悬臂式掘进机建模与仿真研究

摘要

悬臂式掘进机是井下巷道掘进的关键设备之一。随着市场竞争日益激烈，对其截割能力提出了更高的要求；同时，悬臂式掘进机是集机、电、液于一体的复杂系统，跨学科的系统建模方法和多领域的协同仿真技术已成为其设计与研发过程中的支撑技术，也是保证其可靠性与稳定性的关键技术。
　　以某矿机集团的EBZ220型悬臂式掘进机为研究对象，应用Pro/Engineer构建其三维实体模型，并通过接口软件MECH/PRO将简化后的三维实体模型导入到ADAMS中建立刚体系统；将利用大型有限元分析软件 ANSYS 生成的关键零件的模态中性文件导入ADAMS环境下的刚体系统中，形成悬臂式掘进机刚柔耦合虚拟样机模型；利用MATLAB软件模拟实际工况得到载荷曲线，并将其添加到虚拟样机模型上；在AMESim环境下搭建悬臂式掘进机回转机构液压系统模型，验证了变量泵仿真模型的正确性，并构建悬臂式掘进机机液联合仿真模型，通过仿真发现了机械系统中关键零件的薄弱环节并得到了液压系统中的动态曲线，分析表明液压系统具有较高的稳定性；最后分别对变量泵、调速阀及其比例阀控回转液压缸系统进行模块化建模，利用控制系统仿真软件Simulink对悬臂式掘进机回转机构电液比例位置控制系统进行仿真和PID校正，改善了系统的动态特性。实践表明，在悬臂式掘进机的研发过程中应用多领域建模与仿真技术是可行的，且仿真结果准确、可靠。
　　本文的研究方法及分析结果为悬臂式掘进机的设计、研发及优化提供了借鉴，且对工程实际有一定的指导作用。同时，本文所探索的多领域建模与仿真技术也可应用于其他复杂机电系统的研发中，以期达到缩短设计周期，降低研发成本，提高产品性能的目的。

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1 绪论

1.1 悬臂式掘进机概述

1.2 悬臂式掘进机液压系统研究现状

1.3 本课题研究的意义及主要内容

2 悬臂式掘进机虚拟样机的建模

2.1 虚拟样机技术概述

2.2 基于Pro/Engineer的悬臂式掘进机三维实体建模

2.3 基于ADAMS悬臂式掘进机刚体模型的建立

2.4 模态中性文件的创建

2.5 悬臂式掘进机刚柔耦合模型的建立

2.6 本章小结

3 悬臂式掘进机回转机构液压系统仿真模型的创建

3.1 悬臂式掘进机液压系统及AMESim软件概述

3.2 柱塞式变量泵控制原理

3.3 基于AMESim的液压系统仿真模型的建立

3.4 本章小结

4 悬臂式掘进机回转机构机液联合仿真

4.1 机液联合仿真的基本要求

4.2 悬臂式掘进机回转机构机液联合仿真

4.3 机液联合仿真结果分析

4.4 本章小结

5 悬臂式掘进机回转机构液压控制系统数学模型的建立

5.1 数学模型概述

5.2 液压控制系统数学模型的建立

5.3 回转机构电液比例位置控制系统数学模型的建立

5.4 本章小结

6 悬臂式掘进机位置控制系统仿真研究

6.1 Simulink仿真软件包简介

6.2 悬臂式掘进机回转机构位置控制系统仿真分析

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 全文研究总结

7.2 工作展望

参考文献

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