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《掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、30煤礦機(jī)電2004年第5期文章編號(hào):1001-0874(2004)05-0030-04掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)張?chǎng)?李新平(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,山東泰安271019)摘要:根據(jù)單個(gè)截齒受力模型,采用計(jì)算機(jī)模擬的方法建立了基于截割頭負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和截割比能耗最小的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,尋求最優(yōu)的掘進(jìn)機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。根據(jù)序列二次規(guī)劃(SQP)優(yōu)化方法,編寫(xiě)了優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例表明,截割頭的負(fù)載轉(zhuǎn)矩變差系數(shù)減小了13.9%,截割比能耗降低了16.9%,有效改善了截割電機(jī)的負(fù)載特性,提高了能量利用率。關(guān)鍵詞:掘進(jìn)機(jī);截割
2、頭;優(yōu)化設(shè)計(jì);變差系數(shù);比能耗中圖分類(lèi)號(hào):TD421.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AOptimizedDesignofKinematicParametersofCuttingHeadforRoadheadersZHANGXin,LIXin-ping(CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,ShandongUniversityofScienceandTechnology,Taian271019,China)Abstract:Accordingtothemechanicsmodelofsinglepick,thema
3、thematicmodelofoptimizeddesignbasedonloadtorquefluctuationandspecificenergyconsumptionofcuttingheadisbuilttosearchoptimumkinematicparametersofroadheaderbymeansofcomputersimulation.Theoptimumdesignprogramisdevelopedbasedonseriesquadraticprogramming(SQP)optimummethod.Theoptimumdesig
4、nexampleshowsthatthevariationcoefficientofloadtorqueactingoncuttingheadisdecreased13.9%,andspecificenergyconsumptionislowered16.9%,whichefficientlyimprovestheloadcharacteristicofcuttingmotorandincreasestheratioofenergyutilization.Keywords:roadheader;cuttinghead;optimizeddesign;va
5、riationcoefficient;specificenergyconsumption掘進(jìn)機(jī)的截割頭所消耗的功率占整個(gè)掘進(jìn)機(jī)功1掘進(jìn)機(jī)截割頭橫擺工況的載荷模擬率的60%以上。由于作用在截割頭上的載荷存在劇烈的波動(dòng),使驅(qū)動(dòng)截割頭的截割電機(jī)的工況極為如圖1所示,截割頭橫擺截割時(shí),截割頭以轉(zhuǎn)速惡劣,影響了電機(jī)性能的發(fā)揮?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示,n作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),同時(shí)繞掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)中心以速度v水掘進(jìn)機(jī)截割頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(橫擺速度v和轉(zhuǎn)速n)對(duì)平擺動(dòng),由安裝在其殼體上的截齒進(jìn)行截割,切屑斷截割頭的載荷波動(dòng)和截割比能耗都有顯著的影面近似月牙形。顯然,在不同截割位置,截齒的實(shí)
6、際[1]響。本文從改善截割電機(jī)負(fù)載特性和降低能耗切屑厚度不同,受力也不同。截齒處于不同位置時(shí)的角度出發(fā),利用計(jì)算機(jī)模擬的方法建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際切屑厚度可由下式得出:數(shù)學(xué)模型,以截割頭負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和截割比能耗最100vhi=sini[1]nm小作為目標(biāo)函數(shù),尋求最優(yōu)的截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)。式中:m每條截線的截齒數(shù);2004年第5期煤礦機(jī)電31v截割頭的橫擺速度;2nMcHw=[4]n截割頭的轉(zhuǎn)速;vSi截齒的位置角。式中:S截割頭縱截面面積。在每一瞬時(shí),處于截割區(qū)的所有截齒受力的矢根據(jù)上述分析和相關(guān)計(jì)算公式,編制的
7、截割頭量和就是作用在截割頭上的載荷。采用圖1所示的載荷模擬程序如圖2所示。Oabc三維正交坐標(biāo)系,截割頭所受的載荷是一個(gè)空間力系,包括沿三個(gè)坐標(biāo)軸的力Ra、Rb、Rc和繞三個(gè)坐標(biāo)軸的力矩Ma、Mb、Mc。其中Mc是對(duì)截割電機(jī)正常工作影響最大的載荷,稱(chēng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。任意時(shí)刻截割頭處于某一位置時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為:nMc=(ZiRi)[2]i=1圖2截割頭載荷模擬程序2掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型圖1截割頭橫擺截割受力圖(1)設(shè)計(jì)變量的選擇在不改變掘進(jìn)機(jī)其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的前提下,將截式中:n處于截割區(qū)參與截割的截齒數(shù);割頭的橫擺速度v和轉(zhuǎn)速n
8、作為設(shè)計(jì)變量。用向Ri截齒齒尖回轉(zhuǎn)半徑;量表示為:Zi單個(gè)截齒
