刨煤机刨刀在典型载荷作用下的变形及应力规律研究

刨煤机是薄煤层开采的主要机械,刨刀是刨煤机刨削煤的工具。由于煤层结构复杂多变,在刨削过程中刨刀会受到不同形式的载荷作用,这些载荷对刨刀的刨削性能和刨煤机生产率有着重要影响。文中选取恒定载荷、Normal分布的随机载荷、Γ(Gamma)分布的随机载荷、冲击载荷4种典型载荷及实验测试载荷。基于破煤理论,对单把刨刀进行受力分析。基于ANSYS Workbench对典型载荷及实验载荷作用下的刨刀应力和变形规律进行研究。基于小波能量谱对等效应力信号进行能量谱分析。结果表明:当刨刀受到的载荷为恒定载荷、Normal分布的随机载荷和冲击载荷时刨削阻力(均值)增大确定的倍数,其最大变形量及受到的最大等效应力也会增大相应的倍数;实验测试载荷与Γ(Gamma)分布的随机载荷不会增大相应的倍数。刨刀变形量及所受等效应力的变化趋势与刨削阻力变化趋势一致;刀头部位变形最大且最大等效应力出现在刀头与刀身的连接处及刀身与底座连接处,等效应力信号的能量主要集中在0~1.562 5Hz的较低频带中,实验测试载荷时能量主要集中在0~3.875 Hz。对刨刀在典型载荷和实验测试载荷作用下的变形、应力及应力信号能量分布的规律研究,为刨刀的结构设计及优化,刨刀的破坏和可靠性分析,提高刨刀刨削性能和刨煤机工作效率等提供了理论依据。

驱动式圆盘耕作外载特性

驱动式圆盘犁是８０年代新出现的节能型耕作机具。采用专门制作的试验装置对驱动式耕作圆盘的外载六分力进行了田间测定，在２类３种土壤中测得了不同转速、不同耕速、不同偏角及耕深条件下的六分力数据并进行了分析，将其与被动式圆盘进行了对比。归纳出六分力的变化规律及典型土壤条件下的六分力数据，所得结果可作为驱动式圆盘犁设计的依据。

犁耕和旋耕作业发动机载荷的统计特性

了解发动机载荷动态特性是对发动机及机组系统进行动态性能分析和动态匹配的前提。该文根据对田间试验和土槽试验数据的各种统计检验 ,总结了犁耕和旋耕作业时发动机载荷阻转矩的一些基本的统计特性。证实了犁耕作业发动机的载荷可以认为是平稳的正态分布的随机载荷 ,其功率谱曲线的谱峰在低于 2 Hz处 ;旋耕作业发动机的载荷是兼有随机成分和周期成分的动态载荷 ,其中周期谐波的基频为刀轴转速 ,随机成分一部分能量集中于基频以内 ,部分分布于较宽频率范围。在常用的速度范围内 。

犁体表面载荷分布的传感器阵列检测

为揭示犁体表面与土体间的相互关系,探讨使用压力传感器阵列测试犁体表面所受土体压力的可行性。用自制的隔离盒分别将11个压力传感器封装后布置在犁体表面,形成传感器阵列,并将构建的系统置于流变态粘性土壤中进行测试。测试结果表明,该测试手段满足使用要求,其数据表明最大点荷载产生于犁铧的铧面上,最小点荷载产生在犁铧与犁壁的过渡区域。

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。

刨刀随机载荷及其强度的仿真研究

针对刨刀使用寿命短、影响煤炭生产经济效益的实际问题,为了探究刨刀损坏原因,提出了用两个正态随机分布和其标准相关函数来近似代替伽马分布,建立了刨刀刨削硬质包裹体随机载荷的数学模型,根据刨煤理论建立了刨刀的有限元分析模型,利用Maltab软件对MK97-002型刨刀进行仿真,得到了刨刀的随机载荷曲线及其统计值,并以最大随机载荷对刨刀加载,通过计算机仿真和有限元分析获得了刨刀上的应力及应变云图。研究发现:刨刀的随机载荷及其波动大小依次为刨削阻力、进刀阻力、侧向阻力,且载荷波动较大,最大应力和最大位移均出现在刨刀合金头处。分析认为,该处是刨刀的薄弱环节,应力集中及其应变是导致刨刀损坏的主要原因,焊缝处的损坏由疲劳失效所致,而载荷波动是引起疲劳破坏的根源。结果表明,仿真计算与实际情况相符,所建模型正确,仿真结果可信。

犁体外载六分力数据采集系统的研制

针对目前犁体外载的测定装置在数据采集方面普遍地使用磁带记录,导致在测量精度、数据处理、数据分析、动载测定等方面都存在较大问题的情况,利用AT89S8252单片机为核心设计了犁体外载数据采集系统的硬件电路和软件流程。与犁体外载六分力仪配套使用的性能检测与应用试验表明,该数据采集系统能有效进行犁体外载的实时测量,性能稳定,工作可靠,消除了以往磁带记录的各种弊端,有效降低了劳动强度,为犁体的动力学研究提供了必要的原始数据。

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。

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。

刨煤机刨刀三向载荷的模拟分析

刨刀是刨煤机直接落煤的工具,其工作载荷是刨头和刨煤机设计的依据,为获得合理的刨刀参数,在确定了刨刀三向载荷计算方法的基础上,建立了刨刀三向力计算模型,利用计算机模拟手段,分析其三向载荷的特征,研究了刨刀间距、宽度、截深、截角、槽形以及煤质因素对刨刀载荷的影响,得到了刨刀三向载荷特征,为确定刨头的参数和设计高质量刨煤机提供了理论依据。

刨头上不同位置刨刀的随机载荷模拟研究

为了研究刨头的受力和刨煤机的载荷特征,根据随机过程和概率统计理论建立了刨刀刨煤过程随机载荷的数学模型,利用编制的计算机程序对刨煤机刨头上不同位置刨刀的随机载荷进行了模拟研究,获得了各位置刨刀的载荷变化规律及其统计值。结果表明,各处刨刀的刨削力、进刀力和侧向力的均值自小到大依次为腰刀、掏槽刀、顶刀、底刀,其中底刀所受的刨削力、进刀力和侧向力最大,分别为腰刀的3.41、3.42和1.47倍,底刀三向载荷变差系数分别为0.58245、0.33081、0.20653,载荷波动也最大,所以底刀损坏最严重。模拟结果与实际情况相符,证明研究方法实用可行,为刨头及整机载荷谱的研究提供了理论依据。

基于LS-DYNA的偏置刨刀破煤过程仿真研究

以某型刨煤机为例,用偏置刨刀替代传统刨刀,基于显示动力学软件LS-DYNA对刨煤机截线距最大的两把偏置刨刀破岩过程进行了数值模拟,并在上行刨刀截割煤岩的基础上,结合实际工况模拟了下行刨刀的刨煤过程,研究了刨刀的三向载荷曲线,分析了偏置刨刀破岩过程对残留煤脊量的影响,并对其强度进行了分析。分析结果对难刨煤层刨刀的优化设计和破煤过程的研究有重要参考价值。

东风-12型旋耕机刀轴疲劳寿命分析

讨论了构件在复杂载荷作用下其疲劳寿命的估算问题和根据线性累积损伤理论 ,通过引入当量载荷推导出构件在弯扭载荷作用下的疲劳寿命估算式 ,并利用刀轴弯扭载荷谱估算了刀轴的疲劳寿命 ,为刀轴的改进设计提供了理论依据。

随机载荷作用下刨煤机刀座动态特性及疲劳寿命分析

为研究刨削过程中刀座在随机载荷作用下的动态特性及其疲劳寿命,根据BH38/2×400型刨煤机应用煤层煤样性质结合刨煤机结构及其运动参数,利用项目组编制的"刨煤机设计计算系统"软件计算出了刨刀受到的随机载荷,并将刨刀所受载荷施加给刨煤机多体系统模型进行仿真。仿真得到了刀座在工作过程中的动应力及变形情况,通过对刀座应力信息进行雨流计数处理预测出刀座的疲劳寿命。研究结果表明:在与煤发生复杂力学作用下,刀座受力具有非线性的特点;刀座矩形通槽与刨刀背脊接触位置以及刨刀安装方形螺钉所在位置承受较高动应力;采用雨流计数法对刀座累积疲劳损伤进行分析,预测得到刀座疲劳寿命约为475.7 d;通过对刨削试验测得的刨削阻力与计算值进行比较,结合刨煤机实际应用情况,验证了仿真结果的准确性。

旋耕机受侧载整体协调变形模型初探

通过对旋耕机受侧向载荷时的分析,建立了旋耕机受侧载模型,得出该模型是静不定系统。运用有限元方法分析计算了侧边箱与右侧板在受不同侧载下的侧向变形量,由此较系统地讨论了承受各种侧载下的删向变形情况,得到了旋耕机系统不均匀承载、不均匀变形的结论。计算结果表明,侧板与侧边箱变形量接近,但承载量后者占98％以上。

直联式驱动圆盘犁试验研究与参数优选

以降低直联式驱动圆盘犁功耗为目的,通过部件试验,分析了圆盘耕作阻力三分力与刀轴扭矩的分布特征及变化规律,对其结构参数和工作参数完成了优化,对驱动圆盘犁的研究开发具有较大的实用价值。

楔形涡流发生器影响高负荷叶栅性能的机理研究

为探究楔形涡流发生器流动控制技术的作用机理,对一低来流马赫数高负荷扩压叶栅开展数值模拟研究。提出在叶片前缘安装涡流发生器的方案,并对比分析了采用涡流发生器前后叶栅性能及通道内二次流结构的改变。研究结果表明,楔形涡流发生器诱导的吸/压力面涡类似于叶片前缘的马蹄涡,卷吸附面层低能流体,提高其抗逆压梯度能力,进而削弱横向流动,抑制角区分离;涡流发生器的强漩涡结构改善了叶栅通道二次流,使得损失重新分布,叶栅-3°到7°攻角范围内的气动性能显著提升,设计点-1°攻角时平均总压损失系数下降8.04%,平均静压系数增大7.75%,5°攻角时平均总压损失系数下降15.87%,平均静压系数增大21.79%。

拖拉机旋耕机组单刀耕耘动态载荷的数学模型

在拖拉机旋耕机组土槽实验的基础上，确定了旋耕机组动态载荷的性质，建立了拖拉机旋耕机组单刀耕耘转矩的数学模型。实测结果表明，该模型是可信的。

犁体外载测试数据实时处理系统软件设计

本文介绍了一个以单板机为中心的犁体外载测试数据实时处理系统的软件设计部分。该软件采用汇编语言编制,实时性较强,能够在田间试验现场对测定数据进行采集和处理,迅速、准确地以三种形式输出结果。

Al2O3/Mo复合材料的磨料磨损性能

对Al2O3/Mo复合材料的微观形貌进行了分析,同时测试了Al2O3/Mo复合材料的磨损行为。结果表明,随Al2O3体积分数的增加,基体的密度先增大后减小,显微硬度逐渐增加,磨损过程中产生的切削、犁沟在数量、深度上都有一定程度的减少。当Al2O3的体积分数为3%时,随着磨粒粒度的减小,复合材料的比磨损率逐渐增加,Al2O3的体积分数较高(5%、10%、15%)时,比磨损率随磨料粒径的增大而呈现先增加后减少的趋势。材料的磨损量随载荷增加而增加,材料的磨损量的排列顺序不受载荷变化的影响。在同一载荷下,材料的磨损量随掺杂量的增加呈现下降趋势,但是随着掺杂量的不断增大,磨损量下降趋势减缓。