基于刚柔耦合的交流液压冲击式采煤工作机构动态特性仿真研究

摘要

本文以刚柔耦合交流液压冲击系统为研究对象，分析影响该系统性能的动态参数，并通过冲击破碎煤岩的数值模拟仿真，研究相关工作参数及结构参数对冲击系统的影响。该交流液压系统是基于冲击破煤机理而提出的，是冲击式采煤机破碎煤岩的主要工作机构。
　　论文在介绍课题研究的工程背景下，首先对煤岩破碎理论和冲击动力学的研究动态进行整体把握。充分掌握功率键合图建模规则后，根据交流液压技术原理分析刚柔耦合交流液压冲击系统的工作过程，建立该冲击系统的功率键合图并推导出数学模型。此外，本文从冲击动力学的角度出发，将冲击机构等效转换为冲击机械系统，建立其波动力学模型，着重研究煤岩破碎的相互作用过程中系统部件应力波变化规律、能量转换和冲击效率等过程，为交流液压冲击系统的模拟提供更加接近工况的边界条件。
　　在建立交流液压冲击系统的数学模型后，本文设计两指标的因素-水平正交实验表，找出影响系统动态特性相对敏感的因素与水平，针对性实施模拟工作，为系统模型耦合参数的研究提高效率。根据所建立的数学模型，本文在ANSYS/LS-DYNA中进行煤岩破碎仿真，并在MATLAB/Simulink平台构建交流液压冲击系统的动态模型，结合模拟所产生的相关参数，研究交流液压系统动态冲击过程中系统压力、流量的变化规律，冲击刀架的位移、速度曲线，以及冲击过程中刀架的负载变化等。
　　在系统性能参数的研究过程中，本文利用MATLAB的GUI(GraphicsUser Interface)技术模块，调用Simulink仿真模型，开发了双向交流液压冲击系统的动态仿真平台。通过结构参数和工作参数的组合测试，仿真得出交流液压冲击系统的各项曲线，达到研究交流液压冲击系统动态特性的目的。
　　论文所研究的目的是通过对交流液压冲击系统的分析，建立冲击系统的动态方程及等效波动力学模型，从不同的角度研究冲击系统，借助计算机仿真研究系统的动态过程，不仅为研究双向交流液压冲击系统的动态特性提供高效的手段，同时也为冲击式采煤机冲击机构的研制提供理论依据和参考意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的工程背景

1．2 选题的目的和意义

1．3 基于煤岩破碎机理的相关技术研究概况

1．3．1 煤岩破碎力学的研究动态

1．3．2 冲击机械动力学的研究动态

1．3．3 交流液压理论及技术研究概况

1．3．4 几种切削破煤原理的分析比较

1．4 本论文主要研究内容及研究方法

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 本课题研究方法

第二章 刚柔耦合交流液压冲击系统分析基础理论

2．1 刚柔耦合交流液压冲击系统

2．1．1 交流液压冲击系统的提出

2．1．2 交流液压冲击系统的工作原理

2．1．3 刚柔耦合交流液压冲击系统的特点

2．1．4 刚柔耦合交流液压冲击系统的工程应用价值

2．2 功率键合图理论基础

2．2．1 功率键合图简介及特点

2．2．2 功率键合图构成基本要素

2．2．3 功率键合图模型分析与建模步骤

2．3 本章小结

第三章 刚柔耦合交流液压冲击系统的数学建模

3．1 液压冲击模块的数学建模

3．1．1 交流脉冲发生端的运动规律

3．1．2 交流液压冲击系统建模

3．1．3 交流液压冲击系统影响因素分析

3．2 负载模块的数学建模

3．2．1 冲击系统波动力学建模理论

3．2．2 煤岩的动力学特性分析

3．2．3 冲击系统波动力学分析

3．3 冲击系统的数值计算分析

3．4 本章小结

第四章 刚柔耦合交流液压冲击系统的仿真

4．1 冲击系统参数正交试验设计

4．1．1 正交试验设计基本理论

4．1．2 正交试验设计及数据分析

4．1．3 正交试验因素及水平

4．1．4 试验数据处理及结果分析

4．2 基于ANSYS/LS-DYNA的冲击动力学仿真

4．2．1 ANSYS/LS-DYNA简介

4．2．2 冲击刀齿破煤仿真过程

4．2．3 仿真结果分析

4．3 基于MATLAB/Simulink的系统动态仿真

4．3．1 Simulink动态仿真概述

4．3．2 Simulink子系统及其封装技术

4．3．3 交流液压冲击系统的仿真模型

4．4 本章小结

第五章 刚柔耦合交流液压冲击系统仿真分析及软件开发

5．1 影响冲击系统动态性能的主要参数研究

5．1．1 仿真初始设置

5．1．2 仿真结果分析

5．2 刚柔耦合交流液压冲击系统仿真模拟软件的开发

5．2．1 GUI技术概述

5．2．2 仿真软件程序开发

5．2．3 仿真软件功能介绍

5．3 双相交流液压冲击系统的模拟仿真案例

5．3．1 速度仿真曲线

5．3．2 系统压力仿真曲线

5．3．3 系统流量仿真曲线

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文