CN102654168A - 岩石掘进机机载振动敏感设备一体化减振平台 - Google Patents

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陈修祥
熊国建
刘正浩
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Abstract

本发明涉及岩石掘进机机载振动敏感设备减振隔振控制领域，具体是一种岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台，其特征在于，由空间三平移运动机构、金属螺旋弹簧（10）和膜式空气弹簧系统（11）组成，能对岩石掘进机在工作过程中的剧烈的宽频范围内的多维线振动和角冲击实现有效衰减，可以大幅度降低岩石掘进机工作过程中的多维振动和角冲击对机载振动敏感设备影响，提高了振动敏感设备的使用寿命和工作可靠性,促进了岩石掘进机掘进速度和效率的提高。

Description

岩石掘进机机载振动敏感设备一体化减振平台
技术领域
    本发明涉及岩石掘进机机载振动敏感设备减振隔振控制领域，具体是一种岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台。
背景技术
岩石掘进机的工作对象岩石为非均质，呈各向异性，岩层的机械物理性能随机变化，刀盘在切割岩石时，受到刀头上的各种动态切削力和力偶作用而产生受迫弹性体的随机扭转振动和垂直于旋转轴线的任意角度的横向振动；切割系统的弹性变形和非线性摩擦引起的传动速度变化，使得掘进机执行机构在工作过程中负载的变化十分剧烈，且具有很强的随机性，形成加速度、动载荷，导致岩石掘进机机体剧烈的宽频范围内的多维线振动、角冲击和超低频的角振动（频率一般小于1Hz）。目前，随着机械化、自动化掘进施工技术的不断发展和运用，岩石掘进机机载设备得到了不断的更新换代，高精度液压控制阀、倾斜仪、陀螺仪、摄像机、电气自动控制元器件等各种精密测控设备得到了广泛采用，岩石掘进机在工作过程中的剧烈的宽频范围内的多维线振动和角冲击，不仅导致切割工况恶化、破坏切割性能，还引起截齿、机器各部的零件和系统的高精度液压控制阀、倾斜仪、陀螺仪、摄像机、电气自动控制元器件等振动敏感设备损坏或工作不可靠，严重影响振动敏感设备的使用寿命和工作可靠性,并有碍于掘进速度和效率的提高。因此,对振动敏感设备的振动和冲击进行控制非常必要,它可以改善振动敏感设备的工作环境,增加其寿命,提高掘进机整机工作的可靠性。
根据岩石掘进机产品调研、文献专利等资料检索结果，目前工程中对岩石掘进机振动敏感设备的减振问题考虑较少，或简单使用橡胶垫缓解一下，所以设备的故障频频发生，振动敏感设备较易损坏或工作性能显著降低。零星的文献专利报道的仅仅是针对电控箱减振，如实用新型专利“一种掘进机电控箱减振装置（申请号：200620090951.3）”在掘进机后支撑与电控箱之间安装硅油减振器替代橡胶垫进行减振，文献“陶晓.AM-50型掘进机电控箱的振动与隔振研究[D].江南大学硕士学位论文，2009.6”采用在电控箱支撑底板上对称布置四个钢丝绳隔振器，侧面用一个钢丝绳隔振器连接的方法研究了AM-50型掘进机电控箱的钢丝绳隔振。橡胶垫、硅油减振器、钢丝绳隔振都构成了电控箱空间六维减振系统，为了防止电控箱倾斜或空间摇晃，减振弹性元件的刚度设计较大，并采用了机械限位措施，由于上述因素的限制，使得电控箱减振效果有限，电控箱的振动与冲击响应加速度水平仍较高。随着机械化、自动化掘进施工技术的不断发展和运用，对岩石掘进机机载的高精度液压控制阀、倾斜仪、陀螺仪、摄像机、电气自动控制元器件等各种振动敏感测控设备的工作性能要求越来越高，必须要考虑机体多维振动和角冲击所造成的危害并加以控制，因此岩石掘进机急需高性能的多维减振技术。研究新型多维减振平台，对岩石掘进机机载振敏设备进行一体化多维减振，对降低掘进机机载振敏设备的多维振动和冲击响应，提高其工作可靠性和使用寿命，具有十分重要的理论意义和工程应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种岩石掘进机振动敏感设备一体化减振平台，该减振平台可以大幅度降低岩石掘进机工作过程中的多维振动和角冲击对机载振动敏感设备的影响，提高振动敏感设备的使用寿命和工作可靠性,并有利于岩石掘进机掘进速度和效率的提高。
本发明是采用如下技术方案实现的：岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台主要由空间三平移运动机构、金属螺旋弹簧、膜式空气弹簧系统组成。所述的空间三平移运动机构由上平台、下平台和若干结构完全相同的运动支链组成，其中每条运动支链主要由上连接件、销轴A 、上连杆、导杆、下连杆、销轴B 和下连接件组成，上连接件和上连杆之间通过销轴A 构成转动副连接，下连杆和下连接件之间通过销轴B 构成转动副连接，上连杆和下连杆通过导杆构成圆柱副连接，构成的转动副和圆柱副回转轴线相互平行；四条结构完全相同的运动支链按正方形或矩形形式对称布置连接于上平台、下平台之间形成空间三平移运动机构。利用空间三平移运动机构的运动约束作用，防止安装于减振平台上的振动敏感设备相对于岩石掘进机机体发生倾斜或摇晃，避免了线振动与角振动和角冲击的耦合，因耦合的角振动具有超低频特征，因此显著的提高了线振动和角冲击的减振效果；利用膜式空气弹簧系统具有承载能力、刚度、初始位置可独立设置的特性，以及具有垂直方向刚度相比水平方向刚度大的多的特点，使其直接连接于上平台、下平台之间形成重力承载支撑、垂直方向减振系统和水平方向辅减振系统，由于膜式空气弹簧系统水平方向刚度太小，因此在每条运动支链上连杆和导杆构成的圆柱副相对运动处安装金属螺旋弹簧，形成水平方向主减振系统；利用空间三平移运动机构各运动副的摩擦力阻尼，结合金属螺旋弹簧、膜式空气弹簧系统一起构成岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台空间三平移减振系统，实现对空间三平移任意方向振动和角冲击的衰减。
本发明的有益效果是：本发明实现了岩石掘进机在工作过程中的剧烈的宽频范围内的多维线振动和角冲击的有效衰减，可以大幅度降低岩石掘进机工作过程中的多维振动和角冲击对机载振动敏感设备影响，提高了振动敏感设备的使用寿命和工作可靠性,促进了岩石掘进机掘进速度和效率的提高。
附图说明
图1为减振平台结构示意主视图。
图2为减振平台结构示意左视图。
图3为减振平台结构示意俯视图。
图中  1、上平台  2、上连接件  3、销轴A  4、上连杆  5、导杆  6、下连杆  7、销轴B  8、下连接件  9、下平台  10、金属螺旋弹簧  11、膜式空气弹簧系统  12、开口销A  13、自锁螺母  14、开口销B  15、螺钉。
具体实施方式
实施方式一：如图1、图2、图3所示，岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台由上平台1、上连接件2、销轴A 3、上连杆4、导杆5、下连杆6、销轴B 7、下连接件8、下平台9、金属螺旋弹簧10、膜式空气弹簧系统11、开口销A 12、自锁螺母13、开口销B 14和螺钉15组成。上连接件2通过螺钉15固定在上平台1上，上连接件2和上连杆4之间通过销轴A 3构成转动副连接并由开口销A 12进行固定，下连接件8通过螺钉15固定在下平台9上，下连杆6和下连接件8之间通过销轴B 7构成转动副连接并由开口销A 12进行固定，上连杆4和下连杆6通过导杆5构成圆柱副连接，导杆5和下连杆6之间采用自锁螺母13、开口销B 14进行固定连接，构成的转动副与圆柱副回转轴线相互平行，上述上连接件2、销轴A 3、上连杆4、导杆5、下连杆6、销轴B 7、下连接件8、开口销A 12、自锁螺母13、开口销B 14及其之间的连接方式构成了空间三平移运动机构的运动支链。运动支链中上连接件2和下连接件8通过螺钉15分别与上平台1、下平台9实现固连，采用四条结构完全相同的运动支链按正方形或矩形形式对称布置连接于上平台1、下平台9之间形成空间三平移运动机构，利用空间三平移运动机构的运动约束作用，防止安装于减振平台上的振动敏感设备相对于岩石掘进机机体发生倾斜或摇晃。单个膜式空气弹簧系统11直接连接于上平台1、下平台9之间形成重力承载支撑、垂直方向减振系统和水平方向辅减振系统；金属螺旋弹簧10安装在每条运动支链上连杆4和导杆5构成的圆柱副相对运动处，形成水平方向主减振系统；利用空间三平移运动机构各运动副的摩擦力阻尼，结合金属螺旋弹簧10、膜式空气弹簧系统11一起构成岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台空间三平移减振系统，实现对空间三平移任意方向振动和角冲击的衰减。
实施方式二：如图1、图2、图3所示，本实施方式与实施方式一不同点是：空间三平移运动机构的运动支链采用多于四条按正多边形或矩形形式对称布置连接于上平台1、下平台9之间，采用多个膜式空气弹簧系统11直接连接于上平台1、下平台9之间，以便适合岩石掘进机机载振敏设备一体化减振平台几何形状、尺寸大小和负载大小的变化。

Claims (2)

1.一种岩石掘进机机载振动敏感设备一体化减振平台，其特征在于，由空间三平移运动机构、金属螺旋弹簧（10）和膜式空气弹簧系统（11）组成；所述空间三平移运动机构由上平台（1）、下平台（9）和若干条结构完全相同的运动支链组成，其中每条运动支链主要由上连接件（2）、销轴A （3）、上连杆（4）、导杆（5）、下连杆（6）、销轴B（7）和下连接件（8）组成，所述上连接件（2）通过螺钉（15）固定在上平台（1）上；所述上连接件（2）和所述上连杆（4）之间通过所述销轴A（3）构成转动副连接，所述下连接件（8）通过螺钉（15）固定在下平台（9）上；所述下连杆（6）和所述下连接件（8）之间通过所述销轴B（7）构成转动副连接，所述上连杆（4）和所述下连杆（6）通过所述导杆（5）构成圆柱副连接，所述每条运动支链中的转动副和圆柱副的回转轴线相互平行；所述每条运动支链中的导杆（5）和下连杆（6）之间采用自锁螺母（13）、开口销B（14）进行固定连接；所述每条运动支链中的上连杆（4）和导杆（5）构成的圆柱副相对运动处安装金属螺旋弹簧（10）；所述膜式空气弹簧系统（11）直接连接于上平台（1）、下平台（9）之间。
2.根据权利要求1所述的一种岩石掘进机机载振动敏感设备一体化减振平台，其特征在于，所述空间三平移运动机构的运动支链按正多边形或矩形形式对称布置连接于所述上平台（1）和所述下平台（9）之间；所述连接于上平台（1）、下平台（9）之间的膜式空气弹簧系统11有若干个。
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