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。     

预裂辅助冲击截齿的破煤特性

近年来我国煤炭资源持续性大规模开采,如今国内的整体煤炭开采难度与日俱增,硬质煤层和黏性煤层的比例增加是制约煤炭开采效率的主要因素,而传统机械破煤技术很难实现硬煤、黏煤的高效截割。因此针对传统截齿在硬质和黏性煤岩破煤效果不佳的问题,从煤壁辅助预裂与截割相结合的角度出发,利用理论分析和数值模拟的方法研究了冲击预裂与截齿截割煤岩破碎特性,在综合考虑实际工作中的牵引、回转与冲击运动,提出了截齿运动轨迹模型,建立了预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹数学模型,得到了截齿破煤运动轨迹的解析解。并根据分析结果建立了预裂辅助冲击截齿与传统截齿的单截齿滚筒破煤离散元模型,从破煤颗粒实际占比、破煤难易程度、截齿受力波动等角度对两种截齿的破煤特性进行了对比分析。研究结果表明:在破煤颗粒实际占比上,预裂辅助冲击截齿在煤体硬度同为f6时提高了31%,当黏度黏聚力为2.6 MPa时预裂辅助冲击截齿的效率提升接近14%;在破煤难易程度上,预裂辅助冲击截齿在硬度值为f6时可降低50%的破煤难度,当黏度黏聚力为1.88 MPa时,预裂辅助冲击截齿可降低约12%的难度;在截齿受力波动上,预裂辅助冲击截齿在硬质煤或黏性煤均能够减小近7 000 N的力,因此,开展预裂辅助冲击截齿的研究,将有利于破碎硬质和黏性等特殊煤岩介质。     

基于单截齿的液压冲击与截割联合破煤岩过程研究

针对煤岩截割过程中存在的截齿磨损严重、截割结构失效等普遍问题,采用预裂与截割联合破煤岩原理,设计了一种液压冲击与截割联合的截齿,并采用EDEM离散元软件模拟截齿液压冲击与截割联合破煤岩的过程,分析有无冲击预裂的破煤岩性能,研究结果表明:煤岩普氏系数的增加均会使2种截割方式的截割效率降低,煤岩普氏系数越大,2种截割方式的截割效率差距就越大,且有冲击作用方式的截齿可以输出更大的截割力;截齿在有冲击作用下的截割效率相比无冲击作用下的截割效率最高提升了15%以上,在截割力输出性能最大提升20%以上,因此,该冲击预裂方式有助于破碎煤岩。     

35CrMo截齿失效原因分析与预防

观察和测试了35Cr Mo钢失效截齿的组织及冲击性能,分析了截齿失效的原因,结果表明,35Cr Mo钢截齿断裂的主要原因为组织中存在过多的夹杂物,冲击值达不到要求。防止截齿断裂的主要途径为改善截齿材料的冶金质量及改进热处理工艺,以提高截齿的韧性,减轻截齿的磨损应增加截齿工作部分的硬度或在需要耐磨的部位增加耐磨层等。     

基于FEM-SPH算法矸石层对采煤机截齿的影响分析

采用转换算法的FEM-SPH耦合方法,建立了截齿冲击复杂煤层的三维模型,研究了截齿冲击矸石层的机理,分析了矸石对截齿载荷的影响,最后探讨了不同截齿排列方式对复杂煤层的适应性。     

基于三维FEM-SPH转换算法的截齿冲击结核体仿真分析

采用基于转换算法的FEM-SPH耦合方法,通过建立截齿冲击煤层及其内部结核体的三维模型,分析了截齿冲击位置对截齿载荷的影响,探讨了结核体尺寸与截齿载荷极值的关系,最后研究了结核体剥落的机理,结果表明:结核体尺寸和截齿冲击点是决定结核体剥落机理的主要因素,可以将其划分为旋转、压入、松动、截断、切削5种,且剥落载荷极值的大小顺序为截断切削压入旋转松动;当结核体几何中心点处于截齿截道上时,截齿的截割阻力极值最大,切向载荷最大,当截齿冲击点位于中心点两侧时,侧向载荷极值最大,当结核体几何中心位于截道外侧时法向载荷最大;截齿载荷极值与结核体长轴长度呈指数关系,并拟合出了关系式;3个方向的载荷极值与长轴尺寸也为指数关系,并给出了拟合公式。     

采煤机冲击截齿驱动系统设计研究

针对当前煤矿开采过程中所产生的大量末煤和粉尘,提出冲击预裂开采工艺方法,以降低末煤和粉尘量的产生。设计一种用于冲击截齿工作的直线电磁柱塞泵液压冲击系统,为采掘设备上的冲击油缸提供冲击动力,使滚筒上的截齿在截割的过程中,截齿还能产生冲击运动而对煤岩体进行同步预裂。该液压冲击系统液路结构独特,并能产生液压谐振效应,设计的直线电磁柱塞泵结构简单,工作性能安全可靠,故障率低。整个系统采用模糊算法进行智能控制,能为截齿提供精确的冲击力度和频率控制。     

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。     

激光熔覆技术应用于掘进机截齿的研究

掘进机截齿长期受到交变的冲击载荷,常因过度磨损而失效。对截齿合金头部分进行激光熔覆处理,并用ANSYS软件对截齿进行动力学和疲劳分析。计算发现,熔覆层能有效提高截齿的使用寿命。激光熔覆技术具有良好推广前景。     

滚筒采煤机冲击式截齿冲击次数与位置的设计与计算

滚筒采煤机冲击式截齿冲击次数与位置的设计与计算阜新矿业学院孙奇涵，段红霞，孙聃为了减小截割阻力，我们研制了一种采煤机的冲击式工作机构。在滚筒轴上安装一个多作用凸轮和中心齿轮。在其通过行星传动带动滚筒旋转的同时，通过凸轮、顶杆使截齿作伸缩运动，向煤壁进...     

截齿辅助冲击作用下坚硬煤体的破碎特性

近年来硬质煤层比例不断上升,传统机械截割方法在硬煤条件下的效率低下一直是我国煤炭生产行业的攻坚难题,寻求一种对硬质煤层具有强适用性的破碎方法成为煤矿智能化建设的重要科学问题.冲击与截割协同破煤技术是一种新型硬煤开采方式,其通过利用截齿在运动切线方向上的往复冲击使煤体内部产生破坏,降低硬煤开采难度.而考虑到截齿冲击的时空...     

基于液压冲击截齿的采煤机滚筒改装设计

为提高滚筒采煤机截割效率,节约电能,对截割部的滚筒进行改装设计,设计了新型小尺寸液压冲击截齿和高性能回转接头,实现冲击力的精确传递以及水、液压油的输送。基于闭式系统及负载敏感技术,采用电液控制方式驱动冲击截齿。重点分析了液压系统工作原理,对主要元件参数进行详细计算,并设计了电气系统,驱动截齿工作。改装后的采煤机在节约电能、减少煤末及粉尘量等方面均有较大改善,取得了良好的效果。     

振动截割式掘进机的研制

介绍国产振动截割式掘进机的研制、井下工业性试验以及有关参数的测试。该产品采用了惯性冲击式激振器,产生高频冲击扭矩叠加到截割头的截齿上,提高了掘进机截割煤岩的硬度,扩大其使用范围     

加热温度对无碳化物贝氏体截齿钢组织和性能的影响

研究了奥氏体化加热温度对贝氏体截齿钢组织和力学性能的影响。实验结果表明,随加热温度的提高,抗拉强度在880℃出现最大值,硬度值随加热温度的提高而下降,冲击值在920℃出现最大值。不同奥氏体化温度加热空冷,贝氏体钢截齿材料的组织主要为板条状贝氏体铁素体和少量残余奥氏体。贝氏体钢截齿生产时,可根据不同的钎焊焊料,钎焊硬质后的截齿热处理加热温度采用880℃加热或920℃加热,获得力学性能指标抗拉强度Rm=1 330～1 480 MPa,冲击功AKV=75～92 J,材料具有良好的强韧性,力学性能能够满足截齿力学性能的要求。     

EBJ—160型掘进机强力截齿

EBJ—160型重型掘进机强力截齿的研制是国家“八五”攻关项目“重型掘进机研制”中的一项主要内容。截齿质量的好坏直接影响掘进机在岩石硬度较高的半煤岩巷道中进尺，截齿消耗也是掘进机的一项重要考核指标。强力截齿的工作对象是岩石，其破岩机理是：截齿加力冲击契入岩石体，在小空间产生集中应力，形成密实核，继续加力，密实核喷发，截齿与岩石产生剧烈摩擦，使岩石剥落。截齿的正常破坏形式是磨损。当岩石中石英含量较高时，磨损加剧，同时产生高温，此外由于选材和工艺问题常常发生刀杆折断、合金头脱落、崩刀等现象。重型掘进机截…     

巷道掘进机截割头转速优化分析

从巷道掘进机截割头节能破煤的角度出发,利用冲击力学与弹性力学原理,结合剪切强度破坏准则,建立截割头与煤岩体相互作用耦合的破岩力学模型,得到满足破岩要求的临界截割头转速解析式,定量地给出矿用掘进机最小耗能的截割转速计算方法。在此基础上,分析了冲击作用时间、煤岩体力学参数、截割头形体参数和截齿参数对临界转速的影响规律,指出冲击时间、煤岩体内聚力及截齿直径是影响转速的主控因素。     

35SiMnMo截齿钢淬火不同温度回火组织和性能的研究

研制了一种截齿用新型35SiMnMo钢,研究了淬火不同温度回火对新型截齿钢组织与性能的影响。结果表明,35SiMnMo截齿钢在880℃油淬200～350℃回火,具有超高强度和较高的冲击韧度,550～600℃回火,具有高强度和很高的冲击韧度,400℃回火出现回火脆性。880℃油淬350℃以下回火的组织为板条马氏体、贝氏体和残余奥氏体组织,超过350℃回火,碳化物逐渐析出,550～600℃回火组织为索氏体,具有较高的冲击值。880℃油淬200℃回火的冲击试样断裂机制为韧窝机制,400℃回火冲击试样断裂机制主要为准解理断裂。     

35SiMnMo和42CrMo钢截齿体组织及性能的比较

研究了35SiMnMo和42CrMo钢截齿体的组织及性能。结果表明:35SiMnMo齿体的硬度满足行业标准要求,但低于42CrMo齿体的硬度。42CrMo齿体冲击韧性低于行业标准值要求,35SiMnMo截齿齿体冲击值高于行业标准要求。35SiMnMo齿体表面组织为马氏体、贝氏体及残余奥氏体的复相组织,芯部主要为贝氏体组织。42CrMo齿体表面组织主要为马氏体组织,存在少量贝氏体和铁素体组织,芯部主要为马氏体,存在一定量的索氏体组织和铁素体组织,马氏体组织降低截齿的韧性。     

采煤机截齿齿体材料及工艺分析

。。u／．煤机工作环境十分恶劣，煤层。'NI＼中夹杂着大量煤研石等杂质。。。截齿在高冲击、高应力和高磨损条件，下，同时在截肩处受到很大的弯矩采＿剪切应力。其主要失效形式为刀头用。'落、磨损和刀体折断。影响就尚先被原因主要是齿体的材料［l］，齿体除应具有较高的强韧性外，还要有效地保护齿尖的正常工作。为了提高截齿的寿命，降低生产成本，本文对采煤机截齿齿体材料及工艺进行了分析和探讨，提出了进一步开展研究工作的方向。1截齿齿体材料及工艺分析11普通低合金钢在采煤工况条件下，截齿齿体材料的硬度和韧性是同样重要的两…     

截线间距与截齿截深的比值对截齿截割力的影响

为了研究截齿在破岩过程中的截割力,进一步提升截齿截割效率,用SolidWorks建立了截齿截割岩石的三维模型,使用HYPERMESH对模型进行网格划分,利用ANSYS/LS-DYNA动态仿真软件,建立了截齿破岩三维有限元模型,采用Holmquist-Johnson-cook(HJC)模型对岩石材料进行了数值模拟,研究了切削厚度分别为2.5、5、7.5 mm时,不同截齿中线间距所对应的截线间距与截齿截深的比值对截齿截割力的影响,结果表明:改变截线间距来改变截线间距与截齿截深的比值时,截齿所受的截割力会产生波动,不同的截齿截深所造成的截齿最小作用力对应的比值不同;同时,截齿截深所影响的截齿作用力在实验中占较大一部分,因此,在合适的截齿截深的条件下,合理改变截线间距与截齿截深的比值可以有效减少截齿所受的截割作用力,提高截齿的寿命。