刮板输送机力学系统分析及实验研究

发布时间：2017-09-17 11:21

  本文关键词：刮板输送机力学系统分析及实验研究

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【摘要】：我国是煤炭生产和消费大国,煤矿井下开采设备工业总产值每年超过了1000亿元以上,是我国制造业的重要组成部分。近年来,随着煤炭工业的快速发展,其技术水平取得了一些突破,部分产品技术水平接近或已达到国际先进水平,但由于我国煤机制造业是在仿制国外煤机产品的基础上发展起来的,产品设计理论基础薄弱,使其在产品综合性能、可靠性、自动化程度、关键元部件等方面与国外先进煤机企业的产品相比仍存较大差距,已成为制约我国煤机制造业发展的主要障碍。刮板输送机作为煤矿井下开采设备的关键设备之一,既输送煤炭,又提供采煤机的行走轨道和液压支架推移定位,是综采设备的联接点,研究其井下开采过程中的受力情况是建立整个综采成套设备力学系统的关键。因此,本文着重对刮板输送机中部槽在开采过程中的受力状况进行分析研究和动力学仿真,同时依托国家能源局采掘机械装备研发(实验)中心项目,对综采成套设备力学测试系统、配套性能、模拟煤壁等进行了研究,建设综采成套设备试验台,为综采成套设备理论研究和试验提供了平台,对研究和提高我国煤机产品设计理论,实现煤机产品由制造走向创造具有重大意义。1.对煤矿井下综采成套设备之间的配套及运动情况进行介绍,阐述了刮板输送机在井下开采过程中与采煤机、液压支架之间的相互作用关系,详细分析滚筒割煤时截齿的受力情况、采煤机整体受力及其与刮板输送机之间的作用力,建立了采煤机滚筒和整体受力力学分析模型和计算方法;深入分析了刮板输送机推移过程中煤堆对输送机的阻力及其变化情况和中部槽在给定液压支架推力时的受力情况,得到了推溜起始第一节中部槽与第二节中部槽间受力最大的结论;同时对中部槽在拉架时的受力情况进行了深入分析,得出了刮板输送机在拉架过程中,其中部槽的凸凹端受力最大;最后开发了刮板输送机力学分析软件。2.为进一步研究刮板输送机在推进过程中的受力情况,本文利用ADAMS软件对刮板输送机推进过程进行了动力学仿真。通过对刮板输送机在实际推移过程中各种影响因素的分析,简化了输送机模型,详细计算了在给定中部槽工况下的推煤阻力,提出了对两种典型工况进行分析:一是加速推进方式工况,即给定支架的推移力和推移阻力来进行计算;二是匀速推进工况,即给定推移阻力和推进速度来进行计算。分析结果发现,在最终两个推移力相近的情况下,中部槽凸凹端、哑铃拉力及弯矩在加速推进工况下都远远大于匀速推进工况;外侧哑铃的受力远远大于内侧哑铃受力;中部槽间挤压力大小相近。3.为对煤矿井下开采设备力学系统进行试验研究,本文依托中国煤矿机械装备有限责任公司承担的国家能源局采掘机械装备研发(实验)中心项目,首次建成了完全模拟井下开采的采煤机综采工作面成套装备试验中心,其选取mg500/1130-wd型采煤机、zy9000/15/28d型液压支架、sgz1000/1050型刮板输送机和szz1000/400型转载机作为试验研究设备,进行了配套研究,在液压支架后部配置了辅助油缸,与试验台后部相连,作为成套设备的固定点,保证推进过程中不后退;配备了自动化开采系统、设备工况监测系统和供电供液系统,能够实现成套设备的自动化开采和远程控制。同时为进一步模拟煤矿井下开采环境,采用大同地区煤作为主要骨料,配以水泥、减水剂等材料,建造了采煤机工作面和刨煤机工作面两块模拟煤壁,其中将采煤机工作面煤壁分为硬度为f3和f4两段,采用分层浇筑的方法模拟煤层节理,使整个煤壁接近井下实际情况;在模拟煤壁布置了两层四排共计28个三向测力传感器,测试煤壁在开采过程中的力学变化情况。4.对采煤机平滑靴进行了试验研究。分析了平滑靴在行走过程中的受力,将平滑靴与机身连接的销轴改造为销轴传感器,通过测试销轴的两个径向力计算平滑靴与刮板输送机之间的作用力;通过加载不同的力对销轴传感器进行标定;加厚平滑靴并铣槽,将数据采集模块安装在平滑靴上,将采集的数据储存起来并通过无线信号发送至服务器。本文采集了左右两侧平滑靴(采煤机面向煤壁)从机尾到机头及返回期间的微应变数据,分别对两个平滑靴对刮板输送机压力和摩擦力进行了分析,得出了采煤机启动时平滑靴对刮板输送机摩擦力最大,指出静摩擦系数约为动摩擦系数的2-2.5倍;左右平滑靴分别对刮板输送机的压力变化范围较大,但其变化方向相反;在空载状态下,平滑靴对采煤机的压力比较稳定,在割煤过程中,采煤机受到煤壁的作用力,采煤机发生跳动,使单个平滑靴对刮板输送机压力将为零;同时还得出了在割煤过程中,煤壁对采煤机前进阻力远小于摩擦力。5.对刮板输送机哑铃在推溜过程的受力情况进行了试验研究。在哑铃的两端头进行改造,在哑铃两端头各贴4个应变片,共8个,应变片的应变输出测试哑铃所受拉力,而对侧(180度布置)应变片的应变输出差计算哑铃所受弯矩;在中部槽上铣槽,哑铃的数据采集模块安装在相邻的中部槽上,并将采集的数据储存起来并通过无线信号发送至服务器。试验共计对5个哑铃进行了改造和测试,本文选择对应的一对哑铃(采空侧和煤壁侧)进行试验分析,总结了推移过程中两侧哑铃的受力变化情况,并与仿真计算结果进行了对比,得出了中部槽在推进过程中首先是内侧哑铃受到拉力,随着向前推进内侧哑铃受力减小至不受力,之后外侧哑铃开始受力并逐步增大,在推移到最大位置时受力最大,且哑铃在推进过程同时承受拉力和弯矩。6.对链条运行工况进行了试验研究。在链条平环上部铣槽,将应变片焊接在槽上并进行防护;在链条连接的刮板上铣槽,链环数据采集模块安装在刮板上,并将采集的数据存储起来并通过无线信号发送至服务器,共计对8个链环进行试验,并对其进行了标定,采集了运行过程中的微应变信号;本文选择其中两个链环进行研究分析,得出了链环的受力呈现一定的周期性,与其运行周期基本相同;在空载情况下,上下链条的受力差距不是很明显;链环在进入链轮时受力最大,且波动也最大。7.研究了采煤机导向滑靴、哑铃中部槽的力学测试方案。将导向滑靴与机身连接的销轴改造为销轴传感器测试导向滑靴在行走过程的径向力,并在导向滑靴靠近销轴部位贴焊接式应变片测试其力学变化,在销轴内部装有拉力传感器,测试导向滑靴行走时受到的轴向力;在中部槽推移耳座两侧各安装三片焊接式应变计,测试中部槽在液压支架推力的作用下三个方向的受力。8.研究了数据传输和处理系统,试验过程中,传感器将采集的数据通过数据线传输至数据采集模块,该数据采集模块采用即时无线传输至服务器和当地存储两种方式存贮数据;并且针对不同的数据,采集过程中,所有的数据采用统一的时间坐标,方便后续的数据处理和分析。通过对煤矿井下综采设备实际运行工况的研究,建设了煤矿井上综采工作面成套设备实验平台,并对刮板输送机及采煤机部分零件进行了力学试验研究,验证了实验平台的可行性,对提升我国刮板输送机及煤矿综采装备的理论研究水平具有重要的意义。
【关键词】：刮板输送机 综采实验台 力学分析 实验研究
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD528.3
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 概述13-16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 刮板输送机发展现状16-19
• 1.2.2 刮板输送机力学系统研究现状19-20
• 1.3 综采工作面成套设备实验平台研究现状20-22
• 1.4 存在的问题22-23
• 1.5 主要研究内容23-25
• 第二章 刮板输送机力学系统分析25-45
• 2.1 综采工作面开采成套设备简介25
• 2.2 采煤机受力分析25-36
• 2.2.1 采煤机滚筒受力分析28-34
• 2.2.2 采煤机整体受力分析34-36
• 2.3 刮板输送机推进过程力学分析36-43
• 2.3.1 煤堆的阻力36-39
• 2.3.2 槽间的作用力39-42
• 2.3.3 中部槽拉架过程力学分析42-43
• 2.4 工程计算软件开发43-44
• 2.5 小结44-45
• 第三章 刮板输送机动力学仿真研究45-61
• 3.1 实体模型45-46
• 3.2 约束46-47
• 3.3 加载47-50
• 3.3.1 加速推进工况47-50
• 3.3.2 平移推进工况50
• 3.4 求解计算50-52
• 3.5 结果分析52-58
• 3.5.1 运动过程分析52-53
• 3.5.2 中部槽间作用力分析53-55
• 3.5.3 哑铃销仿真分析55-58
• 3.6 小结58-61
• 第四章 综采工作面实验平台研制61-73
• 4.1 实验设备组成61-67
• 4.1.1 主实验设备61-66
• 4.1.2 集中控制和显示系统66-67
• 4.1.3 配套设备67
• 4.2 模拟工作面环境煤壁67-71
• 4.2.1 假煤壁材料组成68
• 4.2.2 模拟煤壁布置68-69
• 4.2.3 煤壁力学测试系统69-71
• 4.3 小结71-73
• 第五章 刮板输送机实验研究73-119
• 5.1 力学测试方案73-85
• 5.1.1 采煤机测试方案73-80
• 5.1.2 刮板输送机测试方案80-85
• 5.2 数据处理平台85-88
• 5.2.1 无线数据通讯系统85-87
• 5.2.2 有线数据传输87
• 5.2.3 数据分析处理平台软件开发87-88
• 5.3 采煤机平滑靴力学实验研究88-97
• 5.3.1 实验环境88-89
• 5.3.2 左侧平滑靴销轴传感器测试分析89-93
• 5.3.3 右侧平滑靴销轴传感器测试分析93-96
• 5.3.4 对比分析96-97
• 5.4 刮板输送机哑铃销力学实验研究97-109
• 5.4.1 哑铃销传感器标定97-104
• 5.4.2 数据采集和分析104-109
• 5.5 刮板输送机链条力学实验研究109-117
• 5.5.1 链环传感器的标定109-114
• 5.5.2 链环数据采集及分析114-117
• 5.6 结果对比117
• 5.7 小结117-119
• 第六章 结论与展望119-121
• 6.1 结论119-120
• 6.2 创新点120
• 6.3 展望120-121
• 参考文献121-129
• 致谢129-131
• 作者简介131-132

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