复杂工况条件下刮板输送机永磁半直驱系统机电耦合特性研究

提出一种由永磁同步电机和行星减速器组成的刮板输送机永磁半直驱系统。基于Adams和Matlab/Simulink搭建刮板输送机机械系统多体动力学模型和永磁半直驱控制系统模型,完成机电耦合系统的联合仿真。对刮板输送机空载、轻载和重载等多种工况进行仿真分析,得到各工况下永磁电机的输出特性和刮板输送机的动力学特性。研究结果表明:永磁半直驱系统能够实现低速大扭矩的快速输出,转速输出波动小,转矩输出具有良好的跟随性;永磁半直驱系统具有良好的启动性能和传动平稳性。刮板输送机机头转速、链环速度、链条张力在链轮多边形效应影响下呈周期性波动,受多边形效应影响链环在啮合过程中发生滑移,使得接触力呈波动变化,负载转矩和链条张力的波动随负载增大而加剧,随链轮转速增大而增大。

基于振动烈度的乳化液泵配流阀弹簧故障特征提取研究

针对乳化液泵配流阀弹簧故障识别难度大、故障特征提取困难等一系列问题,提出一种基于振动烈度的乳化液泵配流阀弹簧故障特征提取方法。基于AMESim软件搭建乳化液泵仿真模型,通过分别设置不同参数模拟吸、排液阀弹簧故障形式,得到正常和吸、排液阀弹簧故障状态下的出口压力信号;根据振动烈度理论,将泵出口压力信号转换成加速度信号,在频域上对出口压力信号进行烈度特征值的提取和分析。研究结果表明:当吸、排液阀分别发生故障时,对出口压力烈度特征值的影响规律不同,随着吸液阀弹簧故障程度的加深,出口压力烈度特征值由正常时的15.82 mm/s^(2)增大到20.58、28.18、34.85 mm/s^(2),且在断裂时达到最大值;随着排液阀弹簧故障程度的加深,出口压力烈度特征值由正常时的15.82 mm/s^(2)减小到15.77、14.88、9.28 mm/s^(2),且在断裂时达到最小值。该结果可为后续乳化液泵的故障诊断提供理论依据。

变刚度弹簧对高压大流量安全阀响应特性的影响规律

随着煤炭综采技术的发展,液压支架受到顶板来压的强度和频率不断增强。为研究高压大流量安全阀在顶板来压时的响应特性,以典型的1000 L/min大流量安全阀为基础研究对象,分别利用Simulink和AMESim建立模型,分析顶板来压时安全阀的弹簧刚度变化对其响应特性和启溢闭时间的影响规律。结果表明:定刚度弹簧刚度减小能有效减小超调量但阀芯震荡加剧,安全阀压力波动较大;刚度增加能使阀芯振幅减小且更快趋于稳定,但安全阀超调量增加,不利于卸荷溢流;变刚度弹簧能有效减小冲击载荷下安全阀的超调量,提高安全阀的压力控制精度,从而提高安全阀的稳定性和可靠性。此外,设计一种以氮气为气体弹簧的新结构安全阀,仿真结果表明:氮气弹簧安全阀的超调量为9.5 MPa,压力稳定时间61.4 ms,安全阀关闭时液压缸内压力为35.61 MPa,关闭延迟时间为78 ms,为高压大流量安全阀的设计提供了理论依据。

液黏传动软启动过程摩擦副应力场瞬态特性研究

为了研究液黏传动摩擦副软启动过程应力场的分布特性,利用Abaqus软件建立三维摩擦副热弹性分析模型,采用间接耦合数值分析方法来预测应力场的瞬态特性,并对参数敏感性进行了分析。结果表明,软启动过程中对偶钢片热应力逐渐增大,在启动结束时达到最大值,且最大值位置逐渐向中心区域靠近;油槽具有良好的冷却效果,摩擦衬片热应力最大值出现在每个菱形区域的边缘;弹性模量和热膨胀系数有正影响,而厚度和泊松比有负影响;改变参数值对热应力最大值出现的位置无影响。分析结果为摩擦副结构参数和材料参数的选择提供了参考依据。

液压支架网络化智能感控方法

在智能化综采工作面,液压支架的智能化技术对顶板及煤壁的安全控制、三机的协调运行及工作面的循环推进起着关键保障作用。针对煤矿智能化开采的技术现状及发展趋势,分析了液压支架与围岩的耦合状态、液压支架动作过程、支架与刮板输送机的协同控制、护帮板与煤壁耦合状态等感知功能需求,提出了相应的感知方法及传感元件的布置方案。在分析感知需求的基础上,提出了液压支架感知元件的结构框架及数字化感知网络架构。感知元件具有自供电数字化信号无线传输功能、架内无线传感网络采用ZigBee通信方式,所有无线感知信号通过信息接收装置进行存储、处理,然后通过RS485总线与支架控制器通讯,架间信息传输采用工业以太网。实现全面感知液压支架的位置、姿态、工作阻力、载荷分布、液压控制回路关键参数等信息。依据这些信息,结合矿压理论及支架与围岩耦合机理,可以实时掌握顶板状态、来压规律以及来压过程支架与围岩的耦合特性;利用数字化感控网络,液压支架各个动作的控制回路可以实现开关式闭环控制,可以为液压支架对围岩的自适应调节、推溜拉架的平直度控制、跟机移架自适应控制以及综采装备物联网的构建等智能化水平的进一步提升提供必要的信息支撑。

基于轴对称模型的摩擦副热弹性特性研究

摩擦副的热弹性特性直接影响液黏传动的工作性能和可靠性。为了研究软启动过程中温度变化和外界约束对摩擦副热弹性特性的影响,建立了摩擦副瞬态热传导和热弹性轴对称模型,综合考虑热应力和机械应力,采用间接耦合有限元数值分析方法预测对偶钢片温度场、应力场和位移场的分布规律,揭示了对偶钢片发生热失效的机理。结果表明:热负荷特性直接影响应力的分布,是导致热失效的关键因素。当应力超过材料的屈服强度时,钢片会发生翘曲变形。周向应力是最主要的应力分量,可作为判断对偶钢片是否发生热失效的重要依据。轴对称模型能够简化计算,同时不影响计算结果的准确性。研究结果为液黏传动摩擦副的设计和提高使用性能提供了一定的理论参考依据。

基于渗透边界的O形组合圈密封特性研究

为准确研究高压柱塞副O形组合密封圈的密封特性,考虑流体向密封接触区渗透对接触压力的影响,基于逐点比较法提出了综合渗透与非接触边界的数值仿真方法,研究高压流体作用下O形组合密封圈的接触压力与von Mises应力分布。进一步讨论不同预压缩量与流体压力下O形组合密封结构参数对其密封性能的影响。分析结果表明:综合渗透边界与非接触边界的分析方法具有较高的可靠性,试验对比误差为2.9%~4.3%;随着O形圈预压缩量增大,主接触压力与密封长度明显增大,而内部von Mises应力与侧接触压力的变化较小;随着流体压力的增大,O形圈von Mises应力与主、侧接触压力均明显增大,但密封长度的变化较小。此外,组合密封挡圈应用于高压柱塞副可有效避免O形圈局部应力集中,挡圈接触压力随流体压力的增大而增大,但明显小于O形圈主接触压力,仅起辅助密封作用。研究结果为高压柱塞副动密封结构设计与优化提供了依据。

基于液动力的水压阀阀口设计及试验研究

水压电液比例方向阀是智能化液压支架的核心控制元件,非线性的阀口液动力是影响比例阀性能的关键因素。非全周开口的"锥滑阀"是水压比例阀常采用的结构形式,"锥滑阀"有先节流后密封与先密封后节流两种结构形式。分别建立了两种结构的三维流道模型并进行了网格划分,通过网格无关性验证选取了合适的网格密度。利用CFD仿真方法得到不同阀口开度、不同阀口压差下阀芯所受液动力变化曲线,结果表明:两种"锥滑阀"结构阀口液动力变化趋势相同,先密封后节流结构的阀口液动力要明显小于同等工况下先节流后密封结构的液动力。最后搭建了液动力验证试验系统,通过测量阀口流量和阀口压差间接验证了CFD仿真分析的正确性。

A new technology for hard-rock tunneling based on drilling and hydraulic impact breaking

In order to realize the safety, high efficiency and rapidity of hard rock tunneling, we propose the drilling &hydraulic impact hard-rock tunneling(DHIHT) technology and method. Based on the LS-DYNA explicit module and APDL programming, the key parameters of DHIHT, including drilling spacing and drilling radius, were investigated. The simulation results show that: the drilling spacing should not exceed0.20 m-larger distances weaken the actual breaking effect; the best drilling radius is about 0.035 m, larger or smaller distances would both decrease the effect of drilling-hole free surfaces. The field impact breaking experiments were conducted in Baitaizi township granite quarry, Jinzhou, Liaoning province,China. The experiment results indicate that DHIHT is a feasible method for hard-rock tunneling, but its efficiency still needs to be further optimized and improved.

往复式密封流变特性的分析与验证

为了提高往复式密封的密封性能,对密封区内杆⁃密封界面的流变特性进行分析。基于变形理论,通过引入混合润滑状态下弹性流体动压润滑数值模型,进一步揭示了往复式密封的密封机理。基于此理论模型同时考虑多耦合场的相互作用,通过引入流体方程(考虑空化现象)、微观接触模型以及变形模型,进一步分析了不同密封表面粗糙度、润滑油黏度以及密封杆运动速度下对摩擦力、摩擦因数以及泄漏量的影响,并开展了相应实验验证。研究结果表明:密封表面粗糙度越大,界面摩擦力和泄漏量都随之增加;界面摩擦力随润滑油黏度、密封杆速的增加而降低,泄露却呈现出相反的趋势。

桃形腔液力偶合器两相环流特性数值模拟

为了对某型桃形腔液力偶合器不同充液率下流场两相环流特性及转矩特性进行分析,建立了液力偶合器泵轮和涡轮的内流场模型,应用计算流体动力学软件CFX进行了液力偶合器部分充液工况内流场数值模拟研究。结果表明:通过流场数值模拟可以准确得到液力偶合器内流道的流动状态,可对液力偶合器的转矩传递性能进行预测,仿真结果为调速型液力偶合器的选型与设计提供一定的理论依据。

VR环境下综采工作面三机网络协同操作系统研究

针对当前综采工作面虚拟现实仿真多为单人操作为主,缺少有效的异地远程协同操作手段的情况,以综采工作面三机为研究对象,在Unity3d平台下通过三维建模、运动编程、网络化等几个步骤建立了一套VR环境下综采工作面网络协同操作系统。采用面向对象编程和有限状态机原理建立系统框架,在此基础上建立了一套能够异地联机操作模拟综采工作面协同运作的实验系统。最后测试了该系统的联网、控制和协同运作功能。经测试,系统运行良好,达到了预期效果,为之后建立更复杂的演示系统和升级为监测系统提供了技术基础。

基于凸轮曲线的阀配流柱塞泵输出特性分析

为提高柱塞泵配流阀的响应特性,满足高速工况需求,提出一种应用于高响应轴向柱塞泵的凸轮组合方程曲线设计方法.以阀配流轴向柱塞泵为对象,分别搭建基于余弦方程、高次多项式与组合方程曲线的柱塞泵液压仿真模型,分析不同凸轮曲线对配流阀阀芯滞后特性的影响.计算不同凸轮曲线下泵的理论排量和瞬时排量,探究曲线对柱塞泵流量脉动的影响.结果表明:与余弦曲线相比,基于组合方程曲线的配流阀阀芯响应性至少提高了30%,但在该方程曲线下,柱塞泵仍存在一定的流量脉动,研究成果为轴向曲线式柱塞泵曲线的选型与优化提供理论依据.

矿用电磁阀电机械转换器的设计与特性分析

针对液压支架上的矿用电磁先导阀,提出了两种不同磁轭结构的音圈电机作为先导阀上的电机械转换器,建立了音圈电机的机、电、磁耦合动态数学模型,通过Ansoft Maxwell分析比较两种不同的磁轭结构对音圈电机电磁力特性的影响,测得有径向磁轭结构的音圈电机其电磁力峰值可达5.2N,相比另一结构提高了24%。研究了径向磁轭厚度、气隙以及磁轭宽度对电磁力的影响,得出径向磁轭厚度越大,气隙越小,内磁轭越宽,电磁力越大的结论。

煤矿机械工程类创新型人才培养模式探究——以太原理工大学为例

在"双一流"学科建设背景下,太原理工大学针对煤矿机械工程技术人才的培养模式进行了深入探索。结合行业和专业特色,充分发挥学术优势,研究远程及虚拟现实技术在实践教学活动中的应用,实现科研与教学活动的有效融合。通过高校与煤机企业深入合作,共同培养人才,建立实践基地,构建多渠道工程技术人才培养模式。