采煤机截割部双电机串联驱动系统动态特性研究

摘要

煤炭资源是国民经济的基础能源,采煤机是其机械化开采的重要环节。当前,采煤机截割部采用双电机串联驱动具有驱动功率大、机身高度低的优势,但比较突出的问题是其传动齿轮、轴承或电动机的损坏概率要比单电机驱动系统大得多,故从动力学角度对采煤机截割部双电机串联驱动系统动态特性进行研究具有很重要的现实意义。
　　 采煤机滚筒的负载特性是研究截割部双电机串联驱动系统动力学特性的基础条件之一。本文在传统镐形截齿截割力学模型的基础上,针对多齿重复截割、截槽非对称的实际截割条件,建立了非对称截槽的截割力学模型。同时分析了截割深度与崩裂角的关系,提出了采煤机滚筒叶片截齿轴向倾斜布置的理论依据和倾斜角度的取值范围。根据滚筒截割阻力的理论计算值和实测曲线,用典型载荷来描述采煤机滚筒负载的随机性特征,为采煤机截割部双电机串联驱动系统动力学分析奠定了基础。
　　 弹性扭矩轴作为采煤机截割部重要的过载机械保护元件,对截割部传动系统的动力学特性有较大的影响。本文对弹性扭矩轴的设计参数进行了详细的实例类比分析,给出了以扭转静强度设计为主,扭转疲劳强度校核为辅且强调过载机械保护的功能设计方法。通过引入设计参变量,形成可供选择的一系列设计方案,规范了弹性扭矩轴的设计方法。
　　 应用拉格朗日动力学方程,建立了采煤机截割部双电机串联驱动系统的数学模型,并用Pro/E建立实体模型进行ADAMS动力学仿真。通过对两种模型仿真结果的对比分析,得到了由弹性扭矩轴调节的系统等效刚度、双电机的机械特性差异和双电动机间等效连接刚度对系统动态特性的影响,为采煤机截割部双电机串联驱动系统的设计提供了理论设计依据。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景意义及研究目的

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 现阶段存在的问题

1.4 本课题研究内容

1.5 小结

第2章 采煤机滚筒受力计算和负载特征

2.1 引言

2.2 镐形截齿截割力学模型

2.2.1 镐形截齿破煤机理

2.2.2 非对称截槽受力分析

2.2.3 爆破合力非对称截槽受力分析

2.2.4 断裂崩裂角的理论值

2.3 镐形截齿破煤截割力

2.4 螺旋滚筒载荷

2.4.1 滚筒受力特点

2.4.2 采煤机滚筒截割负载特性

2.5 小结

第3章 弹性扭矩轴设计与截割部等效简化

3.1 引言

3.2 弹性扭矩轴作用

3.3 弹性扭矩轴结构

3.3.1 弹性扭矩轴材料

3.3.2 扭矩轴结构

3.3.3 弹性扭转刚度计算

3.3.4 弹性扭矩轴验算

3.4 扭矩轴设计方法

3.4.1 静扭转屈服强度设计准则

3.4.2 安全倍数的确定

3.4.3 设计示例

3.5 传动系统的等效转换

3.5.1 等效转动惯量

3.5.2 等效弹性刚度

3.6 小结

第4章 截割部双电机串联驱动机械传动系统空载启动特性

4.1 引言

4.2 截割部驱动电机数学模型

4.2.1 三相异步电动机机械特性曲线

4.2.2 双电机机械特性差异

4.3 截割部机械传动

4.3.1 系统力学模型

4.3.2 系统动力学方程

4.4 截割部传动系统空载启动仿真

4.4.1 弹性扭矩轴和截割部等效刚度K1的影响

4.4.2 双电机机械特性存在差异的影响

4.4.3 双电机间等效连接刚度K2的影响

4.5 小结

第5章 ADAMS对双电机串联驱动系统仿真

5.1 引言

5.2 ADAMS理论基础

5.2.1 ADAMS中的坐标系

5.2.2 ADAMS中刚体及其点运动的求解

5.3 Pro/E三维实体建模

5.3.1 Pro/E发展

5.3.2 Pro/E直齿轮设计

5.4 ADAMS仿真

5.4.1 弹性扭矩轴和截割部等效刚度K1的影响

5.4.2 双电机机械特性存在差异的影响

5.4.3 双电机间等效连接刚度K2的影响

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 论文所做的工作及取得的研究结论

6.2 尚待解决的问题

6.3 展望

致谢

参考文献

作者简介