采煤机截割部的动态特性实验

为了研究采煤机截割部工作状态下动态特性,采用1:1模拟煤矿井下综采成套装备试验平台,以MG500/1180-WD采煤机为研究对象,通过无线数据传输系统,分别对采煤机在空载行走、斜切进刀、重载截煤三种不同工况下截割部的动态特性进行了测试与研究。研究结果表明:不同工况下采煤机滚筒和摇臂在行走方向上受到的载荷冲击最大,并且在重载截煤工况下受到的载荷冲击最大,分别为1.891 m/s~2、1.709 m/s~2;在斜切进刀过程中,采煤机滚筒和摇臂在轴向和纵向受到的载荷冲击变化最大,增大幅度分别为697.45%、709.36%。     

采煤机振动特性研究

为研究采煤机截割复杂煤层时的振动特性,利用多软件协同仿真平台建立采煤机整机多体模型,基于破煤理论结合煤样性质测试结果对采煤机前后滚筒受到的外部载荷进行计算,通过施加载荷边界条件对模型进行动力学和振动特性仿真,得到了前后摇臂壳体的受力分布及不同测试点的加速度响应,其中前滚筒的振动明显大于后滚筒;滚筒垂直方向上的振动最为剧烈。利用子结构模态综合法判断出应力以及测试点加速度与模态振动的相关性,其中第3阶模态中摇臂的弯曲和扭转变形会造成采煤机振动加剧及受力增大。研究结果为采煤机的结构改进、后续测试提供了重要的参考。     

不同牵引速度下采煤机侧向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机导向滑靴与销排的接触特性、平滑靴与刮板输送机的中部槽之间的摩擦以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机侧向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒轴向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了不同牵引速度对采煤机侧向振动特性的影响。结果表明:当牵引速度在2 m/min~5 m/min之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为4.994 1 mm~11.262 3 mm、4.842 0 mm~10.791 7 mm,前后摇臂的变化范围分别为3.199 1 mm~5.709 7 mm、3.046 3 mm~5.236 9 mm,最后通过实验对模型结果进行了验证。     

不同煤岩硬度下采煤机侧向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机导向滑靴与销排的接触特性、平滑靴与刮板输送机的中部槽之间的摩擦及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机侧向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒轴向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了不同煤岩硬度对采煤机侧向振动特性的影响。结果表明:当煤岩的截割阻抗均值在200～400 kN/m之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为3.241～7.062 mm和3.077～6.703 mm,前后摇臂的变化范围分别为1.298～2.829 mm,1.133～2.468 mm,最后通过试验对模型结果进行了验证。     

实验载荷下采煤机截割部牵引方向动态特性分析

针对实际过程中采煤机截割部的载荷冲击大、振动剧烈的问题。综合考虑了采煤机摇臂的自身特性,以及将调高油缸的支撑特性,并依据胡克定律对其等效刚度进行了描述,建立了采煤机截割部竖直方向上三个自由度非线性动力学模型。将实验采集得到的原始数据,通过小波分解数据处理方法,对其干扰信号进行了降噪重构。以实验测试得到的滚筒截割载荷作为激励,分析了不同举升角下采煤机截割部牵引方向的动态特性。结果表明:滚筒的振动波动较大,驱动电机的振动波动较小,随着采煤机举升角的增加,截割部各部分的振动位移逐渐增大,并且振动位移的波动逐渐变大,当举升角为17°时,滚筒的振动位移均值分别为26.102 mm,最后通过实验对模型结果进行了验证。     

工况激励下采煤机7自由度非线性振动分析

为了研究采煤机牵引速度对其动力学特性的影响,采用截齿三向力描述采煤机滚筒截割激励,采用赫兹接触理论描述采煤机平滑靴支撑刚度与阻尼,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机导向滑靴与销排间支撑刚度与阻尼,根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机整机7自由度动力学模型,采用数值求解方法求解了不同牵引速度下整机的振动特性,结果表明:随牵引速度的增大,对后滚筒的振动位移影响较大,对机身影响较小;机身Y轴方向振动摆角相对较为明显。     

不同煤岩硬度下采煤机竖直方向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机行走部与刮板输送机之间的接触特性、调高油缸的支撑特性、摇臂的自身刚度以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机竖直方向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒竖直方向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了煤岩硬度对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当煤岩的截割阻抗均值在200 k N/m～400 k N/m之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为13. 42 mm～26. 83 mm、8. 19 mm～16. 37mm,前后摇臂的变化范围分别为5. 31 mm～10. 62 mm、3. 32 mm～6. 65 mm。最后通过实验对模型结果进行了验证。     

采煤机摇臂惰轮轴载荷分析与实验研究

为研究采煤机摇臂惰轮轴复杂工况下的力学特性和载荷特性,采用销轴传感器对采煤机不同截割工况下的摇臂惰轮轴载荷进行测试,通过无线采集模块对测试数据实时存储和传输,得到惰轮轴Z向和Y向的载荷曲线,分析结果表明:采煤机斜切进刀时惰轮轴所受载荷最大,Z向最大载荷33.38 kN,Y向最大载荷35.60 kN,且在整个过程中,Y向载荷均大于Z向载荷,研究结果为摇臂惰轮轴载荷测试提供了新方法,为采煤机摇臂故障监测和煤岩识别提供数据支持,同时对采煤机零部件设计和优化具有重要的指导意义。     

基于实验的采煤机截割比能耗特性分析

为研究复杂工况下采煤机截割效率,采用截割比能耗的方法对不同工况下采煤机能耗利用率进行研究,通过建立截割比能耗模型,并基于实验检测实时测出摇臂传动系统中惰轮轴和行走系统齿轨销轴的应变,利用MATLAB编程计算出惰轮轴和齿轨销轴的圆周力,并对其进行小波降解排除振动和噪音等高频信号的影响,最终在MATLAB中根据能耗计算公式、体积计算公式和比能耗计算模型式子计算出不同工况下的截割比能耗,并对其进行研究,研究结果为:其他工况保持不变的情况下,直行截割的比能耗随着牵引速度的增加而减少;斜切截割比直线截割的比能耗大;截割比能耗随着煤岩硬度的增大而增加。研究结果为采煤机的使用和研发、滚筒结构设计及优化和滚筒截齿分布方式等提供理论基础。     

斜切工况下刮板输送机销排载荷分析

根据对滚筒的受力分析,推导出滚筒在截割过程中所受三向力方程组,结合MATLAB编程,计算得到斜切工况下前后滚筒载荷随滚筒旋转角度变化曲线;以采煤机整机为研究对象,列出整机受力方程组,建立了数学计算模型;基于MATLAB编程,结合斜切工况下前后滚筒载荷变化曲线获得了在斜切工况下前后滑靴载荷变化曲线,由滑靴与销排的接触关系和力的作用是相互的原理,得到斜切工况下作用在销排载荷曲线,并通过ANSYS Workbench仿真分析,获得了刮板输送机销排的应力分布和变形情况。为今后刮板输送机销排的设计及损坏原因分析提供参考。