矿井轨道运输系统耦合动力特性研究

我国约有1/3的可采煤层赋存于低强度松软围岩中。但是，随着煤炭生产规模的扩大，矿井轨道运输正在向高速、重载的方向发展。所以，低强度松软巷道底板及矿井轨道线路容易发生变形。轨道线路及巷道底板的变形能够激励运行中的矿井轨道车辆产生强烈的振动；车辆的振动又可能造成轮轨作用力大幅度提高，从而加速了轨道线路及巷道底板的变形。可见，底板及线路的变形与车辆的振动相互促进。本项目将松软巷道底板等效为分层横观各向同性饱和多孔介质，将矿井车辆－轨道线路－松软巷道底板视为一个相互耦合的大系统，通过研究该系统的耦合动力特性，分析矿井轨道车辆的振动规律及相关的振动控制方法，并且为预防和控制轨道线路及巷道底板变形提供理论依据，从而有效促进矿井轨道车辆安全、平稳运行。

我国是一个能源大国，原煤产量逐年增加，煤矿开采设备也日益向高速、重载方向发展。矿井轨道运输是煤矿生产的组成部分。高速、重载的矿井轨道运输设备运行过程中将产生强烈振动，而且激励矿井轨道及巷道底板振动。从而加速矿井轨道及巷道底板的变形。轨道变形又将进一步激励运输设备振动。所以，需要系统分析矿井轨道运输设备－轨道－巷道底板的耦合振动特性。. 首先根据矿井轨道运输系统的实际工况分析了矿车、电机车及钢轨、轨枕、道床、巷道底板的组成，从而建立了矿井轨道运输设备－轨道－巷道底板耦合振动力学模型。模型中，将矿用电机车及矿车等矿井轨道运输设备简化为质量－弹簧－阻尼系统，将钢轨等效为Euler梁，将道床等效为弹性体，将巷道底板等效为Biot介质。在建立力学模型的基础上，利用达朗贝尔原理及振动力学，结合车辆及轨道的特点，建立了各部分的数学模型，即得耦合振动模型。解算耦合数学模型，并对所得结果进行分析，以探究耦合振动系统的振动规律。. 研究过程中，根据实际工况，利用虚拟仪器技术，搭建了耦合振动试验台。进行试验时，分别设置了不同的钢轨错牙尺寸、牵引速度及载重量。分析了矿井轨道运输设备运行过程中运输设备、钢轨、轨枕、道床等的振动规律。. 轮轨作用力是造成矿井轨道运输设备振动的关键原因。为了有效控制振动，需要提高轨道的平顺性：轨道铺设过程中需要提高道床的刚度，而且需要对巷道底板进行支护。此外，金属橡胶拥有良好的阻尼特性，而且结构简单，适用于矿井巷道的自然环境，可以作为矿井轨道运输设备的减振元件。