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。     

采煤机平滑靴平动固-热-力耦合特性分析

针对采煤机滑靴在推进过程中,平滑靴与刮板输送机中部槽间瞬态温度高导致接触面磨损甚至失效的问题,构建了煤粉界面层影响下动摩擦因数的平滑靴固-热-力耦合数学模型,再以试验获取的滑靴载荷作为输入,利用Comsol Multiphysics分别对干煤粉和含水煤粉界面影响下,采煤机前、后平滑靴与刮板输送机中部槽间的固-热-力耦合特性进行分析。结果表明:接触面间温度与滑靴受力、煤粉的状态有关,干煤粉界面下前后平滑靴的最高温度为460.04 K和433.73 K,最高温度位置在作用关节中心;含水煤粉界面下前后平滑靴的最高温度为438.31 K和418.62 K,最高温度位置同样位于作用关节中心。     

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。     

基于采煤机摇臂销轴多应变数据融合的煤岩识别方法

煤岩识别是实现采煤机滚筒高度自动调节的关键技术,可靠的煤岩识别系统在提高生产效益、减轻设备磨损、保障工人安全等方面具有突出的优点。目前煤岩界面主要依据人工或者单一传感器监测进行识别,所以识别的结果不准确,具有一定的误差;因此,提出一种基于数据融合理论的多传感器煤岩识别方法;该方法以煤岩在硬度上的差异为基础,以采煤机摇臂销轴为研究对象,在摇臂与连接架销轴处布置4个经过等效强度处理的销轴传感器,采集采煤机截割不同硬度煤壁与岩壁时销轴的应变数据,对采集到的数据通过加权融合理论进行系数分配、融合,获得多传感数据融合的组合判据,利用组合判据对煤岩分界面进行识别。实验结果表明,销轴传感器采集到的应变数据在截割煤和岩时波动较大,且割煤应变数据和割岩应变数据有重叠部分,很难精准的实现煤岩界面的识别;通过数据融合方法处理后的应变数据波动较小;利用拟合公式对应变数据标定,得到销轴传感器所受的载荷值:截割岩时销轴受力范围为24. 766～25. 467 kN,截割煤时销轴受力范围为23. 493～24. 348 kN;与单一传感器测量相比,差异明显,没有重合部分;因此,可以采用这种方法在实际的生产工作中标定截割煤和岩时销轴受力的期望值范围,以此期望值范围的差异作为采煤机煤岩界面识别的依据。     

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。     

随机载荷对双滚筒采煤机整机力学特性的影响

为了探究滚筒采煤机导向滑靴和支撑滑靴的受力规律,综合考虑采煤机的结构参数、运行参数及煤层倾角对整机力学特性的影响,建立采煤机整机力学模型及状态方程。在单截齿随机载荷的基础上,应用滚筒载荷的叠加算法,得出采煤机在随机载荷作用下前导向滑靴比后导向滑靴的受力波动较大,同时给出各力的大小和方向。     

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。     

夹矸煤层采煤机斜切进刀过程滚筒载荷特性研究

为研究采煤机螺旋滚筒在斜切进刀工况下截割含夹矸煤层时的载荷问题,应用Pro/e建立煤壁落煤空间模型,并将其与滚筒导入到离散元软件EDEM中,利用从兖矿集团杨村矿17层煤岩所测得的煤样参数完成颗粒填充,形成滚筒截割的离散元仿真模型。通过前期试验,决定采用分段建立煤壁的方法以减少仿真时间。结果表明:在斜切进刀过程中,滚筒所受合力逐渐增大,且在含夹矸工况下的受力明显大于全煤工况下的受力,约为其4倍;滚筒所受牵引阻力与截割阻力逐渐增大,且牵引阻力约为截割阻力的2倍;轴向力呈先增大后减小的趋势;滚筒与煤壁开始接触时,为单齿受力,最大值可达15 000 N。验证了采用分段建立EDEM仿真模型方法的可行性与准确性,且可节约90%的仿真时间,为采煤机螺旋滚筒斜切进刀过程研究提供了参考依据。     

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。     

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。     

数值模拟技术在导向滑靴铸造工艺设计中的应用

导向滑靴是采煤机的一个重要零件,当采煤机在刮板输送机上行走时,导向滑靴起导向和支撑作用,承受几万牛的压力。利用计算机模拟软件V-Cast对导向滑靴的凝固过程进行了数值模拟,根据模拟结果设计了3个冒口和半封闭浇注系统,模拟结果表明,设计的工艺消除了导向滑靴的铸造缺陷。     

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。     

采煤机导向滑靴开裂原因分析

针对俄罗斯南方矿采煤机导向滑靴频繁开裂的现象,采用作图、现场观测和理论分析相结合的方法,对导向滑靴开裂的原因进行了分析。结果表明:采煤机配套用刮板输送机机头、机尾处采用的长距离多节878 mm短槽相比1 750 mm常规槽水平弯曲曲率半径更小,虽然配套时导向滑靴偏转角相应地有所调整,但现场工人操作过程中机头、机尾处支架最近推移点距后滚筒太近,采煤机强行通过极易引起导向滑靴别卡,造成导向滑靴开裂。最后,基于现场工人使用习惯,经过优化导向滑靴设计、加强工作面管理和工人培训,导向滑靴未再发生非正常损坏,现场应用效果良好。     

采煤机牵引导向滑靴配合间隙设计

根据采煤机牵引机构及其导向滑靴的结构特点,分析了刮板输送机溜槽、齿轨相互位置的变化关系,给出了确定导向滑靴与齿轨间配合尺寸的工况条件和设计方法。     

薄煤层采煤机单轮行走箱导向滑靴的结构设计与分析

针对薄煤层采煤机单轮行走箱分体式导向滑靴存在的问题,进行整体式导向滑靴结构改进设计,并采用有限元分析方法对其进行静强度和疲劳强度分析。仿真结果表明整体式导向滑靴满足刮板输送机溜槽水平弯曲1°,垂直弯曲3°的设计要求。滑靴双耳薄弱处最大应力远小于屈服极限,安全系数1.983,疲劳寿命显著提高,现场实际使用情况进一步验证改进结构的合理性。     

斜切工况下采煤机销排导向滑靴模态与寿命分析

针对采煤机销排易损坏的问题,对采煤机销排的模态特性和可靠性进行分析,采用经典静力学理论建立了斜切工况下采煤机整机力学模型,推导出导向滑靴与销排间相互作用力的数学模型,编制MATLAB程序对模型进行求解,并以此为基础,采用ANSYS-Workbench对导向滑靴、销排的模态特性和疲劳寿命进行仿真分析,结果表明:导向滑靴的前四阶模态频率分别为288.57、326.28、348.11、631.57 Hz,销排的前四阶模态频率分别为0.004 2、1 047.9、1 452、1 916.6 Hz,销排的疲劳寿命为106次,危险点位于销排两侧连接耳板处,销排安全系数的最小值为2.932 01。研究结果可为销排的优化设计及损坏原因分析提供参考。     

采煤机导向滑靴温度场仿真分析

为研究采煤机导向滑靴在工作时的温度场分布,建立了导向滑靴行走的移动热源模型,确定了仿真的边界条件,运用量纲分析法得出自然对流换热的换热系数,并借助Workbench分析软件,得出采煤机导向滑靴工作时的温度场分布云图,对研究采煤机导向滑靴的磨损机理及材料的使用寿命具有一定的指导意义。     

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。     

采煤机导向滑靴受力及失效分析

滑靴是采煤机的重要组成部分,是保证采煤机正常工作的重要部件之一。通过有限元分析方法,对导向滑靴工作过程中的受力情况进行分析。根据有限元分析结果,结合实际生产中导向滑靴失效的形式,说明了滑靴失效的原因,验证了有限元分析的有效性。