基于相似理论的采煤机模拟螺旋滚筒的设计

为研究采煤机自动调高,提出建立采煤机模拟截割实验装置,给出了模拟截割实验装置示意图.针对某型薄煤层采煤机,根据相似理论建立了模型与原型间相似参数的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒相关参数数值,为螺旋叶片和端盘配置了截齿,使用SolidWorks建立了模拟螺旋滚筒各零件模型,经虚拟装配及干涉检查完成了模拟截割装置的螺旋滚筒三维建模,为采煤机模拟截割实验装置整机设计奠定了基础.     

滚筒式采煤机截齿排列参数化设计系统的研究

为解决采煤机滚筒截齿排列设计水平低、研发周期长、截割性能差等问题,给出了截齿排列方式及其参数确定方法.利用MATLAB GUIDE语言编程,开发了采煤机滚筒截齿排列参数化设计系统.该系统通过输入设计参数便可设计出滚筒的多种截齿排列方案,利用截割顺序图、切屑图以及滚筒载荷图可判断设计方案的合理性.通过实例,对常用三头螺旋滚筒的2种截齿排列方式进行模拟分析,结果显示:畸变1式截割性能优于畸变2式.研究表明,该系统可提高滚筒设计质量,设计方案直观,设计结果可定性、定量分析,为设计质量好、性能佳的采煤机滚筒奠定了基础.     

采煤机截齿三向力测试方案设计及实验研究

为研究采煤机工作状态下截齿负载特性,设计了截齿三向力测试方案,并应用该测试方案对MG400/930-WD型采煤机进行了相关实验研究,得到了采煤机截割某实验室模拟煤壁时的截齿三向力曲线,并对实验结果和理论计算结果进行了对比分析.考虑误差和随机因素的影响,可以认为实验结果与理论分析是一致的,验证了测试方案的可行性,能为采煤机截齿相关参数的改进及采煤机截割部的设计提供实验数据和理论依据.     

激励与滚筒振动耦合下采煤机动力学特性分析

为了研究采煤机截割过程中的动力学特性及其对截割载荷的影响,采用含滚筒振动量的锋利截齿截割阻力模型描述滚筒截割载荷,采用含间隙齿轮啮合模型描述行走轮驱动载荷,采用库伦摩擦模型描述平滑靴摩擦载荷,建立了采煤机整机五自由度动力学模型,利用ode45对模型求解.结果表明:当煤岩硬度f=3,行走速度为3m/min时,采煤机右摇臂振动幅值约为0.8×10~(-4)rad,左摇臂振动幅值约为0.4×10~(-5)rad;机身振动速度在-1.4~+1.4mm/s间波动,右、左摇臂的振动角速度分别在-1×10~(-3)~+1×10~(-3) rad/s和-4.5×10~(-4)~+4.5×10~(-4) rad/s间波动;通过对比考虑滚筒振动和未考虑滚筒振动时的截割载荷,表明滚筒的振动有利于对煤岩的截割;对右侧摇臂的振动量进行了实验测量,其大小及波动范围与仿真值较为接近,说明采煤机的动力学模型具有一定的准确性.     

基于ARIZ的采煤机截割滚筒节能方案设计

TRIZ理论中的ARIZ算法主要用于解决复杂问题,ARIZ集成了TRIZ的多个工具,给出了从问题分析到方案解评价的整个流程.采煤机截割滚筒的节能方案设计是滚筒采煤机设计者的主要研究方向之一.介绍了滚筒采煤机工作原理和截煤、装煤过程,指出截割滚筒工作过程中存在能耗大的问题.通过Pro/InnovatorTM5.0软件对能...     

滚筒式采煤机煤岩截割力学特性及测试系统研究

为实现采煤机在煤岩截割过程中滚筒载荷受力的测试与分析,现场建立等比例大型采煤机力学特性分析研究实验平台,采用等效结构惰轮轴传感器测试方法,针对滚筒式采煤机在煤岩截割过程中采煤机滚筒载荷变化进行实时动态在线监测,采用无线信号发射装置实现测试数据的实时传输。现场截割实验结果表明,在采煤机截割煤岩过程中,滚筒x,y,z三向上的载荷峰值差分别为29.941,17.459和7.371kN,载荷变化显著,测试结果符合现场实际工况,为实现采煤机煤岩动态识别以及自动调高控制提供了重要的理论和数值依据。     

采煤机截割部传动系统故障信号小波包分解方法研究

采煤机主要通过截割部上的滚筒截割煤岩,若其传动系统发生故障将导致采煤工作中断,造成巨大的经济损失。以MG2×70/325采煤机为依托,采用PRO/E建立了断齿、裂纹齿轮和缺陷轴承等常见故障模型,利用ANSYS及ADAMS建立了引入故障形式的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型,提取各惰轮轴轴向和径向受力数据,作为建立故障诊断系统的样本。用Coif4小波对数据进行小波包分解,求各子带能量值,作为神经网络输入向量,结合Elman神经网络建立采煤机截割煤岩时的故障诊断模型,仿真结果表明:该方法可有效地诊断传动系统的故障零件和类型,对于复杂工况下,采煤机故障检测以及在线实时监测具有一定的指导意义。     

瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析

为研究采煤机传动系统在复杂工况下的动态性能,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合系统机电动力学模型,模型中考虑了驱动电机电磁特性、煤层截割阻抗变化、传动系统扭振、时变啮合刚度和齿侧间隙等因素。仿真并分析了系统在启动、滚筒负载突变和截割电机堵转等瞬态过程中的机电动态响应特性,并进行了试验验证。结果表明:在截割电机启动和堵转过程中,电机和传动系统之间发生强烈的耦合作用,导致传动系统出现脱啮、反冲等非线性冲击现象,使系统振动加剧;在设计采煤机传动系统时,截割部应比牵引部取更大的使用系数,高速级应比低速级取更大的安全系数。     

论采煤机滚筒的维修创新

作为在普采、高档普采工作面从事自动采煤工作的滚筒采煤机,在长时间的截煤、割煤、落煤、装煤等生产工序中,滚筒承受着多种考验,截齿容易磨损,滚筒盖板容易遭受煤壁挤压和摩擦,螺栓容易被磨掉,内喷雾装置容易被脱落的煤块、煤矸石、金属件砸坏,很容易出现不吃刀和让刀等现象,导致采煤机出现故障。为了减少滚筒采煤机的故障发生率,有必要对滚筒采煤机进行创新改造。     

采煤机截割传动系统耦合动力学建模与传动齿轮啮合状态分析

为研究滚筒式采煤机摇臂壳体变形及其对齿轮传动系统的影响,建立了摇臂壳体-传动系统耦合动力学模型。首先分别建立摇臂壳体、平行轴齿轮、行星齿轮、轴系、电机和滚筒等子结构模型,然后利用连接界面的变形协调条件将这些子结构耦合得到完整系统模型;在此基础上以某型300 kW采煤机为例,进行了额定工况下的截割传动系统动态响应仿真分析,得到了摇臂壳体变形状态及其对各齿轮副啮合状态(用啮合齿向误差衡量)的影响规律。对由壳体变形、轴承变形、轴系变形所引起的啮合齿向误差进行了溯源分析,分析表明双联齿轮的啮合齿向误差受轴变形影响最大,惰轮的啮合齿向误差受壳体变形影响最大。     

采煤机截割部齿轮箱体振动特性实验

截割部在割煤作业中同时受截割煤岩体冲击载荷以及由内部齿轮啮合引起的高频激励,是采煤机可靠性的薄弱部位,得到准确的截割部振动响应是进行可靠性分析进而提高截割部可靠度的最重要前提。基于国家能源采掘装备实验中心进行截割实验。实验台按照煤矿综采工作面搭建,能够真实模拟井下采煤全过程;根据综采工艺,实验工况设置为空载、直行截割及斜切截割,得到齿轮箱体振动加速度数据并进行时域和频域分析;探讨了截深、牵引速度和煤层硬度等关键参数对截割部齿轮箱体振动特性的影响。将实验结果与理论计算进行比较;结果表明:理论计算结果与实验吻合较好;垂直地面方向振动量最大,振动幅值随截深、牵引速度和硬度而增加;斜切截割中出现拍振现象,拍振随截割载荷增大而减小;齿轮系统各传动级啮合频率发生耦合现象,耦合频率构成了优势频率的主要部分;截割部齿轮箱体的振动主要由齿轮系统啮合非线性振动引起,频率耦合会产生更多激振频率成分从而增大箱体发生共振的可能性。实验得到的数据和相关结论对正确认识采煤机截割部振动响应规律及截割部的可靠性分析和设计具有参考价值。     

截齿截割煤岩的LS_DYNA仿真模拟

研究应用LS_DYNA软件进行煤岩截割破碎仿真的程式与方法,对悬臂式掘进机截割头上镐形截齿截割煤岩进行仿真模拟,在hypermesh中建立有限元网格模型,调用LS_DYNA971求解器进行求解,研究不同切削角对截齿截割阻力的影响以及切削厚度与比能耗之间的关系,并与常用的截齿截割阻力公式计算结果相比较,仿真结果证明了建模...     

基于弹-塑-断裂理论的镐型截齿截割机理研究与实验验证

为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理,建立镐型截齿外轮廓的数学模型,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论,提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型,以此来描述截齿截割煤岩机理,并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式。最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验,实验结果表明:煤岩在截齿截割力作用过程中,随着截齿截割深度的增加,截齿与煤岩的接触面积逐步增大,煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符;截割倾角为90°、75°、60°时,截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN,理论值与实验值相差较小,验证理论模型的正确性。     

采煤机液压拉杠力学检测系统研究

为了研究复杂工况下采煤机液压拉杠的力学特性,采用液压拉杠固定垫片处设置压力环传感器的方法,对不同截煤工况下采煤机液压拉杠的拉力变化进行实时在线检测,采用无线信号收发模块实现检测数据的实时传输。实验表明:液压拉杠所受拉力的大小及波动与其位置和采煤机截煤工况均有关,其中位于煤壁侧上处的拉力最大,采空侧下处的载荷波动最剧烈;斜切进刀过程中,采空侧下、采空侧上、煤壁侧下和煤壁侧上等4处液压拉杠的最大拉力分别为495.345,379.85,493.294,539.33kN。研究结果为液压拉杠的设计优化提供重要依据。     

悬臂式纵轴掘进机截割头参数对截割性能的研究

悬臂式纵轴掘进机是被广泛应用于井下巷道掘进作业的一种综合性煤矿巷道掘进设备。本文针对悬臂式纵轴掘进机,重点研究了单个工作截齿截割时受力的受力情况,建立了截割受力的数学模型。此外,结合ebz-75型掘进机实际工作条件,对截齿受载进行了数值仿真,为改进和完善截割机构的设计,提高掘进机工作性能提供了理论参考。     

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析

为研究某型采煤机螺旋滚筒振动可靠性,根据实际工况模拟螺旋滚筒的瞬时冲击载荷,建立螺旋滚筒的有限元模型,对其进行振动模态分析,识别出主要模态参数和振型规律,发现截齿部位振动变形明显;建立了螺旋滚筒共振失效准则,结合可靠性灵敏度分析理论和BP神经网络,得到了滚筒结构参数,振动可靠性灵敏度,分析结构参数对振动可靠性的影响。结果表明,螺旋滚筒振动可靠度为0.999549。基于共振失效准则,将协同仿真技术与BP神经网络和可靠性灵敏度分析理论相结合,为采煤机螺旋滚筒的振动特性分析与结构设计提供理论方法和数据支撑。     

冲击载荷作用下锥形截齿磨损的试验和数值模拟研究

通过试验和离散元数值模拟方法,研究锥形截齿的耐磨性能及其磨损特征对截割载荷的影响。在单齿旋转截割试验台上,以砂岩为试验对象,采用3种不同齿尖材料的锥形截齿进行岩石截割试验,并结合试验后齿尖的磨损面形状建立磨损截齿模型,利用PFC~(3D)进行岩石截割的数值模拟研究。统计结果表明:在截割载荷各分量中,法向力显著高于切向力和侧向力;硬质合金截齿、合金钢截齿及有耐磨涂层的合金钢截齿的质量损失依次为0.07%,0.28%和0.22%,硬质合金耐磨性优势突出,堆焊耐磨涂层对截齿有一定的保护作用;齿尖磨损区域的扩展,使截齿连续过载,加剧磨损;通过离散元方法获得的截割载荷与试验方法测定结果接近。在相同截割条件下,对硬质合金和合金钢齿尖耐磨性能的研究,为截齿的寿命估计提供必要参考。     

基于ANSYS的纵轴式掘进机单个截齿分析

悬臂纵轴式掘进机在半煤岩巷或中硬及以下的全岩巷道掘进中有着广泛的应用。本文针纵轴式掘进机，基于ANSYS有限元分析方法，结合EBZ-75型掘进机的工况，对其在截割工作时的重要受力部分截齿进行研究，建立了单个截齿的分析模型，对其受力变形及应力云图进行分析。为生产实践及截割部的设计奠定基础。     

掘进机截割速度变化过程分析

为更准确地探讨截割头对掘进机截割性能的影响规律,提高掘进机截割效率,延长截割头及截齿使用寿命,该文用显示动力学对掘进机截割头截割煤岩时过程进行分析。以Creo、ANSYS/LS＿DYNA为模拟计算程序,截割头平行截割工况下进行模拟,利用不同速度进行分析比较,通过观察截割头的应力云图及受力情况,做出了梳理及总结,为掘进机截割头的设计工作及使用效率优化提供了理论依据。     

截齿磨损程度的多特征信号融合识别研究

为了解决采煤机开采过程中截齿磨损程度在线监测和状态识别的工程难题,提出一种基于多特征信号融合的截齿磨损程度识别方法。搭建截齿磨损程度监测实验台,分别测试提取不同磨损程度截齿截割过程中的振动加速度信号、声发射信号、红外热像信号和电机电流信号,建立了截齿截割的多传感信号数据样本库;针对数据样本库中两相邻磨损状态截齿特征样本存在数据交集、系统识别精度低的问题,构建最小模糊度优化模型并计算各特征信号的最优模糊隶属度函数,获取特征样本最大隶属度。构建截齿磨损程度的神经网络识别模型,运用多特征数据样本对Back-Propagation（BP）神经网络进行学习和训练。实验结果表明：BP神经网络识别模型的识别结果和试样的实际磨损程度类别相同,此识别模型能够对截齿磨损程度类型进行实时监测和准确识别。研究结果为实际工程中截齿监测和更换提供了解决方案。