镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。     

截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。     

掘进机截割头动载荷变化规律的研究

掘进机截割岩石时,需要根据不同的岩层地质条件选择合适的截割头,并调整截割参数。在MATLAB中进行动态仿真模拟,深入研究截割头载荷的变化规律。结果表明,截割头载荷随着截割头截深、截割转速、摆速或钻进速度和截割岩石硬度的不同而发生变化。为截割头的选择和截割参数的调整提供了可靠的依据。     

掘进机自适应截割技术研究

针对掘进机截割岩石硬度变化导致截割电机功率不断改变的实际作业条件,提出了截割进给速度与截割负载相关的自适应截割技术。基于Simulink建立掘进机截割部控制系统模型,设计掘进机自适应截割控制算法,利用AMESim和RecurDyn建立掘进机截割作业联合仿真模型。联合仿真表明,自适应截割技术可以使截割电机工作在恒功率状态,提高了截割效率。     

采煤机工作面截割试验分析

由于当前针对采煤机的有关研究中,缺乏来自工作面现场的截割载荷研究。因而从分析螺旋滚筒主要截割载荷的角度,对具有记忆截割功能的采煤机在人工示教截割试验阶段拾取的截割电流和牵引转矩信号及螺旋滚筒主要截割载荷进行了分析。对采煤机螺旋滚筒截割含有不同煤岩界面煤层时载荷特征地分析表明：采煤机截割力响应信号的均值特征能真实反映截割介质的本质差别;采煤机实际工作过程中,在各典型截割工况下,螺旋滚筒截割力响应信号服从正态分布,且在正常截割工况下,截割力响应信号的方差最小,即截割力响应信号的波动最小;滚筒高度和截割状态持续时间可用于滚筒截割状态的精确识别;截割功率约占总消耗功率的70%。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

掘进机截齿截割岩石仿真与试验研究

为提高截割效率、降低截齿磨损率,建立了钻进和横切2种工况下截齿截割岩石的模型,对2种工况下的截齿进行有限元分析,并以截齿受力、截割功率、截割比能耗为目标函数,实现了对现有截齿形状、安装角度等方面的优化设计,并以此为基础设计了一款新截割头。通过新旧截割头的对比试验研究,可知优化后的截割头无论是在高速或者低速工况下,其截割效率均高于优化前,且新截割头截齿磨损率小于旧截割头。     

煤层钻孔加载前后截割特性对比研究

为提高采煤机破煤效率,采用EDEM软件建立仿真模型,以破煤率、平均截割阻力、平均截割比能耗为定性评价指标,分析滚筒截割有无钻孔煤层及不同地应力煤层的截割特性。结果表明:在煤层中加载钻孔,可以减小采煤机滚筒平均截割阻力、降低平均截割比能耗,增加破煤率。当采煤机滚筒截割10 MPa地应力煤层时,截割加载钻孔煤层的截割力、截割比能耗相对于截割无加载钻孔煤层分别减小3.814%、24.272%,破煤率增加5.87%;当采煤机滚筒截割15 MPa地应力煤层时,截割加载钻孔煤层的截割力、截割比能耗相对于截割无加载钻孔煤层分别减小5.676%、30.747%,破煤率增加6.48%;当采煤机滚筒截割无加载钻孔煤层时,截割15 MPa地应力煤层的截割力、截割比能耗相对于截割10 MPa地应力煤层分别增加18.364%、63.434%,破煤率减小8.42%;当采煤机滚筒截割有加载钻孔煤层时,截割15 MPa地应力煤层的截割力、截割比能耗相对于截割10 MPa地应力煤层分别增加16.072%、30.747%,破煤率降低7.81%。     

悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统研究

悬臂式掘进机的自动化、智能化程度低严重制约着煤矿巷道施工技术的发展,智能掘进技术成为目前国内外研究的热点。针对煤矿悬臂式掘进机自动截割控制问题,将视觉测量传感器应用于悬臂式掘进机截割头的控制系统中,提出了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统。根据悬臂式掘进机的运动学,利用视觉测量系统有效实时反馈截割头位姿,融合惯性导航系统、超声波测距等传感器得到有效信息,采用PID控制方法建立悬臂式掘进机视觉伺服截割控制模型,可根据巷道断面截割施工工艺规划的截割轨迹实现巷道断面的截割成形。介绍了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统的工作原理以及主要模块,工作人员在规划好截割头在巷道断面的截割轨迹后,系统根据各传感器的测量结果以及误差信息控制掘进机截割头按照规划的轨迹进行自动截割,保存并显示机身位姿及截割头的截割轨迹。试验结果表明：悬臂式掘进机视觉伺服截割控制试验中,掘进机截割头可按照规划的截割轨迹进行自动截割,并且截割头姿态角的变化在0.7°以内,截割头中心点位置误差在18 mm以内,满足巷道掘进的精度要求,并且截割运动过程具有较好的稳定性。     

高压水射流切割技术和磨料水射流切割技术的机理分析与研究

分析了水射流切割技术和磨料水射流切割技术的切割过程 ,列出了切割时的切割参数 ,定性分析了磨料水射流的切割机理和磨料水射流切割的主要相关规律。     

几种新型特种切割方法及其特性对比

简要介绍了激光切割、水射流切割及等离子切割的基本原理、应用及发展,按不同依据对3种切割方法进行了分类,并对3种切割方法的切割质量、切割速度、切割厚度以及生产成本进行了比较。     

基于环保要求的干切削加工技术

干切削加工是在切削加工中不使用切削液的工艺方法。可减少在机械零件制造过程中由于切削液造成的环境污染,介绍了干切削加工的特点,及实现干切削加工的途径。     

陶瓷刀具在干式切削中的应用研究

干式切削是机械制造业亟待发展并大力推广的加工工艺,而陶瓷刀具在高速干式切削时表现出优异的切削性能,是一类极具发展前途的刀具。论述了陶瓷刀具的切削性能,对陶瓷刀具在干式切削中的应用进行了分析研究。     

机械加工业的展望

介绍了干切削技术在国外的发展状况,比较了干切削刀具材料的切削能力;介绍了高速切削的特点和高速切削刀具材料及目前高速切削存在的三个方面的缺陷;简介了硬加工、少无切削液（准干切削）加工技术的目前状况。     

硅铝合金车削中切削力和切削温度的研究

研究金刚石刀具切削硅铝合金时切削力和切削温度的变化规律。结果表明，在金刚石刀具精车硅铝合金时，主切削力和切削温度随进给量的增加同步增长，在切削时应尽量选取较小的进给量避免切削区温度过高。在较高切削速度时．存在一段使切削力最小的范围，切削时切削速度应尽量选在这段范围内，改善切削效果。切削温度在所选切削范围内随切削速度的增加而持续增加。