有效控制工作台的振动,提高加工精度,有必要对工作台的振动特性进行分析。为此,以一自由度弹簧-质量-阻尼系统为工作台振动力学模型,在时域范围内分析受到谐波激励的刨床工作台的振动特性。结果表明:运动初期,工作台的振动由自由振动、自由伴随振动及稳态振动三部分组成;工作台运动后期,以稳态振动为主;工作台的振幅与其运动速度及阻尼有关,为了有效控制工作台的振动,必须合理控制阻尼值,并且合理选择工作台的运动速度。

二维饱和土体动态孔隙率及相关动力响应特性研究

饱和多孔介质的动力响应研究在众多工程领域具有重要意义。充分考虑孔隙率的变化规律与影响因素,有利于合理揭示饱和多孔介质的相关力学行为。为此,将动态孔隙率模型与用于表征饱和多孔介质动力特性的u-U-p型方程结合,构建相应的非线性力学模型,利用Comsol Multiphysis PDE求取相应的数值解,以此研究不同透水条件下,受谐波载荷激励的二维饱和土体的孔隙率、变形量及孔隙水压力的变化规律。结果表明:孔隙率的变化与土骨架的体应变及孔隙水压力直接相关,土体压缩过程中,孔隙率相应减小,土骨架与孔隙流体的相互作用增强,土体运动时所受阻力增大,其无量纲竖向位移小于孔隙率被视为常数时的情况,在此条件下,由于土体的变形量减小,其孔隙水压力也相对减小。故充分考虑动态孔隙率,有利于更加精确地研究等饱土体和多孔介质的相关力学行为。此外,土体上表面透水条件下,孔隙流体可以从土体表面自由排出,土骨架承受的载荷更大,与不透水条件相比,土体孔隙率、竖向位移、孔隙水压力等变化更为显著。

数控车床受迫振动特性仿真分析

由于偏心力的作用,数控车床车削过程中将产生振动。为了提高加工精度,必须对数控车床的振动进行控制。所以,建立了数控车床受迫振动的一自由度弹簧——质量——阻尼系统力学模型,以及相应的数学模型与Simulink仿真模型,从而对其振动特性进行分析。结果表明:当数控车床受到偏心力作用时,其振动由三部分组成。通过对各组成部分的物理意义的分析,提出了振动控制方法。

矿车车体振动控制分析

通过建立相应的力学模型与数学模型对矿车沿竖直方向的振动特性进行了分析,由分析可知,矿车的振动由3部分组成,通过增大等效阻尼系数与控制矿车运行速度的方法可以有效控制车体的振幅。

矿山运输设备动力学特性分析

建立了大型矿车与矿井运输轨道的耦合动力学模型,根据牛顿第二定律建立了矿车振动数学模型,根据伯努利—欧拉梁模型建立轨道振动数学模型,以Simulink为仿真工具对矿车越过轨道连接处的台阶时车体及轨道的振动特性进行了动态模拟。在频域及时域范围内分析了矿车及轨道的振动特性,提出利用摩擦吸能装置来吸收矿车振动能量,从而控制其振动。

吸波涂层界面结合机理(Ⅰ):涂层力学性能影响因素分析

基于一般涂层的界面结合机理及其应力模型,分析了不同方向应力对涂层剥落的影响,指出了吸波涂层与基体的界面结合机理是分子键结合和机械结合的综合,其剥落主要是由剥离应力和剪应力引起的;此外,还重点分析了吸收剂、粘结剂和偶联剂对吸波涂层力学性能的影响,指出了改善吸波涂层结合界面的可能途径。

基于人工神经网络的NiZn铁氧体结构不敏感性能的预测模型

为了系统研究配方对铁氧体电磁性能的影响,制备了一系列Mn2+、Ge4+和Si4+替代的NiZn铁氧体材料,建立了铁氧体配方与结构不敏感性能之间的人工神经网络预测模型。利用所建立的模型研究了ZnO对NiZn铁氧体3个结构不敏感性能居里温度、磁饱和强度及介电常数的影响规律,以及多个组分的交互作用。结果表明:模型的预测结果与实验结果吻合良好,二者的相对误差较小。ZnO含量的增加会导致铁氧体居里温度下降,但会提高饱和磁化强度和介电常数。NiO和ZnO的交互作用对铁氧体的结构不敏感性能影响明显。利用模型得到的铁氧体性能-成分等值线图对寻找最佳配方有较高参考价值。