截割参数对采煤机截齿受力影响研究

分析了采煤机截割实际情况，确定了截割半径、牵引速度、滚筒转速、煤层介质等截割影响参数；运用仿真和试验的方法研究了采煤机截齿在实际工况下作业时受力情况。仿真和试验结果表明：不同截割参数下，采煤机截齿截割力均呈现先增加后减小的趋势；不同截割参数下，截齿截割力峰值不同；采煤机截齿截割力试验值与仿真值基本一致，且最大相对误差为5%，试验验证仿真分析准确性，该研究为采煤机截齿受力特性的改善和疲劳寿命的提高提供借鉴。     

基于应变传感器的采煤机截齿受力检测系统研究

针对采煤机截齿在割煤过程中,截齿由于受到大的压应力、剪切力和动载荷,无法实现采煤机高效割煤等问题,提出了一种基于应变传感器的采煤机截齿受力检测方法。该方法是通过截齿粘贴应变片的方式对采煤机割煤过程中截齿受力进行实时检测,实时显示截齿受力变化曲线,试验结果表明:在采煤机割煤时截齿受力变化曲线能够真实反应截齿受力,所选截齿1-1 X向力最大值为0.70 k N;Y向力最大值为1.72 k N;Z向力最大值为4.16 k N;截齿1力矩0.59 k N·m。考虑误差和相关随机因素的影响,试验结果接近相关理论计算值,能够实现截齿受力检测。该研究可对采煤机截齿磨损程度及失效状态能够实现预判断,及时发现和更换失效截齿、提高采煤机截割头的工作效率和使用寿命。     

模态分析在采煤机截齿动态设计中的应用综述

采煤机截齿截割煤体时,截齿承受随时间而变化的动载荷。为了掌握采煤机截齿工作时应力、位移的分布情况,避免共振现象的发生,对它进行模态分析和动态设计具有重要意义。所述模态分析和动态设计的内容和步骤,可为采煤机截齿的设计提供理论依据。     

采煤机截割部截齿的有限元分析

主要利用有限元分析软件ANSYS Workbench对采煤机截割部截齿进行分析,得出采煤机截割部单个截齿的应力和位移分布图,解释了采煤机截割部截齿在截割煤层时,截齿的受力情况,为后续截割部截齿的设计奠定一定基础。通过对截齿的失效分析,提出一些改进方案,为截割理论的完善提供一些依据。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

含夹矸煤岩截齿安装角对截割力的影响研究

为研究含夹矸煤岩截齿安装角度对截割力影响,运用Pro/E构建镐型截齿和含夹矸煤岩的三维模型,采用ABAQUS有限元软件对截齿截割含夹矸煤岩动态过程进行数值模拟,分析不同截齿安装角度下的应力云图与载荷曲线。结果表明：截齿最大截割力出现在最大切削厚度处附近,改变截齿安装角度,对截齿截割力影响较小;随着截齿安装角的增大,截割力均值和截割力峰值均值呈现先减小后增大的趋势。随牵引速度增大,截齿截割力均值、截割力峰值均值呈增加趋势,该研究为调整截齿安装角来提高截齿破碎性能奠定基础。     

基于LS-DYNA的采煤机截齿安装参数优化

为研究采煤机截齿不同安装角度下单齿截割煤壁的截割力特征,以MG650/1620-WD型采煤机为研究对象,运用LS-DYNA建立仿真模型。研究单截齿冲击角和倾斜角与滚筒截齿截割特性的关系,模拟不同冲击角和倾斜角截齿截割过程,研究截齿冲击角和倾斜角对单齿截割力以及截割平稳性的影响。利用MATLAB分别拟合冲击角和倾斜角与截割力的曲线方程,并利用曲面拟合的方法得到冲击角与倾斜角的最佳匹配值。结果表明:随着截齿冲击角和倾斜角增大,单齿截割阻力呈先减小后增大的趋势;当冲击角为45°、倾斜角为8°时,单齿截割的平稳性较好,截割力平均值较小。     

纵轴式截割头横摆工况载荷模拟研究

为模拟纵轴式截割头工作载荷的特性,基于单截齿破岩试验的相关结论,介绍了定相关和欠相关状态下单齿破岩切向力和法向力的计算方法,并提出了截割头与岩石相互作用过程中沿X、Y、Z方向作用在截割头上的分力和合力,以及截割功率和截割头负载扭矩的计算方法。对横向摆动截割过程的模拟结果显示,截割头从开始接触岩体到稳定工作状态可分为截割载荷线性增大阶段、截割状态转换阶段和截割载荷稳定阶段,其中截割载荷稳定阶段的截割性能曲线周期性变化规律明显。频域分析进一步发现,受截割头转速、截齿配置形式和螺旋线数量的影响,优势频率主要集中在0~10 Hz。掘进机截割载荷模拟分析结果可为掘进机系统改进以及动态特性分析提供有效参考数据;     

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。     

国内矿用镐形截齿的研究现状及趋势

分析了矿用镐形截齿的工况条件和失效形式,综合研究各种改进措施和技术手段,对进一步改进采煤机截齿的生产工艺,提高截齿的截割性能和使用寿命,降低煤炭企业生产成本具有重要意义。     

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.     

煤岩识别采煤机分析与设计

针对煤炭开采过程中采煤机滚筒高度调节的实际工程问题,为提高采煤自动化、无人化程度,根据煤岩物理性质的不同,提出一种新的煤岩识别技术及采煤机。通过利用试切锯片截割煤岩,试切电机负载电流不同,波动程度不同;同时进一步分析截割煤岩时液压缸压力变化进行煤岩识别。结果表明:通过试切电机负载电流不同结合液压缸压力变化进行煤岩识别的方法,具有准确、稳定、可靠、成本低的特点,为煤岩识别采煤机的设计提供了参考。     

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。     

采煤机截割滚筒工况载荷仿真系统研究与应用

基于平均截割阻力模型,采用有效的仿真算法,匹配截割电机额定转矩,反推出煤岩阻抗强度和滚筒的整体受力情况。同时,在此基础上基于Matlab环境,开发了一套滚筒载荷仿真分析软件,并应用该软件对煤机MG710,MG500等不同机型进行了仿真计算。     

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性分析

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性直接影响采煤机的截割性能和作业效率。为此,以某类型采煤机为研究对象,导入采煤机螺旋滚筒基础信息,运算采煤机螺旋滚筒急速滚转控制条件下的载荷信息、截割比能耗、载荷波动系数、受载信息、截割功率。以A1类、A2类两种截齿分布不同的螺旋滚筒为例,计算两种螺旋滚筒的载荷信息、截割功率。研究结果表明,A2类螺旋滚筒急速滚转控制下稳定性最优;A2类螺旋滚筒在多个固有频率阶数下截齿稳定性最差;在多个情景中,A2类型螺旋滚筒在急速滚转控制时,夹矸坚固性系数、牵引速度对其稳定性存在直接影响,螺旋升角对其稳定性不存在直接影响。     

采煤机液压系统设计及仿真

针对采煤机液压系统工作环境严苛、动作复杂及控制要求较高等问题,以某型采煤机液压系统为研究对象,对采煤机液压系统进行设计,运用LMS imagine.Lab AMESim对采煤机液压马达、斜轴式轴向柱塞双向变量泵2个最主要液压元器件的流量和压力特性进行仿真分析。仿真结果表明:采煤机液压马达、斜轴式轴向柱塞双向变量泵的流量和压力均呈现在某一固定值的上下波动变化趋势;由于采煤机工况复杂,采煤机液压马达、斜轴式轴向柱塞双向变量泵的流量和压力波动较大;该研究为采煤机液压系统设计、可靠性及控制精度提升提供理论依据。     

较薄及中厚煤层采煤机截割部的设计改进

针对采煤机截割部常出现的问题及故障,通过对截割部齿轮传动机构的强度、制造工艺及各传动件的受力进行分析,探讨总结了综采工作面采煤机截割部运行过程中出现的故障原因,提出对采煤机截割部进行改进设计,使采煤机截割部强度及工作可靠性有了很大的提高,也为今后较薄及中厚煤层采煤机截割部的结构设计提供参考依据。     

基于ADAMS采煤机截割部弹性扭矩轴动态特性研究

针对采煤机负载具有随机周期性的特性,选取了低频交变、高频交变2种典型载荷,依据等效转动惯量和刚度理论,基于ADAMS建立了采煤机截割部三维模型,分析了弹性扭矩轴对系统动态特性的影响,并从负载频率的角度对截割部的振动情况进行了研究。     

滚筒采煤机截齿安装角的角位特性分析

截齿截割安装角直接影响着滚筒采煤机工作时的截割阻力,因此准确安装截齿方位非常重要。介绍了该安装角在滚筒上的空间位置,建立了安装角与滚筒以及截齿空间参数之间的数学模型,分析了截齿安装时的几何约束特性。