提升采煤机截割滚筒截齿受力均衡性的优化研究

矿井采煤机截割滚筒利用截齿的作用力对煤层进行掘进,通过现场作业观察,每个截齿在长时间作业过后磨损程度不同,表明了各个截齿的受力不均匀,影响了整个滚筒结构的使用寿命。为确保煤层开采过程中截齿受力更加均匀,采用MATLAB数值模拟软件以载荷波动系数为优化目标,优化截割滚筒的结构,提高每个截齿受力的均衡性。仿真试验结果表明优化后的截割滚筒截齿受力更加均匀,保障了煤炭开采的生产效率。     

采煤机镐形齿受力的计算机模拟分析

以试验数据为基础,对采煤机镐形截齿实际工况的煤层和镐形截齿受力建立数学模型;对镐形齿受力进行计算机模拟,且模拟的曲线反映截齿随不同参数的变化。从而为分析截齿的失效形式、截齿加工和设计打下基础。     

预裂辅助冲击截齿的破煤特性

近年来我国煤炭资源持续性大规模开采,如今国内的整体煤炭开采难度与日俱增,硬质煤层和黏性煤层的比例增加是制约煤炭开采效率的主要因素,而传统机械破煤技术很难实现硬煤、黏煤的高效截割。因此针对传统截齿在硬质和黏性煤岩破煤效果不佳的问题,从煤壁辅助预裂与截割相结合的角度出发,利用理论分析和数值模拟的方法研究了冲击预裂与截齿截割煤岩破碎特性,在综合考虑实际工作中的牵引、回转与冲击运动,提出了截齿运动轨迹模型,建立了预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹数学模型,得到了截齿破煤运动轨迹的解析解。并根据分析结果建立了预裂辅助冲击截齿与传统截齿的单截齿滚筒破煤离散元模型,从破煤颗粒实际占比、破煤难易程度、截齿受力波动等角度对两种截齿的破煤特性进行了对比分析。研究结果表明:在破煤颗粒实际占比上,预裂辅助冲击截齿在煤体硬度同为f6时提高了31%,当黏度黏聚力为2.6 MPa时预裂辅助冲击截齿的效率提升接近14%;在破煤难易程度上,预裂辅助冲击截齿在硬度值为f6时可降低50%的破煤难度,当黏度黏聚力为1.88 MPa时,预裂辅助冲击截齿可降低约12%的难度;在截齿受力波动上,预裂辅助冲击截齿在硬质煤或黏性煤均能够减小近7 000 N的力,因此,开展预裂辅助冲击截齿的研究,将有利于破碎硬质和黏性等特殊煤岩介质。     

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。     

基于PFC3D的镐形截齿截割煤层的离散元分析

截齿作为与煤岩直接作用的刀具,其截割性能优劣直接影响着采掘装备的工作效率,其受力形式较为复杂。采用离散元分析软件PFC3D模拟镐型截齿的破煤过程,旨在研究镐型截齿的受力形式,以及镐形截齿的受力大小与煤层截割厚度的关系,为后续采掘装备截割性能的研究提供依据。     

镐齿安装角和半锥角随截深变化规律研究

针对目前采煤机滚筒叶片上采用同一型号截齿、相同安装角布置导致的不同截深处截齿受力不同的问题,参照Evans.I镐型截齿破煤模型的建立过程,结合煤岩开采的实际情况,在综合考虑煤岩压酥效应、煤壁倾角及截齿安装角的基础上,通过对破煤过程的力学分析建立了数学模型,并对该模型进行仿真研究。仿真结果表明:截深在0～1.1 m,半锥角随截深增加呈线性减小趋势,安装角呈非线性减小趋势,其变化范围、变化趋势与煤层的地质条件有一定关系。该研究对不同截深处截齿的安装布置提供了理论依据。     

叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术

常规采煤机调速截割控制多采用直接转矩控制技术,该方法易受到煤层应力集中系数的影响,导致控制后的截割比能耗较大,控制效果不佳。为此,提出叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术。根据薄煤层力学模型,分析采煤机滚筒在叠加扰动下的受力情况,并参照煤层的临界宽度计算煤层的应力集中系数,结合截齿修正函数对煤层截割阻抗进行识别,分析采煤机的截割运动参数,并对其进行优化。采用模糊控制原理,设计调速截割控制策略,通过调整截割阻力范围实现对采煤机调速截割控制。以实际采煤矿区为例,运用所提方法对实验采煤机进行自主调速截割控制。结果表明,设计的方法能够良好地控制采煤机的牵引速度,得到的截割比能耗较低。     

滚筒采煤机截煤切削厚度的波动性分析

介绍了切削厚度与采煤机工作受力以及平稳性的关系,分析了滚筒采煤机截煤时切削厚度的变化规律和特点,计算了被截煤层的平均切削厚度并提出了用切削厚度的波动系数来分析其变化程度,推导了该波动系数的计算公式,并以此为基础对几种不同数目下的截齿进行了仿真。仿真结果表明适量地增加滚筒上同一截线上截齿的数目可以减小截齿截煤时的受力冲击性,但是数目应该尽量选用奇数。     

采煤机截齿与粉尘生成量及灭尘的关系

煤矿生产中，采掘机械的工作参数，诸如截深、截齿材料、喷嘴位置和滚筒的转速和直径、截齿的截深、煤层中的含矸量及矸石的强度特性以及煤层的开采条件对截齿的磨损有很大影响，其中截割深度对磨损尤为重要。截割深度越大，散热越慢，当截齿温度超过它的临界温度时，截齿磨损会显著增加，截齿温度也随滚筒转速、岩石特性、煤层的属性及截齿自身的变化而变化。     

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。     

截齿辅助冲击作用下坚硬煤体的破碎特性

近年来硬质煤层比例不断上升,传统机械截割方法在硬煤条件下的效率低下一直是我国煤炭生产行业的攻坚难题,寻求一种对硬质煤层具有强适用性的破碎方法成为煤矿智能化建设的重要科学问题.冲击与截割协同破煤技术是一种新型硬煤开采方式,其通过利用截齿在运动切线方向上的往复冲击使煤体内部产生破坏,降低硬煤开采难度.而考虑到截齿冲击的时空...     

EBZ-135掘进机截割头结构优化设计

 摘要：掘进机是巷道掘进的主要设备。该文就某企业掘进机存在截割头振动较大、截齿受力不均的问题,用ANSYS/LS-DYNA10.0软件建立了截割头和煤岩的数值模拟模型。通过仿真得到了截割头和各截齿的受力。再根据受力情况,反复调整优化了截齿截线间距,使得截割头和各截齿所受力的差异系数趋于平衡。同时,差异系数的减小,使掘进机的振动得到了有效控制,截割性能明显提高。     

矿山煤岩破碎方法研究进展及展望

针对采掘装备在煤巷、岩巷工作中截割机构磨损严重、作业效率低等问题,开展了矿山煤岩破碎方法的分析、总结和探索研究。根据煤岩普氏系数将煤岩类型分为煤、半煤岩、硬岩及高硬岩,并针对目前采掘装备在煤巷和半煤岩巷中存在的问题,阐述目前铣削破岩、冲击破岩、滚压破岩及滚拉破岩等机械破岩技术与纯水射流、脉冲射流、空化射流及磨料射流等水射流破岩技术的工作原理及前沿研究现状。首先,针对煤炭开采中因夹矸、硬包裹体煤层硬度大导致采煤机截割机构磨损严重、机械化开采效率低的问题,进行了截齿破碎煤岩机理及性能、截齿磨损机理、滚筒结构创新设计等方面的阐述,指出目前煤层及夹矸煤层应突破煤岩破碎与高效截割机构设计等新技术,以解决煤层安全高效开采的难题;针对半煤岩巷进行了截齿与煤岩互作用力学模型、截齿自旋转减磨截割机理、截割机构截齿布置理论及最优化设计方法等方面的概述,结合半煤岩巷作业效率低、机械刀具磨损严重等问题,从理论、数值模拟和实验等方面分析了各种水射流冲击破岩方法工作原理及研究现状,并指出为提高复杂多变地质条件下半煤岩巷掘进装备的掘进效率,应根据截割工况设计截割机构刀具排列方式,并采用自适应技术规划掘进工作参数、掘...     

具有锯切特征岩石的ANSYS/LS-DYNA仿真分析

通过利用ANSYS/LS-DYNA进行截齿直线截割岩石数值仿真,得到截齿受力曲线,计算出截齿平均峰值作用力,并进行仿真结果与实验结果、Goktan理论结果的线性相关计算。结果表明,计算获得的线性相关系数分别为0.95、0.826,并且显著性远小于0.05,这表明数值模型的选取是可靠的;并利用相同数值模型进行截齿截割具有锯切特征岩石数值仿真,结果表明平均峰值作用力远小于截齿直线截割的平均峰值作用力,并且随着截割厚度和岩石硬度的增加,差值更加明显,这为硬岩开采提供了一种新的思路。     

掘进机镐形截齿的结构优化分析

为了优化镐形截齿结构,实现自身的性能最优,针对复杂煤层开采条件,基于变密度法的拓扑优化理论,以截齿轻量化为优化目标函数,以满足强度和使用寿命要求为约束条件,对掘进机镐形截齿的刀杆进行拓扑优化、结构改进和参数优化,并对参数优化后的镐形截齿进行强度和疲劳寿命验证。     

基于ANSYS采煤机截齿结构改进设计及应力分析

截齿是采煤机械工作机构重要截割部件,为分析截齿结构对其受力及强度的影响,在对现有截齿结构改进设计的基础上,建立了外包式和内嵌式2种不同结构截齿的力学仿真模型并对其进行有限元分析,探讨了其应力和应变的分布规律。仿真结果表明:2种截齿的最大受力位置都在齿尖位置,与实际生产中截齿的破坏位置一致;与内嵌式截齿相比,外包式截齿所受应力较小且分布均匀;焊接处较为隐蔽不易被破坏,有利于降低磨损,增大使用寿命,提高生产效率。仿真结果为截齿的选择和设计提供了一种新的方法,并对截齿的合理设计和选用提供重要依据。     

基于LS-DYNA的采煤机滚筒仿真模拟

为解决滚筒设计优化及不同工况下的极限速度截割问题,提出了一种基于LS-DYNA的非线性动力学仿真方法.通过在LS-DYNA中建立滚筒及煤岩模型,在设定煤层物理参数、滚筒牵引速度和转速的情况下对截割过程进行模拟,得到了滚筒瞬时整体受力、单个截齿的受力以及应力云图,并据此优化截齿布置、滚筒结构及预测该工况下采煤机最高牵引速...     

截齿与齿座装配体的有限元分析

介绍掘进机工作时单个截齿的受力模型,通过有限元分析软件对截齿与齿座的装配体进行应力分析,了解其应力分布规律,得出截齿截割煤岩时最大应力出现的位置。所得结果为进一步改善截齿与齿座的受力状况,为解决硬质合金刀头脱落、折损和齿座脱落奠定了基础。     

采煤机截齿失效形式分析及应对措施

以U95截齿为研究对象,对煤机截齿常见破坏及失效形式进行了分析,通过理论计算出了割煤过程中截齿的三向受力,以此为基础,利用ABAQUS数值模拟对正常割煤、齿体发生磨损、合金头脱落等情况下的截齿受力进行了分析,找出了截齿失效原因,制定了现场防止截齿失效的具体措施,为截齿设计、选用、维护等提供了重要的参考依据。