刨煤机刨刀刨削煤岩力学特性研究及其优化设计

1 绪论

1.1 刨煤机发展与应用现状

1.2 刨煤机研究概述

1.3 刨煤机开采工艺与成套装备

1. 4 小结

2 自动化刨煤机工作原理与主要结构

2.1 刨煤机工作原理

2. 2 刨煤机结构

2.3 刨煤机核心技术

2. 4 小结

3 刨煤机参数优化及刨头受力计算

3.1 煤层适刨性

3. 2 刨煤机工况参数优化

3.3 刨煤机刨头力学参数计算

3. 4 小结

4 刨煤机刨刀刨削煤岩力学理论研究

4.1 刨削煤岩破碎机理研究

4.2 刨刀刨削煤岩力学模型

4.3 刨刀峰值载荷和载荷谱分析

4.4 小结

5 刨煤机刨刀刨削煤岩数值模拟研究

5.1 数值模拟分析过程

5. 2 煤岩破坏本构模型建立

5. 3 刨刀刨削煤岩有限元模型建立

5.4 刨刀刨削煤岩力学特性数值模拟研究

5.5 模拟结果与实验结果对比分析

5.6 刨刀应力数值模拟分析

5.7 小结

6 刨煤机刨刀刨削煤岩实验研究

6.1 刨煤机实验系统描述

6.2 刨刀刨削煤岩力学特性实验研究

6.3 实验结果分析

6.4 小结

7 刨煤机刨刀优化设计

7.1 多目标优化理论分析

7.2NSGA-2算法原理及过程

7.3 刨刀优化设计数学模型

7.4 刨刀优化的CAE实现

7.5 优化后实验

7.6 小结

参考文献

《刨煤机刨刀刨削煤岩力学特性研究及其优化设计》概括了刨煤机的发展与应用情况，总结了刨煤机理论研究现状，阐述了刨煤机成套装备配套的基本要求及其开采工艺；自动化刨煤机工作原理，分析了自动化刨煤机成套装备配套的主要技术数据。介绍了刨头、滑架、紧链器等刨煤机主要部件结构。总结了自动化刨煤机工作的核心技术。分析了影响刨煤机煤岩适刨性的主要因素。通过实现生产能力最大化为目标，研究刨煤机工况参数优化。对刨煤机刨头受力进行了分析计算，得到刨头装煤阻力、摩擦力计算结果。并对刨链拉力和功率进行了计算。通过研究刨煤机刨削煤岩的破碎机理，分析影响刨削煤岩过程的主要因素，研究了刨刀主要几何参数和刨煤机工况参数等因素对破碎煤岩的影响。计算了实验系统中的刨削力。分析了刨煤机工作过程中的峰值载荷及其影响因素，研究了刨刀载荷谱分布规律，为刨刀力学特性分析提供理论依据。针对实验测试所用假煤壁的特性，研究了本构单元在变形过程中经历的几个阶段。针对每个阶段的不同特征，判断材料单元应力应变所处的位置，并根据本构关系特征建立失效的判断依据，为刨煤机刨刀刨削煤岩提供了合理的损伤本构模型。对链牵引滑行刨煤机为研究对象，针对刨煤机刨削煤壁的实际情况，进行非线性动力学模拟。应用有限元软件ANSYS／LS-DYNA建立了刨削过程的动力学模型，模拟研究了刨煤机刨削煤岩时刨刀的力学特性和相互接触的动应力。得到了不同刨刀结构参数和刨煤机工况参数时的刨刀所受三向力载荷变化曲线；解决了刨刀载荷识别问题，为刨刀优化设计提供了计算数据。通过自行研制的刨煤机实验台进行刨削煤岩实验，获得了单个刨刀随煤岩性质、刨刀结构参数和刨煤机工况参数变化时的载荷时间历程曲线，同时获得了刨头刨削阻力随刀间距和刨刀排列方式变化的载荷曲线。分析了各种因素对刨煤机刨削煤岩力学性能的影响规律。对比带有圆柱状合金刀头刨刀刨削力实验结果与刨刀刨削力计算数据，证明合金刀头对刨刀受力存在影响。为刨刀优化设计提供了一种新的设计方法和手段。

适读人群 ：机械工程工作者

　　随着时间推移，现今科学家把数学、力学、煤岩破碎、有限元分析等基础理论知识更加深入、更加广泛地用在刨煤机设计方面时，看到前期研究的理论在设计刨煤机方面还有不足之处，随着薄煤层开采速度的不断提高，对刨煤机结构稳定性、功率和刨头速度的要求越来越高。功率的提高，意味着刨煤机关键零部件将承受较大载荷，对零件的设计提出更高的要求。通过对数字化样机的研究，完成刨煤机关键零部件的设计，提供一个简化的刨煤机设计方案。从文件检索上来看，目前国内大部分论文都集中于对刨刀进行简单的有限元分析，因此，将通过实验研究刨煤机刨削煤岩的力学特性，同时在构建刨削煤岩损伤本构模型基础上，对刨刀刨削煤岩进行模拟仿真分析，获得刨刀工作时的载荷谱，并应用CAE技术对刨刀进行优化设计。