采煤机截割部多级齿轮传动-箱体耦合动力学建模分析及动力学性能优化
发布时间：2021-10-25 14:41
煤炭是我国稳定、经济、自主保障程度最高的能源资源,在相当长时期内其主体能源地位不会改变。随着浅部煤层资源日益减少以及我国经济向高质量发展阶段转型,煤炭开采正朝着深部化、智能化方向发展。深部煤层高地应力、强开采扰动的地质特点使采煤机的工作环境和作业任务更加复杂。采煤机截割部是一个具有悬臂式箱体的多级齿轮传动系统,其零部件众多,结构复杂。实践表明截割部故障频发,是采煤机的薄弱环节。采煤机在井下一旦因故障停机,常常需要运回地面维修,导致整个工作面瘫痪,并降低企业的生产效率和经济效益。目前,国产采煤机与进口采煤机的可靠性仍有差距,究其原因是由于设计理论薄弱和关键技术落后。本文依托国家重大基础研究计划（973计划,深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究）的课题四（重载突变工况的高效动力传递原理及自适应控制方法,2014CB046304）,针对采煤机截割部重载且载荷突变的工况特点和悬臂式箱体、多级齿轮传动的结构特点,以动力学建模和分析为手段,揭示了多级齿轮传动与摇臂箱体的动力学耦合机理,探明了典型载荷条件下截割部的动力学特性,进行了截割部动力学性能提升研究。本文主要研究内容如下:（1）采煤机截割部多...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
实验准备
重庆大学博士学位论文80所示。在摇臂箱体滚筒端靠近太阳轮和靠近内齿圈的位置布置两个三向振动加速度传感器，采集箱和笔记本电脑放置于采煤机机身上，如图4.16(b)所示。正式测量前，还将对采集箱和传感器加装保护罩。(a)振动测试设备(b)传感器布置图4.16实验准备Fig.416Experimentpreparation采煤机牵引速度恒定为3m/min，通过改变截深来改变滚筒载荷。斜切进刀过程可以实现滚筒截深缓慢增加，截割到图4.17(a)所示位置可以实现滚筒截深快速增加。截割电机未进行转速控制，且具有硬机械特性，因此不考虑滚筒载荷对电机工作转速的影响，进而可以认为负载系数与截割电机功率成正比。所以，本实验用截割电机功率变化趋势表示截割部负载系数变化趋势，电机瞬时功率由综合测控中心提供，信号的采样频率为10Hz。(a)截深突变(b)采煤机割煤图4.17实验过程Fig.417Experimentprocess③实验结果与分析如图4.18所示，约在0~100s区间内，随着截割电机功率缓慢增加，摇臂箱体振动强度随之缓慢增加；约在100~350s区间内，随着截割电机功率缓慢降低，摇臂箱体振动强度随之缓慢降低；约在350~400s区间内，随着截割电机功率快速
4变负载工况下采煤机截割部动态特性研究83(a)X分量(b)Y分量(c)Z分量图4.22冲击载荷下BP17的振动加速度Fig.422AccelerationsofBP17understepload10-1-2-3Y(m)01234X(m)01234X(m)-101Z(m)模态振型（俯视图）模态振型（正视图）(a)第2阶（13.03Hz）01234X(m)-101201234X(m)-0.500.511.5Y(m)Z(m)模态振型（俯视图）模态振型（正视图）(b)第3阶（17.29Hz）
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究[J]. 魏静,王刚强,秦大同,张爱强,赖育彬,汝学斌. 振动工程学报. 2018(04)
[2]不同截割工况下变速截割采煤机截割性能多目标优化[J]. 葛帅帅,秦大同,胡明辉,刘永刚. 煤炭学报. 2018(08)
[3]深部中厚煤层切顶留巷关键技术参数研究[J]. 何满潮,马资敏,郭志飚,陈上元. 中国矿业大学学报. 2018(03)
[4]斜齿轮时变啮合刚度算法修正及影响因素研究[J]. 刘文,李锐,张晋红,林腾蛟,杨云. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[5]智慧煤矿2025情景目标和发展路径[J]. 王国法,王虹,任怀伟,赵国瑞,庞义辉,杜毅博,张金虎,侯刚. 煤炭学报. 2018(02)
[6]瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析[J]. 易园园,秦大同,刘长钊,贾涵杰. 振动与冲击. 2018(01)
[7]齿轮箱全耦合系统动力学建模与箱体影响分析[J]. 刘岚,赵晨晴,任亚峰,贺朝霞,吴立言. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[8]两级渐开线齿轮传动系统横-摆-扭耦合非线性动力学建模与试验验证[J]. 刘辉,张晨,王成. 振动与冲击. 2017(15)
[9]箱体柔性对齿轮传动系统动态特性的影响分析[J]. 任亚峰,常山,刘更,吴立言. 振动与冲击. 2017(14)
[10]采煤机无人自适应变速截割控制方法[J]. 刘永刚,闫忠良,秦大同,胡明辉,葛帅帅,侯立良. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
博士论文
[1]采煤机煤岩截割模式识别关键技术研究[D]. 许静.中国矿业大学 2018
[2]采煤机摇臂传动系统动力学特性研究及动态与渐变可靠性分析[D]. 黄婧.东北大学 2016
[3]采煤机截割传动系统故障诊断及可靠性分析[D]. 钱沛云.中国矿业大学 2015
[4]变速器系统非线性动力学特性与参数优化研究[D]. 梁明轩.东北大学 2014
[5]平行轴齿轮传动系统动力学通用建模方法与动态激励影响规律研究[D]. 常乐浩.西北工业大学 2014
[6]发动机与变速箱耦合系统非线性动力学及NVH性能研究[D]. 王连生.浙江大学 2014
[7]大型船用齿轮箱系统动态性能分析方法研究[D]. 魏超.浙江大学 2013
[8]基于虚拟样机技术的气垫船推进轴系动力学特性研究[D]. 耿瑞光.哈尔滨工程大学 2011
[9]采煤机滚筒截割性能及截割系统动力学研究[D]. 刘送永.中国矿业大学 2009
[10]基于热弹耦合大功率船用齿轮箱动态特性研究[D]. 陆波.重庆大学 2009
硕士论文
[1]采煤机截割载荷谱研究[D]. 李晋瑜.中国矿业大学 2017
[2]采煤机自适应变速截割控制研究[D]. 闫忠良.重庆大学 2016
[3]滚筒式采煤机截割部动力学特性研究[D]. 郭会珍.中国矿业大学 2014
本文编号：3457611
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
实验准备
重庆大学博士学位论文80所示。在摇臂箱体滚筒端靠近太阳轮和靠近内齿圈的位置布置两个三向振动加速度传感器，采集箱和笔记本电脑放置于采煤机机身上，如图4.16(b)所示。正式测量前，还将对采集箱和传感器加装保护罩。(a)振动测试设备(b)传感器布置图4.16实验准备Fig.416Experimentpreparation采煤机牵引速度恒定为3m/min，通过改变截深来改变滚筒载荷。斜切进刀过程可以实现滚筒截深缓慢增加，截割到图4.17(a)所示位置可以实现滚筒截深快速增加。截割电机未进行转速控制，且具有硬机械特性，因此不考虑滚筒载荷对电机工作转速的影响，进而可以认为负载系数与截割电机功率成正比。所以，本实验用截割电机功率变化趋势表示截割部负载系数变化趋势，电机瞬时功率由综合测控中心提供，信号的采样频率为10Hz。(a)截深突变(b)采煤机割煤图4.17实验过程Fig.417Experimentprocess③实验结果与分析如图4.18所示，约在0~100s区间内，随着截割电机功率缓慢增加，摇臂箱体振动强度随之缓慢增加；约在100~350s区间内，随着截割电机功率缓慢降低，摇臂箱体振动强度随之缓慢降低；约在350~400s区间内，随着截割电机功率快速
4变负载工况下采煤机截割部动态特性研究83(a)X分量(b)Y分量(c)Z分量图4.22冲击载荷下BP17的振动加速度Fig.422AccelerationsofBP17understepload10-1-2-3Y(m)01234X(m)01234X(m)-101Z(m)模态振型（俯视图）模态振型（正视图）(a)第2阶（13.03Hz）01234X(m)-101201234X(m)-0.500.511.5Y(m)Z(m)模态振型（俯视图）模态振型（正视图）(b)第3阶（17.29Hz）
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究[J]. 魏静,王刚强,秦大同,张爱强,赖育彬,汝学斌. 振动工程学报. 2018(04)
[2]不同截割工况下变速截割采煤机截割性能多目标优化[J]. 葛帅帅,秦大同,胡明辉,刘永刚. 煤炭学报. 2018(08)
[3]深部中厚煤层切顶留巷关键技术参数研究[J]. 何满潮,马资敏,郭志飚,陈上元. 中国矿业大学学报. 2018(03)
[4]斜齿轮时变啮合刚度算法修正及影响因素研究[J]. 刘文,李锐,张晋红,林腾蛟,杨云. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[5]智慧煤矿2025情景目标和发展路径[J]. 王国法,王虹,任怀伟,赵国瑞,庞义辉,杜毅博,张金虎,侯刚. 煤炭学报. 2018(02)
[6]瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析[J]. 易园园,秦大同,刘长钊,贾涵杰. 振动与冲击. 2018(01)
[7]齿轮箱全耦合系统动力学建模与箱体影响分析[J]. 刘岚,赵晨晴,任亚峰,贺朝霞,吴立言. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[8]两级渐开线齿轮传动系统横-摆-扭耦合非线性动力学建模与试验验证[J]. 刘辉,张晨,王成. 振动与冲击. 2017(15)
[9]箱体柔性对齿轮传动系统动态特性的影响分析[J]. 任亚峰,常山,刘更,吴立言. 振动与冲击. 2017(14)
[10]采煤机无人自适应变速截割控制方法[J]. 刘永刚,闫忠良,秦大同,胡明辉,葛帅帅,侯立良. 中南大学学报(自然科学版). 2017(06)
博士论文
[1]采煤机煤岩截割模式识别关键技术研究[D]. 许静.中国矿业大学 2018
[2]采煤机摇臂传动系统动力学特性研究及动态与渐变可靠性分析[D]. 黄婧.东北大学 2016
[3]采煤机截割传动系统故障诊断及可靠性分析[D]. 钱沛云.中国矿业大学 2015
[4]变速器系统非线性动力学特性与参数优化研究[D]. 梁明轩.东北大学 2014
[5]平行轴齿轮传动系统动力学通用建模方法与动态激励影响规律研究[D]. 常乐浩.西北工业大学 2014
[6]发动机与变速箱耦合系统非线性动力学及NVH性能研究[D]. 王连生.浙江大学 2014
[7]大型船用齿轮箱系统动态性能分析方法研究[D]. 魏超.浙江大学 2013
[8]基于虚拟样机技术的气垫船推进轴系动力学特性研究[D]. 耿瑞光.哈尔滨工程大学 2011
[9]采煤机滚筒截割性能及截割系统动力学研究[D]. 刘送永.中国矿业大学 2009
[10]基于热弹耦合大功率船用齿轮箱动态特性研究[D]. 陆波.重庆大学 2009
硕士论文
[1]采煤机截割载荷谱研究[D]. 李晋瑜.中国矿业大学 2017
[2]采煤机自适应变速截割控制研究[D]. 闫忠良.重庆大学 2016
[3]滚筒式采煤机截割部动力学特性研究[D]. 郭会珍.中国矿业大学 2014
本文编号：3457611
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