基于响应面法的仿生凹坑型中部槽耐磨性

作     者：王学文 刘朝阳 李博 马继磐 刘俊 李娟莉 麻豪洲 夏蕊 WANG Xuewen;LIU Zhaoyang;LI Bo;MA Jipan;LIU Jun;LI Juanli;MA Haozhou;XIA Rui

作者机构：太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室山西太原030024 太重煤机有限公司山西太原030000 山西煤矿机械制造股份有限公司山西太原030031 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第10期

页      面：3829-3839页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 081901[工学-采矿工程] 1002[医学-临床医学] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51804207,51875386) 山西省基础研究计划资助项目(202103021223080) 

主　　题：中部槽 磨损 凹坑仿生 响应面法 DEM-MBD双向耦合 

摘      要：刮板输送机是实现煤炭长距离运输的重要装备,中部槽是其重要组成部分,且长期受到煤与刮板的混合摩擦作用,磨损十分严重。为了提高中部槽的耐磨性,以蜣螂体表的非光滑凹坑结构为仿生原型,借助仿生非光滑理论,在中部槽表面设计仿生凹坑型结构,研究仿生凹坑型中部槽的耐磨性。首先,为了可以更高效地进行仿生参数的探究,设计了与刮板输送机工作原理类似的磨粒磨损试验机往复模型,并建立了磨粒磨损机DEM-MBD双向耦合模型,通过EDEM离散元法进行磨损深度分析,通过RecurDyn多体动力学进行相关约束的建立和仿生中板的受力分析。其次,借助响应面法对不同凹坑仿生结构的参数组合进行筛选,获取耐磨仿生的最佳参数组合,结果表明:在试验条件下,凹坑型仿生中部槽最小磨损深度的参数组合为:形貌圆坑,直径0.9 mm,深度1.8 mm,角度90°,横向间距13.6 mm,纵向间距10 mm,其中直径、深度和横向间距为显著性影响因素。然后,为了验证仿真结果的可靠性,加工了最优耐磨参数组合下的仿生中板,并与光滑中板进行耐磨性试验对比,结果表明:与光滑中板相比,凹坑型仿生中板具有良好的减磨性能,减磨效率可达24.81%。此外,通过建立的与SGZ880/800型刮板输送机等比例的简化中部槽模型,对凹坑参数进行了进一步验证,发现:最优耐磨参数下的凹坑仿生结构能够有效地减小煤、刮板与中板间的三体磨损,中板磨损均匀,进一步验证了凹坑仿生耐磨参数组合的合理性。最后,分析其耐磨性发现,凹坑结构不仅能有效的减小煤散料与中板的接触面积,破坏接触的连续性,还能使中板与煤散料接触表面形成空气膜,降低摩擦因数。