悬臂式掘进机关键结构的力学特性研究
发布时间：2022-01-01 03:44
悬臂式掘进机是煤矿井下综掘工作面的核心设备,其工作性能是否稳定可靠直接影响着煤矿巷道的掘进效率及安全。煤巷综掘工作面环境恶劣,工作时掘进机的截割头会受到较大的冲击载荷,并且随机波动,使得掘进机表现出复杂多变的力学特征。悬臂式掘进机的关键结构在工作过程中起主要承载作用,主要包括截割头、截割臂、回转台、升降油缸和回转油缸。关键结构的力学特性是掘进机稳定性、可靠性研究的基础,为了使掘进机安全高效地工作,关键结构必须具备良好的静、动态力学特性。目前,对于掘进机关键结构的力学特性的研究还不够成熟,许多基础技术问题有待于进一步解决和完善。本文以EBZ160型悬臂式掘进机为研究对象,围绕其关键结构的力学特性展开系列研究,深度挖掘了煤矿井下悬臂式掘进机的实测工作载荷和位姿数据,综合运用统计分析、数学建模、有限元分析、数值分析以及虚拟样机仿真等方法,系统地探究了掘进机关键结构在综掘工作面不同运行工况下的空间受力变化规律及静/动态特性、载荷谱的识别与重构、机构运动学和动力学行为,旨在提高关键结构的机械性能,对推动掘进机的机器人化发展具有重要的理论和工程意义。主要研究成果如下:（1）提出了适用于摆动截割状态...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
悬臂式掘进机Fig.1.1Boom-typeroadheader
基于上述背景，本论文依托国家重点基础研究发展计划(973 计划)“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”课题六“机器人化无人综掘装备自主导控原理与实现方法”(2014CB046306)，系统研究悬臂式掘进机在工作面不同运行工况下的空间受力变化规律及静/动态特性、载荷谱的识别与重构、机构运动学和动力学行为，旨在提高掘进机的工作性能，具有重要的工程指导意义。1.2 问题的提出悬臂式掘进机是煤矿生产中主要的巷道掘进设备，随着煤矿开采深度的增加，煤层地质、煤岩性质、开采条件等因素使得煤巷综掘工作面环境恶劣[10, 11]，在工作过程中掘进机截割头受到的冲击载荷较大且随机波动，使得截割断面成形质量可能无法得到保证，进而造成掘进效率低下，难以实现生产效率和经济效益最优化的目标。在煤矿采掘装备无人化、智能化的发展趋势下，当前对悬臂式掘进机的研究主要致力于提高掘进效率、降低截割成本，较为可行的措施为保证掘进机截割断面成行质量。
了探究驱动油缸载荷与截割头载荷以及掘进机截割臂位姿之间的关系，本章对悬臂式掘进机关键结构的空间载荷进行了深入研究，基于静力平衡理论建立了摆动状态下掘进机关键结构的空间力学模型，利用 Matlab 汇编语言对空间力学模型予以求解分析，旨在提出一种悬臂式掘进机关键结构空间载荷的分析方法，能够利用驱动油缸载荷推算出不同截割臂位姿下截割头的载荷。EquationChapter(Next)Section12.1 悬臂式掘进机的结构分析2.1.1 悬臂式掘进机的结构组成本文的研究工作依托于石家庄煤矿机械有限责任公司生产的 EBZ160 型悬臂式掘进机，EBZ160 型悬臂式掘进机是集截割、装运和行走于一体的综合掘进设备，适用于煤岩硬度 f≤8 的煤巷、半煤岩巷及软岩的巷道、隧道掘进。整机由截割部、装运部、本体部、行走部、后支撑部五大部分以及液压系统、水路系统、润滑系统、电气系统四大系统组成[7]，具体结构参见图 2.1。该掘进机除截割头的旋转运动外，其余各部件运动均采用液压驱动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纵轴式掘进机截割头辅助设计与优化软件开发及应用[J]. 赵丽娟,刘旭南,朱帅,胡春梅. 机械设计. 2016(03)
[2]截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响[J]. 吴介,任家骏. 中国农机化学报. 2016(01)
[3]大型液压挖掘机工作装置结构有限元分析[J]. 贺雨田,吕彭民,牛选平. 筑路机械与施工机械化. 2016(01)
[4]镐型截齿截割阻力谱的分形特征与比能耗模型[J]. 刘春生,王庆华,李德根. 煤炭学报. 2015(11)
[5]悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真[J]. 田劼,王苏彧,穆晶,吴淼. 煤炭学报. 2015(11)
[6]悬臂掘进机钻进工况下的载荷谱分析[J]. 李建成,王义亮,杨兆建. 煤炭技术. 2015(08)
[7]整车室内道路模拟试验用载荷谱的编制方法研究[J]. 于佳伟,郑松林,赵礼辉,赵子顺. 机械工程学报. 2015(14)
[8]EPB6280盾构机推进油缸载荷值的提取与分析[J]. 邢韵. 材料与冶金学报. 2014(04)
[9]不同工况移动式液压破碎机工作机构有限元分析[J]. 李晓豁,吴云,刘藏泽,吕良玉. 机械设计. 2014(09)
[10]基于极值外推的高速列车齿轮传动装置载荷谱编制[J]. 宫海彬,苏建,王兴宇,徐观,张益瑞. 吉林大学学报(工学版). 2014(05)
博士论文
[1]非公路宽体矿用自卸车车架结构失效分析及疲劳寿命预测[D]. 郑森.吉林大学 2015
[2]新型3-DOF驱动冗余并联机构动力学建模及其滑模控制研究[D]. 牛雪梅.江苏大学 2014
[3]装载机传动系载荷谱的测取与应用研究[D]. 张英爽.吉林大学 2014
[4]悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法研究[D]. 王苏彧.中国矿业大学（北京） 2014
[5]工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D]. 王相兵.浙江大学 2014
[6]基于多体动力学的大型正铲液压挖掘机工作装置的动载特性研究[D]. 佘翊妮.浙江工业大学 2013
[7]悬臂式掘进机截割过程动态特性分析与性能预测[D]. 魏晓华.辽宁工程技术大学 2013
[8]连续采煤机动态特性及结构优化设计的研究[D]. 曹艳丽.辽宁工程技术大学 2012
[9]纵轴式掘进机履带行走系统动力学研究[D]. 姚继权.辽宁工程技术大学 2012
[10]掘进机机载钻孔机械手力学特性研究[D]. 陈洪月.辽宁工程技术大学 2012
硕士论文
[1]船载起重机臂架有限元分析及优化[D]. 张志生.江苏大学 2016
[2]液压挖掘机工作装置的动力学分析与仿真[D]. 孙克义.兰州理工大学 2014
[3]EBZ160B薄煤层掘进机整机动力仿真和关键结构件有限元分析[D]. 宋月辉.河北科技大学 2014
[4]空间机械臂建模及轨迹跟踪控制方法研究[D]. 邓雅.哈尔滨工业大学 2013
[5]齿轮滚动轴承柔性转子系统多故障耦合机理及辨识研究[D]. 宋晓光.华东理工大学 2013
[6]EBH360悬臂式掘进机截割臂有限元分析[D]. 李洋.吉林大学 2012
[7]轮式装载机液压缸载荷谱编制方法与时域信号重构[D]. 梁云龙.吉林大学 2011
[8]高频冲击下挖掘机动臂和斗杆动态特性及疲劳寿命研究[D]. 谭明敏.中南大学 2011
[9]硬岩掘进机盘形滚刀载荷谱编制[D]. 张庆贵.东北大学 2008
本文编号：3561585
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：184 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
悬臂式掘进机Fig.1.1Boom-typeroadheader
基于上述背景，本论文依托国家重点基础研究发展计划(973 计划)“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”课题六“机器人化无人综掘装备自主导控原理与实现方法”(2014CB046306)，系统研究悬臂式掘进机在工作面不同运行工况下的空间受力变化规律及静/动态特性、载荷谱的识别与重构、机构运动学和动力学行为，旨在提高掘进机的工作性能，具有重要的工程指导意义。1.2 问题的提出悬臂式掘进机是煤矿生产中主要的巷道掘进设备，随着煤矿开采深度的增加，煤层地质、煤岩性质、开采条件等因素使得煤巷综掘工作面环境恶劣[10, 11]，在工作过程中掘进机截割头受到的冲击载荷较大且随机波动，使得截割断面成形质量可能无法得到保证，进而造成掘进效率低下，难以实现生产效率和经济效益最优化的目标。在煤矿采掘装备无人化、智能化的发展趋势下，当前对悬臂式掘进机的研究主要致力于提高掘进效率、降低截割成本，较为可行的措施为保证掘进机截割断面成行质量。
了探究驱动油缸载荷与截割头载荷以及掘进机截割臂位姿之间的关系，本章对悬臂式掘进机关键结构的空间载荷进行了深入研究，基于静力平衡理论建立了摆动状态下掘进机关键结构的空间力学模型，利用 Matlab 汇编语言对空间力学模型予以求解分析，旨在提出一种悬臂式掘进机关键结构空间载荷的分析方法，能够利用驱动油缸载荷推算出不同截割臂位姿下截割头的载荷。EquationChapter(Next)Section12.1 悬臂式掘进机的结构分析2.1.1 悬臂式掘进机的结构组成本文的研究工作依托于石家庄煤矿机械有限责任公司生产的 EBZ160 型悬臂式掘进机，EBZ160 型悬臂式掘进机是集截割、装运和行走于一体的综合掘进设备，适用于煤岩硬度 f≤8 的煤巷、半煤岩巷及软岩的巷道、隧道掘进。整机由截割部、装运部、本体部、行走部、后支撑部五大部分以及液压系统、水路系统、润滑系统、电气系统四大系统组成[7]，具体结构参见图 2.1。该掘进机除截割头的旋转运动外，其余各部件运动均采用液压驱动。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纵轴式掘进机截割头辅助设计与优化软件开发及应用[J]. 赵丽娟,刘旭南,朱帅,胡春梅. 机械设计. 2016(03)
[2]截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响[J]. 吴介,任家骏. 中国农机化学报. 2016(01)
[3]大型液压挖掘机工作装置结构有限元分析[J]. 贺雨田,吕彭民,牛选平. 筑路机械与施工机械化. 2016(01)
[4]镐型截齿截割阻力谱的分形特征与比能耗模型[J]. 刘春生,王庆华,李德根. 煤炭学报. 2015(11)
[5]悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真[J]. 田劼,王苏彧,穆晶,吴淼. 煤炭学报. 2015(11)
[6]悬臂掘进机钻进工况下的载荷谱分析[J]. 李建成,王义亮,杨兆建. 煤炭技术. 2015(08)
[7]整车室内道路模拟试验用载荷谱的编制方法研究[J]. 于佳伟,郑松林,赵礼辉,赵子顺. 机械工程学报. 2015(14)
[8]EPB6280盾构机推进油缸载荷值的提取与分析[J]. 邢韵. 材料与冶金学报. 2014(04)
[9]不同工况移动式液压破碎机工作机构有限元分析[J]. 李晓豁,吴云,刘藏泽,吕良玉. 机械设计. 2014(09)
[10]基于极值外推的高速列车齿轮传动装置载荷谱编制[J]. 宫海彬,苏建,王兴宇,徐观,张益瑞. 吉林大学学报(工学版). 2014(05)
博士论文
[1]非公路宽体矿用自卸车车架结构失效分析及疲劳寿命预测[D]. 郑森.吉林大学 2015
[2]新型3-DOF驱动冗余并联机构动力学建模及其滑模控制研究[D]. 牛雪梅.江苏大学 2014
[3]装载机传动系载荷谱的测取与应用研究[D]. 张英爽.吉林大学 2014
[4]悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法研究[D]. 王苏彧.中国矿业大学（北京） 2014
[5]工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D]. 王相兵.浙江大学 2014
[6]基于多体动力学的大型正铲液压挖掘机工作装置的动载特性研究[D]. 佘翊妮.浙江工业大学 2013
[7]悬臂式掘进机截割过程动态特性分析与性能预测[D]. 魏晓华.辽宁工程技术大学 2013
[8]连续采煤机动态特性及结构优化设计的研究[D]. 曹艳丽.辽宁工程技术大学 2012
[9]纵轴式掘进机履带行走系统动力学研究[D]. 姚继权.辽宁工程技术大学 2012
[10]掘进机机载钻孔机械手力学特性研究[D]. 陈洪月.辽宁工程技术大学 2012
硕士论文
[1]船载起重机臂架有限元分析及优化[D]. 张志生.江苏大学 2016
[2]液压挖掘机工作装置的动力学分析与仿真[D]. 孙克义.兰州理工大学 2014
[3]EBZ160B薄煤层掘进机整机动力仿真和关键结构件有限元分析[D]. 宋月辉.河北科技大学 2014
[4]空间机械臂建模及轨迹跟踪控制方法研究[D]. 邓雅.哈尔滨工业大学 2013
[5]齿轮滚动轴承柔性转子系统多故障耦合机理及辨识研究[D]. 宋晓光.华东理工大学 2013
[6]EBH360悬臂式掘进机截割臂有限元分析[D]. 李洋.吉林大学 2012
[7]轮式装载机液压缸载荷谱编制方法与时域信号重构[D]. 梁云龙.吉林大学 2011
[8]高频冲击下挖掘机动臂和斗杆动态特性及疲劳寿命研究[D]. 谭明敏.中南大学 2011
[9]硬岩掘进机盘形滚刀载荷谱编制[D]. 张庆贵.东北大学 2008
本文编号：3561585
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