基于LS-DYNA的采煤机滚筒截割夹矸煤岩强度分析

为获取复杂工况下薄煤层采煤机螺旋滚筒应力信息,进而指导其参数设计或运动学参数匹配,采用PRO/E建立了滚筒及煤岩模型,通过专用接口导入到Ansys,并根据实际情况对模型进行定义单元、材料、划分网格添加约束、接触等操作,最终在Ls-Dyan中建立了螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,设置牵引速度为4 m/min,滚筒转速为80 r/min,并对其进行动态仿真,获取相应零件的接触力信息及应力云图。结果表明:截齿合金头、齿体、齿座、叶片最大应力分别为1 209. 26 MPa、812. 5 MPa、371. 79 MPa以及103. 56 MPa,均小于各自材料的许用应力,能够可靠工作。该方法能够找到滚筒的薄弱环节,可为螺旋滚筒设计及运动学参数匹配提供重要的理论参考。

基于LS-DYNA的采煤机滚筒仿真模拟

为解决滚筒设计优化及不同工况下的极限速度截割问题,提出了一种基于LS-DYNA的非线性动力学仿真方法。通过在LS-DYNA中建立滚筒及煤岩模型,在设定煤层物理参数、滚筒牵引速度和转速的情况下对截割过程进行模拟,得到了滚筒瞬时整体受力、单个截齿的受力以及应力云图,并据此优化截齿布置、滚筒结构及预测该工况下采煤机最高牵引速度,为采煤机滚筒在实际工况下的研究提供了新思路。

基于ANSYS分析的采煤机超大型螺旋滚筒开发

为了解决目前滚筒存在着破煤效果较差、能量利用率低下、截割比能耗浪费严重等问题以及采高为7 m以上特厚煤层一次采全高的生产需求,综合考虑采煤机牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角及截齿排列方式对滚筒落煤及装煤性能的影响,研制Φ4.5 m采煤机螺旋滚筒,并利用ANSYS对滚筒主要零部件的强度和刚度进行分析,使其结构更合理,性能更优。该螺旋滚筒在神东煤炭集团公司补连塔煤矿12511综采工作面进行8个月的生产性工业试验,表明该滚筒结构合理,工作性能稳定,提高了采煤机生产效率。

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。

采煤机螺旋滚筒的设计及改进方法

总结了采煤机螺旋滚筒的设计经验,阐述了对滚筒转速、切削厚度、螺旋升角、叶片头数和导程等参数的计算,同时对截齿的排列、截线距的设计进行了分析,对行业中普遍存在的小直径螺旋滚筒装煤效果差的问题提出改进方法,通过实际生产验证,极大地改善滚筒装煤效果,可保证安全生产的顺利进行,为行业中此类问题提供了参考。

采煤机螺旋滚筒结构参数对装煤效率的影响分析与改进

以MG400/950型采煤机螺旋滚筒为研究对象,运用EDEM仿真分析软件完成了煤壁仿真模型的建立,完成了螺旋升角、滚筒直径、筒毂直径对螺旋滚筒装煤效率的影响研究。结果表明,螺旋升角越大,装煤效率越高,但随着螺旋升角的持续增加,后期装煤效率提升趋势放缓;滚筒直径越大,装煤效率越高;筒毂直径越大,装煤效率越低。基于螺旋滚筒结构参数对装煤效率影响的结果完成了对螺旋滚筒结构参数的改进。螺旋升角增加至15°,滚筒直径增加至1 200 mm,筒毂直径减少至475 mm。螺旋滚筒结构参数改进后的装煤效率提升了近3.5%。

滚筒采煤机截割载荷的模拟系统开发及其模拟

为解决因采煤机螺旋滚筒截割载荷计算难、导致滚筒设计缺少依据、产品质量低、截割性能差的实际问题,在给出滚筒截割载荷确定方法的基础上,基于Matlab/GUI开发了采煤机螺旋滚筒截割载荷的模拟系统。该系统采用Matlab/GUI界面,利用Matlab软件为平台,通过输入不同的滚筒及采煤机参数和煤岩的特性参数,可模拟采煤机截割各种对象、以各运动参数工作时滚筒的截割载荷,并能直观显示各载荷的图形、数据和统计结果。该系统具有数据与程序分离、操作简便、适应性强等特点,能快速、准确地获取滚筒的截割载荷。以国产某型薄煤层采煤机为例,对其滚筒截割载荷进行了模拟分析,得出了前、后滚筒三向载荷和负载扭矩曲线及统计结果,搞清了该采煤机截割载荷的大小、变化规律及其相关关系,为改进滚筒设计、研究、评价和改善采煤机的截割性能提供了参考。

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.

基于知识的采煤机螺旋滚筒专家系统设计

为解决采煤机螺旋滚筒设计以手工分析、计算为主,设计效率低、设计质量因设计者而异的问题,通过对专家系统关键技术的分析与研究,借鉴专家的经验和设计实例,以VB6.0为编写平台,采用模块化思想,自下而上地建立了采煤机螺旋滚筒专家系统。利用该系统能快速地对螺旋滚筒结构进行设计与仿真,快速而稳定地实现了采煤机螺旋滚筒设计,保证了采煤机滚筒的设计质量和提高了设计效率,为设计高质量的采煤机奠定了基础。

运动参数对采煤机滚筒载荷影响的模拟研究

为探究牵引速度和滚筒转速对采煤机滚筒载荷的影响,通过建立采煤机滚筒三向载荷均值与波动系数的数学模型,基于Matlab/GUI软件平台,利用设计的滚筒载荷模拟系统,以国产某型采煤机为例,得出其滚筒载荷均值与波动系数随牵引速度、滚筒转速变化的曲线,发现了载荷均值与波动系数随运动参数变化的规律,分析了运动参数对滚筒载荷的影响,为合理确定采煤机运动参数提供依据.

薄煤层采煤机结构特点及装煤效果分析

通过比较几种典型薄煤层采煤机参数,介绍了我国薄煤层采煤机的结构特点,分析了螺旋滚筒的结构参数、工作参数对薄煤层采煤机装煤效果的影响,并讨论了几种常见摇臂结构形式的特点以及装煤效果。

夹矸煤层采煤机斜切进刀过程滚筒载荷特性研究

为研究采煤机螺旋滚筒在斜切进刀工况下截割含夹矸煤层时的载荷问题,应用Pro/e建立煤壁落煤空间模型,并将其与滚筒导入到离散元软件EDEM中,利用从兖矿集团杨村矿17层煤岩所测得的煤样参数完成颗粒填充,形成滚筒截割的离散元仿真模型。通过前期试验,决定采用分段建立煤壁的方法以减少仿真时间。结果表明:在斜切进刀过程中,滚筒所受合力逐渐增大,且在含夹矸工况下的受力明显大于全煤工况下的受力,约为其4倍;滚筒所受牵引阻力与截割阻力逐渐增大,且牵引阻力约为截割阻力的2倍;轴向力呈先增大后减小的趋势;滚筒与煤壁开始接触时,为单齿受力,最大值可达15 000 N。验证了采用分段建立EDEM仿真模型方法的可行性与准确性,且可节约90%的仿真时间,为采煤机螺旋滚筒斜切进刀过程研究提供了参考依据。

综合机械化开采条件下提高块煤率技术研究

为了提高块煤率,根据赛蒙特尔煤矿的煤层地质条件和设备选型情况,从采煤机螺旋滚筒参数、生产细节优化选择以及胶带运输过程中转载点的转载方式等方面,对在生产中影响块煤率的主要因素进行了细致的研究,结果表明,块煤率在原块煤率的基础上提高了8%～10%,使该矿在市场低迷的情况下仍可实现较好的经济效益,该技术的有效实施对鄂尔多斯地区提高块煤率的技术研究提供了一定的理论依据。

采煤机螺旋滚筒总体参数优化设计

在相似模型试验研究的基础上，综合现代采煤机螺旋滚筒设计理论和方法，建立了以比能耗和载荷波动系数为目标的采煤滚筒优化设计数学模型及优化算法，编制了相应的优化设计程序。对ＬＸＴ１４／４６型螺旋滚筒进行了对比计算，结果表明：螺旋滚筒的截割比能耗降低了７．９７％，载荷波动系数减小了１９．８％，装煤效率提高了１１．１％。

叶片轴向倾斜的螺旋滚筒装煤机理和能力

在分析普通螺旋滚筒结构的基础上,针对一种螺旋叶片向排煤口侧轴向倾斜一个角度的新型滚筒,给出螺旋叶片轴向倾斜角度的理论值。研究了滚筒的装煤能力,在评价滚筒装煤能力的方法中,提出了抛煤流量矩、滚筒容煤量比和推煤力等新概念,用抛煤流量矩的大小和叶片轴向倾斜的推煤力及其方向等来综合衡量滚筒的装煤能力和性能,为滚筒设计提供了理论基础。

采煤机含间隙行走机构驱动速度对滚筒随机载荷的影响

为了研究牵引速度对采煤机滚筒工作载荷的影响,建立截割部与牵引部相互耦合的动力学系统模型,并考虑截割阻抗为随机量,服从正态分布,运用数值仿真的方法对其求解,并对结果运用数理统计方法得出采煤机滚筒三向力的均值及标准差;研究结果表明,滚筒三向力的均值和方差随着初始牵引速度的增加呈递增趋势,最后经仿真值与实验测量值对比,验证了模型的准确性。

基于深度信念网络的滚筒采煤机截割载荷预测

为了准确预测采煤机螺旋滚筒截割载荷,提出了一种基于深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)的预测模型。DBN模型以2个导向滑靴受力、2个平滑靴受力、摇臂振动、惰轮轴受力、截割电机电流7个特征参数作为可视输入,通过非监督逐层贪婪学习得到更好的高层特征表示,增强识别过程的智能性,避免人工特征提取的繁琐与不精确,最后预测出前滚筒的三向载荷和负载扭矩。对所提出的方法进行了测试,测试结果表明该方法适用于采煤机螺旋滚筒载荷预测,具有强大的特征提取能力且性能优于BP神经网络,可以为滚筒及采煤机的设计、研究、评价提供理论参考。

复杂煤层采煤机螺旋滚筒多参数优化研究

为了有效提高复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒的截割性能,利用离散元仿真软件EDEM建立含夹矸煤岩与螺旋滚筒耦合模型,模拟采煤机截割含夹矸煤岩过程,得到多种工况下采煤机螺旋滚筒的截割性能指标。基于单因素分析法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角、截深等对截割性能指标的影响。分别编写GA-BP网络与遗传算法程序,对截割性能指标进行优化,对比两种优化算法,得到螺旋滚筒最优参数。相比于优化前的结果,使用GA-BP网络优化后采煤机生产率提高了33.3%,截割面积增大了115.6%,虽然最大截割阻力增加了7353.4 N,但截割比能耗降低了24.3%,截割性能整体得到提高。研究结果为探究复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒截割性能提供支撑,对提高煤矿企业的生产效益有重要意义。

滚筒设计参数与粉尘爆炸率关系的数学模型

综采工作面的粉尘主要是由采煤机截割煤炭而产生,螺旋滚筒作为采煤机的工作装置,直接与煤岩接触,参与落煤和装煤的过程,其结构参数、工作参数直接决定着机器工作时的产尘量大小,影响工作面的粉尘浓度。因此,笔者通过简化与假设,在粉尘检测数据的基础上,选取滚筒直径,螺旋头数,截线间距,每线齿数和切屑厚度为自变元,提出了工作面粉尘爆炸概率的确定方法,建立了滚筒设计参数与采煤工作面粉尘爆炸率之间关系的数学模型,为分析机械参数与安全之间的关系和影响、为合理地设计滚筒及其采煤机的参数、减小采煤工作面的粉尘、降低粉尘爆炸率、提高煤炭生产的安全提供理论依据。