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.     

采煤机截割部的刚柔耦合动力学分析

基于Pro/E、MATLAB、ADAMS和ANSYS联合建立了采煤机截割部的刚柔耦合振动模型,利用ADAMS/Vibration模块进行振动分析,识别出截割部模态参数以及容易被激发的振型.结合滚筒转速、硫化铁包裹体尺寸以及截齿排列形式,识别出引起截割部较大振动的截齿位置.为截割部薄弱环节以及截齿的优化提供了理论依据.     

基于裂纹的截齿破岩力学性能研究*

采用颗粒流PFC2D软件建立镐形截齿截割岩石的离散元模型,通过改变截割角度和截割深度,对岩石颗粒裂纹、截齿载荷以及截齿的综合截割性能进行分析。结果表明：截割角度越大,对岩石的剪切作用越明显,产生裂纹的数目越多,但岩石深处颗粒接触失效较少,不利于裂纹的扩展;随着截割深度的增加,岩石参与截割的部分增大,产生裂纹的数目增多;随着截割角度的减小和截割深度的增加,截割切向力和法向力均增大;截割角度为52°,截割深度为3 mm时,截齿的综合截割性能最佳。讨论仿真模型参数,如颗粒间摩擦因数和颗粒的弹性模量对仿真结果的影响。结果表明：随着摩擦因数和弹性模量的增大,得到的截割力也随之增大,其中摩擦因数和弹性模量对截割力的影响分别为0.48和0.37。研究结果为截齿和采掘机械截割系统的设计以及截割工艺的优化提供了参考。     

掘进机截割头截齿的布置研究

为进一步提升掘进机的掘进效率,降低掘进能耗,保证最终巷道的成型质量,重点对掘进机截割头机器截齿的布置参数进行理论分析,尤其是对截齿截割角度的优化采用数值模拟手段进行分析,主要从单齿截割工况和多齿截割工况下的数值模拟截割头的受力、能耗等因素确定最佳截割角度,为煤矿高效生产奠定基础.     

矿井掘进机截割部工作特性以及受载特征的研究

针对截割部工作特性以及受载特征进行系统研究,分析了掘进机截割部转速和进给速率,对掘进机工作特性之影响特征,建立了截割部截齿截割煤体的力学模型,模拟得到了截割部所受载荷的变化特征,从而为掘进机的动力学特性研究提供参考。     

硬岩掘进机截齿承载能力的计算

以硬岩条件下单个截齿受力为基础,分析了掘进机截割头用于截割岩石的载荷大小及其作用形式,并通过截齿截割机构各参数与截齿受力之间的关系模型给出了截齿受力的计算方法。     

镐型截齿不同角度对掘进机截割性能的影响研究

镐型截齿在截割头上进行安装时的切削角及倾斜角对截齿的截割性能具有重要的影响作用，采用有限元仿真分析的形式，对不同的切削角及倾斜角的截割阻力进行分析。结果表明，在切削角度为45°、倾斜角度为15°时截齿作用的截割阻力最小，截齿的截割性能最好，在煤岩的截割过程中应尽量选取最优的角度，提高掘进机的效率。     

不同截线距参数对掘进机截割性能的影响研究

基于掘进机截割头性能的好坏会直接影响掘进机的作业效率及煤炭开采的经济性等,分析不同截线距参数对掘进机截割头性能的影响.结果 表明,随着截线距的增大,掘进机截齿的截割力、截割力矩、截割比能耗都逐渐增大,且截线距参数设置不合理时会影响采煤的效果;在截深一定时,存在最优的截线距值,不仅可以很好地发挥煤壁的崩落效应,使崩落的煤...     

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。     

基于载荷波动最小的掘进机截割头截齿排列参数优化设计

根据单个截齿受力模型和计算公式,确立了截割头横摆截割时载荷波动的计算方法。通过分析截齿排列参数对截割头栽荷的影响,提出了降低载荷波动的策略,建立了基于载荷波动最小的截割头截齿排列参数优化设计数学模型。采用序列二次规划(SQP)方法编写了优化设计程序,并对某型号掘进机截割头的截齿排列参数进行了优化设计。优化前后统计数据表明,截割头的载荷波动明显降低,提高了掘进机的工作可靠性。     

复杂煤层条件下滚筒截割性能参数优化分析

为进一步提升采煤机的截割能力和落煤能力,达到提升其截割性能的目的,基于EDEM软件建立采煤机与复杂煤层的耦合仿真模型,分别对采煤机螺旋滚筒结构参数和运动参数对截割性能的影响开展对比仿真分析;采用多目标数学优化模型对螺旋滚筒参数进行优化,并得出优化后的滚筒参数对采煤机截割性能有明显改善的结论。     

基于MATLAB与EXCEL联合编程开发掘进机截割头设计新方法

采用Matlab与Excel联合编程开发了纵轴式掘进机截割头辅助设计软件,根据掘进工作面的赋存条件,通过输入截割头必要的运动学参数,便可自动生成对应的截齿排列图、载荷曲线和切削图等,获取截割头形状、叶片头数及截齿排列方式和钻进速度与截割功率、截割比能耗、截割阻力、切削面积之间的参数关系,为截割头设计及优化提供了一种新方法。以EBZ220型掘进机为工程对象,对截割头形状、叶片头数、截齿排布和钻进速度进行设计并选择最优方案,显现了软件的普适性。     

含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性研究

为研究含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性,建立了考虑齿侧间隙的采煤机截割部齿轮系统动力学模型,并确立了模型中啮合刚度和阻尼的函数关系,运用变步长的Runge-Kuatt方法对动力学模型进行数值仿真,研究齿侧间隙对采煤机截割部传动系统各齿轮副啮合力的影响,结果表明:齿侧间隙增加了各齿轮副啮合力的变化量以及啮合频率倍频的幅值,齿侧间隙增大会增加啮合力的波动幅度会引起传动过程中的很大冲击力,加速齿面的磨损,同时齿侧间隙还会使齿轮由于过载而在齿轮中产生断齿。提高采煤机截割部齿轮传动系的稳定性与使用寿命,应降低其扭振程度与缩小齿侧间隙。本研究对齿轮传动系统的优化设计与研究提供理论基础。     

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。     

基于LS-DYNA采煤机镐型截齿截割有限元分析

利用ANSYS中的LS-DYNA模块,建立采煤机截齿截割煤层的有限元三维数字化模型,模拟了镐型截齿截割煤层的动态过程.在后处理中,获取了截齿的能量、速度和加速度等的时间历程曲线,分析了截齿安装的不同角度对截割块煤效率的影响,得出了对块煤截割效率最高的截齿安装角为40°.     

掘进机截齿安装角的优化研究

针对目前掘进机在综采作业过程中截齿磨损量大、使用寿命短、稳定性差的缺陷,提出利用离散元仿真分析的方法对不同截齿安装角情况下的截割稳定性进行分析.根据分析可知,随着掘进机截齿安装角的增加,掘进机的装煤率先升高后降低,当截齿的安装角为45°时具有最佳的截割性能.该研究结果可为提升掘进机的截割稳定性和使用寿命提供参考.     

掘进机不同参数截割头截割特性的分析

针对掘进机截割部截齿寿命低、截割效率低的问题,在分析截割头结构及其掘进过程中常见问题的基础上,基于Pro/E搭建三维模型,对不同旋转角、切削角情况下截齿的受力情况进行仿真分析。经分析,得知当切削角在48°～52°的范围之内、旋转角范围在8°～12°之间时截齿所受外力较小。     

EBZ135型矿用掘进机截割头截齿的受力分析及其优化改进

以EBZ135型矿用掘进机为研究对象,在简要分析其截割头整体结构的基础上,利用UG和ANSYS软件分别建立了截割头的三维几何模型和有限元模型,对其EBZ135型掘进机截割头截齿进行受力仿真分析.结果发现,截割头中36个截齿的受力存在明显的不均匀性,不利于掘进机的稳定与可靠运行.基于ANSYS软件对截割头截齿的排列方式进行优化改进,使得截齿之间的受力变得更加均匀.将改进方案应用到掘进机工程实践中,设备的故障率明显降低,取得很好的实际应用效果.     

截割参数对截割头磨损程度影响的研究

为了分析截割头在复杂工况下的磨损情况,利用ABAQUS数值模拟软件对截割头齿尖锥角、截割速度和截割深度对截割头的磨损情况进行分析,给出了不同齿尖锥角、截割速度和截割深度对截割头的磨损机理,为提高截割头的使用寿命和截割头强度提供了方法。     

重型掘进机截割机构的优化分析

应用Matlab仿真分析软件对截割机构上截齿排布对截割时的动力学特性的影响进行了分析,通过对截齿各排列因素的分析选定以不同的截齿截线间距为研究对象[1],根据现有截齿的截线等间距分布规律及截齿截割作业时的截割规律设置优化后的截线间距为由前到后逐渐增加,使截线的间距分布规律和截割机构截割作业时的截割阻力分布规律及截割作业时的煤层的压张效应相符合,从而分析优化前后的截线间距。该优化方案极大地提升了掘进机掘进作业时的稳定性,减轻了截割作业时对截齿的磨损,增加了掘进机截割机的使用寿命。