全断面掘进机吊装电控箱振动响应分析.pdf
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1、第44卷第3期2023年6 月黄达,彭军,岳亚军.全断面掘进机吊装电控箱振动响应分析 J.煤矿机电,2 0 2 3,44(3):43-48.doi:10.16545/ki.cmet.2023.03.009煤矿机电Colliery Mechanical&Electrical Technology全断面掘进机吊装电控箱振动响应分析Vol.44 No.3Jun.2023黄达,彭军,岳亚军(中煤科工集团上海有限公司,上海2 0 0 0 30)扫码移动阅读摘要:为保证吊装电控箱在振动影响下的安全性及可靠性,综合电控箱、运动顶板、减振器的影响建立吊装电控箱振动系统力学模型,分析电控箱模态以及受简谐激振力时
2、的振动响应情况。结果显示,电控箱前六阶模态固有频率集中在6 0 110 Hz之间,不同频率的激振载荷下各取样点位移和加速度在重力方向响应程度最大,系统在9 2 Hz附近时电控箱与输入载荷达到共振。结论推断吊装电控箱振动系统引起共振的模态阶数为第3阶,需要避开此频率。电控箱振动在重力方向最大,顶板升降运动时需要控制加速度,避免引起电控箱振动。研究结果为吊装电控箱减振设计提供理论支撑。关键词:全断面掘进机;吊装电控箱;减振分析;共振中图分类号:TD632.2Vibration Response Analysis of the Lifting ElectronicControl Box of A F
3、ull Face Tunneling Machine文献标志码:B文章编号:10 0 1-0 8 7 4(2 0 2 3)0 3-0 0 43-0 6HUANG Da,PENG Jun,YUE Yajun(CCTEG Shanghai Co.,Ltd.,Shanghai 200030,China)Abstract:To ensure the safety and reliability of the hoisting electronic control box under the influence ofvibration,a mechanical model of the hoisting
4、 electronic control box vibration system was established based on theinfluence of the electronic control box,moving top plate,and shock absorber,and the vibration response of theelectronic control box mode and under simple harmonic excitation force was analyzed.The results showed that thenatural fre
5、quencies of the first six modes of the electronic control box were concentrated between 60 and 110 Hz.The displacement and acceleration of each sampling point have the greatest response in the direction of gravity underexcitation loads of different frequencies.The electronic control box resonated wi
6、th the input load when the systemwas around 92 Hz.The conclusion inferred that the modal order of resonance caused by the vibration system of thelifting electronic control box was the third order,and this frequency needed to be avoided.The vibration of theelectronic control box was maximum in the di
7、rection of gravity,and the acceleration needed to be controlled duringthe lifting movement of the top plate to avoid causing vibration of the electronic control box.The research resultsprovide theoretical support for the vibration reduction design of the lifting electronic control box.Keywords:ffull
8、 face tunneling machine;hoisting the electronic control box;vibration reduction analysis;resonance为我国能源行业的主要资源来源。伴随科技进步,0引言采掘平衡的要求对现在的煤巷掘进要求日益提高,在国民经济的发展中,煤炭作为不可或缺的重采煤机械智能化、信息化的发展推动煤巷掘进设备要资源,其国内产量占据全球产量的45%50%,向高效率、高可靠性发展,煤巷全断面掘进机应运而44生。而对于恶略环境下工作的全断面掘进机,在岩石、煤层截割过程中不断受到截割载荷的激励,机身以及截割部件引起的剧烈振动,不可避免会造
9、成机体内部零部件的损伤,从而影响掘进效率,对掘进机所受激励的振动响应的研究非常有必要 2 。电控箱内部布置有复杂的电气元器件,其控制着全断面掘进机各个运动部件的相应动作,可称作掘进机的心脏,是非常重要的机载部件,其可靠性对掘进机工作性能非常重要。机载电控箱的复杂超荷振动会引起电气元器件的失灵,影响电气件的寿命,降低使用性能,增大设备的故障发生率,降低控制精度和系统可靠性 3。本文针对如何控制电控箱振动展开研究,以保证电箱内各种电气元器件的正常工作,保证设备的高可靠性运行。1全断面掘进机及吊装电控箱本文所述全断面掘进机结构如图1所示,通过截割部截割煤层,撑靴结构提供掘进反力的同时主推油缸推进,主
10、梁鞍架结构提供方向控制,立柱与顶板、底板所组成的后平台结构提供安全防护以及撑顶为掘进机推进提供反力 4。其中2 个电控箱吊装在顶板上,处于主梁两侧,每个电控箱四周安装有减振器以减小截割所带来的振动产生的影响。12煤矿机电与电控箱体之间的减振器实现,4组减振器对称分布。实际掘进工作中的全断面掘进机,因复杂的激励载荷方向多变,通常分解为3个方向,作为掘进机机载的电控箱,同样将所受外部激励分解,因电控箱吊装,结合3个维度空间的外部载荷在实际的检测数据中和竖直方向的振动最大情况 5,本次所述重点分析侧重于重力方向的振动分析。后平台顶板、减振器、电控箱所组成的振动系统力学模型如图2所示。顶板电控箱m图2
11、 吊装电控箱振动系统力学模型减振器质量相较于电控箱体,因其质量非常小,在分析中可忽略其重量对系统的影响,振动系统的4组减振器可简化为弹簧阻尼系统。电控箱视为刚体,忽略变形影响,简化为均匀质量分布的壳结构,将其作为单自由度系统受到激励的情形进行分析 6 。4个减振器阻尼、刚度并联后简化力学模型如图3 所示。342023年第44卷k(x-y)c(x-5)1)八)x(t)图3吊装电控箱振动系统简化力学模型假设系统静态平衡位置作为振动系统运动起8/7651-截割部;2-主梁鞍架;3-后平台;4-刮板运输机;5电控箱;6-撑靴结构;7-主推油缸;8 锚杆机。图1全断面掘进机数字模型本文研究的对象为吊装电
12、控箱,其尺寸为长1965mm、宽6 2 7 mm、高8 9 0 mm,质量1.2 t。电控箱顶部4个角布置安装法兰,通过螺柱、螺母分别将电控箱与减振器吊装在全断面掘进机顶板上。减振器安装在电控箱对称的4个角位置上,设计上保证每个位置的减振器受力相同,保证电控箱的重心与4组减振器的中心一致,避免因安装问题产生不均衡力,导致电控箱产生不良影响而减弱减振效果,2电控箱减振系统数学模型全断面掘进机电控箱体的减振通过后平台顶板点,在t时间内的竖直方向位移x,后平台顶板位移y,二者相对位移(-y)7)。吊装电控箱的谐响应分析用于确定正弦规律变化载荷下线性结构的稳态响应,目的是计算电控箱在一定频率范围下的响
13、应,并得到响应值随频率变化的曲线 8 。对上述力学模型建立运动微分方程如下:mi+c(x-y)+k(x-y)+mg=f(t)式中:m为电控箱质量,kg;x为竖直位移,mm;y为后平台顶板竖直方向位移,mm;c为减振器并联阻尼;k为减振器并联刚度,N/mm;f为电控箱所受合力,N。振动系统运动起点处f(t)=0可得:mi+cx+kx=cy+ky-mg=2023年第3期coYcos wt+kYsin wt-mg=Asin(wt-)-mgA=Y/K?+(co),=arctan(计算上述方程可解得电控箱体振动响应为:Yk+(c)sin(wt-r-)=x(t)V(h-mo)+(co)2Xsin(wt-)
14、其中 =arctan(k-mo23电控箱模态分析模态分析作为一种方法研究机械结构振动特性,能具体反映电控箱的多阶振型以及其对应变化的规律 9 。将电控箱三维模型导人ANSYS软件中,对电控箱等结构进行细节优化,对其赋予模型属性,属性参数如表1所示,不施加载荷进行分析。表1振动系统材料属性部件材料密度/(kgmm-3)引电控箱Q345减振器顺丁橡胶1.93 10-6若掘进机工作过程中振动频率与电控箱固有频率接近,则极有可能会发生共振现象,造成电控箱固定螺栓副螺母松开,电控箱掉落伤人。弹性体的低阶振型动力特性比高阶振型对动力特性的影响更大,低阶振型决定结构的振动形态 10 ,因此列出了电控箱前4阶
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