基于Edem-RecurDyn联合仿真的火车皮厢底冻黏浮煤清扫机构性能优化分析

火车皮作为煤炭运输的主要设备之一,其运输效率一直是煤炭运输行业的关注重点,在北方地区冬季低温条件下,影响运输效率的主要原因是煤炭中所含的水分与凹凸不平的车厢内表面形成黏附,逐渐由车厢表层向煤炭内部扩散,最终产生冻车现象导致设备无法继续运行。首先,以不同清扫方式现存的问题为出发点,结合实际的工程项目,设计了一款自动化冻黏浮煤清扫机构并对其清扫性能进行优化研究。其次,通过理论研究分析建立浮煤冻黏颗粒模型,分析清扫过程中滚刀的运动情况并建立力学模型和数学模型。最后,联合多体动力学软件RecurDyn对清扫机构底部清扫滚筒性能进行仿真研究,求解不同滚筒转速、牵引速度和清扫深度对清扫性能的影响规律,通过优化寻求清扫阻力最小、能耗最低的性能参数匹配方案。结果表明,清扫机构的清扫效率受滚筒转速影响较小,随滚筒转速提高,清扫阻力大小在一定范围内波动;随着牵引速度不断提高,清扫阻力先降低后逐渐增高;清扫深度对清扫阻力的影响最大,随清扫深度的增加,其清扫阻力不断增加。根据单因素参数对清扫阻力大小影响规律,取合理范围利用响应面法对其综合影响规律进行仿真试验,得到目标函数后,利用Matlab对其数学模型求解最优解,最终得到滚筒转速为78 r/min、牵引速度为0.05 m/s、清扫深度为100 mm时,清扫机构所受阻力最小、清扫比能耗最低为0.22 kWh/m^(3),清扫机构性能达到最优。

煤气化粗渣改良季节冻土区黄土填料的冻融特性及其微观机理研究

由于周期性的冻融循环作用,中国西北黄土区路基工程极易发生冻融病害,常用的解决方法是用改良黄土作为路基填料。目前工业废弃物改性不良路基土已成为工程地基改良处理的新趋向,鉴于西北地区煤气化渣堆存量巨大且资源化利用率低,尝试用煤气化粗渣改良季节冻土区黄土,以素黄土与单掺石灰改良黄土作为对比试验组,通过室内冻融循环试验、电镜扫描、CT扫描试验来探究在冻融循环条件下煤气化粗渣改良黄土的冻融特性及其微观机理,为季节冻土区黄土路基工程稳定性及煤气化渣资源化利用提出一些新的思考。试验结果表明:(1)经历1次与2次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率为0.02%与0.29%,融沉系数为0%与0.05%,素黄土、单掺4%石灰试验组的冻胀率分别为0.43%与0.63%、0.38%与0.42%,融沉系数分别为0.26%与0.22%、0%与0.13%,但在经历3次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试验组的冻胀率和融沉系数开始增大,5次冻融循环周期内的平均冻胀率和融沉系数分别为0.38%与0.17%,已接近甚至大于素黄土与单掺4%石灰试验组的数值。在前两次冻融循环周期内,平均冻胀率和融沉系数较素黄土组分别减小了70.8%和89.6%。(2)单掺15%煤气化粗渣试样各位置的温度梯度最小,其次是双掺煤气化粗渣与石灰试样,并且这两组试样正负温条件下的导热系数最小。(3)经过5次冻融循环后,单掺15%煤气化粗渣试样各高度的含水率最低。(4)单掺适量的煤气化粗渣在冻融循环的初期能明显地改善黄土的冻融特性,再掺入少量的石灰能使试样在冻融循环前后的孔隙率较素黄土分别降低41.5%与47.8%。总的来说,黄土中掺入煤气化粗渣在冻融循环次数少于3次时能改善黄土路基填料的寒区服役性,但其在更多次冻融循环条件下的冻融特性还需进一步研究。

清车机截齿安装角度研究

冬季火车运输煤炭时,极易因温度过低而发生煤炭冻结现象。采用翻车机卸车后,车厢底部及侧壁会残留大量的冻结煤,极大地影响铁路运输效率和安全。为解决冻煤清理问题,安装有截齿的清车机应运而生。截齿作为清理冻煤的主要工具,其安装角度对冻煤清理效果及截齿使用寿命等都有重大影响。通过截齿仿真分析对不同的截齿安装角度进行研究,研究发现当安装角度为40°~45°时,截齿所受应力较小,冻煤清理效果好。该研究为实际生产过程中截齿的安装角度提供了理论依据,同时对提高截齿使用寿命和铁路煤炭运输效率具有重要意义。

液氮冻结含水煤体能量耗散动态变化规律的试验研究

为研究液氮冻结含水煤体过程能量动态变化规律,利用自主研发的液氮冻结煤体全过程声发射试验系统,分析了不同含水率煤体液氮冻结全过程的声发射能量耗散特征及变化规律。结果表明:液氮冻结煤体过程中声发射能量在时间域上,分为陡增期、波动期、平静期,能量一次、二次峰值均与含水率呈正线性关系,含水率5.96%煤体能量一次、二次峰值是干燥煤体的1.66、2.26倍;液氮冻结煤体累计能量与时间关系分为陡增、缓慢增长及稳定等3个阶段,累计能量与含水率呈正线性关系,含水率5.96%煤体是干燥煤体的2.88倍;不同含水率煤体幅值绝大部分集中在40~50 dB之间,占比为94.39%~99.11%,且随着煤体含水率的增加呈线性减小;液氮冻结煤体声发射振铃计数时间序列存在混沌分形特征,陡增阶段、缓慢增长阶段、稳定阶段的关联维数分别与含水率呈正指数、正线性、正线性相关,含水率5.96%煤体陡增阶段关联维数分别是缓慢增长阶段、稳定阶段的2.00、5.78倍;液氮冻结煤体产生裂隙类型以拉伸裂隙为主,其占比随含水率增加呈负指数减小,剪切裂隙占比随含水率增加呈正线性增大。煤体水分增加,增大了液氮冻结过程中水-冰相变产生的冻胀力,能量耗散增加,促使孔裂隙发育,可通过声发射能量反演。

氯化钙喷洒装置在东露天选煤厂的应用

阐述了东露天选煤厂冬季在防冻液人工喷洒过程中经常会面临防冻液喷洒不均匀、运输困难的难题。为寻找一种更好防冻措施,东露天选煤厂经过提出方案、确定方案、提出问题、解决问题,最终确定了一种适用于选煤厂的氯化钙喷洒装置。该装置可通过上料机构进行上料,经破碎机破碎后通过抛洒大臂将氯化钙均匀喷洒至产品煤上。装置应用后利用机器代替了人工喷洒,解决了冻煤问题。

复杂工况下拉杆结构应力分析及优化设计

分析了复杂恶劣工况下取料机头部拉杆结构的受力及应力,针对北方冬季低温的特殊情况及实际运行中的结构受损问题,提出优化改进设计。实际应用表明,该优化设计可提升设备安全运行性能。

基于点云数据处理技术测量车厢剩余冻煤体积研究

针对北方散杂货港口严寒天气造成敞车车厢卸载时冻煤黏连在车厢难以测量的问题,提出基于点云数据处理技术的计算敞车车厢剩余冻煤体积测量方法。首先,利用翻车机房出口上方的激光雷达获得敞车车厢的点云数据;然后,利用基于M估计随机采样一致性拟合平面的方法剔除侧墙的点云数据,采用欧氏聚类的方法对敞车车厢剩余点云数据进行聚类,得到敞车车厢剩余冻煤表面的点云数据;最后利用Delaunay三角化的方法重建剩余冻煤表面,计算Delaunay三角网格每个三角形投影到敞车车厢车底所形成的三棱柱的体积并且求和,实现对敞车车厢剩余冻煤计算体积的目的。

电磁脉冲振动清车技术的研究

研究了运煤列车冻车破冻新技术———电磁脉冲振动清车技术，其工作原理是先给脉冲电容器较长时间的充电，将电能存储在电容器中，然后使电容器短路放电，因放电时间极短（可达微秒级），电路中的负载（换能器）获得很大的瞬时功率，并且将电场能转化为磁场能，在强脉冲电磁力的作用下换能器上的驱动板向车皮冲击，在应力波和瞬时强机械敲击的共同作用下，残余冻煤与列车车皮表面分离，利用翻车机与传送带间的落差，在翻车机倾倒时将大块冻煤摔碎，最后达到破冻的目的．介绍了电磁脉冲振动清车的特点，分析了现场试验结果，探讨了其应用前景．试验结果表明，磁脉冲振动清车技术是解决列车冻车问题有效、快捷、简便、节能的新技术、新方法．

煤矿立井冻结壁温度场演化规律数值模拟分析

为了研究煤矿立井冻结壁温度场发展规律,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合程序,建立了立井冻结壁有限元分析模型,该模型考虑了冻结过程中相变潜热因素影响,模型与工程实际更为吻合。为验证模型的准确性,以某矿风井为研究对象,进行了170 d的冻结过程模拟,并与实测数据进行了对比分析,模拟结果与实测吻合度较好。依据模拟结果,可得出:1冻结过程中,测温孔温度呈负指数型下降,最终趋于恒定值;2冻结壁厚度初期增长幅度较大,而进入156 d增长趋势趋缓,最终趋于稳定,厚度达到8.2 m;3主面温度曲线以冻结管位置为中心呈V型发展,界面温度曲线则近似呈弧形发展。本模拟方法为冻结壁温度场研究提供了一种新的分析手段,相应研究成果对冻结法凿井准确把握井壁温度场演化具有较好参考价值。

冰煤断裂韧度的测试研究

通过对冰煤在 - 30℃低温状态下的断裂韧度KIC的测试试验 ,得出了在不同预制裂纹长度条件下冻结煤体的断裂韧度变化情况 .试验中制备了三点弯曲试样并制作了低温环境下的三点弯曲实验装置 ,对冰煤的试样制备、试验装置、KIC计算公式以及裂纹尖端塑性区的大小等断裂力学问题进行探讨 ,并且对试样尺寸的有效性进行了验证 .结果表明 ,断裂韧度KIC与裂纹深度a/W的变化方向相反 ,a/W越大 ,KIC越小 ,此时裂纹越易开裂 .

万福煤矿深厚表土层冻土力学性质试验研究

针对山东万福煤矿深厚表土采用冻结法施工的基础数据不足及工程经验欠缺等难题,采集万福煤矿的深部土样,开展深厚表土层冻土力学性能参数的测试与研究。结果表明:在本试验设计的冻结温度下,冻土试样的单轴抗压强度、三轴抗压强度、蠕变应力及冻胀力随着冻结温度的降低均呈现增大的趋势,同时深部表土层的冻土蠕变性质表现尤为明显,含水率和采样深度对冻结壁设计的影响不可忽略。通过对原状土单轴压缩试验、三轴抗压强度试验、单轴蠕变试验、冻胀试验等数据进行多元回归分析,综合考虑冻结温度、含水率和采样深度对冻土试样力学性能的影响,归纳得到的数学模型拟合程度高,相关性好,为深厚表土层冻结壁的设计和在不同地层地质条件下力学参数的确定提供了技术支撑。

纳米煤制备及其改善煤泥浮选的机理研究

为了探究普通浮选药剂里加入纳米级煤对煤泥浮选的影响,采用冷冻研磨的方法制备了纳米级超纯煤,并对其表面特性进行了分析。在煤浮选捕收剂正十二烷中加入纳米煤,制备液固混合浮选捕收剂用于煤泥浮选。通过X射线光电子能谱(XPS)结合润湿性分析表明,纳米煤颗粒主要以C元素为主,表面官能团以疏水性基团C-C和C=C为主,具有极强的疏水性。研究了正十二烷和纳米煤—正十二烷混合捕收剂对煤泥浮选的效果,并且通过扫描电子显微镜(SEM)对2种捕收剂作用后的精煤颗粒表面形貌进行分析表征。结果表明使用纳米煤-正十二烷混配的新型捕收剂得到的精煤颗粒表面微纳颗粒显著增加,说明纳米煤颗粒在浮选过程中能够粘附于煤颗粒表面,从而增强煤的疏水性,并且增加了煤表面的固体凸起点。在浮选过程中,当气泡粘附煤颗粒时,这些微纳颗粒能够加速水化膜的破裂,促进煤颗粒和气泡的黏附效率,提高煤泥浮选效率。

基于THM耦合冻结煤层温度场演化规律研究

为研究冻结煤层温度场演化规律,针对煤层注液冷冻防治煤与瓦斯突出方法,建立热流固(THM)耦合方程,应用COMSOL软件分析冻结过程中渗透率、温度场、有效冻结半径等参数的时空演化规律,并对不同布孔方式冻结效果进行对比。研究结果表明:冻结过程中渗透率与有效冻结半径均先快速增加后缓慢增加,有效冻结半径随冻结时间增加呈幂函数关系;多孔布置冻结孔时,随冻结时间增加,有效冻结范围增大;同一冻结时间,距冻结孔越远,温度变化越缓慢,研究结果可为冻结煤层防治煤与瓦斯突出提供理论指导。

翻车机清冻车技术研究

针对冬季翻车机作业中冻煤与车皮粘连,不易翻卸的问题,以秦皇岛港实际情况为例,阐述了常见的清冻车设备使用状况及存在的问题,给出了解决翻车机冻车翻卸的建议。

黑龙江省火力发电厂冬季运煤结冻的情况调查及分析

通过对火力发电厂冬季铁路运煤发生冻煤车结冻及解冻库使用人工卸冻煤等情况的调查和对冻煤车冻煤产生的主要原因的分析 ,提出了在煤源点将煤脱水到“冻结水分”是解决冬季煤车冻煤的有效途径。

义海木里露天煤矿冻土爆破实验研究

为确定适用于义海木里露天煤矿地区的冻土爆破参数,采用现场实验的方法,研究了钻孔设备的选择、炮孔防护方法、起爆器材和炸药的爆炸性能以及爆破参数之间的关系等。结果表明:钻孔设备宜选用阿特拉斯D9钻机或更先进的钻机;利用PVC管做防护器材,炮孔利用率提高20%以上;导爆管应提前泄压才能在高原环境下使用;采用药壶爆破实验评估炸药爆炸性能,结果显示乳化炸药的作功能力强于铵油炸药。得出适用于义海木里煤矿地区的冻土爆破参数:孔径为80~120mm,孔深不大于6m,孔距和排距的组合取(4~5)m×(2.5~3.5)m,炸药单耗为0.28~0.3kg/m^3,底盘抵抗线不宜超过2.8m,采用斜线起爆网路。

冻结裂隙煤岩单轴压缩破坏机制及细观参数反演

煤岩的变形破坏是一个复杂的渐进演化过程,为了研究冻结条件下裂隙煤岩的破坏机理,基于CT扫描图像,应用三维离散元模拟方法,建立了冻结裂隙煤岩的单轴压缩模型。对比分析数值试验与室内压缩试验得到的应力-应变曲线,发现二者吻合较好。通过对数值模拟结果的系统分析,得到了冻结裂隙煤岩的细观结构损伤过程和宏观变形破坏规律,也发现了煤岩的弹性模量和强度随温度变化的发展规律,同时给出了煤岩强度和弹性模量与温度的数学关系式。以上研究表明,离散元模拟方法能够为研究冻结裂隙煤岩的细观损伤演化和宏观破坏变形提供新思路,可为岩体工程的安全稳定分析提供理论依据和参数基础。

太原选煤厂螺旋卸煤机的改进与应用

太原选煤厂为了解决冬季经常出现的铁路入厂原煤冻结在车厢内壁不易卸车的问题,对2台螺旋卸煤机进行了技术改造,在大绞笼螺旋卸煤机构的两端,设计增加了2个钢丝刷横向旋转清扫装置,对车厢内壁进行清扫作业,达到有效清除车厢内壁冻煤的目的。通过改造,完善了螺旋卸煤机的功能,对于车厢内壁冻煤的清理,有了更加有效的处理方式,不仅快捷方便,而且节省了人力物力,减轻了卸车压力,提高了卸煤作业的效率,有较好的推广应用价值。

季冻区煤矸石路用性能试验研究

以双鸭山煤奸石作为主要研究对象,通过室内试验对其化学成分、颗粒级配、压碎值、承载比、冻稳定性等路用性能进行了系统的研究。结果表明:七星与四方台矿区煤矸石为级配连续不均匀土。四种煤矸石的压碎值均较高,但均不超过30%。煤矸石的强度随着煅烧温度的升高呈先减小后增大的趋势。煤矸石的CBR随着压实度的提高而增大,93%压实度条件下在20.9%~35.9%之间。在冻融作用下煤矸石CBR显著降低;10次冻融时,新立与四方台矿区煤矸石的CBR分别为28.9%和47.2%。

高寒地区储煤仓壁防冻粘的研究

通过分析储煤仓冬季冻粘物料的机理,深入探究高寒地区褐煤储煤仓防冻粘物料的方案,论证储煤仓不同的防寒保暖优缺点,认为储煤仓外保温板结合内壁预埋碳纤维加热方案对于解决高寒地区储煤仓冻粘物料的问题更加科学、合理。