基于有限元分析的矿井掘进机截齿排列研究

以EBZ-135型悬臂式掘进机为研究对象,介绍一种基于有限元分析的矿井掘进机截齿排列优化方法。该方法主要将掘进机截割头参数录入ANSYS有限元分析软件中,由软件自动构建出截割头有限元模型,之后分别在横切与钻进工况条件下分析截齿的受力情况,以此寻找出截割头受力薄弱点,最后根据寻找出来的薄弱点制定最佳的截齿排列优化方案,改善截割头乃至整个掘进机的受力性能,提升煤矿掘进作业效率,确认该方法具有一定应用价值。

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.

采煤机滚筒截齿排列的试验研究

根据采煤机破煤理论,研制煤岩截割试验台;根据不同的滚筒叶片截齿排列、螺旋叶片头数,研制4种不同的试验滚筒。以此为基础,在试验台上对4种不同截齿排列的滚筒进行截割性能试验,分析不同滚筒截割扭矩的最大值、最小值、均值、方差等参数;同时,对截落煤岩的块度进行分级处理,研究不同截齿排列滚筒截割块煤率。研究结果表明:对同一直径、不同叶片头数、不同截齿排列的滚筒,在截割时,随着螺旋叶片头数的增多,其载荷波动性减小;在2头螺旋叶片滚筒中,棋盘式滚筒的扭矩均值、方差等统计参数值均比顺序式的小,而棋盘式的块煤率比顺序式的大;具有3头螺旋叶片的畸变Ⅰ式和畸变Ⅱ式滚筒,在截割扭矩的统计参数值中除畸变Ⅰ式的方差小于畸变Ⅱ式的方差外,其余参数基本相等;并且,在4种滚筒中,畸变Ⅰ式截割时滚筒载荷的波动性最小,块煤率最大。

基于载荷波动最小的掘进机截割头截齿排列参数优化设计

根据单个截齿受力模型和计算公式,确立了截割头横摆截割时载荷波动的计算方法。通过分析截齿排列参数对截割头载荷的影响,提出了降低载荷波动的策略,建立了基于载荷波动最小的截割头截齿排列参数优化设计数学模型。采用序列二次规划(SQP)方法编写了优化设计程序,并对某型号掘进机截割头的截齿排列参数进行了优化设计。优化前后统计数据表明,截割头的载荷波动明显降低,提高了掘进机的工作可靠性。

两种不同截齿排列截割头性能的比较

为了评价利用等螺旋升角进行截齿排列设计的截割头的截割性能,选用了一个实际的截割头进行比较,通过计算机仿真获得两个截割头截割过程的切屑图和载荷曲线,经比较分析表明,用等螺旋升角排列截齿的截割头截槽合理,各段切屑图均匀,载荷大小及其波动较小,截割性能良好,所以用等螺旋升角排列截齿是一种高效、实用的截齿排列方法。

不同形状截割头截齿排列的参数化设计

通过对螺旋升角的定义,建立截割头包络面螺旋线的数学模型,提出等螺旋升角的截齿排列理论,给出不同形状截割头包络面母线的截齿空间位置模型。通过编制程序进行实例设计,获得两种不同形状的截割头及其截齿的排列和切屑图。结果表明,该模型设计的截齿排列分布均匀,截线距从截割头大端向小端递减,各截齿的切削面积均匀,截齿受力状况良好,满足截齿排列的要求,为截割头设计及截齿排列的参数化奠定了基础。

采煤机截割滚筒截齿排列问题的分析

提出采煤机截割滚筒截齿排列依据、原则及布置的合理性,在实际应用中截割比能耗小、产块煤率高、负荷波动均匀,工作性能稳定,以保证采煤机安全高效运行。

截齿排列方式对采煤机工作性能的影响

应用Matlab软件开发了顺序式、棋盘式排列的采煤机螺旋滚筒负载计算程序,得到了滚筒截煤及含夹矸煤层的瞬时负载曲线、相应的切削图及块煤率。建立了不同截齿排列方式的采煤机的刚柔耦合模型,并针对10种典型工况进行了可靠性分析。研究表明:采煤机滚筒采用棋盘式排列截割坚固性系数为3.11的无夹矸煤时,牵引速度可以达到9 m/min。与顺序式相比,平均截割比能耗降低17.8%,方正率提高21.9%,煤的切屑面积将提高1.85倍;而采用顺序式截齿排列方式时,输出轴应力超过许用应力,可靠性不高;而当采煤机截割含夹矸煤层时,应首选顺序式滚筒,以减少单齿受力,使截割工作稳定可靠。通过对顺序式排列滚筒叶片螺旋升角的优化,确定了其最佳螺旋升角为9°。

截齿排列方式对采煤机性能的影响

基于采煤机截齿力学模型,运用Matlab开发了交叉式及顺序式排列的滚筒载荷计算程序,获得了5种典型工况下滚筒的载荷谱、截割性能参数及块煤率;通过三维离散元软件PFC分析了两种截齿排列方式的采煤机装煤性能;基于Pro/E、Matlab、Ansys、Adams联合仿真,分析了不同工况下采煤机关键零件的可靠性。研究结果表明:当采煤机截割三层夹矸煤时,截齿应采用顺序式排列,其载荷波动小,工作可靠性高;一般工况下,截齿采用交叉式排列可提高采煤机的块煤率,与顺序式相比,切削面积提高1.99倍,方正率提高21%。

纵轴式掘进机截齿排列的参数化设计

为了解决掘进机截割头截齿排列理论缺乏、难度大,设计水平低、截割性能差等问题,建立了截齿排列的参数化理论,讨论了包络面、等升角螺旋线、母线的连接、螺旋线上截齿的分布等问题。利用MATLAB GUIDE语言编制计算机程序,设计了"截割头形状设计"面板、"螺旋线设计"面板、"截齿分布"面板、对外接口等截齿排列参数化软件模块,并以实例介绍了纵轴式掘进机截割头截齿排列的参数化实现。结果表明,该方法丰富了截齿排列理论,使设计水平和工作效率明显提高。

欧拉数、戴煦数与齿排列的关系研究

对欧拉数、戴煦数与齿排列的关系进行研究,揭示了欧拉数与戴煦数都是一对相辅相成、难解难分的函数,比伯努利数与欧拉数的关系更进一步;在齿排列中赋予了戴煦数和欧拉数明确的组合意义,并使两者统一于安德烈数,安德烈数是欧拉数与戴煦数的复合,这一性质简单优美,是伯努利数所不具备的。

横轴式掘进机截齿排列设计

对横轴式掘进机截割头的截齿布置进行了研究和设计,以截割头受力均匀、切屑大小均匀为准则,从整体上对截齿的排列进行设计。依照整体设计,可以同时考虑到截割头外形选择,螺旋线方程和头数的确定以及截齿的排列,具有一定的灵活性和很好的实用性,为横轴式掘进机截齿的排列提供了一种理论基础。

从滚筒轴向力的角度评价两种截齿排列

针对采煤机在实际工况（如滚筒轴向位移）下,从轴向力的角度,定性地评价顺序式和棋盘式两种截齿排列。

横轴式掘进机截割头截齿排列探讨

以截割理论为基础 ,建立了单个截齿切削煤岩体积及截割头排距的数学模型 ,通过对模型的求解 ,可以确定出横轴式截割头的外形尺寸 ,从而为横轴式截割头的截齿排列提供了一种新的途径。

采煤机螺旋滚筒截齿排列与块煤率的研究

本文通过对截齿排列的研究,在分析某型号采煤机三头螺旋叶片滚筒的基础上,认为滚筒截割的块煤率,与切削图的形状紧密相关。因而要达到一定的块煤率,关键是截齿的合理排列。

掘进机截割头截齿排列研究

本文模拟计算掘进机截割头横摆截割时的载荷波动,以载荷波动最小化为目标,建立了截齿排列参数优化设计数学模型,用序列二次规划(SQP)进行优化设计,截割头的载荷波动明显降低。

采煤机截齿排列参数对粉尘爆炸率的影响

利用假设与简化,建立了粉尘爆炸率与滚筒设计参数间关系的数学模型,以国产某型滚筒式采煤机为例,模拟得到了粉尘爆炸率与截线间距、每线齿数、叶片头数、截齿最大切屑厚度之间的关系曲线,通过分析,确定了上述采煤机截齿排列各参数对粉尘爆炸率的影响,为改进机器设计、合理确定采煤机的截齿排列参数、为减小采煤机的截割粉尘、降低粉尘爆炸率、提高煤炭生产的安全性提供理论依据。

采煤机螺旋滚筒截齿排列的研究

设计制造螺旋滚筒式采煤机时,不可能具体针对某一地区某一工作面,这样在用采煤机组采煤时,会发现由于截齿排列安装的状况不适宜本工作面煤层地质条件而造成截齿的磨损严重,冲击载荷增大,时时有将截齿上合金片打掉的现象发生。为解决这一问题,在现场进行了一系列"采煤机截齿排列"的实验及分析研究。

采煤机滚筒截齿排列的研究

本文概述了目前国内外滚筒设计中截齿排列的优化原则，提出：为确保滚筒截割负荷波动系数最小，总截齿数减到最少，滚筒处于高效截割状态。截齿在圆周上均布应作为主要优化原则，其余原则应列入辅助原则。据此，对国内外广泛采用的棋盘式或混合式截齿排列的滚筒结构设计应用非均布叶片结构。并对棋盘式截齿排列滚筒的设计步骤与方法做了具体阐述。