振动切削截煤模拟试验台的研制

为了探究振动切削截煤的有效性，建立了振动截割模拟试验台，该试验台简单地模拟截齿的截煤过程，完成多种振动参数（振动波形，振动频率，振幅），截割参数（截距，截深和截割速度）以及振动方向，截割运动方向和层理三者之间的相对方向的改变，实现振动切削截煤模拟试验。     

截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。     

掘进机截割头性能评价试验分析

在参阅了掘进机截割头设计理论与有限元分析理论的基础上,针对EBZ200H机型设计了4款新型的截割头,利用模拟截割岩壁对其分别进行性能测试,通过切割比能耗、截齿损耗率、截齿受力、对机身振动等多角度全面评价各截割头样件的实际性能,并筛选出最合理的设计方案。     

提高国产刨煤机截割硬煤能力的研究

阐述了刨煤机的优缺点 ,通过对滑行刨煤机装机功率、截割深度、截割力及截深控制方法的试验研究 ,提出了应用定量推进系统来控制截深 ,从而提高刨煤机截割硬煤的能力。     

掘进机截割头载荷模拟研究

列述了煤岩的断裂机理及力学性能,分析了煤岩性质对截割头载荷的影响。依据常用的理论公式,编制计算程序,模拟了纵轴式截割头横摆工况下煤岩的载荷。分析结果表明:截割头沿三个坐标轴方向所受的力呈无规律波动状态;三向力及截割功率的最大值随煤层的坚固性系数的增大而线性增大;截割一定坚固性系数煤岩,所得的截割功率最大值可用于初步确定掘进机的适用范围。     

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.     

采煤机镐形截齿截割力模拟

利用LS-DYNA对采煤机镐形截齿的截割过程进行了模拟,在给定不同的截割速度的情况下,得到了截割力3个方向分力的变化规律。模拟结果表明:在截割过程中随着截割速度的增大,截割阻力、牵引阻力和侧向力的平均值表现出不规则的变化趋势。     

连采机截齿安装角对截割性能的影响研究

为研究连采机截齿的截割受力情况,综合考虑煤岩的拉压强度及煤岩之间的黏结度,采用EDEM软件建立了镐形截齿仿真模型,研究了截齿安装角在动态截割煤过程中对连采机截割比能耗及截割阻力的影响规律。结果表明:截割阻力随着截齿安装角的增大变化幅值不同,安装角从35°～45°时变化幅值较小,45°～50°时截割阻力急剧增大;截割比能耗随安装角的增大呈现先减小后趋于平稳的趋势。综合考虑,当截齿安装角为45°时,截割比能耗和截割阻力最小,研究结果为提高连采机的截割效率、减少截齿的损耗提供了参考依据。     

分离式螺旋钻具截割与输送协同优化研究

螺旋钻具被广泛应用于矿山开采、探索与安全保障等领域，是矿山设备中的重要组成部分。针对钻具最佳截割转速与输送转速不匹配问题，提出新型分离式钻具结构，实现钻头截割转速与钻杆输送转速独立控制，利用离散元数值模拟与力学分析法分别建立钻头截割比能耗与钻杆输送比能耗数学模型，通过多目标优化理论以钻具截割比能耗和输送比能耗之和最小为目标，对钻具截割与输送参数进行协同优化，优化结果表明：钻具截割与输送总装机功率不变条件下，传统钻具截割与输送共用同一个电机具有功率集中优势，钻具在不同工况下均能达到电机额定功率输出，有效提高钻具进给速度增加钻具单位时间的开采效率，而分离式钻具将电机总功率进行拆分，一部分用于钻头截割，一部分用于钻杆输送，两部分相互独立，钻具开采过程中截割电机额定功率输出，而输送电机输出功率根据物料输送需求进行调整，从而导致输送电机一部分功率不能完全发挥处于闲置状态。由于钻具进给速度较低，当钻杆与钻头转动同速时，将会导致钻杆单位时间输送能力高于钻头单位时间截割能力，造成钻杆一部分做工为无效功，造成电机能耗浪费，而分离式钻具能够根据钻头截割能力对钻杆的输送能力进行匹配，避免输送电机做过多无效功...     

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%。     

截齿截割煤体变形破坏过程模拟试验

在自制的截割试验台上进行截齿截割煤体的模拟试验,对截割过程三向力进行在线监测,并对截割过程进行高速摄影,测量了截割物的粒度组成,并对能耗进行测试.试验结果表明：相同截深时锥形截齿截割力比扁型截齿截割力大;截齿截入煤体,在扁型截齿凸脊及锥形截齿齿尖与煤体接触处出现裂纹,随截齿截割前行,裂纹迅速扩展,裂纹扩展方向与煤体的层理、节理有关.     

常用金属材料相对切削力试验分析

提出了相对切削力的概念,用以比较在相同加工条件下,不同工件材料切削力的大小。通过试验测量出一组切削力数据,计算出加工几种常用金属材料时的相对切削力,并就其切削加工性进行了分析讨论。对于更多的金属材料,则是利用资料所给出的单位切削力求出相对单位切削力,用以比较其切削力的大小。     

硬岩悬臂式掘进机截割部摆动驱动力计算

根据截齿和截割头受力理论公式,应用Matlab软件编写截割头在截割过程中受各方向的载荷程序,模拟截割头受力。针对某型硬岩掘进机截割头模拟受力结果,并对截割部进行力学理论分析,计算得出截割部摆动需要最大驱动力,为截割部摆动驱动油缸设计提供了工况参数。     

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。     

采煤机工作面截割试验分析

由于当前针对采煤机的有关研究中,缺乏来自工作面现场的截割载荷研究。因而从分析螺旋滚筒主要截割载荷的角度,对具有记忆截割功能的采煤机在人工示教截割试验阶段拾取的截割电流和牵引转矩信号及螺旋滚筒主要截割载荷进行了分析。对采煤机螺旋滚筒截割含有不同煤岩界面煤层时载荷特征地分析表明：采煤机截割力响应信号的均值特征能真实反映截割介质的本质差别;采煤机实际工作过程中,在各典型截割工况下,螺旋滚筒截割力响应信号服从正态分布,且在正常截割工况下,截割力响应信号的方差最小,即截割力响应信号的波动最小;滚筒高度和截割状态持续时间可用于滚筒截割状态的精确识别;截割功率约占总消耗功率的70%。     

基于岩石截割试验的悬臂式掘进机设备优化选型

如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将１６０、２００、２６０、３８０型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为２６０型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。     

基于EDEM的采煤机滚筒工作性能的仿真研究

为研究不同工况参数下采煤机滚筒的落煤特性,以MG500/1180-WD型号采煤机为研究对象,采用EDEM离散元仿真软件建立三维仿真模型,综合考虑煤岩块度、顶板压力对采煤机截割性能的影响,研究采煤机截割煤岩的动态过程,利用单因素试验法分析截割过程中煤岩颗粒的运动轨迹,研究不同截深、转速对采煤机装煤率、滚筒三向载荷、截割比能耗的影响以及滚筒包络范围内颗粒平均速度的变化曲线。结果表明:采煤机装煤率随转速增大先增后减的趋势,随截深增大而增大;滚筒三向载荷随转速增大而减小,随截深增大而增大;截割比能耗随转速、截深增大而增大。综合考虑选择低转速、大截深的滚筒可以在一定程度上提高采煤机装煤率;同时为提高采煤机的截割效率,减小耗损可以在保障装煤率的前提下,适当减小截深。研究结果为采煤机高效截割提供了改进参考。