刨煤机刨刀破煤过程的数值模拟

基于显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA,对刨煤机两种典型结构的刨刀截割煤壁的过程进行了数值模拟,得到了刨刀的截槽形状、刨刀与煤壁的接触载荷谱及刨刀的应力应变等参数的时间历程曲线,为刨煤机载荷的获得提供了新的途径,避免了利用理论公式计算刨煤机系统的外载荷时各参数人为取值的误差,并分析了三向力载荷的频谱成分。研究了两种典型结构刨刀刨削煤壁时的载荷谱对刨煤机系统的影响,找到了两种刨刀的应力集中位置,讨论了两种刨刀的主要失效形式,为刨刀结构的优化设计提供了理论依据,并对应力集中位置结构进行了局部优化。优化后的刨刀应力分布均匀,力学性能得到显著改善,提高了刨刀的可靠性。

不同工况下滑行式刨煤机的动态仿真研究

为研究不同工况下滑行式刨煤机的动态性能,利用拉格朗日第二类方程建立了滑行式刨煤机纵向刨削时的动力学模型,利用计算机仿真得出刨煤机在往复运动、倾斜工作面、中部槽有转角的工况下刨头速度和刨链受力变化的曲线,并对其波动情况进行了分析。结果表明:刨煤机在上述复杂工况下,刨头速度和刨链松、紧边拉力变化很大,产生的波动将加剧刨头振动,使刨煤机的可靠性和使用寿命降低。

间隙条件下刨煤机刨头接触碰撞动态特性研究

考虑了刨头与滑架之间的水平和竖直间隙,通过点到直线的距离来进行碰撞检验的方法,构造了刨头与滑架接触碰撞判别条件。采用非线性弹簧阻尼接触力模型,建立了间隙条件下的刨头三自由度碰撞振动动力学模型,并采用龙哥库塔法进行数值仿真分析,分析表明间隙条件下刨头与滑架之间产生了单点、两点、三点碰撞;刨头与滑架各接触点的最大碰撞力随着竖直间隙的增大而先增大随后降低,随着水平间隙增大而逐渐增大。采用Recur Dyn对刨头动力学模型进行了仿真,其结果与理论分析相吻合。

刨煤机牵引块疲劳寿命分析与优化设计

作为刨煤机关键零件的牵引块,其性能对刨煤机的工作效率及动态可靠性有重大影响。以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立以刨刀和牵引块为模态中性文件的刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型;结合实际工况,基于"刨煤机设计计算系统软件"获得的刨刀和刨链的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了牵引块的应力与应变云图;基于ADAMS的仿真结果,利用NSOFT软件对牵引块进行疲劳寿命分析,并对疲劳寿命较低的12个区域进行优化设计,使牵引块等效应力和应变最大值分别降低了46.4%和48%,最小疲劳寿命提高了184.35%,满足设计要求。

基于人工鱼群算法刨煤机比能耗最低参数优化

为了减少滑行刨煤机无用功率,提高刨煤机运行能耗利用率,选择刨煤机的刨削深度、刨刀间距、一次循环刨头采高、刨刀宽度为设计参数,以刨煤机刨削机构比能耗最低为优化目标,采用人工鱼群算法对刨煤机刨削机构进行参数优化,优化结构表明:在刨削结构刨头外形尺寸不变且结构强度满足的条件下,刨煤机刨削结构的比能耗减少了7.89%,破碎率上升了1.45%,达到了节能降耗的目的。

刨煤机不同位置刨刀的载荷模拟研究及其强度验证

刨刀是刨煤机落煤的执行工具,其工作载荷直接影响刨煤机的刨削能力和生产效率。为研究刨煤机的载荷特性,基于Matlab和VC开发出了刨煤机载荷计算程序,可根据不同模拟煤层的赋存条件,计算出不同位置刨刀的随机载荷;基于仿真软件Adams,对不同位置刨刀进行模拟,并对其进行了强度验证。通过分析得出:在相同截深时,不同位置刨刀的载荷具有随机性,其中,短腰刀的三向载荷均值与标准差最小,与其他位置的刨刀相比受力较稳定均匀,其次为长腰刀、顶刀、底刀;随着刨削深度的增加,刨刀所受的三向力均有不同程度的增大,当刨深超过一定值以后,刨削阻力会出现明显的增大;当刨刀间距超过一定截线距时,刨削力急剧增加;刨刀在工作过程中,长、短腰刀所受最大应力分别位于刀体薄厚位置过渡连接处和刀体与片状合金头镶嵌处,主要失效方式为断裂和磨损;顶刀和底刀在与刀座连接部分做倒角处理可缓和应力集中。分析结果为研究动载荷作用下刨刀可靠性及其结构优化设计提供了理论依据。

我国薄煤层开采及刨煤机采煤技术的应用

根据我国薄煤层赋存状况,及对薄煤层开采难题的探讨,分析刨煤机及刨煤机在薄煤层开采中的应用,阐明合理开发与利用薄煤层意义及刨煤机采煤技术的可行性。

随机动载荷作用下刨煤机刨链疲劳寿命预测

通过建立的刨煤机动力学模型,采用雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型,对刨链疲劳寿命进行预测。通过仿真计算,得到不同随机刨削阻力、不同刨链预紧力以及不同链轮齿数作用下的刨链疲劳寿命。结果表明:刨削阻力均值增加,疲劳寿命降低;增大刨链预紧力或增加链轮齿数均可提高刨链疲劳寿命;随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨链的疲劳寿命影响较大,链轮多边形效应影响较小。通过刨链张力测试实验,分析在不同刨削深度情况下张力实验数据,得到刨链疲劳累积损伤规律与通过仿真得到的规律一致。

刨煤机牵引块可靠性分析及疲劳寿命预测

以刚柔耦合多体动力学基本理论及疲劳寿命预测理论及方法为基础,建立刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型,解决了仿真动态载荷获取、载荷施加位置及方式的确定和柔性牵引块接触面刚化处理等问题。对样机进行仿真,分析得出整机设计上存在的问题。对牵引块两端斜面角度及耳部尺寸进行优化,加工方法由铸造改为模锻,使其应力特性基本满足设计要求。对牵引块疲劳破坏危险部位关键节点主应力载荷进行强化外推及多工况叠加处理,得到用于疲劳分析的目标载荷谱。进行节点疲劳寿命预测,得到牵引块较为准确的疲劳寿命。

变频调速技术在刨煤机成套开采系统中的应用

介绍了刨煤机成套开采系统的组成及变频调速技术在该系统中的应用。变频调整技术的应用提高了传动系统的调速效率,使得传动系统能够实现无级调速,降低了刨煤机成套开采系统在启动时传动系统承受的振动载荷,解决了刨头牵引电动机因频繁启动、换向而发热的缺陷,实现了真正意义上的"软启动",提高了刨煤机成套开采系统的传动可靠性和工作安全性。

基于多体动力学的刨煤机关键零件的可靠性研究

为探究某煤机公司研发的刨煤机的可靠性,本文利用PRO/E、ADAMS、ANSYS等软件联合构建了刨煤机刚柔耦合系统协同仿真平台。通过虚拟样机仿真,找到了刨煤机关键零件设计上存在的问题:如牵引块变形过大、刚度不足,刀座主应力较大等。为刨煤机关键零件的改进和优化提供了量化依据,缩短了设计周期,提高了产品质量,具有较高的实际价值。

单自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真研究

根据刨煤机运行的工况,考虑煤给予刨头的刨削阻力为随机变化的量,建立了刨煤机单自由度非线性随机动力学模型,同时考虑了刨链预紧力、多边形效应因素的影响。并以某参数为实例利用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化。研究结果表明随机刨削阻力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化影响较明显,链轮多边形效应则影响较小。本研究为分析刨煤机运行和刨链可靠性提供依据。

含侧向间隙刨煤机刨头接触碰撞动态特性研究

为了研究侧向间隙对刨头动态特性的影响,依据刨头与滑架的几何构型,给出刨头与滑架之间的碰撞距离,构建刨头与滑架接触、分离判别条件。采用非线性弹簧阻尼接触力模型,建立了含间隙刨头碰撞振动动力学模型,并进行数值计算,研究结果表明:刨头与滑架之间产生了单点间断碰撞、两点交替碰撞及面碰撞;刨头与滑架的最大碰撞力随着侧向间隙的增大而逐渐增大。研究结果为提高刨头的运动稳定性提供了理论基础。

多自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真

在单自由度刨煤机动力学模型的基础上,根据刨煤机的实际运行工况,建立了刨煤机多自由度非线性动力学模型,其中考虑了随机的煤壁作用力、刨链预紧力、链轮多边形效应因素的影响。并采用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了在各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化状态。结果表明随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化的影响较大,链轮多边形效应影响较小,并且随机的煤壁作用力弱化了链轮多边形效应的影响。对多自由度和单自由度刨煤机动力学模型进行了比较分析,得出各种因素的影响规律是一致的,多自由度动力学模型更符合实际工况。为分析刨煤机动力学问题以及提高刨链可靠性提供理论基础。

刨煤机随机载荷的模拟分析及其应用

复杂煤层赋存条件下刨煤机的受力是随机变化的,这种变化直接影响刨煤机的刨削能力、生产率、工作可靠性和使用寿命。为研究刨煤机的载荷特性,基于破煤理论的刨刀受力模型,利用计算机程序模拟计算出刨刀、刨头和刨链受到的随机载荷,获得了不同刨深情况下刨刀、刨头和刨链受力的变化规律;分析了在考虑溜槽转角对刨链牵引力影响下,不同预紧力对刨链受力的影响。研究表明:刨刀与煤发生力学耦合作用而产生的交变冲击载荷中,刨刀受到的刨削阻力最大,小刨深情况下,刀体易出现磨损破坏,当刨深过大时,刨削过程中的能量积聚与释放会出现急剧的增加,使得刀体脊背处承受较高的动应力;预紧力的适当增加能减小刨链在工作过程中由于松紧交替而产生的振动;分析结果为研究动载荷作用下刨刀、刨链的可靠性和疲劳分析提供了理论依据。

基于CAN总线的刨煤机控制系统设计

介绍了一种刨煤机控制系统的设计方案和控制方案。该控制系统包括中央控制系统、电液控制系统、语音通信系统三部分,采用CAN总线组成通信网络,可实现对综采成套设备工作状态的实时监控功能。应用表明,该系统稳定性高,易于操作。

斜切工况下刨煤机动态特性研究及运行参数优化设计

为了研究刨煤机在斜切工况下的动态特性,推导了刨刀斜切进刀时截割煤壁深度以及刨刀参加截割的条件,并采用有限元法建立了刨煤机动力学模型。对斜切工况下刨煤机动力学特性进行了数值仿真分析,得到了斜切工况下的刨头、链条的速度波动曲线及张力波动曲线;以刨头进刀速度以及中部槽摆角为设计变量,以为单位能耗最小及载荷波动率最小为目标函数,采用多种群遗传算法对其进行优化,得到刨煤机最优进刀速度为1.2 m/s,中部槽最优摆角为1°,1°,0.7°,研究结果为刨煤机在工程中的应用提供了理论基础。

刨煤机刨头的稳定性分析

随着煤层开采厚度的增大,刨煤机刨头的高度相应增大,刨煤时,煤壁的作用力使刨头出现不稳定的情况。通过对刨头的受力以及刨头稳定性的影响因素进行分析,得出刨头高度和刨削深度是影响刨头稳定性的重要因素的结论,并结合实例得到了刨头高度和刨削深度的影响规律。研究结果为确定刨头支撑架的安装高度提供了理论依据,为进一步采取措施提高刨头的稳定性提供了理论基础。

坚硬顶板松软薄煤层刨煤机开采可刨性研究

依据目前国内外刨煤机开采实践,提出了煤层可刨性综合指标计算方法,将薄煤层可刨性划分为5类,即极易刨、易刨、一般、难刨和极难刨.根据曹窑煤矿坚硬顶板松软薄煤层地质条件和矿压显现规律,计算出薄煤层可刨性综合指标值,表明该薄煤层的可刨性属于一般类型.最后优化出了薄煤层刨煤机开采设备配套方案,为曹窑煤矿进行刨煤机开采提供了理论基础.