基于EDEM的榛子双层滚筒筛装置性能仿真试验

为了解决榛子脱苞后筛分效率低的问题,针对榛子脱苞后的物料状态设计了一种双层滚筒筛。运用EDEM仿真软件对其工作状态进行模拟,以滚筒转速、内外筛孔大小、螺旋叶片间距为试验因素,以筛分率和含杂率为评价指标,分析评估各因素对双层滚筒筛性能的影响,以获得双层滚筒筛的最佳工作参数。结果表明:当滚筒筛的内筛孔尺寸为25 mm、外筛孔尺寸为12 mm、转速为36 r/min、螺旋叶片间距为240 mm时,滚筒筛的筛分效率最佳。

基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测

采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络(CC-GRU),对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差(MAE)为43.80 mm,平均绝对百分比误差(MAPE)为1.90%,均方根误差(RMSE)为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆(LSTM)神经网络、GRU、时域卷积网络(TCN),CC-GRU模型的预测速度较快且预测精度较高,能够更准确地对采煤机调高轨迹进行实时预测,为工作面煤层模型的建立和采煤机调高轨迹的预测提供了依据。

滚筒式堆肥反应器通风搅拌系统设计与试验

针对有机废弃物堆肥过程中物料溶氧效率低导致的堆体起温速率慢、发酵不彻底等问题,设计了一种高效堆肥通风搅拌系统,该系统由分段式通风系统和组合式搅拌装置构成,通过对两个主要装置进行理论设计和DEM-FEM耦合仿真,实现堆肥通风和搅拌工艺优化。结果显示,通风系统中的最大应力出现在通风管上,为13.064 MPa,最大形变量为0.038126 mm,搅拌装置中最大应力出现在抄板上,为190.31 MPa,最大形变量为0.34417 mm,符合设计要求。在此基础上,以食物垃圾和梧桐叶为原料,进行为期14 d的堆肥试验,监测堆肥过程中关键参数变化并测定发酵产物相关指标,完成通风搅拌系统性能验证试验。试验结果表明:使用该通风搅拌系统的滚筒式堆肥反应器,其内部堆体温度在3 d时达到53.34℃,堆肥过程中堆体最高温度可达69.56℃,堆体高温期(大于50℃)可持续6 d以上;试验结束后其产物含水率降至27.21%、pH值升至8.4、种子发芽指数最高可达131.4%,符合有机肥料测定标准(NY/T 525—2021),滚筒反应器运行成本仅65.51元/t。

改进YOLOv5s的采煤机滚筒与支架护帮板干涉状态智能识别

针对综采工作面液压支架护帮板处于未收回异常状态导致采煤机滚筒与护帮板干涉问题,提出一种改进YOLOv5s的采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态智能识别方法。运用课题组前期提出的基于边界约束和非线性上下文正则化的去雾去尘方法对视频图像进行清晰化处理,提高综采工作面监控视频图像质量;对YOLOv5s模型进行改进,通过将YOLOv5s主干网络中的普通卷积Conv替换为分类效果更佳的Ghost卷积,减少了模型的参数数量,提高了模型识别速度,同时引入坐标注意力机制,提高了模型对护帮板和滚筒特征提取能力,从而提高模型识别精确率。运用软非极大值抑制算法(Soft-NMS)的锚框筛选方法,减少因护帮板重叠而发生漏检问题。针对采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态判定问题,提出液压支架护帮板与采煤机滚筒锚框重合度的判定方法。运用本文改进YOLOv5s模型与YOLOv5s、YOLOv3-tiny模型进行对比分析,结果表明:本文方法与原模型相比的识别精确率提高了约8.1%,GFLOPs降低1.86倍;mAP@.5达到97.2%、平均识别速度为检测时间为5.9 ms。运用本文方法对煤矿实际综采工作面采煤机滚筒与液压支架护帮板视频图像进行干涉状态识别试验验证,结果表明:对采煤机滚筒与液压支架护帮板干涉状态识别准确率为96%。

采煤机滚筒工作性能优化研究

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM−MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.4677 kW·h/^(3),装煤率为43.01%,载荷波动系数为0.3278。

打印机滚筒导板多点浇口注塑模设计

针对打印机滚筒导板塑件的工业设计结构特点及使用改性合金聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料成型的生产要求,设计了一副多点点浇口三板模具用于该塑件的注射成型。模具中的模腔布局为一模一腔,以使塑件成型精度控制在MT3~4级。不同于常规三板模具,在该模具中采取了以下设计措施来保证塑件的成型要求:一是通过主导柱、副导柱、模仁定位锥台等的设置,保证了塑件基本成型尺寸的成型精度;二是通过增加镶件排气措施、优化注射成型工艺参数等措施,有效降低和控制了塑件成型后的变形量,保证了塑件的成型形状精度,所增设的成型镶件有益于模腔排气,镶件间隙小于0.02 mm,镶件设计时须设计孔边扩距为1 mm,以降低镶件配模难度,避免镶件间隙飞边发生;三是为提高流道废料和塑件的冷却效率,脱料板中开设有2条?10 mm冷却水路,模腔成型件中开设有10条?10 mm冷却水路。模具中还设置了2个斜导柱滑块侧抽芯机构用于塑件两侧端面的脱模,塑件的最终脱模由多根顶针均衡顶出脱模。

基于鸡粪养殖的黑水虻幼虫复合滚筒筛参数研究

【目的】解决鸡粪养殖黑水虻虫沙结块分离难、黑水虻幼虫损失率高及分离设备筛分效率低的问题,探究筛分参数对黑水虻幼虫复合滚筒筛筛分效果的影响。【方法】在借助离散元软件构建滚筒筛物料颗粒筛分过程仿真模型的基础上,以外层滚筒转速、抄板高度、内层滚筒转速和滚筒倾角为试验因素,进行了4因素3水平正交试验,分析得到筛分效率和黑水虻幼虫损失率的最优筛分参数组合。【结果】当外层滚筒转速36 r·min^(-1),抄板高度20 mm,内层滚筒转速-45 r·min^(-1),滚筒倾角8°时,滚筒筛性能最优,筛分效率为95.32%,损失率为4.85%;在最优筛分参数组合条件下,样机试验结果与仿真试验结果相对误差分别为4.19%和0.55%,仿真试验与样机试验结果吻合度较好。【结论】解决了黑水虻幼虫分离设备现存问题,获得了滚筒筛分的最佳筛分参数,为黑水虻幼虫筛分设备相关研究提供参考。

制丝滚筒设备清洗装置的改进与应用

针对正常生产状态下制丝滚筒设备清洗装置存在漏水的问题,进行了优化改进设计,主要包括增加清洗管路漏水旁通支路、角阀关闭不到位报警系统、清洗装置漏水检测报警系统。通过本地控制单元监测装置的异常情况,再通过中央控制单元控制报警系统对异常情况发出警报,并由总控制单元通知工作人员进行维修。经试验验证,优化后的清洗装置能够及时发现清洗管路阀门未关闭到位及装置漏水的情况,有效避免多余水分进入滚筒,从而保证了烟丝工艺质量。

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。

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。

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。

基于刚柔耦合的水稻脱粒滚筒仿真分析与试验

为降低4LZ-4.0型联合收割机机收作业中籽粒破碎率,提高清洁度,依托纵轴流差速分段式脱粒滚筒,设计了杆齿、弓齿和刀齿3种形状的脱粒元件,通过改变脱粒元件表面与籽粒碰撞时的接触状态,刚柔耦合成6种类型脱粒滚筒;基于冲量-动量定理对籽粒碰撞过程进行分析,通过仿真试验得到刚性杆齿和刚柔耦合杆齿与水稻籽粒谷物接触时籽粒所受法向力均值分别为28.4 N和22.3 N,籽粒所受切向力均值分别为14.43 N和8.74N。以前滚筒齿形、前滚筒转速和前后滚筒转速差为影响因素,以水稻籽粒破碎率和未脱净率为评价指标进行3因素3水平正交试验。结果表明:前后滚筒转速差对破碎率的影响最大,前滚筒齿形对未脱净率的影响最大;试验得到的最优组合为前滚筒齿形为弓齿、前滚筒转速为600 r/min、前后滚筒转速差为100 r/min;与刚性脱粒元件相比,带有聚氨酯橡胶套的刚柔耦合脱粒元件可有效降低水稻籽粒破碎率,平均可降低18.5%。

基于数据驱动的采煤机滚筒轴承故障诊断

对轴承故障诊断方法、采煤机滚筒轴承组成、故障类型进行分析,运用试验的方法对轴承实时数据进行采集和振动信号分解,建立GA-BP神经网络故障诊断模型,对轴承故障进行诊断分析。结果表明,轴承故障识别准确率达到99.8%,为采煤机滚筒轴承故障诊断及使用寿命延长提供了有益的借鉴。

纤丝状生物质颗粒在抄板滚筒内混合特性研究

基于离散单元法对抄板滚筒内纤丝状生物质的运动与混合特性展开研究。针对纤丝状生物质颗粒的特殊结构构建颗粒几何模型和固-固碰撞模型,探究滚筒转速、抄板数量和抄板高度对纤丝状颗粒群混合质量的影响。研究发现,滚筒抄板对纤丝状颗粒群的抛撒作用是颗粒混合良好的关键。提高滚筒转速可促进颗粒混合,但转速的增大对混合的帮助存在上限,转速为10 r/min时混合质量最高;纤丝状生物质颗粒的混合质量与抄板高度密切相关,抄板高度h=25 mm时混合效果最佳。

多热源作用下加料滚筒内不同截面的温度分布研究

卷烟制丝加料过程中,滚筒内的温度影响烟叶的舒展、伸缩特性,进而影响卷烟产品感官质量。基于红外热成像技术和外径8 mm铜管装置,搭建加料滚筒试验平台,对烟叶在不同热源作用下的温度场变化展开研究。结果表明:随着热源的作用,各截面的温度逐渐增加,同一时刻各截面的温度从入料端到出料端逐渐递减;在蒸汽作用下,温度的增加较快但存在一定的波动;在热风作用下,温度的增加较平稳但增加速率缓慢;在蒸汽及热风的共同作用下温度增加较快且较平稳。

曲柄-滑道-弹齿滚筒式花生捡拾机构设计与参数优化

为进一步解决花生捡拾过程植株漏捡、掉果损失等问题,该研究在分析捡拾过程中曲柄-滑道式弹齿滚筒捡拾机构弹齿摆动、花生植株运动规律基础上,建立凸轮理论滑道,运用目标函数法对机构进行了优化设计。以弹齿在地面铲拾距离最大和护板半径最小为目标函数,采用非支配排序遗传算法对捡拾机构参数中的弹齿铲拾段初始安装角、弹齿捡拾长度、曲柄夹角、滚筒半径、上护板倾角、弹齿长度进行了优化求解。利用ADAMS软件建立了机构模型并进行了仿真分析,获得弹齿摆角和齿端运动轨迹仿真曲线,验证了机构参数的正确性和可行性。通过对比仿真分析,较优化前弹齿捡拾长度增大至135 mm、护板直径减小至159 mm,铲拾面积增加近30%。制作样机并进行田间试验,获得捡拾装置最优工作参数为:前进速度为48.0 m/min,转速为45 r/min,弹齿入土深度为17 mm。在花生植株含水率15%~17%的两段收获条件下,花生植株捡拾率为99.1%,掉果损失率为1.85%。研究结果可为两段式花生捡拾收获机捡拾装置的研究提供参考。

滚筒式干燥系统处理竹刨花对竹定向刨花板性能的影响

以毛竹刨花为原料,采用滚筒式干燥系统对竹刨花进行干燥处理,探究干燥温度和干燥时间对竹刨花干燥速率及外观形貌的影响,并进一步探究其对竹定向刨花板(BOSB)物理力学性能的影响。结果表明:延长干燥时间不仅会降低竹刨花的色泽、增加其翘曲及撕裂程度,而且其制得的BOSB静曲强度明显下降,干燥30 min较干燥10 min的下降了47.77%;提高干燥温度与竹刨花色泽形貌变化无明显规律性,但可以小幅提高其干燥速率,且制得的BOSB性能下降幅度较延长干燥时间更小。综合产品性能及产能效率,在竹定向刨花板的实际生产中,若使用滚筒式干燥系统,干燥工艺宜控制为干燥温度约210℃、干燥时间约10 min。

基于RecurDyn的变直径脱粒滚筒空心液压缸的设计

基于液压驱动式变直径脱粒滚筒结构原理,设计了一种可实现往复直线运动的空心液压缸,主要由外缸体、活塞杆、内缸体、上下端盖及各种密封件组成。基于RecurDyn,确定了空心液压缸的行程为28mm和负载为2.5t;通过理论计算,确定了外缸体、活塞杆和内缸体的外径分别为115、80、60mm,内径分别为140、90、80mm;最后,通过性能试验验证了其设计的合理性,可确保变直径滚筒的直径在空心液压缸驱动调节机构下可无级调节。

浅析基于EDEM仿真的陈腐垃圾滚筒筛建模和参数优化

针对陈腐垃圾滚筒筛分设备设计条件模糊、工作参数过度依赖工程经验的问题,利用EDEM软件模拟了陈腐垃圾滚筒筛的筛分工作过程,并对滚筒筛进出料进行粒径级配试验,按照粒径级配和成分分析实验结果进行陈腐垃圾颗粒建模,分析了各参数对滚筒筛筛分效率的影响,综合考虑筛分效率和过筛时间,确定了滚筒筛的最佳工况。

不同夹矸参数下滚筒载荷特性仿真研究

煤岩中夹矸的存在增大了采煤机开采难度,且夹矸的分布具有一定的随机性,为了研究不同夹矸参数下滚筒的载荷特性,利用Pro/E构建螺旋滚筒三维模型,导入EDEM离散元软件中建立滚筒截割煤岩的耦合模型,开展不同夹矸参数下滚筒载荷特性研究。结果表明:在数值模拟研究范围内,滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸厚度的增大而增大;滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸层数的增加而增大。该研究为复杂煤层工况下的滚筒截割提供参考。