采煤机截割机构截齿受力监控系统

针对采煤机截割机构截割作业过程中作用在截齿上的截割阻力和冲击较大,导致截齿磨损严重、使用寿命短、经济性差的问题,以应变传感器为基础提出了一种新型的截齿受力监控系统,对截割作业过程中截齿的受力进行实时监控。应用结果表明,该监控系统能够精确对截齿受力进行监控,并对截齿的磨损状态和失效状态进行有效判断,及时对其进行调整维护,可以提升截齿截割过程中的截割效率,增加截齿的使用寿命。     

基于采煤机摇臂惰轮轴受力分析的综合煤岩识别方法

提高采煤自动化、无人化程度的关键在于提高采煤机对煤炭和岩石的识别能力,在记忆截割的基础上,采用灰色预测理论,提出了1种基于滚筒采煤机摇臂惰轮轴受力分析的综合煤岩识别方法,通过实时检测采煤机在截割不同介质时的惰轮轴受力,并根据惰轮轴受力建立采煤机截割路线智能预测系统,实时修正截割路线,提高了采煤机的追踪适应能力。该方法在中煤张家口煤机厂实验平台上进行截割实验验证,结果表明：采煤机割岩时受力比割煤时平均受力大19.45%,能够很好的对煤岩界面进行识别。     

截割参数对采煤机截齿受力影响研究

分析了采煤机截割实际情况，确定了截割半径、牵引速度、滚筒转速、煤层介质等截割影响参数；运用仿真和试验的方法研究了采煤机截齿在实际工况下作业时受力情况。仿真和试验结果表明：不同截割参数下，采煤机截齿截割力均呈现先增加后减小的趋势；不同截割参数下，截齿截割力峰值不同；采煤机截齿截割力试验值与仿真值基本一致，且最大相对误差为5%，试验验证仿真分析准确性，该研究为采煤机截齿受力特性的改善和疲劳寿命的提高提供借鉴。     

大功率采煤机滚筒负荷计算研究

从基础理论力学出发,对大功率采煤机截割滚筒进行受力分析,建立滚筒截齿三向力受力数学模型,设定采煤机计算参数及滚筒截齿排布方式,计算采煤机前后截割滚筒截齿负荷情况,拟合前后滚筒截齿三向力分布曲线。对滚筒截齿三向负荷均值、负荷均方差及滚筒负荷波动系数进行对比分析,得出结论:前后滚筒截齿的三向瞬时负荷分布情况基本相似,三向负荷呈不规则分布,轴向力大小有突变、方向有改变。此计算方法及分析结果对今后大功率采煤机滚筒及截齿排布设计具有一定的指导意义。     

镐型截齿截割煤岩过程的截割力研究

为探究镐型截齿截割煤岩过程中截割力的变化及其影响因素,以Evans镐型截齿直线截割力模型为基础,提出了镐型截齿旋转截割力模型;利用滚筒采煤机镐型截齿截割煤岩轨迹表达式,推导了镐型截齿截割过程中,截割角及截割厚度变化的表达式;在截割参数范围内,计算出镐型截齿截割角在截割过程中最大变化可达±4°;根据镐型截齿旋转截割力模型,在截割厚度一定的条件下,计算并分析截割力与截割角及半锥角的关系,得出当镐型截齿半锥角为36°时,截割力在截割过程中最大截割厚度前后能够保持平稳变化;将截割角及截割厚度变化计入截割过程中计算截割力,发现影响截割厚度主要因素的牵引速度对截割力影响最大,而角速度与截割半径对截割力的影响依次减小。所得公式与结论可为镐型截齿及采煤机的设计提供理论参考。     

基于ANSYS的采煤机镐形截齿截割动态分析

主要借助ANSYS软件中的LS-DYNA模块,对采煤机截齿截割煤层作业过程构建三维有限元模型,通过对镐形截齿割煤过程的动态分析,得到截齿能量、速度等参数的时间历程曲线,并对截齿安装调度对割煤效率的影响进行分析,得到割煤效率最高的截齿安装角度,为优化采煤机截齿设计提供参考。     

采煤机截齿截割破岩能力分析研究

采煤机在煤矿生产中应用广泛,采煤机割煤的过程实质上就是截齿截割煤岩的过程。以镐形截齿为例分析了截齿截割煤岩体的过程,以及截割过程中截齿的受力情况。从截齿的磨损、截齿安装角度、截割厚度和截割速度角度方面分析影响截割性能的因素,发现合适的截齿安装角度、合理的截割厚度和截割深度是影响破岩效率的关键因素,较大的截割速度虽然会提高生产效率,但会加大截割阻力,加快截齿磨损。     

采煤机截齿失效形式分析及应对措施

以U95截齿为研究对象,对煤机截齿常见破坏及失效形式进行了分析,通过理论计算出了割煤过程中截齿的三向受力,以此为基础,利用ABAQUS数值模拟对正常割煤、齿体发生磨损、合金头脱落等情况下的截齿受力进行了分析,找出了截齿失效原因,制定了现场防止截齿失效的具体措施,为截齿设计、选用、维护等提供了重要的参考依据。     

采煤机镐形齿受力的计算机模拟分析

以试验数据为基础,对采煤机镐形截齿实际工况的煤层和镐形截齿受力建立数学模型;对镐形齿受力进行计算机模拟,且模拟的曲线反映截齿随不同参数的变化。从而为分析截齿的失效形式、截齿加工和设计打下基础。     

采煤机截割部截齿的有限元分析

主要利用有限元分析软件ANSYS Workbench对采煤机截割部截齿进行分析,得出采煤机截割部单个截齿的应力和位移分布图,解释了采煤机截割部截齿在截割煤层时,截齿的受力情况,为后续截割部截齿的设计奠定一定基础。通过对截齿的失效分析,提出一些改进方案,为截割理论的完善提供一些依据。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

采煤机截割状态与煤岩识别的关联载荷特征模型

针对采煤工作面煤层的厚度变化、含夹矸和包裹体的不确定性,以及复杂煤岩占比和岩层位置辨识的差异,致使采煤机在截割过程中会产生无效调整截割高度的情况,影响其可靠性和智能化技术水平。截割煤岩载荷特征及其关联截割状态的模型可以预测、修正和决策采煤机截割行为,提升采煤机智能化程度。借鉴多信息实时修正记忆截割与煤层三维地质信息建模等方法,提出了采煤机自主调高-调速二元协同控制模式及截割状态关联特征模型,考虑煤岩赋存条件以及滚筒相对煤岩层的位置和工作参数,划分滚筒截割过程为顺转截割、逆转截割、向和逆自由面截割以及截割顶底板和夹矸等截割状态,分析截齿截割煤岩的过程与状态,构建了向和逆自由面截割状态特征量的数学模型和截割顶底板位置与占比的识别定量载荷关联特征模型,给出了截齿垂直、平行于层理方向截割力的累计占比计算方法,通过旋转截割实验验证截割煤岩载荷特征模型的准确性。根据截割顶、底板、夹矸岩层前后载荷变化导致的截割电机电流变化规律与调高液压缸两腔压力的关联性变化规律,结合截割状态的关联载荷特征模型,修正与预测截割状态和岩层位置,确定了修正采煤机调高调速行为协调控制的截割状态特征参量。研究表明:向自由面截割煤岩断裂位置大于逆自由面的,向自由面易于破碎煤岩,且截割载荷与比能耗均小;分别获取截齿截割顶底板载荷增量与方向角,载荷增量均与岩层厚度呈正相关性,但截割顶底板方向存在明显差异;随截割夹矸岩层厚度增加,截齿截割载荷增大,且截割载荷与夹矸位置呈抛物线关系;给出截齿垂直和平行层理截割力特征值占比的度量,反映截割顶板易于截割底板的特征;截齿向自由面截割煤岩理论和实验的截割阻力功特征值、断裂位置和断裂崩落线与截割点垂线夹角的平均误差分别为3.10%,3.37%和8.07%,验证了截割煤岩状态特征量数学模型的正确性。该研究通过给出融合载荷特征的截割状态修正与煤岩状态识别的理论基础描述,为进一步精准实现智能化采煤机调高-调速二元协调控制提供了借鉴。     

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。     

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。     

能辨别割煤和割岩的截齿

<正> 一种敏感的截齿被用在长壁式滚筒采煤机的截割滚筒上,滚筒上许多截齿中装上这样一个新的截齿(见图),就可用来测量该截齿的切割力,从而判断采煤机的截割滚筒是在割煤还是在割岩石。截齿组件由下列各部件组成;一个应变仪(作为负载传感器用)、一个调频应变发射器、一个宽带放大器和一根四分之一波长的並联馈电天线。     

镐形截齿破煤截割力的计算及影响因素分析

根据煤岩体的抗压强度，给出了镐形截齿破煤过程中截割力的计算公式。煤岩截割试验结果证明了截割力公式基本正确，在此基础上对破煤过程中镐形截齿截割力的影响因素进行了分析。     

MARK-22A型采煤机压力补偿流量阀

<正> 美国费尔查尔德公司MARK—22A型薄煤层连续采煤机的滚筒摆动液压系统中,采用了一种新型压力补偿流量阀,其液压系统如图1所示。按MARK—22A采煤机割煤方法,设在机器截割部的双滚筒需绕中心O相对机器行走部左右摆动,最大摆动角度为±45°。摆动由两个摆动油缸10和11的同时伸缩来实现。油缸活塞杆端部和油缸底部分别铰接在截割部和行走部上。为了达到采煤机最大合理生产能力;改善截齿受力状况,提高截齿工作寿命;降低割煤过程中滚筒与煤壁之间的摩擦损失,要求割煤切削厚度在切削过程中保持均匀,即滚筒的摆动速度应保持稳定,不受切削阻力的影响。因此在摆动油缸液压回路中设置了由压力补偿流量阀1、5,压力阀     

镐形截齿与刀型截齿的数值模拟比较研究

采煤机的镐形截齿和刀型截齿是采煤机截割过程中的重要组成部分,是研究截割煤岩体的过程中的重要依据。为了比较两种刀具的截割性能,使用颗粒流软件PFC~(3D)对镐形截齿和刀型截齿截割煤岩体的过程进行了数值模拟仿真分析。实际分析结果表明,软件PFC~(3D)能够更为直观地观察煤岩体破碎过程中的微观过程,有利于研究煤岩体破碎的微观过程。本次数值模拟仿真对比了两种刀具的优劣,对后续的采煤机安装截齿有一定的指导意义。     

采煤机滚筒截齿截线距有限元分析与优化

主要针对采煤机滚筒截割比能耗问题,以某型采煤机为例,利用UG三维CAD软件和ANSYS/LS-DYNA对滚筒截齿的截线距和进行了模拟分析,得到了在不同切削厚度工况下镐形截齿承受的截割力、一定时间内截煤总体积、滚筒所受截割扭矩以及截割比能耗等,根据所得数据分析可得截线距和截割比值以及采煤机截煤效率之间的关系,对优化采煤机设计具有一定的现实意义。