部分断面掘进机截割头截割性能研究

截割头是掘进机直接实现截割功能的关键部件,其设计在一定程度上直接决定了整机的性能。采用混凝土制作煤岩,对自制煤岩进行单轴压缩试验,确定其抗压强度和弹性模量。针对掘进机截割煤岩过程的复杂性,以部分断面掘进机截割头为研究对象,基于单轴压缩试验所确定的物理参数,利用动力学有限元软件LS-DYNA建立截割头截割煤岩过程仿真模型,探讨了截齿切削角和旋转角对截割载荷、载荷波动和截割比能耗的影响规律。由仿真结果可知,当截齿的切削角在48°~50°范围,旋转角在12°~16°范围时,截割头的截割能力较佳;将由试验确定的自制煤岩截割力矩时域曲线与仿真结果进行对比,验证了所建立的仿真模型的正确性。上述研究为部分断面掘进机截割头截割性能的改善提供了理论基础,同时为其他类型截割或切削问题的研究提供了理论借鉴。     

基于不同煤岩性质的矿井掘进机截割载荷分析研究

研究了掘进机截割头的全部截割过程，针对影响切削载荷的煤岩特性，多次重复进行不同坚固系数的模拟，推导出三轴力与坚固系数的关系。将仿真结果与理论公式进行了截齿载荷对比分析，取得了一致性的结论。由有限元仿真计算结果数据可知，模拟分析为准确计算截割头载荷提供了可靠的技术数据保证，提高了截割头截割试验的效率，为不同煤岩地质条件下截割头的选择提出指引。研究成果为掘进机结构优化设计提供了依据。     

不同性质煤岩下掘进机截割载荷的试验研究

对掘进机截割过程的机理进行了研究,对煤炭和岩石的性质对截割载荷的影响进行了深入分析。针对使用传统计算方法计算截割过程中的截割载荷存在的缺陷,提出了有限元模拟方法,模拟动态截割过程,并进行试验。提取了多种不同煤岩的坚固性系数,并制取相应的硬度煤层,以分析不同性质的煤岩对截割载荷的影响,并推导了三向力与坚固性系数之间的关系。通过对比分析发现,对截割载荷的理论公式推导、模拟分析、试验三者的结果相吻合。结果表明,仿真与试验分析不仅提供了可靠的截割载荷的精确计算方法,而且也提供了针对不同地质条件的煤岩选择合适的截齿的参考依据。     

不同工况下采煤机截割能耗特性研究

为研究复杂工况下采煤机截割能耗特性,通过建立采煤机截割能耗模型,选用MG500/1180-WD型采煤机在不同工况下进行截割试验,实时采集齿轨销轴和惰轮轴的载荷数据,最后通过对不同工况下采煤机整机截割能耗的计算,得出如下结论:在保持其他工况不变的情况下,直线截割能耗随着牵引速度的增加而增加;斜切截割能耗值远超过直线截割能耗值;采煤机截割能耗除了受牵引速度、截割方式的影响外,还受煤岩硬度的影响,随着煤岩硬度的增加截割能耗也随之增加。研究结果为采煤机研发和使用提供理论基础,为煤矿行业科学高效生产提供理论依据。     

基于ANSYS/LS_DYNA的掘进机截齿截割煤岩动力学分析

利用ANSYS/LS_DYNA软件建立了截齿和煤岩的有限元模型,应用LS_DYNA的显式动力分析算法,对单个截齿截割煤岩的动力学过程进行了模拟,得到截齿在截割煤岩过程中受到的动态力变化曲线及煤岩的应力云图,对截齿在不同安装角及不同截割速度时,截齿在截割过程中的受力进行模拟,对比分析不同工况下截齿的受力大小,获得最佳的截齿安装角及工作速度,为截割头上截齿的分布及安装提供指导。     

全尺寸单齿煤岩截割试验研究

在采掘机械煤岩截割的大背景下,展开了煤岩截割试验结构的研制及试验研究,基于机械系统、液压系统和测控系统的设计,通过试验装置进行不同截割速度和不同截割深度的截割试验,通过相关参数的变化,分析其对截割三向力、截割碎屑粒度的分布及截割比能耗等因素的影响。     

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。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒多参数优化研究

为了有效提高复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒的截割性能,利用离散元仿真软件EDEM建立含夹矸煤岩与螺旋滚筒耦合模型,模拟采煤机截割含夹矸煤岩过程,得到多种工况下采煤机螺旋滚筒的截割性能指标。基于单因素分析法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角、截深等对截割性能指标的影响。分别编写GA-BP网络与遗传算法程序,对截割性能指标进行优化,对比两种优化算法,得到螺旋滚筒最优参数。相比于优化前的结果,使用GA-BP网络优化后采煤机生产率提高了33.3%,截割面积增大了115.6%,虽然最大截割阻力增加了7 353.4 N,但截割比能耗降低了24.3%,截割性能整体得到提高。研究结果为探究复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒截割性能提供支撑,对提高煤矿企业的生产效益有重要意义。     

不同工况参数对掘进机截割机构截割头性能的影响分析

由于掘进机的振动冲击主要集中在截割头部位,为提高掘进机的截割工作性能,实现矿井高产高效开采,主要分析不同截齿数、摆动截割速度及煤岩性质等掘进机工况参数,研究其截割机构的影响分布.结果表明:随着截齿数的增大,掘进机截割功率也增大;且随着摆动截割速度和煤岩接触强度的增大,其截割功率增幅明显.     

掘进机截齿截割煤岩破坏过程模拟分析

针对截齿截割的破坏过程,建立煤岩及截割头的离散元模型,从煤岩的动态破坏速度的角度对煤岩的截割破坏过程进行离散元仿真分析,结果表明,在初始阶段,主要是截齿对煤岩体产生铲切作用,使得煤岩颗粒沿着截齿面产生向上的运动趋势,且沿着截齿的前端面排出,产生煤体的破碎,形成截煤过程.在掘进机进行截割的过程中,依据煤岩的性质确定合适的截齿截割的参数,从而可以优化截割过程,提高掘进的效率.     

基于双向耦合的采煤机截割部振动特性研究

为研究采煤机截割含夹矸煤岩过程中的振动特性,采用EALINK软件实现EDEM-ADAMS双向耦合,以考虑煤岩变形对截割过程的影响;将摇臂壳体进行柔性化处理,基于耦合结果在ADAMS/Vibration模块中进行采煤机截割部受迫振动分析.结果 表明:采煤机螺旋滚筒在竖直方向的振动加速度大于采煤机牵引及滚筒截深方向的振动加...     

不同截割状态下采煤机振动特性研究

采煤机进行记忆截割的条件是判断煤岩界面,通过在截割电机外壳布置振动传感器,采集采煤机不同状态下的振动信号,可以分析判断采煤机的截割状态。首先从强度、坚硬性等方面分析了煤岩截割特性,在分析截割头结构的基础上分析了振动来源,设计了相关信号采集电路,并从时域方面分析了试验结果。     

滚筒式采煤机截割过程受力状态的分析研究

针对近年来对采煤机工作可靠性要求越来越高的现状,以某型号采煤机滚筒为研究对象,借助ANSYS有限元仿真分析软件,对采煤机滚筒截割煤岩时受力状态进行分析.分析结果表明,采煤机滚筒截割煤岩稳定时所受三向力中以截割阻力和牵引阻力为主,侧向阻力在零附近波动,力矩状态与之相一致.经试验验证,仿真计算结果与滚筒实际工作过程的受力状态吻合,结果准确,表明本文的仿真分析结论可为采煤机结构优化工作提供技术参考.     

大倾角半煤岩采煤机截割系统关键技术研究

简述了我国煤炭开采的现状及研制开发适应特殊工况的大倾角半煤岩型电牵引采煤机截割系统的意义。通过对大倾角半煤岩采煤机截割系统的技术关键点重型2K-H行星减速装置、齿轮修形技术、截割部齿轮润滑方式的研究,研制出了适应特殊工况的采煤机截割系统。     

基于离散元法的掘进机截齿最优旋转角研究

为探讨截齿旋转角对掘进机截割性能的影响规律,提高截齿的使用寿命,采用离散元法建立了截齿截割煤岩的仿真模型。通过单轴压缩试验确定了煤岩近似物理模型的物理性质参数,保证了从细观角度分析截齿截割过程离散元模型的准确性。通过综合分析旋转角变化对截齿载荷、载荷变差系数和截割比能耗3个性能评价指标的影响,确定了截割头球冠段、圆锥段和圆柱段的最佳旋转角取值或取值范围,为掘进机截齿旋转角的优化提供了理论依据。     

运动参数对螺旋滚筒截割过程的动力传递问题影响分析

利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了复杂煤层条件下螺旋滚筒与煤岩的耦合模型,基于不同工况进行截割过程的动态模拟,提取了滚筒与截齿的工作载荷,并分析了载荷的变化规律。通过对螺旋滚筒截割煤岩的动力学分析得到了由煤到岩变化时螺旋滚筒的应力云图及载荷变化曲线,获取了滚筒与截齿的应力应变等参数的时间历程曲线。研究表明:螺旋滚筒截割煤岩混合界面时,煤岩出现大量崩落,工作载荷波动变大;截齿的最大应力主要集中在合金头齿尖局部接触区域及齿柄头部的轴肩处,齿座最大应力主要集中在其根部;改变牵引速度比改变滚筒转速对滚筒载荷与应力影响更明显。研究成果为薄煤层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。     

采煤机截割煤岩嵌入测量装置设计研究

为获得采煤机截割煤岩工作过程中滚筒截割性能的影响因素,提出采用支持FAT文件系统的嵌入式测试装置对截割过程相关参数进行测量。该嵌入式测量装置在不需要外接导线的条件下,保证采集到煤岩截割工作过程中的受力和振动信号能够被直接存储,具有完整的数据采集和存储功能,从而为上位机做数据分析提供可靠保障,减少信号损失及干扰信号的影响。     

基于模糊神经网络信息融合的采煤机煤岩识别系统

针对采用单一信号进行煤岩界面识别实现采煤机滚筒高度调整控制时精确度和可靠性不高的问题,提出一种基于模糊神经网络的多传感器信息融合煤岩识别方法。通过实验数据采集和分析得到不同煤岩比例截面截割过程中的振动、电流以及声功率谱信号特征样本,根据最小模糊度优化模型求得各煤岩识别信号的模糊隶属度函数,采用基于自适应神经网络模糊推理系统构建的多维模糊神经网络实现多传感器信息的决策融合,得到高可信度和精确度的滚筒调高控制量值。实验室截割实验对比以及现场随机煤岩轨迹的截割实验结果表明,采煤机滚筒截割轨迹与实际随机煤岩轨迹基本吻合,实验结果验证了系统的有效性和可靠性。     

基于实验的采煤机截割比能耗特性分析

为研究复杂工况下采煤机截割效率,采用截割比能耗的方法对不同工况下采煤机能耗利用率进行研究,通过建立截割比能耗模型,并基于实验检测实时测出摇臂传动系统中惰轮轴和行走系统齿轨销轴的应变,利用MATLAB编程计算出惰轮轴和齿轨销轴的圆周力,并对其进行小波降解排除振动和噪音等高频信号的影响,最终在MATLAB中根据能耗计算公式、体积计算公式和比能耗计算模型式子计算出不同工况下的截割比能耗,并对其进行研究,研究结果为:其他工况保持不变的情况下,直行截割的比能耗随着牵引速度的增加而减少;斜切截割比直线截割的比能耗大;截割比能耗随着煤岩硬度的增大而增加。研究结果为采煤机的使用和研发、滚筒结构设计及优化和滚筒截齿分布方式等提供理论基础。     

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。