一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法技术

本发明专利技术公开一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，方法首先根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时采用EDEM颗粒工厂构建煤岩的离散元模型，并将采煤机截割部多柔性体动力学模型中的螺旋滚筒的.wall文件导入到煤岩的离散元模型中；接着设置煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件之间的磨损系数，形成截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型；然后启动EDEM和RecurDyn中的双向耦合按钮，对截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型进行仿真；最后根据仿真结果分析螺旋滚筒磨损情况。本发明专利技术实现了螺旋滚筒磨损的定量、定性分析，为改善采煤机螺旋滚筒磨损特性提供数据支撑和理论参考。数据支撑和理论参考。数据支撑和理论参考。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法


[0001]本专利技术涉及采煤设备
，尤其涉及一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法。

技术介绍

[0002]螺旋滚筒作为采煤机截割煤岩的工作机构，其磨损问题在截割、装载过程是必然存在的。尤其是截割赋存条件复杂的煤层时，螺旋滚筒因长期工作在非线性、时变性、冲击性和强耦合性载荷环境下，其磨损现象尤为显著，严重影响采煤机截割性能和使用寿命，从而降低企业生产效益。
[0003]采煤机螺旋滚筒磨损特性与煤岩特性有关外，还与采煤机运动参数和螺旋滚筒结构参数有关。一个设计好的螺旋滚筒，应在保证截割性能的同时更具有耐磨性能，避免因螺旋滚筒磨损造成采煤机使用寿命短、生产效率低的问题。
[0004]目前，已有采用LS
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DYNA数值模拟和离散元法对夹矸煤岩条件下螺旋滚筒磨损的研究，但这类方法未能分析螺旋滚筒结构参数和采煤机运动参数对螺旋滚筒磨损的交互影响，且未考虑实际截割、装载过程中螺旋滚筒的变形、振动对煤岩颗粒动力学行为的影响。
[0005]螺旋滚筒截割、装载煤岩特别是赋存条件复杂的薄煤层，因与煤岩体间存在强烈的耦合作用而存在变形、振动，受试验条件的限制很难在试验过程中获得螺旋滚筒与颗粒间的双向耦合作用机理以及螺旋滚筒磨损特性，目前对螺旋滚筒磨损问题的研究尚处于不断探索阶段。本专利技术旨在利用离散元
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多柔体动力学模拟螺旋滚筒截割、装载煤岩双向耦合作用过程，确定采煤机螺旋滚筒磨损特性和各个参数对螺旋滚筒磨损的影响规律。/>
技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时对动力学模型中的螺旋滚筒进行网格化，生成螺旋滚筒的.wall文件；
[0009]所述螺旋滚筒的结构参数由Pro/E设置，包括螺旋滚筒直径、螺旋滚筒筒毅直径、螺旋叶片升角、螺旋叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和截齿排列方式；
[0010]所述采煤机的运动参数由RecurDyn设置，包括采煤机牵引速度和螺旋滚筒转速。
[0011]所述采煤机截割部多柔性体动力学模型中的柔性体包括螺旋滚筒截齿和螺旋叶片。
[0012]步骤2：根据煤岩的材料和尺寸参数，采用EDEM颗粒工厂构建煤岩的离散元模型，将步骤1得到的螺旋滚筒的.wall文件导入到煤岩的离散元模型中；
[0013]步骤3：设置煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件之间的磨损系数，从而形成截
割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型；
[0014]进一步的，所述煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件的磨损系数包括：煤岩与低合金高强度结构钢螺旋叶片的磨损系数、煤岩与超高强度钢截齿的磨损系数。
[0015]步骤4：启动EDEM和RecurDyn中的双向耦合按钮，对截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型进行仿真；
[0016]步骤5：根据仿真结果分析螺旋滚筒磨损情况，具体过程如下：
[0017]步骤5.1：根据响应面法设计采煤机牵引速度、螺旋滚筒转速、螺旋叶片升角和螺旋滚筒截齿结构参数中的截齿齿尖半锥角的组合方式；
[0018]步骤5.2：将步骤5.1设计的组合方式加载到截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型中进行仿真分析，得到仿真分析结果；
[0019]步骤5.3：采用方差分析确定螺旋滚筒截齿磨损深度和螺旋叶片磨损深度关于采煤机牵引速度、螺旋滚筒转速、螺旋叶片升角和截齿齿尖半锥角的响应函数及响应曲面。
[0020]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的方法模拟了截割、装载过程螺旋滚筒与煤岩间的双向耦合作用，实现了螺旋滚筒磨损的定量、定性分析，为改善采煤机螺旋滚筒磨损特性提供数据支撑和理论参考。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例中采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例中采煤机截割部多柔性体动力学模型图；
[0023]图3为本专利技术实施例中截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型图；
[0024]图4为本专利技术实施例中截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型中螺旋滚筒截齿磨损仿真效果图；
[0025]图5为本专利技术实施例中截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型中螺旋叶片磨损仿真效果图；
[0026]其中，(a)为螺旋叶片上齿座根部附近位置的磨损仿真效果图，(b)为螺旋叶片尾端的磨损仿真效果图；
[0027]图6为本专利技术实施例中采煤机螺旋滚筒截齿磨损深度关于采煤机牵引速度、螺旋滚筒转速、螺旋叶片升角、截齿齿尖半锥角的响应曲面；
[0028]其中，(a)为截齿磨损深度关于采煤机牵引速度和螺旋滚筒转速的响应曲面，(b)为截齿磨损深度关于采煤机牵引速度和螺旋叶片升角的响应曲面，(c)为截齿磨损深度关于采煤机牵引速度和截齿齿尖半锥角的响应曲面，(d)为截齿磨损深度关于螺旋滚筒转速和螺旋叶片升角的响应曲面，(e)为截齿磨损深度关于螺旋滚筒转速和截齿齿尖半锥角的响应曲面，(f)为截齿磨损深度关于螺旋叶片升角和截齿齿尖半锥角的响应曲面；
[0029]图7为本专利技术实施例中采煤机螺旋滚筒螺旋叶片磨损深度关于采煤机牵引速度、螺旋滚筒转速、螺旋叶片升角、截齿齿尖半锥角的响应曲面；
[0030]其中，(a)为螺旋叶片磨损深度关于采煤机牵引速度和螺旋滚筒转速的响应曲面，(b)为螺旋叶片磨损深度关于采煤机牵引速度和螺旋叶片升角的响应曲面，(c)为螺旋叶片磨损深度关于采煤机牵引速度和截齿齿尖半锥角的响应曲面，(d)为螺旋叶片磨损深度关于螺旋滚筒转速和螺旋叶片升角的响应曲面，(e)为螺旋叶片磨损深度关于螺旋滚筒转速
和截齿齿尖半锥角的响应曲面，(f)为螺旋叶片磨损深度关于螺旋叶片升角和截齿齿尖半锥角的响应曲面。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0032]如图1所示，本实施例中采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法如下所述。
[0033]步骤1：根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时对动力学模型中的螺旋滚筒进行网格化，生成螺旋滚筒的.wall文件；
[0034]所述螺旋滚筒的结构参数由Pro/E设置，包括螺旋滚筒直径、螺旋滚筒筒毅直径、螺旋叶片升角、螺旋叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和截齿排列方式；
[0035]所述采煤机的运动参数由RecurDyn设置，包括采煤机牵引速度和螺旋滚筒转速。
[0036]所述采煤机截割部多柔性体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时对动力学模型中的螺旋滚筒进行网格化，生成螺旋滚筒的.wall文件；步骤2：根据煤岩的材料和尺寸参数，采用EDEM颗粒工厂构建煤岩的离散元模型，将步骤1得到的螺旋滚筒的.wall文件导入到煤岩的离散元模型中；步骤3：设置煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件之间的磨损系数，从而形成截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型；步骤4：启动EDEM和RecurDyn中的双向耦合按钮，对截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型进行仿真；步骤5：根据仿真结果分析螺旋滚筒磨损情况。2.根据权利要求1所述的采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，其特征在于，所述螺旋滚筒的结构参数由Pro/E设置，包括螺旋滚筒直径、螺旋滚筒筒毅直径、螺旋叶片升角、螺旋叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和截齿排列方式；所述采煤机的运动参数由RecurDyn设置，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鑫，赵国超，赵丽娟，韩立国，张海宁，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：