采煤机机电液短程截割传动系统设计与性能分析

截割部是滚筒采煤机最重要的组成部分,也是最易产生失效的部分。可靠性低和适应性差的问题是现有滚筒采煤机截割部存在的主要问题,针对这些问题设计了一种机电液短程截割传动系统及其自适应控制策略。为了验证该方案的有效性和可行性,建立了泵控马达系统、蓄能器和滚筒负载的数学模型,基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真平台,建立了MG300型电牵引采煤机整机模型,并进行了各典型工况下的性能分析,结果表明搭载机电液短程截割传动系统的采煤机在各种煤层下均能实现滚筒转速的良好调节且效率维持在70%以上,能保证截割电机或牵引电机的恒功率运行,能实现缓冲减振,并且在部件失效时能实现系统降功率运行从而避免停工损失。因此,仿真结果表明所设计截割传动系统具有良好的自适应能力和可靠性,为采煤机截割传动系统的设计与优化提供了理论依据,为进一步实现工程应用奠定了基础。     

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。     

螺旋滚筒截割煤岩的LS-DYNA仿真模拟

为了研究螺旋滚筒截割煤岩体的截割机理,运用Pro/E和LS-DYNA建立了螺旋滚筒截割煤岩体的三维仿真有限元模型,并对截割过程进行了动态仿真模拟。由仿真结果可知:螺旋滚筒在截割煤岩体时,煤岩体局部首先受到挤压和截齿的截割而出现裂纹和崩落,随着螺旋滚筒的继续进刀和裂纹的继续扩展,最终出现大块煤岩体崩落;螺旋滚筒截割煤岩体所受的截割阻力呈对称周期性的作用在截齿上,且三向力波动状态相似;螺旋滚筒截割煤岩体的功率随负载也出现波动;煤单元在从煤岩体崩落前出现重复破碎。该项研究为螺旋滚筒截割煤岩体的动态建模和仿真提供了新思路。     

MG160/390-WD采煤机离合器装置的研制与应用

针对MG160/390-WD型采煤机截割电机无离合器功能缺陷进行技术改造,通过改造实现了采煤机滚筒的离合功能,可使左右截割电动机通用。在采煤机双电机截割部检修时,有效地断开电机与滚筒之间的连接,保证了作业人员的安全。     

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。     

新型阶梯滚筒截割性能研究

针对薄煤层采煤机截割夹矸煤层效率较低的问题,研究了一种新型阶梯滚筒。为分析新型阶梯滚筒的截割性能,采用非线性软件LS-DYNA对传统滚筒与新型阶梯滚筒进行截割煤岩仿真研究,分析传统滚筒与阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩。研究结果表明:在截割效率相同的情况下,除第一刀,阶梯滚筒截割煤岩时所受的截割及进给扭矩均小于传统滚筒,说明该新型阶梯滚筒的截割性能比传统滚筒更加优异。     

采煤机镐形截齿疲劳寿命分析及优化

为了寻找采煤机镐形截齿合理的安装姿态,并分析和提高镐形截齿的疲劳寿命,以MG600采煤机滚筒为研究对象,利用UG建立4种不同切向安装角度截齿的MG600采煤机滚筒,通过LS-DY-NA对这4种采煤机滚筒截割煤壁的过程进行模拟,得出镐形截齿所受的截割阻力图,将所求得的截割阻力数据导入MATLAB中求出截割阻力均值,在UG/NASTRAN中将此截割阻力均值加载到不同切向安装角度的截齿上并分析其疲劳寿命.研究结果表明,切向安装角度为45°镐形截齿的疲劳寿命最长,且不易折断.     

采煤机截割滚筒自适应作业技术研究

截割滚筒是采煤机的重要工作部件,其运行性能会对采煤机整体性能产生决定性影响。以MG132/320-W型采煤机截割滚筒为研究对象,在对滚筒基本运动形式进行分析的基础上,研究了滚筒的自适应速度调节技术。在测试滚筒实际力矩的基础上,可以预测煤岩硬度并确定滚筒的目标转速,利用PID控制器对截割滚筒速度进行自适应调节;在采集采煤机截割滚筒历史数据信息的基础上,通过LSTM-ResNet网络可对截割滚筒的运动轨迹进行预测,并根据预测结果对滚筒的运行轨迹进行调节控制。对截割滚筒自适应作业技术开展实验验证工作,结果发现滚筒的轨迹预测以及轨迹跟踪结果与实际情况虽然有一定误差,但误差相对较小,完全在可接受的范围以内,说明本文提出的自适应作业技术是可行的,能显著提升采煤机的智能化水平。     

新型薄煤层滚筒采煤机的开发与应用

<正>针对目前国内薄煤层采煤机的使用状况,为缓解我国厚薄煤层配采失调、采厚丢薄的现状,并推动薄煤层资源更有效地开采利用,研制了一种结构简单、操作方便、性能先进、安全可靠的薄煤层滚筒采煤机。1 MG200/400-BTFD新型薄煤层滚筒采煤机1)结构特点MG200/400-BTFD型链牵引滚筒采煤机采用永磁电动机经行星减速器后直接驱动截割滚筒,实现低转速大扭矩截割     

煤矿井下采煤机截割特性的优化

晋圣亿欣煤业井下所使用的MG300/730 WD型采煤机在使用过程中存在着截割作业振动大、截齿磨损严重的缺陷。为克服这个问题，对不同截割滚筒与采煤机的匹配性进行了研究。结果表明：新的错齿分布的截割滚筒显著提升了采煤机运行过程中的稳定性，降低了截齿磨损，提升了截齿的使用寿命，采煤机截割作业时的截割阻力矩波动比优化前降低了66.7%，截割功率波动比优化前降低了58.3%，截齿使用寿命提升了37%。     

MG410采煤机滚筒辅助叶片板的增设与应用

针对MG170/410-WD滚筒式采煤机在大倾角、仰角、“三软”煤层使用中遗漏在机道中的浮煤多、装煤效率低等问题,通过添加螺旋板数量对采煤机滚筒进行改造。改造后,在滚筒转速不变的情况下,提高抛煤效率,缩短了工作面割煤和工作面空顶时间,提高了装煤效率,从源头上降低了顶板管理的安全风险。     

截齿排列方式对薄煤层采煤机载荷的影响

根据采煤机破煤理论的单齿受力模型,应用Matlab软件编制计算机程序来模拟薄煤层采煤机滚筒的瞬时负载,得到滚筒随时间变化的载荷谱。并利用此程序对薄煤层典型的4种工况,分别使用4种不同截齿排列方式的滚筒进行了模拟截割,通过分析比较4种排列方式在不同工况下的载荷谱,得出了各截齿排列方式适用的工况范围,为薄煤层采煤机滚筒的设计与选用提供了更为可靠的理论依据。研究结果表明：在一般工况下,为了提高块煤率,推荐采用混合1式和棋盘式的截齿排列方式;在工况恶劣、冲击较大时,推荐采用小截距排列的混合2式截齿排列方式,避免采用棋盘式的排列方式;在含有断层较多,不可避免的要大量截割顶底板岩石时,推荐采用顺序式截齿排列方式。     

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。     

采煤机运动参数对块煤产量的影响

为了增加粉煤灰的反应活性,将原料粉煤灰（RFA）进行超细球磨得到超细粉煤灰(UFA),将超细粉煤灰与NaOH溶液反应后挤出成型烘干,得到超细粉煤灰基成型吸附剂(UFFA),通过XRD和SEM对其进行表征.研究了RFA,UFA和UFFA对Cr⁶⁺的吸附性能.结果表明：UFFA的吸附性能优于UFA,RFA最差; UFFA对Cr⁶⁺的吸附过程符合二级吸附动力学模型,吸附过程由颗粒内扩散过程控制.热力学研究表明：UFFA对Cr⁶⁺的吸附符合Langmuir吸附等温式;UFFA对Cr⁶⁺吸附热力学参数ΔG＜0,ΔH=－5.391 kJ/mol,表明吸附是自发放热过程.     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计

为实现采煤机螺旋滚筒在复杂煤层赋存条件下综合性能最优,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到了含坚硬夹矸及(或)硫化铁结核的复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了采煤机薄弱环节;结合EDEM离散元技术得到采煤机装煤性能。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析了螺旋滚筒设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建了螺旋滚筒多目标优化设计评价函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的螺旋滚筒最大应力下降,装煤率提高,螺旋滚筒综合性能得到提升,可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,为采掘机械设备的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑,具有普适性。     

提高采煤机滚筒综合性能的研究

滚筒的截割能力、装煤能力、块煤率是评价采煤机滚筒性能的主要标准,影响采煤机滚筒性能的参数:截割功率、滚筒直径、滚筒转速、滚筒的截齿数、叶片螺旋角、叶片头数。通过分析这些参数与截割能力、装煤能力、块煤率之间的关系,综合考虑这些因素,合理优化滚筒参数,是设计高性能滚筒的保证。     

采煤机滚筒运动参数的分析研究

根据采煤机截割理论,建立了滚筒截割比能耗与滚筒运动参数(滚筒转速、牵引速度)间关系的数学模型;同时,以畸变1式截齿排列的切屑图为基础,建立了块煤率与滚筒运动参数关系的数学模型.并以截割比能耗和块煤率的模型为基础,研究了滚筒运动参数的变化对截割比能耗和块煤率的影响,分析了不同形式的截齿排列与滚筒截割比能的关系.研究结果表明,采用畸变1式或畸变2式的截齿排列形式的滚筒,其截割比能耗最小;同时,截割比能耗和块煤率与滚筒转速成反比,与牵引速度成正比.     

薄煤层大倾角采煤机的应用与展望

介绍了国内外薄煤层电牵引采煤机的应用与发展,重点介绍了MG200/456-QWD型薄煤层大倾角电牵引采煤机的原理、应用及其发展趋势。     

基于人工免疫和记忆切割的采煤机滚筒自适应调高

为实现采煤机截割滚筒的自动调高,利用记忆切割实现采煤机工作路径的记忆,采煤机利用记忆的相应位置的切割参数自动工作;当煤层地质条件发生变化,采煤机记忆的相应参数与实际参数不一致时,利用人工免疫理论进行数据处理和工作状态判断,实现采煤机截割滚筒的自适应调高.试验表明：基于人工免疫和记忆切割的方法,可以使采煤机适应煤层顶板条件的变化,能够实现采煤机截割滚筒的自适应调高.