采煤机截割部电机扭矩轴断裂可靠性分析

扭矩轴是联接电机和传动系统的关键零件,采煤机受载过大时,扭矩轴在卸荷槽处折断以保护采煤机截割部。结合采煤机工况,利用ADAMS和ANSYS对扭矩轴进行分析,得到了扭矩轴最大剪切应力值、时刻和位置。基于刚柔耦合仿真结果,分析得到了扭矩轴Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型应力强度因子。基于可靠性理论,构建以应力强度因子-材料断裂韧度干涉公式,得到扭矩轴的断裂可靠度和断裂疲劳寿命可靠度。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计

为实现采煤机螺旋滚筒在复杂煤层赋存条件下综合性能最优,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到了含坚硬夹矸及(或)硫化铁结核的复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了采煤机薄弱环节;结合EDEM离散元技术得到采煤机装煤性能。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析了螺旋滚筒设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建了螺旋滚筒多目标优化设计评价函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的螺旋滚筒最大应力下降,装煤率提高,螺旋滚筒综合性能得到提升,可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,为采掘机械设备的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑,具有普适性。     

采煤机扭矩轴断裂特性数值模拟

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其断裂特性对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立采煤机刚柔虚拟样机耦合模型,结合实际工况,基于项目组开发的采煤机载荷模拟程序计算获得了采煤机滚筒的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了扭矩轴的最大剪切应力及时刻。建立引入裂纹后的扭矩轴有限元模型,结合断裂力学,应用微动疲劳与三维裂纹扩展分析软件FRANC3D对扭矩轴进行断裂特性数值模拟,得到了扭矩轴裂纹前缘应力强度因子,对其进行裂纹扩展分析,结果表明裂纹前缘应力强度因子随着裂纹扩展步数的增加而增加,疲劳寿命为2.185 8×10~5次。将虚拟样机技术与断裂力学相结合,为机械设备中零部件设计与研究提供了新的技术与数据支持。     

采煤机截割部行星架可靠性设计

为提高采煤机截割部行星架在复杂煤层赋存条件下的工作可靠性,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到含坚硬夹矸的复杂煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的冲击载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以截割部行星架为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了行星架应力集中区域。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析行星架设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建行星架多目标优化设计状态函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的行星架最大应力下降56.388%,设计变量灵敏度趋于零,行星架关注区域更加稳健,行星架可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,提出一种协同刚柔耦合虚拟样机动态可靠性设计方法,对机械设备传动机构的可靠性分析与设计具有重要工程应用价值。     

MG 400/951型采煤机截割部行星架时变可靠性分析

截割部行星架作为采煤机的关键零件,其时变可靠性对采煤机的综合性能有着重要的影响。基于Pro/E建立以截割部行星架为模态中性文件的采煤机刚柔耦合模型,研究截割部行星架的动力学性能,获得了截割部行星架薄弱区域和动态应力。基于Matlab获得了截割部行星架薄弱区域三参数威布尔分布的概率密度函数,利用Kstest函数验证其拟合的合理性。依据疲劳寿命可靠性理论,建立了截割部行星架疲劳寿命可靠性模型,计算得到基于Copula函数的截割部行星架多薄弱区域时变可靠度由0.9362呈指数退化趋势,直至截割部行星架失效,结合可靠性灵敏度设计理论分析了截割部行星架多薄弱区域设计变量对其时变可靠性的影响程度,为截割部行星架的研究提供了理论基础和准确的数据支撑。     

采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究

为研究采煤机螺旋滚筒动态截割过程动力传递规律,基于相似理论建立螺旋滚筒模型与原型的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒结构参数、运动学参数及截割材料特性参数,应用三维实体建模软件Pro/E、离散元分析软件EDEM联合仿真分析验证原型滚筒和模型滚筒动态截割过程中煤颗粒运动轨迹、量变规律、滚筒装煤率、滚筒载荷等性能。验证结果表明:原型滚筒和模型滚筒在截割过程中煤颗粒流动轨迹一致,截落的煤分布规律相似,载荷波动规律一致,滚筒装煤率预测误差1.82%,载荷数值误差小于2.1%,装煤率和载荷均值均满足推导的相似关系,验证了螺旋滚筒相似准则正确性。     

仿生虎鲸瞬时负载数值模拟

仿生虎鲸作为仿生机器鱼的一类,在海洋开发和科学考察研究中具有重要的作用.基于扑翼运动原理,以鱼类推进方式设计的仿生虎鲸,其受载具有非线性、时变性和强耦合性,通过对仿生虎鲸在水中直行和转弯运动工况的分析,建立仿生虎鲸的受力模型;基于Matlab进行了仿生虎鲸的瞬时负载数值模拟,生成了仿生虎鲸瞬时负载数值模拟的文本文件,并利用Adams样条曲线函数成功实现了将瞬时负载导入仿生虎鲸的虚拟样机刚柔耦合模型中,为定性定量的分析仿生虎鲸虚拟样机刚柔耦合可靠性提供了方法与条件.结果表明,Matlab能准确的模拟仿生虎鲸瞬时负载的周期性变化,为仿生虎鲸的可靠性研究提供了明确的量化数据.     

仿生虎鲸负载特性数值模拟及可靠性灵敏度分析

仿生虎鲸作为仿生机器鱼的一种,在海洋开发和科学考察研究中具有重要的作用.基于扑翼运动原理,对仿生虎鲸的运动机理进行分析,利用Matlab对其瞬时负载进行了数值模拟.基于应力-强度干涉理论,建立了仿生虎鲸直行和转弯运动负载可靠性分析的状态函数,计算得到了仿生虎鲸直行和转弯运动负载的可靠性指标和可靠度,结合可靠性灵敏度分析理论,得到了仿生虎鲸运动负载的设计参数的无量纲化灵敏度,分析了设计参数对可靠性的影响程度.为在以扑翼理论为推进器的仿生水下机器人设计研究和优化设计领域提供了理论基础、准确的数据支撑和一种有效的数值计算方法,具有重要的实际工程意义.     

基于神经网络的采煤机截割部可靠性研究

滚筒是采煤机截煤时的主要工作机构,其结构参数及运动参数会直接影响采煤机的工作效率及工作可靠性。基于虚拟样机技术建立了采煤机刚柔耦合模型,通过动力学仿真获得采煤机关键零件等效应力值;仿真不同滚筒转速、牵引速度、滚筒螺旋升角及截线距下截割部摇臂壳体及行星架的等效应力值,获得了滚筒结构、运动参数对采煤机截割部关键零件可靠性的影响趋势;结合神经网络技术,以不同滚筒结构、运动参数下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,对螺旋升角优化设计,获得在关键零件应力值最小时的滚筒螺旋升角。该研究为滚筒结构、运动参数的选取提供更为准确的理论依据,具有一定的工程应用价值。     

基于遗传算法的采煤机螺旋滚筒多目标优化设计

为实现采煤机螺旋滚筒截煤和装煤时综合性能最优,基于虚拟样机技术和离散元理论,得到了滚筒各截割性能指标与装煤率随不同结构及运动参数的变化规律,依据机械优化设计理论建立了各性能指标的评价函数。选取螺旋升角、截线距、转速和牵引速度为设计变量,建立了以不同性能指标为分目标的多目标优化模型,利用遗传算法求解得到了最优的结构参数和运动参数。结果表明,利用遗传算法优化后滚筒的最大切削面积增大247mm2,截割比能耗减小0.014kW·h/m3,截割功率减小10.8kW,截割阻力减小7085kN,装煤率提高1.7%,有效地提升了滚筒的综合性能。研究结果为滚筒结构参数和运动参数的选取提供了数据支撑,具有一定的工程应用价值。