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。     

夹矸煤层采煤机斜切进刀过程滚筒载荷特性研究

为研究采煤机螺旋滚筒在斜切进刀工况下截割含夹矸煤层时的载荷问题,应用Pro/e建立煤壁落煤空间模型,并将其与滚筒导入到离散元软件EDEM中,利用从兖矿集团杨村矿17层煤岩所测得的煤样参数完成颗粒填充,形成滚筒截割的离散元仿真模型。通过前期试验,决定采用分段建立煤壁的方法以减少仿真时间。结果表明:在斜切进刀过程中,滚筒所受合力逐渐增大,且在含夹矸工况下的受力明显大于全煤工况下的受力,约为其4倍;滚筒所受牵引阻力与截割阻力逐渐增大,且牵引阻力约为截割阻力的2倍;轴向力呈先增大后减小的趋势;滚筒与煤壁开始接触时,为单齿受力,最大值可达15 000 N。验证了采用分段建立EDEM仿真模型方法的可行性与准确性,且可节约90%的仿真时间,为采煤机螺旋滚筒斜切进刀过程研究提供了参考依据。     

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。     

采煤机截齿安装角度对其受力的影响研究

为了研究滚筒式采煤机安装角度对截齿受力的影响,利用三维离散元软件PFC3D5.0对不同截齿安装角的滚筒截煤过程进行了仿真分析。使用了PFC3D5.0中新加入的Flat-Joint黏结模型,克服了以往离散元仿真的球形颗粒自身旋转、拉伸强度和压缩强度之比和摩擦角过于低的不足。通过仿真得到了截齿截割煤岩的动态破碎过程和不同切向安装角的截齿三向受力曲线,结果表明不同安装角截齿仿真时,截齿受力的大小和波动情况大致相同,45°安装角的截齿要比40°和50°的受力平均值小,波动也较小。     

截割介质物理力学参数对液压冲击截齿破煤率影响的研究

通过对目前国内外有关采煤机截割滚筒截割煤岩方面研究的最新成果以及采煤机滚筒受力理论的研究分析，以截割过程中煤层介质的力学参数为研究对象，分析其对冲击式截割滚筒采煤效率的影响。使用离散元进行分析，在滚筒的转速以及冲击频率保持不变的情况下，将滚筒与煤壁耦合模型中的参数进行调整，分别以煤壁硬度f=4、f=5、f=6作为力学性能指标进行仿真分析，经仿真得出：煤壁硬度为f=5时破煤率能够达到31.69%,f=6时为31.96%,f=4时煤壁破煤率最低，为31.04%。     

基于LS-DYNA的采煤机截齿安装参数优化

为研究采煤机截齿不同安装角度下单齿截割煤壁的截割力特征,以MG650/1620-WD型采煤机为研究对象,运用LS-DYNA建立仿真模型。研究单截齿冲击角和倾斜角与滚筒截齿截割特性的关系,模拟不同冲击角和倾斜角截齿截割过程,研究截齿冲击角和倾斜角对单齿截割力以及截割平稳性的影响。利用MATLAB分别拟合冲击角和倾斜角与截割力的曲线方程,并利用曲面拟合的方法得到冲击角与倾斜角的最佳匹配值。结果表明:随着截齿冲击角和倾斜角增大,单齿截割阻力呈先减小后增大的趋势;当冲击角为45°、倾斜角为8°时,单齿截割的平稳性较好,截割力平均值较小。     

采煤机滚筒结构参数的优化分析

以采煤机滚筒为研究对象,用UG三维软件对煤层和滚筒各零部件进行建模,应用ANSYS/LS-DYNA软件对滚筒截割煤层的过程中所受的阻力进行动态分析,使用后处理软件LS-Preport分析滚筒所受阻力的情况,得知截割煤层过程中滚筒所受阻力较大。为改善滚筒受力,对滚筒的螺旋升角进行模拟优化,优化后显著降低了滚筒的载荷波动系数、阻力峰值、截割比能耗。     

采煤机滚筒端盘截齿角对截割载荷特性的影响

以采煤机滚筒端盘截齿为研究对象,应用非线性仿真软件ABAQUS建立端盘截齿与煤岩的刚柔耦合模型,利用模型的动态仿真过程,研究了截齿载荷随3种轴向倾斜角和二次旋转角不同的变化规律。研究表明:截齿截割瞬间,截割阻力随着轴向倾斜角和二次旋转角的增大而增加,牵引阻力和侧向阻力变化平稳。     

不同转速对采煤机截割滚筒受力的影响研究

针对燕子山矿MG680WD型采煤机截割滚筒效率偏低的问题,开展滚筒转速对滚筒受力的影响研究。建立仿真截割煤岩模型,分析不同滚筒转速条件下滚筒受力情况。结果表明,滚筒所受三向力随截割过程的进行逐渐增大后趋于稳定波动,最大受力和均值均存在z轴受力>x轴受力>y轴受力的趋势;滚筒转速与滚筒受力情况成反比关系,原因可能是滚筒截割深度不变时,滚筒转速越大,单位时间内参与截割煤炭的截齿越多,降低了滚筒工作载荷。研究得到了滚筒转速对截割滚筒受力情况的影响规律,对于采煤机进行控制参数优化工作具有指导意义。     

基于相似理论的采煤机滚筒截割煤岩仿真分析

在相似理论的基础上,利用量纲分析法对采煤机滚筒截割煤岩的截割模型进行了相似准则推导,得到了采煤机原型与模型的相似比。按照0.8的相似比建立了原型与模型的截割仿真模型,利用LS-DYNA进行了截割动力学仿真,得到模型与原型理论值的均值力误差为4.95%、峰值力误差为16.2%,验证了相似推导后模型的正确性。在此基础上,分别研究了直径为φ900 mm和φ600 mm的滚筒在截割煤岩时的受力情况,提取了滚筒在截割10%～50%岩石含量煤壁时,截割载荷的峰值力、均值力、标准差和变异系数,通过对比分析,得出其均值力随岩石含量的增加而增大,而变异系数随岩石含量的增加而减小。     

采煤机滚筒截齿受力参数优化与仿真分析

为了解决采煤机滚筒截齿在截割过程中所受应力变化较大,易发生磨损、断裂、裂痕的问题,对截齿受力情况进行了分析,采用SQP与遗传算法相结合的办法对截齿的受力参数进行了优化,并以实际运行参数为参考进行仿真。实验结果表明,经截齿安装角和螺旋升角优化后所受到的截割阻力均值较低,能够提高截齿的使用寿命和采煤效率,同时为进一步提升滚筒的性能以及结构优化提供了参考方法,具有一定的现实意义。     

滚筒逆转装煤过程的颗粒运动行为研究

针对薄煤层采煤机滚筒装煤效率低的问题,以某型号薄煤层采煤机为研究对象,以叶片螺旋升角、滚筒转速、牵引速度为主要设计变量,采用离散元研究方法对采煤机滚筒的逆转装煤过程进行分析。利用三维离散元软件PFC,建立滚筒、煤壁、刮板输送机中部槽联合仿真模型,仿真过程中统计滚筒装煤效率以及滚筒叶片包络范围内颗粒速度、颗粒数。结果表明:该型号采煤机滚筒宜采用叶片螺旋升角21°,在牵引速度1.5 m/min,转速45r/min或牵引速度2m/min,转速50r/min时,均能获得较高的装煤效率;叶片包络范围内颗粒三个方向的速度随着滚筒转速的增大而增大,且Y方向速度的增大幅度小于转速的增大幅度,X、Z方向速度的增大幅度大于转速的增大幅度。     

提升采煤机截割滚筒截齿受力均衡性的优化研究

矿井采煤机截割滚筒利用截齿的作用力对煤层进行掘进,通过现场作业观察,每个截齿在长时间作业过后磨损程度不同,表明了各个截齿的受力不均匀,影响了整个滚筒结构的使用寿命。为确保煤层开采过程中截齿受力更加均匀,采用MATLAB数值模拟软件以载荷波动系数为优化目标,优化截割滚筒的结构,提高每个截齿受力的均衡性。仿真试验结果表明优化后的截割滚筒截齿受力更加均匀,保障了煤炭开采的生产效率。     

悬臂式掘进机的动力学分析

基于UG软件建立掘进机整机三维模型,利用机械系统动力学软件ADAMS,实现虚拟样机模型的动力学仿真,得到截割臂与截割头铰接点处的受力曲线,利用NASTRAN对截割臂进行有限元分析,结果表明截割臂强度储备很大,还能进一步优化。     

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。     

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。     

镐齿安装角和半锥角随截深变化规律研究

针对目前采煤机滚筒叶片上采用同一型号截齿、相同安装角布置导致的不同截深处截齿受力不同的问题,参照Evans.I镐型截齿破煤模型的建立过程,结合煤岩开采的实际情况,在综合考虑煤岩压酥效应、煤壁倾角及截齿安装角的基础上,通过对破煤过程的力学分析建立了数学模型,并对该模型进行仿真研究。仿真结果表明:截深在0～1.1 m,半锥角随截深增加呈线性减小趋势,安装角呈非线性减小趋势,其变化范围、变化趋势与煤层的地质条件有一定关系。该研究对不同截深处截齿的安装布置提供了理论依据。     

基于螺旋滚筒模型的采煤机装煤性能研究

为提高采煤机装煤效率，基于离散元数值模拟理论、螺旋滚筒模型，分析了螺旋升角、滚筒直径、筒毂直径、截割深度和滚筒转速对采煤机装煤率的影响程度。结果表明：随着螺旋升角的提高，装煤率随之上升，装煤率与螺旋升角呈现正相关关系。滚筒直径越大，装煤率越高，曲线斜率也是呈现出先增后减变化趋势。增加筒毂直径后，会导致采煤机的容量减小，筒毂直径与装煤率呈现负相关关系。增加滚筒转速，能使螺旋叶片排出煤颗粒速度加快，进而提高了装煤率。     

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。     

基于双向耦合法的采煤机螺旋滚筒振动特性分析

为研究采煤机螺旋滚筒在多种赋存条件下的振动特性,以MG2×55/250–BWD型薄煤层采煤机为工程对象,优化煤岩接触模型,建立与实际赋存条件相似的多种不同截割工况下煤壁离散元模型。结合DEM–MFBD(Discrete Element Method-Multi Flexible Body Dynamics)双向耦合数值模拟方法搭建采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型与煤壁离散元模型的双向耦合试验平台,通过仿真试验得到不同煤岩工况下螺旋滚筒的截割过程,并分别对其振动特性的变化规律展开分析。研究结果表明：螺旋滚筒在截割过程中,三向均出现不同程度的振动,其中截割阻力方向振动加速度最大,牵引阻力方向振动加速度次之,侧向力方向振动加速度最小。随着模型中夹矸硬度以及层数比例的增加,截割过程中螺旋滚筒的振动强度不断加剧,最大振动加速度有效值的差值达到4 403.149 mm/s2。利用短时傅里叶变换将一维振动信号转化为二维时频谱图像,得到不同煤岩工况下振动信息变化特征在时频域中完成较好保留,其时频谱图像的特征样本效果优于各工况的时域一维信号曲线,主频能量位置、范围大小、特征团形状等信息具有明显区别,即使...