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。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计

为实现采煤机螺旋滚筒在复杂煤层赋存条件下综合性能最优,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到了含坚硬夹矸及(或)硫化铁结核的复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了采煤机薄弱环节;结合EDEM离散元技术得到采煤机装煤性能。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析了螺旋滚筒设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建了螺旋滚筒多目标优化设计评价函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的螺旋滚筒最大应力下降,装煤率提高,螺旋滚筒综合性能得到提升,可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,为采掘机械设备的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑,具有普适性。     

超大采高采煤机高强度截割系统的研究

基于超大采高采煤机截割传动系统可靠性进行研究，借鉴大采高采煤机截割系统，研发适合超大采高高强度采煤机摇臂截割系统。对摇臂传动系统各级齿轮、轴承强度及寿命校核，通过优化参数，提升截割系统传动寿命|利用三维模拟建模及计算机辅助设计校核截割系统强度，在保证强度的前提下最大限度实现轻量化设计，降低截割系统自重，实现超大采高采煤机在8m以上煤层一次性采全高，采煤机摇臂安全、高效、可靠运行。     

超大采高采煤机高强度截割系统的研究

基于超大采高采煤机截割传动系统可靠性进行研究，借鉴大采高采煤机截割系统，研发适合超大采高高强度采煤机摇臂截割系统。对摇臂传动系统各级齿轮、轴承强度及寿命校核，通过优化参数，提升截割系统传动寿命|利用三维模拟建模及计算机辅助设计校核截割系统强度，在保证强度的前提下最大限度实现轻量化设计，降低截割系统自重，实现超大采高采煤机在8m以上煤层一次性采全高，采煤机摇臂安全、高效、可靠运行。     

混沌集算法优化采煤机螺旋滚筒性能的研究

利用混沌集算法优化采煤机螺旋滚筒的设计,提高采煤机的工作性能。在分析采煤机螺旋滚筒的工作模型的基础上,构建了具有遍历性的混沌集优化算法模型,以MATALAB实现算法输出,通过对MG250-550-WD型滚筒采煤机的实际测试,验证了混沌集算法对采煤机螺旋滚筒性能的优化效果。     

小滚筒大采高采煤工艺研究

新型小滚筒大采高采煤工艺,其核心是采用新型小滚筒双调高电牵引采煤机(如MG250/630-WD型采煤机),利用长摇臂摆动带动滚筒割煤,其余与现行其他双滚筒采煤机相似。该采煤机具有采高大、产量高、效率高、效益好、环保效能高、投入产出比高、安全性能高和适应性高等突出优点,可用于大采高壁式工作面开采。     

提高实际装煤性能的螺旋滚筒设计方法研究

采掘岩体的力学性能复杂,不易于实现滚筒的精确建模,以现有模型建立的滚筒设计方法无法有效保证滚筒实际装煤性能,导致采煤机螺旋滚筒实际平均装煤性能不足60%,所以基于工作面现场数据对滚筒的设计方法进行研究具有重要意义。本次选取工作面现场装煤性能80%以上的500套滚筒参数作为研究依据,首次提出以叶片螺距S和γ(叶片外径与筒体外径之比)建立双参数设计法,采用曲线拟合法获得叶片螺距S的最佳取值范围和γ的计算公式,建立了采煤机螺旋滚筒双参数设计方法。以两种方法分别设计了神东补连塔煤矿4500滚筒的左、右滚筒,在工作面现场进行了对比试验,测得采用双参数设计法的滚筒装煤性能约为85%,现有设计方法装煤性能约为70%。结果表明:以工作面现场数据为基础建立的双参数设计方法能更有效保证滚筒实际装煤性能。     

基于混沌粒子群算法的采煤机优化设计

为了能够提高采煤机的性能,利用混沌粒子群优化算法对采煤机螺旋滚筒进行了优化设计。讨论了采煤机螺旋滚筒的优化数学模型;分析了混沌粒子群算法的基本原理;利用MATALAB软件编制优化设计程序,对采煤机滚筒进行了优化设计。     

采煤机滚筒计算机辅助设计系统

以截割理论为基础,通过对影响采煤机滚筒性能各因素的考虑,建立了采煤机滚筒的计算机辅助设计方法,介绍了采煤机滚筒计算机辅助系统设计软件及其内容、特点和工作过程;利用该软件可以设计新滚筒,也可以对已使用的滚筒进行改造设计,所设计的滚筒可以改善采煤机的截割性能,提高截割效率,增加机器的稳定性,图4,参5。     

含夹矸煤层滚筒磨损特性离散元模拟试验分析

复杂煤层赋存条件下工作的采煤机,其螺旋滚筒所受载荷具有非线性、时变性、冲击性和强耦合性,磨损问题不可避免,且严重影响其工作性能和生产效率。基于虚拟样机技术,采用离散元数值模拟方法研究含夹矸煤层条件下螺旋滚筒的磨损特性,以提高其截割性能、延长其使用寿命。以煤岩截割机理和离散元素法为基础,分析了滚筒与煤岩体间相互作用关系及滚筒磨损模型;以MG2×55/250-BWD型采煤机螺旋滚筒为工程对象,采用Hertz-Mindlin with bonding黏结模型为颗粒间接触模型、Hertz-Mindlin with Archard Wear模型为煤岩体与滚筒间接触模型,利用Proe/E与EDEM建立滚筒截割含夹矸煤层耦合模型;采用正交试验法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、螺旋升角和煤岩抗压强度对滚筒磨损问题的影响趋势,经过多元回归分析得到截齿、叶片磨损深度的评价模型;基于实际工况,综合考虑采煤机截割比能耗、载荷波动系数和生产率,构造多目标优化函数,利用MATLAB求解得到滚筒最优工作参数。基于EDEM离散元仿真分析结果,发现滚筒组件存在不同程度磨损,其中截齿齿尖局部接触区域磨损最为严重,叶片主要...     

露天采煤机螺旋滚筒的模拟截割试验

用相似原理对露天采煤机模拟试验进行了理论分析,建立了滚筒—煤岩系统的相似准则。利用模拟试验台对螺旋滚筒进行了截割试验,为采煤机工作装置的工作参数和结构设计提供了依据。     

连续采煤机滚筒切屑图的可视化设计

以截割理论为基础,通过对影响截齿切屑图形状的各项因素的分析,建立了连续采煤机滚筒切屑图的数学模型。基于VB6.0软件,开发了连续采煤机滚筒的计算机辅助设计系统,通过改变不同的参数,得出不同条件下的切屑图,以检验滚筒结构设计的合理性,为提高连续采煤机滚筒的设计效率提供了有效的手段。     

薄煤层采煤机装煤性能研究

为了提高薄煤层采煤机的装煤性能及工作效率,运用理论分析与离散元数值模拟的方法对其进行了研究。针对理论落煤量及理论装煤量与牵引速度、滚筒截深、滚筒转速、螺旋升角的关系进行了理论分析;基于PRO/E与EDEM建立了采煤机截割部的离散元仿真模型及煤壁模型,模拟了采煤机截割、破碎煤岩的复杂过程,并获得了相应的装煤率;基于正交试验法分析了牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角、滚筒截深对采煤机装煤性能的影响规律及显著程度。基于实际工况,得到了新型薄煤层采煤机的最优设计参数,为采煤机滚筒装煤性能的研究及优化提供了一种新方法。     

镐形齿采煤机螺旋滚筒平均负荷的计算机模拟

通过对采煤机螺旋滚筒的受力分析,建立采煤机螺旋滚筒平均负荷的数学模型;对螺旋滚筒平均负荷进行计算机模拟,且模拟的曲线反映滚筒负荷随不同参数的变化,从而为螺旋滚筒的设计打下基础.     

实例推理在采煤机螺旋滚筒设计中的应用

为了解决采煤机螺旋滚筒设计手段落后、设计周期长及工作性能差的问题,提出了实例推理的采煤机螺旋滚筒的设计方法。该方法利用实例推理理论与灰色关联分析法对采煤机滚筒的实例进行检索与匹配,得到相似度较高的采煤机滚筒设计方案作为遗传算法的初始种群,以灰色关联理论中的相似度计算公式作为目标函数,通过较优群体参与遗传操作,并运用遗传算法进行实例修改,最终得到合理的设计方案。     

提高采煤机滚筒综合性能的研究

滚筒的截割能力、装煤能力、块煤率是评价采煤机滚筒性能的主要标准,影响采煤机滚筒性能的参数:截割功率、滚筒直径、滚筒转速、滚筒的截齿数、叶片螺旋角、叶片头数。通过分析这些参数与截割能力、装煤能力、块煤率之间的关系,综合考虑这些因素,合理优化滚筒参数,是设计高性能滚筒的保证。     

MG400/951-WD型采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计

为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性,以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象,对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论,模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性。对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析,得到系统模态频率。在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上,利用神经网络,讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题。分析牵引速度v_q、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B和截线距t对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响。构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数,利用结构进化优化算法,得到螺旋滚筒设计变量的最优解。结果表明：优化后螺旋滚筒最大应力为770.035 1 MPa,较优化前降低11.42%;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.361 6 mm,较优化前降低20.12%,动力学指标得到改善,螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度...     

离散元技术在螺旋滚筒装煤性能研究中的应用

为研究复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒的装煤性能,根据内蒙古鄂尔多斯某矿煤样性质测试结果,结合DEM(离散元技术)方法,建立薄煤层采煤机螺旋滚筒与煤壁的离散元耦合模型。解决了螺旋滚筒与煤壁的耦合以及离散元仿真中各参数的合理选择等关键问题;通过跟踪和统计装煤过程中颗粒速度、质量,获取螺旋滚筒装煤过程中煤流的运动形态,以及滚筒包络区域内颗粒的速度分布,根据不同区域的颗粒质量统计计算出螺旋滚筒的装煤效率。通过对采煤机工业性试验中一次截割工作面长度的落煤量和刮板输送机运煤量的统计,发现利用DEM模拟得到螺旋滚筒装煤率与试验数据基本一致。此研究结果为螺旋滚筒装煤性能的改善提供了一种新的方法。     

基于多目标优化的采煤机滚筒最优运动参数的动态匹配

为了实现滚筒采煤机无人自动化采煤时滚筒截割性能综合最优,分析研究了不同采煤性能指标随滚筒运动参数即牵引速度和滚筒转速的变化规律,建立了各性能指标的评价模型。选取运动参数为设计变量,建立了以不同性能指标为分目标的多目标优化模型,在约束条件下利用基于模拟退火的粒子群优化算法进行了优化计算,得到了不同煤层硬度下综合性能最优的运动参数,分析优化结果后得到了最优运动参数随煤层硬度的变化规律。最后比较了只调节牵引速度的传统采煤机滚筒运动参数和牵引速度、滚筒转速联合调速的综合性能最优的运动参数匹配下截割性能的优劣,结果表明,综合性能最优的运动参数随不同煤层硬度匹配下采煤机滚筒多方面的截割性能都优于只调节牵引速度的运动参数的匹配,联合调速优于单一的牵引速度调节,对采煤机滚筒运动参数的动态匹配、采煤机对煤层的适应性以及智能化、自动化可以提供参考。     

MG1100/2760-GWD型大采高电牵引滚筒采煤机的研发与工业性试验

为了解决大同矿区在坚硬厚煤层和坚硬顶板条件下实现安全高效一次采全高,同煤集团立项了“坚硬煤层大采高电牵引采煤机开发与应用”的科研项目,并研制了MG1100/2760-GWD型大采高电牵引滚筒采煤机.介绍了该采煤机的主要技术特点和主要技术参数,通过对该采煤机进行井下工业性试验表明,该采煤机的各项主要技术参数和性能达到了原设计指标,满足了生产需要.