截割头运动参数对掘进机截割性能影响的试验研究

掘进机截割头运动参数包括截割头转速与进给速度。为使掘进机处于较为理想的截割状态,保证最佳的截割性能,需要使转速与进给速度处于一个合理的匹配关系下。利用截割试验台,将转速分成40,50,60,70rpm,进给速度分为0.4,0.6,0.8,0.9 m/min,对水泥和煤粉配比为1∶3.6的模拟煤岩进行截割试验,利用三向振动传感器、三向力传感器、扭矩传感器,采集截割过程中的数据,利用matlab中DSP工具箱分析信号,通过多目标优化函数进行优化,得到截割转速为70rpm、进给速度为0.4m/min时,试验台截割头截割性能处于最佳状态,为掘进机实际截割操作及掘进机自动化掘进,提供了参考依据。     

基于磁流变阀的采煤机恒功率控制应用

通过对采煤机牵引特性和调速特性分析及实际工作中的恒功率控制,提出基于磁流变阀的触觉技术的采煤机功率控制方法.提取采煤机截割电机的电流及转速等信号,控制器据此输出控制信号,控制基于磁流变阀的触觉力反馈装置,操作者依据感受到的手柄阻力,调节采煤机的牵引速度,使截割电机接近额定功率工作.仿真、试验结果显示,该方法能够明显提高采煤机截割部的工作效率并避免过载使用,且此控制方式结构简单,容易实现.     

提高滚筒采煤机截割能力的途径和方法

根据影响滚筒截割能力的因素,提出了在一定功率条件下,采用低转速和少截齿是增强滚筒截割能力的有效途径,并从保证装煤和降低比能耗的观点出发,分析了滚筒转速和截齿总数的合理取植范围。     

基于扭矩的安全钻进控制

扭矩是钻进过程中的一个重要参数,扭矩太小时破岩效率低而影响机械钻速,扭矩太大又可能会引发钻具事故,因此需要针对不同的钻具组合,探讨井口处钻柱及钻头扭矩计算方法。本文针对提供扭矩的顶驱或者电动钻机,阐述了钻柱井口扭矩值的计算。根据底部钻具组合中是否带螺杆钻具,提出了钻头处扭矩的计算方法。研究结果得出,在电机电压和负载电阻一定的条件下,井口钻柱的扭矩随其转速变化,一旦转速确定,则扭矩就确定。如果底部钻具组合中不带螺杆,则整个钻柱的扭矩值从井口到钻头向下逐渐递减;如果底部钻具组合中带有螺杆,则钻头扭矩就是此压力降下螺杆的输出扭矩值。螺杆的输出扭矩值与其负载压力降大小成正比,钻井液排量一定的情况下,一旦螺杆的负载压力降确定,其输出扭矩值确定。只要井口与钻头处扭矩差值不超过整个钻柱任意一处的抗扭强度,钻柱就不会发生因扭矩导致的事故。研究结果表明,本文提出的方法为科学选择顶驱或转盘转速及电机功率,合理匹配钻头和螺杆钻具等方面提供了理论指导。     

钻式采煤机新型工作机构的研究

针对目前三钻头钻式采煤机的工作机构存在采煤效率低的问题,研究了一种采煤效率较高的新型四钻头工作机构。在确定传动方案的基础上,设计了其结构形式,并对2种工作机构的截割性能进行了分析。研究结果表明,新型工作机构在截割效率、截割比能耗方面均优于原工作机构,为极薄煤层的开采提供了一种新的有效截割机构。     

采煤机滚筒运动参数的分析研究

根据采煤机截割理论,建立了滚筒截割比能耗与滚筒运动参数(滚筒转速、牵引速度)间关系的数学模型;同时,以畸变1式截齿排列的切屑图为基础,建立了块煤率与滚筒运动参数关系的数学模型.并以截割比能耗和块煤率的模型为基础,研究了滚筒运动参数的变化对截割比能耗和块煤率的影响,分析了不同形式的截齿排列与滚筒截割比能的关系.研究结果表明,采用畸变1式或畸变2式的截齿排列形式的滚筒,其截割比能耗最小;同时,截割比能耗和块煤率与滚筒转速成反比,与牵引速度成正比.     

岩石裂隙对掘进机截齿截割破岩的影响

为了优化掘进机截割头设计,进一步提高破岩效率与巷道掘进速度,用数值仿真模型研究了不同裂隙位置对截齿截割岩石的影响及截割力变化规律.结果表明:与均质岩石相比,截割含裂隙岩石的进给阻力较小;随着裂隙区域与齿间距离的增大,截割阻力会逐渐增大,同时截割阻力的峰值平均力也呈增大趋势;统计了不同裂隙位置的截割比能耗,发现当裂隙与齿...     

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。     

掘进机截割头运动参数的优化设计

根据单个截齿受力模型,采用计算机模拟的方法建立了基于截割头负载转矩波动和截割比能耗最小的优化设计数学模型,寻求最优的掘进机运动参数。根据序列二次规划(SQP)优化方法,编写了优化设计程序。优化设计实例表明,截割头的负载转矩变差系数减小了13.9%,截割比能耗降低了16.9%,有效改善了截割电机的负载特性,提高了能量利用率。     

不同工况下掘进机截割性能多目标优化

为了提高掘进机的截割效率，以掘进机截割部的运动参数为设计变量，研究悬臂式纵轴掘进机的截割头自转速度、摆动速度等运动参数对截割性能的影响，用MATLAB模拟各性能参数变化规律，以单个截齿载荷分析为基础，建立截割头各向载荷数学模型，根据现场经验给定运动参数设计空间，建立截割头的截割阻力、负载转矩、截割比能耗和截割生产率目标函数，采用线性加权法将多个优化目标转为单个目标，分别给出正常工况和夹矸工况的加权系数，求解截割运动参数最优配置，在EDEM仿真软件中对优化前后的截割性能进行验证，结果表明最优运动参数下的掘进机综合截割性能更优，截割能力、破岩能力提升，截割比能耗降低，生产率得到了显著提高，产尘量得到了一定程度的控制。     

镐型截齿截割阻力谱的分形特征与比能耗模型

为给出镐型截齿的截割性能的评价方法,应用分形理论分析旋转截割实验台所测得的截割阻力谱,探究截割阻力谱的分形特征与安装角及切削厚度的关系。基于实验测得的轴向阻力谱和功率谱建立镐型截齿的比能耗与安装角和切削厚度的关系模型。结果表明：在实验条件下,截割阻力谱盒维数和比例系数与安装角均呈二次函数关系,与切削厚度呈指数关系;截割比能耗与截齿半锥角和安装角三者互相制约。半锥角增大时,使比能耗减小的最佳安装角区间变小;半锥角减小时,使比能耗减小的最佳安装角区间变大;半锥角一定时,截割比能耗与安装角呈二次函数关系,随着安装角的增大先增大后减小,存在使截割比能耗最小的最佳安装角;截齿比能耗与切削厚度成指数关系,随着切削厚度增大而减小。该研究证明分形特征与比能耗在评价截割性能上的一致性,为采煤机高效截割与性能的评价提供参考。     

悬臂式掘进机截割臂加载试验研究

掘进机截割工况复杂,掌握复杂负载条件下的截割臂动力输出特性对掘进机关键性能优化研究具有重要意义。设计形成了悬臂式掘进机截割臂加载测试平台,通过水力无极加载方法调定不同负载,开展了不同载荷条件下的截割臂功率和扭矩输出测试和对比分析,测试结果为截割驱动电机的动力控制提供了数据支撑。     

煤矿井下采煤机截割特性的优化

晋圣亿欣煤业井下所使用的MG300/730 WD型采煤机在使用过程中存在着截割作业振动大、截齿磨损严重的缺陷。为克服这个问题,对不同截割滚筒与采煤机的匹配性进行了研究。结果表明：新的错齿分布的截割滚筒显著提升了采煤机运行过程中的稳定性,降低了截齿磨损,提升了截齿的使用寿命,采煤机截割作业时的截割阻力矩波动比优化前降低了66.7%,截割功率波动比优化前降低了58.3%,截齿使用寿命提升了37%。     

提高采煤机滚筒综合性能的研究

滚筒的截割能力、装煤能力、块煤率是评价采煤机滚筒性能的主要标准,影响采煤机滚筒性能的参数:截割功率、滚筒直径、滚筒转速、滚筒的截齿数、叶片螺旋角、叶片头数。通过分析这些参数与截割能力、装煤能力、块煤率之间的关系,综合考虑这些因素,合理优化滚筒参数,是设计高性能滚筒的保证。     

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。     

基于多体动力学的采煤机截割部可靠性研究

基于Pro/E、Matlab、ADAMS和ANSYS联合构造的协同仿真环境,建立了含硫化铁结核的薄煤层采煤机截割部刚-柔耦合多体系统模型,解决了输入负载的模拟及建模与仿真边界条件的确定、双电机驱动的采煤机截割部电机转速的匹配等关键技术问题.基于刚-柔耦合采煤机截割部虚拟样机的仿真,找出了截割部关键零件设计上存在的问题：如行星架、行星轴及摇臂壳体的变形过大,动态刚度不足等,为采煤机截割部系统的优化提供了明确的量化依据.有助于在采煤机物理样机制造前就全面掌握其动态性能,提出明确的优化方案并改进设计,降低了新产品的研发成本与时间.     

掘进机截齿截割岩石仿真与试验研究

为提高截割效率、降低截齿磨损率,建立了钻进和横切2种工况下截齿截割岩石的模型,对2种工况下的截齿进行有限元分析,并以截齿受力、截割功率、截割比能耗为目标函数,实现了对现有截齿形状、安装角度等方面的优化设计,并以此为基础设计了一款新截割头。通过新旧截割头的对比试验研究,可知优化后的截割头无论是在高速或者低速工况下,其截割效率均高于优化前,且新截割头截齿磨损率小于旧截割头。     

振动切削截煤机理的研究

在自行设计建立的实验室振动截割试验台上，使刀具与煤样在相对振动的情况下进行截割破碎．通过改变振动频率、振动振幅、振动波形、截割对象、截割截距以及振动与截割的相对方向、截割与层理的相对方向来研究各参数对实际主截割力及单位能耗的影响．结果表明，振动截煤方法可使主截割力及截割单位能耗在一定的振动波形及截割对象情况下有较明显的下降．     

不同截割工况下变速截割采煤机截割性能多目标优化

为了在不同截割工况下实现采煤机安全运行和高效生产,以牵引速度、滚筒转速为优化变量,以齿轮动载荷、采煤生产率、块煤率以及截割比能耗为子目标,建立了采煤机截割性能多目标优化模型;提出了基于权重系数轮换的各性能子目标权重系数的寻优方法,以确定适应不同截割工况的最优权重组合。利用遗传算法优化得到正常煤层、夹矸煤层和岩石断层工况下随截割阻抗变化的最优牵引-截割运动参数,并对比分析最优运动参数控制和传统牵引调速控制下采煤机的截割性能。结果表明,与传统牵引调速控制相比,采用最优运动参数控制不但明显提高了正常煤层和夹矸工况下的采煤经济性能,而且可安全快速通过断层区;此外,滚筒转速在24 r/min附近时截割传动系统出现局部共振,因此滚筒变速截割时应避免在共振转速下运行。所得结果为采煤机自适应变速截割的实施提供参考。     

基于多信息融合的采煤机采运参数协同优化研究

以煤岩的相关材料理论为基础,建立煤岩截割三维模型,利用有限元分软件ANSYS对该模型进行仿真。研究了转速和牵引速度与载荷波动系数、截割比能耗、截齿安全系数的关系,得到载荷波动系数、截割比能耗、截齿安全系数的关系式,通过fmincon函数得出结果:当转速为86.2 r/min、牵引速度为3.85 m/min时,采煤机运动参数达到最佳,此时载荷波动系数为0.271,截能比耗为0.785 kW·h/m³,截齿安全系数为2.4。