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悬臂式掘进机建模与仿真研究（硕士学位论文），共101页。
【摘要】
悬臂式掘进机是井下巷道掘进的关键设备之一。随着市场竞争日益激烈，对其截割能力提出了更高的要求；同时，悬臂式掘进机是集机、电、液于一体的复杂系统，跨学科的系统建模方法和多领域的协同仿真技术已成为其设计与研发过程中的支撑技术，也是保证其可靠性与稳定性的关键技术。
以某矿机集团的 EBZ220 型悬臂式掘进机为研究对象，应用 Pro/Engineer 构建其三维实体模型，并通过接口软件 MECH/PRO 将简化后的三维实体模型导入到 ADAMS 中建立刚体系统；将利用大型有限元分析软件 ANSYS 生成的关键零件的模态中性文件导入ADAMS 环境下的刚体系统中，形成悬臂式掘进机刚柔耦合虚拟样机模型；利用 MATLAB软件模拟实际工况得到载荷曲线，并将其添加到虚拟样机模型上；在 AMESim 环境下搭建悬臂式掘进机回转机构液压系统模型，验证了变量泵仿真模型的正确性，并构建悬臂式掘进机机液联合仿真模型，通过仿真发现了机械系统中关键零件的薄弱环节并得到了液压系统中的动态曲线，分析表明液压系统具有较高的稳定性；最后分别对变量泵、调速阀及其比例阀控回转液压缸系统进行模块化建模，利用控制系统仿真软件 Simulink 对悬臂式掘进机回转机构电液比例位置控制系统进行仿真和 PID 校正，改善了系统的动态特性。实践表明，在悬臂式掘进机的研发过程中应用多领域建模与仿真技术是可行的，且仿真结果准确、可靠。
本文的研究方法及分析结果为悬臂式掘进机的设计、研发及优化提供了借鉴，且对工程实际有一定的指导作用。同时，本文所探索的多领域建模与仿真技术也可应用于其他复杂机电系统的研发中，以期达到缩短设计周期，降低研发成本，提高产品性能的目的。
关键词：悬臂式掘进机；液压系统；联合仿真；控制系统；PID

目 录
摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
11 悬臂式掘进机概述 1
111 悬臂式掘进机分类、组成及工作原理 1
112 悬臂式掘进机的国内外发展动态及研究现状 4
12 悬臂式掘进机液压系统研究现状 6
13 本课题研究的意义及主要内容 9
131 本课题研究的意义 9
132 本课题研究的主要内容 9
2 悬臂式掘进机虚拟样机的建模 11
21 虚拟样机技术概述 11
22 基于 Pro/Engineer 的悬臂式掘进机三维实体建模 12
23 基于 ADAMS 悬臂式掘进机刚体模型的建立 16
231 刚性多体系统动力学及虚拟样机分析软件 ADAMS 简介 16
232 悬臂式掘进机刚性仿真模型的建立 16
24 模态中性文件的创建 18
25 悬臂式掘进机刚柔耦合模型的建立 20
26 本章小结 20
3 悬臂式掘进机回转机构液压系统仿真模型的创建 21
31 悬臂式掘进机液压系统及 AMESim 软件概述21
311 悬臂式掘进机液压系统概述 21
312 AMESim 软件概述 22
32 柱塞式变量泵控制原理 23
321 负载敏感控制阀控制原理 23
322 恒功率控制阀控制原理 24
323 压力切断控制阀控制原理 26
33 基于 AMESim 的液压系统仿真模型的建立 27
331 柱塞式变量泵仿真模型的建立与特性验证 27
332 回转机构液压系统仿真模型的创建 32
34 本章小结 35
4 悬臂式掘进机回转机构机液联合仿真 36
41 机液联合仿真的基本要求 36
42 悬臂式掘进机回转机构机液联合仿真 37
421 创建输入状态变量 37
422 创建输出状态变量 38
423 定义接口模型 39
424 修改驱动方式 39
425 建立 ADAMS 输出系统模型 40
426 机液联合仿真模型的建立 40
43 机液联合仿真结果分析 42
431 机械系统联合仿真结果分析 42
432 液压系统联合仿真结果分析 47
44 本章小结 48
5 悬臂式掘进机回转机构液压控制系统数学模型的建立 49
51 数学模型概述 49
52 液压控制系统数学模型的建立 49
521 滑阀的受力分析 50
522 变量泵数学模型的建立 51
523 调速阀数学模型的建立 62
524 比例阀控回转液压缸系统数学模型的建立 66
53 回转机构电液比例位置控制系统数学模型的建立 71
531 其他环节数学模型的建立 71
532 回转机构电液比例位置控制系统总体模型的建立 72
54 本章小结 72
6 悬臂式掘进机位置控制系统仿真研究 73
61 Simulink 仿真软件包简介 73
62 悬臂式掘进机回转机构位置控制系统仿真分析 73
621 比例放大器增益的确定 73
622 回转机构位置控制系统动态特性分析 75
623 模拟 PID 控制仿真分析 75
63 本章小结 80
7 结论与展望 81
71 全文研究总结 81
72 工作展望 82
参 考 文 献 83
作 者 简 历 87
学位论文原创性声明 88
学位论文数据集 89