采煤机导向滑靴力学特性分析及试验研究

为了研究采煤机导向滑靴在行走方向的非线性动力学特性问题,建立采煤机整机非线性振动模型,采用New-mark-β法对方程进行求解,分析当行走速度为3 m/min,行走驱动轮与销排间隙为7 mm时,采煤机导向滑靴在行走平面内的振动特性,结果表明:采煤机前、后导向滑靴的位移波动趋势和大小近乎相似。利用ANSYS软件对导向滑靴的受力状态进行仿真分析研究,并对采煤机导向滑靴力学特性进行现场试验测试,测试结果表明:采煤机在工作过程中,前导向滑靴受力比后导向滑靴小,前、后导向滑靴在斜切工况下的载荷要小于正常截割工况,且前、后导向滑靴的受力波动趋势和大小近乎相似,试验结果表明模型的准确性。

刨煤机刨刀截割载荷与刨头振动特性实验分析研究

为了揭示刨煤机截煤过程中刨刀载荷与刨头振动规律,探寻影响两者变化的因素,采用1:1模拟实际工况的刨煤机动态特性实验平台进行了测试研究,获得了刨头上部宽刨刀、中部短刨刀、下部长刨刀的载荷分布规律及刨头振动特性规律,实验结果表明:上部宽刨刀截割载荷最大、下部长刨刀次之、中部短刨刀最小,三把刨刀的刨削力、侧向力、挤压力幅值累计频次呈现瑞利分布;刨头在x方向振动加速度在±200 m/s^2范围内波动,z方向在±100 m/s^2范围内波动,xz平面内的转动角加速度在±100 rad/s^2范围内波动,振动曲线变化规律与刨刀载荷曲线变化趋势具有一定的相似性,刨刀载荷功率谱曲线峰值频率为刨头沿线振动频率的整数倍,刨头振动功率谱曲线峰值频率包含了刨头沿线振动频率和刨刀载荷峰值频率,研究结果揭示了刮板输送机中部槽沿线直线度是影响刨刀载荷波动和刨头振动的主要因素。

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。

橡胶输送带迟滞特性分析与恢复力模型参数预测

橡胶输送带非线性恢复力模型的建立与参数识别是研究输送带动力学特性的关键,采用椭圆函数描述输送带的非线性阻尼力,采用傅里叶级数描述其非线性弹性恢复力,通过对比不同阶数的弹性恢复力模型拟合结果,选取二阶傅里叶级数描述弹性恢复力;采用果蝇优化算法对RBF网络的扩展参数进行全局优化,再对不同激励下弹性恢复力模型系数进行预测,最后通过实验对神经网络预测结果进行验证,研究结果可为节能型橡胶输送带的研发提供参考。

橡胶输送带恢复力模型辨识与参数预测

橡胶输送带恢复力模型辨识及其参数识别是研究输送带迟滞能耗的关键问题。提出采用高斯函数描述恢复力模型,并采用理论与实验研究相结合的方法分析和验证了高斯函数描述恢复力的可行性及准确性;以实验数据和拟合数据为训练样本,采用经果蝇算法优化后的RBF神经网络对不同激励下恢复力模型系数进行预测,再通过实验对预测结果的准确性进行了验证。

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。

工况激励下采煤机7自由度非线性振动分析

为了研究采煤机牵引速度对其动力学特性的影响,采用截齿三向力描述采煤机滚筒截割激励,采用赫兹接触理论描述采煤机平滑靴支撑刚度与阻尼,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机导向滑靴与销排间支撑刚度与阻尼,根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机整机7自由度动力学模型,采用数值求解方法求解了不同牵引速度下整机的振动特性,结果表明:随牵引速度的增大,对后滚筒的振动位移影响较大,对机身影响较小;机身Y轴方向振动摆角相对较为明显。

随机激励下采煤机行走方向的振动特性分析

采用理论分析与试验相结合的方法研究了采煤机在行走方向上的振动特性。分析了采煤机工作过程中的滚筒随机截割载荷、行走非线性驱动载荷、摩擦载荷,再以这3个载荷作为工况激励,建立了采煤机5自由度非线性振动方程,分析了采煤机行走方向的振动特性。结果表明:采煤机各部件刚度和质量值较大,摇臂和机身的振动特性较为相似;当行走速度为3~6 m/min时,随着行走速度的增加,整机响应振幅随之变大;由相图和庞加莱映射反映出整机振动处于混沌状态。对采煤机振动特性进行了现场试验,试验测得的机身振动加速度有效值为171.83 mm/s2,接近仿真值(156.06 mm/s2),表明采煤机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。

钢丝绳芯橡胶输送带本构模型参数辨识与变化规律分析

橡胶输送带模型参数辨识是研究大型带式输送机动态特性的关键问题。首先采用黏弹性动力学理论和傅里叶级数拟合方法推导并建立了橡胶输送带标准固体模型的参数辨识方程,并通过实验对辨识方程进行了验证;然后对不同加载条件下实验数据的辨识结果进行了二次多项式拟合,分别获得了加载位移幅值、频率对输送带本构模型参数的影响规律。结果表明:随着加载幅值的增大,黏性系数具有先减小后增大的变化规律,弹性模量E1小幅度增大、E2大幅度增大趋势,随着加载频率的增大,黏性系数、弹性模量E1、E2均逐渐减小;最后,通过实验对拟合公式的准确度进行了验证。

采煤机摇臂齿轮传动系统固-热-力耦合特性分析

针对采煤机摇臂齿轮传动系统瞬态温度高,容易引起齿面胶合的问题,采用齿轮混合弹流润滑理论和虚拟仿真技术研究了不同环境温度下惰轮齿轮的生热特性。以Reolands黏温黏压效应、Ree-Eyring模型、非牛顿流体理论为基础,综合考虑润滑条件下齿轮摩擦因数、齿轮油膜刚度与油膜阻尼、对流换热系数等参数对齿轮传动系统生热效益影响,建立了润滑条件下齿面实时摩擦因数计算公式,再将公式导入COMSOL Multiphysics数学模块中获得了不同初始温度下的摩擦因数值,再以采煤机实验测试载荷为激励,采用COMSOL多体动力学模块与固体传热模块对惰轮齿轮的固-液-热耦合特性进行分析研究,结果表明:环境温度在281.15~311.15 K内,齿轮在啮合节点温度接近于环境温度,环境温度与温差成反比,环境温度与温升成正比。

钢丝绳芯橡胶输送带广义本构模型建立与实验验证

从钢丝绳芯橡胶输送带所具有的钢丝绳和橡胶双重物理特性出发,通过将钢丝绳芯和橡胶覆盖层本构模型的组合来获得输送带整体的本构模型。采用Kelvin模型描述钢丝绳芯的本构模型,采用标准固体模型描述覆盖层橡胶的本构模型,通过将一个标准固体模型与多个Kelvin模型进行并联叠加组合推导了简谐应变下输送带的应力表达式,构建了输送带的广义本构数学模型。分别对钢丝绳芯和橡胶基体进行了动应变加载实验,获取了两者的本构模型参数,再利用广义本构模型对输送带的粘弹性力学特性进行预测。最后对输送带进行了动应变加载实验,并将实验结果与广义本构模型计算结果进行了对比。结果表明,通过计算钢丝绳芯的本构模型参数、覆盖层橡胶的本构模型参数及钢丝绳与橡胶覆盖层的体积比,能够较为准确的描述输送带的粘弹性力学行为,所建立的广义本构模型具有较高的精度。

一种强迫激励下的弦线模型振动分析与求解

为研究随机载荷下输送带工作过程中的振动规律,采用强迫弦线理论构建了输送带随机强迫振动模型,推导了输送带在初始时刻的数学边界条件,建立了输送带两侧支撑托辊因偏心而产生的强迫激励,以及因输送带上物料随机分布产生的横向负载激励,采用叠加原理、分离变量法推导了模型的解析解,最后对输送带的振动特性进行数值分析,并利用分析结果验证了模型解析解的正确性,研究结果为带式输送机的动态可靠性设计提供了依据.

基于各向正交异性薄板模型的钢丝绳芯输送带弯曲振动特性分析

基于各向正交异性薄板的小挠度理论,首先建立了钢丝绳芯橡胶输送带上下分支横向自由振动模型,采用经典解法建立了下分支输送带SFSF边界模型、上分支槽型输送带底部SCSC、侧帮SFSC边界模型的解析解,其次采用胡拜尔(Huber)近似推导公式计算了钢丝绳芯输送带的主刚度,最后采用数值分析法对输送机的上、下分支输送带的前6阶固有频率、振型,以及固有频率随张力的变化规律进行了分析。结果表明:上、下分支输送带的固有频率随着带张力的增加而增加,且张力对下分支输送带的频率影响最大,对上分支输送带底边的固有频率影响较小,研究结果为输送带的弯曲振动响应及避免共振设计提供了依据。

刨煤机系统动态特性分析的半解析方法

针对刨煤机系统工作特点,基于波动理论建立了三段黏弹性动力学连续模型。在稳定工况下确定边界条件、衔接条件及初始条件,采用分离变量法对含三个偏微分方程的刨煤机系统动力学问题进行求解,得到稳定工况下刨煤机系统各点位移,速度及张力变化特性等结果,并对不同刨削深度以及不同刨削速度下的刨煤机系统各位置处的张力变化值进行了分析,分析表明:随着刨削深度的增加,各位置刨链张力幅值增加,刨削速度的变化对刨链张力影响不大。最后通过对比计算与实验结果,表明两者间动态特性分布规律一致,且偏差满足精度要求,验证了所提出的方法可行性及准确性。

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。

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。

钢丝绳橡胶输送带动力学参数变化规律分析

钢丝绳橡胶输送带动力学参数的确定是研究带式输送机动态特性和运行能耗的关键问题,首先根据橡胶输送带的松弛、时变特性对其动力学参数的过渡态和稳定态进行定义,再以标准固体模型作为钢丝绳输送带的粘弹性本构模型,推导出动应变作用下输送带的应力解析解,并根据解析解中衰减项的特征,对过渡态和稳定态进行分析,建立输送带标准固体模型参数的通用性辨识模型和简化辨识模型,最后对st1600型钢丝绳输送带进行动应变加载实验,并采用Matlab cftool工具箱对实验结果进行辨识。结果表明:在实验参数下,随着加载循环次数的增加,通用模型辨识结果与简化模型辨识结果的差值逐渐减小,当加载循环超过67次时,两种模型的辨识结果吻合,并保持稳定;可将通用模型辨识结果与简化模型辨识结果首次达到吻合时的循环加载次数或对应的加载时间,作为划分输送带动力学参数过渡态和稳定态的判别条件。

四辊轧机垂直振动特性研究及测试分析

为研究四辊轧机系统的垂直振动特性,考虑到四辊轧机具有较复杂的振动过程,建立了四辊轧机非对称6自由度垂直振动模型,利用机械振动学牛顿第二定律理论,构建四辊轧机的垂直振动系统动力学方程。采用Matlab软件对四辊轧机6自由度系统垂直振动模型的固有特性进行理论计算,对系统各阶固有频率及其相应的主振型进行分析,得到了第5阶固有频率是引起四辊轧机强烈自激振动的主要频率。通过现场垂直振动测试平台的验证,表明了该系统垂直振动模型具有较高精度的优点。以上研究结果为研究四辊轧机的现代动态设计、动力学分析以及抑振减振等问题提供了一定的理论基础。

基于三元固体本构模型的带式输送机纵向动态特性与拉伸能耗分析

为了研究带式输送机工作过程中输送带的动态特性及拉伸能耗的分布规律,推导了简谐应变作用下三元固体本构模型的时域应力解析解及拉伸能耗求解公式,并以此为基础,建立了包含电机、联轴器、减速器扭转振动特性的重锤张紧式输送机系统的纵向振动方程,采用数值分析法对振动方程进行了求解,结果表明:在实例所述参数下,输送带紧边张力均值沿紧边的驱动滚筒→改向滚筒逐渐减小,松边的张力均值沿松边改向滚筒→驱动滚筒逐渐增大,受输送带粘弹性变形的影响,输送带松边的张紧力约为初始预紧力的21.5%,输送带变形量的变化规律与张力分布规律相同;输送带的速度波动幅值从驱动滚筒侧到改向滚筒侧逐渐增加,其中驱动滚筒侧的速度波动幅值约占均值的3.1%,从动滚筒侧约占10.5%;在每个变形周期内,输送带在紧边侧的拉伸能耗要大于松边侧,且靠近驱动滚筒侧单元的拉伸能耗要稍大些,松边侧输送带的拉伸能耗沿改向滚筒侧向驱动滚筒侧逐渐增加。

钢丝绳橡胶输送带混合本构模型及动力学参数变化规律分析

钢丝绳橡胶输送带是由钢丝绳芯和橡胶覆盖层组成的复合材料,其动力学参数的确定是研究带式输送机动态特性的关键问题,首先提出由钢丝绳广义Maxwell模型和橡胶基体三元件固体模型并联组合得钢丝绳芯橡胶输送带的混合本构模型,采用粘弹性理论建立动应变作用下混合本构模型方程,推导应力解析解,再采用反演变换法建立本构动力学参数的辨识模型,然后对不同位移、频率加载条件下钢丝绳、橡胶基体进行了动态加载实验与本构模型参数识别,并采用多项式对参数进行了拟合,揭示了不同加载条件下动力学参数的变化规律,最后通过实验对动力学参数拟合公式的准确性进行了验证。