基于离散正则化的试验载荷谱重构与推演算法.PDF

第 31 卷 第4 期 应 用 力 学 学 报 Vol.31 No.4 2014 年 8 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Aug. 2014 文章编号：1000- 4939(2014) 04-0616-05 基于离散正则化的实验载荷谱重构与推演算法 刘春生 任春平 (黑龙江科技大学机械工程学院 150022 哈尔滨) 摘要：针对截齿截割煤岩随机过程中特征值提取较困难的问题，根据有限的截齿平面截割煤岩实 验载荷谱，确定载荷谱的重构算法和波形特征，推演出了截齿截割煤岩的载荷谱，给出了不同参 数的拓扑关系及推演算法，并探讨了其载荷谱的推演规律。基于离散正则化方法(DRM) ，采用 Morozov 偏差原则与 Newton 迭代格式相结合的手段选取正则参数，重构截齿载荷谱，并提取载荷 谱特征参量。结果表明：重构与推演的截割载荷谱特征易于辨识和提取，截割能量主要处在 1~3Hz 的低频带上；楔入角β=45°与β=40°的载荷均值关系为F45°≈1.4F40° ，其相关系数R 0.8603 ；重构 与推演的算法对截齿截割载荷的反演定量求解十分有效。 关键词：镐型截齿；截割煤岩；载荷谱；离散正则化；重构与推演 中图分类号：TD421.61 文献标识码：A DOI ：10.11776/cjam.31.04.C036 镐型齿具有不易被击碎、齿耗低等优点，其综合性 1 引 言 能优于刀型齿[6] 。受镐型截齿的结构参数和实际工 况条件的限制，现很难准确地测得镐型截齿的截割 截齿截割载荷谱记录着截齿破碎煤岩的动态 阻力；据此笔者借鉴国内外的研究成果，从反问题 过程，其蕴含信息直接影响截齿的截割性能和煤岩 角度考虑，根据实验载荷谱探求截齿截割载荷的定 破碎效率[1] 。近年来，国内外学者对截割载荷谱进 量反演及求解方法。 行了研究，并取得丰硕成果。文献[2]利用不同截线 本文根据有限的截齿平面截割煤岩实验载荷 距截齿进行了煤岩截割实验，得出截割效果最佳的 谱，给出了不同参数的拓扑关系及推演算法，并探 截线距为截齿宽度的 3 倍~4 倍。文献[3]开展了关于 讨了其载荷谱的推演规律；基于离散正则化方法 截齿截割效率及使用寿命的实验研究，并指出截齿 (DRM)，重构截齿载荷谱，为截齿截割载荷的反演 寿命与截齿几何形状、截割机构的几何形状、截割 定量求解提供了有效的方法。 速度、切削厚度均有很大关系。文献[4]利用刀型截 齿进行煤岩截割实验，探索了截割能耗与煤岩块度 2 截割实验载荷谱 的关系。文献[5]基于镐型齿截煤理论不完善的现 状，采用力学分析与实验研究相结合的方法，探讨 实验条件：截齿楔入角β 分别为40°和45°；截 了镐型齿截煤机理。文献[6] 自制试验台并建立了试 割阻抗为 220~240kN/m ；切削厚度分别为 0.030m 验测试系统，结果表明：在截割阻力相同的条件下， 和 0.015m 。对实验测试得到的截割阻力曲线进行离 基金项目：国家自然科学基金 收稿日期：2013-07-23 修回日期：2014-02-24 第一作者简介：刘春生，男，1961 年生，黑龙江科技大学机械工程学院，教授；研究方向——机械设计和液压传动与控制。 E-mail ：liu_chunsheng@163.com 第 4 期