刨煤机刨刀在典型载荷作用下的变形及应力规律研究

刨煤机是薄煤层开采的主要机械,刨刀是刨煤机刨削煤的工具。由于煤层结构复杂多变,在刨削过程中刨刀会受到不同形式的载荷作用,这些载荷对刨刀的刨削性能和刨煤机生产率有着重要影响。文中选取恒定载荷、Normal分布的随机载荷、Γ(Gamma)分布的随机载荷、冲击载荷4种典型载荷及实验测试载荷。基于破煤理论,对单把刨刀进行受力分析。基于ANSYS Workbench对典型载荷及实验载荷作用下的刨刀应力和变形规律进行研究。基于小波能量谱对等效应力信号进行能量谱分析。结果表明:当刨刀受到的载荷为恒定载荷、Normal分布的随机载荷和冲击载荷时刨削阻力(均值)增大确定的倍数,其最大变形量及受到的最大等效应力也会增大相应的倍数;实验测试载荷与Γ(Gamma)分布的随机载荷不会增大相应的倍数。刨刀变形量及所受等效应力的变化趋势与刨削阻力变化趋势一致;刀头部位变形最大且最大等效应力出现在刀头与刀身的连接处及刀身与底座连接处,等效应力信号的能量主要集中在0~1.562 5Hz的较低频带中,实验测试载荷时能量主要集中在0~3.875 Hz。对刨刀在典型载荷和实验测试载荷作用下的变形、应力及应力信号能量分布的规律研究,为刨刀的结构设计及优化,刨刀的破坏和可靠性分析,提高刨刀刨削性能和刨煤机工作效率等提供了理论依据。

犁式卸料小车在井下水平煤仓系统中的应用和选型分析

介绍了犁式卸料小车在井下水平煤仓系统中应用的可行性,并通过分析犁式卸料小车的受力情况,进行了技术参数的选型,为井下水平煤仓系统中料仓可控装料技术的研究提供了方向,为料仓可控装料机构的设计选型提供了借鉴。

不同工况下滑行式刨煤机的动态仿真研究

为研究不同工况下滑行式刨煤机的动态性能,利用拉格朗日第二类方程建立了滑行式刨煤机纵向刨削时的动力学模型,利用计算机仿真得出刨煤机在往复运动、倾斜工作面、中部槽有转角的工况下刨头速度和刨链受力变化的曲线,并对其波动情况进行了分析。结果表明:刨煤机在上述复杂工况下,刨头速度和刨链松、紧边拉力变化很大,产生的波动将加剧刨头振动,使刨煤机的可靠性和使用寿命降低。

难刨煤层刨刀可靠性与疲劳寿命研究

基于Pro/E,ADAMS,ANSYS,Matlab与nSoft构造联合仿真平台,建立了某滑行刨煤机刨头的刚柔耦合虚拟样机模型。通过对某难刨煤层赋存条件的研究,生成了实际工况下刨刀的三向力载荷文件。提出了减少煤脊残留的非对称方式布置的新型刨刀,并对传统刨刀与新型刨刀在煤质韧性较高,煤层次生性裂隙极不发育的工况下所受的最大主应力与疲劳寿命进行了对比分析。结果表明:两种刨刀所受最大主应力基本相等,但传统刨刀在刨削难刨煤层过程中将随着煤脊的残留而无法继续工作,而以左右非对称方式布置的新型刨刀既消除了煤脊的残留,同时又提高了刨刀工作的可靠性、延长了刨刀使用寿命。

刨煤机牵引块可靠性分析及疲劳寿命预测

以刚柔耦合多体动力学基本理论及疲劳寿命预测理论及方法为基础,建立刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型,解决了仿真动态载荷获取、载荷施加位置及方式的确定和柔性牵引块接触面刚化处理等问题。对样机进行仿真,分析得出整机设计上存在的问题。对牵引块两端斜面角度及耳部尺寸进行优化,加工方法由铸造改为模锻,使其应力特性基本满足设计要求。对牵引块疲劳破坏危险部位关键节点主应力载荷进行强化外推及多工况叠加处理,得到用于疲劳分析的目标载荷谱。进行节点疲劳寿命预测,得到牵引块较为准确的疲劳寿命。

随机动载荷作用下刨煤机刨链疲劳寿命预测

通过建立的刨煤机动力学模型,采用雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型,对刨链疲劳寿命进行预测。通过仿真计算,得到不同随机刨削阻力、不同刨链预紧力以及不同链轮齿数作用下的刨链疲劳寿命。结果表明:刨削阻力均值增加,疲劳寿命降低;增大刨链预紧力或增加链轮齿数均可提高刨链疲劳寿命;随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨链的疲劳寿命影响较大,链轮多边形效应影响较小。通过刨链张力测试实验,分析在不同刨削深度情况下张力实验数据,得到刨链疲劳累积损伤规律与通过仿真得到的规律一致。

刨煤机刨头的稳定性分析

随着煤层开采厚度的增大,刨煤机刨头的高度相应增大,刨煤时,煤壁的作用力使刨头出现不稳定的情况。通过对刨头的受力以及刨头稳定性的影响因素进行分析,得出刨头高度和刨削深度是影响刨头稳定性的重要因素的结论,并结合实例得到了刨头高度和刨削深度的影响规律。研究结果为确定刨头支撑架的安装高度提供了理论依据,为进一步采取措施提高刨头的稳定性提供了理论基础。

基于小波能量谱的刨煤机刨链动态张力信号分析

刨煤机刨链的受力状况对刨煤机的运行及可靠性有着重要影响。利用在时域和频域都具有较高分辨率的小波分析法,进一步采用小波能量谱分析刨链的张力信号能量分布。通过自行研制的刨煤机实验台测试获得刨链动态张力信号,分别对刨削时不同刨削深度,非刨削时不同初张力情况下的张力信号进行分析,结果表明:刨削和非刨削时,刨链张力信号能量主要集中在一个较低的频带上;刨削时,能量在多个频带上均有分布;非刨削时,其他频带分布较少;工况参数变化对张力信号能量分布有较大影响。通过小波能量谱分析能够清晰地得到刨链张力信号能量分布规律,为进一步分析刨链的力学性能、刨煤机的可靠性及故障诊断等方面提供依据。

刨煤机刨链预紧力的计算方法及其对刨煤机能耗的影响

刨链预紧力是影响刨煤机运行的重要工况参数。分析刨链预紧力对刨煤机运行的影响,得到了刨削时和空行程时刨链预紧力及预紧力选取范围的计算公式。考虑刨链绕经链轮时曲线阻力的影响,采用逐点张力法得出刨链总牵引力的计算公式。定量分析了预紧力变化对刨链总牵引力及刨煤机能耗的影响,结果表明:预紧力增加,刨煤机能耗明显增大。并通过自制的刨煤机试验台,对空行程时不同预紧力条件下的刨煤机功率进行测试,试验结果更加说明了预紧力对能耗的显著影响。为合理选取刨链预紧力、刨煤机设计和使用中的节能降耗提供理论基础。

刨煤机刨刀有限元应力分析

利用有限元方法建立了刨刀模型 ,结合实际工况分析了在工作中的应力分布情况 ,分析了有限元结果与实际情况存在误差的原因 ,并得出一些有利于改善刨刀受力、提高其使用寿命的结论 。

薄煤层煤岩刨削比能耗优化模型

合理选择刨削工艺参数可有效节省薄煤层综采过程中的能量损耗,是实现煤岩绿色、可持续开采的关键。鉴于此,对刨煤机刨削工艺参数优化进行了研究,综合考虑刨头刨削煤岩、刨刀刨削煤岩温升、机组沿煤岩采面移动、刨落煤岩推移与运输、辅助系统损耗等过程,构建了刨煤机能量损耗模型;建立了以煤岩刨削比能耗最小为目标的煤岩刨削工艺参数优化模型;基于自适应自然选择粒子群算法完成了优化模型寻优求解;结合薄煤层井下开采实例验证了所建立比能耗优化模型有效性;比较分析了刨削速度、截深、刀间距3个优化变量对刨削比能耗的影响规律。结果表明,自适应自然选择粒子群算法具有较好的收敛速度与求解精度,所建模型可为煤岩刨削工艺参数设计提供理论依据;该方法能够有效降低薄煤层综采过程能量损耗,对工程应用具有很好的指导意义。

刨煤机动力采煤装置设计研究

采用了电机牵引控制刨头,并根据生产动力需求选择不同的调速方法。设计利用了空回状态的刨链作为动力提供装置,并使用变速机构,对刨刀盘获得的动力进行计算,使刨刀能够在静力采煤的同时能够以旋转的方式落煤。

薄煤层长壁工作面煤尘分布特征及其防治

以小青矿W2-713刨煤机长壁工作面为试验基地,采用CFD(Computational Fluid Dynamics,计算流体力学)数值模拟技术,分析出工作面不同位置风流速度分布特征,得出了薄煤层刨煤机长壁工作面的高速风流区和低速风流区的位置;模拟得出了刨煤机、移架、工作面转载机、破碎机等不同产尘源的煤尘分布特征及其对井下环境的影响机理;通过对薄煤层刨煤机长壁工作面定向喷雾除尘的模拟分析,证明定向喷雾除尘系统不仅可以提高工作面整体降尘效果,还有利于消除工作面刨煤机附近高浓度瓦斯积聚。

刨煤机刨刀破煤过程的数值模拟

基于显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA,对刨煤机两种典型结构的刨刀截割煤壁的过程进行了数值模拟,得到了刨刀的截槽形状、刨刀与煤壁的接触载荷谱及刨刀的应力应变等参数的时间历程曲线,为刨煤机载荷的获得提供了新的途径,避免了利用理论公式计算刨煤机系统的外载荷时各参数人为取值的误差,并分析了三向力载荷的频谱成分。研究了两种典型结构刨刀刨削煤壁时的载荷谱对刨煤机系统的影响,找到了两种刨刀的应力集中位置,讨论了两种刨刀的主要失效形式,为刨刀结构的优化设计提供了理论依据,并对应力集中位置结构进行了局部优化。优化后的刨刀应力分布均匀,力学性能得到显著改善,提高了刨刀的可靠性。

基于改进遗传算法的刨头多目标优化设计

针对刨煤机和装载均匀问题,基于改进遗传算法的多目标优化策略,对刨头刨削参数和运动参数进行优化设计。优化结果表明,刨削能耗降低16.96%,生产能力提高23.38%,装载断面均匀程度提高16.62%,刨煤机的生产能力得到显著提高,比能耗得到显著降低,有效降低了刨煤机的能耗。

应用全自动化刨煤机开采薄煤层

介绍了全自动化刨煤机开采薄煤层的采煤方法、采煤工艺及自动控制系统的组成;同时介绍了“Z”字型进刀方式及通过调斜千斤顶来控制顶底板、刨头运行的自动化、运输机推移自动化等刨煤机开采薄煤层的工艺特点;并重点介绍了影响正常生产的因素及处理方法。

刨煤机刨链回转接头的可靠性研究

主要采用虚拟样机技术,在仿真软件ADAMS中对刨煤机进行建模,并对其受到的载荷进行仿真。根据仿真结果分析刨煤机中刨链回转接头容易损坏的原因和位置,为未来对该部件的改进提供仿真试验基础。

大同“两硬”条件下刨煤机系统的应用实践

本文根据大同煤矿集团公司、采用全自动刨煤机系统的开采实践,论述了在两硬地质条件下进行刨煤机开采的可行性,并提出一些建议。

基于LS-DYNA的偏置刨刀破煤过程仿真研究

以某型刨煤机为例,用偏置刨刀替代传统刨刀,基于显示动力学软件LS-DYNA对刨煤机截线距最大的两把偏置刨刀破岩过程进行了数值模拟,并在上行刨刀截割煤岩的基础上,结合实际工况模拟了下行刨刀的刨煤过程,研究了刨刀的三向载荷曲线,分析了偏置刨刀破岩过程对残留煤脊量的影响,并对其强度进行了分析。分析结果对难刨煤层刨刀的优化设计和破煤过程的研究有重要参考价值。

坚硬顶板松软薄煤层刨煤机开采可刨性研究

依据目前国内外刨煤机开采实践,提出了煤层可刨性综合指标计算方法,将薄煤层可刨性划分为5类,即极易刨、易刨、一般、难刨和极难刨.根据曹窑煤矿坚硬顶板松软薄煤层地质条件和矿压显现规律,计算出薄煤层可刨性综合指标值,表明该薄煤层的可刨性属于一般类型.最后优化出了薄煤层刨煤机开采设备配套方案,为曹窑煤矿进行刨煤机开采提供了理论基础.