影响螺旋滚筒装煤性能的因素分析

为研究多因素影响下螺旋滚筒的装煤性能,通过对煤炭颗粒的运动进行分析,建立了螺旋滚筒装煤的数学模型;基于煤样测试结果结合莫尔-库伦强度理论,对煤壁离散元模型中相关粘结参数进行设置,建立螺旋滚筒装煤的离散元模型。通过数值模拟得到装煤过程中煤炭颗粒的运动分布,对不同统计区域内煤炭颗粒质量统计得到了螺旋滚筒截割过程中的装煤率变化规律。对具有不同结构和运动参数的螺旋滚筒装煤过程进行了四因素四水平正交试验,分析了不同因素对滚筒装煤性能的影响权重,其中螺旋升角的大小对其装煤效率的影响最大,牵引速度和截割深度次之,滚筒转速对装煤率的影响最不显著。研究结果为螺旋滚筒的结构设计及其装煤性能提高提供了一种新的方法。     

薄煤层采煤机运动学参数最佳匹配问题研究

薄煤层采煤机装煤效率的问题一直备受关注,为了使采煤机在截割功率允许范围内,装煤率得到改善并保证能耗最小、切削面积最大、进而达到截割性能最优,对采煤机运动学参数匹配问题进行了研究。采用EDEM软件,建立了采煤机截割部的离散元仿真模型,分析了滚筒转速、牵引速度与实际装煤量、装煤率之间的关系;采用MATLAB软件,建立了滚筒截割比能耗以及切削面积的数学模型,以装煤率、实际装煤量、切削面积、截割比能耗为目标函数,建立了采煤机滚筒运动学参数的多目标优化方程,通过优化得到了牵引速度与滚筒转速的最佳匹配值。研究表明:当滚筒转速为53.4 r/min、牵引速度为8.9 m/min时,滚筒性能达到最优。此时滚筒装煤率为59.025 7%,实际装煤量200.541 1 t/h,切削面积56.667 cm~2,截割比能耗0.874 k W·h/m~3。     

截割含夹矸煤岩采煤机运动参数的最佳匹配

为了研究采煤机运动参数的最佳匹配,以煤岩材料非线性理论与刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,利用Ansys/LS-DYNA软件,建立了采煤机螺旋滚筒与含夹矸煤岩的耦合仿真模型。提取了煤岩破落过程中螺旋滚筒所受的三向力及三向力矩,统计了被截掉煤岩的体积,分析了运动参数与载荷波动系数、截落煤岩体积、截齿安全系数、截割比能耗、装煤率以及生产率之间的关系;运用Matlab优化工具箱,以载荷波动系数、截落煤岩体积、截齿安全系数、截割比能耗、装煤率以及生产率为目标函数,建立了采煤机螺旋滚筒运动参数的多目标优化方程。研究表明:当滚筒转速为86.3 r/min、牵引速度为3.87 m/min时,采煤机运动参数达到最优匹配,此时载荷波动系数为0.272;截割比能耗为0.784 kw·h/m~3;截齿安全系数为2.035;装煤率为57.132%;最大生产率为3.025 t/min。     

基于NSGA-Ⅲ算法的采煤机滚筒优化设计及系统开发

为了提高采煤机滚筒的工作性能和设计效率,综合考虑采煤机滚筒尺寸约束关系及性能指标,提出了以装煤效率、截割比能耗和载荷波动为优化目标,叶片厚度、叶片螺旋升角、叶片头数、同一截线上的齿数和截齿安装角为优化变量的采煤机滚筒优化模型。采用NSGA-Ⅲ算法对提出的有约束多目标采煤机滚筒优化模型进行寻优,利用MATLAB开发了采煤机滚筒优化设计系统,以某公司截割实验的煤岩参数、工况条件为输入,通过采煤机滚筒优化设计系统得到滚筒最佳设计方案,该滚筒相对于MG500/1130WD采煤机滚筒,装煤能力提高了12.7%、截割比能耗降低了8.0%、载荷波动系数减小了20%。结合CAD技术以及初始图形交换规范（IGES）形成了完整的采煤机滚筒三维虚拟模型。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒多参数优化研究

为了有效提高复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒的截割性能,利用离散元仿真软件EDEM建立含夹矸煤岩与螺旋滚筒耦合模型,模拟采煤机截割含夹矸煤岩过程,得到多种工况下采煤机螺旋滚筒的截割性能指标。基于单因素分析法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、叶片螺旋升角、截深等对截割性能指标的影响。分别编写GA-BP网络与遗传算法程序,对截割性能指标进行优化,对比两种优化算法,得到螺旋滚筒最优参数。相比于优化前的结果,使用GA-BP网络优化后采煤机生产率提高了33.3%,截割面积增大了115.6%,虽然最大截割阻力增加了7 353.4 N,但截割比能耗降低了24.3%,截割性能整体得到提高。研究结果为探究复杂煤层条件下采煤机螺旋滚筒截割性能提供支撑,对提高煤矿企业的生产效益有重要意义。     

采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究

为研究采煤机螺旋滚筒动态截割过程动力传递规律,基于相似理论建立螺旋滚筒模型与原型的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒结构参数、运动学参数及截割材料特性参数,应用三维实体建模软件Pro/E、离散元分析软件EDEM联合仿真分析验证原型滚筒和模型滚筒动态截割过程中煤颗粒运动轨迹、量变规律、滚筒装煤率、滚筒载荷等性能。验证结果表明:原型滚筒和模型滚筒在截割过程中煤颗粒流动轨迹一致,截落的煤分布规律相似,载荷波动规律一致,滚筒装煤率预测误差1.82%,载荷数值误差小于2.1%,装煤率和载荷均值均满足推导的相似关系,验证了螺旋滚筒相似准则正确性。     

含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒工作性能分析与预测

基于Pro/E与EDEM接口技术建立了滚筒与含夹矸煤层耦合模型并进行模拟截割仿真,利用单因素试验法分析了煤岩体物理和力学性质、叶片螺旋升角、截齿排列方式、采煤机牵引速度、滚筒转速对滚筒受载大小、载荷波动情况、截割比能耗、装煤效果的影响趋势。利用遗传算法反传递(GA-BP)网络对螺旋滚筒截割性能及装煤效果预测的最大相对误差分别为3.12%和3.26%。基于Workbench分析了典型工况下不同结构螺旋滚筒所受应力大小及分布情况,确定了不同煤层赋存条件下优先选用的滚筒。基于EDEM的模拟仿真为螺旋滚筒在不同煤层赋存条件下结构参数和运动学参数的优选提供了支撑,基于GA-BP网络的滚筒性能预测为选取、设计高效螺旋滚筒提供了更快速、可靠的技术手段。     

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。     

薄煤层采煤机装煤性能影响因素分析

为了提高采煤机滚筒的装煤性能和工作效率,基于PRO/E、EDEM、MATLAB联合构建了新型薄煤层采煤机截割部离散元仿真模型,模拟了采煤机截割、破碎煤岩的复杂过程,并获得了相应的装煤率;基于单因素分析法,研究了牵引速度、滚筒转速及截深对采煤机装煤率的影响规律;利用多因素分析法研究了各因素对采煤机装煤率影响的显著程度,并得到了使其装煤性能最优的设计参数。研究结果表明:基于实际工况,新型薄煤层采煤机装煤性能最优的设计方案为:滚筒截深为700 mm,牵引速度为9 m/min,滚筒转速为58 r/min,为采煤机滚筒装煤性能的研究及优化提供了一种新方法。     

复杂煤层条件下滚筒截割性能参数优化分析

为进一步提升采煤机的截割能力和落煤能力,达到提升其截割性能的目的,基于EDEM软件建立采煤机与复杂煤层的耦合仿真模型,分别对采煤机螺旋滚筒结构参数和运动参数对截割性能的影响开展对比仿真分析;采用多目标数学优化模型对螺旋滚筒参数进行优化,并得出优化后的滚筒参数对采煤机截割性能有明显改善的结论。     

基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化

研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3个方面对机器人的冲击运动性能进行分析,并建立了相应的性能指标。通过分析影响性能指标的机器人参数,对上述冲击运动性能指标进行分类,并基于权重系数法,构建面向综合评价指标的参数优化设计模型。以平面3自由度变胞机器人为例,仿真分析机器人参数对冲击运动性能的影响,并对其进行优化设计。研究结果表明：通过改变杆件长度和初始构型可有效减小机器人构态切换时所产生的冲量,改善了机器人的冲击运动性能,有利于提升系统运行的稳定性和安全性。     

均匀化理论在开孔转鼓结构优化中的应用研究

多尺度均匀化理论被认为是确定复合材料当量性能的一种不可替代的方法。首先根据开孔转鼓中小孔的分布规律建立了宏观均匀化模型，得到了小孔在不同分布不同孔径和不同孔间距状态下当量板的有效弹性常数分布规律；然后根据转鼓的结构和承载方式建立基于有限元分析的优化模型，结合所得的材料当量性能参数，利用ANSYS的二次开发功能，编写了APDL程序，完成了转鼓模型的结构优化。所得结果已被工程应用所接受，从而为开孔转鼓的结构设计提供了一种新思路。     

Intelligent optimization and selection of machining parameters in finish turning and facing of Inconel 718

The heat-resistant super alloy material like Inconel 718 machining is an inevitable and challenging task even in modern manufacturing processes. This paper describes the genetic algorithm coupled with artificial neural network (ANN) as an intelligent optimization technique for machining parameters optimization of Inconel 718. The machining experiments were conducted based on the design of experiments full-factorial type by varying the cutting speed, feed, and depth of cut as machining parameters against the responses of flank wear and surface roughness. The combined effects of cutting speed, feed, and depth of cut on the performance measures of surface roughness and flank wear were investigated by the analysis of variance. Using these experimental data, the mathematical model and ANN model were developed for constraints and fitness function evaluation in the intelligent optimization process. The optimization results were plotted as Pareto optimal front. Optimal machining parameters were obtained from the Pareto front graph. The confirmation experiments were conducted for the optimal machining parameters, and the betterment has been proved.     

基于机器学习和多目标算法的钛合金插铣优化

针对钛合金的插铣加工过程开展试验和优化研究。以材料去除率和切削力为目标，采用机器学习和多目标优化算法相结合的方法来优化插铣切削参数；以主轴转速、径向切削宽度、切削步距和每齿进给量为试验变量，采用田口方法对试验变量组进行缩减。将机器学习方法与传统一阶和二阶回归方法比较，发现机器学习有很好的预测精度且解集分布更合理。分别采用MOEA/D、NSGA-Ⅱ、SPEA2、NSPSO算法对问题进行求解，并比较它们的性能，结果表明NSGA-Ⅱ综合表现最佳。最后将优化结果与初始参照进行比较，发现优化结果可以显著提高材料去除率并减小切削力，达到了高效稳定加工的目的。     

卧螺离心机转鼓主要参数对其模态的影响

研究清楚离心机转鼓参数与转鼓应力、变形的关系，是保证其在安全的工作状态下，对转鼓进行参数优化的基础。在诸多参数中，对转鼓3个主要参数：转速、转鼓壁厚和液池深度进行分析研究。结果表明，各种载荷下转鼓的最大径向位移均与转速的二次方成比例，且随着转速的增加，会导致转鼓径向变形增大；正常工况（Fw＋Pc）下的应力SINT（SINT为第三强度理论的等效应力）最大值随着转鼓壁厚的减小而增大，但增大的幅度较小；转鼓的总径向位移最大值和物料离心压力引起的径向位移的最大值均随着液池深度的增加而增大，但增长速度缓慢；转鼓自身质量离心力产生的径向位移与转鼓的液池深度无关。这些数据将为己有的卧螺离心机的改造优化和工程实际应用提供设计依据。     

The optimal cutting-parameter selection of heavy cutting process in side milling for SUS304 stainless steel

This paper presents an optimal cutting-parameter design of heavy cutting in side milling for SUS304 stainless steel. The orthogonal array with grey-fuzzy logics isapplied to optimize the side milling process with multiple performance characteristics. A grey-fuzzy reasoning grade obtained from the grey-fuzzylogics analysis is used as a performance index to determine the optimal cutting parameters. The selected cutting parameters are spindle speed, feed per tooth,axial depth of cut and radial depth of cut, while the considered performance characteristics are tool life and metal removal rate. The results ofconfirmation experiments reveal that grey-fuzzy logics can effectively acquire an optimal combination of the cutting parameters. Hence, performance in theside milling process for heavy cutting can be significantly improved through this approach.     

旋转DF系统的多结构参数建模及结构设计

针对深孔加工中排屑难、效率低的问题,设计出一种具有刀具旋转功能的DF钻削系统。基于流体力学理论建立了深孔机床DF系统的多结构参数数学模型,揭示了主要结构参数对负压抽屑效果的影响规律,获取了最佳的参数组合。进一步地,对现有旋转DF系统进行了结构完善及参数优化。研究结果为深孔机床抽屑装置的优化设计提供了可借鉴的方法。     

基于MATLAB的节能注塑机合模机构多目标寻优研究

基于节能注塑机合模机构的结构特点及工作特性,通过对机构进行运动和动力分析,并建立优化设计模型。以多目标的优化设计理论为基础,综合考虑了机构的力放大比、行程比、总体尺寸等因素及其相互关系,建立了合理的统一目标函数和约束条件,在此基础上通过Matlab优化工具箱进行了优化编程,得出最优解。最后结合具体实例得出了更为合理的合模机构设计参数,从而验证了优化模型及优化方法的正确性,为注塑机合模机构的优化设计提供了理论依据。