极限条件下掘锚联合机工作稳定性仿真

研究了掘锚联合机在大坡度路面下钻孔工作时,钻头的运动精度和整机重心的时域振动特性。分析了掘锚联合机的极限工况,基于地面行驶力学和多体动力学理论,利用RecurDyn建立掘锚联合机及其履带系统的虚拟模型,以钻头的随机模拟载荷作为激励条件,以整机重心作为响应输出,研究了巷道大坡度随机地面激励条件下,掘锚联合机钻孔工作时,整机重心的振动响应、钻头的工作精度、履带张力大小。研究结果表明:掘锚联合机钻孔工作过程平稳,整机振动较小,能够满足实际工况。     

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。     

一种新型迈步式掘支锚联合机组及其温变环境下动力学行为研究

设计了一种适用于综掘巷道工作面的迈步式掘支锚联合机组;介绍了掘支锚机组的结构和工作原理;利用牛顿第二定律,建立了多自由度振动系统动力学模型,并进一步引入了含温变特性的系统动力学模型;采用Matlab软件建立模拟温变特性下掘支锚联合机组系统仿真模型,分别对20℃与40℃温度环境下的系统动力学行为进行了求解与分析。结果表明:温变环境对系统动力学影响较大,使得系统各部件幅值与频率均有不同程度的增加。当系统在20℃环境下,各部分的振动幅值在可承受范围内,截割部振动幅值最大,范围在±12 mm之间;当温度升高至40℃时,各部件振动幅值与振动频率均有明显增加,但纵梁的增加最为明显,截割部影响最弱。     

横轴式掘进机垂直截割的动力学模型

横轴式掘进机的垂直截割状态,对机器的受力、截割性能、振动、工作可靠性等有直接的影响．在分析掘进机运动的基础上,通过必要的假设与简化,分析、建立了横轴式掘进机垂直截割工况的动力学模型,为研究掘进机的振动、改进机器设计、提高该型掘进机工作的稳定性创造了条件．     

基于Matlab的掘进机截割过程的动力学建模与仿真

根据掘进机截割机构的实际截割,建立了掘进机的非线性动力学模型和截割机构在工作时作用在截齿上的截割阻力矩的数学模型,利用MATLAB仿真分析软件对截割机构在工作时的动力学特性进行了研究,结果表明,不同的岩壁硬度会对掘进机截割作业时的转速和转矩产生明显的影响,适当地增加截割机构截割头的数量能显著提升截割机构在工作过程中的稳定性。     

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。     

联络巷掘进机稳定性的分析研究

联络巷掘进机的稳定性研究是部件选型及整机应用的重要研究依据,针对掘进机工作过程中截割头承受大部分载荷的承载情况,可以将掘进机挖掘煤岩时截齿与煤岩碰撞摩擦使得煤层脱落总结为截齿受力状态。因此,对联络巷掘进机的承载情况进行研究,并结合研究结果对掘进机在运行过程中所能遇到的不同工况以及各种工况下掘进机的运行稳定性进行研究。研究结果表明:在水平摇摆截割、垂直摇摆截割、纵向往复截割三种主要工况以及组合形成的综合工况中,该机均保持较高的稳定性,该研究为掘进机设计及应用提供了可靠的理论依据。     

掘进机机载锚杆钻机运动学分析与轨迹仿真

以D-H参数法为基础,首次建立了掘进机位姿影响下的7自由度掘锚一体机运动学模型,分析掘锚一体机的运动学特性。结果表明:钻头的工作空间能够满足全巷道支护工况使用要求,但掘进机本体的位姿对锚杆钻头运动参数产生较大影响,当掘进机机身的姿态角度-6°≤ψ,γ,准≤6°时,所引起钻头的偏移量远大于锚杆孔位置误差的允许值。因此,研究锚杆钻机的运动性能时必须考虑掘进机位姿的影响因素;将掘进机的位姿作为已知测量值,利用坐标反变换和经典消元理论,进行了整机逆运动学求解;采用数值对比法验证了运动学逆解的准确性;最后通过工业性试验对掘锚一体机的性能进行了验证。     

煤矿联络巷掘进机的稳定性分析

为提高联络巷掘进机运行的稳定性,介绍了联络巷掘进机整机承载情况,分析了联络巷掘进机在各个工况下截割头的主要受力情况,指出了掘进机截割头纵向摇摆截割、横向摇摆截割以及纵向往复或垂直摇摆截割时,保障掘进机稳定需要达到的要求。研究结果表明,在各种主要工况与其组成的综合工况中,要想使掘进机稳定运行均需满足一些必要条件,从而为掘进机的设计提供必要的理论依据。     

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.     

EBZ-260型掘进机截割头截割性能研究

通过对EBZ-260型掘进机截割头的截割性能进行分析和研究,深入了解和掌握了相关截割头的数据参数、设计结构及载荷等情况,进一步研究了截割头的受力情况、形状结构及其截齿运行轨迹及安装分布等特性,可为截割工作提供必要的数据参考及理论基础,有利于重要部件的有限元分析,对研究掘进机整机受力的情况、截割的性能、所具备的可靠性及稳定性等方面具有重要作用.     

纵轴式掘进机纵向随机振动响应的研究

为了探究纵轴式掘进机在随机激励作用下的纵向振动特性,根据多体动力学的理论和方法,建立了该型掘进机纵向动力学模型,利用拉格朗日方法建立其随机激励作用下的纵向运动微分方程。针对某型纵轴掘进机截割头所受随机激励产生的随机振动,运用虚拟激励法推导了掘进机纵向振动响应的数学模型,并利用MATLAB汇编语言赋值求解,得到该掘进机在随机激励作用下截割头、悬臂和机体的响应特性。结果表明:截割头、悬臂和机体的固有频率分别为3.2 Hz、2.9 Hz和2.3 Hz。在外随机激励作用下,随着悬臂与机体间刚度和阻尼的增大,截割头和机体的位移响应谱峰值逐渐减小,通过增加悬臂与机体、机体与底板间的刚度和阻尼,可有效减小整机的纵向振动。利用Adams对掘进机多刚体动力学模型仿真,证实了该方法研究掘进机的随机振动可行。     

煤矿掘进机截割部动态仿真及实验研究

为进一步提升掘进机整机的性能,以EBH300A掘进机为研究对象,对其基本结构进行分析,并基于实际结构参数完成模型搭建和网格划分等操作;对掘进机整体和截割头在实际工况下不同阶模态仿真分析,得出不同阶情况的最大振幅位置和位移;构建实验平台对掘进机截割滚筒伸缩筒、截割滚筒、蝶形板位置的振动进行测试。结果表明,EBH300A掘进机在实际工况运行中,截割滚筒所承受的加速度最大,即其所承受的载荷值最大,所表现的振幅也最大;其次为蝶形板;最后为截割滚筒的伸缩筒。     

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。     

不同工况参数对掘进机截割机构截割头性能的影响分析

由于掘进机的振动冲击主要集中在截割头部位,为提高掘进机的截割工作性能,实现矿井高产高效开采,主要分析不同截齿数、摆动截割速度及煤岩性质等掘进机工况参数,研究其截割机构的影响分布.结果表明:随着截齿数的增大,掘进机截割功率也增大;且随着摆动截割速度和煤岩接触强度的增大,其截割功率增幅明显.     

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。     

基于VB和MATLAB的掘进机动态稳定性分析软件设计

为了保证多种工况条件下掘进机系统整机稳定性,进行人机交互界面模块与计算模块的架构设计,建立截割臂三维笛卡尔坐标系,基于空间姿态矩阵转换表征掘进机工作全过程的空间姿态,对截割载荷进行计算,提出了一种多边界稳定性综合判定方法,制定程序实现流程,基于VB和Matlab平台联合开发了一种纵轴式掘进机动态稳定性分析软件。软件可对不同工况下掘进机掘进过程中的截割载荷、稳定性、关键铰点力和力矩进行计算,并通过界面以图形或Excel表格形式输出结果,为掘进机的设计和关键零部件的选型提供参考。     

高压水射流掘进机截割头设计

掘进机是煤矿巷道掘进的主要设备,国内现有的掘进机主要依靠截齿截割,当煤岩硬度较大时,截割头振动剧烈,大大缩短了截齿的使用寿命。为了改善截割头的振动情况,在截割头上引入高压水射流辅助截齿截割,并对高压水射流掘进机截割头关键环节进行具体设计。研究发现,截割头上高压水射流配置方式包括四种:前置式、后置式、中心式和侧置式,其中应优先选择前置式,当水压达到40MPa时,截割头上一般可布置(5~15)个喷嘴,且优先布置在工作环境比较恶劣的球面与锥面的过渡位置。进行高压水射流掘进机截割头截割实验,研究表明所设计的截割头能有效降低截割头振动,当水压达到40MPa时,振幅平均值降低45.6%,且振动更加平稳。     

截割头点制工装设计

悬臂式掘进机作为井下巷道掘进设备,在矿山开采中起着重要作用。截割头是掘进机的重要组成部分,形状、尺寸和截齿的排列方式对掘进机的工作性能有重大影响。截割头结构复杂,装配参数较多,而且这些参数又相互关联和制约,直接影响整机截割的经济效益、可靠性和工作效率。就此对截割头各参数的点制工装设计方法进行了简述。     

基于振动模型的掘进机截割系统稳定性预测

掘进机截割过程受动态径向和轴向载荷影响,截割臂会产生水平和竖直方向的摆动,摆动截割过程由煤岩反作用力产生的截割振动对截齿冲击最大,其振动量大小直接影响截割头的稳定性。为判断截割过程截割载荷是否稳定,首先,基于岩石断裂力学和煤岩破碎理论,建立掘进机截割系统物理本构模型,构建截齿和截割头截割载荷谱函数;其次,基于牛顿差值多项式方法进行截割过程截割稳定性预测,构建多因素耦合的非线性截割系统动力学方程,求解动态振动稳定域截割曲线（截割稳定性叶瓣图）;然后,提出一种基于相关系数的无量纲截割振动判定准则,从理论和实际两方面判定截割头不同时刻的截割状态;最后,通过搭建截割系统实验台,进行截割系统模态参数辨识实验,测试破岩过程截割头截齿随机载荷特性,研究不同截割参数组合下截割载荷变化规律,得出截割头转速与截割深度的最佳匹配关系,从而证明截割稳定性叶瓣图的正确性。