复杂煤层条件下采煤机破煤过程的可靠性研究

以有限元理论与刚柔耦合多体动力学为基础,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了复杂煤层条件下螺旋滚筒的煤岩耦合模型,得到了不同工况下螺旋滚筒受到的冲击载荷以及煤岩的塑性变形分布规律;并找出了截齿在工作过程中的应力分布规律。基于LS-DYNA提取的滚筒载荷文本,通过ADAMS软件对采煤机整机刚柔耦合虚拟样机模型进行动力学仿真分析,发现了采煤机壳体与行星架的应力分布。结合神经网络技术,以不同工况下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,获得在关键零件应力值最小时的采煤机牵引速度的最优值。分析结果为采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。     

基于ANSYS和MSC Adams协同仿真的薄煤层采煤机摇臂壳体疲劳分析

为延长采煤机的使用寿命,以针对含硫化铁矿结核体薄煤层的某型采煤机摇臂壳体为研究对象,利用Matlab生成螺旋滚筒的瞬时负载文件,建立基于MSC Adams的采煤机截割部刚柔耦合有限元模型.应用ANSYS与MSC Adams之间的双向接口,实现柔性体对机械系统动力学行为影响的系统仿真,仿真精度得到提高.通过MSC Adams输出ANSYS所需要的载荷文件,对摇臂壳体进行瞬态动力学分析,并应用MSC Fatigue对其进行疲劳分析,发现该采煤机摇臂壳体的薄弱部位.该方法在产品开发的早期就能对摇臂壳体的疲劳特性有所认识,为采煤机设计提供新思路.     

采煤机截割部行星减速器可靠性分析

为研究多因素影响下采煤机截割部行星减速器的可靠性,以MG400/951-WD采煤机为研究对象,根据截齿受力分析和煤样机械性质测定结果,计算出螺旋滚筒受到的载荷曲线。将载荷施加给截割部模型进行仿真,得到行星架与行星轴的应力信息;通过构建应力-可靠度的高斯型隶属度函数,获取行星架与行星轴的可靠度信息。基于正交试验分析煤的普氏系数、采煤机牵引速度及滚筒截割深度对行星减速器可靠度的影响规律及显著性程度,得出结论:采煤机牵引速度对行星减速器可靠性的影响最大,其次是煤的普氏系数,截割深度对行星减速器可靠性的影响最小;随着煤的普氏系数增大,行星减速器可靠度降低的幅度增大,且可靠度降低趋势愈加明显;随着牵引速度和截割深度的增加,行星减速器可靠度降低的幅度趋于平缓。     

采煤机噪声与振动特性研究

为研究复杂煤层赋存条件下采煤机噪声与振动特性,对采煤机振动与噪声源进行了分析,发现采煤机工作时的噪声是由不同性质的噪声形式相互耦合形成的,截齿在截割过程中受到的非线性瞬时冲击载荷造成的振动是采煤机产生噪声的主要根源,改善采煤机工作过程中的设备振动可有效降低工作面的噪声级。利用协同仿真技术建立了采煤机截割部的虚拟样机并对其进行了动力学仿真分析,得到了关键零部件的振动及其变形状况:壳体伸出端与调高耳部振动较为剧烈,严重影响了传动系统和调高系统的稳定性;行星架存在着严重的扭曲变形及剧烈的振动,降低了支撑轴承的寿命。为降低采煤机工作过程中的振动,根据仿真结果对壳体结构进行了局部优化设计,优化后的壳体振动明显减弱,力学性能得到了显著提高,可有效改善采煤机的振动特性,降低工作面的噪声级,使采煤机有效平稳运行。     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

采煤机变速截割驱动机构动态特性的研究

采煤机截割机构在进行截割作业时,截割驱动电机的输出功率需要根据截割阻力的变化情况而不断调整,确保截割传动机构工作的可靠性和稳定性,目前采煤机传动系统主要采用恒转速的调整方式,在实际使用过程中存在着效率低、截割机构稳定性差的缺点,极大地影响了井下的综采作业。提出了一种新的采煤机的变速截割驱动系统,利用AMESIM仿真分析软件对该变速截割驱动机构的工作特性进行了研究,结果表明:采用该新的变速截割传动系能方便地实现对采煤机截割驱动系统的无级变速调节,其调整时稳定性高、信号连续性好,对传动系统的冲击显著小于传统的恒速截割控制系统。     

采煤机截齿与牵引速度和滚筒转速之间关系

对采煤机单个截齿进行受力分析,用软件Matlab进行编程,模拟井下的一种复杂的工作状况,利用程序文本,生成滚筒瞬时负载曲线,再模拟不同滚筒转速和牵引速度下截齿的受力情况,并将其施加给采煤机滚筒刚柔耦合系统,分析了各情况下截齿的应力情况.研究表明:该采煤机的牵引速度应控制在2～3 m/min之间.考虑到采煤机截割效率、煤块煤率和齿耗,滚筒转速应选择较小的91.1 r/min.     

基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制

为了很好地适应煤岩特性的变化、有效发挥采煤机截割电动机的能力,解决采煤机截割电动机运行时功率波动较大的问题,利用专家系统的理论和方法,建立了基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制系统,该系统通过对牵引速度实时调节,使采煤机的截割电动机恒功率运行。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明,该系统对牵引速度具有超前预见性,比一般控制系统的调节时间缩短0.62s,截割电动机的功率超调减小3.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。     

采煤机滚筒工作性能优化研究

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM-MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.467 7 kW·h/m³...     

计及环境特征的刚-柔机械臂动力学建模方法与理论研究

基于Kane方程推导建立了在惯性参考坐标系中的刚—柔机械臂的非线性动力学模型 ,并利用假设模态的方法对方程进行离散 .在对刚—柔机械臂进行主动柔顺控制时 ,柔性机械臂要受到未确知外部环境的约束 .本文建立了计及环境特征的一般柔性多体系统动力学模型以及计及环境特征的刚—柔机械臂动力学模型 .     

装备分布式虚拟维修训练云仿真关键技术

传统分布式虚拟维修训练系统仿真任务和仿真设备耦合度高,系统仿真效率低,扩展困难;同时,作为分布式交互支撑的高层体系结构(HLA)和运行支撑框架(RTI)仅适用于局域网络,无法实现大范围的仿真资源共享和维修协同互操作。借鉴云计算和云仿真思想,提出了一种应用于装备虚拟维修训练领域的云仿真体系结构和框架实现方案;研究了面向Web服务的广域网RTI组件层次化体系结构,设计了基于Web服务的仿真邦员,实现了仿真过程监控和远程邦员任务迁移功能;基于最小调度法实现了仿真平台的动态负载平衡,研究了平台的可视化仿真功能和仿真数据的分布式存储技术。在此基础上完成了某型装备的虚拟维修训练网络化仿真开发,初步证明了虚拟维修训练云仿真的可行性和有效性     

刚柔耦合系统动力学研究进展

首先简要回顾了柔性多体系统动力学前期研究的3个阶段．针对传统零次近似模型的缺陷提出了新的建模理论,并在新的一次近似耦合模型的基础上,就“动力刚化”问题和刚柔耦合动力学问题中的离散化方法与实验等方面进行研究;研制了供理论研究和动力学现象揭示的实验平台．文中对所取得的研究成果进行介绍．文末对今后的研究方向进行了展望．     

基于笛卡尔方法的多体系统Modelica表示

针对Modelica多体建模过程较为繁琐、创建模型不够直观的问题,在研究多体系统由物理模型到数学模型再到Modelica表示的完整映射过程的基础上,采用笛卡尔方法,以多体动力学建模软件InteDyna为建模前端,在多领域物理系统建模仿真工具MWorks中实现多体系统三维可视化建模与仿真.双摆实例表明该方法有效.     

虚拟人骨骼结构的多刚体系统建模方法研究

提出了一种虚拟人骨骼结构的多刚体系统模型,可有效地克服DH表示法只能适用于单链结构的缺陷．首先通过合理的简化与假设,给出了一种16关节、39自由度的虚拟人简化模型;然后将该虚拟人模型抽象成为一个各肢体间通过机械转动铰相连的多刚体系统;最后引入树模型与低序体阵列来表达虚拟人的骨骼结构．分析结果表明,文中方法除能够自然地表达虚拟人的复杂分支结构外,还可以容易地实现虚拟人模型的任意分辨率扩展,并具备递归计算的优点,具有广泛的适用性。     

基于虚拟样机仿真的多管火箭武器专家系统

针对传统武器专家系统主要以武器专家经验为基础,存在着缺少动态预测功能及动力学机理性解释的不足,提出一种以多体系统动力学虚拟样机仿真模型为基础的多管火箭武器专家系统集成框架.通过建立多管火箭武器虚拟样机仿真模型,论述了该多管火箭专家系统的体系结构、系统框架、基于虚拟样机仿真的专家系统决策过程及参数推理与反演.在此基础上,通过关键技术实现与关键模块的系统开发,通过实例演算,验证了该系统模式的优越性,为解决武器系统分析提供了一个有效而又直观的新途径.     

基于MDA的分布式建模仿真框架

分析现有分布式建模仿真存在的缺点,提出将模型驱动体系结构(MDA)应用于分布式建模仿真。设计一个基于MDA的分布式建模仿真框架,给出资源层、PIM建模层、PSM建模层和仿真运行平台层的四层仿真体系结构。研究该框架的开发过程及关键技术,并设计即插即用武器系统分布式仿真平台。仿真结果表明,该框架使得分布式仿真系统具有更好的可扩展性,提高了仿真组件的互操作性和可重用性。     

基于RecurDyn的滑转对履带车辆加速性能影响研究

采用多体动力学仿真软件RecurDyn的履带车辆子系统Track(HM),建立履带车辆多体动力学模型,并在MATLAB/Simulink下建立了整车动态系统仿真模型。对履带车辆在硬、软两种地面的加速过程进行动力学仿真和对比分析,着重讨论在不同滑转的条件下履带车辆的加速性能以及滑转率对加速性能的影响,为履带车辆加速性能的研究与滑转的控制提供指导。     

研究型空间作战模拟系统的分析与设计

随着空间军事化的迅猛发展,空间力量作为未来战争的一个重要角色正出现在战争舞台上。该文以研究空间力量在未来高技术战争中的应用为目的,设计了一个涵盖陆、海、空、天等作战力量的研究型空间作战模拟系统。首先,介绍了该模拟系统的总体结构,然后围绕如何实现体系对抗问题,对空间作战总体作战效果评估、基于OPNET空间信息传输系统仿真以及空间作战指挥控制系统仿真等关键问题进行了分析,为空间作战模拟技术的进一步研究提供参考。     

Numerical analysis of coupled thermomechanical frictional contact problems. Computational model and applications

Summary In this paper a numerical model for the analysis of coupled thermomechanical multi-body frictional contact problems at finite deformations is presented. The multi-body frictional contact formulation is fully developed on the continuum setting and then a spatial (Galerkin projection) and temporal (time-stepping algorithm) discretization is applied. A contact pressure and temperature dependent thermal contact model has been used. A fractional step method arising from an operator split of the governing equations has been used to solve the coupled nonlinear system of equations, leading to a staggered solution algorithm. The numerical model has been implemented into an enhanced version of the computational finite element program FEAP. Numerical examples and simulation of industrial metal forming processes show the performance of the numerical model in the analysis of coupled thermomechanical frictional contact problems.