关于薄煤层采煤机螺旋滚筒的研究方法、进展及展望

薄煤层采煤机螺旋滚筒普遍存在生产能力低、截割性能、装煤效果差等问题,因此螺旋滚筒的结构参数设计和选取至关重要。分析概括了国内外学者对薄煤层采煤机螺旋滚筒截割性能、装煤效果所做的贡献,针对现行研究办法及手段,提出了未来薄煤层采煤机螺旋滚筒的研究趋势,这些新的方法将使更加全面的研究薄煤层采煤机螺旋滚筒性能成为可能,对现行研究具有借鉴意义。     

运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。     

基于应力-强度干涉理论的采煤机截割部关键零件可靠性分析

随着中厚煤层不断开采完毕,薄煤层开采比重将不断加大,其安全、高效开采日显重要,但由于开采空间有限、条件恶劣,采煤机易出现设计结构不合理、工作状态不稳定、可靠性差等问题。以MG2*100/455-BWD新型薄煤层采煤机截割部为工程对象,采用Pro/E,ANSYS,ADAMS建立了该采煤机的刚柔耦合虚拟样机模型,基于破煤理论建立了采煤机螺旋滚筒的力学模型,通过MATLAB编制了相关程序解决了刚柔耦合虚拟样机模型载荷添加的问题;通过虚拟仿真获取了关键零件输出轴、壳体、行星架的Von Mises应力分布及最大应力节点应力值的时域信息,以30组不同牵引速度仿真模型的仿真结果建立了各关键零件的最大应力分布函数;以应力-强度干涉可靠性理论为基础,结合各关键零件的最大应力分布函数及所用材料强度分布函数,在考虑载荷作用次数情况下,建立各关键零件在随机载荷多次作用下的可靠度计算模型。经分析计算得到输出轴、行星架、壳体的可靠度分别为0.978,0.536及0.614,研究发现:行星架与壳体存在应力集中现象,应力最大位置分别位于行星架腹板与花键轴相交处及壳体惰轮轴孔后侧与行星减速器承载部分相交处。在对薄弱零件改进后,行星架、壳体的可靠度分别达到0.969 0和0.997 4,满足使用要求。该方法可有效缩短产品设计周期,提高采煤机关键零件的设计质量及可靠性。     

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。     

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析

为研究某型采煤机螺旋滚筒振动可靠性,根据实际工况模拟螺旋滚筒的瞬时冲击载荷,建立螺旋滚筒的有限元模型,对其进行振动模态分析,识别出主要模态参数和振型规律,发现截齿部位振动变形明显;建立了螺旋滚筒共振失效准则,结合可靠性灵敏度分析理论和BP神经网络,得到了滚筒结构参数,振动可靠性灵敏度,分析结构参数对振动可靠性的影响。结果表明,螺旋滚筒振动可靠度为0.999549。基于共振失效准则,将协同仿真技术与BP神经网络和可靠性灵敏度分析理论相结合,为采煤机螺旋滚筒的振动特性分析与结构设计提供理论方法和数据支撑。