傾斜煤層掘進機整機姿態的動力學模型與響應

宗 凱，符世琛，王鵬江

(1.清華大學 機械系，北京 100084； 2.中國礦業大學(北京) 機電與信息工程學院，北京 100083)

0 引 言

傾斜煤層在我國煤炭資源的分布中占據著相當的比例，傾斜煤層的開采是我國煤炭工業的重要任務。在傾斜煤層，巷道掘進作業的難度和危險性尤為突出。我國絕大多數礦井的巷道采用綜合機械化掘進工藝，懸臂式掘進機是巷道掘進的主要設備。傾斜煤層地質條件復雜、煤巖分布不均，導致掘進機截割部負載復雜多變。懸臂式掘進機為復雜的多體結構，截割過程中整機處于“欠約束”狀態。在上述多種因素的作用和影響下，掘進機的整機姿態易發生偏斜，不斷變化，嚴重會降低掘進機整機的穩定性，影響巷道成形質量與掘進效率[1-3]。掘進機整機姿態的糾偏控制，須先掌握不同因素對掘進機整機姿態變化的影響規律。因此，以傾斜煤層為背景，分析掘進機整機姿態與動力學建模及響應規律分析，具有重要的理論和實踐意義。

在懸臂式掘進機動力學建模與分析方面，一些學者曾開展了一定的研究。宗凱等[4-6]針對普通煤層工況，采用數學建模和數值分析的方法，分析了掘進機在截割過程的多體位姿動力學響應規律。李曉豁等[7-8]基于Lagrange方程建立了掘進機整機振動數學模型，分析了隨機激勵下掘進機多體結構的振動特性，得到其固有頻率及振動幅值響應。何澤等[9-10]利用ProE、Adams等虛擬樣機建模和動力學仿真軟件，分析掘進機模態，得到了掘進機主要結構(截割頭、截割臂和機身)的固有振動特性。……