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滚筒采煤机
采煤机截割滚筒(φ16m)截齿的合理布置的分析研究
来源:admin 时间:2019-06-24

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  太道理l:人学硕十磋商生1学位论文 采煤机截割滚筒(中1.6m)截齿的合理摆设磋商 摘要 采煤机是综采事情面装最主要的事情兴办之一,正在煤炭采掘中起着重 要效力。采煤机滚筒最为主要的事情推广机构,负责着截煤、落煤、装煤 的环节职业,损耗采煤机的大部门功率。因为滚筒组织的分歧理,并正在截 割历程中其受到高周期性的应力、负荷、磨损,因此正在本质工况中,某型 号采煤机每每产生一部门截齿的损坏,大大影响着采煤机事情职能和临盆 服从,这注明采煤机滚筒各截齿受力不屈均、分别较大。为此,要对该型 号采煤机滚筒截齿举行合理结构。 wildfire 4.0中创办采煤机的滚筒三维模 本课题通过正在Pro/Engineering 割煤体的数值模仿,获得各截齿和滚筒截割煤体历程中的受力情形,并对 各截齿受力和滚筒受力举行统计阐述,呈现采煤机各截齿受力不均、滚筒 动摇性较大。采煤机滚筒零件繁众,组织杂乱;煤体的组织性子众变;其 事情时的受力情形也相当杂乱,于是影响截割职能的参数浩繁。本文截齿 分列格式举动优化参数,以各截齿受力分别最小、滚筒动摇系数最小为目 标函数,通过限制调剂截线隔绝和装配角度,抵达减小各截齿受力分别, 下降滚筒动摇的宗旨。 太道理’l:人学硕+磋商生学位论文 环节词:采煤机,滚筒,数值模仿,截齿合理摆设 太道理工大学硕士磋商生学位论文 I己ESEARCHONREASONABLEARRAGEMENToF SHEARERDRUM’SCUTTINGTEETH ABSTRACT Thecoal machineisoneofthemost of Fully— mining importantequipment mechanized an roleincoal mining,whichalsoplayimportant drumisthemost undertakesthe task mechanism;which importantworking key suchasthe coal ofthe in cutting,coaldropping,andconsumping.Mostpower thecoal machineisconsumedthedrum.Itnot isunder mining by only high andtearinthe alsohas stress,load,wear cyclic cuttingprocess,but unreasonablestructure.Asa real oftooth result,in condition,some working part onacertainofcoal affects machine,which alwaysdamage type mining greatly and ofthecoal machinemItshows performanceproductionefficiency mining thatthestressofthe teethonthisshearerdrumisnot the cutting uniform,and differenceis structureof model drum this shearer quitegreat.Therefore,the shouldbe impoved. Inthis authorset the ofthe research,the up three-dimemsionalmodel shearerdrum andcoal in wildfire4.0.And bodyPro/Engineering then, simulatethedrum coal inthe numerically cuttingbody dynamics display software ANSYS/LS—DYNA.Getthestresssituationof teethandthe every drumwhen coal thestress.Shearer cuttingprocess,andstatisticallyanalysis drumhaslotsof structure is coal structureis parts,whose complex,and body varied.What’S forceofthe worse,whenworking,the drumisquitecomplex.So, T1T 太道理工大学硕士磋商生学位论文 thereare whicheffect of takethe manyparameters cutting performance.Only methodas each tooth pickarrangementoptimization parameters,withcutting forcedifference fluctuationcoefficientminimumasthe minimum,drum sectiondistanceand toreducethe objectivefunction,thelocallyregulat angle toothstressdifferenceanddrum cutting fluctuation. KEYWORDS:coal miningmachine,Shearerdrum,numericalsimulation, reasonable arragement IV 太道理工大学硕士磋商生学位论文 第一章绪论 1.1课题磋商的宗旨和事理 跟着天下经济的疾速开展,能源的提供逐步寅吃卯粮。我邦事煤炭大邦,可采掘量 位居天下第一,本质采量位居天下第二,固然其他能源的接踵开辟和诈骗如雨后春笋, 然则目前煤炭仍占统统能源消费大局的70%以上。邦度发改委正在“十二五”筹办中指出, 估计到2015年,我邦煤炭临盆力将提拔到4】亿吨/年,煤炭临盆企业也向大基地、大集 团宗旨开展,世界采煤呆板化水准要抵达75%以上。正在政府的大举促使下,采掘呆板装 备现出高速开展的好势头,各学者平素闭切着煤矿开采技能的磋商情形,实际的工况也 哀求着采掘呆板兴办向智能化、大型化、高效化的的宗旨迈进…。 双螺旋滚筒采煤机,举动最主要的采掘呆板之一,调高畛域大,正在采掘中厚煤层工 况中,能够双向采煤,一次采全高,并能适当种种煤层厚度转移、底板不屈的情况;此 外双滚筒采煤性能够自开事情面两头的隐语,且组织大略、成立容易,于是其已成为了 各大矿区采掘缓倾斜中厚煤层的重要采煤呆板【2】。采煤机通常由截割部、牵引部、电动 机及其他安装构成如图1.1所示。个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兴办、冷却体例、喷雾体例和 过载爱惜机构【21。 1、6—挡j匀暇f2、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 Doubledrumcoalshearer Figurel一1 1 太道理工大学硕士磋商生学位论文 20世纪60年代,英邦和德邦等邦度率先将圆形滚筒刷新成螺旋叶片滚筒,大大提 高了煤炭临盆服从。我邦采煤机正在70年代从无到有,统统进口外洋的采煤呆板满意生 产需求,过程邦内学者对采煤机的仿制、阐述和吸取;到八十年代,我邦独立磋商的采 煤机体例编制慢慢圆满;90年代以后,采煤机技能飞速开展,并朝着大功率化、智能化、 强力化、适当本领强等宗旨开展,种种安乐技能、工况监测显示技能也接踵磋商获胜I31。 目前我邦自立研发的采煤机,仍然满意邦内煤炭临盆的需求,并攻克了大部门煤炭采掘 商场。 然则跟着煤炭工业的开展,对采煤机的职能哀求也越来越高,采煤机滚筒是采煤机 用于截煤、碎煤、落煤、装煤的主要部件,损耗整机的大部门功率。滚筒组织杂乱,参 数浩繁;煤体组织众变:截割历程中,截齿受力是一个非线性的杂乱历程,且各截齿受 力漫衍不屈均,这些参数都直接影响着截割服从、能耗比、牢靠性、块煤率、寿命和工 41。 作服从等l 滚筒截齿分为镐型截齿和刀型截齿两种,截齿的几何组织直接影响着采煤机的截 割,通常按照工况煤层的性子和采煤机截齿场所情形决策遴选哪种截齿,煤层比拟脆并 有夹石层的通常运用镐型截齿:看待中硬度或者较粘性的煤层通常运用刀型截齿,截齿 组织的刷新能够大大普及截割服从、下降粉尘、普及块煤率。刀型截齿使用普及,之前 邦外里众人磋商都针对刀型截齿的磋商,对镐型截齿的截割职能磋商较少,外面编制不 圆满,以至许众都是鉴戒刀型截齿的外面【51。目前本质工况中,自从60、70年代以后, 镐型截齿正在采煤机上诈骗越来越众,并且损耗惊人,往往老是某几个齿捣乱断裂。对邦 外里采煤机截齿损耗情形侦察领会到,邦内的综采截齿损耗率大约为30把/万吨,而联 采的截齿损耗率为80.120把/万吨,有些工况损耗以至可高达200把/万吨;外洋综采截 齿损耗率通常约为20把/万吨。这注明本质采煤机截割历程中,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失落,倘使没有实时的增 补和维修,就会增大相邻截齿的受力载荷而导致进一步捣乱,或统统滚筒动摇的加剧, 影响整机寿命I61。因此磋商镐型截齿采煤机滚筒的截割情形,阐述载荷情况,对普及煤 炭临盆有壮大的经济价格。 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均衡;另一种是统统滚 筒受到的载荷均衡。均衡即是采煤机滚筒各截齿受力相对分别较小;滚筒所受载荷动摇 较小【71。本课题采用动力学仿真技能取得采煤机滚筒截割煤体的历程,并收罗各截齿和 统统滚筒的受力载荷,对结果受力载荷举行磋商阐述,并辅导对采煤机滚筒组织合理优 夕 太道理工大学硕士磋商生学位论文 化摆设。因为影响参数浩繁,以往的磋商阐述对采煤机截割景象的领悟区别,导致得出 的种种外面各不相似以至相反,或相对本质差错较大,而且不行一切注明滚筒截割煤体 景象的杂乱历程。动力学仿真技能可较确切的模仿采煤机截割煤体历程,为滚筒某些参 数的优化供应根据。近年来该技能正在工程磋商和使用中迟缓开展,己成为工程技能职员 革新磋商和计划的主要格式。将动力学仿真阐述技能使用到采煤机滚筒的计划优化上, 比拟外面与实习,能较一切的模仿确切工况情形;也能大大缩短实习研发周期、省略劳 动强度,对题目的领悟会加倍深切、精密。本课题不只能够领会采煤机截割煤体的更众 细节,并且能够随时毗连动态地、反复地显示滚筒截割煤体的历程,对采煤机滚筒计划 外面方面也有促使效力。 1.2邦外里磋商近况 上个世纪40年代起,英邦、苏联接踵开辟了第一代采煤机开辟以后,采煤机迅猛 开展,磋商编制日趋圆满,险些能适当种种煤层举行采掘功课,并逐步向大型化、大功 率、高效化的宗旨开展,也仍然变成了较为圆满的磋商编制。滚筒举动采煤机主要的工 作机构,邦外里学者对其计划外面和优化做了豪爽磋商事情,一向丰裕圆满截割外面和 优化编制,其手腕大致分为三种: 第一种:实物模仿实习法 早期的磋商重要是贯串本质工况碰到的题目,按照阅历和之前的计划对缺陷举行改 进,计划职员计划出纸质样图,临盆职员按照样图将刷新的结果做出样机,再返回到各 种工况中举行试验,测试其效力、寿命、牢靠性等,倘使不行抵达预期后果,还要从新 计划批改,并批改样机,然后实习。这种磋商格式能够对缺陷举行优化刷新,然则耗时 长、修制样机损耗科研经费大,并且往往由于不行一次抵达预期的后果而返工。正在商场 逐鹿云云激烈的今日,该种磋商格式容易错失良机,因此目前这种计划磋商形式,仍然 跟着科技的提高慢慢被减少【81。 跟着对采煤机截割领悟的深切,往往须要对其的某一性子举行深切领会,除正在本质 机械兴办实习外,诈骗相仿外面的模仿实习磋商仍然正在今世自然科学磋商中获得普及的 使用,正在相仿模子上领会确切情形产生的景象和次序。学者们按照采煤机相仿外面和截 割外面,创办截割煤体实习平台,相仿模子蕴涵的采煤机资料相仿、尺寸相仿,动力学 相仿、运动学相仿,以及被截割的煤格式样力学职能相仿。诈骗相仿实习平台,对本质 煤体或人工合成模子举行截割,并改良采煤机滚筒的重要参数,如叶片头数、叶片升角、 3 太道理工大学硕士磋商生学位论文 滚筒截距、截齿分列格式和装配角度等,以优化块煤率、下降比能耗、减小摩擦、下降 滚筒扭矩、普及滚筒寿命、普及截割服从和装煤率为方向,寻求最佳滚筒组织参数,达 到优化的宗旨【91。而今这些实习仍然创办了采煤机滚筒截割丰裕的外面根柢,比方,目 前邦际还是使用的采煤机截割力估量公式,即是前苏联学者50年代诈骗直线截割道理 实习取得的。外洋对采煤机磋商起步较早,稀奇是50年代到80年代,豪爽的以实习系 统为模子,对截割职能、运动学、资料学、截齿负荷等方面,一切磋商了采煤机职能, 创办了丰裕的外面编制。 Babu 美邦粹者VenkataAchanti诈骗挽救截割试验台,举行了粉尘量众少与截割参 数闭联的磋商,他指出给进速率越大,粉尘量越岁10】。学者Rizwan A.Qayyum正在按照 相仿外面,正在截割实习台上,阐述五种区别类型的截齿装配对截割职能的影响,获得截 割能耗比,粉尘量、滚筒载荷与区别种别截齿的闭联…】。邦内,中邦矿业大学的刘送永 等,通过相仿模子实习平台对四种区别滚筒举行试验,商讨截齿区别的分列格式对滚筒 截割扭矩和块煤率的影响,得出叶片头数越众,载荷动摇越小;棋盘式滚筒所受扭矩比 21。 序次式要小,且棋盘式滚筒块煤率较大;棋盘畸变式滚筒载荷动摇较小【1 基于相仿外面得相仿模仿实习法,相对本质工况实习法,仍然有了很大的普及,可 以便当的举行针对性实习,实习结果具有科学性。然则诈骗相仿模仿实习耗用时刻仍相 对较长,实习资料的打定过于杂乱,往往须要花费许众时刻和经费来成立实习装置,且 实习资料思考参数比拟简单,只可合用于一中实习计划,反复性不高,且有些实习不行 较确切模仿本质切割。 第二种:外面阐述磋商 跟着各学科领会的深切,越来越众的学者们贯串其它学科常识,如隐隐外面、信 号处罚、遗传算法、神经收集、概率统计外面等,诈骗其他学科常识对采煤机参数举行 优化,处理采倔呆板等工程呆板界限的优化题目。李晓豁按照本质工况,诈骗动力学原 理,创办采煤机滚筒截割煤体历程中截齿的轨迹方程、加快率方程、速率方程。通过纯 数学手腕的阐述和估量,得出运动参数对截割历程的影响,为螺旋滚筒的组织和职能提 供外面根据【13】。焦丽基于昔人实习获得的滚筒截齿受力公式,诈骗概率统计手腕,随即 加载事情应力和资料强度以模仿本质工况,对滚筒举行负荷测试,得出截齿牢靠性的理 论公式,为其窒碍诊断供应外面辅导【14】;再有的学者鉴戒种种成熟的算法,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行优化,创办众方向函数 和众变量的优化模子,得出优化结果,下降能耗比、减小动摇、增大块煤率、普及临盆 4 太道理工大学硕士磋商生学位论文 手腕阐述预测了截割力公式,为截割外面磋商供应了新的手腕116】。Du基于截齿截割力 闭联公式,以滚筒动摇系数最小为方向,估量出区别截齿分列时滚筒的动摇系数,为不 同工况下滚筒的遴选运用供应了外面根柢【】。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,深切领会截割机构的力学性子和动力特色,为本质工况下截割 体例非线性耦合动力学供应外面参考118】。再有有的学者按照端盘截齿的切屑图,阐述了 截齿排布对煤块度和事情面粉尘的影响,从外面上商讨了截齿装配角度对滚筒受力状 态、截割比能耗以及端盘、截齿运用寿命的影响,确定了合理的角度畛域。其磋商可作 为圆满端盘截齿计划、普及滚筒事情服从的外面根据l】91。 以采煤机滚筒计划的外面和手腕为根柢,创办滚筒优化的数学模子和公式,贯串 今世估量机优化法子,诈骗其他学科手腕举行参数优化或从外面前进行结果阐述,并与 工矿举行比较,抵达优化方向函数的宗旨。 第三种:虚拟样机阐述法: 跟着估量机硬件和估量机技能的疾速开展,虚拟样机技能这一数字化计划手腕, 也迟缓成为众学科归纳技能。个中蕴涵CAD修模技能、呆板体例动力学与仿真技能、有 限元阐述等等。诈骗虚拟样机技能大大撙节了研发的时刻和人力、物力,下降了开辟经 费,也使开辟可反复性巩固。虚拟样机使用流程如图卜2: 构修三维实体模子 ▲ ▲ ▲ ’ T 动力学模子修模、柃杏 有限元修模、 疲乏寿命阐述 j卜涉、查验动力学职能 强度阐述 0 、 , 上 参数优化 上 采煤机强度、动力学实习 图卜2虚拟样机技能的使用 l-2 ofthevirtual Figure Applications prototypetechnology 5 太道理工大学硕士磋商生学位论文 模仿截齿截割的本质历程,获取断面截齿受力、速率、加快率、滚筒的扣矩、动摇等参 数,商讨区别截齿装配角度对块煤率的影响【201。BoYu等诈骗显示动力学软件LS.DYNA 对采煤机截割历程举行仿真,得出滚筒运动速率、截齿几何特色、截齿间的彼此效力对 滚筒截割力的影响,并阐述出煤岩破裂的重要大局是剪切捣乱【21。姬邦强等诈骗有限元 软件LS.DYNA对滚筒截割煤岩举行仿真磋商,得出截齿随截割所受的三向力的转移曲 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。郭迎福等诈骗估量机仿真技能举行滚筒的职能的磋商,得出采煤机截割职能受运动 参数之间的闭联,撮佳的截割状况不但哀求合理的滚筒组织,也要有成亲的运动参数12引。 此类磋商为领会采煤机截割供应了新手腕,诈骗估量机辅助估量赶紧的模仿出统统事情 历程,对所得结果举行优化,抵达计划优化机构的宗旨。 从豪爽闭于优化滚筒截齿排布及优化的论文和竹素呈现,正在截割头的估量机辅助设 计磋商上,众人都是正在邦外里现有的截割外面的根柢上,创办截割头截割煤岩的数学模 型和相应的优化方向函数,按照这些模子和方向函数,借助估量机举行阐述估量,寻找 最优的截割参数。现有公然辟外的与采煤机滚筒计划优化磋商相闭的论文,还呈现辽宁 工程技能大学和济源职业技能学院等的极少师生也正在举行这方面的磋商,将有限元手腕 使用到截割头的计划磋商上【24】一125]。 鉴于采煤机截割滚筒的众变性、众要素性,须要豪爽反复性实习来磋商其截割过 程,因此虚拟样机技能充满诈骗估量机硬件和技能,能够模仿出豪爽的工况音信,将采 煤机组织计划、阐述、优化放正在虚拟境遇下展开,缩短开辟周期、减削本钱。 1.3课题重要的磋商实质 wildfire 4.0创办采煤机滚筒的三维实体模子,基于虚拟 本课题诈骗Pro/Engineering 样机数值模仿技能取代本质物理样机试验采煤机滚筒截割事情历程的思念,诈骗 ANSYS/LS.DYNA有限元动态阐述软件对滚筒的截割煤体举行数值模仿仿真,直观获得 滚筒截割动态历程,得出各截齿和滚筒的受力,并对结果举行统计阐述,创办以截齿受 力分别系数最小,滚筒动摇最小为优化方向,对滚筒举行合理优化摆设,对某些截齿受 力较肆意行四周局域调解,获得该型号采煤机滚筒组织的合理摆设。 个中重要磋商实质蕴涵: (1)磋商采煤机滚筒截割的运转机理,影响滚筒的截割的组织参数、运动参数、煤壁 条款等的物理事理。 6 太道理工大学硕士磋商生学位论文 wildfire 4.0软件创办采煤机滚筒的各部件三维模子并安装好, (2)用Pro/Engineering 通过无缝接口导入ANSYS/LS.DYNA,增添拘束并设立境遇。 力、滚筒全体受力,并统计出截齿分别系数、滚筒动摇系数等重要参数。 (4)通过限制调解截线距和装配角度对滚筒举行合理化摆设,调解参数后再次举行截 割仿真,对仿真结果举行检测和评议。 7 太道理工大学硕士磋商生学位论文 8 太道理工大学硕士磋商生学位论文 第二章采煤机滚筒截割煤体的数值模仿 wildfire 4.0创办采煤机滚筒截割煤体的三 本章将通过三维修模软件Pro/Engineering 煤体的动态仿真历程,得出截割历程中各截齿和滚筒全体的受力,并对受力情形举行统 计阐述,以便后文的优化。 2.1滚筒三维特色模子的创办 采煤机截割部直接接触煤壁,事情境遇卑劣,损耗采煤机大部门功率,截割部的好 坏直接影响着整机的截割职能和临盆服从,其蕴涵滚筒、调高体例、挡煤板及其他翻转 机构等。个中采煤机螺旋滚筒对整机事情起决策性效力,好的滚筒应有较小的能耗比, 临盆率高;振动小,事情牢固;牢靠性高;截齿易维修装卸,且阻挠易失落;事情和洽, 有杰出的装煤性等特色。采煤机螺旋滚筒组织杂乱,零件繁众,重要蕴涵端盘、螺旋叶 片、齿座、筒毂、截齿、喷雾体例几大部门,如图2.1所示,筒毂与跟滚筒轴向毗连, 带头滚筒挽救;端盘和叶片焊接正在筒毂上;齿座焊接正在端盘和叶片上;为防备筒毂和煤 壁直接接触,叶片上焊接着比叶片高约10cm的耐磨板,耐磨板爱惜截齿免受磨损,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安装与水相通, 诈骗喷嘴喷水竣工除尘效力【261。 嫡盘 图2-I滚筒组织图 Drumstructure Figure2-1 采煤机截齿别离装配正在端盘周边和螺旋叶片顶端,并按必定的次序分列。端盘与 9 太道理工大学硕士磋商生学位论文 煤壁挨近,因此设备截齿较众,并且大大批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。端盘去煤壁之间有清闲, 是为避免端盘与煤壁间的接触摩擦,减小阻力0271。 滚筒组织参数重要蕴涵滚筒直径、滚筒宽度、叶片头数、叶片升角和截齿分列方 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。个中滚筒的直径D,是滚筒截齿齿尖所正在最 大圆的直径,其决策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 尖的隔绝。如图2.2和图2.3所示: 图2-2滚筒外形尺寸图 Drumsize Figure2—2 10 太道理工大学硕士磋商生学位论文 \ \ 潜然. \芦≮\ 图2-3滚筒叶片参数 The ofdrumblade Figure2-3parameter 本课题磋商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 筒共装配33个镐型截齿和齿座,滚筒组织角度参数如外2—1所示。本文磋商滚筒截齿 分列格式如图2.4图,图中小三角呈现各截齿齿尖场所,齿尖所正在横线呈现截割历程中 截齿的运动轨迹,即截线。相邻两条截线的笔直隔绝即是截线隔绝。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,装配 截齿较众,此型号采煤机端盘遵照必定的正派装配了18齿,装配角度五种别离有 种角3个,D种角3个,E种角3个。 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。 太道理工大学硕士磋商生学位论文 B1 01 A1 C1 E1 阳 B? D2 A3 C2 E2 A4 83 0 ^5 C, £3 ●6 LJ 11 l— r’ IJ 11 V1 11 I— 11 L. 11 IJ . 、 1 1 7\ \\^Dh 、).X\ \) ^\ 认I、\ 扒\】、 弧▲ \L\\\ 虱’、\ 心f\ 心\X 、)\\ \\\ \\I、\ 心\X n…·. L.“+ 飞1k \、\\n…l。 心\\n 压’I几uI 、‘\1、t』 ‘L。I几I、‘\\1)—.』£L。I几u、‘\\、■f \\\ \\I、\ 吣\▲ 心X \\\\ \\’、\ 心’\ \卜\▲ 、§\\ \\\ \、\\ 心\▲ \ \\▲ \\\\ \\~ \\ \\’\ \\\▲ V \\Jj 飞几 \、几 \过1 I、洲、≮H 图2-4滚筒截齿分列格式 The ofthedrumteeth Figure2-4 arrangement (1)滚筒主体三维模子的创办 因为本课题重要为得出采煤机滚筒截割煤体历程中各截齿和统统滚筒的受力,因此 省略滚筒内部传动机构、联接组织和挡煤板等组织。别的为后文优化事情中便于批改模 型参数做打定,正在不影响截割后果的情形下,对模子外形也举行妥贴精简,将叶片和筒 毂创办成一体。因此本模子通过拉伸号令,按照相干参数,别离创办采煤机滚筒筒毂部 分、叶片睁开模子。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 据滚筒的相干参数折弯出滚筒筒毂和叶片的实体特色。再诈骗拉伸和挽救特色创办滚筒 筒毂、端盘实体模子【28】。滚筒主体模子如图2.5所示。 (a) (b) 图2—5滚筒主体模子图 The modelofthedrum Figure2-5body 12 太道理工大学硕士磋商生学位论文 诈骗骨架折弯号令能够较确实的保障滚筒外2.1中的各角度参数,也能够便当后文 对参数的批改。为下降模子的巨细,加疾后文的阐述速率,滚筒主体部门的定位元件、 喷水部件和端盖螺栓等组织直接省去;对单个零件的限制细节组织也举行了选择,比方 油槽、小凸台、小凹槽等,减小模子量。 (2)截齿三维模子的创办 采煤机镐型截齿头部镶嵌圆锥形的硬质合金,其外外堆焊了碳化钨合金层,截齿要 满意固定牢靠、便于退换、且成立本钱低的哀求。本质切割工况中,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力下能够正在齿座内挽救,主动磨锐齿尖,然则因为 本质工况条款卑劣,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挽救,所 以不思考截齿正在齿座中的转动,将齿头和齿座修为一体‘291。截煤事情重要靠齿尖楔入煤 体,使煤体破裂,因此截齿继承的载荷均纠合正在刀头部门。因为截齿较众,外形较杂乱, 为便于划分网格,并省略天生的单位,普及运算速率,正在保障镐型截齿重要特色参数且 不影响受力的条件下,尽量简化截齿,省略弧曲面和高低。简化的截齿三维模子如图2-6 所示: 图2-6截齿模子图 Themodelthe Figure2—6 of drumteeth (3)安装及干预检修 装置滚筒主体和截齿,并对安装体进动作力学职能检测,查看整体干预,并对问 wildfire 4.0中创办的模仿煤体, 题举行批改,保护所需动力学特色。正在Pro/Engineering 煤体的安装模子图如2.8所示。 l3 太道理工大学硕士磋商生学位论文 图2-7滚筒三维模子安装图 The three-dimensionalmodelofthedrum Figure2·7 assembly 图2-8滚筒和煤体的安装图 The Figure2-8 modelofthedrumandcoal assembly 2.2滚筒截割煤体数值模仿模子的创办 ANSYS/LS—DYNA举动力学和今世估量机贯串的别致的数值模仿器材,仍然成为 天下畛域内使用普及的显示非线性动力学阐述有限元软件。其道理大略的说即是将物理 模子离散成区别种别和巨细的区域,即单位,按照区别窗科外面,推到每个单位所受作 14 太道理工大学硕士磋商生学位论文 使劲方程,并构成统统体例方程,结尾求解,该软件能够无误的解析每个细微单位的简 单元移模子。ANSYS/LS.DYNA阐述题目流程如图2-9所示: 图2-9ANSYS/LS—DYNA阐述流程框图 The ofANSYS/LS·DYNA Figure2—9analysisprocess 15 太道理工大学硕士磋商生学位论文 标准使用动力和缓技能,不但能进动作力阐述前元气心灵阐述,也能够举行预应力估量,自 适当本领强,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 正在默认的情形下,ANSYS不行增援“.pn”文献,必需通过相应设备设立以激活数 据毗连接口。设备有限元软件ANSYS与Pro/E之间的无缝毗连,通过无缝接口将采煤 机滚筒截割煤体模子导入ANSYS。为保外明体网格划分获胜,ANSYS几何模子修复工 具对读入的实体模子举行修复,此修复效力能够简化模子,下降运算时刻。 2.2.2滚筒截割煤体有限元模子创办 A.单位的遴选 ANSYS/LS—DYNA供应1 6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,竣工种种杂乱题目的处理,并运算速率疾,对估量机硬件要 求低。 因为采煤机滚筒组织杂乱、形势不正派,为普及阐述服从并保障其需要的精度,滚 筒体和截齿都采用solid168单位solid 168单位是高阶三维10节点显式动力单位,适合 划分组织比拟杂乱形体。 算法,看待单位的大变形估量速率非凡疾并且有用,然则往往须要沙漏限制来制止零能 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、用户自界说资料等种种模子和气体状况方程,能以思考粘性、 蠕变、温度、应变等资料性子,可满意大大批模仿需求。正在界说资料时,要确保单元的 51。 和洽,不精确的单元将会影响之后接触时资料的反映【3 煤体资料与岩体资料相仿,煤成层状存储,各向异性,且非均性,有质地软、变形 大、强度低等特色。它既不是弹性体,也不是塑性体,并具有彰彰的脆性,煤的抗拉强 DRUC】(ER 度小于抗压强度。本课题采用资料库中193号(MAT PRAGER)资料模子 以模仿煤体资料,其资料参数设立如外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,也能基础反响煤体性子,后果彰彰。该模子参数有:密度 16 太道理工大学硕士磋商生学位论文 (Mass shearmodulus)、泊松比(Poissonratio)、分形 density)、剪切弹性模量(Elastic surface 维数(Failureshapeparameter)、摩擦角(Angle value)、 膨胀角(Dilation 外2-2煤体的资料参数 密度 弹性模量 泊松比 分形维数 摩擦角 粘出力 膨胀角 (RO) (GMOD) (RNU) (RKF) (PHI)(CVAL)(PSI) 1 3e+9Mpa0.3 2.8 O.52 1.6 400kg/m3 5e+5pa 应力,无视截齿的受力变形,资料参数设立如外2.3所示。界说刚性体后,其内全体节 点的自正在度都与统统刚性体的质料中央耦合,于是只存正在刚性体有六个自正在度,无视各 节点的自正在度。运用刚性体,能够大大加疾估量速率。 外2-3滚筒的资料参数 泊松比(RNU) 密度(R0) 弹性模量(GMOD) 7800kg/m3 4.6e11Mpa O.36 为较直观呈现煤体受截割历程中,煤体捣乱后果,对煤体增添捣乱参数 料捣乱参数尺度时,资料单位将被删耐391。 外24煤体捣乱参数 失效用(PFAL)主应力(SIGPI) 2.1e6 3.0e6 正在划分网格前,必需对界说每个单位的单位属性,个中蕴涵单位类型Type号、实常数 REAL号、资料模子MAT号,将全体具有统一类单位属性的单位组合成一个组合,即 一个part。为了便当后文结对各个截齿受力的阐述,对33个截齿别离定于了part号。 各截齿part号界说情形如图2.10所示。 17 太道理工大学硕士磋商生学位论文 1 、 1 I± ● 20 鬯 ● )R ’三 一 t, t, 1’ 』 1 J 1 J 1 1 1 \ \JI T \ ¨ \ J o \ 11 \ \J \J一 \ ll \ \ . \』 \ lU \ , I、 . \J \J 。.. \ d .…一 \ 一.…. \ 冉叮斤l \J 膏叮斤¨ \ 1 斤叮斤川 \ . ’、 \J 一 \J口 \ f 、 、 \ \J。 \N. \ \j, \ , 、 \ 、 \Jf \., \ \ 图2-1 0截齿part号界说漫衍图 0The numbersdistributionoftheteeth Figure2—1part map C.划分单位 单位划分对估量精度和估量界限发生直接影响,通常来说,照射网格比自正在网格的 结果加倍无误,并且正在求解历程对CPU和内存的需求相对要低,但照射网格划分哀求 模子为一系列相当正派的体或面;自正在网格划分是主动化最高的收集划分技能,其对模 型没有特别哀求,然则只可将模子划分成四面体,因此网格数目较大,影响估量精度和 速率。因为滚筒模子杂乱,因此本课题采用自正在网格划分,并贯串网格优化。滚筒网格 划分,将网格划分设尺寸级别为6级,别的勾选“SmartSize”选项,软件主动按照模子 估算单位边长,然后对模子中的弯曲区域或者订交区域举行细化处罚,防备过众的网格 单位天生,缩短仿真时刻:从新设立网格划分属性,对煤体的网格划分采用自正在划分, 取缔智能网格“SmartSize”选项。划分网格结果如图2.11所示: 18 太道理工大学硕士磋商生学位论文 图2—11采煤机滚筒截割煤体有限元模子 drum coal 1 Finiteelementmodelofshearer Figure2-1 cutting 滚筒及截齿划分单位数目为137045个,采用智能划分网格水准为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具有健壮的全主动接触阐述效力,现有50众种接触类型以供求解,个中 三种基础接触类型有:单面接触、节点一外外接触、外外一外外接触,能够获胜处理汽 车碰撞安乐性阐述、深水爆炸题目、金属模具成型等题目。本文正在充满领会了ANSYS软 件的接触阐述效力和论文所需后,遴选截齿和煤块之间的接触为外外一外外接触中的侵 生失效,但接触还是正在糟粕单位中举行,此接触手腕通常用于处理两外外贯穿,产生实 体单位失效的题目…。 方向面(target 不再和contact单位节点接触式,体例主动检修相邻单位节点,举行网格跟踪,加疾运 19 太道理工大学硕士磋商生学位论文 算速率。 E.鸿沟条款 因为本质采煤历程中煤层为静止,滚筒做水准挪动和挽救运动,即滚筒沿X向的平 移和绕Y轴的转动,拘束滚筒全体节点的Y、Z向的平动和x、z向的转动自正在度。正在有 限元阐述中,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 MOTIONRIGID。 环节字为PRESCRIBED 拘束煤体除掉煤的两个面外的其它面,并施加非反射鸿沟条款NONREFLECTING, 本质煤体处于大概积地层中,为了模仿无尽大的地层,正在ANSYS/LSDYNA中设立非 反射鸿沟条款,对不被截割的煤得体增添无反射鸿沟条款,以扫除膨胀波、剪切波,模 拟本质工况截割。 F.输出限制参数设立 设立基础求解限制,ANSYS/LS.DYNA中,时刻步长是由最小单位决策,倘使估量 时刻步太小将增长求解的总时刻,于是为了减小求解的总时刻,通过质料缩放妥贴普及 最小时刻步长,而对模子的影响不大,能有用的普及估量服从。 设立质料缩放:选项DT2MS为.1e.7s,呈现看待时刻步长小于一1e.7s的单位都举行 了缩放,时刻步缩放因子TSSFAC取O.75,如许单位的密度能够被调剂到划定的时刻步 长。 于是可遴选O.007s保管一次界面力。资料能量数据可遴选0.05S保管一次。总的求解 时刻为4.35s,滚筒从初步截割到落成2转截割的用时约为4s。 G.求解 标准不行正在ANSYS/LS.DYNA中举行,因此要通过要批改k文献来落成…。 调出LS.DYNA标准,正在记事本中批改天生的K文献,替代相应的资料模子和捣乱 资料模子,从新保管后,正在图形界面落选择LS.DYNAl0.0求解器,设立相干内存分派 空间的巨细和输出文献名,然后初步求解。 H.结果查看 读入估量历程中保管的各个数据文献,如d3plot文献和d3thdt文献,本次估量中保管的 20 太道理工大学硕士磋商生学位论文 重要是区别截齿的界面力、滚筒受力以及采煤的动态历程,该处罚器不但也许疾速的生 成统统模仿历程的动画,还能疾速的天生统统历程的力、位移、力矩等随之间的转移曲 线滚筒截割煤体的动态阐述 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: (a) (b) LH·h ridge 爱{ =:{ 3m·蠕墨 t州t“霉 虱 虱 (C) (d) 21 太道理工大学硕士磋商生学位论文 (e) (f) 图2—1 2截割状况示企图 2Thestate of Figure2·1 diagramcutting 图2.12滚筒截割煤体的历程能够看出,先是单个截齿出席截割煤体,逐步增长到 众个截齿同时截割煤体,煤体映现有条不紊地剥落;张望煤体应力云图颜色,截割历程 映现煤块外外积聚景象,这注明截齿正在截割的历程中纵向受力和横向受力分派的分歧 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,会映现煤块剥落的 不敷理念;当纵向力偏大时,采煤机的服从下降。唯有当纵向力和横向力合理的举行分 配后,才具正在单元时刻内取得最大的采煤量,抵达服从最高。 2.3.2滚筒和各截齿的受力结果 模仿截割煤体历程中,本质的转2周用时为4s,但因为刚初步滚筒和煤块之间有间 隙,因此总的仿线r/min的挽救速率转动并水准横向截割煤 体。各截齿受力随时刻转移情形如图2.13到图2.45所示。 6∽ ~ j E40∞ 一 一 j20∞ 耄 O 21eo氅c-£,$Ⅸ 。 ……_I一L 图2—13截割历程中1号截齿所受外力 图2-14截割历程中2号截齿所受外力 3Theexternalforceon 4Theexternalforceon Figure2—1 Figure2—1 teethwhen NO.2teethwhen NO.1 cutting cutting 22 太道理工大学硕士磋商生学位论文 Z,。口圣x z每PoI^ Z1■古; z蕾Sl^ lira目s bm剖s Z葛Po商 z,.PoJN z,日Po生毛专警芷 ziPou#%=3_o口 time/s bmeb limds 图2—15截割历程中3号截齿所受外力 图2—16截割历程中4号截齿所受外力 5TheexternalforceOIl 6TheexternalforceOFI Figure2·1 Figure2·1 teethwhen NO.3teethwhen NO.4 cutting cutting 2,。巳oJx z,e苫孓 z,9Ⅱ古皇 z;P拿^ z,e”童N z,。u童N z,e口6告品一ln∞-芷 z,e口b巴写暑嚣正 time/s 图2-17截割历程中5号截齿所受外力 图2-18截割历程中6号截齿所受外力 external 7The forceon 8Theexternalforceon Figure2·1 Figure2·1 NO.5teethwhen No.6teethwhen cutting cutting I J, 毛20jx z;世O孓 毛口S葛 Il 0 2 4 6

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