多源驱动的采煤机截割传动系统固有特性和动态特性研究.pdf

中文摘要 摘 要 滚筒式采煤机作为现代煤矿综采装备，其提高了采煤效率，改善了劳动生产 条件，减少了重大煤矿安全事故。采煤机截割部作为采煤机的核心部件主要负责 截割动力的传递以实现连续采煤。传统采煤机截割部采用多级齿轮的长链传动， 齿轮系统安装在摇臂内部，且由于空间有限，难以安装变频器，系统存在传动链 过长、摇臂易变形、滚筒转速不可调等缺点。采煤机在复杂结构的煤岩中工作时， 滚筒受到的冲击波动大，滚筒负载连续多变，尤其以重载突变工况最为常见，导 致采煤机截割传动系统的可靠性和工况自适应性低。 为提高采煤机截割传动系统的可靠性和工况自适应性，本文在依托 “973 ”计 划项目 “深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究(2014CB046300) ”中的子课题 四 “重载突变工况的高效动力传递原理及自适应控制方法(2014CB046304) ”所获 “采煤机截割部动力传动装置”发明专利的基础上，对该系统进行了固有特性、 动态特性及调速降载方案的研究，并进行了动力学模型正确性和调速降载方案有 效性的实验验证。主要研究内容有： ①以MG300/700 双滚筒采煤机为原型，在课题组所设计的多源驱动采煤机截 割部传动系统的基础上，以集中参数法建立了可变速的多源驱动多级耦合的采煤 机截割传动系统动力学模型，利用MATLAB/simulink 工程软件对所建立的模型进 行仿真分析。 ②以系统动力学模型为基础，分析了截割传动系统的固有特性，主要包括系 统固有频率、振型矢量、模态能、参数敏感性等。通过分析仿真结果得出多级齿 轮系统耦合时原重根频率不变，单根频率发生变化；模态能大小反应了构件形变 大小和振动剧烈程度；坎贝尔图表明系统在调速过程中低速运行时可能发生共振。 ③以系统动力学模型为基础，分析了截割传动系统的动态特性和调速降载特 性。分别分析了系统在稳态工况、脉冲工况、重载突变工况和调速时的各构件转 动速度、振动加速度和齿轮间的动态啮合力，得出系统在不同工况下动态响应平 稳，调速方案具有良好的调速降载性能，先牵引截割同时调速再恢复牵引速度的 顺序调速方案既能降载又能保证系统的采煤生产率。 ④结合实验室所搭试验台架，进行了系统的实验验证。实验着重验证了系统 的动态特性，包括各构件的转速转矩、工况适应性和调速降载特性。实验结果表 明，系统具有良好的工况适应性和调速降载性能。 关键词：采煤机；多源驱动系统；多级齿轮耦合；固有特性；动态特性；调速降 载 I 英文摘要 Abstract As the main equipment o comprehensive mining, drum shearer improves the e iciency of intensive mining and production conditions, and reduces major coal mine safety accidents. As the core part of the shearer, the cutting drive system is mainly responsible for the transmission of cutting power to achieve coal mining. The traditional shearer cutting drive system adopts long chain transmission with multi-stage gears. The gear system is installed in the rocking arm. Because of the limited space, it is di icult to install the frequency converter. The system h