刨煤机刨刀破煤过程的数值模拟

基于显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA,对刨煤机两种典型结构的刨刀截割煤壁的过程进行了数值模拟,得到了刨刀的截槽形状、刨刀与煤壁的接触载荷谱及刨刀的应力应变等参数的时间历程曲线,为刨煤机载荷的获得提供了新的途径,避免了利用理论公式计算刨煤机系统的外载荷时各参数人为取值的误差,并分析了三向力载荷的频谱成分.研究了两种典型结构刨刀刨削煤壁时的载荷谱对刨煤机系统的影响,找到了两种刨刀的应力集中位置,讨论了两种刨刀的主要失效形式,为刨刀结构的优化设计提供了理论依据,并对应力集中位置结构进行了局部优化.优化后的刨刀应力分布均匀,力学性能得到显著改善,提高了刨刀的可靠性。     

刨煤机牵引块疲劳寿命分析与优化设计

作为刨煤机关键零件的牵引块,其性能对刨煤机的工作效率及动态可靠性有重大影响。以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立以刨刀和牵引块为模态中性文件的刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型;结合实际工况,基于“刨煤机设计计算系统软件”获得的刨刀和刨链的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了牵引块的应力与应变云图;基于ADAMS的仿真结果,利用NSOFT软件对牵引块进行疲劳寿命分析,并对疲劳寿命较低的12个区域进行优化设计,使牵引块等效应力和应变最大值分别降低了46.4%和48%,最小疲劳寿命提高了184.35%,满足设计要求。     

刨煤机刨刀及牵引块的强度分析

为研究刨削过程中刨刀和牵引块的强度,基于刨刀及刨链的力学模型,结合煤层赋存条件,对刨煤机顶、底刀以及刨链的受力进行了计算。利用多软件建立刨煤机多体模型,通过对其顶、底刀以及牵引块进行动态仿真,得到了刨刀和牵引块的应力分布,其中刨刀与刀座拐角联接位置、牵引块底部矩形楔孔位置受力较大。根据仿真结果对刨刀和牵引块进行局部结构改进,改进后刨刀和牵引块的受力得到较大的改善。     

基于压电俘能装置的刨刀受力检测系统

为实现刨煤机刨刀在作业过程中受力在线检测,克服刨煤机机身上安置电源难的问题,提出一种基于压电振动俘能的自供电受力检测系统。将刨煤机工作过程中的振动能量有效地转换为电能,保证检测装置和无线信号发射装置能够长期正常运行。通过多个周期测试表明,检测系统的自供电性能稳定,能够实现刨刀三向载荷的在线检测;并得到了100 s内三向载荷变化曲线,分析发现刨削阻力(Y向)、煤壁挤压力(X向)和煤壁侧向力(Z向)大小依次降低,且载荷波动性也呈现相同的规律,测试结果与实际工况相近,表明检测系统具有较高的精确度。     

基于ANSYS的刨煤机刨刀模态分析

为了分析刨煤机刨刀的振动特性,通过Pro/E软件建立刨刀三维模型,利用ANSYS软件对刨刀进行模态分析,得到刨刀的前10阶固有频率以及相应的振型,分析得到了刨刀产生弯曲与扭转振动的频率范围。为设计新型刨刀提供理论基础。     

三轴压缩下砂岩裂隙演化规律研究

基于恒定围压下砂岩的三轴压缩试验,得到不同围压下的应力应变曲线。认为压缩过程中的体积应变是由基体材料的弹性体积应变和裂隙体积应变组成,通过计算得到裂隙体积应变在压缩过程中各阶段随各应力、应变的变化关系,从而得到裂隙演化规律。     

低渗煤样全应力应变过程渗透特性试验

采用MTS815.02型岩石伺服试验系统对煤样进行了应力应变全过程渗透性试验,得到不同围压下煤样的全应力-应变曲线,探讨了全应力-应变过程中煤样渗透率-应变关系曲线的几何特性,研究了煤样变形和破坏过程中的轴向应变与渗透率之间的关系,分析围压对煤样渗透率变化的影响。结果表明,轴向应力对Darcy流渗透特性和非Darcy流渗透特性的影响是同步的,煤样渗透率的峰值滞后于应力应变峰值;随着围压增大,煤样的渗透率总体上呈下降趋势。     

基于格子Boltzmann的煤岩渗透率研究方法

为了快速准确的得到不同应力状态下煤岩的渗透率,提出一种基于格子Boltzmann方法和单轴压缩试验相结合的煤岩渗透率研究方法。首先对煤岩进行压缩破坏试验,获取应力应变曲线,并记录受压破坏过程中不同应力等级的煤岩裂纹图片,编制了孔隙尺度格子Boltzmann模拟程序,利用Grenoble试验对程序进行了验证。然后由程序读取裂纹图片,模拟流体在裂纹中的流动,获取流场压力和流体速度,基于达西方程计算出不同裂纹图片的渗透率数值,得到应力应变与煤岩渗透率的关系曲线,通过数据拟合,给出了应力-渗透率关系。最后与文献中的应力-渗透率关系进行了对比。     

刨刀刨削煤岩特性数值模拟研究

为了探索薄煤层刨煤机刨刀刨削煤岩的破碎过程及其力学特性,基于有限元数值仿真分析方法分析煤岩截割过程的显示动力特性。依据煤岩三向应力测试试验,构建出基于Drucker Prager准则的煤岩本构模型。以煤岩刨削截深、煤岩刨削速度、刨刀前角为水平因素设计单因素仿真分析试验,实现煤岩破碎形态与刨刀煤岩截割力的研究。研究结果表明:煤屑块度与煤岩刨削截深有关,随着截深的增大,块度增大;随着刨削速度的增加,煤屑的块度变化趋势不明显,煤岩在α=30°刨刀作用下,截割剥离煤屑块度较大;刨刀煤岩截割负载随着截深的增大而增大;随着转速与截割深度的增加,前角为30°的刨刀负载呈线性上升趋势。     

岩石受压破裂过程应力应变及声发射特性研究

通过试验监测岩石受力过程的声发射参数特征和时间过程特征等,探索岩石受力变形直至破坏全过程的时间特性,得到岩石破裂过程中岩石应力应变、声发射参数与应力和时间的关系。对比研究表明,不同岩样在加载过程中的声发射率与声发射能量参数成正比关系,而应力大小与声发射率和声发射的能量参数不成正比关系。最后通过岩样的压缩试验得出了不同岩样的岩石应力、应变曲线与声发射特性之间的变化规律。