掘進(jìn)機(jī)截割部混合動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析.pdf

1、懸臂式掘進(jìn)機(jī)是一種應(yīng)用于橋梁、隧道，礦井巷道機(jī)械化掘進(jìn)的重要設(shè)備。隨著煤礦開采深度不斷加大，煤巖層不確定性增大，導(dǎo)致重載突變工況增多，瓦斯爆炸及巖層垮塌、突水、掘進(jìn)故障等發(fā)生率的增高，迫切需要一種能夠適應(yīng)深部危險(xiǎn)煤層的無人掘進(jìn)機(jī)裝備。本文針對煤炭科學(xué)研究總院研制的EBZ產(chǎn)品系列中一種重型煤巖掘進(jìn)機(jī)，針對其存在問題，提出了基于轉(zhuǎn)矩耦合的截割部混合動力傳動系統(tǒng)方案。并通過建模仿真，分析了系統(tǒng)的動態(tài)特性，驗(yàn)證了方案的正確性。
　　本研究

2、主要內(nèi)容包括：⑴通過閱讀國內(nèi)外有關(guān)掘進(jìn)機(jī)的文獻(xiàn)，對目前掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了分類，闡述了國內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀以及所取得的成果。基于煤炭科學(xué)研究總院研制的EBZ260掘進(jìn)機(jī)，分析出其存在截割電機(jī)后備功率大、利用率低，行駛液壓系統(tǒng)動力利用率低，突變工況下液壓系統(tǒng)沖擊大等問題。確定了本課題的研究方向，闡述了本課題研究的背景與意義。⑵根據(jù)其存在的問題，提出了輔助液壓馬達(dá)與原截割電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合的截割部混合動力傳動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中輔助液壓馬達(dá)的動力來

3、自于掘進(jìn)機(jī)行駛系液壓系統(tǒng)。同等截割功率需求下可以有效減小原截割電機(jī)功率并提高傳動系統(tǒng)的承載能力。系統(tǒng)中蓄能器將液壓調(diào)高系統(tǒng)的能量合理回收再利用，同時有效地降低了液壓系統(tǒng)沖擊，提高液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對截割部混合動力傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行了參數(shù)匹配；基于參數(shù)集中法對掘進(jìn)機(jī)截割部混合動力系統(tǒng)進(jìn)行了簡化，針對不同的工況建立了系統(tǒng)的動力學(xué)方程。⑶分析了整機(jī)不同工況參數(shù)對掘進(jìn)機(jī)工作性能的影響，對截割頭載荷進(jìn)行受力分析，建立了截割頭載荷數(shù)學(xué)模型；并通

4、過MATLAB/simulink對截割頭載荷進(jìn)行仿真模擬，結(jié)果表明截割頭載荷模型合理?；?AMEsim軟件建立了升降與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的模型，并通過PID控制對其校正，結(jié)果表明升降與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的左右油缸工作穩(wěn)定性和一致性較好，為聯(lián)合仿真奠定了基礎(chǔ)。⑷對新型截割部混合動力傳動方案中液壓系統(tǒng)進(jìn)行合理的假設(shè)，建立了液壓泵、液壓馬達(dá)、蓄能器等液壓元件的動力學(xué)模型，搭建了相應(yīng)的 AMEsim仿真模型；根據(jù)實(shí)際需求建立了截割電機(jī)、扭矩耦合齒輪、行星齒輪減速

5、器等機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)模型，搭建了相應(yīng)的AMEsim仿真模型。⑸建立了截割部混合動力傳動系統(tǒng)的AMEsim仿真模型，對截割部混合動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明液壓馬達(dá)可以有效輔助截割電機(jī)提供動力，蓄能器可以明顯降低重載突變工況下液壓系統(tǒng)的沖擊，驗(yàn)證了本文所提出方案的正確性。通過對不同信號下系統(tǒng)自適應(yīng)的仿真分析，結(jié)果表明不同功率需求下液壓馬達(dá)均可有效輔助截割電機(jī)工作在額定工況，說明系統(tǒng)的自適應(yīng)性較好。建立了基于模擬載荷下的截割部混合動