采煤机截割传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态分析

为研究滚筒式采煤机摇臂壳体变形及其对齿轮传动系统的影响,建立了摇臂壳体-传动系统耦合动力学模型。首先分别建立摇臂壳体、平行轴齿轮、行星齿轮、轴系、电机和滚筒等子结构模型,然后利用连接界面的变形协调条件将这些子结构耦合得到完整系统模型;在此基础上以某型300 kW采煤机为例,进行了额定工况下的截割传动系统动态响应仿真分析,得到了摇臂壳体变形状态及其对各齿轮副啮合状态(用啮合齿向误差衡量)的影响规律。对由壳体变形、轴承变形、轴系变形所引起的啮合齿向误差进行了溯源分析,分析表明双联齿轮的啮合齿向误差受轴变形影响最大,惰轮的啮合齿向误差受壳体变形影响最大。     

多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证

摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明：基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。     

7m大采高采煤机全直齿摇臂故障诊断研究

神华神东煤炭集团公司联合国内设备厂家研发了适合7m大采高综采工作面使用的易维护全直齿摇臂,该摇臂采用五级全直齿传动,在国内尚属于首例,并配套使用EFK-1000/6770采煤机在大柳塔煤矿大井52305-1和52305-2综采工作面进行了应用,本文利用便捷式设备状态综合分析系统Leonova对摇臂进行了振动监测试验,通过分析现场振动数据时域波形和共振解调谱,发现右摇臂振动较大且摇臂齿轮箱齿轮及截割电机扭矩轴有严重故障,检修结果验证了分析的正确性。最后,论文从工况、摇臂重量、调高油缸与摇臂耳子连接处间隙及采煤机与摇臂连接销轴间隙等方面分析了故障原因,并给出了合理化建议。     

瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析

为研究采煤机传动系统在复杂工况下的动态性能,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合系统机电动力学模型,模型中考虑了驱动电机电磁特性、煤层截割阻抗变化、传动系统扭振、时变啮合刚度和齿侧间隙等因素。仿真并分析了系统在启动、滚筒负载突变和截割电机堵转等瞬态过程中的机电动态响应特性,并进行了试验验证。结果表明:在截割电机启动和堵转过程中,电机和传动系统之间发生强烈的耦合作用,导致传动系统出现脱啮、反冲等非线性冲击现象,使系统振动加剧;在设计采煤机传动系统时,截割部应比牵引部取更大的使用系数,高速级应比低速级取更大的安全系数。     

薄煤层采煤机振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机的振动特性,根据多体拓扑结构建立采煤机刚柔耦合模型,通过仿真得到采煤机在截割含夹矸韧性煤工况下前后滚筒受到冲击载荷作用时的动态特性。基于子结构模态综合方式(CMS)的振动疲劳分析方法,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析,发现牵引部壳体在实际工作过程中产生具有3阶垂向弯曲模态特征的弹性振动;以不同测试点加速度频域响应为依据,分析采煤机振动对其电控系统以及液压系统的影响,判断测试点加速度与模态振动的相关性,同时确定出牵引部柔性壳体的高动应力区域及其结构疲劳性质。分析结果为薄煤层采煤机的优化设计、后续测试、安全性评价提供了重要的参考。     

新型少齿差行星齿轮装置振动特性分析与实验研究

对某少齿差行星齿轮装置进行结构改进设计,运用动力接触有限元法求得包括啮合刚度激励、误差激励、啮合冲击激励的轮齿啮合内部动态激励。通过建立有限元模态动力分析模型,计算齿轮装置固有频率及振型,综合考虑内外部激励情况下,研究该齿轮装置的结构动态响应及噪声。利用振动测试设备对该齿轮装置进行振动噪声测试。结果表明：分析预测值与实验结果相符。     

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析

为研究某型采煤机螺旋滚筒振动可靠性,根据实际工况模拟螺旋滚筒的瞬时冲击载荷,建立螺旋滚筒的有限元模型,对其进行振动模态分析,识别出主要模态参数和振型规律,发现截齿部位振动变形明显;建立了螺旋滚筒共振失效准则,结合可靠性灵敏度分析理论和BP神经网络,得到了滚筒结构参数,振动可靠性灵敏度,分析结构参数对振动可靠性的影响。结果表明,螺旋滚筒振动可靠度为0.999549。基于共振失效准则,将协同仿真技术与BP神经网络和可靠性灵敏度分析理论相结合,为采煤机螺旋滚筒的振动特性分析与结构设计提供理论方法和数据支撑。     

基于多场耦合的采煤机摇臂壳体分析

 为对大型装备壳体类零件进行创新设计,建立了大采高采煤机铸、锻、焊结合摇臂壳体的柔性虚拟样机耦合模型,研究截割部齿轮系统热平衡过程,确定温度载荷和边界条件,加载动力学仿真软件ADAMS输出的载荷文件．应用有限元软件ANSYS对摇臂壳体进行温度 结构耦合分析及疲劳寿命预测,得到了壳体的温度场及结构场云图,发现了摇臂壳体疲劳寿命的薄弱环节,并提出了改进措施．结果表明,温度场的影响使摇臂壳体的最大应力增加了11.707%.研究结果为大型壳体类零件的设计与优化提供了明确的量化依据,可有效提高该类零件的工作可靠性．     

风机进口消声器对风机振动影响的有限元研究

探讨了圆盘型进气消声器对蜗壳振动和声辐射的影响。利用有限元模态分析和实验模态分析进行参数识别，得出了固有频率和模态振型。通过结果对比，验证了有限元模型的准确性和可靠性；从而为壳体局部阻尼处理的实施奠定了理论基础。     

纵轴式掘进机截割机构纵向随机振动的仿真研究

为了了解纵轴式掘进机的纵向振动特性,提高机器工作的可靠性,分析并确定截割头随机载荷的数学模型,利用拉格朗日方法建立了该型掘进机的纵向动力学模型,通过拉氏变换法对动力学方程解耦,得到了其3阶固有频率和振型.为进一步探究截割头与悬臂、悬臂与机体的刚度对截割头和悬臂振动的影响,利用虚拟激励法求得截割头、悬臂的纵向位移响应,并在ADAMS中对整机多刚体动力学模型仿真,验证了该方法的可靠性.研究结果表明：系统的纵向振动固有频率在6 Hz内,通过增加悬臂与机体的刚度能明显减小外随机激励作用下截割头和悬臂的振动.所得结论为改进掘进机设计和参数优化提供理论依据.     

冰箱压缩机机壳实验模态分析

采用锤击脉冲激励法,对某型号冰箱压缩机机壳进行了实验模态分析,识别了整机壳体的各阶固有频率(1 KHz-4 KHz)、阻尼和模态振型等参数,获得整机壳体的固有振动特性。并以实验模态分析为基础,研究整机壳体的结构动态特性,实验模态分析结果表明:压缩机壳体模态振型以内外扩张振动为主,封闭壳体的固有振动特性是压缩机噪声辐射的主要原因。实验模态分析的结果可为压缩机减振和降噪设计提供参考依据。     

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.     

罗茨鼓风机壳体振动模态分析

应用有限元ANSYS软件对罗茨鼓风机壳体进行动态特性分析,计算风机壳体振动的固有频率与振型,给出振型图。分析结果表明,风机壳体的固有频率高于转子系统的旋转基频,结构振动主要表现为弯曲、扭转和弯扭组合形态。通过风机壳体动态特性分析,能够预知结构设计的薄弱环节,为减振降噪与结构改型提供参考。     

某重型变速器壳体的动态特性分析

为分析某重型变速器壳体的动态特性,基于LMS Test.Lab软件,使用激振器法进行试验模态分析,基于Hypermesh软件,使用Block Lanczos法进行计算模态分析。分析结果表明,橡胶轮胎支撑可模拟该自由模态试验的边界条件;变速器壳体主副箱连接方式为面面接触及采用高阶四面体单元可以获取更准确的计算模态参数;两种方法获取的壳体非零前六阶固有频率相对误差皆小于5%,振型基本一致,验证该壳体有限元模型的准确性。此研究表明结构模态分析技术对结构动态特性分析的有效性,为分析及改善该变速器总成的动态特性奠定基础,为类似结构的重型变速器壳体模态分析提供参考。     

纵轴式掘进机振动特性研究

为研究纵轴式掘进机截割煤岩时的振动特性,对掘进机振动源进行分析,发现截齿在截割过程中受到的非线性瞬时冲击是造成掘进机振动的主要扰动源,通过建立复杂煤岩条件下截齿的力学模型,利用MATLAB编制了计算截割头瞬时载荷的模拟程序,模拟出横摆工况下截割头受到的冲击载荷,将其导入在协同仿真环境下建立的纵轴式掘进机刚柔耦合振动模型中,对其进行受迫振动分析,识别出系统的主要模态参数以及容易被激发的振型;分析其动态响应特性,确定了对整机振动影响较大的频率;同时对回转台进行谐响应分析,找出其薄弱环节。分析结果对研究纵轴式掘进机的振动特性和耐冲击、抗振能力的提高具有重要的参考价值。     

三缸柴油机机体约束模态分析

利用UG5.0软件建立了某三缸柴油机机体的三维实体模型,应用Ansys有限元分析中常用的Lanc-zos法,采用4种不同约束条件对其进行了模态分析,分别计算出机体结构的前10阶约束模态的固有频率和相应振型,并对分析结果进行了比较。通过振型比较分析,发现施加不同约束固有频率提高的幅度不同,振型也有较大变化。另外针对机体振动的薄弱部位,提出了相应的改进措施,从而为该柴油机机体结构的改进设计及机体的动态响应分析提供可靠的依据。     

斜切进刀时采煤机滚筒力学特性分析

为了分析采煤机斜切进刀时滚筒力学特性,推导了采煤机在斜切进刀时单个截齿的截割阻力,应用叠加法得出了滚筒截齿总截割阻力,并运用挤压面积和煤岩破裂理论得出了滚筒轴向力.同时,以国产的MG400/940-WD交流电牵引采煤机为例,利用MATLAB对单个截齿的截割阻力、滚筒截齿总截割阻力及滚筒轴向力进行模拟.模拟结果表明:前滚筒最大轴向力约为最大总截割阻力的3.64倍,后滚筒最大轴向力约为最大总截割阻力的3.32倍.模拟结果对提高采煤机滚筒的稳定性及截齿的可靠性有一定的参考价值.     

压力机机身振动特性的模态分析

机身的振型和固有频率与其振动现象的发生有密切联系。为了改善冲压件的加工质量,提高模具的使用寿命和减小振动、避免共振,利用有限元软件ANSYS对JG21压力机机身的振动特性进行模态分析。得出表征机身振动特性的主要的5阶振型、固有频率以及相应的应变分布云图。通过分析其各阶振型的具体特点,总结在机身设计和压力机运行过程中以及分析方法方面应注意的问题。     

基于相似理论的掘进机主动激振截割性能研究

针对目前煤矿井下掘进机截割时关键零部件易损坏及截割性能不佳,但难以在实验室内进行相关研究的问题,以EBZ160掘进机为原型,基于相似理论制造了实验样机,并提出一种主动激振截割方式。首先,基于掘进机实验样机的工作原理和动力学理论,利用ANSYS Workbench软件对实验样机进行模态仿真分析,并基于力锤法进行了模态试验,得到了空载状态下实验样机的前6阶固有频率与模态振型。然后,以截割比能耗为评价指标,对有无主动激振截割方式下掘进机实验样机的截割性能进行研究。结果表明,掘进机实验样机前6阶固有频率的仿真值与试验值的最大相对误差为9.92%,验证了模态仿真分析结果的准确性,可为后续激振频率的选取提供依据;无主动激振时掘进机实验样机的截割比能耗为0.077 6 kW·h/m³,有主动激振时为0.051 2 kW·h/m³,说明所提出的主动激振截割方式的性能较好。研究结果为掘进机截割方式的拓展提供了新方向,并为掘进机的结构优化及截割效率提升提供了实验依据。     

采煤机截割部齿轮箱体振动特性实验

截割部在割煤作业中同时受截割煤岩体冲击载荷以及由内部齿轮啮合引起的高频激励,是采煤机可靠性的薄弱部位,得到准确的截割部振动响应是进行可靠性分析进而提高截割部可靠度的最重要前提。基于国家能源采掘装备实验中心进行截割实验。实验台按照煤矿综采工作面搭建,能够真实模拟井下采煤全过程;根据综采工艺,实验工况设置为空载、直行截割及斜切截割,得到齿轮箱体振动加速度数据并进行时域和频域分析;探讨了截深、牵引速度和煤层硬度等关键参数对截割部齿轮箱体振动特性的影响。将实验结果与理论计算进行比较;结果表明:理论计算结果与实验吻合较好;垂直地面方向振动量最大,振动幅值随截深、牵引速度和硬度而增加;斜切截割中出现拍振现象,拍振随截割载荷增大而减小;齿轮系统各传动级啮合频率发生耦合现象,耦合频率构成了优势频率的主要部分;截割部齿轮箱体的振动主要由齿轮系统啮合非线性振动引起,频率耦合会产生更多激振频率成分从而增大箱体发生共振的可能性。实验得到的数据和相关结论对正确认识采煤机截割部振动响应规律及截割部的可靠性分析和设计具有参考价值。