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。     

采煤机滚筒运动参数对滚筒截割性能的影响

采煤机滚筒截齿直接作用于煤壁,改变运动参数将改变滚筒的截割特征,对于截齿运动参数与截割性能的关系研究是改善采煤机性能的理论基础。本文通过PFC3D进行了截割过程仿真实验,分别对不同采煤机滚筒运动参数进行模拟,设置不同的切削厚度、截割角、截割线速度,得出了各运动参数对截割阻力和截割比能耗的关系,对不同参数下的截割性能作了评价,给采煤机的优化设计提供了研究依据。     

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。     

采煤机截割滚筒自适应作业技术研究

截割滚筒是采煤机的重要工作部件,其运行性能会对采煤机整体性能产生决定性影响。以MG132/320-W型采煤机截割滚筒为研究对象,在对滚筒基本运动形式进行分析的基础上,研究了滚筒的自适应速度调节技术。在测试滚筒实际力矩的基础上,可以预测煤岩硬度并确定滚筒的目标转速,利用PID控制器对截割滚筒速度进行自适应调节;在采集采煤机截割滚筒历史数据信息的基础上,通过LSTM-ResNet网络可对截割滚筒的运动轨迹进行预测,并根据预测结果对滚筒的运行轨迹进行调节控制。对截割滚筒自适应作业技术开展实验验证工作,结果发现滚筒的轨迹预测以及轨迹跟踪结果与实际情况虽然有一定误差,但误差相对较小,完全在可接受的范围以内,说明本文提出的自适应作业技术是可行的,能显著提升采煤机的智能化水平。     

滚筒式采煤机截割部机电联合仿真

为了研究截割电机机械特性对采煤机滚筒受力特性的影响,利用SIMULINK建立采煤机截割电机模型;通过ADAMS建立采煤机截割部虚拟样机模型;使用电机模型对采煤机截割部进行驱动,同时将电机所受力矩反馈到电机模型中,建立了基于MATLAB/SIMULINK和ADAMS的采煤机截割部机电耦合模型。采用LS-DYNA对采煤机滚筒截割煤岩过程进行模拟仿真,得到滚筒的受力情况;将截割仿真得到的载荷添加在采煤机滚筒上,进行了采煤机截割部机电联合仿真,得到了截割电机输出转矩和输出转速的曲线,为研究电机过载保护提供了数据支持。     

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%。     

基于EDEM的采煤机滚筒工作性能的仿真研究

为研究不同工况参数下采煤机滚筒的落煤特性,以MG500/1180-WD型号采煤机为研究对象,采用EDEM离散元仿真软件建立三维仿真模型,综合考虑煤岩块度、顶板压力对采煤机截割性能的影响,研究采煤机截割煤岩的动态过程,利用单因素试验法分析截割过程中煤岩颗粒的运动轨迹,研究不同截深、转速对采煤机装煤率、滚筒三向载荷、截割比能耗的影响以及滚筒包络范围内颗粒平均速度的变化曲线。结果表明:采煤机装煤率随转速增大先增后减的趋势,随截深增大而增大;滚筒三向载荷随转速增大而减小,随截深增大而增大;截割比能耗随转速、截深增大而增大。综合考虑选择低转速、大截深的滚筒可以在一定程度上提高采煤机装煤率;同时为提高采煤机的截割效率,减小耗损可以在保障装煤率的前提下,适当减小截深。研究结果为采煤机高效截割提供了改进参考。     

新型阶梯滚筒截割性能研究

针对薄煤层采煤机截割夹矸煤层效率较低的问题,研究了一种新型阶梯滚筒。为分析新型阶梯滚筒的截割性能,采用非线性软件LS-DYNA对传统滚筒与新型阶梯滚筒进行截割煤岩仿真研究,分析传统滚筒与阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩。研究结果表明:在截割效率相同的情况下,除第一刀,阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩均小于传统滚筒,说明该新型阶梯滚筒的截割性能比传统滚筒更加优异。     

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。     

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。