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滚筒采煤机
采煤机截割滚筒φ16m截齿的合理布置研究
来源:admin 时间:2020-05-24

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  太道理工大学硕士学位论文 采煤机截割滚筒(φ1.6m)截齿的合理安排筹议 姓名:魏春梅 申请学位级别:硕士 专业:呆板计划及外面 指点西席:李春英 201205 太道理l:人学硕十筹议生1学位论文 采煤机截割滚筒(中1.6m)截齿的合理安排筹议 摘要 采煤机是综采事务面装最要紧的事务开发之一,正在煤炭采掘中起着重 要效率。采煤机滚筒最为要紧的事务实行机构,担负着截煤、落煤、装煤 的合节义务,消磨采煤机的大部门功率。因为滚筒机合的不对理,并正在截 割经过中其受到高周期性的应力、负荷、磨损,因此正在实践工况中,某型 号采煤机时常爆发一部门截齿的损坏,大大影响着采煤机事务职能和坐蓐 效劳,这声明采煤机滚筒各截齿受力不匀称、分歧较大。为此,要对该型 号采煤机滚筒截齿举办合理构造。 本课题通过正在Pro/Engineering wildfire4.0中修造采煤机的滚筒三维模 型和煤体三维的模子,欺骗显示动力学软件ANSYS/LS—DYNA举办滚筒截 割煤体的数值模仿,获得各截齿和滚筒截割煤体经过中的受力情景,并对 各截齿受力和滚筒受力举办统计判辨,发觉采煤机各截齿受力不均、滚筒 振动性较大。采煤机滚筒零件繁众,机合纷乱;煤体的机合性子众变;其 事务时的受力情景也相当纷乱,以是影响截割职能的参数繁众。本文截齿 布列式样动作优化参数,以各截齿受力分歧最小、滚筒振动系数最小为目 标函数,通过片面调度截线间隔和安设角度,抵达减小各截齿受力分歧, 下降滚筒振动的方针。 太道理’l:人学硕+筹议生学位论文 合节词:采煤机,滚筒,数值模仿,截齿合理安排 太道理工大学硕士筹议生学位论文 I己ESEARCHONREASONABLEARRAGEMENToF SHEARERDRUM’SCUTTINGTEETH ABSTRACT Thecoal mining machineis oneofthemost importantequipment Fully—mechanized mining,whichalsoplay importantrole incoal mining.Shearer drumisthemost importantworkingmechanism;which undertakesthe key task suchasthe cutting,coaldropping,and coal consumping.Most ofthe power thecoalmining machineis consumed thedrum.Itnotonly underhigh cyclic stress,load,wear cuttingprocess,but also has unreasonablestructure.Asa result,in real workingcondition,somepart oftooth alwaysdamage onacertain type ofcoal miningmachine,whichgreatly affects performance productionefficiencyofthecoal mining machinemIt shows thatthestressofthe cutting teethonthisshearerdrumis differenceisquitegreat.Therefore,the structureofthismodelshearerdrum shouldbe impoved. Inthis research,the authorset up three-dimemsionalmodeloftheshearer drumandcoal body Pro/Engineeringwildfire 4.0.And numericallysimulatethe drum cutting coal body displaydynamics softwareANSYS/LS—DYNA.Getthestresssituationof every teethandthe drumwhen cutting coal process,andstatisticallyanalysis stress.Shearerdrumhaslotsof parts,whose structureis complex,and coal body structureis varied.What’S worse,whenworking,the forceofthedrumis quitecomplex.So, T1T 太道理工大学硕士筹议生学位论文 thereare manyparameters whicheffectof cuttingperformance.Only takethe pickarrangement methodas optimizationparameters,with each cutting tooth force difference minimum,drumfluctuation coefficient minimumas objectivefunction,thelocallyregulatsectiondistanceand angle toreducethe cutting toothstressdifferenceanddrumfluctuation. KEYWORDS: coal miningmachine,Shearerdrum,numericalsimulation, reasonable arragement IV 太道理工大学硕士筹议生学位论文 1.1课题筹议的方针和意思 第一章绪论 跟着天下经济的急迅生长,能源的需要慢慢入不敷出。我邦事煤炭大邦,可采掘量 位居天下第一,实践采量位居天下第二,固然其他能源的接踵拓荒和欺骗如雨后春笋, 然而目前煤炭仍占全部能源消费事势的70%以上。邦度发改委正在“十二五”经营中指出, 估计到2015年,我邦煤炭坐蓐力将提拔到4】亿吨/年,煤炭坐蓐企业也向大基地、大集 团宗旨生长,宇宙采煤呆板化水平要抵达75%以上。正在政府的肆意推动下,采掘呆板装 备现出高速生长的好势头,各学者平昔合怀着煤矿开采技巧的筹议情景,实际的工况也 央浼着采掘呆板开发向智能化、大型化、高效化的的宗旨迈进…。 双螺旋滚筒采煤机,动作最要紧的采掘呆板之一,调高界限大,正在采掘中厚煤层工 况中,能够双向采煤,一次采全高,并能顺应百般煤层厚度转化、底板不屈的情状;此 外双滚筒采煤性能够自开事务面两头的隐语,且机合纯洁、成立容易,以是其已成为了 各大矿区采掘缓倾斜中厚煤层的首要采煤呆板【2】。采煤机通常由截割部、牵引部、电动 机及其他装备构成如图1.1所示。此中截割部含有固定减速箱、滚筒、摇臂(摆动减速 箱)、挡煤板、液压调高体例等,截割部内部还设有润滑开发、冷却体例、喷雾体例和 过载爱护机构【21。 2、7---螺旋滚筒;3、s—摇臂;4、9一固定减速器;5—牵引部;To一电动机;1l—输送枧捂;12—底托架一 图卜1双滚筒采煤机构成 Figurel一1Doubledrumcoalshearer 太道理工大学硕士筹议生学位论文20世纪60年代,英邦和德邦等邦度率先将圆形滚筒改正成螺旋叶片滚筒,大大提 高了煤炭坐蓐效劳。我邦采煤机正在70年代从无到有,一律进口海外的采煤呆板餍足生 产需求,始末邦内学者对采煤机的仿制、判辨和摄取;到八十年代,我邦独立筹议的采 煤机体例体例逐渐完美;90年代此后,采煤机技巧飞速生长,并朝着大功率化、智能化、 强力化、顺应才具强等宗旨生长,百般安定技巧、工况监测显示技巧也接踵筹议告成I31。 目前我邦自助研发的采煤机,依然餍足邦内煤炭坐蓐的需求,并盘踞了大部门煤炭采掘 市集。 然而跟着煤炭工业的生长,对采煤机的职能央浼也越来越高,采煤机滚筒是采煤机 用于截煤、碎煤、落煤、装煤的要紧部件,消磨整机的大部门功率。滚筒机合纷乱,参 数繁众;煤体机合众变:截割经过中,截齿受力是一个非线性的纷乱经过,且各截齿受 力漫衍不匀称,这些参数都直接影响着截割效劳、能耗比、牢靠性、块煤率、寿命和工 作效劳等l41。 滚筒截齿分为镐型截齿和刀型截齿两种,截齿的几何机合直接影响着采煤机的截 割,通常遵循工况煤层的性子和采煤机截齿地点情景决心遴选哪种截齿,煤层比力脆并 有夹石层的通常行使镐型截齿:关于中硬度或者较粘性的煤层通常行使刀型截齿,截齿 机合的改正能够大大提升截割效劳、下降粉尘、提升块煤率。刀型截齿利用平凡,之前 邦外里群众筹议都针对刀型截齿的筹议,对镐型截齿的截割职能筹议较少,外面体例不 完美,以至良众都是鉴戒刀型截齿的外面【51。目前实践工况中,自从60、70年代此后, 镐型截齿正在采煤机上欺骗越来越众,并且消磨惊人,往往老是某几个齿摧毁断裂。对邦 外里采煤机截齿消磨情景考核明了到,邦内的综采截齿消磨率大约为30把/万吨,而联 采的截齿损耗率为80.120把/万吨,有些工况消磨以至可高达200把/万吨;海外综采截 齿损耗率通常约为20把/万吨。这声明实践采煤机截割经过中,各截齿之间的受力不均 衡,总使某几个截齿受力较大或受磨损。采煤机截齿的损坏和丧失,假若没有实时的增 补和维修,就会增大相邻截齿的受力载荷而导致进一步摧毁,或全部滚筒振动的加剧, 影响整机寿命I61。因此筹议镐型截齿采煤机滚筒的截割情景,判辨载荷情状,对提升煤 炭坐蓐有远大的经济代价。 滚筒受到的外载荷分为两种,一种是各截齿所受载荷的相对平均;另一种是全部滚 筒受到的载荷平均。平均即是采煤机滚筒各截齿受力相对分歧较小;滚筒所受载荷振动 较小【71。本课题采用动力学仿真技巧得到采煤机滚筒截割煤体的经过,并收集各截齿和 全部滚筒的受力载荷,对结果受力载荷举办筹议判辨,并指点对采煤机滚筒机合合理优 太道理工大学硕士筹议生学位论文明安排。因为影响参数繁众,以往的筹议判辨对采煤机截割地步的领会分歧,导致得出 的百般外面各不肖似以至相反,或相对实践偏差较大,而且不行周详声明滚筒截割煤体 地步的纷乱经过。动力学仿真技巧可较真正的模仿采煤机截割煤体经过,为滚筒某些参 数的优化供应根据。近年来该技巧正在工程筹议和利用中火速生长,己成为工程技巧职员 立异筹议和计划的要紧式样。将动力学仿真判辨技巧利用到采煤机滚筒的计划优化上, 比拟外面与试验,能较周详的模仿真正工况情景;也能大大缩短试验研发周期、淘汰劳 动强度,对题目的领会会越发长远、细腻。本课题不单能够明了采煤机截割煤体的更众 细节,并且能够随时一口气动态地、反复地显示滚筒截割煤体的经过,对采煤机滚筒计划 外面方面也有推动效率。 1.2邦外里筹议近况 上个世纪40年代起,英邦、苏联接踵拓荒了第一代采煤机拓荒此后,采煤机迅猛 生长,筹议体例日趋完美,险些能顺应百般煤层举办采掘功课,并慢慢向大型化、大功 率、高效化的宗旨生长,也依然造成了较为完美的筹议体例。滚筒动作采煤机要紧的工 作机构,邦外里学者对其计划外面和优化做了大宗筹议事务,一贯充裕完美截割外面和 优化体例,其方式大致分为三种: 第一种:实物模仿试验法 早期的筹议首要是联合实践工况碰到的题目,遵循体验和之前的计划对缺陷举办改 进,计划职员计划出纸质样图,坐蓐职员遵循样图将改正的结果做出样机,再返回到各 种工况中举办试验,测试其性能、寿命、牢靠性等,假若不行抵达预期成就,还要从头 计划窜改,并窜改样机,然后试验。这种筹议式样能够对缺陷举办优化改正,然而耗时 长、修制样机消磨科研经费大,并且往往由于不行一次抵达预期的成就而返工。正在市集 逐鹿云云激烈的今日,该种筹议式样容易错失良机,因此目前这种计划筹议形式,依然 跟着科技的进取逐渐被裁减【81。 跟着对采煤机截割领会的深化,往往必要对其的某一性子举办深化明了,除正在实践 呆板开发试验外,欺骗形似外面的模仿试验筹议依然正在新颖自然科学筹议中获得平凡的 利用,正在形似模子上明了真正情景爆发的地步和法则。学者们遵循采煤机形似外面和截 割外面,修造截割煤体试验平台,形似模子包含的采煤机资料形似、尺寸形似,动力学 形似、运动学形似,以及被截割的煤形式样力学职能形似。欺骗形似试验平台,对实践 煤体或人工合成模子举办截割,并转移采煤机滚筒的首要参数,如叶片头数、叶片升角、 太道理工大学硕士筹议生学位论文滚筒截距、截齿布列式样和安设角度等,以优化块煤率、下降比能耗、减小摩擦、下降 滚筒扭矩、提升滚筒寿命、提升截割效劳和装煤率为方向,寻求最佳滚筒机合参数,达 到优化的方针【91。目前这些试验依然修造了采煤机滚筒截割充裕的外面本原,比方,目 前邦际还是利用的采煤机截割力预备公式,即是前苏联学者50年代欺骗直线截割道理 试验得到的。海外对采煤机筹议起步较早,尤其是50年代到80年代,大宗的以试验系 统为模子,对截割职能、运动学、资料学、截齿负荷等方面,周详筹议了采煤机职能, 修造了充裕的外面体例。 美邦粹者VenkataBabuAchanti欺骗回旋截割试验台,举办了粉尘量众少与截割参 数相合的筹议,他指出给进速率越大,粉尘量越岁10】。学者Rizwan A.Qayyum正在遵循 形似外面,正在截割试验台上,判辨五种分歧类型的截齿安设对截割职能的影响,获得截 割能耗比,粉尘量、滚筒载荷与分歧种别截齿的相合…】。邦内,中邦矿业大学的刘送永 等,通过形似模子试验平台对四种分歧滚筒举办试验,筹议截齿分歧的布列式样对滚筒 截割扭矩和块煤率的影响,得出叶片头数越众,载荷振动越小;棋盘式滚筒所受扭矩比 递次式要小,且棋盘式滚筒块煤率较大;棋盘畸变式滚筒载荷振动较小【121。 基于形似外面得形似模仿试验法,相对实践工况试验法,依然有了很大的提升,可 以轻易的举办针对性试验,试验结果具有科学性。然而欺骗形似模仿试验耗用时刻仍相 对较长,试验资料的预备过于纷乱,往往必要花费良众时刻和经费来成立试验配备,且 试验资料思虑参数比力简单,只可实用于一中试验计划,反复性不高,且有些试验不行 较真正模仿实践切割。 第二种:外面判辨筹议 跟着各学科明了的深化,越来越众的学者们联合其它学科学问,如隐隐外面、信 号处罚、遗传算法、神经收集、概率统计外面等,欺骗其他学科学问对采煤机参数举办 优化,处置采倔呆板等工程呆板范畴的优化题目。李晓豁遵循实践工况,欺骗动力学原 理,修造采煤机滚筒截割煤体经过中截齿的轨迹方程、加快率方程、速率方程。通过纯 数学方式的判辨和预备,得出运动参数对截割经过的影响,为螺旋滚筒的机合和职能提 供外面根据【13】。焦丽基于昔人试验获得的滚筒截齿受力公式,欺骗概率统计方式,随即 加载事务应力和资料强度以模仿实践工况,对滚筒举办负荷测试,得出截齿牢靠性的理 论公式,为其窒碍诊断供应外面指点【14】;又有的学者鉴戒百般成熟的算法,如鉴于生物 进化思念的遗传算法,对采煤机滚筒的参数和截割运动参数举办优化,修造众方向函数 和众变量的优化模子,得出优化结果,下降能耗比、减小振动、增大块煤率、提升坐蓐 太道理工大学硕士筹议生学位论文效劳‘15】。Mazurkiewicz等筹议了滚筒螺旋叶片包角与截割成就的相合,并通过线性回归 方式判辨预测了截割力公式,为截割外面筹议供应了新的方式116】。Du基于截齿截割力 相合公式,以滚筒振动系数最小为方向,预备出分歧截齿布列时滚筒的振动系数,为不 同工况下滚筒的遴选行使供应了外面本原【"】。朱才朝等研讨了截割机构和与煤岩体例的 非线性耦合动力学性子,深化明了截割机构的力学性子和动力特点,为实践工况下截割 体例非线性耦合动力学供应外面参考118】。又有有的学者遵循端盘截齿的切屑图,判辨了 截齿排布对煤块度和事务面粉尘的影响,从外面上筹议了截齿安设角度对滚筒受力状 态、截割比能耗以及端盘、截齿行使寿命的影响,确定了合理的角度界限。其筹议可作 为完美端盘截齿计划、提升滚筒事务效劳的外面根据l】91。 以采煤机滚筒计划的外面和方式为本原,修造滚筒优化的数学模子和公式,联合 新颖预备机优化法子,欺骗其他学科方式举办参数优化或从外面前进行结果判辨,并与 工矿举办比拟,抵达优化方向函数的方针。 第三种:虚拟样机判辨法: 跟着预备机硬件和预备机技巧的急迅生长,虚拟样机技巧这一数字化计划方式, 也火速成为众学科归纳技巧。此中包含CAD修模技巧、呆板体例动力学与仿真技巧、有 限元判辨等等。欺骗虚拟样机技巧大大撙节了研发的时刻和人力、物力,下降了拓荒经 费,也使拓荒可反复性巩固。虚拟样机利用流程如图卜2: 构修三维实体模子 动力学模子修模、柃杏疲顿寿命判辨 有限元修模、 j卜涉、反省动力学职能 强度判辨 采煤机强度、动力学试验图卜2虚拟样机技巧的利用 Figurel-2 Applications ofthevirtual prototypetechnology 王峥荣等正在Pro/Engineering中修造采煤机截齿截割煤层的三维数模子,导入 ANSYS/LS.DYNA软件中并举办有限元动态仿真,混凝土资料模仿煤岩,欺骗腐蚀接触 太道理工大学硕士筹议生学位论文模仿截齿截割的实践经过,获取断面截齿受力、速率、加快率、滚筒的扣矩、振动等参 数,筹议分歧截齿安设角度对块煤率的影响【201。BoYu等欺骗显示动力学软件LS.DYNA 对采煤机截割经过举办仿真,得出滚筒运动速率、截齿几何特点、截齿间的互相效率对 滚筒截割力的影响,并判辨出煤岩分裂的首要事势是剪切摧毁【2|1。姬邦强等欺骗有限元 软件LS.DYNA对滚筒截割煤岩举办仿真筹议,得出截齿随截割所受的三向力的转化曲 线,并统计出各截齿截割力均匀值,得出速率越大,截齿截割阻力均匀值先减小后增大 1221。郭迎福等欺骗预备机仿真技巧举办滚筒的职能的筹议,得出采煤机截割职能受运动 参数之间的相合,撮佳的截割状况不光央浼合理的滚筒机合,也要有般配的运动参数12引。 此类筹议为明了采煤机截割供应了新方式,欺骗预备机辅助预备火速的模仿出全部事务 经过,对所得结果举办优化,抵达计划优化机构的方针。 从大宗合于优化滚筒截齿排布及优化的论文和竹素发觉,正在截割头的预备机辅助设 计筹议上,群众都是正在邦外里现有的截割外面的本原上,修造截割头截割煤岩的数学模 型和相应的优化方向函数,遵循这些模子和方向函数,借助预备机举办判辨预备,寻找 最优的截割参数。现有公拓荒外的与采煤机滚筒计划优化筹议相合的论文,还发觉辽宁 工程技巧大学和济源职业技巧学院等的极少师生也正在举办这方面的筹议,将有限元方式 利用到截割头的计划筹议上【24】一125]。 鉴于采煤机截割滚筒的众变性、众身分性,必要大宗反复性试验来筹议其截割过 程,因此虚拟样机技巧充溢欺骗预备机硬件和技巧,能够模仿出大宗的工况讯息,将采 煤机机合计划、判辨、优化放正在虚拟境遇下发展,缩短拓荒周期、节俭本钱。 1.3课题首要的筹议实质 本课题欺骗Pro/Engineering wildfire4.0修造采煤机滚筒的三维实体模子,基于虚拟 样机数值模仿技巧代庖实践物理样机试验采煤机滚筒截割事务经过的思念,欺骗 ANSYS/LS.DYNA有限元动态判辨软件对滚筒的截割煤体举办数值模仿仿真,直观获得 滚筒截割动态经过,得出各截齿和滚筒的受力,并对结果举办统计判辨,修造以截齿受 力分歧系数最小,滚筒振动最小为优化方向,对滚筒举办合理优化安排,对某些截齿受 力较大力办边缘局域调解,获得该型号采煤机滚筒机合的合理安排。 此中首要筹议实质包含: (1)筹议采煤机滚筒截割的运转机理,影响滚筒的截割的机合参数、运动参数、煤壁 条款等的物理意思。 太道理工大学硕士筹议生学位论文(2)用Pro/Engineering wildfire4.0软件修造采煤机滚筒的各部件三维模子并安装好, 通过无缝接口导入ANSYS/LS.DYNA,增加拘束并扶植境遇。 (3)ANSVS/LS.DYNA软件动态仿真截齿截割煤层的经过,预备并输出各截齿的受 力、滚筒举座受力,并统计出截齿分歧系数、滚筒振动系数等首要参数。 (4)通过片面调解截线距和安设角度对滚筒举办合理化安排,调解参数后再次举办截 割仿真,对仿真结果举办检测和评议。 太道理工大学硕士筹议生学位论文第二章采煤机滚筒截割煤体的数值模仿 本章将通过三维修模软件Pro/Engineering wildfire4.0修造采煤机滚筒截割煤体的三 维实体模子,并正在动力学判辨软件ANSYS/LS.DYNA中举办数值模仿采煤机滚筒截割 煤体的动态仿真经过,得出截割经过中各截齿和滚筒举座的受力,并对受力情景举办统 计判辨,以便后文的优化。 2.1滚筒三维特点模子的修造 采煤机截割部直接接触煤壁,事务境遇卑劣,消磨采煤机大部门功率,截割部的好 坏直接影响着整机的截割职能和坐蓐效劳,其包含滚筒、调高体例、挡煤板及其他翻转 机构等。此中采煤机螺旋滚筒对整机事务起决心性效率,好的滚筒应有较小的能耗比, 坐蓐率高;振动小,事务安定;牢靠性高;截齿易维修装卸,且阻挡易丧失;事务和洽, 有优越的装煤性等特征。采煤机螺旋滚筒机合纷乱,零件繁众,首要包含端盘、螺旋叶 片、齿座、筒毂、截齿、喷雾体例几大部门,如图2.1所示,筒毂与跟滚筒轴向贯穿, 启发滚筒回旋;端盘和叶片焊接正在筒毂上;齿座焊接正在端盘和叶片上;为防御筒毂和煤 壁直接接触,叶片上焊接着比叶片高约10cm的耐磨板,耐磨板爱护截齿免受磨损,螺 旋叶片将截齿截割下的煤体甩落到刮板输送机;喷嘴与螺旋叶片的小孔装备与水相通, 欺骗喷嘴喷水实行除尘效率【261。 图2-I滚筒机合图Figure2-1Drumstructure 采煤机截齿别离安设正在端盘周边和螺旋叶片顶端,并按必定的法则布列。端盘与 太道理工大学硕士筹议生学位论文煤壁亲近,因此装备截齿较众,并且群众半截齿都向煤壁宗旨倾斜,角度为正;也有小 部门截齿倾斜与采空区,角度为负;不偏斜的截齿角度为零。端盘去煤壁之间有空位, 是为避免端盘与煤壁间的接触摩擦,减小阻力0271。 滚筒机合参数首要包含滚筒直径、滚筒宽度、叶片头数、叶片升角和截齿布列方 式等。滚筒的直径D、叶片直径D外、筒毂直径D内、滚筒宽度h;口叶片外缘升角,口。 叶片内缘升角,口。叶片根部包角直径D。此中滚筒的直径D,是滚筒截齿齿尖所正在最 大圆的直径,其决心着采煤机的型号和采高;滚筒宽度h,是滚筒底边到端盘最外侧齿 尖的间隔。如图2.2和图2.3所示: 图2-2滚筒外形尺寸图 Figure2—2 Drumsize 10 太道理工大学硕士筹议生学位论文 图2-3滚筒叶片参数Figure2-3 The parameter ofdrumblade 本课题筹议的是某型号采煤机滚筒,该滚筒是左旋棋盘畸变式,滚筒直径D为 1600mm,叶片直径D外为1420mm,筒毂直径D内为720mm,滚筒宽度h为800mm,滚 筒共安设33个镐型截齿和齿座,滚筒机合角度参数如外2—1所示。本文筹议滚筒截齿 布列式样如图2.4图,图中小三角吐露各截齿齿尖地点,齿尖所正在横线吐露截割经过中 截齿的运动轨迹,即截线。相邻两条截线的笔直间隔即是截线间隔。如图能够看出叶片 上共15条截线,叶片截齿一线一齿漫衍;端盘直接与煤壁接触,截割阻力较大,安设 截齿较众,此型号采煤机端盘遵照必定的法规安设了18齿,安设角度五种别离有 外2-1滚筒角度参数齿尖螺旋升角 耐磨板外缘升角 叶片外缘升角 叶片根部螺旋升角 叶片根部包角 16.36。 18.3。 19.6。O.5。 33.1。 43.4。 太道理工大学硕士筹议生学位论文 B1 01 A1 C1 E1 D2A3 C2 E2 A4 83 LJ11 IJ11 V1 11' 11IJ 图2-4滚筒截齿布列式样Figure2-4The arrangement ofthedrumteeth (1)滚筒主体三维模子的修造 因为本课题首要为得出采煤机滚筒截割煤体经过中各截齿和全部滚筒的受力,因此 省略滚筒内部传动机构、联接机合和挡煤板等机合。其余为后文优化事务中便于窜改模 型参数做预备,正在不影响截割成就的情景下,对模子外形也举办适合精简,将叶片和筒 毂修造成一体。因此本模子通过拉伸号令,遵循合联参数,别离修造采煤机滚筒筒毂部 分、叶片张开模子。再通过主菜单遴选【插入],/【高级/【骨架折弯】号令,将两头面临接,根 据滚筒的合联参数折弯出滚筒筒毂和叶片的实体特点。再欺骗拉伸和回旋特点修造滚筒 筒毂、端盘实体模子【28】。滚筒主体模子如图2.5所示。 图2—5滚筒主体模子图Figure2-5 The body modelofthedrum 12 太道理工大学硕士筹议生学位论文 欺骗骨架折弯号令能够较无误的保障滚筒外2.1中的各角度参数,也能够轻易后文 对参数的窜改。为下降模子的巨细,加疾后文的判辨速率,滚筒主体部门的定位元件、 喷水部件和端盖螺栓等机合直接省去;对单个零件的片面细节机合也举办了选择,比方 油槽、小凸台、小凹槽等,减小模子量。 (2)截齿三维模子的修造 采煤机镐型截齿头部镶嵌圆锥形的硬质合金,其外貌堆焊了碳化钨合金层,截齿要 餍足固定牢靠、便于更调、且成立本钱低的央浼。实践切割工况中,截齿固定正在齿座内, 镐型截齿头部外面上应正在截割阻力效率下能够正在齿座内回旋,自愿磨锐齿尖,然而因为 实践工况条款卑劣,煤粉容易阻塞截齿与齿座的罅隙,导致截齿往往不行自正在回旋,所 以不思虑截齿正在齿座中的转动,将齿头和齿座修为一体‘291。截煤事务首要靠齿尖楔入煤 体,使煤体分裂,因此截齿担当的载荷均荟萃正在刀头部门。因为截齿较众,外形较纷乱, 为便于划分网格,并淘汰天生的单位,提升运算速率,正在保障镐型截齿首要特点参数且 不影响受力的条件下,尽量简化截齿,省略弧曲面和高卑。简化的截齿三维模子如图2-6 所示: 图2-6截齿模子图 Figure2—6 Themodelofthedrumteeth (3)安装及干预检修 配备滚筒主体和截齿,并对安装体进活跃力学职能检测,查看整体干预,并对问 题举办窜改,保险所需动力学特点。正在Pro/Engineering wildfire4.0中修造的模仿煤体, 煤体规格1000mm1000mmX2000mm,安装好后的滚筒三维模子如图2—7所示,滚筒与 煤体的安装模子图如2.8所示。 l3 太道理工大学硕士筹议生学位论文 图2-7滚筒三维模子安装图 Figure2 Thethree-dimensionalassembly modelofthedrum 图2-8滚筒和煤体的安装图 Figure2-8The assemblymodelofthedrumandcoal 2.2滚筒截割煤体数值模仿模子的修造 ANSYS/LS—DYNA动作力学和新颖预备机联合的新奇的数值模仿东西,依然成为 天下界限内利用平凡的显示非线性动力学判辨有限元软件。其道理纯洁的说即是将物理 模子豆割成分歧种别和巨细的区域,即单位,遵循分歧砚科外面,推到每个单位所受作 14 太道理工大学硕士筹议生学位论文 使劲方程,并构成全部体例方程,终末求解,该软件能够无误的解析每个轻细单位的简 单元移模子。ANSYS/LS.DYNA判辨题目流程如图2-9所示: 图2-9ANSYS/LS—DYNA判辨流程框图 Figure2—9 The analysisprocess ofANSYS/LS DYNA ANSYS/LS—DYNA标准性能重大:(1)有繁众单位类型以供遴选,而且能够采用 Lagrangian增量解法,预备速率疾,运算无误,能餍足大应变、大位移和大转动的情景 央浼。(2)LS—DYNA标准中供应了超百种资料模子,能餍足群众半模子需求。(3)LS-DYNA 供应了20众种接触题目求解式样,能全自愿判辨接触题目,易于行使。(4)LS—DYNA 15 太道理工大学硕士筹议生学位论文 标准利用动力马虎技巧,不光能进活跃力判辨前元气心灵判辨,也能够举办预应力预备,自 顺应才具强,实行直观交互式图像结果显示啦引。 2.2.1有限元软件中实体模子的天生 正在默认的情景下,ANSYS不行支撑“.pn”文献,必需通过相应装备扶植以激活数 据贯穿接口。装备有限元软件ANSYS与Pro/E之间的无缝贯穿,通过无缝接口将采煤 机滚筒截割煤体模子导入ANSYS。为保说明体网格划分告成,ANSYS几何模子修复工 具对读入的实体模子举办修复,此修复性能能够简化模子,下降运算时刻。 2.2.2滚筒截割煤体有限元模子修造 A.单位的遴选 ANSYS/LS—DYNA供应16种单位类型,有壳单位、实体单位、梁单位等;并为各 单位供应了众种外面算法,实行百般纷乱题目的处置,并运算速率疾,对预备机硬件要 因为采煤机滚筒机合纷乱、形势违法规,为提升判辨效劳并保障其须要的精度,滚筒体和截齿都采用solid168单位solid168单位是高阶三维10节点显式动力单位,适合 划分机合比力纷乱形体。 煤块单位选用solidl64,solidl64单位为三维8节点实体单位,选用单点积分,缺省 算法,关于单位的大变形预备速率特殊疾并且有用,然而平常必要沙漏职掌来不准零能 形式阱|34】。 B.资料的遴选 LS.DYNA供应了160众种资料模子,如弹性、超弹性、泡沫、地质、泥土、玻璃、 混凝土、炸药以及刚性、用户自界说资料等百般模子和气体状况方程,能以思虑粘性、 蠕变、温度、应变等资料性子,可餍足群众半模仿需求。正在界说资料时,要确保单元的 和洽,不确切的单元将会影响之后接触时资料的相应【351。 煤体资料与岩体资料形似,煤成层状存储,各向异性,且非均性,有质地软、变形 大、强度低等特征。它既不是弹性体,也不是塑性体,并具有显明的脆性,煤的抗拉强 度小于抗压强度。本课题采用资料库中193号(MAT DRUC】(ERPRAGER)资料模子 以模仿煤体资料,其资料参数扶植如外2.2所示。该模子是一种弹塑性的岩石毁伤模子, 能有用模仿泥土、岩土参数,也能基础响应煤体性子,成就显明。该模子参数有:密度 16 太道理工大学硕士筹议生学位论文 (Mass density)、剪切弹性模量(Elastic shearmodulus)、泊松比(Poissonratio)、分形 维数(Failure surface shapeparameter)、摩擦角(Angleoffriction)、粘着J3(Cohesionvalue)、 膨胀角(Dilationangle),该资料参数必要正在终末天生的K文献中地、,IJz--l众蚺[36】.【381。 外2-2煤体的资料参数 密度 弹性模量 泊松比 摩擦角粘出力 膨胀角 (RO) (GMOD) (RNU) (RKF) (PHI) (CVAL) (PSI) 400kg/m33e+9Mpa 0.3 2.8 O.52 5e+5pa 1.6 截齿及滚筒构成的截割部,选用20号(20.RIGID)刚性体资料模子,不思虑内部 应力,漠视截齿的受力变形,资料参数扶植如外2.3所示。界说刚性体后,其内一齐节 点的自正在度都与全部刚性体的质地核心耦合,以是只存正在刚性体有六个自正在度,漠视各 节点的自正在度。行使刚性体,能够大大加疾预备速率。 外2-3滚筒的资料参数 密度(R0) 弹性模量(GMOD) 泊松比(RNU) 7800kg/m3 4.6e11Mpa O.36 为较直观呈现煤体受截割经过中,煤体摧毁成就,对煤体增加摧毁参数 MAT—ADD—EROSION,扶植该模子参数,如外2-4所示,当滚筒截割经过中,餍足材 料摧毁参数准绳时,资料单位将被删耐391。 外24煤体摧毁参数 失成效(PFAL) 主应力(SIGPI) 2.1e6 3.0e6 ANSYS/LS DYNA中,良众号令都要用到part号,如界说接触界面、加载载荷等。 正在划分网格前,必需对界说每个单位的单位属性,此中包含单位类型Type号、实常数 REAL号、资料模子MAT号,将一齐具有统一类单位属性的单位组合成一个组合,即 一个part。为了轻易后文结对各个截齿受力的判辨,对33个截齿别离定于了part号。 各截齿part号界说情景如图2.10所示。 17 太道理工大学硕士筹议生学位论文 图2-10截齿part号界说漫衍图Figure2—1 0The part numbersdistribution map oftheteeth C.划分单位 单位划分对预备精度和预备领域形成直接影响,通常来说,映照网格比自正在网格的 结果越发无误,并且正在求解经过对CPU和内存的需求相对要低,但映照网格划分央浼 模子为一系列相当法规的体或面;自正在网格划分是自愿化最高的收集划分技巧,其对模 型没有出格央浼,然而只可将模子划分成四面体,因此网格数目较大,影响预备精度和 速率。因为滚筒模子纷乱,因此本课题采用自正在网格划分,并联合网格优化。滚筒网格 划分,将网格划分设尺寸级别为6级,此外勾选“SmartSize”选项,软件自愿遵循模子 估算单位边长,然后对模子中的弯曲区域或者结交区域举办细化处罚,防御过众的网格 单位天生,缩短仿真时刻:从头扶植网格划分属性,对煤体的网格划分采用自正在划分, 撤消智能网格“SmartSize”选项。划分网格结果如图2.11所示: 18 太道理工大学硕士筹议生学位论文 图2—11采煤机滚筒截割煤体有限元模子 Figure2-11 Finiteelementmodelofshearerdrum cutting coal 滚筒及截齿划分单位数目为137045个,采用智能划分网格程度为5级,煤块划分单 元巨细为89432个,煤块单位巨细为5cm。 D.接触的界说 LS.DYNA具有重大的全自愿接触判辨性能,现有50众种接触类型以供求解,此中 三种基础接触类型有:单面接触、节点一外貌接触、外貌一外貌接触,能够告成处置汽 车碰撞安定性判辨、深水爆炸题目、金属模具成型等题目。本文正在充明白了了ANSYS软 件的接触判辨性能和论文所需后,遴选截齿和煤块之间的接触为外貌一外貌接触中的侵 蚀接触(ERODING—SURFACE—TO—SURFACE)。当两外貌接触时,抵达某些条款时,资料发 生失效,但接触依然正在赢余单位中举办,此接触方式通常用于处置两外貌贯穿,爆发实 体单位失效的题目…。 正在截齿和煤体之间遵循Part号界说接触单位,截齿外貌为接触面(contact),煤体为 方向面(targetsurface),两接触面不应有初始穿透。正在腐蚀经过中,当target单位节点 不再和contact单位节点接触式,体例自愿检修相邻单位节点,举办网格跟踪,加疾运 19 太道理工大学硕士筹议生学位论文 算速率。 E.界线条款 因为实践采煤经过中煤层为静止,滚筒做程度挪动和回旋运动,即滚筒沿X向的平 移和绕Y轴的转动,拘束滚筒一齐节点的Y、Z向的平动和x、z向的转动自正在度。正在有 限元判辨中,界说滚筒的运动参数为:转速30转/分(r/min),牵引速率7m/min,对应的 合节字为PRESCRIBEDMOTIONRIGID。 拘束煤体除掉煤的两个面外的其它面,并施加非反射界线条款NONREFLECTING, 实践煤体处于大概积地层中,为了模仿无尽大的地层,正在ANSYS/LSDYNA中扶植非 反射界线条款,对不被截割的煤场面增加无反射界线条款,以消弭膨胀波、剪切波,模 拟实践工况截割。 F.输出职掌参数扶植 扶植基础求解职掌,ANSYS/LS.DYNA中,时刻步长是由最小单位决心,假若预备 时刻步太小将加添求解的总时刻,以是为了减小求解的总时刻,通过质地缩放适合提升 最小时刻步长,而对模子的影响不大,能有用的提升预备效劳。 扶植质地缩放:选项DT2MS为.1e.7s,吐露关于时刻步长小于一1e.7s的单位都举办 了缩放,时刻步缩放因子TSSFAC取O.75,如此单位的密度能够被调度到原则的时刻步 输出界面协力RCFORCE,因为转过6。用的时刻约为0.0083s(预备(30/60/60s),以是可遴选O.007s生存一次界面力。资料能量数据可遴选0.05S生存一次。总的求解 时刻为4.35s,滚筒从初步截割到实现2转截割的用时约为4s。 G.求解 正在实行solve前,将一齐相应讯息写入jobname.db中,再输出看k文献。因为有些 标准不行正在ANSYS/LS.DYNA中举办,因此要通过要窜改k文献来实现…。 调出LS.DYNA标准,正在记事本中窜改天生的K文献,更换相应的资料模子和摧毁 资料模子,从头生存后,正在图形界面入选择LS.DYNAl0.0求解器,扶植合联内存分拨 空间的巨细和输出文献名,然后初步求解。 H.结果查看 当LS.DYNAl0.0求解实现后,行使LS.PrePost.3.2.Win32后处罚软件查看结果, LS.PrePost一3.2一Win32是特意为ANSYS/LS.DYNA标准拓荒的后处罚软件,它能急迅的 读入预备经过中生存的各个数据文献,如d3plot文献和d3thdt文献,本次预备中生存的 20 太道理工大学硕士筹议生学位论文 首要是分歧截齿的界面力、滚筒受力以及采煤的动态经过,该处罚器不光可能急迅的生 玉成部模仿经过的动画,还能急迅的天生全部经过的力、位移、力矩等随之间的转化曲 2.3模仿结果判辨2.3.1滚筒截割煤体的动态判辨 LS—PrePost.3.2.Win32后处罚软件查看滚筒截割煤体动态结果,如图2—12所示: 图2—12截割状况示希图Figure2 2Thestatediagram cutting图2.12滚筒截割煤体的经过能够看出,先是单个截齿出席截割煤体,慢慢加添到 众个截齿同时截割煤体,煤体显示参差不齐地剥落;伺探煤体应力云图颜色,截割经过 显示煤块外貌聚集地步,这声明截齿正在截割的经过中纵向受力和横向受力分拨的不对 理,存正在横向力偏大或者纵向力偏大。当横向力偏大纵向力偏小时,会显示煤块剥落的 不足理念;当纵向力偏大时,采煤机的效劳下降。唯有当纵向力和横向力合理的举办分 配后,才调正在单元时刻内得到最大的采煤量,抵达效劳最高。 2.3.2滚筒和各截齿的受力结果 模仿截割煤体经过中,实践的转2周用时为4s,但因为刚初步滚筒和煤块之间有间