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作者：王鹏飞辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分... 详细信息

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分析及其截割效率提升实验,以导师团队申请的发明专利“一种自主激振式辅助截割掘进模拟试验装置”（申请号:CN201911264271.7）为实验平台开发,以提高截割效率为出发点,分析现有辅助截割方式,课题组提出一种新型辅助截割方法,对施加主动激振的辅助截割实验台的力学特性进行研究,具有重要的科学意义和现实价值。本文项目研究过程中得到了国家自然科学基金项目“迈步行走主动激振式掘支一体机截割载荷特性及其优化控制研究（基金号:51874158）”的支持。首先分析综掘巷道的掘进需求,针对目前掘进机截割效率低,截齿损坏严重的问题,以提高破岩能力为前提,引入主动激振辅助截割理论,基于相似理论提出一种巷道高效掘进实验设备及方法,对本文研究的辅助截割实验台的总体方案进行设计,前期调研分析了实验工况,先设计并分析了实验台的组成结构,完成工作原理的验证,结合结构特点配套完成了主动激振原理分析,结合截割路径的规划设计了PLC控制程序,基于相似理论建立了主动激振实验台的相似准则,计算结构参数与运行参数,然后研究设计实验台工作原理及控制方式,对其中的截割头、回转台、动力传动装置、激振伺服电动缸进行结构设计,利用ANSYS Workbench对以上关键零部件在不同位姿下进行静力分析,判断其强度是否达标。其次基于动力学理论研究的基础对试验台整体及关键零部件进行模态分析和动力响应特性分析,采用模态叠加法对辅助截割实验台进行谐响应分析,分析辅助截割实验台的关键节点的位移频率响应及应力频率响应分布情况,判断巷道环境的动力扰动能否引起掘进设备的共振,同时截割臂对整机模态参数和工作稳定性的影响,最后通过对主动激振辅助截割试验台的模态实验及主动激振力学实验,通过力锤敲击模态试验,获得不同位置下机身的动力响应曲线,通过对比理论推导的动力响应参数,验证主动激振作用下截齿截割煤岩的有效性与高效率性。通过自主开发的实验台能够在实验室条件下对掘进机截割臂进行主动激振力学实验,从而为选取最佳的激振辅助截割参数提供理论参考,同时也从外加激振的角度为掘进机截割机构节能高效的工作开拓了新思路和新方法。充分利用掘进机的整体结构、工作性能和动力特性,提出引入主动激振辅助截割的方法,对整机的切削效率、稳定性特点和使用寿命的提升具有重要意义。该论文有图60幅,表17个,参考文献86篇。

关键词：主动激振相似理论实验台力学特性模态实验截割实验

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自主激振式辅助截割相似实验样机研制及其力学实验

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机械强度 2022年第2期44卷 317-325页

作者：卢进南岳建光谢苗王鹏飞辽宁工程技术大学机械工程学院阜新123000

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分析及其截割效率提升实验,对一种主动激振辅助截割的方法进行研究,该方法基于相似理论,建立比例为1∶3的相似模型实验台,首先对其进行模态实验,得到前6阶的固有频率以及各阶的模态振型,验证主动激振辅助截割实验台的可行性;对实验台分别进行有、无主动激振截割实验,测量在有、无主动激振的情况下截齿截割接触力及截割电流变化,实验结果表明,在相同时间阶段内,当存在主动激振时,接触力的增大初值时间相比无激振时早0.07 s,作用时间更长,接触力相比无激励时减小0.12 kN,有激励后截割电流平均值减小1.12 A。通过基于相似理论构建的实验台能够在有限的实验室条件下对掘进机截割臂进行主动激振力学实验,从而为选取最佳的激振辅助截割参数提供理论参考,同时也从引入激振的角度为掘进机截割机构节能高效的工作开拓了新思路和新方法。

关键词：主动激振相似理论实验台模态实验截割实验

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采煤机截齿截割煤岩的实验研究

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矿山机械 2001年第12期29卷 13-14页

作者：王春华姚保恒李贵轩郑连宏丁飞辽宁工程技术大学机械学院阜新123000

采用截割实验系统对采煤机截齿截割煤岩进行了模拟实验，得出了刀形、镐形两种截齿截割过程中有关参数的变化情况，为采煤机截齿的设计及使用提供了实验依据。

关键词：采煤机截齿截割实验碎碎机理煤岩刀具作用

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瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

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煤炭学报 2017年第8期42卷 2164-2172页

作者：张丹刘春生李德根黑龙江科技大学机械工程学院黑龙江哈尔滨150023 黑龙江科技大学学术理论研究部黑龙江哈尔滨150023

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线... 详细信息

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。

关键词：采煤机滚筒载荷重构数值模拟瑞利随机理论截割实验

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采煤机滚筒截割含硬结核煤岩振动特性研究

采煤机滚筒截割含硬结核煤岩振动特性研究

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作者：杜长青辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

采煤机滚筒截割含硬结核煤岩过程中,由于硬结核和煤的坚固性系数有较大的差异,截割含硬结核煤岩受力是截割普通煤岩的几十倍,导致滚筒整体受到冲击力作用,产生剧烈振动,从而使滚筒的使用寿命缩短,滚筒频繁更换,致使整个工作面停采以配... 详细信息

采煤机滚筒截割含硬结核煤岩过程中,由于硬结核和煤的坚固性系数有较大的差异,截割含硬结核煤岩受力是截割普通煤岩的几十倍,导致滚筒整体受到冲击力作用,产生剧烈振动,从而使滚筒的使用寿命缩短,滚筒频繁更换,致使整个工作面停采以配合相关元件的更换,严重影响采煤机生产效率。以薄煤层采煤机滚筒为研究对象,采用CREO、ANSYS、MATLAB和ADAMS四款软件搭建联合仿真平台,通过ANSYS将滚筒制作成柔性件,通过MATLAB获取模拟截割过程中的载荷激励,建立采煤机滚筒刚柔耦合振动学模型,来研究滚筒的振动特性。为验证该方法的可行性,设计及搭建单截齿截割实验台,开展了单截齿的截割实验,研究不同滚筒转速、不同硬结核坚固性系数对滚筒振动信号的影响;根据实验台模型,建立了单截齿滚筒刚柔耦合振动模型,设置与实验相同参数进行振动仿真,仿真与实验的最大误差仅为4.71%,验证了搭建联合仿真平台的方式研究振动特性的可行性。验证成功后,利用搭建好的仿真平台,建立滚筒刚柔耦合振动学模型,研究在ADAMS/Vibration中准确设置多输入、多输出通道以及求解器设置方法,研究滚筒不同转速、不同牵引速度,以及硬结核坚固性系数对滚筒振动特性的影响。结果表明:当不同滚筒转速、滚筒牵引速度截割含不同坚固性系数的含硬结核煤岩时,滚筒加速度频率响应主要集中在40z-80Hz附近,主要激发系统第21,22阶模态。硬结核坚固性系数为影响滚筒振动的主要因素,随坚固性系数增加,滚筒加速度频率响应增加速率在X、Y方向呈三次幂函数形式增加,Z方向呈平方增加;随滚筒转速的增加,滚筒三轴加速度逐渐呈平方增长,当滚筒滚筒转速大于83r/min时,滚筒转速对滚筒加速度影响更加剧烈,当滚筒转速应小于83r/min,滚筒转速振动增涨平缓;随牵引速度的的增加,滚筒牵引速度与滚筒加速度频率响应呈平方关系,滚筒加速度频率响应增加速度逐渐增加,当滚筒牵引速度大于4m/min时,滚筒加速度频率响应增长速率增大。在相同滚筒滚转速的条件下,对比分析滚筒截割普通煤岩和含硬结核煤岩滚筒加速度频率响应,滚筒加速度频率响应幅值、滚筒加速度频率响应的频率有明显差别。采用刚柔耦合的方式研究滚筒的振动特性,得到不同滚筒转速、牵引速度、硬结核坚固性系数对采煤机滚筒振动特性的影响规律,为采煤机开采复杂煤岩提供参考价值;同时该研究内容可为煤矿智能化过程中煤岩识别技术的研究奠定理论基础。该论文有图83幅;表13张;参考文献73篇。

关键词：振动特性刚柔耦合硬结核截割实验采煤机滚筒

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