[发明专利]一种纵轴式掘进机虚拟样机截割头载荷计算及加载方法

说明书

一种纵轴式掘进机虚拟样机截割头载荷计算及加载方法，属于采掘设备虚拟样机技术领域；包括获取煤岩赋存条件；获取截割头的自转角速度，计算截割头截割转速；获取悬臂的摆动角速度，计算截齿的横向摆动速度；计算截齿的截割阻力、牵引阻力以及侧向阻力；将截齿的截割阻力、牵引阻力以及侧向阻力进行正交分解，将各截齿受力转化到截割头质心处，得到截割头所受三向力及三向力矩；通过ADAMS将载荷施加于截割头质心处；本发明只需更改煤岩赋存条件即可完成不同工况下截割头载荷的施加，简化了载荷施加流程，提高工作效率；考虑了悬臂摆速和截割头转速的时变性，计算结果准确；能够发现掘进机设计中存在的不足，找出掘进机零部件中的薄弱环节。

技术领域

本发明属于采掘设备虚拟样机技术领域，具体涉及一种纵轴式掘进机虚拟样机截割头载荷计算及加载方法。

背景技术

悬臂式掘进机是综掘工作面关键设备之一，截割头作为掘进机破碎煤岩的关键部件，其消耗功率约占掘进机全部功率的70％～80％。截割头设计质量的好坏不仅会影响掘进机工作可靠性和使用寿命，还对掘进机的截割性能和截割经济性起决定作用，而基于实际工况的截割头载荷计算是截割头设计的重要一步。

我国采掘设备制造厂商一直沿用传统的设计模式进行产品研发，一种新产品通常要经过多次试制、试验与改进才能投放市场。采掘机械的试制、试验成本高昂，致使反复性试验不够充分，加之对煤岩截割机理认知不足，难以发现产品存在的本质缺陷，直接导致了我国采掘设备在性能指标、技术水平及运行参数等诸多方面的落后，致使投放市场的产品具有先天不足，在市场上缺乏竞争力，严重制约了产品质量的提高和我国装备制造业的快速发展。目前，我国高产高效矿井所采用的大型设备，多为国外厂商生产制造，缺乏自主创新的产品。

煤岩赋存条件及截割头与煤岩之间的双向耦合作用导致截割头受到的载荷具有非线性、冲击性和强耦合性，在计算机中采用简单的函数组合难以对其进行描述，因此，需要寻找一种合理、高效的方法，实现截割头载荷的模拟和加载，对掘进机研究和设计具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种纵轴式掘进机虚拟样机截割头载荷计算及加载方法，依据掘进机虚拟样机的运行状态与被截割煤岩的参数，实时计算掘进机截割头载荷，并反馈到虚拟样机中，实现了截割头与煤岩之间的双向耦合作用的仿真。

本发明的技术方案如下：

一种纵轴式掘进机虚拟样机截割头载荷计算及加载方法，包括：

步骤1：获取煤岩赋存条件，并储存于静态存储区中；

所述煤岩赋存条件包括煤的赋存条件和岩的赋存条件，所述煤的赋存条件包括非地压影响区的煤层截割阻抗平均值、煤的脆性系数、矿压影响系数、煤的单轴抗压强度以及煤体受压状态系数；岩的赋存条件包括岩石接触强度。

步骤2：通过ADAMS提供的函数接口获取截割头的自转角速度，并计算截割头截割转速；

步骤3：通过ADAMS提供的函数接口获取悬臂的摆动角速度，并计算截齿的横向摆动速度；

步骤4：依据镐齿破煤理论，利用煤岩赋存条件、截割头截割转速、截齿的横向摆动速度以及截齿的设计参数计算截齿的截割阻力、牵引阻力以及侧向阻力；

步骤5：将截齿的截割阻力、牵引阻力以及侧向阻力进行正交分解，并依据力的平移定理将各截齿受力转化到截割头质心处，得到截割头所受三向力及三向力矩即截割头载荷；

上述截割头所受三向力及三向力矩计算过程依据ADAMS二次开发的规则，采用C语言编写实现，并编译为动态链接库文件。

所述截割头载荷在ADAMS中采用GForce来描述，并运用adams_c_Gfosub函数实现。