薄煤层采煤机螺旋滚筒破煤过程的数值模拟

 摘 要：基于显式动力学软件模拟了薄煤层采煤机螺旋滚筒的动态破煤过程,获得了煤岩体塑性域的动态变化及螺旋滚筒上各截齿的载荷谱,避免了理论公式计算中参数取值的人为误差,为螺旋滚筒的设计、使用和维护提供了理论依据。研究结果表明：滚筒破煤行为并不是连续发生的,而是经历了损伤能量的积聚、煤岩体瞬间大量破碎的周期性交替过程;滚筒同一截线上截齿载荷相关性不大,工况恶劣的薄煤层采煤机螺旋滚筒宜采用一线一齿的小截距截齿排列方式。     

采煤机螺旋滚筒的载荷模拟与分析

在对采煤机滚筒单齿受力分析的基础上,考虑到不同工况(牵引速度、滚筒转速、煤岩性质、截齿配置等)对载荷的影响,应用离散化的数值分析方法,通过MATLAB编制程序实例模拟了滚筒3个方向的瞬时载荷分布和力矩分布,并采用载荷波动因数评价了滚筒参数设置的合理性和工作的平稳性,为研究采煤机螺旋滚筒截割过程负载特性和滚筒科学设计提供了理论依据。     

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。     

采煤机滚筒瞬时负荷的分析与研究

根据采煤机滚筒截煤过程及其截齿受力状况的分析 ,研究了截齿处于截割断面的不同位置角时的滚筒瞬时负荷。在此基础上 ,提出了波动因数作为衡量滚筒负荷波动和工作平稳性的指标 ,建立了相应数学模型与计算框图 ,并通过实例演算 ,进行了滚筒瞬时载荷与负荷波动的计算机模拟。     

采煤机螺旋滚筒截齿排列的改造

采煤机螺旋滚筒截齿排列的改造鸡西穆棱煤矿刘金湖，孙明世合理地选择采煤机螺旋滚筒截齿排列，不仅可减少齿座的磨损，而且可减小截割阻力、降低功耗、不产生振动。现对截齿排列作如下分析。１存在问题多年来，由于采煤机螺旋滚筒截齿排列角度不合理，割煤时，常发生下列...     

采煤机滚筒截齿的载荷分析及性能研究

滚筒采煤机是机械化采煤作业的重要设备,而截齿是直接与煤岩接触并参与截割的部件,其性能对采煤机的整机性能及工作效率有直接的影响。因此,对采煤机滚筒截齿的破煤机理以及瞬时载荷进行了分析,并分析了截齿性能对整机性能的影响情况,对日常采煤机滚筒截齿维护工作具有一定的现实意义,有助于提升采煤机的工作效率,实现生产效益的提升。     

螺旋滚筒截割煤岩的LS-DYNA仿真模拟

为了研究螺旋滚筒截割煤岩体的截割机理,运用Pro/E和LS-DYNA建立了螺旋滚筒截割煤岩体的三维仿真有限元模型,并对截割过程进行了动态仿真模拟。由仿真结果可知:螺旋滚筒在截割煤岩体时,煤岩体局部首先受到挤压和截齿的截割而出现裂纹和崩落,随着螺旋滚筒的继续进刀和裂纹的继续扩展,最终出现大块煤岩体崩落;螺旋滚筒截割煤岩体所受的截割阻力呈对称周期性的作用在截齿上,且三向力波动状态相似;螺旋滚筒截割煤岩体的功率随负载也出现波动;煤单元在从煤岩体崩落前出现重复破碎。该项研究为螺旋滚筒截割煤岩体的动态建模和仿真提供了新思路。     

连续采煤机滚筒载荷的模拟研究

以破煤理论为基础,通过对影响截齿载荷的各项因素进行的理论分析,建立了连续采煤机滚筒载荷的数学模型,并利用计算机模拟的方法,对连续采煤机的截割过程进行模拟,得到了滚筒的载荷特征,为连续采煤机的动态设计及优化设计提供了必要的手段。     

螺旋滚筒平均负荷的模拟研究

<正> 采煤机螺旋滚筒的性能好坏对整个采煤机的受力状况、传动装置中负荷的脉动程度、采煤机工作的稳定性等有着重大影响。早期的研究主要是通过实验对截齿和滚筒上的负荷进行研究。随着计算机模拟技术的出现,为螺旋滚筒负荷的研究开辟了一条广阔的道路。使得定量研究采煤机负荷成为可能。本文介绍对螺旋滚筒上的平均负荷进行的模拟研究。一、截齿和滚筒平均负荷的数学模型在一般情况下,应以磨钝截齿上的负荷进行研究。这时,沿三个互相垂直方向的分力可按下式确定。     

截齿破碎煤岩侧向载荷分布特性研究

为探求不同类型镐型截齿破碎煤岩侧向载荷分布规律,实现低能耗、高效破碎煤岩,利用多截齿参数可调式旋转截割实验台,采用锐齿、棱齿和钝齿分别开展破碎煤岩测试实验研究,应用概率论与数理统计分析方法,给出不同类型截齿破碎煤岩侧向载荷的分布特性。结果表明:在实验研究范围内,三种截齿侧向载荷呈正负交替的变化趋势均较显著。棱齿侧向载荷负向波动较为明显。侧向载荷统计特征服从正态分布规律,分布特点可表征煤岩体的崩落状况。     

采煤机滚筒截煤载荷的模拟

介绍采煤机截煤时滚筒受力的计算方法及为完成该计算而编制的软件系统──采煤机滚筒截煤载荷的计算系统。经滚筒截割人造煤壁的试验，证明该系统可以较准确地完成采煤机截煤时滚筒载荷的计算     

关于螺旋滚筒设计中截齿排列方式的探讨

<正> 在螺旋滚筒设计中,当确定了截齿型式之后,就应该考虑与确定截齿的排列方式。截齿排列是滚筒设计中非常重要的一环,因为截齿排列得合理与否,对滚筒的截割性能将产生直接的重要影响。     

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性分析

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性直接影响采煤机的截割性能和作业效率。为此,以某类型采煤机为研究对象,导入采煤机螺旋滚筒基础信息,运算采煤机螺旋滚筒急速滚转控制条件下的载荷信息、截割比能耗、载荷波动系数、受载信息、截割功率。以A1类、A2类两种截齿分布不同的螺旋滚筒为例,计算两种螺旋滚筒的载荷信息、截割功率。研究结果表明,A2类螺旋滚筒急速滚转控制下稳定性最优;A2类螺旋滚筒在多个固有频率阶数下截齿稳定性最差;在多个情景中,A2类型螺旋滚筒在急速滚转控制时,夹矸坚固性系数、牵引速度对其稳定性存在直接影响,螺旋升角对其稳定性不存在直接影响。     

采煤机工作面截割试验分析

由于当前针对采煤机的有关研究中,缺乏来自工作面现场的截割载荷研究。因而从分析螺旋滚筒主要截割载荷的角度,对具有记忆截割功能的采煤机在人工示教截割试验阶段拾取的截割电流和牵引转矩信号及螺旋滚筒主要截割载荷进行了分析。对采煤机螺旋滚筒截割含有不同煤岩界面煤层时载荷特征地分析表明：采煤机截割力响应信号的均值特征能真实反映截割介质的本质差别;采煤机实际工作过程中,在各典型截割工况下,螺旋滚筒截割力响应信号服从正态分布,且在正常截割工况下,截割力响应信号的方差最小,即截割力响应信号的波动最小;滚筒高度和截割状态持续时间可用于滚筒截割状态的精确识别;截割功率约占总消耗功率的70%。     

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。     

采煤机螺旋滚筒的研究

分析了采煤机螺旋滚筒的工作原理,并就如何降低截煤比能耗,提高装煤能力和工作平稳性,介绍了滚筒主要参数的确定和截齿的正确排列方法     

适用于坚硬煤层的采煤机滚筒截齿排列

<正> 古书院煤矿位于山西省晋东南沁水煤田。煤层稳定,地质构造简单,节理不发达,倾角为3°～5°,为近水平煤层。现开采厚度为6米,分三层开采。煤质坚硬,平均f=3.8～4.4。在开采f=4.4的中分层时,MLQ_6—150型采煤机90％以上的功率都消耗在割煤的工作中。螺旋滚筒在截割过程中所受载荷较大,工作十分困难。因此,要想提高生产效益,首先要解决减小滚筒的截割阻力和提高牵引速度的问题。当滚筒的直径、截深、螺旋叶片的头数和升角一定时,滚筒的截齿排列方式就直接     

ф25镐形截齿卡子

<正> 滚筒采煤机用镐形截齿,多年来在煤炭生产中发挥了一定的作用,但是由于固定镐形截齿用的卡圈、开口销、圆铁钉等都存在-些问题:固定不够可靠,丢齿多,横穿截齿尾孔的长尾巴有的与螺旋叶片相碰,阻碍截齿在齿座内不能自由转动或转动不了360°,以及拆卸不方便等。所以截齿在割煤时就失     

运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。     

采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计

针对滚筒的叶片设计、齿座与截齿的结构形式、截齿的排列等问题进行了技术探讨,根据多年实践分析得出结论:滚筒体上主叶片与装载叶片均应向装载面方向倾斜;推荐与滚筒径向成45°的截齿安装方式及圆柱形齿柄结构;为最大限度地降低能耗和粉尘,提高块煤率,应从改变截割机理着手,根据不同的煤质合理地选择破煤方式不同的截齿;最佳的截齿排列方式为截齿在滚筒圆周上均匀分布。分析结果可为采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计提供参考。