镐型截齿载荷谱定量特征的旋转截割实验与仿真

为验证截齿截割煤岩仿真实验的准确性与可行性,利用多截齿参数可调式旋转截割实验台研究镐型截齿的截割过程,得到镐型截齿在旋转截割过程中所受的轴向载荷、径向载荷和侧向载荷。采用ABAQUS软件仿真镐型截齿截割煤岩的动态过程,得到截齿截割过程的三向载荷谱。实验与仿真结果表明：在切削厚度为15-25 mm时,截齿的三向载荷波动具有一致性,截齿工作时所受的轴向载荷和径向载荷较大,且载荷波动程度基本相同,侧向载荷波动较为剧烈。仿真与实验的轴向载荷和径向载荷误差精度均在10%以内,二者具有较高的吻合度。该实验台能够真实地模拟截齿的实际工作状态。

自主激振式辅助截割相似实验样机研制及其力学实验

考虑到目前煤矿井下重采轻掘,综掘设备自身结构设计的局限性,掘进技术落后等问题导致巷道掘进效率低下,采掘比失调,同时煤矿井下巷道综掘设备体积庞大,井下环境复杂,设备拆解组装困难,难以在实验室条件下对其进行关键零部件力学特性分析及其截割效率提升实验,对一种主动激振辅助截割的方法进行研究,该方法基于相似理论,建立比例为1∶3的相似模型实验台,首先对其进行模态实验,得到前6阶的固有频率以及各阶的模态振型,验证主动激振辅助截割实验台的可行性;对实验台分别进行有、无主动激振截割实验,测量在有、无主动激振的情况下截齿截割接触力及截割电流变化,实验结果表明,在相同时间阶段内,当存在主动激振时,接触力的增大初值时间相比无激振时早0.07 s,作用时间更长,接触力相比无激励时减小0.12 kN,有激励后截割电流平均值减小1.12 A。通过基于相似理论构建的实验台能够在有限的实验室条件下对掘进机截割臂进行主动激振力学实验,从而为选取最佳的激振辅助截割参数提供理论参考,同时也从引入激振的角度为掘进机截割机构节能高效的工作开拓了新思路和新方法。

刀型截齿截割煤岩的实验研究

采用煤岩截割综合实验系统对刀型割煤岩的截割过程进行了实验研究,得到了刀型齿截割过程有关参数的变化 规律曲线,这对于提高刀型齿截割效率,对于有效地提高采掘机械的效益具有十分重要的作用。

修正离散正则化算法的截割煤岩载荷谱的重构与推演

为探求镐型截齿载荷反演定量求解的方法,利用多截齿参数可调式旋转截割实验台,对不同楔入角镐型截齿的载荷进行关联分析。采用修正离散正则化方法,根据镐型截齿实验载荷谱及其结构和运动参数,重构其载荷谱,提取载荷谱特征参量,给出不同楔入角载荷谱的拓扑关系及推演算法。结果表明：楔入角在35°～50°以及楔入角和齿尖半锥角之和小于90°时,给出了实验截割载荷随楔入角的增大呈现出极值性的变化规律。重构40°和45°楔入角截齿载荷谱的特征值易辨识和提取,其截割能量主要处在1～4 Hz,二者均值关系为F40°≈1.2F45°,幅值之间具有正相关性,其相关系数r=0.976 7。其推演和重构载荷的特征值与实验最大值误差分别为1.5%,9.8%,均值误差分别为5.5%,1.6%,二者具有较高的吻合度。

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。

采煤机截齿截割煤岩的实验研究

采用截割实验系统对采煤机截齿截割煤岩进行了模拟实验，得出了刀形、镐形两种截齿截割过程中有关参数的变化情况，为采煤机截齿的设计及使用提供了实验依据。