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煤炭学报 2022年第10期47卷 3829-3839页

作者：王学文刘朝阳李博马继磐刘俊李娟莉麻豪洲夏蕊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

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... 详细信息

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。

关键词：中部槽磨损凹坑仿生响应面法 dem-mbd双向耦合

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掘进机截割过程建模与仿真研究

掘进机截割过程建模与仿真研究

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作者：王岩辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

掘进机作为岩巷掘进的主要设备,依靠截割机构实现岩石的破碎。截割头作为截割机构的核心部件,在破岩过程中承受较大载荷会产生剧烈振动从而影响掘进机的工作性能。为提高掘进机的截割性能,利用离散元法-多体动力学(dem-mbd)双向耦合技术... 详细信息

掘进机作为岩巷掘进的主要设备,依靠截割机构实现岩石的破碎。截割头作为截割机构的核心部件,在破岩过程中承受较大载荷会产生剧烈振动从而影响掘进机的工作性能。为提高掘进机的截割性能,利用离散元法-多体动力学(dem-mbd)双向耦合技术,基于数值模拟、多目标优化和机器学习等方法,针对掘进机截割过程展开研究如下:阐述掘进机的截割原理及相关理论基础,并对岩石的物理力学特性进行分析;基于掘进机截齿的受力特性,对截割头的整体受力情况展开研究;建立掘进机横摆运动的数学模型;以某型号掘进机截割机构为工程对象,在Edem中建立岩壁的离散元模型,在Recur Dyn中建立掘进机的动力学模型,联合Pro/E、Edem和Recur Dyn建立掘进机截割过程的dem-mbd双向耦合仿真模型。基于dem-mbd双向耦合技术,分析岩体颗粒间力链受截割头作用的断裂过程;探究不同工况对截割头受载情况及截割性能的影响;利用田口试验法研究岩壁硬度、横摆速度、转速和垂直摆角对截割性能的影响,获得截割头受载及截割性能的回归方程。构造掘进机截割性能的多目标优化模型,采用NSGA-II算法对不同岩壁硬度和垂直摆角下掘进机的转速和横摆速度分级进行优化。通过支持向量回归模型实现掘进机岩壁硬度和垂直摆角的识别,提出基于识别模型的掘进机性能优化控制模型,并利用AMESimSimulink联合仿真对模型的可靠性进行验证。该论文有图49幅,表16个,参考文献52篇。

关键词：掘进机 dem-mbd双向耦合田口试验性能优化

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基于双电机协同驱动弛张筛面的动态特性研究

基于双电机协同驱动弛张筛面的动态特性研究

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作者：张新太原理工大学

学位级别：硕士

弛张筛以其能耗低、噪声小、筛分效率高等优点广泛应用于潮湿细粒煤炭干法深度筛分作业,但传统弛张筛分设备均采用单激励源,处于该激励方式下的浮动筛框是通过弹簧阻尼做受迫振动。其存在的不足之处是筛机振幅会根据来料量大小发生变化... 详细信息

弛张筛以其能耗低、噪声小、筛分效率高等优点广泛应用于潮湿细粒煤炭干法深度筛分作业,但传统弛张筛分设备均采用单激励源,处于该激励方式下的浮动筛框是通过弹簧阻尼做受迫振动。其存在的不足之处是筛机振幅会根据来料量大小发生变化,难以实现对内外筛框振幅的分别调控。此外,在弛张筛筛面的研究方面,目前不能采用数值模拟方法将煤炭颗粒与柔性筛面进行耦合分析,所以颗粒在弛张筛面上的运动行为和动态筛分性能尚不明确。为了保证弛张筛具有稳定的筛分效率,同时为了进一步提高潮湿细粒煤炭的筛分效果和揭示弛张筛面的动态性能,本文以双电机驱动弛张筛为研究对象,采用动力学-离散元耦合分析方法,对筛机-筛板-颗粒耦合模型进行了动力学分析。论文主要工作如下:(1)根据拉格朗日方程建立了双轴双质体三自由度动力学模型,求解出了受迫振动的稳态复数解,确定出了近共振区域的工作频率;研究了稳定工况下偏心轴相位差对双筛框振动相位差的影响;利用RecurDyn对双电机弛张筛系统进行了计算从而验证了上述模型的合理性。(2)利用ANSYS建立了弛张筛面的有限元模型,分析了设计参数对筛面振动的影响,导入多体动力学软件建立了筛机-筛板的刚柔耦合模型,对柔性筛面进行了动力学分析,并与弹性压杆模型进行了对比;研究了弹性筛面挠曲形态和张紧量对筛面运动行为的影响。(3)基于刚柔耦合模型,分别对单颗粒和颗粒群在筛面上的运动轨迹、跳动规律进行了研究。采用线性分段插值计算方法对柔性筛板进行了近似柔性化处理,通过与悬链线曲线函数进行比较从而确定了该方法的准确性和可靠性。在筛分过程的研究中引入了离散单元法,建立了(Discrete Element Methods-Multiple Body Dynamics)dem-mbd耦合模型,研究了筛机的振动参数对筛分效率、处理量和颗粒的抛射强度的作用规律。本文的研究工作和结论,可以为弛张筛筛面的动力学分析,潮湿细粒煤的抛射、碰撞规律的揭示以及双激励源协同控制算法提供理论依据和参考。

关键词： Edem-RecurDyn联合仿真筛分效率刚柔耦合双电机驱动弛张筛 dem-mbd双向耦合

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