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。     

中硬煤层下掘进机截割载荷研究

在当前的煤矿生产中,掘进机发挥着重要作用,通过了解掘进机的截割载荷,能更有效地提高掘进机的截割效率,满足煤矿开采的需要。结合传统截割载荷计算方法存在的缺陷,需要使用有限元模拟法对掘进机的动态截割过程进行模拟,从而帮助煤矿企业了解掘进机的截割载荷。基于此,分析了掘进机截割头的载荷计算,通过有限元完成截割过程的仿真,在中硬煤层下分析不同性质煤岩对截割载荷的影响,以期该研究可以帮助煤矿企业更好地选择截割头型号,进而提高掘进机的截割效率。     

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。     

实际工况下的掘进机截割头载荷谱研究

主要分析并确定掘进机截割头载荷的方法,在此基础上,通过分析使用计算机模拟截割头的方法与掘进机截割头载荷情况,掌握截割头转矩时域的参数,绘制出相应的载荷循环图并进行分析,综合分析得到数据结果,以准确判断掘进机截割头工作情况。     

掘进机截齿在不同工况下的截割阻力分析

基于掘进机在进行截割的过程中,由于煤岩的复杂多变,容易引起截齿的载荷变化,引发截割头振动的问题,针对掘进机截割两种典型的工况,采用非线性的动力学分析软件对横截及钻进两种不同工况下的截割阻力进行仿真分析,获得截齿的受力变化特性,为掘进机的减震设计及优化使用提供参考指导.     

掘进机截割硬岩的载荷模拟研究

硬岩掘进机已成为目前我国悬臂式掘进机发展的主要趋势,截割头载荷及截割功率问题是硬岩掘进机设计的关键.基于硬岩条件下单个截齿的受力,建立了截割头载荷的数学模型,用Matlab对掘进机截割不同硬度岩石进行了载荷模拟,分析了截割头载荷特性及功率变化规律.结果表明,随着截割对象接触强度增加,截割头的各向载荷均呈非线性的剧增趋势,而转矩及功率随之增加,呈线性变化,所得结论为硬岩掘进机截割功率的选择及整机研制提供了理论依据.     

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。     

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。     

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。     

煤矿掘进机截割荷载研究

基于掘进机截割机理,研究煤炭物理力学性质对于截割荷载的影响,通过实验,提供多种煤岩的坚固性系数。研究发现试验结果与分析有较好的一致性,因此研究结果可以为不同地质条件下的煤岩截割荷载提供合适的参考依据。     

矿用EBZ200掘进机截割头排布设计及结构性能分析

为了提高掘进机截割头的切削效率和减小截齿的能耗量,采用MATLAB软件对截割头的截齿排布方式进行设计,提升截齿分布的合理性.通过LS-DNYA软件对设计后的截割头与煤炭接触的切削过程进行有限元仿真分析,计算截齿载荷、截齿能耗分别与切削角和旋转角的对应关系及变化规律,得出截齿分布的最佳切削角和旋转角的设计范围.研究结果可为掘进机截割头在工程中的实际应用提供依据.     

悬臂纵轴式掘进机截割破岩机理分析

基于当前矿井纵轴式掘进机的使用现状,为分析其截割破岩机理,对纵轴式掘进机的结构构成进行了详细分析。将截割载荷作为主要的掘进机破岩机理分析基础,建立了单齿截割受力分析模型,计算出截割机构的牵引阻力以及任意截齿的截割侧向力。针对目前截割机构主要的工作状态为摆截割,分析了摆动截割时截割头载荷计算模型并分析了其所受的截割载荷,为后续结构分析提供了理论基础。     

掘进机截割头配套系统的优化与改进

以掘进机截割头配套设备的受力分析与计算公式为基础,利用计算机仿真模拟,对截割头配套系统进行模拟分析与验算,确立了掘进机截割头配套系统在运行状态下的受力情况以及扭矩值,通过计算与建立坐标模型,分析了截割头切割煤层时的形状,提出对截割头配套系统的优化改进措施,即:通过改变截割头直径的长度,避免截割头切入程度过深造成过载停机;通过选择进口合金材料制成的底座,使掘进机截割头受力均衡,以提高截割头底座的稳定性。     

基于有限元分析的煤矿掘进机截割头优化设计研究

根据煤矿掘进机截割头的工程问题,研究了掘进机截割头的优化设计。以旋转角速度、摆动速度、截齿切削角、截齿倾角作为优化变量,选择合力平均值和切削载荷变化系数作为优化目标。通过正交试验和有限元分析,研究了这些参数对评价指标的影响,并且分析了评价指标随试验因素的变化趋势。将新截割头设计方案与原设计方案相比,优化设计后合力平均值和切削载荷变化系数分别降低了18.3%、5.5%,有效地提高了掘进机截割头的切割性能。研究成果可为掘进机截割头的结构优化设计研究提供依据。     

基于ADAMS的纵轴式掘进机回转台可靠性研究

回转台是掘进机的重要组成部分,承受着复杂多变的载荷作用,是掘进机设计的关键部件;截割头横摆工作时,截割阻力与截割部自身重力的叠加是导致回转台断裂的重要原因;基于截割头破岩理论,利用"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"得到了截割头性能最佳的设计参数并模拟出掘进机载荷图谱;建立掘进机刚柔耦合模型,通过动态仿真发现了回转台设计的薄弱区域,并对其进行结构优化,优化后回转台受力均匀,工作可靠,可满足使用要求。     

基于振动模型的掘进机截割系统稳定性预测

掘进机截割过程受动态径向和轴向载荷影响,截割臂会产生水平和竖直方向的摆动,摆动截割过程由煤岩反作用力产生的截割振动对截齿冲击最大,其振动量大小直接影响截割头的稳定性。为判断截割过程截割载荷是否稳定,首先,基于岩石断裂力学和煤岩破碎理论,建立掘进机截割系统物理本构模型,构建截齿和截割头截割载荷谱函数;其次,基于牛顿差值多项式方法进行截割过程截割稳定性预测,构建多因素耦合的非线性截割系统动力学方程,求解动态振动稳定域截割曲线（截割稳定性叶瓣图）;然后,提出一种基于相关系数的无量纲截割振动判定准则,从理论和实际两方面判定截割头不同时刻的截割状态;最后,通过搭建截割系统实验台,进行截割系统模态参数辨识实验,测试破岩过程截割头截齿随机载荷特性,研究不同截割参数组合下截割载荷变化规律,得出截割头转速与截割深度的最佳匹配关系,从而证明截割稳定性叶瓣图的正确性。     

悬臂式掘进机截割头截齿的优化与改进

针对悬臂式掘进机截齿磨损严重、过载停机以及截齿受力不均而被损坏等情况,通过建立截割头和煤岩的3D模型,分析截割头载荷的数学模型,对截割头截齿部分进行受力分析,针对截割头的截齿排列提出合理性方案,使各截齿受到外力差异减小,进而提升掘进机的性能并获取更大的生产价值。     

悬臂式掘进机回转台可靠性研究

以某型掘进机为研究对象,建立其刚-柔耦合虚拟样机,模拟多种工况下截割头受到的瞬时载荷,对掘进机进行动力学仿真.结果表明:掘进机横摆截割过程中,当截割头起始位置不同时,其关键零/部件的应力及变形亦不同;该型掘进机由左到右截割工作面顶部时,回转台承受较大的动应力,导致其纵向变形较大,振动较为剧烈,影响掘进机工作的稳定性;依据仿真结果优化后的回转台,其应力特性及疲劳寿命均能满足使用要求.     

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.     

煤矿用悬臂式纵轴掘进机截割头截齿布置研究

对煤矿用掘进机截割头截齿布置进行研究,用等螺旋升角螺旋线布置截齿,综合考虑截割头运动工况以及煤岩的性质,求取截割头的最佳截线间距,根据截齿切削面积相等原则确定截齿的截线数,最终给出确定截齿最佳分布的方法.针对具体的某掘进机截割头,采用给出的方法进行了布齿分析与计算.