采煤机工作机构载荷模拟

通过对采煤机工作机构实际工况的分析,建立采煤机滚筒在复杂煤层条件下受力模型,并通过Matlab软件编写计算程序,求得滚筒瞬时负载时变曲线,同时将生成的负载导入到多体动力学软件ADAMS中,为研究采煤机截割部受力提供了理论依据,也为采煤机负载计算提供了新思路。     

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。     

滚筒采煤机截割载荷的模拟系统开发及其模拟

为解决因采煤机螺旋滚筒截割载荷计算难、导致滚筒设计缺少依据、产品质量低、截割性能差的实际问题,在给出滚筒截割载荷确定方法的基础上,基于Matlab/GUI开发了采煤机螺旋滚筒截割载荷的模拟系统。该系统采用Matlab/GUI界面,利用Matlab软件为平台,通过输入不同的滚筒及采煤机参数和煤岩的特性参数,可模拟采煤机截割各种对象、以各运动参数工作时滚筒的截割载荷,并能直观显示各载荷的图形、数据和统计结果。该系统具有数据与程序分离、操作简便、适应性强等特点,能快速、准确地获取滚筒的截割载荷。以国产某型薄煤层采煤机为例,对其滚筒截割载荷进行了模拟分析,得出了前、后滚筒三向载荷和负载扭矩曲线及统计结果,搞清了该采煤机截割载荷的大小、变化规律及其相关关系,为改进滚筒设计、研究、评价和改善采煤机的截割性能提供了参考。     

截齿排列方式对薄煤层采煤机载荷的影响

根据采煤机破煤理论的单齿受力模型,应用Matlab软件编制计算机程序来模拟薄煤层采煤机滚筒的瞬时负载,得到滚筒随时间变化的载荷谱。并利用此程序对薄煤层典型的4种工况,分别使用4种不同截齿排列方式的滚筒进行了模拟截割,通过分析比较4种排列方式在不同工况下的载荷谱,得出了各截齿排列方式适用的工况范围,为薄煤层采煤机滚筒的设计与选用提供了更为可靠的理论依据。研究结果表明：在一般工况下,为了提高块煤率,推荐采用混合1式和棋盘式的截齿排列方式;在工况恶劣、冲击较大时,推荐采用小截距排列的混合2式截齿排列方式,避免采用棋盘式的排列方式;在含有断层较多,不可避免的要大量截割顶底板岩石时,推荐采用顺序式截齿排列方式。     

采煤机滚筒截齿失效工况的影响分析及对策

通过生产实例分析了采煤机滚筒及截齿磨损后引起的性能参数变化及其效应,过载或冲击载荷下的瞬时负载变化对采煤机的刚度及平稳性的影响,以及传动系统磨损的宏微观特征。分析结果表明,采煤机在滚筒截齿失效条件下工作时,落煤、装煤能力下降,瞬时负载明显增大,截割机构、牵引机构传动系统加剧磨损,引发工作机构连锁故障。同时针对以上安全隐患,提出了相关的改进措施及建议。     

突变工况下滚筒式采煤机调速控制策略研究

基于Matlab/Simulink建立了包括采煤机牵引部、截割部和控制系统的整机耦合控制模型,针对煤岩夹杂引起的突变工况,以采煤机可靠运行和高效生产为目标,提出了基于截割电机额定转矩的截齿切削厚度控制目标的计算方法,得到煤层截割阻抗与截齿切削厚度控制目标的对应关系;基于滚筒负载特性和破岩能力制定了针对不同突变工况的滚筒调速控制策略和牵引-滚筒协调控制策略;最后将提出的上述两种调速控制策略与传统牵引调速控制策略进行对比。结果表明：当煤层突变载荷较小时,采用滚筒调速控制策略不仅可有效降低采煤机机电系统动载荷,而且可保持采煤生产率不变;当煤层突变载荷较大时,采用牵引-滚筒协调控制策略可有效降低采煤机机电系统动载荷,并对采煤生产率影响较小。     

基于Matlab和ADAMS动力学仿真的采煤机可靠性仿真分析

针对专用于含硫化铁结核体的薄煤层开采的采煤机截割部,综合利用Matlab、ADAMS等工具建立模拟仿真工作环境,对设备输入负载进行动态仿真,对仿真边界条件和关键部件运行中存在的问题利用刚-柔耦合多体系统模型进行分析,据此对采煤机截割部零件进行设计和优化,降低设备设计研发成本。     

薄煤层采煤机截割部行星架有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS对薄煤层采煤机截割部行星齿轮机构的行星架进行了强度校核,结果表明现有的行星架设计安全系数过大,适当减小安全系数可以增大薄煤层采煤机滚筒的装煤空间.分析得到的行星架的应力、位移分布情况可以为进一步设计薄煤层采煤机截割部行星架的结构和强度提供依据.     

采煤机机电液短程截割传动系统设计与性能分析

截割部是滚筒采煤机最重要的组成部分,也是最易产生失效的部分。可靠性低和适应性差的问题是现有滚筒采煤机截割部存在的主要问题,针对这些问题设计了一种机电液短程截割传动系统及其自适应控制策略。为了验证该方案的有效性和可行性,建立了泵控马达系统、蓄能器和滚筒负载的数学模型,基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真平台,建立了MG300型电牵引采煤机整机模型,并进行了各典型工况下的性能分析,结果表明搭载机电液短程截割传动系统的采煤机在各种煤层下均能实现滚筒转速的良好调节且效率维持在70%以上,能保证截割电机或牵引电机的恒功率运行,能实现缓冲减振,并且在部件失效时能实现系统降功率运行从而避免停工损失。因此,仿真结果表明所设计截割传动系统具有良好的自适应能力和可靠性,为采煤机截割传动系统的设计与优化提供了理论依据,为进一步实现工程应用奠定了基础。     

采煤机截割部载荷分析与轴承寿命研究

为研究采煤机截割部在随机载荷下轴承的寿命,利用采煤机滚筒工作过程中采集到的截割电流,计算出采煤机实际采煤过程中截割部的随机负载。根据采煤机截割部随机负载和时间形成的载荷谱,采用不稳定变应力的疲劳损伤理论求解轴承的计算载荷,进而求解出截割部轴承的寿命。根据上述分析对某型号采煤机截割部一轴轴承进行了寿命计算,计算结果表明,在煤层条件较好情况下轴承寿命满足要求。以工作电流为计算基础求解轴承寿命,为采煤机轴承实际寿命预测和结构优化提供了一定的参考依据。     

缩小采煤机截割部行星机构的途径

缩小采煤机截割部行星机构的途径煤炭科研总院上海分院张安寿行星机构以其体积小、传动比大、承载能力高的优点，广泛地应用于滚筒采煤机截割部的截割滚筒内。但在研制截割较硬煤质的大功率薄煤层采煤机时，如果采用常规设计的行星机构装在滚筒内，则滚筒装煤叶片的高度就...     

采煤机截割部刚柔耦合动力学分析

利用HyperMesh、ANSYS APDL、ADAMS之间的交互接口,建立了采煤机截割部的刚柔耦合动力学模型。将LS-DYNA仿真得到的滚筒载荷作为系统负载进行动力学仿真,得到了采煤机截割部传动系统工作过程中的动力学响应以及柔性摇臂的应力规律,通过对比纯刚体动力学仿真与刚柔耦合动力学仿真结果,分析了柔性摇臂对采煤机截割部动力学响应的影响。对采煤机截割部的优化设计具有重要的指导意义。     

采煤机截割部中滚筒座的有限元分析

采煤机滚筒座在截割部中的作用主要是连接并输出动力给截割滚筒,从而让采煤机完成割煤和装煤。它是整个传动系统中受力情况最复杂,传递力和扭矩最大的零件之一。利用UG三维造型软件建立某新型采煤机截割部行星减速机构的简化模型,并对该机构中的滚筒座进行结构和强度分析,得出滚筒座在所受载荷下的应力和应变云图。结果验证了该减速机构中的滚筒座结构设计是合理的,对其他同类机械的结构设计及优化研究具有一定的参考价值。     

基于人工免疫和记忆切割的采煤机滚筒自适应调高

为实现采煤机截割滚筒的自动调高,利用记忆切割实现采煤机工作路径的记忆,采煤机利用记忆的相应位置的切割参数自动工作;当煤层地质条件发生变化,采煤机记忆的相应参数与实际参数不一致时,利用人工免疫理论进行数据处理和工作状态判断,实现采煤机截割滚筒的自适应调高.试验表明：基于人工免疫和记忆切割的方法,可以使采煤机适应煤层顶板条件的变化,能够实现采煤机截割滚筒的自适应调高.     

含夹矸煤层滚筒磨损特性离散元模拟试验分析

复杂煤层赋存条件下工作的采煤机,其螺旋滚筒所受载荷具有非线性、时变性、冲击性和强耦合性,磨损问题不可避免,且严重影响其工作性能和生产效率。基于虚拟样机技术,采用离散元数值模拟方法研究含夹矸煤层条件下螺旋滚筒的磨损特性,以提高其截割性能、延长其使用寿命。以煤岩截割机理和离散元素法为基础,分析了滚筒与煤岩体间相互作用关系及滚筒磨损模型;以MG2×55/250-BWD型采煤机螺旋滚筒为工程对象,采用Hertz-Mindlin with bonding黏结模型为颗粒间接触模型、Hertz-Mindlin with Archard Wear模型为煤岩体与滚筒间接触模型,利用Proe/E与EDEM建立滚筒截割含夹矸煤层耦合模型;采用正交试验法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、螺旋升角和煤岩抗压强度对滚筒磨损问题的影响趋势,经过多元回归分析得到截齿、叶片磨损深度的评价模型;基于实际工况,综合考虑采煤机截割比能耗、载荷波动系数和生产率,构造多目标优化函数,利用MATLAB求解得到滚筒最优工作参数。基于EDEM离散元仿真分析结果,发现滚筒组件存在不同程度磨损,其中截齿齿尖局部接触区域磨损最为严重,叶片主要...     

薄煤层采煤机新型截割部及其动态仿真

为解决薄煤层采煤机截割部挡煤和动态特性低的问题,在分析现有截割部结构形式的基础上,提出一种新型薄煤层采煤机截割部。该截割部将行星机构外置,放置于滚筒外侧,降低了滚筒筒毂直径,增大了叶片直径,提高了装煤效果。为保证截割部的动态特性,利用Pro/E和ADAMS对常用和该截割部进行仿真对比分析,并以行星架的输出扭转振动角加速度幅值为标准。研究结果表明,该截割部行星架输出扭转振动加速度小于常用截割部,波动较小,表明该截割部的动态特性较优。     

滚筒式采煤机截割部机电联合仿真

为了研究截割电机机械特性对采煤机滚筒受力特性的影响,利用SIMULINK建立采煤机截割电机模型;通过ADAMS建立采煤机截割部虚拟样机模型;使用电机模型对采煤机截割部进行驱动,同时将电机所受力矩反馈到电机模型中,建立了基于MATLAB/SIMULINK和ADAMS的采煤机截割部机电耦合模型。采用LS-DYNA对采煤机滚筒截割煤岩过程进行模拟仿真,得到滚筒的受力情况;将截割仿真得到的载荷添加在采煤机滚筒上,进行了采煤机截割部机电联合仿真,得到了截割电机输出转矩和输出转速的曲线,为研究电机过载保护提供了数据支持。     

新型阶梯滚筒截割性能研究

针对薄煤层采煤机截割夹矸煤层效率较低的问题,研究了一种新型阶梯滚筒。为分析新型阶梯滚筒的截割性能,采用非线性软件LS-DYNA对传统滚筒与新型阶梯滚筒进行截割煤岩仿真研究,分析传统滚筒与阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩。研究结果表明:在截割效率相同的情况下,除第一刀,阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩均小于传统滚筒,说明该新型阶梯滚筒的截割性能比传统滚筒更加优异。     

不同夹矸参数下滚筒载荷特性仿真研究

煤岩中夹矸的存在增大了采煤机开采难度,且夹矸的分布具有一定的随机性,为了研究不同夹矸参数下滚筒的载荷特性,利用Pro/E构建螺旋滚筒三维模型,导入EDEM离散元软件中建立滚筒截割煤岩的耦合模型,开展不同夹矸参数下滚筒载荷特性研究。结果表明：在数值模拟研究范围内,滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸厚度的增大而增大;滚筒截割阻力均值和峰值均值随着夹矸层数的增加而增大。该研究为复杂煤层工况下的滚筒截割提供参考。     

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。