采煤机长螺杆振动特性试验研究.pdf

第4 4 卷第3 期2023年6 月杨贵城，胡璟.采煤机长螺杆振动特性试验研究J.煤矿机电，2 0 2 3，4 4（3）：5 7-6 0.doi:10.16545/ki.cmet.2023.03.012煤矿机电Colliery Mechanical&Electrical Technology采煤机长螺杆振动特性试验研究Vol.44 No.3Jun.2023杨贵城1-2，胡璟1.2（1.中国煤炭科工集团上海有限公司，上海2 0 0 0 3 0；2.天地上海采掘装备科技有限公司，上海2 0 1 4 9 9）扫码移动阅读摘要：针对采煤机长螺杆的振动疲劳断裂问题，对长螺杆进行了试验研究。首先，设计模拟采煤机三段机身的试验夹具，将夹具和振动传感器安装到预定位置；然后，将机身振动载荷导入试验台模拟机身振动，开展长螺杆振动特性试验，得出其横向振动特性；最后，分析试验结果，提出长螺杆组件的改进方案，重复试验以验证改进效果。研究表明：长螺杆横向振动的最大变形处为各阶模态振型的波腹处，改进后长螺杆的最大变形量减小为原来的1 0%，改进方案有利于提高长螺杆的疲劳寿命，减少长螺杆疲劳断裂问题的发生。关键词：长螺杆；振动特性；试验测试；改进方案中图分类号：TD421.6Experimental Study on the Vibration Characteristics ofLong Screws in Coal Mining MachinesYANC Cuicheng,HU Jing-(1.CCTEG Shanghai Co.,Ltd.,Shanghai 200030,China;2.Tiandi Shanghai Mining Equipment Technology Co.,Ltd.,Shanghai 201499,China)Abstract:An experimental study was conducted on the vibration fatigue fracture of the long screw of a coalmining machine.Firstly,an experimental fixture was designed that simulates the three section body of a coal miningmachine,and install the fixture and vibration sensor in the predetermined position.Then,the vibration load of thefuselage was introduced into the experimental platform to simulate the vibration of the fuselage,and the vibrationcharacteristics of the long screw were tested to obtain its lateral vibration characteristics.Finally,the experimentalresults were analyzed and proposed an improvement plan for the long screw component,and repeated theexperiment to verify the improvement effect.Research showed that the maximum deformation of the transversevibration of a long screw was at the antinodes of each mode shape.After improvement,the maximum deformation ofthe long screw was reduced to 10%of the original value.The improvement plan is beneficial for improving thefatigue life of the long screw and reducing the occurrence of fatigue fracture problems.Keywords:long screw;vibration characteristics;experimental testing;improve optimization文献标志码B文章编号：1 0 0 1-0 8 7 4(2 0 2 3)0 3-0 0 5 7-0 4间有较大空隙，采煤机截割煤岩过程中产生的振动0引言载荷，经左、右牵引部传递至长螺杆，当激振频率与长螺杆是采煤机机身的主要连接部件。采煤机长螺杆的固有频率接近或一致时，长螺杆易发生共机身一般采用三段式结构,取消底托架,通过长螺杆振导致疲劳断裂。因此,研究长螺杆的横向振动特与高强度液压螺母配合,将采煤机左、右牵引箱与中性,改进长螺杆组件的设计,提高长螺杆抗振动性能间电控箱连接成一个整体,该结构简单可靠,拆装方和使用寿命，对提高采煤机的可靠性和工作效率等便。但采煤机装配完成后，长螺杆与采煤机机身之方面有重要意义1 2 水平滑台581长螺杆振动试验的准备由于采煤机机身结构分3 段，包括左、右牵引部和电控箱,参考振动试验台的参数规格,将长螺杆振动特性试验夹具设计为左、右螺杆座及中间支撑架，以模拟采煤机三段机身结构，各部件通过螺栓与振动试验台台面紧固连接，保证试验夹具随试验台同频振动，以模拟采煤机机身振动激励，长螺杆振动特性试验夹具示意图如图1 所示。121-长螺杆组件；2-左螺杆座；3-支撑架；4-右螺杆座。图1 长螺杆振动试验夹具在试验台上安装传感器Ch1，以检测振动试验台所产生的振动信号是否与设定值相符合。完成夹具的固定，在长螺杆夹具的左端座上安装传感器Ch2对长螺杆夹具的振动信号进行检测，确保其准确地将模拟采煤机的振动信号传递至长螺杆。使用超高压手动泵对液压螺母进行加载，加载至长螺杆配套液压螺母的工作压力1 8 0 MPa后停止加载,分别将传感器Ch3C h 8 安装到长螺杆长度的四等分点上，标记所有传感器的位置,并检查传感器安装姿态，确保传感器安装垂直于长螺杆和振动试验台，保证采集信号的准确性3。夹具及传感器安装如图2 所示。图2 夹具及传感器安装2长螺杆的振动特性试验振动试验台的工作原理如图3 所示。振动控制仪（计算机）输入振动参数传递至控制面板，控制面板根据参数产生振动信号传递至功率放大器，功率放大器根据设置的增益将振动信号放大传递至启动盒，启动盒启动冷却系统和振动试验台，使试验台按照设置的参数产生振动，将激振频率传递至被试设煤矿机电备，传感器检测被试设备产生的稳态振动响应信号产生振动数据，通过信号调节器将振动数据反馈给计算机进行显示和分析，伺服控制台用来调节试验台的振动方向及初始位置等。遥控面板功率放大器被试设备加速度计星形-三角形启动盒伺服控制台附加台面和夹具342023年第4 4 卷振动控制仪信号调节器被试设备冷却风机振动台图3 振动试验台的工作原理检查好相关试验设置后，将机身振动载荷导入试验台控制计算机中，点击开始按钮进行试验，试验过程中,长螺杆的固有频率、位移、加速度等横向振动参数在软件中实时显示并自动记录。180MPa加载下长螺杆的振动曲线如图4 所示。其中,绿色为命令信号曲线,是试验台控制软件设定的振动曲线；蓝色为控制信号曲线，是试验台的实际振动曲线;Ch1Ch8为传感器1 8 检测到的相应部位的振动信号曲线。10.000 001.00000(d-d uul)/y0.100000.010.000.001 000.000100.000015图4 1 8 0 MPa加载下长螺杆的扫频曲线图将长螺杆振动试验得到的频率响应数据输入到DHDAS的模态分析模块中,对输入数据进行适当处理,得到长螺杆的归一化模态振型如图5 所示,得到长螺杆的频域曲线如图6 所示。试验所得的长螺杆各阶模态振型图显示，长螺杆最大变形处为各阶模态振型的波腹处，应力集中出现长螺杆在与液压螺母结合的左右端螺纹连接处及各阶模态的波节处。试验所得长螺杆的加速度频域响应曲线显示，长螺杆加速度峰值出现的频率均为4 5 Hz、9 2 H z、1 5 9 H z,为降低长螺杆的振动响应Ch!3Ch8J10100频率/Hz2002023年第3 期杨贵城等：采煤机长螺杆振动特性试验研究套后的工作状态，重复上述试验。改进后长螺杆振动特性试验夹具示意图如图8 所示。59.432(a)1阶振型(b)2 阶振型(c)3阶振型图5 长螺杆归一化模态振型图100r80F()/60F4020F0图6 1 8 0 MPa下长螺杆的加速度频域曲线幅值，提高长螺杆的抗振动疲劳强度，需对长螺杆进行改进。3长螺杆组件的改进设计根据生产实际情况，结合采煤机机身和长螺杆组件的设计，在尽量不改变原有设计基础上,采用在长螺杆和采煤机机身的空隙间加装橡胶套的改进方案。通过分析长螺杆振动特性试验模态振型图，确定具体实施方案为：在长螺杆第3 阶模态振型的3个波腹处分别加装橡胶套，改变液压拉杆固有频率的同时,降低长螺杆的振动响应振幅。长螺杆组件改进方案如图7 所示。B&9121-液压螺母；2-垫圈；3 长螺杆；4-橡胶套；5-螺母。图7 长螺杆组件改进方案为检验改进方案的有效性，对改进后的长螺杆组件进行试验。在原有的长螺杆的振动特性试验夹具上加装垫块以支撑橡胶垫，模拟长螺杆加装橡胶51-长螺杆组件;2-左螺杆座;3-垫块及橡胶套；4-支撑架；5-右螺杆座。图8 长螺杆振动试验夹具4改进后长螺杆的振动特性试验在长螺杆夹具指定位置安装垫块和橡胶套后，完成液压螺母加载1 8 0 MPa改进后的长螺杆组件进行振动特性试验，验证长螺杆加装橡胶套后减振措Ch1施的有效性,重复上述试验，得到长螺杆的归一化模Ch2态振型如图9 所示，得到长螺杆的频域曲线如图1 0Ch3所示。Ch4Ch5Ch6Ch73Ch84080频率/Hz341201605200(a)1 阶振型图9加装橡胶套的长螺杆归一化模态振型图100r80()/604020F0图1 0 加装橡胶套的长螺杆的加速度频域曲线试验所得的长螺杆各阶模态振型与未加装橡胶套的长螺杆组件振动试验所得的振型相比，长螺杆的变形量由0.9 5 减小至0.2，振幅降低7 9%，长螺杆两端的应力集中现象大幅改善。试验所得长螺杆的加速度频域响应曲线与未加装橡胶套的长螺杆振动试验所得曲线相比,在0 2 0 0 Hz的范围内，长螺杆的共振频率由3 个减少到1 个，且加速度峰值由90g大幅降低至8 g，约为原来的1 0%。改进后长螺杆的振动试验说明了加装橡胶套改进措施的有效(b)2 阶振型Ch1Ch2Ch3Ch4Ch5Ch6Ch7Ch8200200频率/Hz20020025060性,有利于提高长螺杆的振动疲劳寿命4-5。5结论本文利用振动试验台对未加装橡胶套的长螺杆和加装橡胶套的长螺杆组件进行试验，对比分析试验数据，验证了长螺杆组件抗振改进措施的有效性。长螺杆加装橡胶套的减振措施提高了长螺杆组件的低阶固有频率降低了长螺杆在外部激励下的振动响应振幅，减少了长螺杆与液压螺母结合的左右端螺纹连接处的应力集中现象,提高了长螺杆的抗振动性能和使用寿命。煤矿机电参考文献：1胡滔。采煤机机身联接长螺杆可靠性研究J煤矿机械，2021,395(1):51-53.2 张晓永.采煤机长螺杆断裂故障分析J.煤矿机械，2 0 2 0,4 1(9):165-166.3 马英.采煤机液压拉杆瞬态动力学仿真分析J.煤矿开采，2019,24(1):45-47.4徐卫鹏.采煤机整体式电控箱振动机理研究J煤矿机械，2021,400(6):38-41.5 毛君，杨辛未，陈洪月，等.采煤机液压拉杠力学特性试验.中国机械工程，2 0 1 8