掘进机截齿振动疲劳寿命预估与参数优化

为了确定掘进机截齿的振动疲劳寿命和影响因素,根据截齿的力学模型,建立其动力学方程,计算加速度响应谱,并将其作为截齿振动的激励;依据Miner疲劳损伤原理,借助Workbench对其有限元模型进行模态分析、随机振动分析、响应谱分析,获取截齿的振动应力云图,确定其应力范围为(2.713 2×10~6)~(1.703 5×10~(10))Pa;将分析数据导入nCode模块中分析截齿的振动疲劳寿命,发现位于锥面区域截齿寿命最长,圆弧区其次,柱面区域最低。针对柱面区域振动疲劳寿命较低的截齿,采用粒子群多目标优化算法,以截齿转角为优化目标,获得了最优转角值,可使该区域截齿振动寿命提高一个数量级。最后,通过截齿载荷灵敏度分析,确定载荷频率变化是影响截齿疲劳寿命的重要因素。所得结论对于优化截齿排列图、提高掘进机截齿使用寿命具有重要参考意义。

矿用挖掘式装载机工作机构疲劳寿命分析

为了确定矿用挖掘式装载机工作机构的疲劳寿命,分析并确定了铲斗随机挖掘阻力的计算方法,利用Matlab模拟铲斗的随机挖掘阻力。采用Pro/E建立该机工作机构的三维模型,将其映射到Workbench环境中创建其有限元模型;将模拟的挖掘阻力数据导入ncode模块,分析铲斗、小臂和大臂的应力和疲劳寿命情况。结果表明:该机工作机构的应变量范围在0.313×10^(-2)~0.028 m之间,应力范围集中在705~3.85×10^(8)Pa;铲斗与连杆的连接部位寿命最短,约7.58×10^(6)次,所得结论可为矿用挖掘式装载机的参数设计及优化提供依据。

滚筒采煤机截割载荷的模拟系统开发及其模拟

为解决因采煤机螺旋滚筒截割载荷计算难、导致滚筒设计缺少依据、产品质量低、截割性能差的实际问题,在给出滚筒截割载荷确定方法的基础上,基于Matlab/GUI开发了采煤机螺旋滚筒截割载荷的模拟系统。该系统采用Matlab/GUI界面,利用Matlab软件为平台,通过输入不同的滚筒及采煤机参数和煤岩的特性参数,可模拟采煤机截割各种对象、以各运动参数工作时滚筒的截割载荷,并能直观显示各载荷的图形、数据和统计结果。该系统具有数据与程序分离、操作简便、适应性强等特点,能快速、准确地获取滚筒的截割载荷。以国产某型薄煤层采煤机为例,对其滚筒截割载荷进行了模拟分析,得出了前、后滚筒三向载荷和负载扭矩曲线及统计结果,搞清了该采煤机截割载荷的大小、变化规律及其相关关系,为改进滚筒设计、研究、评价和改善采煤机的截割性能提供了参考。

基于PSO-GACA的采煤机螺旋滚筒参数优化设计

为了改善滚筒采煤机的装煤性能、增加采煤机的块煤率、提高其产煤经济效益,以叶片外缘直径、内、外螺旋升角、滚筒转速和采煤机牵引速度为设计变量,选择装煤生产率最大和吨煤售价最高作为目标函数,建立了各种几何约束及性能约束,采用粒子群算法和蚁群算法的混合算法(PSO-GACA算法)对螺旋滚筒的参数进行优化设计。结果表明,在保证滚筒不发生堵塞、抛煤距离合理等条件下,优化后的采煤机装煤生产率提高14.5%,块煤率增加13.2%,吨煤售价可提高0.75%。

纵轴式掘进机横向和纵向随机振动响应的分析

为分析纵轴式掘进机在随机激励作用下的振动特性,利用拉格朗日方法建立其随机激励作用下横向和纵向的运动微分方程,以国产某型掘进机为例,针对截割头所受随机激励产生的随机振动,运用虚拟激励法导出了掘进机横向和纵向振动响应的数学模型,并利用Matlab汇编语言赋值求解,获得了该掘进机系统的固有频率和3阶振型以及在随机激励作用下截割头、悬臂和机体的位移响应特性。研究结果表明:系统的固有频率集中在低频7 Hz内,第2阶固有频率对掘进机振动影响较大。在外随机激励作用下,截割头和悬臂的横向位移响应幅值略小于纵向,机体的纵向位移响应幅值明显大于横向。为验证结论的可靠性,利用ADAMS对掘进机多刚体动力学模型仿真,理论值、模型仿真结果和实验数据较接近,证实该方法研究掘进机的随机振动可行。

滚筒式采煤机截齿排列参数化设计系统的研究

为解决采煤机滚筒截齿排列设计水平低、研发周期长、截割性能差等问题,给出了截齿排列方式及其参数确定方法.利用MATLAB GUIDE语言编程,开发了采煤机滚筒截齿排列参数化设计系统.该系统通过输入设计参数便可设计出滚筒的多种截齿排列方案,利用截割顺序图、切屑图以及滚筒载荷图可判断设计方案的合理性.通过实例,对常用三头螺旋滚筒的2种截齿排列方式进行模拟分析,结果显示:畸变1式截割性能优于畸变2式.研究表明,该系统可提高滚筒设计质量,设计方案直观,设计结果可定性、定量分析,为设计质量好、性能佳的采煤机滚筒奠定了基础.

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。

基于参数识别的截割头纵向随机振动响应优化

为减小纵轴式掘进机截割头的振动,利用Lagrange方法并结合虚拟激励法推导了该型掘进机的纵向运动微分方程,根据Daubechies小波函数多尺度逼近方法和最小二乘法原理,将掘进机在随机激励作用下系统的时变阻尼和时变刚度用多尺度函数的线性组合表示,从而将时变参数识别问题转化为时不变问题。将识别出的刚度和阻尼值作为初始条件,借助鱼群算法以截割头纵向振动的位移响应为目标函数对参数进行了优化。结果表明:参数优化后截割头纵向振动的位移响应的均值下降了18.3%。为验证优化结果的可靠性,利用ADAMS建立了整机的多刚体动力学模型。仿真结果表明,截割头的位移响应变化与理论计算的结果较接近,从而验证了优化结果的有效性。

基于人工鱼群算法的螺旋钻采煤机二次破碎率最低的参数优化设计

为了减小螺旋钻采煤机二次破碎率,选择螺旋输送机构的内径、螺旋叶片导程、螺旋叶片升角以及螺旋叶片厚度为设计参数,以螺旋输送机构二次破碎率最低为优化目标,采用人工鱼群算法(AFSA)对螺旋输送机构进行参数优化。优化结果表明,在输送机构外径不变、且保证结构强度与刚度要求和不堵塞等条件下,螺旋钻采煤机的二次破碎率减少了11.56%,煤流循环系数降低了3.65%。

基于GAAA算法的螺旋钻采煤机输送机构参数的优化

为改善螺旋钻采煤机的输送性能,提高其输送效率,以螺旋输送机构的内径、螺距、螺旋升角、中心杆的强度以及转速为设计变量,选择输送机构的输煤生产率最大和能耗最低作为优化目标,采用遗传算法和蚂蚁算法的混合算法(GAAA算法)对螺旋输送机构进行参数优化。优化结果表明,在输送机构外径和螺旋叶片厚度保持不变的情况下,在保证结构强度与刚度要求和不发生堵塞等条件下,螺旋钻采煤机的输煤生产率提高了23.17%,输送效率提高了12.93%。

两种不同截齿排列截割头性能的比较

为了评价利用等螺旋升角进行截齿排列设计的截割头的截割性能,选用了一个实际的截割头进行比较,通过计算机仿真获得两个截割头截割过程的切屑图和载荷曲线,经比较分析表明,用等螺旋升角排列截齿的截割头截槽合理,各段切屑图均匀,载荷大小及其波动较小,截割性能良好,所以用等螺旋升角排列截齿是一种高效、实用的截齿排列方法。

ZF3700/16/26型支架底座加载试验的仿真研究

为了研究ZF3700/16/26型液压支架底座在各种危险工况下的强度和应力分布,利用Pro/E软件建立了该型液压支架及其底座的三维实体模型,通过对底座两种危险工况———两端施加集中载荷和扭转的模拟加载实验,获得了各工作状态下该支架底座的应力与位移分布云图。研究表明:底座的应力集中位于前后柱窝及其边缘盖板处,两种工况下支架底座最大应力分别为116.9 MPa、257.2 MPa。所得结论对于根据支架底座的位移和应力分布特点合理设计底座结构、提高底座的承载能力、增加其使用寿命提供了理论依据。

连续采煤机运动参数对截割载荷影响的研究

为了研究连续采煤机的运动参数对截割机构载荷的影响,通过对截割机构的受力分析,建立了连续采煤机截割滚筒载荷的数学模型。利用计算机模拟的方法,对不同滚筒转数、不同悬臂摆动速度下连续采煤机截割机构的载荷进行了模拟,得到了连续采煤机截割过程截割机构的三向载荷大小及其变化规律。结果表明,在截割机构的三向载荷中,推进阻力最大,升降阻力的波动最明显,各向载荷随悬臂摆动速度的增大而增加,随滚筒转速的提高而降低,所得结果为合理确定连续采煤机的运动参数、进一步改善连续采煤机的截割性能和工作质量提供了依据。

割岩截齿的应力分布及其载荷的仿真研究

针对掘进机截割岩石时截齿损坏严重、直接影响掘进机截割的经济效益和推广应用的实际,为了探究截齿损坏的原因,解决割岩截齿强度的问题,提出了一种考虑硬质合金头柔性体截齿割岩的分析方法,根据等向硬化理论、关联流动法则、能量耗散的破坏准则,建立了岩石及其截槽的三维模型和截齿的硬质合金头、齿体的三维模型,通过显式动力学分析模块ABAQUS/explicit,仿真得到了截齿及其齿体、硬质合金头的应力云图和截齿的截割阻力、牵引阻力和侧向阻力曲线。研究证明,齿体与合金头结合部的应力集中是产生合金头脱落的主要原因,幅值最大的截割阻力将导致截齿的磨损、折断,而波动最大的侧向阻力是引起截齿横向疲劳断裂的根本原因。实践证明,可为截齿的强度设计提供了科学依据。

基于Pro/E和ANSYS的硬岩掘进机截割机构的有限元分析

为了研究硬岩掘进机截割机构在外载荷作用下的应力应变特性,应用Pro/E软件对某型掘进机截割机构进行建模,利用接口将模型导入ANSYS,进行网格划分,建立有限元模型。通过某型硬岩掘进机进行有限元分析表明,当截割f=14的岩石时,该机截割机构的最大变形量为2.7mm,位于截割头前端,最大应力为248MPa,发生在悬臂升降油缸的销孔处。所得结论为改进硬岩掘进机截割机构、改善其受力状况和工作性能、延长使用寿命提供了依据。

不同刨削深度MK型刨刀强度与疲劳寿命研究

为了研究不同刨削深度下MK97-002型刨刀的强度和寿命特征,提出了一种实体模型刨刀刨削煤层过程的仿真方法。采用柔性体材料建立刨刀实体模型,根据无网格光滑质点动力学SPH理论、等向硬化理论、关联流动法则,构建煤层的本构模型,通过对刨刀薄弱位置(刀体和硬质合金头连接处)3种刨削深度刨削过程的仿真,得出该位置的应力变化及其统计值;采用改进雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型对刨刀疲劳寿命进行预测。结果表明,刨刀的应力随刨削深度增加而增加;刨刀的强度接近许用值,其裕量很小;随刨削深度增加,刨刀的累积损伤增长,有效工作时间减少,疲劳寿命降低,刨刀损坏加剧;所得结论与实际情况相符。

横向截割头摆动截割时切屑图的模拟研究

利用切削图可分析和评价截割头的设计质量和掘进机的截割性能特点,通过建立数学模型,实现对切削图的模拟,利用计算机辅助设计,替代设计中的人工绘制。并结合实例对这种掘进机进行了模拟与分析,给出了横轴式掘进机截割头摆动截割时切屑图的模拟方法,为研究该型掘进机的截割性能提供了一种简捷、有效的方法。

井下移动式液压破碎机工作机构疲劳寿命分析

为了探究井下移动式液压破碎机工作机构破坏的原因,为改进结构、改善工作性能和延长使用寿命提供依据,在Pro/E和Adams协同仿真坏境下确定了某型移动式破碎机工作机构的4种典型工况,根据冲击机械系统波动力学理论,导出该破碎机破碎岩石时冲击载荷的计算模型。使用ANSYS有限元分析软件对工作机构进行疲劳寿命分析。结果表明,在最大破碎深度时,小臂与小臂油缸铰接位置的疲劳强度最低,疲劳寿命为1.032×107次循环,损伤累计值为0.969;安全系数仅1.03,不满足结构设计要求,需对结构进行改进。

典型工况下冲击破岩掘进机工作机构力学特性研究

为探究冲击破岩掘进机典型工况下工作机构的力学特征,发现其薄弱环节并提供改进依据,利用Pro/E软件建立其工作机构三维实体模型,根据冲击锤破岩的力学模型,采用应力波合成理论,并利用Matlab汇编语言求得冲击破岩的凿入力,使用ANSYS软件对工作机构冲击巷道顶部右肩角时两钎杆由不同步到同步破岩的过程进行有限元分析.研究表明:由不同步向同步工况转换过程中,两钎杆应力差、扭矩、扭转变形逐渐减小直至相等;摆动支座与动臂及举升油缸、摆动油缸铰接处,摇臂与动臂、动臂油缸铰点处有应力集中;摆动支座是工作机构薄弱环节,最大变形发生在锤头部;偏载作用导致钎头有明显变形,动臂应力危险区位于受偏载侧,对工作机构力学性能影响较大.

基于改进GAAA算法的连采机外喷雾降尘参数优化

为提高连续采煤机外喷雾装置的降尘效率,改进安全技术和工作面环境,以雾化压力、喷雾有效作用区长度、喷雾扩散角、喷嘴直径、相邻喷雾截面圆重叠参数为设计变量,建立了降尘效率最大的目标函数,运用改进遗传算法和蚂蚁算法的混合算法(GAAA算法)对2~8μm不同粒径粉尘的降尘效率进行整体参数优化,并对降尘效果进行了分析和模拟验证。研究表明,随粉尘粒径增加,平均降尘效率先增大后减小,耗水量逐渐增大,最优降尘参数组可使平均降尘效率达90.9%,提高了7.5%,耗水量减少了6.0%,其对煤矿井下安全事故的预防有重要意义。