不同工况条件下刮板输送机刚散耦合效应研究

刮板输送机作为煤炭综采工作面关键设备,承担煤料输运的主要任务。煤料的运动及力学行为对刮板输送机的设计及故障分析有着重要影响。但刮板输送机工作环境复杂且恶劣,难以开展有效的研究试验。针对真实试验无法分析井下刮板输送机与煤料的相互作用效应,采用离散元法和多体动力学构建刮板输送机刚散耦合仿真模型,从散料和机械角度对正常工况条件下的仿真模型进行验证。分别基于不同工作倾角、不同走向倾角和不同运量工况条件对仿真模型进行设定,研究不同工况条件下刮板输送机的刚散耦合效应。结果表明,基于离散元法和多体动力学构建的刮板输送机刚散耦合模型可以有效模拟刮板输送机的输运工况。正常工况条件下,煤料运动呈现堆状间歇分布,且刮板前侧煤料堆积多于刮板后侧。随着工作倾角的增大,煤料堆积最高点逐渐向着后侧刮板移动,中板平均受力逐渐增大,后侧刮板平均受力逐渐减小。随着走向倾角的增大,最高点逐渐向倾斜侧偏移,造成中部槽内煤料的分布不均,使得倾斜侧煤料受力大于另一侧,链条受力出现波动,两条链同步性较差。随着运量的增大,中板和刮板的平均受力逐渐增大。刮板输送机输送过程存在有效输送区域,煤料速度在有效输送区域内与链速基本相同,靠近槽帮处的煤料速度逐渐越低。中板磨损与煤颗粒-中板-刮板(链)的接触相关,当三者形成有效的三体接触时,中板受力和磨损会出现明显上升的趋势。研究结果为后续开展不同工况条件下刮板输送机磨损特性、故障分析等研究的仿真模型构建提供了指导,为分析不同工况条件下刮板输送机刚散耦合效应提供了参考。