随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析

线性振动模型,并通过实验对模型进行了验证.
１ 机载锚杆钻机结构及工作原理
i ＝１,
２,
３,
４
其中,
xdi 为履带上四个支撑点的沉陷量;
pi 为 履
带的接地压力;
Fdi 为导 向 轮、驱 动 轮 处 的 支 撑 载
荷;
L 为履带接地面 长 度 (
３m);
B 为履带接地面
宽度 (
０．
６０ m);软 岩 巷 道 底 板 的 kc 为 １８１７０
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实验 [６],截取钻头稳 态 工 作 过 程 中１００s内 的 阻 力
载荷,结果如图 １ 所示.以周期为０．
０１s对激励进
行采样处理,获 得 了 具 有１００００个 采 样 点 的 钻 头
阻力载荷样本,将 该 样 本 作 为 系 统 的 随 机 振 动 激
励,样 本 中 最 大 值 为９９２５N,最 小 值 为８０２N,均
３．
１０００１３
摘要:将虚拟仿真方法、
Bekke
r模型、
Newma
rk

β 法相结合,分 析 了 打 顶 部 锚 杆 孔 时 掘 锚 联 合 机 的
非线性振动特性.采用 DYNA 虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷,利用采样定理对载荷进行离散化处
理,作为钻头的随机工作载荷;采用 Bekke
r模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为,再根据
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在机身或截割臂上安装可移动的单台或两台锚杆
收稿日期:
２０１４ １０ ０９
机多 以 连 续 采 煤 机 为 载 体,如 奥 钢 联 ABM２０、乔
伊 １２BM１８,以纵 轴 掘 进 机 为 载 体 的 有 英 国 多 斯
特 LH１４００[３].
为了提高机载 锚 杆 钻 机 的 性 能,使 锚 杆 钻 机
中国机械工程第 ２６ 卷第 １７ 期 ２０１５ 年 ９ 月上半月
随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析
陈洪月１,２ 刘烈北１ 马 英３ 张 瑜１ 谢 苗１,２
辽宁工程技术大学,阜新,
１．
１２３０００
国家地方联合矿山液压技术与装备工程研究中心,
阜新,
２．
１２３０００
天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京,
与盖板之间通过 销 轴 铰 接,钻 进 马 达 安 装 在 滑 道
上.工作时,首先调整掘进机截割臂的位置,使其
与巷道顶部之间 产 生 合 适 的 距 离,然 后 在 翻 转 液
压缸的驱动下滑 道 竖 起,钻 进 马 达 在 推 进 液 压 缸
的驱动下一边沿滑道上升,一边旋转切岩,完成锚
杆孔的钻进工作,该机载锚杆钻机具有结构简单、
机的振动特性进行了现场实验,测量打 １０ 组锚杆孔时掘进机本体的振 动 量,测 量 结 果 中 有 ６ 组 的 振 动
量均方根值接近仿真值(
１．
５mm),实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准
确的.
关键词:掘锚联合机;非线性的;随机振动;动力学仿真
中图分类号:
TD４２１．
５ DOI:
操作简便、实用性强等特点.
４Fdi
BL
４ 非线性振动模型的建立
锚杆钻 机 在 打 巷 道 顶 部 锚 杆 孔 时,钻 头 的 钻
进阻力会反向作用 到 截 割 臂 上,并 将 力 传 递 到 掘
进机本体上,使之发生振动,掘进机主要由履带系
统中的前方导向 轮 和 后 方 驱 动 轮 支 持 在 地 面 上,
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牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振 动 方 程,利 用 Newma
rk

β 法 对 方 程 进 行 了 求 解,
分析了整机的振动特性,结果表明:受履带与底板间非线性接触力的影响,整机振动处于混沌态;锚杆钻
机工作时,整机虽然存在着俯仰和横滚振动,但振动量很小,整机的 竖 直 振 动 占 主 导 地 位.对 掘 锚 联 合
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所以掘进机振动时,除了产生竖直方向上振动外,
还会产生俯仰、横滚振动.
根据锚杆钻机工作时掘进机各零部件的运动
特征,将掘进 机 的 履 带、铲 板、主 机 架、回 转 台、第
２ 钻头工作阻力载荷
一运输机、后支撑 部 等 不 动 件 作 为 掘 进 机 本 体 进
采用 DYNA 对钻 头 钻 削 煤 岩 过 程 进 行 虚 拟
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r沉陷理论进行分析,将履带
与底板间的接触力集中在履带的两侧驱动轮和导
向轮的下端,这 时 履 带 上 四 点 的 沉 陷 量 xdi 与 竖
直方向的压力 pi 、土 壤 内 聚 力 模 量 kc、内 摩 擦 力
模量kφ 及变形指数 n 的关系为
１
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xdi ＝ (
kc/B ＋kφ
kc/B ＋kφ)
N/mn＋２ ,
kφ 为１８６５０４０N/mn＋１ ,
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７.令 A ＝
(
kc/B ＋kφ)
BL/４,则有
７
Fdi ＝ Ax０．
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机载锚杆钻机主要由滑道、翻转液压缸、推进
液 压 缸、钻 进 马 达 组 成. 锚 杆 钻 机 安 装 在
EBZ１６０ 掘 进 机 截 割 部 上 盖 板 的 上 方,其 中 滑 道
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方根值为５０２８N.
３ 履带与巷道底板接触力学模型
由文献[
１９

２０]可知,履带与巷道底板间的接
行分析.系统的坐标原点选取在掘进机本体的重
心位置 O ,如图 ２ 所示.其中,
m１ 、
x１ 为掘进机本
体的质量和位 移,
m２ 、
x２ 为 掘 进 机 截 割 臂 的 质 量
和位移,
m３ 、
x３ 为左侧滑道的质量和位移,
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