非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环综合性能分析

为利用非共沸工质在蒸发器内“温度滑移”的优势,避免在冷凝器内“组分迁移”的不利影响。构建了非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环系统(ORC with separation,compression,and remixing,SCRM-ORC)。采用分凝器将非共沸混合工质分离成2种纯工质,分别进入气液热交换器两空间进行气液换热,再对纯工质压缩、混合再利用。以120℃地热水为热源,R134a/R245fa为工质,建立热力、经济与环境性能模型,分析R134a质量分数对系统综合性能的影响,并与采用R134a的乏气压缩再循环ORC系统(compression recycling,CR-ORC)性能进行对比。采用遗传算法进行多目标优化,揭示系统最优性能与工况参数。结果表明:与CR-ORC系统相比,非共沸工质SCRM-ORC系统可有效降低冷凝热的释放量,在R134a质量分数较低时提高冷凝热回收利用量,同时具有较好的综合性能。将分凝器与气液热交换器看作整体与CR-ORC系统中新型冷凝器相比,二者[火用]损失之和与投资成本之和小于CR-ORC系统中冷凝器的。在R134a质量分数为0.2181时,系统综合性能最优,此时净输出功为3412.1kW,投资回收期为2.237年,年当量CO_(2)减排量为4520.6×10^(3)kg。

基于采煤机可靠性的智能牵引调速系统研究

在井下,采煤机牵引速度直接影响到采煤机的效率及可靠性。以MG70*2/325-BWD型采煤机为研究对象,从采煤机可靠性出发,采用Simulink建立了基于采煤机关键零件可靠性的智能调速系统,解决了牵引电机负载转矩模块、经过神经网络拟合的最优牵引速度生成模块等模块的构建及仿真问题,仿真结果表明:该系统可实现牵引速度对推荐最优牵引速度的快速、精准跟踪;当煤岩坚固性系数为2.85、截割深度为0.58 m时,牵引电机转速最大为1 142.06 r/min,牵引速度可达到4.85 m/min;由于牵引电机裕度较大,可通过提高薄弱环节可靠性来进一步提升采煤机生产效率,使采煤机整体性能达最优。

薄煤层采煤机运动学参数最佳匹配问题研究

薄煤层采煤机装煤效率的问题一直备受关注,为了使采煤机在截割功率允许范围内,装煤率得到改善并保证能耗最小、切削面积最大、进而达到截割性能最优,对采煤机运动学参数匹配问题进行了研究。采用EDEM软件,建立了采煤机截割部的离散元仿真模型,分析了滚筒转速、牵引速度与实际装煤量、装煤率之间的关系;采用MATLAB软件,建立了滚筒截割比能耗以及切削面积的数学模型,以装煤率、实际装煤量、切削面积、截割比能耗为目标函数,建立了采煤机滚筒运动学参数的多目标优化方程,通过优化得到了牵引速度与滚筒转速的最佳匹配值。研究表明:当滚筒转速为53.4 r/min、牵引速度为8.9 m/min时,滚筒性能达到最优。此时滚筒装煤率为59.025 7%,实际装煤量200.541 1 t/h,切削面积56.667 cm^2,截割比能耗0.874 k W·h/m^3。

采煤机截割部传动系统故障信号小波包分解方法研究

采煤机主要通过截割部上的滚筒截割煤岩,若其传动系统发生故障将导致采煤工作中断,造成巨大的经济损失。以MG2×70/325采煤机为依托,采用PRO/E建立了断齿、裂纹齿轮和缺陷轴承等常见故障模型,利用ANSYS及ADAMS建立了引入故障形式的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型,提取各惰轮轴轴向和径向受力数据,作为建立故障诊断系统的样本。用Coif4小波对数据进行小波包分解,求各子带能量值,作为神经网络输入向量,结合Elman神经网络建立采煤机截割煤岩时的故障诊断模型,仿真结果表明:该方法可有效地诊断传动系统的故障零件和类型,对于复杂工况下,采煤机故障检测以及在线实时监测具有一定的指导意义。

基于LS-DYNA的采煤机滚筒截割夹矸煤岩强度分析

为获取复杂工况下薄煤层采煤机螺旋滚筒应力信息,进而指导其参数设计或运动学参数匹配,采用PRO/E建立了滚筒及煤岩模型,通过专用接口导入到Ansys,并根据实际情况对模型进行定义单元、材料、划分网格添加约束、接触等操作,最终在Ls-Dyan中建立了螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,设置牵引速度为4 m/min,滚筒转速为80 r/min,并对其进行动态仿真,获取相应零件的接触力信息及应力云图。结果表明:截齿合金头、齿体、齿座、叶片最大应力分别为1 209. 26 MPa、812. 5 MPa、371. 79 MPa以及103. 56 MPa,均小于各自材料的许用应力,能够可靠工作。该方法能够找到滚筒的薄弱环节,可为螺旋滚筒设计及运动学参数匹配提供重要的理论参考。

基于应力-强度干涉理论的采煤机截割部关键零件可靠性分析

随着中厚煤层不断开采完毕,薄煤层开采比重将不断加大,其安全、高效开采日显重要,但由于开采空间有限、条件恶劣,采煤机易出现设计结构不合理、工作状态不稳定、可靠性差等问题。以MG2~* 100/455-BWD新型薄煤层采煤机截割部为工程对象,采用Pro/E,ANSYS,ADAMS建立了该采煤机的刚柔耦合虚拟样机模型,基于破煤理论建立了采煤机螺旋滚筒的力学模型,通过MATLAB编制了相关程序解决了刚柔耦合虚拟样机模型载荷添加的问题;通过虚拟仿真获取了关键零件输出轴、壳体、行星架的Von Mises应力分布及最大应力节点应力值的时域信息,以30组不同牵引速度仿真模型的仿真结果建立了各关键零件的最大应力分布函数;以应力-强度干涉可靠性理论为基础,结合各关键零件的最大应力分布函数及所用材料强度分布函数,在考虑载荷作用次数情况下,建立各关键零件在随机载荷多次作用下的可靠度计算模型。经分析计算得到输出轴、行星架、壳体的可靠度分别为0.978,0.536及0.614,研究发现:行星架与壳体存在应力集中现象,应力最大位置分别位于行星架腹板与花键轴相交处及壳体惰轮轴孔后侧与行星减速器承载部分相交处。在对薄弱零件改进后,行星架、壳体的可靠度分别达到0.969 0和0.997 4,满足使用要求。该方法可有效缩短产品设计周期,提高采煤机关键零件的设计质量及可靠性。

基于强度理论及虚拟仿真相结合的行星减速机构可靠性分析

基于破煤理论建立了采煤机的力学模型,采用ADAMS建立采煤机刚柔耦合模型,并解决了边界条件添加、接触法向力提取等技术问题,分析了行星轴、架的可靠性;基于行星减速机构强度校核基本原理,开发了行星齿轮强度校核软件,以虚拟仿真中的动态接触法向力为输入,对某公司两种行星减速机构设计方案中各齿轮的接触应力和弯曲应力进行研究。该方法解决了传统分析中齿轮受力无法确定以及采用有限元软件无法求解齿根弯曲应力、求解接触应力时间过长的不足。结果表明:二级行星减速机构采用4行星轮结构要优于采用3行星轮方案,传动更稳定、可靠。

采掘机械行星减速齿轮强度校核软件的开发及应用

采用Matlab与Excel联合编制了采掘机械行星齿轮强度校核软件,软件以采掘机械动力学仿真中的接触法向力作为软件的输入,通过输入齿轮必要的设计及材料参数,便可实现齿轮齿面接触应力及齿根弯曲应力的校核,解决了传统分析中齿轮受力无法确定以及采用有限元软件无法求解齿根弯曲应力、求解接触应力时间过长的不足。以某公司生产的EBZ220型掘进机为例,通过校核发现该掘进机截割机构的二级行星轮齿根弯曲应力不满足强度要求,该掘进机不适合以1.38 m/min截割f值为8的岩石。研究为齿轮强度校核提供了一种新的的理念和方法,具有重要的理论意义及较强的工程应用价值。

运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。

纵轴式掘进机截割头设计方法研究现状与展望

对截割头的主要设计参数进行了阐述,从截割头煤岩破落机理、煤岩破落数值模拟以及截割头结构参数方面概括了近60 a来国内外截割头设计的研究现状,通过对比现在的研究方法总结出未来的研究趋势:理论研究与实验进一步结合、有限元-离散元双向耦合动力学仿真、智能算法与虚拟仿真不断的紧密结合,这些方法的出现将使更加全面地研究掘进机截割头破落煤岩的性质成为可能,也为高性能掘进机截割头的设计提供重要依据,对现行研究具有借鉴意义。

基于FLUENT的采煤机螺旋滚筒内喷雾性能研究

井下工作面粉尘不仅影响工人身体健康,而且容易引发粉尘爆炸等安全事故。螺旋滚筒的内喷雾系统在解决粉尘污染产生问题上起着至关重要的作用,因此设计出具有良好性能的内喷雾系统的螺旋滚筒至关重要。以MG325采煤机为依托,采用Pro/E和GAMBIT建立该采煤机截割机构及其工作面有限元模型,选用双湍流流动数学模型构建滚筒内喷雾数学模型,通过FLUENT对内喷雾系统外流场进行仿真分析,分别分析喷雾压力、喷嘴口径、扩散角和喷雾入射角对雾滴粒径、运动速度等雾化效果的影响。研究表明:当喷雾压力为5 MPa、喷嘴口径为1.2 mm、扩散角为60°、内喷雾入射角为15°时,喷雾效果最佳。分析结果为提高采煤机螺旋滚筒喷雾降尘效率提供了明确的量化依据,为喷雾系统的设计提供了新的理念和方法。

基于经济截割的采煤机运动学参数优化研究

利用Matlab软件编制了采煤机以不同牵引速度、不同截割深度截割不同坚固性系数煤层时的载荷计算程序并生成载荷文本,采用均匀设计法对这些文本进行选择,作为刚柔耦合模型的外载,仿真后通过人工神经网络预测了其他工况下各关键零部件的可靠性。基于神经网络预测结果分析了煤层坚固性系数,采煤机牵引速度以及滚筒截割深度与采煤机工作可靠性的关系。并且在保证采煤机可靠工作的前提下,得到了采煤机经济截割曲线,以及相应的最优生产率。研究表明:该型采煤机截割坚固性系数为3的韧性煤时,推荐牵引速度为4.807 m/min,截割深度为550 mm,此时采煤机落煤率为257.8 t/h,其中,单滚筒理论最大落煤率为165 t/h。将虚拟样机技术与人工神经网络相结合能更快更好地解决工程实际中的多参数复杂优化问题。

基于EDEM对薄煤层采煤机装煤性能的研究新方法及应用

介绍离散元法的数值计算方程和螺旋滚筒理论装煤率的计算方法,并结合工程实际项目,根据采煤机滚筒叶片的螺旋升角、厚度、煤与叶片的摩擦因数、滚筒转速等相关参数计算出采煤机的理论装煤率。利用Pro/E软件建立了采煤机装煤系统模型并将其导入到通用CAE软件EDEM中,根据煤层赋存条件及采煤机实际工况对装煤系统仿真模型的材料和属性等参数进行设置。通过对滚筒装煤率离散元仿真的结果和理论装煤率进行研究和分析,验证了离散元法对采煤机滚筒装煤效果仿真研究的可行性和分析的准确性,为离散元法在采煤机装煤性能方面的研究提供了重要参考。

纵轴式掘进机横摆运动参数的优化设计

建立了掘进机横摆过程中液压杆伸缩量与横摆速度之间的数学模型,由单位能耗反求法推导出理论横摆速度,并估算了其取值范围;应用Matlab计算出不同横摆速度下的载荷曲线;在多体动力学仿真软件ADAMS中建立了掘进机的刚柔耦合模型,并对不同横摆速度及相应载荷下的模型进行动态仿真;以掘进机生产率、回转台可靠性及寿命为约束条件,对横摆速度进行优化。结果表明:基于某工况,在保证回转台可靠工作的前提下,液压杆伸出速度为2.887 mm/s,即横摆线速度为1.106 m/min时,该型号掘进机能达到经济截割。

难刨煤层刨刀可靠性与疲劳寿命研究

基于Pro/E,ADAMS,ANSYS,Matlab与nSoft构造联合仿真平台,建立了某滑行刨煤机刨头的刚柔耦合虚拟样机模型。通过对某难刨煤层赋存条件的研究,生成了实际工况下刨刀的三向力载荷文件。提出了减少煤脊残留的非对称方式布置的新型刨刀,并对传统刨刀与新型刨刀在煤质韧性较高,煤层次生性裂隙极不发育的工况下所受的最大主应力与疲劳寿命进行了对比分析。结果表明:两种刨刀所受最大主应力基本相等,但传统刨刀在刨削难刨煤层过程中将随着煤脊的残留而无法继续工作,而以左右非对称方式布置的新型刨刀既消除了煤脊的残留,同时又提高了刨刀工作的可靠性、延长了刨刀使用寿命。

薄煤层采煤机滚筒载荷特性仿真分析

为研究复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机滚筒的载荷特性,根据煤层赋存条件与采煤机工作状态,提出了截齿工作状态的判定条件,并设计出了不同工况下滚筒载荷仿真方案。以某薄煤层采煤机滚筒为研究对象,仿真得到五种典型工况下滚筒的载荷谱;分析了采煤机截割阻力矩、截割功率随滚筒转速和牵引速度变化的规律。研究结果表明:截割硬质包裹体受到的载荷波动明显高于其他工况;滚筒转速越高,负载转矩相对于牵引速度的变化范围越小,截割功率沿滚筒转速和牵引速度增大方向不断上升。

基于虚拟样机技术的采煤机截割部可靠性研究

为研究某煤机公司开发的中厚煤层采煤机截割部的可靠性,采用MATLAB、PRO/E、ANSYS和ADAMS四款软件联合构建了该截割部刚柔耦合虚拟样机协同仿真平台,对整个系统施加载荷、添加约束、合理设置求解器后进行仿真实验。结果表明:截割部关键零部件在模拟的工况下存在着诸如摇臂壳体变形过大、两级行星部分动态同轴度误差超差以及惰轮轴轴承使用寿命过低等问题。依据仿真结果提出了改进措施及优化方案,为现有产品的改造以及提高采煤机截割部系统级性能提供了明确的量化依据。

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。

新型薄煤层采煤机装煤量与可靠性研究

为提高薄煤层采煤机的装煤量,建立了螺旋滚筒装煤量的数学模型。研究发现采煤机装煤量随叶片螺旋升角的增大呈先增后减的变化规律,并获得了最大装煤量时的螺旋升角;建立了采煤机截割部虚拟样机模型,基于实际工况加载仿真后发现,摇臂壳体和行星架的强度均显不足,根据仿真结果分别对其结构进行优化,优化后力学性能明显提高;摇臂壳体及行星架的可靠性随采煤机牵引速度的增大而降低,而叶片螺旋升角的变化对其可靠性的影响很小,可以忽略。综合以上考虑,在原设计基础上增大叶片螺旋升角、增加挡煤板,使采煤机装煤量提高了53%。

基于MATLAB与EXCEL联合编程开发掘进机截割头设计新方法

采用Matlab与Excel联合编程开发了纵轴式掘进机截割头辅助设计软件,根据掘进工作面的赋存条件,通过输入截割头必要的运动学参数,便可自动生成对应的截齿排列图、载荷曲线和切削图等,获取截割头形状、叶片头数及截齿排列方式和钻进速度与截割功率、截割比能耗、截割阻力、切削面积之间的参数关系,为截割头设计及优化提供了一种新方法。以EBZ220型掘进机为工程对象,对截割头形状、叶片头数、截齿排布和钻进速度进行设计并选择最优方案,显现了软件的普适性。