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淺談模態(tài)分析在采煤機截齒動態(tài)設計中的應用綜述
（作者未知） 2010/6/25
論文關鍵詞：截齒模態(tài)分析 有限元法 動態(tài)設計
論文摘要：采煤機截齒截割煤體時，截齒承受隨時間而變化的動載荷。為了掌握采煤機截齒工作時應力、位移的分布情況，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，對它進行模態(tài)分析和動態(tài)設計具有重要意義。所述模態(tài)分析和動態(tài)設計的內(nèi)容和步驟，可為采煤機截齒的設計提供理論依據(jù)。
1引言
采煤機截齒是直接破碎煤體的刀具。它在工作中經(jīng)常受到強烈的沖擊和磨損，更換截齒的工作也很頻繁，它消耗量的大小直接關系到采煤成本的高低，因此，設計出結構合理、選材正確的截齒具有重要意義。
2采煤機截齒的截煤原理和外載荷
通過討論采煤機截齒的截煤原理，正確確定截齒所承受的外載荷，為截齒的動態(tài)設計及優(yōu)化配置做好準備。
綜合截齒截煤過程可以看出，采煤機截齒在正常工作時的受力是相當復雜的，截齒的截煤過程是“密實核”的形成、發(fā)育、收縮、再發(fā)育、再收縮直到消失的過程。同時，截齒所承受的截割阻力、推進阻力和側向力也隨之變化，即截齒將承受隨時間變化的動載荷。
采煤機截齒外載荷的特性與截齒的幾何參數(shù)有一定的關系。當截角較大時，刀具前面對煤體的力朝向煤體內(nèi)部，煤因受到強烈的擠壓而形成“密實核”，這時截割阻力較大，推薦值為55—65。；前角因與截角互為余角，所以前角的影響正好與截角相反；當后角小于5。時，截割阻力和牽引阻力要顯著增大，推薦值為6—12。。
截齒在滾筒圓周表面上的排列方式也直接影響著截齒外載荷的特性。為了減小外載荷的波動，提高機器運轉的平穩(wěn)性，截齒排列應遵守以下基本原則：端盤截齒應傾斜安裝；端盤截齒所截出的截縫寬度不宜過大，以免增加截齒載荷，一般取80—120rlln3為宜；截齒應均勻地分布在滾筒的圓周上，使同時截入的截齒數(shù)基本保持不變，以保持采煤機工作的穩(wěn)定性；截線距的大小是根據(jù)煤質(zhì)硬度決定的，在中硬煤質(zhì)里，截線距以40—60rlln3為宜，截線距過大，會造成單齒負荷增加，影響采煤機的工作穩(wěn)定性；在螺旋葉片上的截齒，一般按0。安裝，既不傾斜于煤壁，也不傾斜于采空區(qū)，這樣可以充分發(fā)揮截齒的截割作用，減少側向力。
3模態(tài)分析在采煤機截齒動態(tài)設計應用中的方法
以模態(tài)分析為基礎的結構動態(tài)設計是近年來振動工程界開展的最廣泛的研究領域之一。模態(tài)分析在采煤機截齒動態(tài)設計應用中的方法主要有以下幾方面：
(1)載荷識別
由采煤機截齒的截煤原理知道，要想得到截齒所承受的外載荷的精確值，僅僅依靠理論計算的方法是比較困難的�？梢岳幂d荷識別的方法達到此目的：首先測得系統(tǒng)的頻響函數(shù)和模態(tài)參數(shù)，然后測得其在實際載荷作用下的響應，依此識別對應響應的外載荷。
(2)靈敏度分析
當截齒的某階固有頻率比較接近工作頻率時，需要修改結構物理參數(shù)，這就是靈敏度分析所要解決的問題。需要從如下幾方面加以考慮：修改質(zhì)量對模態(tài)頻率和模態(tài)振型的影響最大，而且，對高階模態(tài)的模態(tài)頻率和振型的影響大于對低階模態(tài)的影響；模態(tài)振型中變形較大的部位是敏感部位，修改振型中變形較大部位對模態(tài)頻率和模態(tài)振型影響較大；修改剛度對低階模態(tài)振型的影響大，剛度變化對各階模態(tài)特征值影響相同；修改阻尼對高階與低階振型的影響程度相差不明顯。
(3)物理參數(shù)修改
有限元法(FEM)模態(tài)分析和實驗模態(tài)分析(EMA)是模態(tài)分析的基本方法。前者比后者要方便得多，特別是在修改截齒結構時，能夠快速、方便地預測修改后結構的各種動態(tài)特性。為了有效地利用FEM這一有力工具，可以使用EMA結果對截齒FEM模型進行修正，以得到準確的FEM模型。
(4)物理參數(shù)識別
物理參數(shù)識別是指僅從實驗模態(tài)分析結果中識別物理參數(shù)，其實質(zhì)是一個實驗建模問題。
(5)再分析
再分析的目的是根據(jù)截齒物理參數(shù)的修改量估算修改后結構的模態(tài)參數(shù)，再分析與物理參數(shù)修改互為逆問題。如果是基于FEM模型的再分析，則只需要重新求解一遍特征值問題即可。如果是基于EMA模型的再分析，雙模態(tài)空間分析法是最基本、最通用的方法。
(6)結構優(yōu)化設計
截齒結構修改量是以物理參數(shù)(質(zhì)量、剛度、阻尼)表示的，而工程設計中最終需要的是以結構參數(shù)(尺寸、形狀、材料特性等)表示的修改量。如何修改結構參數(shù)，使結構特性(包括靜態(tài)和動態(tài)特性)達到最優(yōu)，是結構優(yōu)化設計要解決的問題。結構動態(tài)優(yōu)化設計是以結構的固有頻率和動力響應作為目標函數(shù)或約束條件，通過優(yōu)化設計降低振動水平，保證結構性能，改善工作環(huán)境。
4模態(tài)分析在采煤機截齒動態(tài)設計應用中的內(nèi)容和步驟
(1)截齒結構初步設計按照設計（未完，下一頁）
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