基于FLUENT的采煤机螺旋滚筒内喷雾性能研究

井下工作面粉尘不仅影响工人身体健康,而且容易引发粉尘爆炸等安全事故。螺旋滚筒的内喷雾系统在解决粉尘污染产生问题上起着至关重要的作用,因此设计出具有良好性能的内喷雾系统的螺旋滚筒至关重要。以MG325采煤机为依托,采用Pro/E和GAMBIT建立该采煤机截割机构及其工作面有限元模型,选用双湍流流动数学模型构建滚筒内喷雾数学模型,通过FLUENT对内喷雾系统外流场进行仿真分析,分别分析喷雾压力、喷嘴口径、扩散角和喷雾入射角对雾滴粒径、运动速度等雾化效果的影响。研究表明:当喷雾压力为5 MPa、喷嘴口径为1.2 mm、扩散角为60°、内喷雾入射角为15°时,喷雾效果最佳。分析结果为提高采煤机螺旋滚筒喷雾降尘效率提供了明确的量化依据,为喷雾系统的设计提供了新的理念和方法。     

仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究

为研究EDEM离散元软件在螺旋滚筒截割过程仿真时颗粒半径对滚筒载荷特性及落煤情况的影响,利用EDEM仿真软件模拟某型号采煤机滚筒截割复杂煤壁时的动态过程,得到截割过程中滚筒载荷、载荷波动及落煤情况,并与基于MATLAB开发的辅助计算程序所计算出的数值进行对比。结果表明:使用不同半径的离散颗粒进行仿真会对滚筒载荷及落煤情况产生影响,随着颗粒半径增大,滚筒载荷没有过大的变化,螺旋滚筒截落下的颗粒平均初始速度减小,载荷波动系数与装煤率增大。对比理论计算数值,使用半径为12 mm的颗粒建立煤壁,仿真结果更接近理论数值,准确性高,为EDEM离散元仿真软件模拟采煤机截割过程时颗粒半径的选择提供参考。     

刨煤机刨链回转接头的可靠性

刨煤机在工作过程中断链事故经常发生,是影响其生产率的主要因素之一。刨煤机主要通过回转接头来抵消刨链产生的扭矩以防止扭链现象发生,为刨链的易损部件。以虚拟样机技术为基础,解决了载荷提取、材料模型建立、合理添加接触、网格细化等关键技术。在动力学仿真软件ADAMS中对刨煤机进行建模及仿真,得到作用在刨链回转接头上载荷的极值和均值;基于Workbench构建刨链回转接头的仿真模型,并基于两组载荷对模型进行仿真研究。研究发现:在最大载荷作用下,衬套、右挂环可靠性不高;右挂环啮合螺栓段及退刀槽处可能在受到瞬时恶劣载荷冲击时发生断裂,垫环内外圈易发生磨损;在均值载荷作用下,各零件主应力都在许用应力范围内,强度满足设计要求;对刨头运行前方刨链拉力曲线进行频域分析,得知刨头运行前方刨链拉力曲线为一个宽平稳随机信号,其特性主要由煤层各向异性导致的随机刨削力决定。刨链回转接头前两阶模态的固有频率较小,与牵引电机的最大输出频率接近,为易激发模态。研究结果与刨煤机井下试运行的结果基本一致,可见该方法具有较高的准确性,能满足工程实践的要求。     

关于薄煤层采煤机螺旋滚筒的研究方法、进展及展望

薄煤层采煤机螺旋滚筒普遍存在生产能力低、截割性能、装煤效果差等问题,因此螺旋滚筒的结构参数设计和选取至关重要。分析概括了国内外学者对薄煤层采煤机螺旋滚筒截割性能、装煤效果所做的贡献,针对现行研究办法及手段,提出了未来薄煤层采煤机螺旋滚筒的研究趋势,这些新的方法将使更加全面的研究薄煤层采煤机螺旋滚筒性能成为可能,对现行研究具有借鉴意义。     

运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。     

基于经济截割的采煤机运动学参数优化研究

利用Matlab软件编制了采煤机以不同牵引速度、不同截割深度截割不同坚固性系数煤层时的载荷计算程序并生成载荷文本,采用均匀设计法对这些文本进行选择,作为刚柔耦合模型的外载,仿真后通过人工神经网络预测了其他工况下各关键零部件的可靠性。基于神经网络预测结果分析了煤层坚固性系数,采煤机牵引速度以及滚筒截割深度与采煤机工作可靠性的关系。并且在保证采煤机可靠工作的前提下,得到了采煤机经济截割曲线,以及相应的最优生产率。研究表明：该型采煤机截割坚固性系数为3的韧性煤时,推荐牵引速度为4.807 m/min,截割深度为550 mm,此时采煤机落煤率为257.8 t/h,其中,单滚筒理论最大落煤率为165 t/h。将虚拟样机技术与人工神经网络相结合能更快更好地解决工程实际中的多参数复杂优化问题。     

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。     

难刨煤层刨刀可靠性与疲劳寿命研究

基于Pro/E,ADAMS,ANSYS,Matlab与nSoft构造联合仿真平台,建立了某滑行刨煤机刨头的刚柔耦合虚拟样机模型.通过对某难刨煤层赋存条件的研究,生成了实际工况下刨刀的三向力载荷文件.提出了减少煤脊残留的非对称方式布置的新型刨刀,并对传统刨刀与新型刨刀在煤质韧性较高,煤层次生性裂隙极不发育的工况下所受的最大主应力与疲劳寿命进行了对比分析.结果表明:两种刨刀所受最大主应力基本相等,但传统刨刀在刨削难刨煤层过程中将随着煤脊的残留而无法继续工作,而以左右非对称方式布置的新型刨刀既消除了煤脊的残留,同时又提高了刨刀工作的可靠性、延长了刨刀使用寿命.     

基于LS-DYNA的采煤机滚筒截割夹矸煤岩强度分析

为获取复杂工况下薄煤层采煤机螺旋滚筒应力信息,进而指导其参数设计或运动学参数匹配,采用PRO/E建立了滚筒及煤岩模型,通过专用接口导入到Ansys,并根据实际情况对模型进行定义单元、材料、划分网格添加约束、接触等操作,最终在Ls-Dyan中建立了螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,设置牵引速度为4 m/min,滚筒转速为80 r/min,并对其进行动态仿真,获取相应零件的接触力信息及应力云图。结果表明:截齿合金头、齿体、齿座、叶片最大应力分别为1 209. 26 MPa、812. 5 MPa、371. 79 MPa以及103. 56 MPa,均小于各自材料的许用应力,能够可靠工作。该方法能够找到滚筒的薄弱环节,可为螺旋滚筒设计及运动学参数匹配提供重要的理论参考。     

非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环综合性能分析EI北大核心CSCD

为利用非共沸工质在蒸发器内“温度滑移”的优势,避免在冷凝器内“组分迁移”的不利影响。构建了非共沸工质分离压缩再混合有机朗肯循环系统(ORC with separation,compression,and remixing,SCRM-ORC)。采用分凝器将非共沸混合工质分离成2种纯工质,分别进入气液热交换器两空间进行气液换热,再对纯工质压缩、混合再利用。以120℃地热水为热源,R134a/R245fa为工质,建立热力、经济与环境性能模型,分析R134a质量分数对系统综合性能的影响,并与采用R134a的乏气压缩再循环ORC系统(compression recycling,CR-ORC)性能进行对比。采用遗传算法进行多目标优化,揭示系统最优性能与工况参数。结果表明:与CR-ORC系统相比,非共沸工质SCRM-ORC系统可有效降低冷凝热的释放量,在R134a质量分数较低时提高冷凝热回收利用量,同时具有较好的综合性能。将分凝器与气液热交换器看作整体与CR-ORC系统中新型冷凝器相比,二者[火用]损失之和与投资成本之和小于CR-ORC系统中冷凝器的。在R134a质量分数为0.2181时,系统综合性能最优,此时净输出功为3412.1kW,投资回收期为2.237年,年当量CO_(2)减排量为4520.6×10^(3)kg。