基于双向耦合法的采煤机螺旋滚筒振动特性分析

为研究采煤机螺旋滚筒在多种赋存条件下的振动特性,以MG2×55/250–BWD型薄煤层采煤机为工程对象,优化煤岩接触模型,建立与实际赋存条件相似的多种不同截割工况下煤壁离散元模型。结合DEM–MFBD(Discrete Element Method-Multi Flexible Body Dynamics)双向耦合数值模拟方法搭建采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型与煤壁离散元模型的双向耦合试验平台,通过仿真试验得到不同煤岩工况下螺旋滚筒的截割过程,并分别对其振动特性的变化规律展开分析。研究结果表明:螺旋滚筒在截割过程中,三向均出现不同程度的振动,其中截割阻力方向振动加速度最大,牵引阻力方向振动加速度次之,侧向力方向振动加速度最小。随着模型中夹矸硬度以及层数比例的增加,截割过程中螺旋滚筒的振动强度不断加剧,最大振动加速度有效值的差值达到4403.149 mm/s^(2)。利用短时傅里叶变换将一维振动信号转化为二维时频谱图像,得到不同煤岩工况下振动信息变化特征在时频域中完成较好保留,其时频谱图像的特征样本效果优于各工况的时域一维信号曲线,主频能量位置、范围大小、特征团形状等信息具有明显区别,即使遇到夹矸层数不同,夹矸坚固性系数也存在差异的复杂工况,其时频谱图像中能量特征的分布形式也具有显著差别。通过振动模态分析发现,随着煤壁中含有夹矸硬度的增加,各部位的变形量均发生变化,其中截齿部位变化最为强烈。基于相似理论搭建采煤机振动信号测试试验平台,对不同煤岩工况条件下螺旋滚筒截割过程进行了测试研究,通过追踪螺旋滚筒的振动状态,发现其振动变化规律与双向耦合数值模拟一致。试验测试得到DEM–MFBD数值模拟方法获取的螺旋滚筒振动加速度有效值与依据相似比反推的试验数据之间的误差小于DEM离散元数值模拟方法与实验数据之间的误差,验证了DEM–MFBD数值模拟方法的准确性。研究结果对于提升螺旋滚筒工作可靠性具有重要意义,同时也为采煤机智能化开采的煤岩截割状态识别系统搭建过程中数据信息的获取提供了一种新的方法。

含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。

采煤机螺旋滚筒辅助设计软件开发及综合性能分析

为解决采煤机螺旋滚筒截割性能与装煤性能欠佳等实际问题,基于MATLAB GUI与Excel软件开发采煤机螺旋滚筒辅助设计及性能分析系统。该系统利用MATLAB GUI平台实现滚筒辅助设计及性能分析,输入的参数以及计算后的数据可实现GUI与Excel双向保存,为设计数据的二次利用与开发提供了便利的条件。以大采高采煤机为例,分析采煤机的综合性能,通过最优设计参数生成大采高采煤机螺旋滚筒最佳模型,螺旋滚筒在整个试验过程中安全可靠,为采煤机的高效设计提供了有效途径。

截齿对采煤机装煤效果的影响研究

采煤机螺旋滚筒是截煤和装煤的主要工具,现有装煤效果的研究大多基于滚筒结构参数、运动参数等影响因素进行研究,忽略了截齿对装煤效果的影响。针对该问题,利用离散元分析软件EDEM构建采煤机螺旋滚筒截割煤壁耦合模型,对安装不同截齿的采煤机滚筒的装煤性能进行数值模拟,获取不同截齿下的采煤机滚筒装煤性能差异,以期为提高井下采煤机采煤效率提供必要的技术参考。

关于采煤机螺旋滚筒的改进设计及其性能分析

螺旋滚筒是采煤机的重要工作部件,利用Pro/E和EDEM软件建立了MG2×80(55)/360(260)-WDK型采煤机螺旋滚筒截割煤壁的有限元模型。结果发现,螺旋滚筒的截割扭矩为14634 N·m、生产率为58.1 kg/s、截割比能耗为0.7707 kW·h/m^(3)。在螺旋滚筒端盘部位增加4个均匀分布的0.7倍的截齿,以提升螺旋滚筒的综合性能。对改进后的螺旋滚筒性能进行分析,发现截割扭矩、生产率、截割比能耗3个技术指标数值分别为15384 N·m、66 kg/s、0.6549 kW·h/m^(3)。将改进设计后的螺旋滚筒应用到采煤机中,累计使用时间6个月,发现滚筒具有良好的应用效果,经济效益显著。

采煤机螺旋滚筒的设计及改进方法

总结了采煤机螺旋滚筒的设计经验,阐述了对滚筒转速、切削厚度、螺旋升角、叶片头数和导程等参数的计算,同时对截齿的排列、截线距的设计进行了分析,对行业中普遍存在的小直径螺旋滚筒装煤效果差的问题提出改进方法,通过实际生产验证,极大地改善滚筒装煤效果,可保证安全生产的顺利进行,为行业中此类问题提供了参考。

基于频谱分析的煤矿螺旋滚筒洗煤机故障振动诊断

洗煤过程一个多因素、多参数相互耦合的复杂过程,会对洗煤机的两轴产生干扰,使两轴出现不同心问题,使洗煤机联轴器出现故障,导致出现振动现象。为及时发现和解决设备故障、避免因设备故障导致的生产停滞和产品质量下降,提出基于频谱分析的煤矿螺旋滚筒洗煤机故障振动诊断方法。该方法利用最小熵解卷积、小波去噪及自回归线性预测对不同种类的煤矿螺旋滚筒洗煤机振动信号特征实施增强处理,加强洗煤机振动信号,使之更加清晰可辨,凸显其故障特征。在此基础上,对振动信号进行频谱分析,获得信号的时域波动,从而更直观地观察振动信号的频谱特征,克服振动信号非线性和非平稳行的特点,实现精准的煤矿螺旋滚筒洗煤机故障振动诊断。实验结果表明,该方法的异常振动信号频谱分析能力强,能够精准诊断不同故障。

采煤机螺旋滚筒工作性能优化分析

针对王村煤业使用的MG2×55/250-BW型采煤机因经常发生螺旋滚筒叶片磨损损耗而造成企业停产、生产成本居高不下等问题,采用三维建模分析与离散元数值模拟分析的方法对采煤机滚筒与叶片进行了模拟仿真分析,通过对叶片进行模拟,得出叶片所受的侧向力最小,截割阻力居中,牵引阻力最大,叶片受到的主要磨损为摩擦磨损,叶片齿根、外缘以及尾部位置磨损最为严重。通过对叶片磨损因素分析,得出采煤机滚筒转速的影响程度大于坚固系数,大于采煤机牵引速度,大于滚筒叶片螺旋升角。通过对采煤机工作性能多目标优化分析,得出煤机最优参数牵引速度为4.23 m/min,坚固性系数为3.5,滚筒转速为80.65 r/min,螺旋升角为11.56°。依据不同的煤层夹矸进行了采煤机自适应截割控制系统设计,运用该系统王村煤业装煤率上升了1.8%,螺旋叶片因磨损更换的数量下降了15.7%,年产值上升1380万元,符合相关优化分析要求。

薄煤层采煤机螺旋滚筒截割状态识别

薄煤层采煤机螺旋滚筒作为采煤机截割部截割煤岩的关键零件,螺旋滚筒的健康状态对薄煤层采煤机的采煤效率和开采安全具有重要影响。针对采煤机螺旋滚筒实际工作信息难以采集的问题,建立采煤机螺旋滚筒的多元耦合模型;搭建煤岩测试系统,进行随机动态载荷模拟;利用小波分析将获得的感知信号转化为应力时频谱图像,并利用神经网络拓展数据集,提升时频谱图的质量和提高网络识别的准确率,为螺旋滚筒的分析提供了高精度模型,为螺旋滚筒的优化设计提供了理论和技术支撑。

采煤机螺旋滚筒结构参数对装煤效率的影响分析与改进

以MG400/950型采煤机螺旋滚筒为研究对象,运用EDEM仿真分析软件完成了煤壁仿真模型的建立,完成了螺旋升角、滚筒直径、筒毂直径对螺旋滚筒装煤效率的影响研究。结果表明,螺旋升角越大,装煤效率越高,但随着螺旋升角的持续增加,后期装煤效率提升趋势放缓;滚筒直径越大,装煤效率越高;筒毂直径越大,装煤效率越低。基于螺旋滚筒结构参数对装煤效率影响的结果完成了对螺旋滚筒结构参数的改进。螺旋升角增加至15°,滚筒直径增加至1 200 mm,筒毂直径减少至475 mm。螺旋滚筒结构参数改进后的装煤效率提升了近3.5%。

采煤机螺旋滚筒结构的优化改进及实践研究

螺旋滚筒是采煤机中的重要结构部件,优化改进该结构能提升采煤机的综合性能。在对MG2×80/380-WD型采煤机进行概述的基础上,分析了螺旋滚筒在实践中存在的不足。在滚筒端部位置设置4个均匀分布的截齿,利用EDEM软件对新结构进行仿真分析,发现关键性能指标均得到不同程度的提升。将新结构应用到工程实践中,发现其整体运行稳定,使用寿命预计可延长37.93%。

路面铣刨机的铣刨鼓总成结构优化研究

随着中国经济的高速发展,高速公路的里程世界第一,随着时间的推移,公路养护不可避免,导致了公路养护设备的快速发展,其中铣刨机以其卓越的效率和出色的施工质量,已然成为沥青路面养护作业中的首选工具。本文深入探讨了铣刨机的核心部件——铣刨鼓总成的结构与参数,以及刀具和螺旋升角等关键要素,旨在为路面铣刨类机械装置的结构设计提供有价值的参考和指引。

新型豆粕检验筛的设计与应用推广

新型豆粕检验筛采用全新的滚筒结构设计,去除成品豆粕中的球状、块状等大杂,结构紧凑,产量大,解决油厂成品豆粕出仓后的大杂清理难题。

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。

截齿排列方式对薄煤层采煤机载荷的影响

根据采煤机破煤理论的单齿受力模型,应用Matlab软件编制计算机程序来模拟薄煤层采煤机滚筒的瞬时负载,得到滚筒随时间变化的载荷谱。并利用此程序对薄煤层典型的4种工况,分别使用4种不同截齿排列方式的滚筒进行了模拟截割,通过分析比较4种排列方式在不同工况下的载荷谱,得出了各截齿排列方式适用的工况范围,为薄煤层采煤机滚筒的设计与选用提供了更为可靠的理论依据。研究结果表明:在一般工况下,为了提高块煤率,推荐采用混合1式和棋盘式的截齿排列方式;在工况恶劣、冲击较大时,推荐采用小截距排列的混合2式截齿排列方式,避免采用棋盘式的排列方式;在含有断层较多,不可避免的要大量截割顶底板岩石时,推荐采用顺序式截齿排列方式。

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.

含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构载荷问题

通过对含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构实际工况的分析,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的受力模型,利用Matlab软件编制了滚筒瞬时负载的模拟程序;生成了滚筒瞬时负载的文本文件,并将其成功地导入机械系统运动学和动力学仿真软件ADAMS环境下建立的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统中,为定量研究采煤机截割部工作的可靠性提供了条件,使复杂煤层赋存条件下的薄煤层实现综采成为可能.研究结果表明,利用Matlab能准确地模拟复杂地质条件下采煤机工作机构遇到大块、硬结核体时滚筒瞬时负载的剧烈变化;Matlab文件操作函数生成负载文本的方法,能有效处理具有非线性、时变性、强耦合的复杂载荷问题.

基于相似理论的采煤机模拟螺旋滚筒的设计

为研究采煤机自动调高,提出建立采煤机模拟截割实验装置,给出了模拟截割实验装置示意图.针对某型薄煤层采煤机,根据相似理论建立了模型与原型间相似参数的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒相关参数数值,为螺旋叶片和端盘配置了截齿,使用SolidWorks建立了模拟螺旋滚筒各零件模型,经虚拟装配及干涉检查完成了模拟截割装置的螺旋滚筒三维建模,为采煤机模拟截割实验装置整机设计奠定了基础.

基于知识的采煤机螺旋滚筒专家系统设计

为解决采煤机螺旋滚筒设计以手工分析、计算为主,设计效率低、设计质量因设计者而异的问题,通过对专家系统关键技术的分析与研究,借鉴专家的经验和设计实例,以VB6.0为编写平台,采用模块化思想,自下而上地建立了采煤机螺旋滚筒专家系统。利用该系统能快速地对螺旋滚筒结构进行设计与仿真,快速而稳定地实现了采煤机螺旋滚筒设计,保证了采煤机滚筒的设计质量和提高了设计效率,为设计高质量的采煤机奠定了基础。

基于NSGA-Ⅲ算法的采煤机滚筒优化设计及系统开发

为了提高采煤机滚筒的工作性能和设计效率,综合考虑采煤机滚筒尺寸约束关系及性能指标,提出了以装煤效率、截割比能耗和载荷波动为优化目标,叶片厚度、叶片螺旋升角、叶片头数、同一截线上的齿数和截齿安装角为优化变量的采煤机滚筒优化模型。采用NSGA-Ⅲ算法对提出的有约束多目标采煤机滚筒优化模型进行寻优,利用MATLAB开发了采煤机滚筒优化设计系统,以某公司截割实验的煤岩参数、工况条件为输入,通过采煤机滚筒优化设计系统得到滚筒最佳设计方案,该滚筒相对于MG500/1130WD采煤机滚筒,装煤能力提高了12.7%、截割比能耗降低了8.0%、载荷波动系数减小了20%。结合CAD技术以及初始图形交换规范(IGES)形成了完整的采煤机滚筒三维虚拟模型。