采煤机截割部传动系统的非线性动力学建模及仿真

摘要/Abstract

摘要：

针对采煤机截割部齿轮传动系统在运行中产生振动、制造噪声污染等现象，综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差等因素，建立了采煤机截割部齿轮传动系统的非线性动力学模型，运用变步长Runge-Kutta方法对系统微分方程进行了求解。通过分析相平面图和庞加莱截面研究了啮合刚度、阻尼比及激振频率对齿轮系统动态特性的影响。研究结果表明：在一定区间内，阻尼比逐渐减小时，太阳轮位移响应由单周期运动转为多周期运动，最终进入混沌运动；啮合刚度增大时，太阳轮位移响应同样从周期运动逐渐进入混沌运动；激振频率逐渐增大时，太阳轮位移响应呈现由周期响应转变为混沌响应再转变为拟周期响应的现象。

关键词: 采煤机截割部, 行星齿轮传动系统, 非线性动力学, 动力学微分方程

Abstract:

According to the phenomenon that gear transmission system of shearer cutting unit produced vibrations and noise in operation, a nonlinear dynamics model for gear transmission system of shearer cutting unit was established with the consideration of mesh stiffness, mesh damping, and comprehensive errors. Differential equations were solved by employing variable step size RungeKutta integration method. The influences of mesh stiffnesses，damping ratios and excitation frequencies on gear transmission system were studied through analyzing phase plane and Poincare section. The results show that in a certain range，displacement response of sun gear changes from single periodic motion to multiperiodic motion and then into chaotic motion with the decreasing of damping ratio. Displacement response of sun gear also gradually changes from periodic motion to chaotic motion with the increasing of mesh stiffness. Displacement response of sun gear changes from periodic response to chaotic response and then into quasiperiod response with the increasing of the excitation frequencies.

Key words: shearer cutting unit, planetary transmission system, nonlinear dynamics, dynamics differential equation

中图分类号:

O121.8

毛君, 张瑜, 张坤, 陈洪月, 徐健博. 采煤机截割部传动系统的非线性动力学建模及仿真[J]. 中国机械工程.

MAO Jun, ZHANG Yu, ZHANG Kun, CHEN Hongyue, XU Jianbo. Nonlinear Dynamics Modeling and Simulation of Shearer Cutting Unit Transmission System[J]. China Mechanical Engineering.

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参考文献

[1]赵丽娟，王乘云.采煤机截割部建模与动力学仿真研究[J].工程设计学报，2010，17(2)：119-123.
ZHAO Lijuan,WANG Chenyun. Modeling and Dynamic Simulation of Shearer Cutting Unit[J].Journal of Engineering Design, 2010，17(2)：119-123.
[2]刘送永.采煤机滚筒截割性能及截割系统动力学研究[D].北京：中国矿业大学，2009.
LIU Songyong. Research on Cutting Performance of Shearer Drum and Cutting System Dynamics[D].Beijing：China University of Mining and Technology，2009.
[3]LIN J，Parker R G. Planetary Gear Parametric Instability Caused by Mesh Stiffness Variation[J]. Journal of Sound and Vibration, 2002,249(1): 129-145.
[4]BARK C J, PARKER R G. Analytical Solution for the Nonlinear Dynamics of Planetary Gears [J]. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 2011, 6: 1-15.
[5]ERTIENEL T, PARKER R G. Modal Properties of Three-dimensional Helical Planetary Gears[J].Journal of Sound and Vibration，2009， 35:397-420.
[6]靳广虎，朱如鹏，鲍和云.正交面齿轮传动系统的非线性振动特性[J].中南大学学报(自然科学版)，2010，41(5)：1807-1813.
JIN Guanghu，ZHU Rupeng，BAO Heyun. Nonlinear Dynamical Characteristics of Face Gear Transmiss-ion System[J]. Journal of Central South University(Science and Technology)，2010，41(5)：1807-1813.
[7]李晓贞，朱如鹏，李政民卿，等.非正交面齿轮传动系统的耦合振动分析[J].中南大学学报(自然科学版），2013，44(6)：2274-2280.
LI Xiaozhen，ZHU Rupeng，LI Zhengminqing，et al. Analysis of Coupled Vibration of Fce Gear Drive with Non-orthogonal Intersection[J]. Journal of Central South University(Science and Technology)，2013，44(6)：2274-2280.
[8]王世宇，张策，宋轶民，等.行星传动固有特性分析[J].中国机械工程，2005，16(16)：1461-1465.
WANG Shiyu，ZHANG Ce，SONG Yimin，et al. Natural Mode Analysis of Planetary Gear Trains[J]. China Mechanical Engineering，2005，16(16)：1461-1465.
[9]SUN Tao，HU Haiyan. Nonlinear Dynamics of a Planetary Gear System with Multiple Clearances[J]. Mechanism and Machine Theory，2003，38(12)：1371-1390.
[10]公彦军. 齿轮参数对汽车自动变速器动力学性能影响规律的研究[D].合肥：合肥工业大学,2012.
GONG Yanjun. Research on the Influence of Gear Parameters to the Dynamic Performance of Automatic Transmission[D]. Hefei ：Hefei University of Technology,2012.
[11]黄启林. 封闭式行星齿轮传动系统动态特性研究[D].济南：山东大学,2014.
HUANG Qilin. Research on Dynamic Characteristics of Closed-form Planetary Gear Train[D]Jinan：Shandong University,2014.

[1]	汪军水, 贾翔宇, 张剀, 徐旸. 磁轴承转子跌落在保护轴承上的动力学研究[J]. 中国机械工程, 2022, 33(20): 2403-2413，2419.
[2]	张宁;李田;殷国栋;吴建华;赵子乾. 转向系参数对汽车拖车组合系统稳定性的影响[J]. 中国机械工程, 2020, 31(21): 2521-2528.
[3]	孙友刚1,2;董达善1;强海燕1,2;王冉1. 深海张力腿平台非线性涡激振动响应特性分析[J]. 中国机械工程, 2018, 29(14): 1666-1673.
[4]	王俊国;肖遥;杨旭峰;赵永翔;方修洋. 牵引电机扭矩激扰的机车齿轮传动系统非线性特性[J]. 中国机械工程, 2018, 29(11): 1296-1302.
[5]	张永顺1,2;姜万录1;苏晓1;雷亚飞1. 二通插装阀非线性动力学行为[J]. 中国机械工程, 2018, 29(10): 1159-1165.
[6]	王洁, 王慧. 采煤机截割部二次调节液压加载试验台[J]. 中国机械工程, 2016, 27(14): 1953-1959.
[7]	赵韩, 赵福民, 黄康, 邵可, 孙浩. 液压马达式汽车主动稳定杆系统建模与控制[J]. 中国机械工程, 2016, 27(14): 1976-1981.
[8]	黑棣, 吕延军, 张永芳. 有限长轴承支撑的转子系统非线性动力学分析[J]. 中国机械工程, 2015, 26(19): 2633-2640.
[9]	李晟, 吴庆鸣, 张志强, 陈冲明. 两级行星轮系分岔与混沌特性研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(7): 931-937.
[10]	苟向锋, 吕小红, 陈代林. 单级齿轮传动系统的Hopf分岔与混沌研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(5): 679-683,691.
[11]	刘清, 李琨, 王肖锋, 张昆鹏, 曹树谦, . 不平衡磁拉力作用下电机柔性转子非线性振动研究[J]. 中国机械工程, 2014, 25(18): 2446-2450.
[12]	马洪涛, 薛殿伦. 外部激励下行星换向机构的分岔及混沌[J]. 中国机械工程, 2013, 24(23): 3129-3133,3139.
[13]	姜万录1,2;朱勇1,2;杨超1,2. 直动型溢流阀非线性动力学行为研究[J]. 中国机械工程, 2013, 24(20): 2705-2709.
[14]	卢剑伟1, 吴彰伟1, 吴继祥1, 刘梦军2. 考虑齿轮-齿条转向器侧隙的汽车摆振系统动力学建模及分析[J]. 中国机械工程, 2012, 23(22): 2765-2768.
[15]	成玫1, 孟光2. 含Alford力的非线性转子-滚动轴承系统动力分析 [J]. 中国机械工程, 2011, 22(23): 2806-2812.