变载荷工况下掘进机截割机构电机的动态特性研究

通过对变载荷工况下掘进机截割机构电机的动态工作特性的研究,提出了在不降低掘进机工作效率前提下的截割驱动电机的可靠性优化方案,极大地提升了截割驱动电机在变载荷工况下的工作稳定性和使用寿命。     

联络巷掘进机稳定性的分析研究

联络巷掘进机的稳定性研究是部件选型及整机应用的重要研究依据,针对掘进机工作过程中截割头承受大部分载荷的承载情况,可以将掘进机挖掘煤岩时截齿与煤岩碰撞摩擦使得煤层脱落总结为截齿受力状态。因此,对联络巷掘进机的承载情况进行研究,并结合研究结果对掘进机在运行过程中所能遇到的不同工况以及各种工况下掘进机的运行稳定性进行研究。研究结果表明:在水平摇摆截割、垂直摇摆截割、纵向往复截割三种主要工况以及组合形成的综合工况中,该机均保持较高的稳定性,该研究为掘进机设计及应用提供了可靠的理论依据。     

混动系统在掘进机截割部的选型及应用

针对传统掘进机截割部传动系统在实际生产中截割效率低、成形质量差的问题,将混动系统应用于掘进机截割部中,完成混动系统能力的传递方案和关键传动系统机械和液压分系统的选型,并基于AMESim和Simulink软件对混动系统在截割部的应用效果进行仿真分析。应用效果表明:在载荷突变工况下,截割电机输出扭矩在1 s内完成调整并恒定于突变前的扭矩,液压马达根据载荷的突变大小完成成比例的突变。     

中硬煤层下掘进机截割载荷研究

在当前的煤矿生产中,掘进机发挥着重要作用,通过了解掘进机的截割载荷,能更有效地提高掘进机的截割效率,满足煤矿开采的需要。结合传统截割载荷计算方法存在的缺陷,需要使用有限元模拟法对掘进机的动态截割过程进行模拟,从而帮助煤矿企业了解掘进机的截割载荷。基于此,分析了掘进机截割头的载荷计算,通过有限元完成截割过程的仿真,在中硬煤层下分析不同性质煤岩对截割载荷的影响,以期该研究可以帮助煤矿企业更好地选择截割头型号,进而提高掘进机的截割效率。     

随机动载荷下掘进机镐形截齿的疲劳寿命预测

为了缩短掘进机的停机时间,确保其在截割过程中的稳定性和可靠性,以复杂煤层条件下掘进机的镐形截齿为研究对象,基于MATLAB软件对其所受的随机载荷进行模拟.提取载荷最大值加载到有限元分析软件中,对截齿进行静力学强度分析,根据得到的位移云图和应力云图确定其危险位置;基于静力学分析结果,采用Hypermesh软件中的疲劳模块对随机动载荷作用下的镐形截齿进行疲劳寿命预测.结果表明其强度和疲劳寿命满足使用要求,具有较高的指导作用和实用价值.     

基于VPANNs的掘进机回转台可靠性分析

以某型掘进机可靠性研究项目为依托,基于破岩机理,利用MATLAB编制了掘进机在不同横摆速度、截割位置角度下截割不同坚固性系数岩石的程序并生成载荷文本,在动力学仿真软件ADAMS中建立了掘进机截岩的虚拟样机模型,并对不同工况载荷下的模型进行了动态仿真。采用模糊方法拟合了掘进机回转台的可靠度隶属函数,以各工况参数及相应的可靠度隶属函数值作为训练样本,提出了一种将人工神经网络与虚拟样机技术相结合分析零件可靠性的新方法。结合神经网络的推理可以预测掘进机在新工况下工作时回转台的可靠度,预测均方误差达到了6.92×10^-6,对实际生产具有一定的指导意义。     

掘进机截割硬岩的载荷模拟研究

硬岩掘进机已成为目前我国悬臂式掘进机发展的主要趋势,截割头载荷及截割功率问题是硬岩掘进机设计的关键.基于硬岩条件下单个截齿的受力,建立了截割头载荷的数学模型,用Matlab对掘进机截割不同硬度岩石进行了载荷模拟,分析了截割头载荷特性及功率变化规律.结果表明,随着截割对象接触强度增加,截割头的各向载荷均呈非线性的剧增趋势,而转矩及功率随之增加,呈线性变化,所得结论为硬岩掘进机截割功率的选择及整机研制提供了理论依据.     

基于振动模型的掘进机截割系统稳定性预测

掘进机截割过程受动态径向和轴向载荷影响,截割臂会产生水平和竖直方向的摆动,摆动截割过程由煤岩反作用力产生的截割振动对截齿冲击最大,其振动量大小直接影响截割头的稳定性。为判断截割过程截割载荷是否稳定,首先,基于岩石断裂力学和煤岩破碎理论,建立掘进机截割系统物理本构模型,构建截齿和截割头截割载荷谱函数;其次,基于牛顿差值多项式方法进行截割过程截割稳定性预测,构建多因素耦合的非线性截割系统动力学方程,求解动态振动稳定域截割曲线（截割稳定性叶瓣图）;然后,提出一种基于相关系数的无量纲截割振动判定准则,从理论和实际两方面判定截割头不同时刻的截割状态;最后,通过搭建截割系统实验台,进行截割系统模态参数辨识实验,测试破岩过程截割头截齿随机载荷特性,研究不同截割参数组合下截割载荷变化规律,得出截割头转速与截割深度的最佳匹配关系,从而证明截割稳定性叶瓣图的正确性。     

基于ADAMS的纵轴式掘进机回转台可靠性研究

回转台是掘进机的重要组成部分,承受着复杂多变的载荷作用,是掘进机设计的关键部件;截割头横摆工作时,截割阻力与截割部自身重力的叠加是导致回转台断裂的重要原因;基于截割头破岩理论,利用"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"得到了截割头性能最佳的设计参数并模拟出掘进机载荷图谱;建立掘进机刚柔耦合模型,通过动态仿真发现了回转台设计的薄弱区域,并对其进行结构优化,优化后回转台受力均匀,工作可靠,可满足使用要求。     

掘进机截割臂自适应截割控制策略研究

针对井下掘进机截割智能化程度低、截割臂摆速不能根据煤岩硬度进行自适应调节的问题,提出了一种基于多传感器信息的掘进机截割臂自适应截割控制策略。以截割电机电流、截割臂驱动油缸压力、截割臂振动加速度作为煤岩截割载荷识别依据,采用径向基函数神经网络设计了截割载荷信号识别器,为截割臂摆速调控提供准确依据;针对复杂且具有时变性的截割臂摆速调控系统,设计了基于遗传算法优化的模糊PID智能控制器,实现对截割臂摆速的高效调控。建立了掘进机截割臂数学模型,在MATLAB/Simulink中搭建了截割臂自适应截割仿真控制系统,仿真结果表明,控制系统具有较快响应速度及较高控制精度。基于贝加莱Automation Studio软件搭建掘进机机载自适应截割控制系统,在石家庄煤矿机械有限公司模拟巷道中采用EBZ135型掘进机进行了模拟截割实验,实验结果表明,所提出的控制策略能够根据截割载荷变化实现对截割臂摆速的高效自适应调控。     

悬臂式掘进机回转台可靠性研究

以某型掘进机为研究对象,建立其刚-柔耦合虚拟样机,模拟多种工况下截割头受到的瞬时载荷,对掘进机进行动力学仿真.结果表明:掘进机横摆截割过程中,当截割头起始位置不同时,其关键零/部件的应力及变形亦不同;该型掘进机由左到右截割工作面顶部时,回转台承受较大的动应力,导致其纵向变形较大,振动较为剧烈,影响掘进机工作的稳定性;依据仿真结果优化后的回转台,其应力特性及疲劳寿命均能满足使用要求.     

悬臂纵轴式掘进机截割破岩机理分析

基于当前矿井纵轴式掘进机的使用现状,为分析其截割破岩机理,对纵轴式掘进机的结构构成进行了详细分析。将截割载荷作为主要的掘进机破岩机理分析基础,建立了单齿截割受力分析模型,计算出截割机构的牵引阻力以及任意截齿的截割侧向力。针对目前截割机构主要的工作状态为摆截割,分析了摆动截割时截割头载荷计算模型并分析了其所受的截割载荷,为后续结构分析提供了理论基础。     

基于ANSYS的EBZ260掘进机截割头结构性能分析

截割头是掘进机主要的工作部件,受到了比较恶劣的载荷工况,在实际使用中也常出现故障.因此,基于ANSYS对EBZ260掘进机截割头结构强度进行分析,计算了截割头各部件的应力分布情况,计算结果显示截割头各结构强度均基本满足设计要求,但在齿镐杆端面接触处应力集中较为明显,需进行局部优化.为此,提出了两条截割头优化改进意见,以提高截割头性能.     

悬臂式掘进机回转台可靠性分析

利用Pro/E、MATLAB、ADAMS、ANSYS、NSOFT软件构造协同仿真环境,对掘进机进行多体动力学与运动学仿真,计算出截割头所承受的载荷;由ANSYS提供模态中性文件,利用Durability模块得出掘进机回转台的应力分布情况,编辑生成用于疲劳计算的时间历程载荷文件,对回转台进行疲劳寿命分析;利用ADAMS的Hydraulic液压模块对回转台液压系统进行溢流压力校核,分析阻尼力对液压系统的影响,并得出压力流量变化曲线,为掘进机截割部回转台的可靠性设计提供依据.     

掘进机回转台动态可靠性与疲劳寿命分析

作为掘进机关键零件的回转台,其性能对掘进机的工作效率及动态可靠性有重大影响。以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立以回转台为模态中性文件的掘进机刚柔耦合虚拟样机模型;结合实际工况,基于项目组开发的"掘进机载荷计算程序"计算获得了截割头的载荷文件,通过Adams仿真得到了回转台的应力与应变云图;基于Adams的仿真结果,利用NSOFT软件和可靠性理论对回转台进行疲劳寿命可靠性分析,对疲劳寿命可靠度较低的10个区域进行优化,使回转台等效应力降低了35.027%,关注区域均达到可靠工作条件,满足使用要求。     

EBZ-135掘进机截割头的优化设计

为解决掘进机在实际横切和钻进工况下截割头振动严重导致掘进效率低的问题,基于ANSYS仿真软件对设备在两种工况下各个截齿的受力情况进行分析,结合仿真结果对五个区段截齿的截线距结构参数进行优化,最后基于ANSYS仿真软件对优化后截割头各个截齿受力情况及差异系数进行对比,验证优化的效果.     

煤矿掘进机截割部动态仿真及实验研究

为进一步提升掘进机整机的性能,以EBH300A掘进机为研究对象,对其基本结构进行分析,并基于实际结构参数完成模型搭建和网格划分等操作;对掘进机整体和截割头在实际工况下不同阶模态仿真分析,得出不同阶情况的最大振幅位置和位移;构建实验平台对掘进机截割滚筒伸缩筒、截割滚筒、蝶形板位置的振动进行测试。结果表明,EBH300A掘进机在实际工况运行中,截割滚筒所承受的加速度最大,即其所承受的载荷值最大,所表现的振幅也最大;其次为蝶形板;最后为截割滚筒的伸缩筒。     

煤矿联络巷掘进机的稳定性分析

为提高联络巷掘进机运行的稳定性,介绍了联络巷掘进机整机承载情况,分析了联络巷掘进机在各个工况下截割头的主要受力情况,指出了掘进机截割头纵向摇摆截割、横向摇摆截割以及纵向往复或垂直摇摆截割时,保障掘进机稳定需要达到的要求。研究结果表明,在各种主要工况与其组成的综合工况中,要想使掘进机稳定运行均需满足一些必要条件,从而为掘进机的设计提供必要的理论依据。     

截齿排列方式对采煤机性能的影响

基于采煤机截齿力学模型,运用Matlab开发了交叉式及顺序式排列的滚筒载荷计算程序,获得了5种典型工况下滚筒的载荷谱、截割性能参数及块煤率;通过三维离散元软件PFC分析了两种截齿排列方式的采煤机装煤性能;基于Pro/E、Matlab、Ansys、Adams联合仿真,分析了不同工况下采煤机关键零件的可靠性。研究结果表明:当采煤机截割三层夹矸煤时,截齿应采用顺序式排列,其载荷波动小,工作可靠性高;一般工况下,截齿采用交叉式排列可提高采煤机的块煤率,与顺序式相比,切削面积提高1.99倍,方正率提高21%。     

基于载荷波动最小的掘进机截割头截齿排列参数优化设计

根据单个截齿受力模型和计算公式,确立了截割头横摆截割时载荷波动的计算方法。通过分析截齿排列参数对截割头栽荷的影响,提出了降低载荷波动的策略,建立了基于载荷波动最小的截割头截齿排列参数优化设计数学模型。采用序列二次规划(SQP)方法编写了优化设计程序,并对某型号掘进机截割头的截齿排列参数进行了优化设计。优化前后统计数据表明,截割头的载荷波动明显降低,提高了掘进机的工作可靠性。