基于多场耦合的采煤机摇臂壳体分析

 为对大型装备壳体类零件进行创新设计,建立了大采高采煤机铸、锻、焊结合摇臂壳体的柔性虚拟样机耦合模型,研究截割部齿轮系统热平衡过程,确定温度载荷和边界条件,加载动力学仿真软件ADAMS输出的载荷文件．应用有限元软件ANSYS对摇臂壳体进行温度 结构耦合分析及疲劳寿命预测,得到了壳体的温度场及结构场云图,发现了摇臂壳体疲劳寿命的薄弱环节,并提出了改进措施．结果表明,温度场的影响使摇臂壳体的最大应力增加了11.707%.研究结果为大型壳体类零件的设计与优化提供了明确的量化依据,可有效提高该类零件的工作可靠性．     

采煤机摇臂动态特性及影响因素分析

针对采煤机摇臂在截割载荷作用下可靠性差的问题,对MG500/1180-WD采煤机摇臂动态特性进行分析。建立摇臂有限元模型,通过模态分析得到摇臂固有频率及主振型。模态分析表明,摇臂主要振动模式为电机壳体及行星头弯曲扭转振动。通过实验模态分析,以固有频率为判定指标,对有限元模型进行验证。选取电机壳体壁厚等5个设计变量,研究摇臂固有频率随设计变量的变化规律。根据重载截割实际工况对摇臂进行谐响应分析,计算摇臂振动响应。结果表明:摇臂中部老塘侧壁厚是影响摇臂固有特性的关键因素;摇臂在行星1级2倍频、直齿1级2倍频、直齿2级2倍频及8阶固频激励下动态应力较大;采煤机摇臂形成了以1阶、3阶振型模态振动为主要特征的弹性振动并导致摇臂铰接耳处产生应力集中;分析结果可为采煤机摇臂结构优化设计及可靠性分析提供参考。     

采煤机截齿三向力测试方案设计及实验研究

为研究采煤机工作状态下截齿负载特性,设计了截齿三向力测试方案,并应用该测试方案对MG400/930-WD型采煤机进行了相关实验研究,得到了采煤机截割某实验室模拟煤壁时的截齿三向力曲线,并对实验结果和理论计算结果进行了对比分析.考虑误差和随机因素的影响,可以认为实验结果与理论分析是一致的,验证了测试方案的可行性,能为采煤机截齿相关参数的改进及采煤机截割部的设计提供实验数据和理论依据.     

激励与滚筒振动耦合下采煤机动力学特性分析

为了研究采煤机截割过程中的动力学特性及其对截割载荷的影响,采用含滚筒振动量的锋利截齿截割阻力模型描述滚筒截割载荷,采用含间隙齿轮啮合模型描述行走轮驱动载荷,采用库伦摩擦模型描述平滑靴摩擦载荷,建立了采煤机整机五自由度动力学模型,利用ode45对模型求解.结果表明:当煤岩硬度f=3,行走速度为3m/min时,采煤机右摇臂振动幅值约为0.8×10~(-4)rad,左摇臂振动幅值约为0.4×10~(-5)rad;机身振动速度在-1.4~+1.4mm/s间波动,右、左摇臂的振动角速度分别在-1×10~(-3)~+1×10~(-3) rad/s和-4.5×10~(-4)~+4.5×10~(-4) rad/s间波动;通过对比考虑滚筒振动和未考虑滚筒振动时的截割载荷,表明滚筒的振动有利于对煤岩的截割;对右侧摇臂的振动量进行了实验测量,其大小及波动范围与仿真值较为接近,说明采煤机的动力学模型具有一定的准确性.     

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.     

斜切进刀时采煤机滚筒力学特性分析

为了分析采煤机斜切进刀时滚筒力学特性,推导了采煤机在斜切进刀时单个截齿的截割阻力,应用叠加法得出了滚筒截齿总截割阻力,并运用挤压面积和煤岩破裂理论得出了滚筒轴向力.同时,以国产的MG400/940-WD交流电牵引采煤机为例,利用MATLAB对单个截齿的截割阻力、滚筒截齿总截割阻力及滚筒轴向力进行模拟.模拟结果表明:前滚筒最大轴向力约为最大总截割阻力的3.64倍,后滚筒最大轴向力约为最大总截割阻力的3.32倍.模拟结果对提高采煤机滚筒的稳定性及截齿的可靠性有一定的参考价值.     

采煤机截割部齿轮箱体振动特性实验

截割部在割煤作业中同时受截割煤岩体冲击载荷以及由内部齿轮啮合引起的高频激励,是采煤机可靠性的薄弱部位,得到准确的截割部振动响应是进行可靠性分析进而提高截割部可靠度的最重要前提。基于国家能源采掘装备实验中心进行截割实验。实验台按照煤矿综采工作面搭建,能够真实模拟井下采煤全过程;根据综采工艺,实验工况设置为空载、直行截割及斜切截割,得到齿轮箱体振动加速度数据并进行时域和频域分析;探讨了截深、牵引速度和煤层硬度等关键参数对截割部齿轮箱体振动特性的影响。将实验结果与理论计算进行比较;结果表明:理论计算结果与实验吻合较好;垂直地面方向振动量最大,振动幅值随截深、牵引速度和硬度而增加;斜切截割中出现拍振现象,拍振随截割载荷增大而减小;齿轮系统各传动级啮合频率发生耦合现象,耦合频率构成了优势频率的主要部分;截割部齿轮箱体的振动主要由齿轮系统啮合非线性振动引起,频率耦合会产生更多激振频率成分从而增大箱体发生共振的可能性。实验得到的数据和相关结论对正确认识采煤机截割部振动响应规律及截割部的可靠性分析和设计具有参考价值。     

瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析

为研究采煤机传动系统在复杂工况下的动态性能,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合系统机电动力学模型,模型中考虑了驱动电机电磁特性、煤层截割阻抗变化、传动系统扭振、时变啮合刚度和齿侧间隙等因素。仿真并分析了系统在启动、滚筒负载突变和截割电机堵转等瞬态过程中的机电动态响应特性,并进行了试验验证。结果表明:在截割电机启动和堵转过程中,电机和传动系统之间发生强烈的耦合作用,导致传动系统出现脱啮、反冲等非线性冲击现象,使系统振动加剧;在设计采煤机传动系统时,截割部应比牵引部取更大的使用系数,高速级应比低速级取更大的安全系数。     

多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证

摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明：基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。     

7m大采高采煤机全直齿摇臂故障诊断研究

神华神东煤炭集团公司联合国内设备厂家研发了适合7m大采高综采工作面使用的易维护全直齿摇臂,该摇臂采用五级全直齿传动,在国内尚属于首例,并配套使用EFK-1000/6770采煤机在大柳塔煤矿大井52305-1和52305-2综采工作面进行了应用,本文利用便捷式设备状态综合分析系统Leonova对摇臂进行了振动监测试验,通过分析现场振动数据时域波形和共振解调谱,发现右摇臂振动较大且摇臂齿轮箱齿轮及截割电机扭矩轴有严重故障,检修结果验证了分析的正确性。最后,论文从工况、摇臂重量、调高油缸与摇臂耳子连接处间隙及采煤机与摇臂连接销轴间隙等方面分析了故障原因,并给出了合理化建议。     

采煤机截割部传动系统故障信号小波包分解方法研究

采煤机主要通过截割部上的滚筒截割煤岩,若其传动系统发生故障将导致采煤工作中断,造成巨大的经济损失。以MG2×70/325采煤机为依托,采用PRO/E建立了断齿、裂纹齿轮和缺陷轴承等常见故障模型,利用ANSYS及ADAMS建立了引入故障形式的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型,提取各惰轮轴轴向和径向受力数据,作为建立故障诊断系统的样本。用Coif4小波对数据进行小波包分解,求各子带能量值,作为神经网络输入向量,结合Elman神经网络建立采煤机截割煤岩时的故障诊断模型,仿真结果表明:该方法可有效地诊断传动系统的故障零件和类型,对于复杂工况下,采煤机故障检测以及在线实时监测具有一定的指导意义。     

滚筒式采煤机煤岩截割力学特性及测试系统研究

为实现采煤机在煤岩截割过程中滚筒载荷受力的测试与分析,现场建立等比例大型采煤机力学特性分析研究实验平台,采用等效结构惰轮轴传感器测试方法,针对滚筒式采煤机在煤岩截割过程中采煤机滚筒载荷变化进行实时动态在线监测,采用无线信号发射装置实现测试数据的实时传输。现场截割实验结果表明,在采煤机截割煤岩过程中,滚筒x,y,z三向上的载荷峰值差分别为29.941,17.459和7.371kN,载荷变化显著,测试结果符合现场实际工况,为实现采煤机煤岩动态识别以及自动调高控制提供了重要的理论和数值依据。     

采煤机摇臂扭矩轴断裂修复使用研究

扭矩轴是采煤机截割部过载保护轴，一旦采煤机遇到过载时，扭矩轴首先断裂，保护了采煤机。综采工作面采场条件恶劣，人员操作水平差，时常会出现采煤机割支架前粱或者刮板机铲煤板，导致断裂，扭矩轴需要外购，价格高，周期长，时常出现影响生产，对废品重新利用，效益可观。     

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.     

采煤机截割传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态分析

为研究滚筒式采煤机摇臂壳体变形及其对齿轮传动系统的影响,建立了摇臂壳体-传动系统耦合动力学模型。首先分别建立摇臂壳体、平行轴齿轮、行星齿轮、轴系、电机和滚筒等子结构模型,然后利用连接界面的变形协调条件将这些子结构耦合得到完整系统模型;在此基础上以某型300 kW采煤机为例,进行了额定工况下的截割传动系统动态响应仿真分析,得到了摇臂壳体变形状态及其对各齿轮副啮合状态(用啮合齿向误差衡量)的影响规律。对由壳体变形、轴承变形、轴系变形所引起的啮合齿向误差进行了溯源分析,分析表明双联齿轮的啮合齿向误差受轴变形影响最大,惰轮的啮合齿向误差受壳体变形影响最大。     

采煤机闭式齿轮箱润滑技术的应用研究

针对现代化煤矿高效集约化开采对采煤机的高可靠性要求,分析研究采煤机闭式齿轮箱的润滑油效果及要求;以1000kw截割部齿轮箱为例阐述了润滑油的选型方法,结合采煤机闭式齿轮油的使用条件、使用场合等提出换油指标相关要求,可以达到按质换油、保证机械正常润滑的目的。     

综采工作面过断层深孔预裂爆破技术应用研究

为解决辛安矿907工作面开切孔揭露坚硬全岩断层导致采煤机截割困难的问题，采用深孔预裂爆破理论，分析了爆炸荷载对断层的破坏作用，并设计了钻孔直径、钻孔深度、装药量、封孔长度和安全振动控制等爆破参数。运用LS-DYNA软件，开展断层爆破参数数值模拟，计算结果显示，炸药爆炸作用的有效范围约为7 m×22 m×2.7 m,在作用区域内应力叠加的作用下，产生远大于岩石的动态抗拉强度的应力，使岩体破碎。根据模拟结果优化爆破参数，并进行现场试验。试验效果表明，爆破后钻孔壁产生了不同长度和宽度的裂缝，形成了裂缝集中区域，基本达到了深孔预裂爆破破碎岩石的目的。采用深孔预裂爆破技术过断层有效地改善了采煤机作业环境，减少了50%的采煤机截齿消耗。     

镐型截齿温度场数值模拟与试验研究

以镐型截齿及其深冷处理环境为研究对象,基于Solidworks软件建立截齿的三维几何模型,基于ANSYS Fluent软件建立了镐型截齿深冷处理温度场数值模型。完成了某型截齿的温度场数值模拟,为验证该模型的合理性,完成了镐型截齿的深冷处理试验,通过截齿温度场模拟数据与试验数据对比,得出数值模拟温度与试验温度下降趋势一致,且时间相差8 min左右,表明镐型截齿温度场数值模拟具有一定的可行性。     

液压支架推移千斤顶在高档普采工作面的应用

潘一矿采煤准备队回采的1642（1）机采工作面使用MG-200型采煤机落煤，煤机截深630mm，采取端部斜切式进刀。采煤机采取全工作面双向割煤，煤机往返一次进一峒（1米）。工作面使用一部SGD（B）-630／220型刮板机将煤炭运出工作面。     

基于ARIZ的采煤机截割滚筒节能方案设计

TRIZ理论中的ARIZ算法主要用于解决复杂问题,ARIZ集成了TRIZ的多个工具,给出了从问题分析到方案解评价的整个流程.采煤机截割滚筒的节能方案设计是滚筒采煤机设计者的主要研究方向之一.介绍了滚筒采煤机工作原理和截煤、装煤过程,指出截割滚筒工作过程中存在能耗大的问题.通过Pro/InnovatorTM5.0软件对能...