EBH-132型悬臂式掘进机振动截割机构动力学分析研究

论文摘要

本论文主要研究的对象为在煤矿井下巷道掘进中广泛使用的悬臂式掘进机,随着掘进机使用范围的日益增大,对其截割能力的要求也不断提高。利用振动截割技术提高截割能力是一种新型而有效的方法。本文较为系统地研究了这种振动截割机构,主要包括以下内容:本文以EBH-132型纵轴悬臂式掘进机为例,首先综述了悬臂式掘进机在国内外的发展现状与趋势、悬臂式掘进机的研究目的与方法。依据地质条件、综采工作面的生产能力以及配套的采煤机、刮板输送机等主要设备,确定EBH-132型掘进机机型和主要参数。并对截割头进行了受力稳定性分析,应用Ansys完成悬臂式掘进机的镐齿模型建立及其有限元分析。其次针对复合传动的振动截割机构存在的一些缺点和不足,本文分析了悬臂式掘进机的振动截割机构,并对这种振动截割机构进行了动力学分析研究。利用Lagrange方程建立了振动截割机构空载时的系统动力学数学模型,并进行了计算机数值求解。通过对计算数据及仿真曲线的分析,得出了截割头空载时的运动规律。进一步建立了带载时的动力学数学模型,接着对微分方程组进行了计算机数值求解。根据掘进机的实际设计参数,对动力学微分方程组进行了简化,并求出了它的解析解。应用Simulink对简化模型进行计算机仿真,对所得结果进行分析比较后,得出简化模型是基本合理可行的。最后针对悬臂式掘进机截割头在不同工况下截齿的运动状况,应用Matlab对截割头工作机构的运行轨迹、速度、加速度的方程进行编程仿真,绘制截割头运动轨迹、速度和加速度的包络线图,为验证巷道轨迹合理性的规划提供依据。计算机仿真技术、有限元技术应用于悬臂式掘进机的研究是一项长期、复杂、艰巨的工作,本文的研究工作也仅仅是对其进行探索性的研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 掘进机的国内外研究状况
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 本课题研究的动态及发展趋势
• 1.4 本课题研究的内容
• 1.5 本课题拟采取的研究方案及主要思路
• 1.6 本课题预期达到的目标
• 2 EBH-132 型掘进机主要构造及截割部分受力分析
• 2.1 EBH-132 型掘进机的组成机构及主要技术特征
• 2.1.1 掘进机的截割机构
• 2.1.2 掘进机的装载输送机构
• 2.1.3 掘进机的支撑机构
• 2.1.4 掘进机的行走机构
• 2.2 EBH-132 型掘进机的总体设计
• 2.2.1 掘进机截割功率的确定
• 2.2.2 掘进机重心位置的确定
• 2.2.3 掘进机外形尺寸的确定
• 2.2.4 掘进机接地比压的确定
• 2.2.5 掘进机总体技术参数的确定
• 2.3 EBH-132 型掘进机截割部分受力分析
• 2.3.1 截割头截割阻力的分析
• 2.3.2 截割头截齿负荷分析
• 2.3.3 截割头截齿磨损规律分析
• 2.3.4 截割头受力稳定性分析
• 2.3.5 截割头截齿有限元分析
• 2.4 本章小结
• 3 EBH-132 型掘进机振动截割机构空载时的动力学分析
• 3.1 振动截割的原理分析
• 3.2 建立系统动力学方程的假设条件
• 3.3 利用Lagrange 方程建立截割机构的动力学微分方程式
• 3.3.1 利用Matlab 进行计算仿真
• 3.3.2 简化模型并利用Simulink 进行仿真分析
• 3.4 本章小结
• 4 EBH-132 型掘进机振动截割机构带载时的动力学分析
• 4.1 振动截割机构的工作原理
• 4.2 建立系统动力学方程的假设条件
• 4.3 利用Lagrange 方程建立截割机构的动力学微分方程式
• 4.3.1 利用Matlab 进行计算仿真
• 4.3.2 简化模型并利用Simulink 进行仿真分析
• 4.4 本章小结
• 5 EBH-132 型掘进机振动截割机构的运动学分析
• 5.1 EBH-132 型掘进机振动截割机构钻进时的运动分析
• 5.1.1 截割头钻进时截齿运动轨迹
• 5.1.2 截割头钻进时截齿的速度
• 5.1.3 截割头钻进时截齿的加速度
• 5.1.4 截割头钻进时运动学的计算机仿真
• 5.2 EBH-132 型掘进机振动截割机构横摆时的运动分析
• 5.2.1 截割头横摆时截齿运动轨迹
• 5.2.2 截割头横摆时截齿的速度
• 5.2.3 截割头横摆时截齿的加速度
• 5.2.4 截割头横摆时运动学的计算机仿真
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录