掘进机截割头多目标优化设计研究

针对掘进机截割头载荷波动和能耗问题,基于各截齿受力均匀和同时参与截割的截齿数保持恒定的优化策略,对截齿排列参数和截割头运动参数进行了多目标优化设计。优化实例表明,截割头的载荷波动和比能耗得到了明显降低,提高了掘进机的工作可靠性和能量利用率。     

基于红外热像的夹矸巷道断面记忆截割试验研究

夹矸煤巷掘进过程中,截割夹矸会引起载荷突变,导致截齿严重磨损与机体剧烈振动,进而增加悬臂式掘进机的故障率,降低其使用寿命。为保证夹矸巷道断面截割平稳性,提高掘进设备服役可靠性,提出"红外热像+记忆截割"的掘进机避矸截割策略。考虑截齿磨损特征,分别对未磨损及存在磨损截齿截割热封闭系统进行解析,建立截割产热与煤岩强度数学关系模型,证明采用非连续截割温升判断煤岩强度合理性;对不同配比岩样进行摆进截割试验并获取截割红外热像及温度信号,分析稳定阶段截割温度随煤岩强度的变化规律,验证基于截割温升区分巷道断面的夹矸的可行性;以掘进机截割试验台为基础,以上一轮截割获取的红外热像及截割温度信号为依据,以避开大块矸石为目标,研究基于红外热像的夹矸断面记忆截割过程。研究结果表明:与未磨损截齿相比,存在磨损截齿截割产热包含煤岩受截齿挤压剪切产热、煤岩与截齿前刀面的摩擦产热、煤岩与截齿后刀面的摩擦产热,截割温升总量与煤岩强度成呈正相关关系;随着岩样强度的增大,平均截割温度,最高截割温度及平均截割温度变化幅值均呈现增大趋势,证明了采用红外热像识别巷道断面夹矸可行性;截割头截割夹矸位置时,红外热像特征及截割温度变化...     

掘进机截割头随机载荷的模拟研究

截割头的载荷是由煤岩抗截强度的多变性,切屑厚度的不均匀性以及截齿磨损程度的变化等诸多因素决定的随机过程,目前对其计算还停留在构造简单煤层的确定型载荷上,这势必影响对掘进机截割性能的分析和深入研究,通过分析,把截齿的载荷看作平稳随机过程,并利用瑞利由和ｘ＾２分布分别建立了截齿在构造简单煤层和构造复杂煤层中截割的随机载荷模型,在此基础上,确立了截割头的载荷模型及其模拟方法,并利用编制的计算机程序对截割头的随机载荷以及瞬时截割功率进行了模拟和分析。     

横轴式掘进机截齿有限元应力分析

截割头是掘进机的重要组成部件之一，影响截割头截割效果的因素除了煤岩的物理性质、掘进机的工作及工艺参数外，其截齿（包括截齿排列及其所受的载荷）也是影响截割头截割效果的重要因素之一。因此有必要对掘进机截割头单齿进行应力分析，以确定截齿在截割煤岩时其最大应力出现的位置，为掘进机截割头的设计和截齿的排列、工作结构及参数的优化等提供一定的理论依据。     

纵轴式截割头缺齿截割载荷仿真

以EBZ135掘进机顺序式截齿排列的截割头为例,对不同位置缺失一个截齿时截割头破岩载荷进行仿真研究,得到了载荷波动曲线及其统计量,并与正常截割时的载荷相比较,结果表明:同等条件下缺齿截割较正常截割载荷波动性系数明显增加,约为未缺齿时的2倍,载荷低频的波动频率由截割头转频与螺旋线头数的乘积变为截割头转频。结论对纵轴式截割头缺齿截割检测有一定的理论指导意义。     

掘进机截齿试验装置的方案设计

在掘进机镐形截齿选型的过程中,除了要对截齿进行理论分析,还要在井下进行试验验证。通过设计一台掘进机截齿试验装置,可以在试验室对截齿进行模拟截割试验。利用该装置,可以对不同规格的截齿在不同截割硬度、不同截割参数等条件下进行一系列的截割试验,为合理地确定截齿的有关截割参数,进一步提高截割效率和性能提供了可靠的资料。     

掘进机截割头截齿排列研究

本文模拟计算掘进机截割头横摆截割时的载荷波动,以载荷波动最小化为目标,建立了截齿排列参数优化设计数学模型,用序列二次规划(SQP)进行优化设计,截割头的载荷波动明显降低。     

基于ANSYS的EBZ75掘进机截割机构仿真分析

针对EBZ75掘进机截割机构在使用过程中存在的问题,对其在外载荷作用下的应力应变特性进行研究,通过Pro/E软件进行建模,并导入ANSYS中,建立有限元模型。通过对截割头上每个工作截齿位置角对截齿受力影响的分析,得出了不同位置角工作截齿所受三向力的大小,并以此作为载荷施加条件,应用ANSYS有限元分析软件对整个截割机构进行了结构静力学分析,获取了截割机构各主要部位变形及应力分布规律,为截割机构的优化设计及结构改进提供了理论参考。     

2种EBZ135掘进机截割头性能比较

为了比较2种不同截齿周向间隔角的EBZ135掘进机截割头的性能,对截齿周向间隔角为36°、45°的EBZ135掘进机用截割头破岩载荷进行了仿真。仿真结果表明:同等条件下,2种截割头的破岩载荷统计参数差别较小。这种方法和结论对截割头的布齿设计具有理论指导意义。     

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;     

采煤机摇臂传动系统可靠性稳健优化设计

采煤机摇臂传动系统为采煤机的关键动力传递部件。以MG300/700-WD型采煤机摇臂传动系统为研究对象,根据实际工况建立了系统的有限元模型,利用Matlab软件对传动系统进行了非线性动力学特性分析,得到了系统危险部位的应力谱。在此基础上对摇臂传动系统进行了疲劳分析,建立了摇臂传动系统疲劳寿命可靠性模型。依据可靠性理论,采用四阶矩法对摇臂传动系统进行可靠性及可靠性灵敏度分析,分析了系统结构参数对系统可靠性的影响程度。对于摇臂传动系统疲劳寿命敏感的结构参数,进行了可靠性稳健优化设计,与单目标优化方法进行对比,并针对优化结果使用蒙特卡洛模拟的方法对可靠性进行了验证。结果表明,对采煤机摇臂传动系统进行可靠性稳健优化设计是一种实用、有效的方法。     

采煤机位置监测智能节点设计

采煤工作面自动化的实现要求对采煤机的位置作实时监测。CAN智能节点可满足采煤机位置监测系统对通讯的实时性、可靠性、灵活性的要求。介绍了采煤机位置监测的基本原理,提出采煤机位置监测智能节点的设计方案,给出了实现方法,并对信号的处理与传输过程做了简要说明。     

基于应力-强度干涉理论的采煤机截割部关键零件可靠性分析

随着中厚煤层不断开采完毕,薄煤层开采比重将不断加大,其安全、高效开采日显重要,但由于开采空间有限、条件恶劣,采煤机易出现设计结构不合理、工作状态不稳定、可靠性差等问题。以MG2*100/455-BWD新型薄煤层采煤机截割部为工程对象,采用Pro/E,ANSYS,ADAMS建立了该采煤机的刚柔耦合虚拟样机模型,基于破煤理论建立了采煤机螺旋滚筒的力学模型,通过MATLAB编制了相关程序解决了刚柔耦合虚拟样机模型载荷添加的问题;通过虚拟仿真获取了关键零件输出轴、壳体、行星架的Von Mises应力分布及最大应力节点应力值的时域信息,以30组不同牵引速度仿真模型的仿真结果建立了各关键零件的最大应力分布函数;以应力-强度干涉可靠性理论为基础,结合各关键零件的最大应力分布函数及所用材料强度分布函数,在考虑载荷作用次数情况下,建立各关键零件在随机载荷多次作用下的可靠度计算模型。经分析计算得到输出轴、行星架、壳体的可靠度分别为0.978,0.536及0.614,研究发现:行星架与壳体存在应力集中现象,应力最大位置分别位于行星架腹板与花键轴相交处及壳体惰轮轴孔后侧与行星减速器承载部分相交处。在对薄弱零件改进后,行星架、壳体的可靠度分别达到0.969 0和0.997 4,满足使用要求。该方法可有效缩短产品设计周期,提高采煤机关键零件的设计质量及可靠性。     

面向知识工程的采煤机截割部现代设计方法与系统

为实现采煤机截割部的智能设计,应用知识工程原理设计了采煤机截割部现代设计方案。研究了基于ε一致性准则粗糙集扩展模型的采煤机总体技术参数知识获取方法,为截割部设计奠定了推理基础。提出以面向对象表示方法为主、产生式规则和过程式表示方法为辅的混合知识表达模型,实现了采煤机截割部设计对象及其设计知识的集成。针对采煤机截割部设计过程,将实例推理、模型推理和规则推理3种知识推理技术结合,构建了符合设计思维的融合知识推理模型。在UG平台下开发了采煤机截割部现代设计系统,通过实例验证和企业应用证明该方法可行、有效。     

采煤机行走部的设计

采煤机的行走部是高产高效大功率采煤机的关键部件,其部件设计的优劣直接影响采煤机使用可靠性,结合MG400/940-WD型电牵引采煤机行走部机构,简要地阐述了采煤机行走部的设计。     

薄煤层滚筒式采煤机发展现状及关键技术

我国薄煤层资源丰富,随着厚与中厚煤层资源的不断开采,薄煤层开采成为必然选择。滚筒式采煤机因具有适应性强、性能稳定等优点,在薄煤层采煤中应用最为广泛。介绍了薄煤层滚筒式采煤机的发展现状,简要分析了国内外各主要厂家薄及较薄煤层采煤机机型的优缺点,指出矮机身大功率成为薄煤层采煤机的主要发展方向。给出了随着功率的不断加大,薄煤层采煤机在开发过程中所面临的关键技术问题,包括整机布置方式、高功率密度摇臂设计、高速高可靠牵引行走系统研究、紧凑型电控系统设计、装煤效果问题及拖缆问题,并分别给出了解决思路或建议。     

基于ANSYS的采煤机摇臂有限元分析

利用ANSYS Workbench软件对采煤机摇臂采煤过程中的受力情况进行有限元强度分析,确定出应力与变形云图。通过结果分析,指出采煤机摇臂设计中存在的问题,为其结构优化提供依据。     

基于VC++的采煤机智能监控系统设计

为了提高采煤机在复杂工况条件下实时数据的监控能力及显示效果,设计了基于VC++的采煤机智能监控系统,该监控系统具有较高的灵活性、多样性和可靠性,是一种具有广泛推广价值的采煤机监控系统。     

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。     

薄煤层采煤机摇臂行星齿轮机构优化与分析

薄煤层采煤机摇臂的行星齿轮机构体积大小直接影响其整机的机面高度和对薄煤层的适应性。融合了优化和有限元分析法对摇臂行星齿轮机构进行了优化设计,改进和完善了摇臂行星齿轮机构的设计方案。提高了摇臂行星齿轮机构的设计效率、可靠性,降低了薄煤层采煤机机面高度。