基于Pro／TOOLKIT的截割头截齿及齿座虚拟装配

通过建立单个截齿及齿座的定位模型,应用PROE的二次开发工具包Pro／TOOLKIT、VC＋＋和数据库技术,开发出掘进机截割头截齿及齿座的虚拟装配程序。该程序只需输入所有截齿定位模型的参数数据,即可得到整个截割头截齿与齿座的装配体。由此装配体能确定各个齿座的安装平面。进而得到满足设计要求的截割头头体,实现整个截割头的虚拟装配。为质量高、性能好的掘进机截割头的研发提供了一种高效、快捷的途径。     

连续采煤机截齿截割能力的分析

为了确定连续采煤机截齿截割能力和其对煤岩的适应性,由截割电动机的功率求得连续采煤机截齿的平均截割力,对镐形齿进行截割实验,然后比较截割力的实验测定值与理论值,给出了适于截齿截割煤岩的截割阻抗,并计算分析了滚筒直径、滚筒的转速、截割功率和同时工作齿数对单个截齿截割力的影响。     

基于H-J-C本构模型的掘进机截齿破岩过程的数值模拟

针对掘进机实际外负载难以获取及其载荷特性难以正确把握的现状,提出了利用接触动力学、岩石力学和有限元法等理论和方法构建在显示动力学分析程序LS-DYNA环境下基于H-J-C本构模型的截齿与岩石的接触动力学模型数值模拟平台;利用该平台对掘进机镐形截齿的横摆破岩过程进行了数值模拟,得到了截齿受到的三向阻力曲线;通过载荷特性分析,验证了所得载荷曲线的准确性,并获得了某工况下截齿载荷的主要频率结构;分析了截齿的碎岩机理,发现岩石的破碎是与截齿直接接触的岩石的拉压应力和其周边的剪切应力集中综合作用的结果.     

不同围压与不同截齿侵入角作用下镐形截齿破岩数值模拟分析

为分析围压、截齿侵入角等对镐形截齿破岩效果的影响,采用颗粒流离散元法对不同围压和截齿侵入角下的镐形截齿破岩进行数值仿真,研究不同围压与截齿侵入角下对应的岩石破碎模式、牵引力、切割力以及裂纹数目的变化。研究表明:随着围压与截齿侵入角的变化,截齿破岩时呈现3种破坏模式:当围压为0~20 MPa、截齿侵入角为45°~60°时,可以产生向岩石内部扩展的裂纹,最利于破岩;当围压一定,截齿的侵入角为45°左右时,切割力最大而需求的牵引力最小,且两者波动最小,切割岩石最稳定;当截齿的侵入角为45°时,破岩效果最好,侵入角为60°时,围压10~20 MPa左右破岩效果较好,当截齿的侵入角为90°时,围压对截齿破岩无影响,且切割效果差。通过模拟,得出合适的截齿破岩参数,为截齿参数的选择提供指导。     

螺旋钻采煤机钻头载荷的模拟研究

为了研究螺旋钻采煤机钻头的力学特征和动力学行为,通过截齿受力分析,给出了单个截齿上各阻力的计算方法.在此基础上建立了钻头三向载荷的数学模型,利用编制的计算机程序,模拟得到了在不同煤岩、不同结构参数下钻头的载荷曲线.结果表明,钻头载荷存在明显的波动,且载荷大小随煤岩硬度的增加而增加,随钻头直径的加大而增大;在钻头直径一定情况下,钻头的锥角越大,钻头的载荷越大.研究结果对于合理选择螺旋钻采煤机、正确地确定钻头的结构参数、改善螺旋钻采煤机的性能、提高钻采效率有重要的意义和参考价值.     

连续采煤机工作面硬质包裹体分布的模拟研究

短壁工作面上硬质包裹体的分布直接影响连续采煤机的截割阻力、机器振动、工作噪音和截割的经济效益。文章在假定包裹体的几何形状为旋转椭球体的情况下,对长轴尺寸服从均匀分布、正态分布、指数分布、威布尔分布、伽玛分布和贝塔分布下的硬质包裹体在煤层中的分布进行了计算机模拟,并分析了各种情况的特征,为了解连续采煤机工作面硬质包裹体的分布、研究其截割过程和机器的工作性能创造了条件。     

采煤机截割部虚拟仿真中的关键技术研究

以某煤机公司的采煤机截割部可靠性研究项目为依托,研究了计算机虚拟仿真中的关键技术,提出了保证仿真精度、提高仿真速度、缩短仿真时间的具体措施,大大提高了Pro／E、MATLAB、ADAMS和ANSYS四款软件协同仿真的可操作性;发现了该采煤机截割部的薄弱环节,如行星架刚度不足、摇臂壳体出现局部应力集中等;在仿真的基础上对壳体结构进行了改进,得到了优化的采煤机截割部传动机构,保证了截割过程的可靠性,对降低研发成本,节省研制时间,提高产品质量具较强的实用价值。     

巷道布置对围岩稳定性影响的数值模拟

采用理论分析不同应力场下巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的最佳角度,利用数值模拟不同夹角情况下,巷道围岩应力分布、正前方应力分布及变形特征。得出：1）最大水平主应力σH〉最小水平主应力σh〉垂直主应力σr时,最佳角度为0°;σt〉σH〉σh时,最佳角度为90°;σH〉σa〉σA时,最佳夹角为α0.2）巷道开挖后,水平应力在两帮出现应力降低区,在顸、底板出现应力集中区;垂直应力在两帮出现应力集中区,在顶、底板出现应力降低区;随角度变化,应力变化区均有明显变化,正前方断面的最大主应力变化明显。3）巷道达到最佳角度时,围岩变形相对较小,最大主应力围绕在巷道周边,呈环状或类环状分布;其它角度时,围岩变形相对较大,最大主应力逐渐向顶、底板的四角或两帮发展。     

两硬薄煤层综采工作面围岩运动规律与矿压显现规律研究

针对姜家湾煤矿8213薄煤层综采工作面的地质条件,并结合8213薄煤层工作面现场连续观测矿压数据,应用相似材料模拟和现场实测两种方法对工作面矿压显现规律及围岩运动规律进行研究.研究表明,姜家湾矿8213工作面老顶初次来压范围是40～41 m,老顶周期来压是12～22 m,来压期间矿压显现强度平均在20 MPa左右,顶板运动范围为工作面上方6～23 m.这说明薄煤层工作面顶板的运动范围较小,工作面来压强度较低.     

急倾斜煤层巷道围岩变形破坏机理及支护研究

急倾斜煤层巷道大多采用单一的支护体系,变形破坏极为严重.为了找出适合急倾斜煤层巷道的支护体系,对急倾斜巷道围岩变形破坏特征进行了深入的分析.以赵家坝煤矿3964运输平巷作为研究对象,借助岩石点荷载试验、围岩松动圈测试和数值模拟软件,对该巷道围岩力学性质、围岩松动范围、应力分布、变形情况分别进行研究,得出急倾斜煤层巷道围岩变形破坏机理,提出了锚网索钢带+注浆的支护体系.工程实践表明,该支护体系大大增强了急倾斜煤层巷道的稳定性,为急倾斜煤层巷道支护提供了科学依据以及实践经验.