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。

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。

截齿对采煤机装煤效果的影响研究

采煤机螺旋滚筒是截煤和装煤的主要工具,现有装煤效果的研究大多基于滚筒结构参数、运动参数等影响因素进行研究,忽略了截齿对装煤效果的影响。针对该问题,利用离散元分析软件EDEM构建采煤机螺旋滚筒截割煤壁耦合模型,对安装不同截齿的采煤机滚筒的装煤性能进行数值模拟,获取不同截齿下的采煤机滚筒装煤性能差异,以期为提高井下采煤机采煤效率提供必要的技术参考。

关于采煤机螺旋滚筒的改进设计及其性能分析

螺旋滚筒是采煤机的重要工作部件,利用Pro/E和EDEM软件建立了MG2×80(55)/360(260)-WDK型采煤机螺旋滚筒截割煤壁的有限元模型。结果发现,螺旋滚筒的截割扭矩为14634 N·m、生产率为58.1 kg/s、截割比能耗为0.7707 kW·h/m^(3)。在螺旋滚筒端盘部位增加4个均匀分布的0.7倍的截齿,以提升螺旋滚筒的综合性能。对改进后的螺旋滚筒性能进行分析,发现截割扭矩、生产率、截割比能耗3个技术指标数值分别为15384 N·m、66 kg/s、0.6549 kW·h/m^(3)。将改进设计后的螺旋滚筒应用到采煤机中,累计使用时间6个月,发现滚筒具有良好的应用效果,经济效益显著。

采煤机螺旋滚筒工作性能优化分析

针对王村煤业使用的MG2×55/250-BW型采煤机因经常发生螺旋滚筒叶片磨损损耗而造成企业停产、生产成本居高不下等问题,采用三维建模分析与离散元数值模拟分析的方法对采煤机滚筒与叶片进行了模拟仿真分析,通过对叶片进行模拟,得出叶片所受的侧向力最小,截割阻力居中,牵引阻力最大,叶片受到的主要磨损为摩擦磨损,叶片齿根、外缘以及尾部位置磨损最为严重。通过对叶片磨损因素分析,得出采煤机滚筒转速的影响程度大于坚固系数,大于采煤机牵引速度,大于滚筒叶片螺旋升角。通过对采煤机工作性能多目标优化分析,得出煤机最优参数牵引速度为4.23 m/min,坚固性系数为3.5,滚筒转速为80.65 r/min,螺旋升角为11.56°。依据不同的煤层夹矸进行了采煤机自适应截割控制系统设计,运用该系统王村煤业装煤率上升了1.8%,螺旋叶片因磨损更换的数量下降了15.7%,年产值上升1380万元,符合相关优化分析要求。

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%。

新型豆粕检验筛的设计与应用推广

新型豆粕检验筛采用全新的滚筒结构设计,去除成品豆粕中的球状、块状等大杂,结构紧凑,产量大,解决油厂成品豆粕出仓后的大杂清理难题。

截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明:(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数(CI)和截割比能耗(SE)评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩脊较小,截割载荷较小,但由于截割沟槽干涉会产生较多细小碎屑,消耗较多能量,所以能耗升高;随着截割间距增大,残余岩脊增大,截割力增大,但由于已有截割沟槽对岩石的弱化作用且截割沟槽间干涉较少,形成的大块碎屑占比增大,所以截割能耗降低;随着截割间距进一步增大,截割沟槽间无干涉,且已有截割沟槽对岩石的弱化作用降低,截割力增大,碎屑粒度减小,截割能耗上升,截割状态逐渐趋近于自由截割。

复杂煤层条件下滚筒截割性能参数优化分析

为进一步提升采煤机的截割能力和落煤能力,达到提升其截割性能的目的,基于EDEM软件建立采煤机与复杂煤层的耦合仿真模型,分别对采煤机螺旋滚筒结构参数和运动参数对截割性能的影响开展对比仿真分析;采用多目标数学优化模型对螺旋滚筒参数进行优化,并得出优化后的滚筒参数对采煤机截割性能有明显改善的结论。

采煤机滚筒螺旋叶片磨损研究

为了研究不同参数下叶片的磨损程度,利用数值模拟软件对叶片截割过程受力情况进行分析,发现叶片的整体受力随时间变化呈现波动趋势,在13.5 s和20 s时,叶片受力最大。同时对不同煤岩坚固性系数和牵引速度下叶片磨损量进行分析,发现随着煤岩坚固性系数及牵引速度的增大,叶片磨损随着夹矸坚固性系数及牵引速度的增大而增大。该研究成果可为采煤机叶片磨损优化作出一定的贡献。

采煤机滚筒叶片磨损问题研究

随着综合机械化开采中采煤机的研发,大大提高了煤矿的生产能力,降低了煤矿工人的劳动强度,减小了危险事故的发生。但是随着开采的进行,采煤机叶片磨损程度较大,通过对采煤机滚筒叶片磨损现状的研究,分析其磨损的主要原因,针对原因进行优化,提出了在煤岩颗粒输送末端采用叶片螺旋升角逐渐增大的方法,有效地解决了叶片磨损的问题,提高了采煤机的装煤率。

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.

含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构载荷问题

通过对含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构实际工况的分析,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的受力模型,利用Matlab软件编制了滚筒瞬时负载的模拟程序;生成了滚筒瞬时负载的文本文件,并将其成功地导入机械系统运动学和动力学仿真软件ADAMS环境下建立的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统中,为定量研究采煤机截割部工作的可靠性提供了条件,使复杂煤层赋存条件下的薄煤层实现综采成为可能.研究结果表明,利用Matlab能准确地模拟复杂地质条件下采煤机工作机构遇到大块、硬结核体时滚筒瞬时负载的剧烈变化;Matlab文件操作函数生成负载文本的方法,能有效处理具有非线性、时变性、强耦合的复杂载荷问题.

基于相似理论的采煤机模拟螺旋滚筒的设计

为研究采煤机自动调高,提出建立采煤机模拟截割实验装置,给出了模拟截割实验装置示意图.针对某型薄煤层采煤机,根据相似理论建立了模型与原型间相似参数的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒相关参数数值,为螺旋叶片和端盘配置了截齿,使用SolidWorks建立了模拟螺旋滚筒各零件模型,经虚拟装配及干涉检查完成了模拟截割装置的螺旋滚筒三维建模,为采煤机模拟截割实验装置整机设计奠定了基础.

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.

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。