一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法技术

本发明专利技术提供一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，包括：获取煤岩的物理力学参数、采煤机螺旋滚筒的材料特性参数和结构参数、煤岩和采煤机不同材质螺旋滚筒的接触系数；建立煤岩离散元接触模型；建立采煤机螺旋滚筒参数化三维实体模型；将螺旋滚筒参数化三维实体模型转化为IGES格式，导入至所述煤岩离散元接触模型中，建立系列离散元仿真模型；采用系列离散元仿真模型分别对采煤机牵引速度、螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析，分别获得采煤机装煤率随这些参数的变化曲线；根据上述变化曲线，通过遗传算法获得采煤机螺旋滚筒截割煤岩的装煤率。

A method for determining coal loading rate of shearer spiral drum based on discrete element method

The present invention provides a discrete element method of shearer spiral cutting drum based on rate determination method, includes: acquiring coal rock mechanical parameters, the shearer drum material properties and structural parameters of coal mining machine, and different materials of helix roller contact coefficient; establish coal discrete element contact model is established; shearer drum parametric three-dimensional model; the parameters of screw drum 3D model into IGES format, introduced to the coal rock discrete element contact model, a series of discrete element simulation model; using a series of discrete element simulation model of shearer helical drum speed, speed, line spacing, spiral drum the angle of helix, helical drum drum hub diameter, spiral drum drum diameter response analysis, shearer loading ratio with these parameters were obtained According to the above variation curve, the coal loading rate of the cutting coal of the spiral drum of the shearer is obtained by genetic algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法
本专利技术属于采煤设备
，具体涉及一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法。
技术介绍
螺旋滚筒作为采煤机截割煤壁的工作机构，其装煤效果是采煤机工作可靠性的重要指标，滚筒在工作时要保证可将截落下的煤及时装到运输机上，以避免煤的堆积增大采煤机截割阻力，影响采煤机的截割进程，降低采煤机的工作可靠性。滚筒设计参数的改变会影响滚筒装煤空间，进而影响采煤机装煤效果。采煤机螺旋滚筒装煤性能与煤岩特性有关外，还与采煤机运动参数和螺旋滚筒结构参数有关。一个好的螺旋滚筒，应使截割煤岩颗粒及时排除并保证可将截落下的煤岩及时装到运输机上，并使煤岩及时排出，不堵塞螺旋滚筒。20世纪70年代，Cundall提出了离散元法，其基本思想是把散粒群体定义为具有一定形状和质量的颗粒集合，赋予颗粒与颗粒、颗粒与墙体间的接触力和接触行为，以分析颗粒与颗粒、颗粒与边界的接触作用规律。离散元法采用动态松弛法、牛顿第二定律和时步迭代求解每个颗粒的运动和位移，适用于求解非线性问题、。使离散元法在分析高度复杂系统时，可基本保留煤壁的模型特性，正是由于该特点，使得离散元法成为研究颗粒群体动力学的一种通用方法，离散元法已被广泛应用于岩石力学、土壤分析和颗粒类仓库的研究中，但在采煤机截割煤岩过程的应用极少。煤岩特别是复杂地质条件下薄煤层具有非线性、强耦合性等特点，在截割煤岩时，由于受到试验条件限制，无法在试验过程中获得颗粒的运动特性，装煤过程中滚筒与煤颗粒间作用的机理以及煤壁颗粒的运动规律目前并未探知十分准确，只能对滚筒的设计参数采用传统理论与实验相结合的方式。本专利技术旨在利用离散元软件EDEM模拟滚筒的装煤过程，确定采煤机螺旋滚筒装煤性能和各个参数对装煤性能的影响规律。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法。本专利技术的技术方案为：一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，包括以下步骤：获取煤岩的物理力学参数、采煤机螺旋滚筒的材料特性参数和结构参数，以及获取煤岩和采煤机不同材质螺旋滚筒的接触系数；根据所述煤岩的物理力学参数，建立煤岩的离散元接触模型；根据所述采煤机螺旋滚筒的结构参数，建立采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型；将所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型转化为IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，建立系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型；采用所述系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型分别对采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析，分别获得采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线；根据所述采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径和螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线，通过遗传算法获得采煤机螺旋滚筒截割煤岩的装煤率。上述方法中，所述煤岩的物理力学参数包括：煤岩密度、煤岩抗拉强度、煤岩抗压强度、煤岩泊松比、煤岩杨氏模量、煤岩凝聚力。上述方法中，所述采煤机螺旋滚筒的材料特性参数包括：螺旋滚筒不同材料的泊松比、螺旋滚筒不同材料的杨氏模量、螺旋滚筒不同材料的密度。上述方法中，所述螺旋滚筒不同材料包括低合金钢、锻用结构钢和低合金超高强度钢。上述方法中，所述采煤机螺旋滚筒的结构参数包括螺旋滚筒滚筒直径、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和排列方式。上述方法中，所述将所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型转化为IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，建立系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型的方法包括：将所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型直接转化为IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，并根据所述采煤机螺旋滚筒的材料特性参数、所述煤岩和采煤机不同材质螺旋滚筒的接触系数，利用EDEM建立采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型一；在所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型中设置螺旋滚筒截线距并转化成IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，利用EDEM建立采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型二；在所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型中设置螺旋滚筒螺旋升角并转化成IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，利用EDEM建立采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型三；在所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型中设置螺旋滚筒筒毂直径并转化成IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，利用EDEM建立采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型四；在所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型中设置螺旋滚筒滚筒直径并转化成IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，利用EDEM建立采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型五。上述方法中，所述采用所述系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型分别对采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析，具体为：采用所述采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型一对采煤机牵引速度和采煤机螺旋滚筒转速进行响应分析；采用所述采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型二对所述螺旋滚筒截线距进行响应分析；采用所述采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型三对所述螺旋滚筒螺旋升角进行响应分析；采用所述采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型四对所述螺旋滚筒筒毂直径进行响应分析；采用所述采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型五对所述螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析。本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用离散元计算机仿真技术可获得采煤机的装煤性能随采煤机的运动参数和采煤机螺旋滚筒结构参数的变化规律，并通过对各个参数对装煤性能影响规律的定性和定量分析，确定该采煤机的装煤性能，为使采煤机螺旋滚筒装煤性能达到最优提供数据支撑和理论参考。附图说明图1是本专利技术具体实施方式的煤岩离散元接触模型。图2是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型。图3是本专利技术具体实施方式的采煤机截割部模型。图4是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型一。图5是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型一的装煤效果仿真状态图。图6是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤性能统计状态图。图7是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随采煤机牵引速度的变化曲线。图8是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随螺旋滚筒转速的变化曲线。图9是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随螺旋滚筒截线距的变化曲线。图10是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随螺旋滚筒螺旋升角的变化曲线。图11是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随螺旋滚筒筒毂直径的变化曲线。图12是本专利技术具体实施方式的采煤机螺旋滚筒装煤率随螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，包括以下步骤：获取煤岩的物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于包括以下步骤：获取煤岩的物理力学参数、采煤机螺旋滚筒的材料特性参数和结构参数，以及获取煤岩和采煤机不同材质螺旋滚筒的接触系数；根据所述煤岩的物理力学参数，建立煤岩的离散元接触模型；根据所述采煤机螺旋滚筒的结构参数，建立采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型；将所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型转化为IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，建立系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型；采用所述系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型分别对采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析，分别获得采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线；根据所述采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径和螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线，通过遗传算法获得采煤机螺旋滚筒截割煤岩的装煤率。

【技术特征摘要】
1.一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于包括以下步骤：获取煤岩的物理力学参数、采煤机螺旋滚筒的材料特性参数和结构参数，以及获取煤岩和采煤机不同材质螺旋滚筒的接触系数；根据所述煤岩的物理力学参数，建立煤岩的离散元接触模型；根据所述采煤机螺旋滚筒的结构参数，建立采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型；将所述采煤机螺旋滚筒的参数化三维实体模型转化为IGES格式，导入至所述煤岩的离散元接触模型中，建立系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型；采用所述系列采煤机螺旋滚筒装煤效果离散元仿真模型分别对采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径进行响应分析，分别获得采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线；根据所述采煤机装煤率随采煤机牵引速度、采煤机螺旋滚筒转速、螺旋滚筒截线距、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒筒毂直径和螺旋滚筒滚筒直径的变化曲线，通过遗传算法获得采煤机螺旋滚筒截割煤岩的装煤率。2.根据权利要求1所述的一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于所述煤岩的物理力学参数包括：煤岩密度、煤岩抗拉强度、煤岩抗压强度、煤岩泊松比、煤岩杨氏模量、煤岩凝聚力。3.根据权利要求1所述的一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于所述采煤机螺旋滚筒的材料特性参数包括：螺旋滚筒不同材料的泊松比、螺旋滚筒不同材料的杨氏模量、螺旋滚筒不同材料的密度。4.根据权利要求3所述的一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于所述螺旋滚筒不同材料包括低合金钢、锻用结构钢和低合金超高强度钢。5.根据权利要求1所述的一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，其特征在于所述采煤机螺旋滚筒的结构参数包括螺旋滚筒滚筒直径、螺旋滚筒筒毂直径、螺旋滚筒螺旋升角、螺旋滚筒叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和排列方式。6.根据权利要求1所述的一种基于离散元法的采煤机螺旋滚筒装煤率的确定方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽娟，范佳艺，李明昊，田震，刘宏梅，刘旭南，付新，张品好，史百胜，周文潮，黄凯，付东波，金忠峰，石树林，闻首杰，刘雪景，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21