基于不同煤岩性质的矿井掘进机截割载荷分析研究

研究了掘进机截割头的全部截割过程，针对影响切削载荷的煤岩特性，多次重复进行不同坚固系数的模拟，推导出三轴力与坚固系数的关系。将仿真结果与理论公式进行了截齿载荷对比分析，取得了一致性的结论。由有限元仿真计算结果数据可知，模拟分析为准确计算截割头载荷提供了可靠的技术数据保证，提高了截割头截割试验的效率，为不同煤岩地质条件下截割头的选择提出指引。研究成果为掘进机结构优化设计提供了依据。     

矿用EBZ200掘进机截割头排布设计及结构性能分析

为了提高掘进机截割头的切削效率和减小截齿的能耗量,采用MATLAB软件对截割头的截齿排布方式进行设计,提升截齿分布的合理性.通过LS-DNYA软件对设计后的截割头与煤炭接触的切削过程进行有限元仿真分析,计算截齿载荷、截齿能耗分别与切削角和旋转角的对应关系及变化规律,得出截齿分布的最佳切削角和旋转角的设计范围.研究结果可为掘进机截割头在工程中的实际应用提供依据.     

基于离散元法的掘进机截齿最优旋转角研究

为探讨截齿旋转角对掘进机截割性能的影响规律,提高截齿的使用寿命,采用离散元法建立了截齿截割煤岩的仿真模型。通过单轴压缩试验确定了煤岩近似物理模型的物理性质参数,保证了从细观角度分析截齿截割过程离散元模型的准确性。通过综合分析旋转角变化对截齿载荷、载荷变差系数和截割比能耗3个性能评价指标的影响,确定了截割头球冠段、圆锥段和圆柱段的最佳旋转角取值或取值范围,为掘进机截齿旋转角的优化提供了理论依据。     

基于MATLAB与EXCEL联合编程开发掘进机截割头设计新方法

采用Matlab与Excel联合编程开发了纵轴式掘进机截割头辅助设计软件,根据掘进工作面的赋存条件,通过输入截割头必要的运动学参数,便可自动生成对应的截齿排列图、载荷曲线和切削图等,获取截割头形状、叶片头数及截齿排列方式和钻进速度与截割功率、截割比能耗、截割阻力、切削面积之间的参数关系,为截割头设计及优化提供了一种新方法。以EBZ220型掘进机为工程对象,对截割头形状、叶片头数、截齿排布和钻进速度进行设计并选择最优方案,显现了软件的普适性。     

基于载荷波动最小的掘进机截割头截齿排列参数优化设计

根据单个截齿受力模型和计算公式,确立了截割头横摆截割时载荷波动的计算方法。通过分析截齿排列参数对截割头栽荷的影响,提出了降低载荷波动的策略,建立了基于载荷波动最小的截割头截齿排列参数优化设计数学模型。采用序列二次规划(SQP)方法编写了优化设计程序,并对某型号掘进机截割头的截齿排列参数进行了优化设计。优化前后统计数据表明,截割头的载荷波动明显降低,提高了掘进机的工作可靠性。     

纵轴式掘进机截割头辅助设计与优化软件开发及应用

采用Matlab与Excel联合编程开发了纵轴式掘进机截割头辅助设计与优化软件,通过输入截割头必要的几何及运动学参数,便可实现其辅助设计与优化,并自动生成截齿排列图、载荷曲线、切削图及基于Pro/E的截割头3D模型;获取横摆速度、截割头转速、螺旋升角、叶片头数及截齿排列方式与截割功率、截割比能耗、截割阻力、切削面积之间的参数关系,指导截割头的优化设计使其整体性能达到最优;能够独立运行的EXE文件使软件更具普适性、操作更简单。以某公司研发的EBZ220掘进机为工程对象,基于实际工况,找到了截割头最佳设计方案及最优运动参数,在截割电机额定功率下,保证切削面积最大达854.95 mm2,截割比能耗最低至4.9 k W·h/m3。     

部分断面掘进机截割头截割性能研究

截割头是掘进机直接实现截割功能的关键部件,其设计在一定程度上直接决定了整机的性能。采用混凝土制作煤岩,对自制煤岩进行单轴压缩试验,确定其抗压强度和弹性模量。针对掘进机截割煤岩过程的复杂性,以部分断面掘进机截割头为研究对象,基于单轴压缩试验所确定的物理参数,利用动力学有限元软件LS-DYNA建立截割头截割煤岩过程仿真模型,探讨了截齿切削角和旋转角对截割载荷、载荷波动和截割比能耗的影响规律。由仿真结果可知,当截齿的切削角在48°~50°范围,旋转角在12°~16°范围时,截割头的截割能力较佳;将由试验确定的自制煤岩截割力矩时域曲线与仿真结果进行对比,验证了所建立的仿真模型的正确性。上述研究为部分断面掘进机截割头截割性能的改善提供了理论基础,同时为其他类型截割或切削问题的研究提供了理论借鉴。     

两种载荷下掘进机截割头转子系统动力学分析

为了研究不同截齿载荷条件下（锐利截齿和磨钝截齿）掘进机截割头和悬臂系统的动力学特性,建立了掘进机截割头-转子-轴承系统的弯扭耦合非线性动力学模型。考虑截割头和转轴之间的花键啮合间隙、滚动轴承接触的非线性因素影响下,推导了掘进机截割头转子系统的动力学微分方程。然后对受到时变载荷下的截割头转子系统动态响应特性进行了分析:在锐利截齿条件下,截割头转子系统在低转速n∈［15,20］时处于混沌和拟周期运动状态,提高转速后系统处于周期运动状态;在截齿磨钝条件下,截割头转子系统的振动明显加剧,混沌运动范围增大,频率幅值波动明显。结果表明：在给定截割煤层硬度、切削厚度等前提下,随着截割转速的升高,系统由混沌运动向周期运动转变。动态分析结果为掘进机的减振和动态设计提供了理论依据。     

掘进机截齿在不同工况下的截割阻力分析

基于掘进机在进行截割的过程中,由于煤岩的复杂多变,容易引起截齿的载荷变化,引发截割头振动的问题,针对掘进机截割两种典型的工况,采用非线性的动力学分析软件对横截及钻进两种不同工况下的截割阻力进行仿真分析,获得截齿的受力变化特性,为掘进机的减震设计及优化使用提供参考指导.     

掘进机截割硬岩的载荷模拟研究

硬岩掘进机已成为目前我国悬臂式掘进机发展的主要趋势,截割头载荷及截割功率问题是硬岩掘进机设计的关键.基于硬岩条件下单个截齿的受力,建立了截割头载荷的数学模型,用Matlab对掘进机截割不同硬度岩石进行了载荷模拟,分析了截割头载荷特性及功率变化规律.结果表明,随着截割对象接触强度增加,截割头的各向载荷均呈非线性的剧增趋势,而转矩及功率随之增加,呈线性变化,所得结论为硬岩掘进机截割功率的选择及整机研制提供了理论依据.     

高压水射流掘进机截割头设计

掘进机是煤矿巷道掘进的主要设备,国内现有的掘进机主要依靠截齿截割,当煤岩硬度较大时,截割头振动剧烈,大大缩短了截齿的使用寿命。为了改善截割头的振动情况,在截割头上引入高压水射流辅助截齿截割,并对高压水射流掘进机截割头关键环节进行具体设计。研究发现,截割头上高压水射流配置方式包括四种:前置式、后置式、中心式和侧置式,其中应优先选择前置式,当水压达到40MPa时,截割头上一般可布置(5~15)个喷嘴,且优先布置在工作环境比较恶劣的球面与锥面的过渡位置。进行高压水射流掘进机截割头截割实验,研究表明所设计的截割头能有效降低截割头振动,当水压达到40MPa时,振幅平均值降低45.6%,且振动更加平稳。     

基于改进遗传算法的掘进机截割机构的多目标优化设计

掘进机截割机构的综合性能是由截割粉尘、截齿消耗量、截割比能耗、载荷波动及生产率决定的,基于改进的遗传算法,将截割机构的结构参数和运动参数作为设计变量,对截割机构的综合性能进行多目标优化设计。优化结果表明,掘进机截割粉尘、截齿消耗量、截割比能耗和载荷波动都相应有所下降,且生产率有着明显提高,有效地提升了掘进机的整机性能,符合了当今及未来掘进机的发展趋势。     

煤矿用悬臂式纵轴掘进机截割头截齿布置研究

对煤矿用掘进机截割头截齿布置进行研究,用等螺旋升角螺旋线布置截齿,综合考虑截割头运动工况以及煤岩的性质,求取截割头的最佳截线间距,根据截齿切削面积相等原则确定截齿的截线数,最终给出确定截齿最佳分布的方法.针对具体的某掘进机截割头,采用给出的方法进行了布齿分析与计算.     

基于ADAMS的纵轴式掘进机回转台可靠性研究

回转台是掘进机的重要组成部分,承受着复杂多变的载荷作用,是掘进机设计的关键部件;截割头横摆工作时,截割阻力与截割部自身重力的叠加是导致回转台断裂的重要原因;基于截割头破岩理论,利用"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"得到了截割头性能最佳的设计参数并模拟出掘进机载荷图谱;建立掘进机刚柔耦合模型,通过动态仿真发现了回转台设计的薄弱区域,并对其进行结构优化,优化后回转台受力均匀,工作可靠,可满足使用要求。     

基于ANSYS的EBZ260掘进机截割头结构性能分析

截割头是掘进机主要的工作部件,受到了比较恶劣的载荷工况,在实际使用中也常出现故障.因此,基于ANSYS对EBZ260掘进机截割头结构强度进行分析,计算了截割头各部件的应力分布情况,计算结果显示截割头各结构强度均基本满足设计要求,但在齿镐杆端面接触处应力集中较为明显,需进行局部优化.为此,提出了两条截割头优化改进意见,以提高截割头性能.     

悬臂式掘进机截割头截齿的优化与改进

针对悬臂式掘进机截齿磨损严重、过载停机以及截齿受力不均而被损坏等情况,通过建立截割头和煤岩的3D模型,分析截割头载荷的数学模型,对截割头截齿部分进行受力分析,针对截割头的截齿排列提出合理性方案,使各截齿受到外力差异减小,进而提升掘进机的性能并获取更大的生产价值。     

掘进机截割机构截割特性的优化研究

针对掘进机在浅薄煤层地质条件下截割机构的截齿磨损严重、使用寿命大幅降低的现状,利用LS-DYNA仿真分析软件建立了截割机构切割过程的仿真模型,对掘进机截割机构的切削角度对掘进机的截割特性的影响进行了仿真分析。结果表明:当掘进机截割机构的切削角度在50°的情况下截割机构具有最优的截割特性。该研究结果可为优化掘进机截齿的截割特性提供理论依据和技术支持,运用该研究结果能显著提高掘进机的工作效率,降低截齿工作时的磨损,提高使用寿命。     

掘进机截割头齿座定位专用机器人

根据掘进机截割头表面截齿的排列形式,分析截齿齿尖的定位方法和截齿空间姿态的确定,进而设计出掘进机截割头齿座定位专用机器人,用于提高掘进机截割头齿座的定位精度。介绍了这一定位专用机器人的整体结构和手部结构,并给出了应用这一定位专用机器人后掘进机截割头齿座的定位过程。     

EBZ-260型掘进机截割头截割性能研究

通过对EBZ-260型掘进机截割头的截割性能进行分析和研究,深入了解和掌握了相关截割头的数据参数、设计结构及载荷等情况,进一步研究了截割头的受力情况、形状结构及其截齿运行轨迹及安装分布等特性,可为截割工作提供必要的数据参考及理论基础,有利于重要部件的有限元分析,对研究掘进机整机受力的情况、截割的性能、所具备的可靠性及稳定性等方面具有重要作用.     

悬臂纵轴式掘进机截割破岩机理分析

基于当前矿井纵轴式掘进机的使用现状,为分析其截割破岩机理,对纵轴式掘进机的结构构成进行了详细分析。将截割载荷作为主要的掘进机破岩机理分析基础,建立了单齿截割受力分析模型,计算出截割机构的牵引阻力以及任意截齿的截割侧向力。针对目前截割机构主要的工作状态为摆截割,分析了摆动截割时截割头载荷计算模型并分析了其所受的截割载荷,为后续结构分析提供了理论基础。