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纵轴式掘进机钻进工况及其参数优化的研究

作　者: 丛日永
导　师: 李晓豁
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 纵轴式掘进机运动参数切屑厚度切屑图模拟载荷优化
分类号: TD421.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 276次
引　用: 3次
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内容摘要

钻进工况是纵轴式掘进机的重要工况之一,对掘进机的工作性能、生产率等有很大的影响。本文通过对已有的切屑厚度的计算方法的分析,提出了截齿在钻进工作切屑厚度的计算方法,建立了截齿在钻进截割过程中的力学模型,得到了截割头载荷的计算方法,分析了截割头载荷,研究各参数对掘进机钻进过程的影响,利用MATLAB优化箱中的遗传算法,以掘进机钻进时间最短、载荷波动小为优化目标建立优化模型,对截割头结构参数和运动参数进行优化设计,找到钻进工作时最佳的钻进参数,为今后掘进机的设计研究打下基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-11
  1.1 纵轴式掘进机钻进工况研究现状  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9
  1.3 课题研究的主要内容  9-11
2 掘进机钻进过程截割头运动分析  11-15
  2.1 钻进时截齿的运动轨迹  11-12
  2.2 钻进时截齿速度的方程  12-13
  2.3 钻进时截齿加速度的方程  13-14
  2.4 钻进过程中截齿运动模拟  14-15
3 钻进工况中截齿截割过程的切屑图  15-24
  3.1 切屑图模拟方法  15
  3.2 钻进截割崩落线交点的确定  15-16
  3.3 利用 MATLAB 进行模拟及其结果分析  16-23
    3.3.1 模拟过程中基本参数  16-18
    3.3.2 煤岩性质（崩落角）发生变化时  18
    3.3.3 钻进速度发生变化时  18-19
    3.3.4 转速发生变化时  19-20
    3.3.5 截齿排列方式不同  20-23
  3.4 结论  23-24
4 钻进过程切屑厚度的计算及模拟  24-32
  4.1 已有计算切屑厚度的方法  24
  4.2 利用切屑图计算截齿的切屑厚度  24-27
    4.2.1 切屑厚度的计算方法  24-27
    4.2.2 截齿切屑厚度规律形成的分析  27
  4.3 截齿切屑厚度的模拟及分析  27-31
    4.3.1 钻进速度发生变化时  29
    4.3.2 截割头转速发生变化时  29-30
    4.3.3 煤岩性质不同（崩落角）时  30-31
  4.4 结论  31-32
5 钻进过程中截齿载荷的力学模型  32-55
  5.1 镐形截齿的力学模型  32-36
    5.1.1 英国学者建立的截齿力学模型  32-33
    5.1.2 前苏联学者建立的截齿力学模型  33-36
      5.1.2.1 截割煤体时  33-35
      5.1.2.2 截割岩石时  35-36
  5.2 掘进机在钻进煤体时单个截齿力学模型  36-37
  5.3 钻进工作状态时截割头的载荷  37-53
    5.3.1 截割头载荷模拟程序框图  39-41
    5.3.2 某国产掘进机钻进过程的载荷模拟  41
    5.3.3 钻进速度变化时载荷的模拟及分析  41-44
    5.3.4 截割头转速发生变化时载荷的模拟及分析  44-46
    5.3.5 不同性质煤岩工作时载荷的模拟及分析  46-47
    5.3.6 缺齿的情况下工作时载荷的模拟及分析  47-51
    5.3.7 截齿排列不同时载荷的模拟及分析  51-53
  5.4 模拟截割验证  53-55
6 钻进过程截割头参数的优化  55-67
  6.1 模型确定原则  55-56
  6.2 优化模型的建立  56-61
    6.2.1 设计变量的选取  56
    6.2.2 目标函数的建立  56-57
      6.2.2.1 钻进时间最短模型  56
      6.2.2.2 载荷波动系数模型  56-57
    6.2.3 约束条件的确定  57-60
      6.2.3.1 边界条件约束  57
      6.2.3.2 截割机构条件约束  57-59
      6.2.3.3 不堵塞条件约束  59-60
    6.2.4 优化模型  60-61
  6.3 优化模型的求解  61-63
    6.3.1 归一化处理  61-62
    6.3.2 无约束化处理  62
    6.3.3 适应度函数的选择  62-63
  6.4 模拟结果的分析  63-67
    6.4.1 MATLAB 模拟分析  63-66
    6.4.2 结果分析  66-67
结论  67-68
攻读学位期间已发表的学术论文  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72

纵轴式掘进机钻进工况及其参数优化的研究

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