采煤机镐形截齿截割过程的计算模拟

发布时间：2017-04-25 18:12

  本文关键词：采煤机镐形截齿截割过程的计算模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 采煤机截割过程是一个复杂的过程,其根本原因在于煤岩结构及性质的复杂性。煤岩不是完整的质料均匀的各向同性体,它既不是完整弹性体,也不是理想塑性体,而具有明显的脆性。分析了煤岩在截割破碎过程中的物理和力学性质及破坏准则,这些是进行计算机模拟的基本前提。 通过对采煤机截割理论的分析,认识到采煤机截割过程主要包括四个阶段:变形阶段、裂纹阶段、压实核形成阶段及裂纹扩展及崩裂阶段,这四个阶段不断重复实现了煤岩的不断破碎和脱落。在截割过程中,作用在截齿上的载荷是在各种复杂且在空间上不断变化的条件下形成的,伴随大量的随机因素,可将截齿的受力简化为三向力:截割阻力、牵引阻力和侧向力。对截割过程影响的主要因素包括:截齿形状、截割速度、截割厚度、安装角及截槽形状等。 本文运用LS-DYNA对煤体的截割过程进行模拟,在模拟中由于模型相对简单,选择直接在ANSYS环境下直接建模。在模拟前还需对模型配置各自的材料模型、材料参数、约束条件及载荷等,其中材料模型的选择是个至关重要的问题,直接关系到模拟结果的可靠性。在模拟时选择了四种方案:变换截割速度、变换截割厚度、变换截齿锥角及变换安装角。通过模拟得到了各种截割条件下的三向阻力,对比分析同种方案中不同阻力的统计值,总结出了一定规律。运用Matlab对三向阻力结果进行了频谱分析,得到了频域中各载荷的能量分布曲线,从中分析出了各向载荷的主要频率,主要频率对截割过程的影响最大,关系到采煤机震动的剧烈程度和工作的稳定性,从而在进行采煤机结构的设计时要尽可能使采煤机的固有频率远离这些主要频率。通过对截割过程模拟的应力云图动画分析,展现了截割过程中煤体应力分布情况,加深了对截割过程的认识。
【关键词】：采煤机 截割过程 LS-DYNA 模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TD421.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 目前采煤机截割的研究方法10-11
• 1.2 采煤机截割国内外研究概述11-13
• 1.2.1 国外采煤机截割研究11-12
• 1.2.2 国内采煤机截割研究12-13
• 1.3 课题研究的意义13-14
• 1.4 论文的主要内容14-16
• 第二章 煤岩的物理及力学性质16-30
• 2.1 煤岩的物理性质16-17
• 2.2 煤的力学性质17-27
• 2.2.1 煤岩的变形破坏过程中的应力变化17-19
• 2.2.2 煤岩体拉伸断裂机制19-21
• 2.2.3 煤岩的破坏准则21-26
• 2.2.4 煤体的力学特征参数26-27
• 2.3 煤层所处的力学环境27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 镐形截齿截割过程的理论分析30-41
• 3.1 镐形截齿的截割过程30-33
• 3.2 截齿的三向阻力和截割比能耗33-36
• 3.2.1 截齿的三向阻力33-35
• 3.2.2 截割的比能耗35-36
• 3.3 影响截割性能的主要因素36-40
• 3.3.1 截齿的几何形状36
• 3.3.2 截齿变钝36-37
• 3.3.3 截槽形状37-38
• 3.3.4 截割速度38
• 3.3.5 截割厚度38-39
• 3.3.6 安装角度39-40
• 3.3.7 截割时截齿作用在煤岩上的载荷性质40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 采煤机截割过程的模拟41-51
• 4.1 LS-DYNA简介41-45
• 4.1.1 LS-DYNA显式动力分析的特点42-43
• 4.1.2 LS-DYNA中的接触问题43-44
• 4.1.3 ANSYS/LS-DYNA程序求解步骤44-45
• 4.2 截割过程的模拟45-49
• 4.2.1 单元类型及材料模型的选择46-47
• 4.2.2 建立实体模型及划分网格47-48
• 4.2.3 定义接触、约束及加载48-49
• 4.2.4 模拟的求解49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 模拟结果的分析51-79
• 5.1 截割参数对截割过程的影响分析51-66
• 5.1.1 截割速度对截割过程的影响分析51-55
• 5.1.2 截割厚度对截割过程的影响分析55-59
• 5.1.3 安装角对截割过程的影响分析59-62
• 5.1.4 锥角对截割过程的影响分析62-66
• 5.2 截割过程中煤体的应力分析66-70
• 5.3 三向力的频域分析70-77
• 5.3.1 频域分析的数学基础70-72
• 5.3.2 频域分析在MATLAB中的实现72-73
• 5.3.3 三向力的频域分析73-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 结论79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文85

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 陈远益;钴结壳螺旋滚筒采集头切削参数优化设计及其动力学仿真[D];中南大学;2011年

2 杨会龙;高频感应熔覆截齿耐磨层的试验研究[D];郑州大学;2011年

3 刘凯云;采煤机截割滚筒（φ2.0m）结构的改进[D];太原理工大学;2012年

4 张振华;深海钴结壳采集头截齿破碎性能及截齿布置优化研究[D];中南大学;2012年

5 刘贝;铣挖机铣挖头设计与优化研究[D];武汉科技大学;2012年

6 董瑞春;采煤机螺旋滚筒煤岩石截割的数值模拟技术研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

7 殷欢星;掘进机自磨锐截齿的设计及研究[D];沈阳理工大学;2012年

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本文编号：326808