基于多传感器的采煤机滑靴受力检测系统研究

采煤机实际运行过程中工况环境恶劣,滑靴作为连接采煤机与刮板输送机的重要部件,在剧烈的非线性冲击载荷下极易损坏,直接影响采煤机工作效率,降低煤矿井下生产效益。为研究斜切工况下采煤机滑靴力学特性,以MG500/1130-WD型电牵引采煤机为研究对象,构建斜切工况下采煤机整机空间力学模型。根据煤岩截割理论,结合煤岩性质与采煤机结构参数,利用Matlab求解计算采煤机滚筒截割载荷与滑靴各接触载荷,提出一种基于平滑靴销轴传感器、导向滑靴销轴传感器、导向滑靴销轴拉力传感器等多传感器融合的采煤机滑靴受力检测系统,并依托国家能源煤矿采掘机械装备研发试验中心进行现场实验验证。实验结果表明:采煤机工作过程中,同种滑靴受力大小基本相同,后侧滑靴所受载荷略大于前侧滑靴所受载荷,平滑靴支撑力大于导向滑靴支撑力且导向滑靴轴向载荷明显大于竖直方向载荷。实验过程中滑靴最大载荷出现在斜切进刀阶段,受刮板输送机位姿、落煤等因素影响,实验值均大于理论值。利用Solidworks建立滑靴三维模型,将现场实验数据导入ANSYS对滑靴进行有限元仿真分析,得到采煤机滑靴最大斜切受载下的应力云图与位移云图,为滑靴结构优化提供基础。     

实际工况下采煤机导向滑靴受力及疲劳寿命研究

为了研究采煤机导向滑靴的疲劳寿命,利用Pro/E建立整机的三维立体模型,并将其保存成IGS格式导入ANSYS中。利用实验测得采煤机滚筒的截割数据作为外载荷,进行动力学仿真,得到采煤机导向滑靴的应力、应变的分布规律。利用水流计算法对仿真结果中的导向滑靴受力进行雨流计数与外推,以外推得到的载荷谱作为外载荷,采用ANSYS/n-code软件对导向滑靴疲劳寿命进行计算。研究结果表明:采煤机导向滑靴具有良好力学性能,最小疲劳寿命约为421 d,研究结果为导向滑靴的结构优化及损坏原因分析提供了理论基础。     

采煤机整机非线性静力学特性研究

为研究大跨度、过约束条件下采煤机支撑滑靴受力特点,考虑采煤机倾角及俯仰角等因素影响,构建了18个载荷下的采煤机整机静力学模型,针对模型系数矩阵的不确定性,提出采用改进凝聚函数对采煤机静力学方程的绝对值系数矩阵进行了处理,获取修正后的光滑非线性方程组,将截割实验下的滚筒三向力载荷作为输入激励代入到静力学方程中,再利用Levenberg-Marguardt算法对方程组进行求解,得到各滑靴受力的理论计算值,并与实际测量值进行比较,误差范围在10%以内,验证了理论模型的正确性。采用控制变量法分别改变采煤机倾角和俯仰角的取值,研究采煤机倾角和俯仰角变化对采煤机各滑靴受力的影响。研究结果表明:采煤机倾角变化对前后导向滑靴侧推力影响较大,对前后导向滑靴以及平滑靴支撑力影响较小;采煤机倾角变化对各滑靴受力均有一定的影响,且受力变化呈近似线性关系。     

基于滚筒实验载荷的采煤机滑靴动力学特性分析

针对采煤机平滑靴、导向滑靴、刮板输送机销排之间寿命不匹配、可靠性低的问题,采用虚拟样机技术建立了包含刮板输送机中部槽线路形态特征、摇臂柔性变形特征、平滑靴与中部槽接触摩擦特征、导向滑靴与销排含间隙接触碰撞特征、驱动轮与销排的接触啮合特征的采煤机刚柔耦合动力学模型,再以滚筒实验载荷为激励对模型进行仿真研究,结果表明：在实验载荷激励下,致使左平滑靴在 y 向的载荷大于右平滑靴,两者载荷仿真均值约为198.2,78.2 kN,在 z 向载荷相接近,仿真均值约为-20.0,-16.5 kN;左、右导向滑靴在 y 向的载荷仿真均值约为42.0,45.2 kN,在 z 向载荷均值约为289.9,270.1 kN;通过实验验证了仿真结果,并利用仿真模型分析了不同俯仰角、侧倾角情况下滑靴受力变化规律,为研究不同工况下采煤机整机力学特性提供依据。     

采煤机自适应滑靴系统研究

针对采煤机在仰俯采时,由于仰俯角过大导致采煤机导向滑靴出现载荷过大而出现采煤机卡死和导向滑靴出现磨损、断裂等情况,提出了采煤机自适应滑靴系统。该系统包含了自适应导向滑靴和采煤机仰俯角调节机构。能够对采煤机的仰俯角进行不同角度的调节,使采煤机在仰俯采时,导向滑靴和支撑滑靴处的受力达到均衡,进而提高导向滑靴和支撑滑靴的寿命。该方法也为采煤机设计提供了新思路,具有一定的借鉴价值。     

动力参数匹配下的采煤机斜切力学模型的建立及应用

整机受力变化规律合理确定是采煤机设计的理论基础。基于动力参数匹配方程的基础上,建立了满足牵引力平衡约束条件的采煤机斜切力学模型。结果表明,在不同的煤层倾角,滑靴受力与生产实际是吻合的。     

MG400/920WD型采煤机导向滑靴的有限元分析

以MG400/920WD型采煤机导向滑靴为研究对象,通过对导向滑靴力学分析和有限元分析,得到了导向滑靴在危险工况下的受力与应力分布情况,找出导向滑靴最容易发生磨损失效的位置,为研究人员对导向滑靴的结构设计提供一定的参考,从而提高导向滑靴性能的可靠性。     

采煤机自适应导向滑靴的研究与探讨

阐述了一种采煤机自适应导向滑靴的新型结构,针对传统采煤机导向滑靴在仰俯采时由于倾角过大而出现卡死和导向滑靴处受力过大而导致其失效的问题,提出了一种能够通过改变采煤机倾角,降低导向滑靴自身受力,提高其使用寿命的新型导向滑靴结构,解决了以往导向滑靴在仰俯采工况时频繁更换,行走轮断齿的问题。也为采煤机导向滑靴设计提供了新思路。     

采煤机导向滑靴接触比压的分析与计算

从采煤机导向滑靴的使用工况及受力分析出发,针对采煤机的俯采工况提出了一种导向滑靴接触比压的计算方法,为采煤机导向滑靴结构设计提供了理论基础,为俯采时采煤机导向滑靴的选择提供了依据。     

采煤机导向滑靴的有限元分析

针对导向滑靴在采煤过程冲击载荷较大并易发生损坏,对采煤机的生产状况造成影响。以导向滑靴为研究对象,利用有限元对导向滑靴进行受力分析。经分析运算:获得导向滑靴的应力云图,找出应力集中位置,然后对导向滑靴的应力集中处结构加以改进,从而减小应力集中现象,加强了导向滑靴的结构。     

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性分析

采煤机螺旋滚筒急速滚转控制稳定性直接影响采煤机的截割性能和作业效率。为此,以某类型采煤机为研究对象,导入采煤机螺旋滚筒基础信息,运算采煤机螺旋滚筒急速滚转控制条件下的载荷信息、截割比能耗、载荷波动系数、受载信息、截割功率。以A1类、A2类两种截齿分布不同的螺旋滚筒为例,计算两种螺旋滚筒的载荷信息、截割功率。研究结果表明,A2类螺旋滚筒急速滚转控制下稳定性最优;A2类螺旋滚筒在多个固有频率阶数下截齿稳定性最差;在多个情景中,A2类型螺旋滚筒在急速滚转控制时,夹矸坚固性系数、牵引速度对其稳定性存在直接影响,螺旋升角对其稳定性不存在直接影响。     

含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构载荷问题

通过对含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构实际工况的分析,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的受力模型,利用Matlab软件编制了滚筒瞬时负载的模拟程序;生成了滚筒瞬时负载的文本文件,并将其成功地导入机械系统运动学和动力学仿真软件ADAMS环境下建立的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统中,为定量研究采煤机截割部工作的可靠性提供了条件,使复杂煤层赋存条件下的薄煤层实现综采成为可能.研究结果表明,利用Matlab能准确地模拟复杂地质条件下采煤机工作机构遇到大块、硬结核体时滚筒瞬时负载的剧烈变化;Matlab文件操作函数生成负载文本的方法,能有效处理具有非线性、时变性、强耦合的复杂载荷问题.     

突变工况下滚筒式采煤机调速控制策略研究

基于Matlab/Simulink建立了包括采煤机牵引部、截割部和控制系统的整机耦合控制模型,针对煤岩夹杂引起的突变工况,以采煤机可靠运行和高效生产为目标,提出了基于截割电机额定转矩的截齿切削厚度控制目标的计算方法,得到煤层截割阻抗与截齿切削厚度控制目标的对应关系;基于滚筒负载特性和破岩能力制定了针对不同突变工况的滚筒调速控制策略和牵引-滚筒协调控制策略;最后将提出的上述两种调速控制策略与传统牵引调速控制策略进行对比。结果表明：当煤层突变载荷较小时,采用滚筒调速控制策略不仅可有效降低采煤机机电系统动载荷,而且可保持采煤生产率不变;当煤层突变载荷较大时,采用牵引-滚筒协调控制策略可有效降低采煤机机电系统动载荷,并对采煤生产率影响较小。     

采煤机滚筒截齿失效工况的影响分析及对策

通过生产实例分析了采煤机滚筒及截齿磨损后引起的性能参数变化及其效应,过载或冲击载荷下的瞬时负载变化对采煤机的刚度及平稳性的影响,以及传动系统磨损的宏微观特征。分析结果表明,采煤机在滚筒截齿失效条件下工作时,落煤、装煤能力下降,瞬时负载明显增大,截割机构、牵引机构传动系统加剧磨损,引发工作机构连锁故障。同时针对以上安全隐患,提出了相关的改进措施及建议。     

采煤机工作机构载荷模拟

通过对采煤机工作机构实际工况的分析,建立采煤机滚筒在复杂煤层条件下受力模型,并通过Matlab软件编写计算程序,求得滚筒瞬时负载时变曲线,同时将生成的负载导入到多体动力学软件ADAMS中,为研究采煤机截割部受力提供了理论依据,也为采煤机负载计算提供了新思路。     

采煤机负载功率谱分析技术

介绍了小波变换的基本概念和滤波特性,给出了小波变换作为一种新的分析工具在非平稳信号分析中的应用方法。采煤机负载功率信号具有很强的随机性,其负载特征是采煤机强度设计、控制系统设计和工作机构合理匹配设计的主要依据。应用小波变换的"可变焦"特性对采煤机负载功率信号进行了多尺度时频分析,分析结果对采煤机工作状况监控和采煤机的设计具有实际的应用价值。     

采煤机摇臂力学分析与结构优化

以MG710-WD型采煤机摇臂为研究对象,在两种工况条件下,用ANSYS软件对摇臂危险截面进行有限元分析,得到等效应力分布情况及疲劳寿命,为摇臂的结构优化提供理论参考。     

基于Matlab/Simulink的采煤机液压调高系统仿真

简述了滚筒式采煤机液压调高系统的原理,利用Matlab/Simulink程序包搭建了液压仿真模型,采用弹簧、阻尼和质量元件组合模拟采煤机滚筒切入煤壁的冲击载荷。仿真结果表明:滚筒截割入煤壁的冲击载荷对油缸和液压系统影响很大,对油缸结构和液压系统的进一步改进设计有一定的指导作用。     

采煤机截割部中滚筒座的有限元分析

采煤机滚筒座在截割部中的作用主要是连接并输出动力给截割滚筒,从而让采煤机完成割煤和装煤。它是整个传动系统中受力情况最复杂,传递力和扭矩最大的零件之一。利用UG三维造型软件建立某新型采煤机截割部行星减速机构的简化模型,并对该机构中的滚筒座进行结构和强度分析,得出滚筒座在所受载荷下的应力和应变云图。结果验证了该减速机构中的滚筒座结构设计是合理的,对其他同类机械的结构设计及优化研究具有一定的参考价值。