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。