本文選題：振動(dòng)測(cè)試　切入點(diǎn)：掘進(jìn)機(jī)　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：掘進(jìn)機(jī)承擔(dān)集截割、裝載、運(yùn)輸、行走、噴霧、除塵等多種功能于一體的煤巷綜掘面大型設(shè)備。其運(yùn)行正常與否,直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)是否能順利進(jìn)行。由于工作環(huán)境惡劣,工況復(fù)雜多變,掘進(jìn)機(jī)負(fù)載復(fù)雜,載荷劇烈波動(dòng),掘進(jìn)機(jī)井下作業(yè)時(shí),�？梢娖潢P(guān)鍵部件無預(yù)期的受損,使綜掘工作面正常生產(chǎn)受到極大的影響,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),機(jī)械振動(dòng)對(duì)于掘進(jìn)機(jī)有很大的破壞性,機(jī)身劇烈的振動(dòng)、沖擊致使回轉(zhuǎn)臺(tái)、油缸等元件及結(jié)構(gòu)件頻繁損壞,降低了掘進(jìn)效率,使掘進(jìn)成本升高。因此,研究基于振動(dòng)測(cè)試的掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部件的動(dòng)態(tài)分析是很有必要的,對(duì)提高掘進(jìn)機(jī)的截割效率、整機(jī)的穩(wěn)定性和零部件的壽命都有重要意義。本文圍繞掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部位,如截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái),的工作動(dòng)態(tài)特性展開研究,以結(jié)構(gòu)受力分析、有限元模型仿真分析、實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析以及井下振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析處理為手段逐步展開討論,探討掘進(jìn)機(jī)井下工作動(dòng)態(tài)特性。其主要研究成果和結(jié)論如下:(1)完成了EBZ160掘進(jìn)機(jī)截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)三維實(shí)體建模并合理裝配,添加由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化獲得的動(dòng)態(tài)載荷,實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵部位的受力分析和動(dòng)態(tài)特性仿真分析。利用Pro/E建立了截割臂與回轉(zhuǎn)臺(tái)的三維實(shí)體模型,進(jìn)而進(jìn)行裝配計(jì)算、干涉檢驗(yàn)(包括靜態(tài)干涉與運(yùn)動(dòng)干涉)。通過對(duì)截割臂伸縮部各組件分別進(jìn)行有限元分析和模態(tài)計(jì)算,建立各組件的柔性體中性文件,在此基礎(chǔ)上,完成截割臂的剛?cè)狁詈险駝?dòng)模型的建立。對(duì)截割部振動(dòng)模型的截割頭添加載荷,完成振動(dòng)仿真,該載荷變化是由課題組前期井下測(cè)取得的掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)下液壓回路壓力變化曲線推算所得。仿真結(jié)果主要展示了截割臂的主要模態(tài)、各模態(tài)參與程度等,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)響應(yīng)功率譜分析和頻率響應(yīng)分析。對(duì)EBZ160型掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵部件回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了靜態(tài)分析和模態(tài)分析,指出了回轉(zhuǎn)臺(tái)工作狀態(tài)中應(yīng)力最大部位并進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)證�；剞D(zhuǎn)臺(tái)模態(tài)分析給出其前六階模態(tài)頻率及其對(duì)應(yīng)振型,完善了EBZ160型掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性總結(jié),為其可能的改進(jìn)和優(yōu)化提供方法和依據(jù)。(2)設(shè)計(jì)并完成了EBZ160型掘進(jìn)機(jī)截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試和分析。設(shè)計(jì)并執(zhí)行了目標(biāo)型號(hào)掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵部位-截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試和分析。過程包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試方式的選取;測(cè)試系統(tǒng)的搭建和調(diào)試;測(cè)點(diǎn)的布置和激勵(lì)點(diǎn)、激勵(lì)方式的設(shè)定;實(shí)驗(yàn)激勵(lì)、響應(yīng)數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)驗(yàn)證等。以采集的激勵(lì)、響應(yīng)信號(hào)為基礎(chǔ),借助DASP軟件,利用設(shè)置的測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)完成對(duì)象的結(jié)構(gòu)建模,根據(jù)MIMO模態(tài)測(cè)試的要求,仔細(xì)向各測(cè)點(diǎn)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的激勵(lì)、響應(yīng)信號(hào)并作相關(guān)性分析,采用不同的模態(tài)識(shí)別算法解算出了對(duì)象的前幾階模態(tài)參數(shù)及相應(yīng)的振型,進(jìn)一步完善了截割臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)特性分析。將實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果與有限元模態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行了初步的對(duì)比,結(jié)果表明:對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)而言,兩種方式的識(shí)別結(jié)果雖有不同,但有幾階典型的振型模態(tài)吻合度較高。對(duì)截割臂而言,兩種識(shí)別方式結(jié)果差別很大。分析其原因可能在于,首先fem對(duì)截割臂建模時(shí)所采用的約束方式與ema試驗(yàn)時(shí)采用的支撐方式不同;其次截割臂結(jié)構(gòu)自身由多個(gè)組件構(gòu)成,并不是單純的剛體或柔性體,fem及ema對(duì)這一特殊性的處理其方法和原理都存在差異。針對(duì)類似于掘進(jìn)機(jī)截割臂這類復(fù)雜結(jié)構(gòu),如何利用其ema結(jié)果對(duì)fem過程中物理參數(shù)進(jìn)行修正還有很大的探尋空間和價(jià)值。(3)設(shè)計(jì)并完成了井下掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工況下振動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取、處理和分析。綜掘工作面環(huán)境惡劣,工況復(fù)雜多變,煤礦深井嚴(yán)格的電氣防爆標(biāo)準(zhǔn)使得井上方便的振動(dòng)拾取工作在井下難以執(zhí)行。利用課題組自行研制的井下防爆大數(shù)據(jù)記錄儀,吸取課題組前期現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)并完成了井下掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工況下振動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取及初步處理。對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了振動(dòng)強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)分析,分為:同一測(cè)點(diǎn)不同工況、同一工況不同測(cè)點(diǎn)、同一測(cè)點(diǎn)不同測(cè)振方向三類情況。通過分析,可以更加直觀的了解ebz160掘進(jìn)機(jī)在實(shí)際工況下的振動(dòng)狀況,掌握ebz160掘進(jìn)機(jī)截割煤巷時(shí)的振動(dòng)強(qiáng)度。此外,選用合適的無量綱特征參數(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。無量綱特征參量值是統(tǒng)計(jì)特征參量分析的一個(gè)重要指標(biāo),能反映波形變化的特性,尤其是在異常、故障出現(xiàn)初期。通過對(duì)峭度指標(biāo)和波形因數(shù)的分析將為掘進(jìn)機(jī)故障診斷提供一定的數(shù)據(jù)支持和輔助。(4)對(duì)獲取的掘進(jìn)機(jī)實(shí)際工況下振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了頻域、時(shí)-頻域分析。在掘進(jìn)機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度分析之后,進(jìn)一步對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了頻域分析,找出優(yōu)勢(shì)頻率成分,并結(jié)合掘進(jìn)機(jī)工作頻率對(duì)優(yōu)勢(shì)頻率成分進(jìn)行了剖析。統(tǒng)計(jì)分析可知掘進(jìn)機(jī)各關(guān)鍵部位振動(dòng)的主要頻譜結(jié)構(gòu)包括:一級(jí)減速齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合頻率的基頻,及其各級(jí)高次倍頻(2~6倍頻);二級(jí)減速齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合頻率的基頻,及其部分高次倍頻(2~5倍頻)。同時(shí),時(shí)-頻域分析結(jié)果表明,排除掘進(jìn)機(jī)的工作頻率,截割臂與回轉(zhuǎn)臺(tái)在振動(dòng)歷程中還分別出現(xiàn)了其它不可忽視的瞬時(shí)頻率。如截割臂的振動(dòng)瞬時(shí)頻率629.8hz,767.3hz;回轉(zhuǎn)臺(tái)的振動(dòng)瞬時(shí)頻率573hz~577hz,773.6hz。將這些瞬時(shí)頻率值作為截割臂(回轉(zhuǎn)臺(tái))所特有的響應(yīng)頻率,可開展諸如載荷沖擊大小的計(jì)算和統(tǒng)計(jì)、結(jié)構(gòu)的工作模態(tài)參數(shù)識(shí)別等相關(guān)研究。(5)利用獲得的振動(dòng)信號(hào),嘗試性的對(duì)截割臂實(shí)施了基于響應(yīng)信號(hào)的模態(tài)分析。僅基于響應(yīng)信號(hào)的模態(tài)分析是除了同時(shí)利用激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)的模態(tài)分析方法之外的、有效實(shí)施大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)模態(tài)識(shí)別與分析的工具。這種方式只需要響應(yīng)信號(hào),但需對(duì)獲取的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,使之成為符合時(shí)域識(shí)別法所需要的信號(hào)形式。本文按照相應(yīng)理論指導(dǎo),對(duì)截割臂上某兩處測(cè)點(diǎn)的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)實(shí)施了前處理,也即從振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中提取自由振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù);然后采用典型的環(huán)境振動(dòng)時(shí)域識(shí)別方法STD法完成了截割臂的模態(tài)識(shí)別。這一過程說明了該方式用于截割臂模態(tài)分析的可行性。表明可進(jìn)一步采用諸如時(shí)間序列識(shí)別方法(ARMA模型)、隨機(jī)子空間法、以及非平穩(wěn)信號(hào)處理方法如HHT、EMD及小波變換等技術(shù)組合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)本文所獲取的井下振動(dòng)數(shù)據(jù)的繼續(xù)挖掘。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD421.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊陽;胡玉龍;楊杰;趙元宇;吳淼;;橫軸式硬巖掘進(jìn)機(jī)振動(dòng)信號(hào)測(cè)試及分析[J];測(cè)控技術(shù);2015年10期

2 張少波;李美;姜偉娟;;純電動(dòng)汽車減速器振動(dòng)特性的模態(tài)分析[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2015年04期

3 蒲志新;劉大偉;;基于ADAMS的縱軸式掘進(jìn)機(jī)縱向振動(dòng)的仿真研究[J];現(xiàn)代制造工程;2015年03期

4 葛雙好;張蔚波;王佩鳳;魏南;;基于模態(tài)實(shí)驗(yàn)的機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的分析[J];機(jī)床與液壓;2015年01期

5 張友坡;;有限元技術(shù)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真中的應(yīng)用[J];裝備制造技術(shù);2014年05期

6 劉宇飛;辛克貴;樊健生;崔定宇;;環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法綜述[J];工程力學(xué);2014年04期

7 殷基林;亢生彩;薛兵建;;基于ADAMS對(duì)EBZ-75縱軸掘進(jìn)機(jī)截割系統(tǒng)振動(dòng)仿真分析[J];煤礦機(jī)械;2013年11期

8 王云峰;程偉;陳江攀;;基于狀態(tài)空間和NR-LMS的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(shí)方法[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

9 李舜酩;郭海東;李殿榮;;振動(dòng)信號(hào)處理方法綜述[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2013年08期

10 趙麗娟;田震;孫影;周振華;;縱軸式掘進(jìn)機(jī)振動(dòng)特性研究[J];振動(dòng)與沖擊;2013年11期

，

本文編號(hào)：1728653