基于LS-DYNA的偏置刨刀破煤过程仿真研究

以某型刨煤机为例,用偏置刨刀替代传统刨刀,基于显示动力学软件LS-DYNA对刨煤机截线距最大的两把偏置刨刀破岩过程进行了数值模拟,并在上行刨刀截割煤岩的基础上,结合实际工况模拟了下行刨刀的刨煤过程,研究了刨刀的三向载荷曲线,分析了偏置刨刀破岩过程对残留煤脊量的影响,并对其强度进行了分析。分析结果对难刨煤层刨刀的优化设计和破煤过程的研究有重要参考价值。     

刨煤机刨刀冲击动态响应仿真分析

刨刀是刨煤机的关键零部件之一,是刨煤机直接接触煤岩的工作部分.刨刀刨煤时,由于煤层条件复杂恶劣,尤其是遇到硬质包裹体等坚硬矿物时,刨刀受力急剧增加.刨刀受到冲击,容易发生刀头脱落、刀身折断等故障,消耗量非常大.因此研究刨煤过程中刨刀受到冲击时的动态响应至关重要.采用有限元仿真分析方法,针对刨煤机刨刀受到冲击时的动态响应进行深入研究,为刨刀材料选择、刨刀结构设计与优化、提高刨刀可靠性以及合理选择刨削速度等刨煤机工况参数方面提供理论依据,对我国采煤机械设计以及煤炭行业的发展具有重要意义.     

刨煤机随机载荷的模拟分析及其应用

复杂煤层赋存条件下刨煤机的受力是随机变化的,这种变化直接影响刨煤机的刨削能力、生产率、工作可靠性和使用寿命。为研究刨煤机的载荷特性,基于破煤理论的刨刀受力模型,利用计算机程序模拟计算出刨刀、刨头和刨链受到的随机载荷,获得了不同刨深情况下刨刀、刨头和刨链受力的变化规律;分析了在考虑溜槽转角对刨链牵引力影响下,不同预紧力对刨链受力的影响。研究表明:刨刀与煤发生力学耦合作用而产生的交变冲击载荷中,刨刀受到的刨削阻力最大,小刨深情况下,刀体易出现磨损破坏,当刨深过大时,刨削过程中的能量积聚与释放会出现急剧的增加,使得刀体脊背处承受较高的动应力;预紧力的适当增加能减小刨链在工作过程中由于松紧交替而产生的振动;分析结果为研究动载荷作用下刨刀、刨链的可靠性和疲劳分析提供了理论依据。     

刨煤机不同位置刨刀的载荷模拟研究及其强度验证

刨刀是刨煤机落煤的执行工具,其工作载荷直接影响刨煤机的刨削能力和生产效率。为研究刨煤机的载荷特性,基于Matlab和VC开发出了刨煤机载荷计算程序,可根据不同模拟煤层的赋存条件,计算出不同位置刨刀的随机载荷;基于仿真软件Adams,对不同位置刨刀进行模拟,并对其进行了强度验证。通过分析得出:在相同截深时,不同位置刨刀的载荷具有随机性,其中,短腰刀的三向载荷均值与标准差最小,与其他位置的刨刀相比受力较稳定均匀,其次为长腰刀、顶刀、底刀;随着刨削深度的增加,刨刀所受的三向力均有不同程度的增大,当刨深超过一定值以后,刨削阻力会出现明显的增大;当刨刀间距超过一定截线距时,刨削力急剧增加;刨刀在工作过程中,长、短腰刀所受最大应力分别位于刀体薄厚位置过渡连接处和刀体与片状合金头镶嵌处,主要失效方式为断裂和磨损;顶刀和底刀在与刀座连接部分做倒角处理可缓和应力集中。分析结果为研究动载荷作用下刨刀可靠性及其结构优化设计提供了理论依据。     

刨煤机刨刀三向力实验测试及理论公式修正

为了研究刨煤机工作状态下刨刀载荷特性,根据刨煤机破煤理论,建立了刨煤机力学检测平台,研制了刨刀三向测力系统。以BH38/2×400型刨煤机作为研究载体,对刨煤机刨削煤岩进行了实验测试,得到了不同刨深、不同刨速条件下的刨刀三向力测试结果,并将实验结果与理论计算结果进行了对比分析。研究结果表明:不同刨深条件下,实验所测得的三向力均值比理论计算值小,且三向力的实验值与理论计算比值在一定系数附近波动;不同刨速条件下,实验测得的三向力均值与理论计算值存在差异,且三向力实验值与理论计算比值呈一定倍数。     

新型刨运综采机组在综合机械化开采中的工业性试验

基于山西某煤矿复杂的地质情况,通过对国内外现状进行研究,分析急倾斜煤层的矿山压力显现特点,同时结合机械化开采技术,引出了新型急倾斜煤层刨煤机组的设计思路,经过工业性试验表明,新型刨运机组提高了工作面的开采效率及开采的可靠性。     

随机载荷作用下刨煤机刀座动态特性及疲劳寿命分析

为研究刨削过程中刀座在随机载荷作用下的动态特性及其疲劳寿命,根据BH38/2×400型刨煤机应用煤层煤样性质结合刨煤机结构及其运动参数,利用项目组编制的"刨煤机设计计算系统"软件计算出了刨刀受到的随机载荷,并将刨刀所受载荷施加给刨煤机多体系统模型进行仿真。仿真得到了刀座在工作过程中的动应力及变形情况,通过对刀座应力信息进行雨流计数处理预测出刀座的疲劳寿命。研究结果表明:在与煤发生复杂力学作用下,刀座受力具有非线性的特点;刀座矩形通槽与刨刀背脊接触位置以及刨刀安装方形螺钉所在位置承受较高动应力;采用雨流计数法对刀座累积疲劳损伤进行分析,预测得到刀座疲劳寿命约为475. 7 d;通过对刨削试验测得的刨削阻力与计算值进行比较,结合刨煤机实际应用情况,验证了仿真结果的准确性。     

可刨性分析与仿真技术在刨煤机设计中的应用

刨煤机对煤层条件的适应性较差,设计需讲求量体裁衣。通过对欲采煤层的地质勘测和对煤岩试样的物理力学性能测试,提出了煤层可刨性综合指标的计算方法,分析评定了煤层的可刨性,并在ANSYS/LS-DYNA中模拟了刨刀破煤过程,验证了分析结论。利用三维实体建模软件Pro/Engineer、机械系统动力学分析软件ADAMS、有限元分析软件ANSYS联合建立了刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型。根据破煤机理和测试数据利用数值分析软件MATLAB模拟出工作载荷,对刨煤机刨削部进行了动力学仿真实验,在设计阶段即对产品的性能和可靠性进行了全面评估,校验了设计配套的合理性并给出了优化建议,降低了基于物理样机试验的风险。     

刨煤机系统纵向振动与刨头斜切碰撞振动耦合特性研究

为了更精确研究斜切进刀工况下刨煤机系统动态特性,考虑刨头与滑架体之间的间隙,推导了斜切工况下刨头与滑架体的碰撞接触条件,建立了刨头接触碰撞动力学模型,推导了间隙条件下的刨刀截割阻力,以此为外激励模型,构建了刨煤机系统纵向振动与刨头碰撞振动耦合模型,采用数值分析方法对耦合模型进行求解。分析了不同刨速下刨煤机系统的动力学特性,并与改进前动力学模型的计算结果及试验测试结果进行了对比分析,结果表明,文中方法提高了动力学模型的计算准确度。     

斜切工况下刨煤机动态特性研究及运行参数优化设计

为了研究刨煤机在斜切工况下的动态特性,推导了刨刀斜切进刀时截割煤壁深度以及刨刀参加截割的条件,并采用有限元法建立了刨煤机动力学模型。对斜切工况下刨煤机动力学特性进行了数值仿真分析,得到了斜切工况下的刨头、链条的速度波动曲线及张力波动曲线;以刨头进刀速度以及中部槽摆角为设计变量,以为单位能耗最小及载荷波动率最小为目标函数,采用多种群遗传算法对其进行优化,得到刨煤机最优进刀速度为1.2 m/s,中部槽最优摆角为1°,1°,0.7°,研究结果为刨煤机在工程中的应用提供了理论基础。