滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析.pdf

滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析 陈洪月1 ’2 ～，杨辛未1 ，毛君1 ，宋秋爽4 ，袁智4 1 ．辽宁工程技术大学机械工程学院阜新，1 2 3 0 0 0 2 ．煤炭工业协会高端综采成套装备动力学测试与大数据分析中心阜新，1 2 3 0 0 0 3 ．矿山液压技术与装备国家工程研究中心阜新，1 2 3 0 0 0 4 ．中煤集团中国煤矿机械装备有限责任公司北京，1 0 0 0 1 1 摘要针对斜切工况下采煤机的载荷冲击大、振动剧烈的问题，采用H e r t z 接触理论描述采煤机行走部与刮板输 送机间的接触刚度，运用接触碰撞理论描述导向滑靴与销排间的接触间隙，再基于集中质量法，建立了斜切工况下 采煤机侧向上6 个自由度非线性动力学模型。以实验测试得到的滚筒轴向截割载荷作为激励，分析了斜切工况下 采煤机侧向的振动特性。结果表明整机振动量随着滚筒截深的增大而增大，前滚筒大于后滚筒、前摇臂大于后摇 臂，机身的振动量相对较小，最后通过实验对模型结果进行了验证。 关键词采煤机；斜切进刀；非线性；动态特性；综采装备力学测试 中图分类号T H l l 3 ．1 ；T D 4 2 1 引言 长期以来煤炭作为我国的主要能源，而采煤机 是现代机械化采煤机作业的最主要的设备口] 。随着 煤炭资源开发的力度加大，煤矿开采深度的增加[ 2 ] ， 煤矿巷道内的工作环境极度恶劣，采煤机在工作过 程中经常发生剧烈的振动，尤其在斜切工况下的采 煤机，滚筒所受到的轴向载荷冲击对采煤机整体的 工作机构产生巨大的影响；并随着斜切截深的增大， 采煤机各部位所受到的载荷冲击也随之增大，容易 发生采煤机各零部件非正常损耗，严重时会停机，造 成经济损失。目前，国内多数专家、学者对采煤机在 工作过程中的振动特性作了一定的研究。刘长钊 等[ 3 1 建立了采煤机截割部传动系统机电耦合的动力 学模型，提出了减小该系统的动态啮合力冲击的方 法。蒲志新等[ 4 1 运用了非线性和多体接触力学理 论，建立了采煤机牵引部传动系统的刚柔耦合模型， 并描述了齿轮啮合的接触过程。毛君争5 “] 运用多 体动力学理论建立截割部的刚柔耦合动力学模型， 求解并分析了啮合刚度、阻尼以及激振频率对其动 态特性的影响。赵丽娟等口1 依据拓扑结构原理，对 在截割含夹矸韧性煤下前后滚筒的动态特性进行了 分析。陈洪月等凹。1 阳综合考虑了多种因素，并运用 多体动力学理论建立了采煤机动力学模型，对其在 不同牵引速度下的动力学特性进行了分析，最后通 过实验验证了模型的准确性。 以上的研究中，多采用有限元分析法研究采煤 机单个系统，而作为一个大型组成复杂的机械设备， 采煤机各系统的振动特性是相互影响的，并且以上 的研究分析中未考虑斜切进刀工况对采煤机的振动 特性的影响，且缺乏相应的实验验证，导致计算结果 与采煤机实际工况下的振动特性存在着较大差异。 基于以上的问题，笔者采用集中质量法建立采煤机 的动力学模型，通过实验对滚筒载荷进行采集，获取 激励载荷，再对斜切进刀过程中采煤机振动模型进 行求解，最后通过实验对模型的准确性进行验证。 研究结果对采煤机整机的可靠性及关键零件疲劳寿 命预测提供参考。 1采煤机整机非线性动力学模型建立 采煤机在斜切进刀的过程中，滚筒受到的轴向 载荷冲击远大于牵引方向的载荷，直接影响采煤机 侧向的动态特性。因此，斜切工况下采煤机的侧向 垂直于煤岩且平行于支撑底板方向 振动可以看成 * 国家能源研发 实验 中心重大资助项目 2 0 1 0 2 1 5 ；辽宁省教育厅创新团队资助项目 L T 2 0 1 3 0 0 9 收稿日期2 0 1 70 3 2 2 ；修回日期2 0 1 70 5 1 8 乩A 一 ∞ 端 竺型 动．莹| 一 振墅靴竺 卷年一 万方数据 第2 期陈洪月，等滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析 是具有多自由度阻尼的受迫振动，采煤机结构如图1 所示，其中6 为采煤机前后导向滑靴之问的距离。 1 牵引方向 } z 竖直方向 2 34y 5 67 。 8 糟’1 y ‘ b 1 ．前滚筒；2 ．前摇臂；3 ．前导向滑靴；4 ．前平 滑靴；5 ．销排；6 ．机身；7 ．中部槽；8 ．后导向滑 靴；9 ．后平滑靴；1 0 ．后摇臂；1 1 ．后滚筒 图1 采煤机结构示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a g r a mo fs h e a r e r 由于采煤机结构复杂，为了清晰的表示采煤机 的侧向振动情况，并考虑到模型的简化以及计算的 方便，在建立采煤机侧向的动力学模型的过程中，采 用集中质量法，将采煤机整机划分为5 部分。并做 如下假设 1 采煤机各部分的质量集中在一点，并且将采 煤机整机划分为前、后滚筒，前、后摇臂，机身共5 部 分； 2 忽略采煤机的液压系统、电器系统、传动系 统及各部分的连接件对整个采煤机系统的影响； 3 采煤机系统为刚性系统，并采用刚度、阻尼 元件对各部分之间的接触、连接进行描述； 4 忽略滚筒载荷对采煤机整机系统的惯性 影响。 依据斜切工况下采煤机的工作特点口1 ，建立斜 切工况下采煤机整机在侧向的非线性动力学模型， 如图2 所示。 图2采煤机整机非线性动力学模型 F i g ．2 N o n l i n e a rd y n a m i cm o d e lo fs h e a r e r 图中m 。为前滚筒的质量；她为前摇臂的质 量；m 。为机身的质量；m 。为后摇臂的质量；r H j 为后 滚筒的质量；z 。，为前滚筒的振动位移；T z 为前摇臂 的振动位移；T 。为机身的振动位移；工。为后摇臂的 振动位移；z 娟为后滚筒的振动位移；k 扪c z l 和k 。c z 4 分别为采煤机前后滚筒与前后摇臂之间的连接刚度 和阻尼系数；k 扪畅和k 。。，C 。。分别为采煤机前后摇臂 与机身之间的连接刚度和阻尼系数；k 扪C 。。和k 。。，％ 为采煤机平滑靴与输送机中部槽之间的接触刚度和 阻尼；k 。f z 7 和k 鸸，f z 8 为采煤机导向滑靴与输送机销 排之间的接触刚度和阻尼系数；0 靠为在垂直于煤壁 的平面内采煤机的振动摆角；R 。，为前滚筒在轴向上 受到的阻力 方向指向煤壁 。 为求解斜切工况下采煤机各部分的动态特性， 由牛顿第二定律m ；， C i ．Z ’“ k x F ，，可得采煤机 整机系统的振动微分方程为 k l z 】一工2 f 1 主l 一主。2 一R ， 珀 缸 忆 屯一如 缸 一o ％ 以一疋一缸 b ％- - l - z 4 缸 ％ 矗一屯 参 k ％一铷 ％ 以一铷 k 妇 铷 ％ 屯 等如 如 心 w o ％缸 ≥ ％ 言6 } z sJ 亏十 白 奎。一主一等弘 等 走。 工。。一等％ 厶 厶＼厶， 等忆。c 也一铷，等一 kz 3 ％- - ．T z 4 红 等- - C 3c 以一 t ， ≥如 每一是s 冬％l 等一％ z 。 f T 。] 每珐，每一F ，等 F 。等一o m 。互州 b z 。- - 3 7 2 3 一等％ c 。 主。一主。一等自。 是。 z 。一丁； 4 主4 一主 I 一0 r ／／5 王5 k 4 z 拍一z 。4 [ 。4 主娟一o l ‘“ 。d 一0 其中W 一／2 M g 为采煤机与刮板输送机之间的摩擦 万方数据 振动、测试与诊断 第3 8 卷 数，取肛一0 ．2 ，g 一9 ．8N ／k g ；F 引F 胡分别为采煤机 导向滑靴与刮板输送机销之间的法向弹性恢复力与 阻尼力之和。 依据斜切工况下的采煤机实际工作情况以及几 何参数，导致采煤机前后导向滑靴与刮输送机销排 之间存在间隙，并且在采煤机的侧向的方向上，导向 滑靴与销排之间在接触碰撞的过程中，同时存在着 导向滑靴内面与销排侧面的法向刚度和阻尼。以及 导向滑靴内面与销排顶面的切向刚度和阻尼，由于 导向滑靴与销排之间的侧向刚度很小，对采煤机侧 向振动影响不大，因此在采煤机侧向振动的分析过 程中，可以视为导向滑靴与销排之间只存在法向的 刚度k 。和阻尼c 。，如图3 所示。其中z 为采煤机 前后导向滑靴的内侧宽度，叫为销排的宽度，d ，一z ， 一硼为前后导向滑靴与销排之间的间隙 i 一7 ，8 。 导 向 滑 靴 内 面 图3导向滑靴与销排之间接触刚度和间隙示意图 F i g ．3 C l e a r a n c ed i a g r a mo fc o n t a c ts t i f f n e s sb e t w e e n g u i d ef o o ta n dp i n 基于以上分析，并结合斜切工况卜米煤机买际 的工作情况，式 1 采煤机振动系统的微分方程中的 F ，和F 。。的数学表达式可分为如下4 种情况 1 当采煤机前后导向滑靴的内侧面与销排均 未发生接触，即当 z 。 ≥氏f ≤d 2 L ， T 。 等氏 ≤穹，此时b o ，b o ，则有 鬣三 ㈤ 2 当采煤机前后导向滑靴的内侧面- q 销排均 发生接触，即当 z 鸪 等氏I 譬， l z 。 等如l 譬，此时b ≠O ，k z 8 ≠o ，则有 f F ，一b T 鹉 等％一鲁 白仁曲 等如 l F 。。一b T 。。一每如一譬 c 打 主。一每弘 3 当采煤机前导向滑靴的内侧面与销排发生 接触，而后导向滑靴与销排未发生接触，即当 z 矗 等％1 鲁、1 ％ 每如f ≤譬，此时b ≠。， k 。 0 ，则有 I F ， 【F 8 一 ， ％ 铷。一鲁 幻 主H 虿b z 氏“ “’ 4 当采煤机前导向滑靴的内侧面与销排未发 生接触，而后导向滑靴与销排发生接触，即当 z 。 等铊l ≤譬，lz 。 每％I 譬时，此时 k ，一0 ，k 。≠0 ，则有 F 7 0 民吐。㈦一铷一譬 ㈣ 妇 以一铷 2接触刚度 在机械结构的静、动态特性的研究过程中，通常 把零件之间相互接触、工作时传递载荷的区域称为 结合部，两个接触面称为结合面。机械加工的接触 表面由于受到粗糙度的影响，在微观上两个接触的 表面并不是理想的完全接触，与理想的光滑表面的 接触特性有显著的差别，进而结合面存在着接触刚 度和接触阻尼，并且对机械结构的静、动态特性产生 着重要的影响。以下基于G W 模型[ 】1 ] 和C E B 模 型[ 1 “，并采用分形几何理论，对采煤机导向滑靴刮 板输送机销排结合面的法向刚度进行了描述。 基于H e r t z 接触理论，在微观上并不存在理想 光滑表面。因此，采煤机导向滑靴内侧与刮板输送 机销排结合面的法向接触情况，可以假设为一个粗 糙表面 导向滑靴内面 与一个理想光滑表面 销排 的接触问题，如图4 所示。对于图4 b 中的等效接 触区域上的单个微凸体，可以将其近似看做为一个 球体，其等效的曲率半径为R 。当未受载荷作用时， 其接触状态如图4 c 所示。当受到法向载荷p 作 用时，其接触状态如图4 d 所示，艿为等效球体的法 向的接触变形，r 为法向接触圆面的半径，接触面积 为盘’。 依据单个微凸体的法向载荷与变形量的关 万方数据 第2 期陈洪月，等滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析 系o “3 得出 户一瓦R 丁1 泸3 1 1 一u 5 ．1 一u E d 。E dE 。 实际接触K 域 ‘梦‘≮∥≮‘≯ 譬 ≯ 6 7 a 实际接触表面 a A c t u a lc o n t a c ts u r f a c e 等 c 载荷作用前接触状态 由载荷作用后接触状态 c C o n t a c ts t a t eb e f o r el o a d i n g d C o n t a c ts t a t e a R e r l o a d i n g 图4导向滑靴与销排微观接触示意图 F i g ．4 S c h e m a t i cd i a g r a mo fm i c r o s c o p i cc o n t a c t b e t w e e ng u i d ef o o ta n dp i n 其中E 。。为导向滑靴与销排的等效弹性模量；E 。， E 。分别为导向滑靴与销排的弹性模量；u 。，u 、分别 为导向滑靴与销排的泊松比。 由式 6 可以得出，导向滑靴与销排结合面的等 效单个微凸体与理想平面的法向接触刚度为 k ，，一2 E d 。R 丁d i 8 根据导向滑靴内面的微凸体变形前后的几何关 系，以及文献[ 1 4 ] 中分形粗糙度参数G 的典型值， 在此可以认为R d ，则有导向滑靴与销排结合面等 效单个微凸体的接触面积口朝为 ＆7 2 7 R a 9 将式 9 代入式 8 中，得到导向滑靴与销排结 合面的单个微凸体法向接触刚度与面积数学关系为 仄7 - 是，。一2 E d x ／告 1 0 V 厶儿 为了更准确地描述导向滑靴与销排结合面最大 接触点的实际接触面积口，，依据文献[ 1 5 ] 得到接触 面积为“7 的接触点大小的分布函数 ” “7 等妒“D 2 a t 尸2 “，_ 。2 卜2 0 1 ，其值与分形维数D 有关n 5 。。 对导向滑靴与销排结合面的单个微凸体进行积 分换就可以得到采煤机导向滑靴与刮板输送机销排 之间的接触刚度 是 』i 。走。行c “7 ，d n 7 c ，2 ， 其中a7 。为单个微凸体弹性变形与塑性变形之问的 临界接触截面积。 基于以上分析，将式 1 0 ，1 1 代入式 1 2 中，并 依据文献[ 1 2 ] ，a7 2 a ，a7 ，一2 a ，，“7 ，一2 a 。整理得到 采煤机前后导向滑靴与销排结合面的法向接触刚 度为 是7 2 2 悉1D 驴‘2 。 ／2 定一■ 一∞、。。 √7 c 一 。 X z 3 虿b z 如一鲁 叫2 『 r 。。 每口。 争 ‘1 。’7 2 c z 1 一。，，2 ] b 一善业够c z ⋯z ． √7 【 1 一D 。 。r 。。 ≥臼。 争 。7 2 『 z 。。等口。。d F 8 ‘1 。’7 2 盘f 1 一。，，2 ] 3 采煤机滚筒载荷获取 采煤机滚筒载荷的确定，是对采煤机整机动态 特性分析的前提。本研究采用实验的方法来获取采 煤机滚筒的载荷，实验地点为中煤集团张家口国家 能源煤矿采掘机械装备研发 实验 中心。考虑到煤 矿井下的环境复杂与采集数据的可靠性，依据相似 原则，建立一个与实际煤壁在空间上满足1 1 比例 以及物理性能参数与实际煤岩相同的模拟煤壁，模 拟煤岩普式硬度，’3 ，煤壁长为7 0m ，高为3m ，如 图5 a 所示。实验过程中，通过粘贴在截齿齿座轴 径安装孔内的三组应变片，来分别测量截齿在截割 过程中的牵引阻力、截割阻力、侧向阻力，齿座的下 端通过连接销轴固定在滚筒的方形孔内，如图5 b 所示。通过安装在滚筒边缘的旋转位置传感器，来 测量滚筒的旋转角度。截齿三向力传感器将所采集 到的信号通过无线发射模块传输到数据接收中心， 嘴柳吼部 糙冉／ 粗彗／ I业 万方数据 振动、测试与诊断第3 8 卷 传感器和发射模块的安装如图5 C 所示。采用无 线加速度传感器A 3 0 1 对采煤机摇臂的振动量进行 测量，一个安装在采煤机前摇臂的中间位置，该位置 接近采煤机摇臂的重心，用来检测采煤机在斜切进 刀工况下摇臂的振动特性；由于采煤机滚筒上无法 安装加速度传感器，为检测滚筒的振动特性，将另一 个安装在摇臂的前端靠近滚筒的位置，并且保证传 感器测量的精度不受落煤的影响以及测量数据的准 确性，将传感器进行了封装，如图5 d 所示。在进 行实验之前，需要传感器进行标定，以保证实验测量 值的准确性，最终在数据接收中心的P C 机中，利用 M a t l a bG U I 模块开发的采煤机测试分析软件，将由 传感器测试到的．t s p 数据转化为．m a t 格式数据作 为原始数据，并采用中值滤波、均值滤波等方式进行 处理，以及运用傅里叶拟合、高斯拟合、指数拟合等 多种拟合方法，对检测的数据与标定数据进行拟合。 截割阳，7 引阻力 a 实验现场 b 齿座示意图 a E x p e r i m e n t a ls i t ef b lS c h e m a t i cd i a g r a mo f t o o t hh o l d e r c 安装无线发射模块 d 安装无线加速度传感器 C W i r e l e s st r a n s m i t t i n gm o d u l e d W i r e l e s sa c c e l e r a t i o ns e n s o r 图5 实验测试 F i g ．5E x p e r i m e n t a ll e s t 实验过程中的数据采集系统为B e e d a t e 无线采 集系统，采煤机型号为M G 5 0 0 ／1 1 8 0 ，滚筒的截割转 速为3 5 ．2r ／m i n ，刮板机型号为S G Z l 0 0 0 ／1 0 5 0 ，刮 板机的俯角为0 。，刮板机的侧倾角为0 。。在实验过 程中采集了斜切工况下采煤机的截齿载荷，采煤机 的牵引速度为2m ／m i n ，并将采集到的截齿数据代 入式 1 4 中E I6 j 。X ，为滚筒上第i 个参与截割截齿 的侧向阻力，N 。为滚筒上参与截割的截齿总数，因 每个滚筒上安装了3 6 个截齿，在采煤机前滚筒完全 进刀时，前滚筒参与截割的截割截齿数量为1 8 个。 由于采煤机在斜切进刀的过程中，前滚筒参与截割 的截齿数量逐渐增加，滚筒的轴向载荷逐渐增大，当 前滚筒达到完全进刀的情况时，随着斜切进刀工作 的进行，参与截割截齿的数量达到最大，前滚筒的轴 向载荷处于相对稳定状态，如图6 所示。当采煤机 牵引速度为2m ／m i n 时，采煤机前滚筒在5 0S 达到 完全进刀状态。 N 。 R 。一∑x 。 1 4 i 1 其中R 。为滚筒的轴向载荷。 图6 滚筒轴向载荷 F i g ．6 S i d ed i r e c t i o nl o a do fd r u m 4 模型求解与验证 应用W o r k b e n c h 有限元分析软件中S t a t i c S t r u c t u r a l 模块，对图2 中采煤机各部分的等效连 接刚度 是。k 列k 。k 。k 刚k 。 进行模拟求解。如 图7 所示，采煤机摇臂与机身采用两个销轴连接，并 且每个销轴的两端与采煤机机身固定。为提高求解 速度，同时保证模拟求解的准确性，在P r o ／E 三维 建模软件中将模型进行适当简化，保留了机身的连 接铰耳部分、采煤机摇臂以及连接销轴。将模型导 入W o r k b e n c h 软件中，为有效地模拟出机身与摇臂 实际的连接情况以及求解出机身与摇臂之间的等效 连接刚度，定义采煤机材料为Q 2 3 5 ，摇臂为刚性体， 销轴两端与机身固定，机身为全约束，并且基于以上 实验在摇臂与滚筒连接的轴心处施加载荷P 一6 1 0 4 N 。最后求解得到采煤机摇臂与机身连接处的 口 图7 模拟分析 F i g ．7 S i m u l a t i o na n a l y s i s ． 慧燃黧兰激．豪毓豪～ ～一渗 r 萝 万方数据 第2 期陈洪月，等滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析 最大侧向位移为0 ．0 2 7m m 。由胡克定律F k x ， 可得k 一k 。一2 ．2 2 1 0 9N ／m 。由阻尼系数与刚 度系数之间的经验公式C 一 0 ．0 3 ～0 ．0 5 护7 。18 I ，可 得C 。2 ’3 0 ．0 4 2 ．2 2 1 0 9 8 ．8 8 1 0 7 N m ／ s ～。采用相同方法，可以得到采煤机其他各部分 之间的连接刚度和阻尼系数，如表1 和表2 所示。 M G 5 0 0 ／1 1 8 0 型采煤机相关参数，如表3 所示。 表1 连接刚度 T a b ．1 T h ec o n n e c t i o ns t i f f n e s sl0 9N ／m 表3M G 5 0 0 ／1 1 8 0 型采煤机相关参数 T a b ．3 T h er e l a t e dp a r a m e t e r so fM G 5 0 0 ／11 8 0s h e a r e r 1 0 3 k g 基于以上分析．采用数值分析方法将以上得到 的采煤机滚筒轴向的载荷作为外激励施加到前滚筒 质心处。求解得到斜切工况下采煤机各部分的振动 位移曲线，如图8 所示。在斜切进刀的过程中，采煤 机各部分的振动位移大部分的时刻都为正值，说明 斜切工况下的采煤机整机振动位移的方向指向煤壁 侧，并且对采煤机前滚筒和前摇臂的振动特性影响 最大。随着采煤机斜切进刀工作的进行，采煤机前 滚筒的振动位移迅速递增，而后滚筒的较缓慢。前 后摇臂在斜切进刀的过程中，振动位移变化的趋势相 对前后滚筒的较小。当采煤机达到完全进刀状态时， 采煤机前滚筒和前摇臂的振动位移均值分别为 5 ．8 6 4 ，3 ．2 6 1m m 。由于采煤机机身的质量较大，惯 性较大，因此采煤机机身的振动与振动摆角很小。 由以上分析可知，采煤机在5 0S 时达到完全进 刀工况。在采煤机滚筒完全截割煤岩工况下，求解 结果与实验测得的采煤机前滚筒与前摇臂的振动加 速度曲线如图9 所示，特征值如表4 所示，其中‰ 为采煤机前截割部振动加速度的仿真值，a 。，为采煤 机前截割部振动加速度的实验值。可以看出，采煤 机在截割煤岩过程中，前滚筒受到的载荷冲击较大， I 蠢 趔 幅 鞲 亦 暑 t ／s a 滚筒振动位移 a S i d ed i r e c t i o nv i b r a t i o nd i s p l a c e m e n to f d r u m f ／s O 摇臂振动位移 b S i d ed i r e c t i o n v i b r a t i o nd i s p l a c e m e n to f r o c k e r t | s C 机身振动位移及摆角 c S i d ed i r e c t i o nv i b r a t i o nd i s p l a c e m e n ta n d s w i n ga n g l eo f f u s e l a g e 勺 盘 ＼ 嘏 躺 需 蟮 农 赛 图8采煤机整机振动位移 F i g ．8 S i d ed i r e c t i o nv i b r a t i o nd i s p l a c e m e n to fs h e a r e r t ／s a 前滚筒振动加速度 a V i b r a t i o na c c e l e r a t i o no f f r o n tr o H e r ∥s f b 前摇臂振动加速度 b V i b r a t i o na c c e l e r a t i o no f f r o n tr o c k e ra n n 图9采煤机前截割部振动加速度 F i g ．9 V i b r a t i o na c c e l e r a t i o no ff r o n tc u t t i n gu n i t 并且方向时刻变化。通过对比数值分析结果和实验 结果可知，采煤机前滚筒和前摇臂振动加速度的变 化范围较为一致，但实验值的绝对值稍大于仿真值， 且都在15 ％以内。引起误差的主要原因是a ．刮板 输送机相邻的中部槽以及销排连接处存在着高度 万方数据 振动、测试与诊断第3 8 卷 差，当采煤机行走经过连接位置时，会产生一定的冲 击，从而影响整机振动特性；b ．在采煤机动力学模 型中，接触部件之间的刚度与阻尼建模的复杂程度 与实际接触情况存在一定的差别；C ．在求解计算的 过程中，采煤机各部分之问的刚度值和阻尼值均为 近似值，与实验过程中存在一定的偏差，同样会影响 仿真计算的准确性。 表4 采煤机前截割部振动加速度仿真与实验特征值 T a b ．4 S i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lc h a r a c t e r i s t i cv a l u eo fv i b r a t i o na c c e l e r a t i o no ft h ef r o n tc u t t i n gu n i t 5结论 1 为研究斜切工况下采煤机的振动特性，综合 考虑采煤机各部分之间的连接特性以及与刮板输送 机的接触特性，并从微观上描述了其接触形态，建立 了采煤机非线性动力学模型，并通过实验方法获取 了斜切工况下采煤机的滚筒载荷。 2 采用数值分析方法，对采煤机整机的动力学 模型进行了求解分析。结果表明采煤机前滚筒与 前摇臂振动受到的影响最大，随着截煤深度的增大， 前滚筒的振动位移迅速增大，当达到采煤机达到完 全进刀状态时，前滚筒和前摇臂的振动位移均值分 别为5 ．8 6 4 ，3 ．2 6 1m m 。 3 通过实验方法对斜切工况采煤机前滚筒和 前摇臂的振动加速度进行了采集，并得到了其振动 加速度的特征值。分析结果表明采煤机前滚筒和 前摇臂在斜切进刀的过程中，受到的载荷冲击较大， 前滚筒的振动振动加速度的均值、最大值、最小值分 别为一1 3 ．2 0 4 ，4 7 9 ．0 0 6 ，一4 6 3 ．5 8 9 m m ／s 2 ；前摇臂 的振动振动加速度的均值、最大值、最小值分别为 一9 ．0 2 3 ，3 3 4 ．1 0 1 ，一3 2 1 ．4 4 4m m ／s 2 。将实验测量 值与采用数值求解方法得到的结果进行了对比，验 证了模型的正确性。 参考文献 [ 1 ]刘送永．采煤机滚筒截割性能及截割系统动力学研究 [ D ] ．徐州中国矿业大学，2 0 0 9 ． E 2 ]刘建功，吴淼．中国现代采煤机械[ M ] ．北京煤炭工业 出版社，2 0 1 1 2 32 4 ． [ 3 ] 刘长钊，秦大同，廖映华．采煤机截割部机电传动系统 动力学特性分析[ J ] ．机械工程学报，2 0 1 6 ，5 2 7 1 4 2 2 ． L i uC h a n g z h a o ，Q i nD a t o n g ，I 。i a oY i n g h u a ．D y n a m i ca n a l y s i sf o rt h ec u t t i n ge l e c t r o m e c h a n i c a [ t r a n s m i s s i o n s y s t e mi nt h el o n gw a l ls h e a r e r F J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 1 6 ，5 2 7 1 42 2 ． i nC h i n e s e [ 4 ] 蒲志新，周淑烨，丁丹丹．基丁R e c u r D y n 软件的采煤机 牵引部传动系统动力学仿真[ J ] ．机械强度，2 0 1 6 ，3 8 5 1 1 3 0 一1 1 3 4 ． P uZ h i x i n ，Z h o uS h u h u a ，D i n gD a n d a n ．D y n a m i cs i m u l a t i o nf o rt r a n s m i s s i o ns y s t e mo fc o a lw i n n i n gm a c h i n e h a u l a g ep a r tb a s e do nR e c u r D y ns o f t w a r e [ J ] ．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lS t r e n g t h ，2 0 1 6 ，3 8 5 1 1 3 0 1 1 3 4 ． i n C h i n e s e [ 5 ] 毛君，苗立野，谢苗．采煤机截割部动力学特性及可靠 性研究[ J ] ．机械强度，2 0 1 5 ，3 7 5 8 8 0 8 8 5 ． M a oJu n ，M i a oL i y e ，X i eM i a o ．R e l i a b i l i t y b a s e dr o b u s t o p t i m i z a t i o nd e s i g no ft h et r a n s m i s s i o ns y s t e mo fa s h e a r e rr a n g i n ga r m [ J ] ．J o u r n a lo fM e c h a n i c a l S t r e n g t h ，2 0 1 5 ，3 7 5 8 8 08 8 5 ． i nC h i n e s e [ 6 ] 毛君，张瑜，张坤，等．采煤机截割部传动系统的非线性 动力学建模及仿真[ J ] ．中国机械工程，2 0 1 7 ，2 8 1 2 7 3 4 ． M a oJ u n ，Z h a n gY u ，Z h a n gK u n ，e ta 1 ．N o n l i n e a rd y n a m i c sm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fs h e a r e rc u t t i n gu n i t t r a n s m i s s i o ns y t e m [ J ] ．C h i n e s eM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，2 0 1 7 ，2 8 1 2 7 3 4 ． i nC h i n e s e [ 7 ]赵丽娟，田震．薄煤层采煤机振动特性研究[ J ] ．振动与 冲击，2 0 1 5 ，3 4 1 1 9 5 一1 9 9 ． Z h a oL i j u a n ，T i a nZ h e n ．V i b r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f t h i nc o a ls e a ms h e a r e r [ J ] ．J o u r n a lo fV i b r a t i o na n d 万方数据 第2 期陈洪月，等滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析 2 4 7 S h o c k ，2 0 1 5 ，3 4 1 1 9 5 1 9 9 ． i nC h i n e s e E 8 ]陈洪月，刘烈北，毛君，等．激励与滚筒振动耦合下采煤 机动力学特性分析[ J ] ．工程设计学报，2 0 1 6 ，2 3 3 2 2 8 2 3 4 ． C h e nH o n g y u e ，I 。i uL i e b e i ，M a oJ u n ，e ta 1 ．T h ea n a l y s i s o ft h es h e a r e rd y n a m i cf e a t u r ei nt h ec o u p l i n gr e l a t i o n b e t w e e nt h em o t i v a t i o na n dt h ed r u mv i b r a t i o n [ J ] ． C h i n e s eJ o u r n a lo fE n g i n e e r i n gD e s i g n ，2 0 1 6 ，2 3 3 2 2 8 2 3 4 ． i nC h i n e s e [ 9 ]陈洪月，白杨溪，毛君，等．多激励下采煤机在行走平面 内的非线性振动特性分析[ J ] ．机械设计与研究，2 0 1 6 ， 3 2 2 1 6 6 1 7 0 ． C h e nH o n g y u e ，B a iY a n g x i ，M a oJ u n ，e ta 1 ．N o n l i n e a r v i b r a t i o no fs h e a r e ri nw a l kp l a n eu n d e rm u l t i p l ee x c i t a t i o n [ J ] ．M a c h i n eD e s i g na n dR e s e a r c h ，2 0 1 6 ，3 2 2 1 6 6 1 7 0 ． i nC h i n e s e [ 1 0 ] 陈洪月，白杨溪，毛君，等．工况激励下采煤机7 自由度 非线性振动分析[ J ] ．机械强度，2 0 1 7 ，3 9 1 1 - 6 ． C h e nH o n g y u e ，B a iY a n g x i i ，M a oJu n ，e ta 1 ．7 - D O F n o n l i n e a rv i b r a t i o na n a l y s i so fs h e a r e ru n d e rc o n d i t i o n e x c i t a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fM e c h a n i c a lS t r e n g t h ，2 0 1 7 ，3 9 1 1 - 6 ． i nC h i n e s e [ 1 1 ] G r e e n w o o dJA ，W i l l i a m s o nJPB ．C o n t a c to fn o m i n a l l yf l a ts u r f a c e s [ J ] ．P r o c e e d i n g so f t h eR o y a lS o c i e t y ， 1 9 6 6 ，A 9 5 2 3 0 0 3 1 9 ． [ 1 2 ] 赵永武，吕彦明，蒋建忠．新的粗糙表面弹塑性接触力 学模型[ J ] ．机械工程学报，2 0 0 7 ，4 3 3 9 5 1 0 1 ． Z h a n gY o n g w u ，L vY a n m i n g ，J i a n gJ i a n z h o n g ．N e