迈步式超前支护装备动力学模型与共振频率分析

"卢进南，毛君，谢苗，张睿等人在2015年煤炭学报第40卷第1期刊发的文章‘巷道超前支架全支撑态动力学模型’中，探讨了如何通过动力学建模来提高迈步式超前支护装备的工作稳定性，以防止共振现象。他们运用拉格朗日方法构建了多自由度振动系统的动力学模型，并基于自动控制理论进行了拉普拉斯变换，以获取传递函数。进一步，他们运用现代控制理论建立了超前支架振动系统的状态空间模型，并利用Matlab进行仿真，分析动态响应。通过锤击试验确定了系统的模态参数，结合仿真结果，找出了超前支架的共振频率范围为42.3~42.9 Hz。最后，他们通过实验样机和测试仪器对不同工作状态下的超前支架进行了振动实验，得到了前6阶的频率和阻尼比。" 本文是关于巷道支护技术的一篇科研论文，主要研究对象是用于综掘巷道顶板支护的迈步式超前支护设备。为了提升设备的稳定性和防止共振，作者们首先详细介绍了设备的结构和工作原理。接着，他们运用数学建模的方法，特别是拉格朗日方程，建立了一个描述超前支架在全支撑状态下的多自由度振动系统动力学模型。这种模型有助于理解设备在各种工况下的动态行为。 然后，他们基于自动控制理论，对上述动力学模型进行了拉普拉斯变换，从而获得系统的传递函数，这是控制理论中用于分析系统响应的重要工具。此外，他们利用现代控制理论构建了超前支架振动系统的状态空间模型，这个模型能够更直观地描述系统的动态行为和控制策略。通过Matlab软件，他们模拟了动力扰动下的系统行为，获得了系统的动态响应，这有助于预测和避免潜在的共振问题。 为了验证模型的准确性，作者们进行了实际的锤击试验，通过试验获取了振动系统的模态参数。结合仿真结果，他们确定了超前支架的共振频率区间，这个信息对于优化设备设计和避免共振至关重要。最后，通过实验样机和专业测试仪器，他们对超前支架在不同工作条件下的振动特性进行了实验，得出了前6阶的频率和阻尼比，这些数据对于评估设备的振动性能和改进设计具有直接的指导意义。 综上，这篇论文详细展示了如何通过理论建模和实验验证来理解和优化迈步式超前支护设备的动力学特性，对于改善巷道支护的安全性和效率提供了科学依据。