掘進機截割部混合動力系統(tǒng)設(shè)計與性能分析.pdf

1、懸臂式掘進機是一種應(yīng)用于橋梁、隧道，礦井巷道機械化掘進的重要設(shè)備。隨著煤礦開采深度不斷加大，煤巖層不確定性增大，導致重載突變工況增多，瓦斯爆炸及巖層垮塌、突水、掘進故障等發(fā)生率的增高，迫切需要一種能夠適應(yīng)深部危險煤層的無人掘進機裝備。本文針對煤炭科學研究總院研制的EBZ產(chǎn)品系列中一種重型煤巖掘進機，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)掘進機的文獻，對目前掘進機進行了分類，闡述了國內(nèi)外掘進機的發(fā)展現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀以及所取得的成果?；诿禾靠茖W研究總院研制的EBZ260掘進機，分析出其存在截割電機后備功率大、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與原截割電機轉(zhuǎn)矩耦合的截割部混合動力傳動系統(tǒng)。該系統(tǒng)中輔助液壓馬達的動力來

3、自于掘進機行駛系液壓系統(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)鍵部件進行了參數(shù)匹配；基于參數(shù)集中法對掘進機截割部混合動力系統(tǒng)進行了簡化，針對不同的工況建立了系統(tǒng)的動力學方程。⑶分析了整機不同工況參數(shù)對掘進機工作性能的影響，對截割頭載荷進行受力分析，建立了截割頭載荷數(shù)學模型；并通

4、過MATLAB/simulink對截割頭載荷進行仿真模擬，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)進行合理的假設(shè)，建立了液壓泵、液壓馬達、蓄能器等液壓元件的動力學模型，搭建了相應(yīng)的 AMEsim仿真模型；根據(jù)實際需求建立了截割電機、扭矩耦合齒輪、行星齒輪減速

5、器等機械系統(tǒng)的動力學模型，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)進行了仿真分析，結(jié)果表明液壓馬達可以有效輔助截割電機提供動力，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均可有效輔助截割電機工作在額定工況，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