掘进机截割部混合动力系统设计与性能分析

发布时间：2018-03-29 03:02

本文选题：悬臂式掘进机　切入点：截割部　出处：《重庆大学》2015年硕士论文

【摘要】：悬臂式掘进机是一种应用于桥梁、隧道,矿井巷道机械化掘进的重要设备。随着煤矿开采深度不断加大,煤岩层不确定性增大,导致重载突变工况增多,瓦斯爆炸及岩层垮塌、突水、掘进故障等发生率的增高,迫切需要一种能够适应深部危险煤层的无人掘进机装备。本文针对煤炭科学研究总院研制的EBZ产品系列中一种重型煤岩掘进机,针对其存在问题,提出了基于转矩耦合的截割部混合动力传动系统方案。并通过建模仿真,分析了系统的动态特性,验证了方案的正确性,具体研究内容如下:通过阅读国内外有关掘进机的文献,对目前掘进机进行了分类,阐述了国内外掘进机的发展现状、研究现状以及所取得的成果。基于煤炭科学研究总院研制的EBZ260掘进机,分析出其存在截割电机后备功率大、利用率低,行驶液压系统动力利用率低,突变工况下液压系统冲击大等问题。确定了本课题的研究方向,阐述了本课题研究的背景与意义。根据其存在的问题,提出了辅助液压马达与原截割电机转矩耦合的截割部混合动力传动系统。该系统中辅助液压马达的动力来自于掘进机行驶系液压系统。同等截割功率需求下可以有效减小原截割电机功率并提高传动系统的承载能力。系统中蓄能器将液压调高系统的能量合理回收再利用,同时有效地降低了液压系统冲击,提高液压系统的稳定性。对截割部混合动力传动系统的关键部件进行了参数匹配;基于参数集中法对掘进机截割部混合动力系统进行了简化,针对不同的工况建立了系统的动力学方程。分析了整机不同工况参数对掘进机工作性能的影响,对截割头载荷进行受力分析,建立了截割头载荷数学模型;并通过MATLAB/simulink对截割头载荷进行仿真模拟,结果表明截割头载荷模型合理。基于AMEsim软件建立了升降与回转系统的模型,并通过PID控制对其校正,结果表明升降与回转系统的左右油缸工作稳定性和一致性较好,为联合仿真奠定了基础。对新型截割部混合动力传动方案中液压系统进行合理的假设,建立了液压泵、液压马达、蓄能器等液压元件的动力学模型,搭建了相应的AMEsim仿真模型;根据实际需求建立了截割电机、扭矩耦合齿轮、行星齿轮减速器等机械系统的动力学模型,搭建了相应的AMEsim仿真模型。建立了截割部混合动力传动系统的AMEsim仿真模型,对截割部混合动力传动系统进行了仿真分析,结果表明液压马达可以有效辅助截割电机提供动力,蓄能器可以明显降低重载突变工况下液压系统的冲击,验证了本文所提出方案的正确性。通过对不同信号下系统自适应的仿真分析,结果表明不同功率需求下液压马达均可有效辅助截割电机工作在额定工况,说明系统的自适应性较好。建立了基于模拟载荷下的截割部混合动力传动系统AMESim—Simulink联合仿真模型,并对其进行仿真分析,结果表明不论稳定载荷与突变工况下,液压马达的辅助作用,蓄能器的缓冲作用以及系统的自适应性比较理想。
[Abstract]:In this paper , a hybrid power transmission system based on torque coupling is presented in this paper , which is based on the analysis of the existing problems . The paper analyzes the development status , the research status and the results of the hydraulic system . The paper analyzes the development status , the research status and the results of the hydraulic system . Based on the parameter set method , the paper presents the model of the cutting head load . The results show that the hydraulic system has good stability and consistency . The results show that the hydraulic motor can effectively assist the cutting motor to provide power , and the energy accumulator can significantly reduce the impact of the hydraulic system under heavy load and verify the correctness of the proposed scheme . The simulation results show that the hydraulic motor can effectively assist the cutting motor to operate under the rated working condition under different power requirements . The simulation results show that the auxiliary action of the hydraulic motor , the buffering action of the accumulator and the adaptability of the system are ideal under the condition of stable load and abrupt change .

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD421.5

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