動(dòng)載荷下刨煤機(jī)刨刀的磨損情況探究,機(jī)械工程碩士論文

動(dòng)載荷下刨煤機(jī)刨刀的磨損情況探究,機(jī)械工程碩士論文刨煤機(jī)作為薄煤層開(kāi)采的機(jī)械設(shè)備之一，在我們國(guó)家煤炭開(kāi)采中發(fā)揮重要的作用。由于開(kāi)采條件惡劣，刨煤機(jī)的刨刀遭到復(fù)雜動(dòng)載荷的作用，刨刀極易遭到磨損，導(dǎo)致刨刀過(guò)早的失效。刨刀的磨損對(duì)刨刀的使用壽命以及刨煤機(jī)的工作效率有著很大影響，因而，對(duì)動(dòng)載荷作用下刨煤機(jī)刨刀磨損問(wèn)題的研究迫在眉睫。本文采用理論分析、數(shù)值仿真和有限元仿真結(jié)合的研究方式方法，針對(duì)動(dòng)載荷作用下刨煤機(jī)刨刀的磨損問(wèn)題進(jìn)行深切進(jìn)入系統(tǒng)的研究。為降低刨刀磨損、提高刨刀使用壽命、刨刀構(gòu)造優(yōu)化以及刨煤機(jī)的可靠運(yùn)行提供理論支持。1、分析了刨刀遭到的動(dòng)載荷的影響因素，針對(duì)含包裹體和不含包裹體兩種煤層，分別以Gamma和Normal分布的形式描繪敘述刨刀遭到的隨機(jī)動(dòng)載荷。2、分析了刨刀刨削煤層的磨損機(jī)理，以Archard磨損模型為基礎(chǔ)，建立了刨刀磨損的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)建立考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型提供了根據(jù)。3、考慮含包裹體和不含包裹體煤層兩種工況條件，建立了考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)MATLAB/Simulink對(duì)非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值仿真和求解，得到刨刀磨損深度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，進(jìn)而比照兩種工況條件下刨刀的磨損情況，發(fā)現(xiàn)煤層中含有包裹體加劇了刨刀磨損程度，與實(shí)際情況一致。4、利用有限元軟件LS_Prepost建立了刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的有限元模型，通過(guò)有限元仿真得到刨刀磨損域、應(yīng)力云圖和接觸力曲線(xiàn)，結(jié)果表示清楚：刨刀的磨損部位主要出如今合金頭及與合金頭連接處附近的部分刨體。分析刨刀磨損深度的變化曲線(xiàn)及最大磨損深度數(shù)值，結(jié)果表示清楚：刨削不含包裹體煤層時(shí)刨刀磨損深度曲線(xiàn)波動(dòng)幅度不大，而刨削含包裹體煤層時(shí)刨刀磨損曲線(xiàn)變化較大，曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，這與刨刀承受的動(dòng)載荷有關(guān)，并分析相鄰時(shí)間間隔內(nèi)刨刀磨損深度及磨損深度增量的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)刨削不含包裹體時(shí)刨刀的磨損深度呈穩(wěn)定增加的趨勢(shì)，磨損深度的增量呈先增加后穩(wěn)定再增加的變化趨勢(shì)，這與刨刀磨損的發(fā)展規(guī)律一致；發(fā)現(xiàn)刨削含包裹體時(shí)刨刀的磨損深度及磨損深度的增量變化比擬明顯且隨機(jī)性大，這與包煤層中包裹體的存在相關(guān)。5、比照分析Matlab/Simulink數(shù)值仿真和LS_Prepost有限元仿真的結(jié)果，發(fā)如今一樣工況條件下，數(shù)值仿真的結(jié)果比有限元仿真的結(jié)果略大，但在合理的誤差范圍內(nèi)，可以為兩者的仿真結(jié)果基本一致。為刨刀磨損分析提供了可靠根據(jù)。該論文有圖44幅，表18個(gè)，以下為參考文獻(xiàn)61篇。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：刨刀；刨削；動(dòng)載荷；磨損；仿真。AbstractAsoneofthemechanicalequipmentofthincoallayermining,coalplowplaysanimportantroleincoalmininginChina.Becauseofthebadminingconditions,theplowbitofcoalplowissubjectedtocomplexdynamicload,andtheplowbitiseasilywornout,whichleadstoprematurefailureoftheplaner.Thewearoftheplowbithasgreatinfluenceontheservicelifeoftheplowbitandtheworkingefficiencyofthecoalplow.Inthisthesis,theoreticalanalysis,numericalsimulationandfiniteelementsimulationareusedtostudythewearofcoalplowunderdynamicload.Itprovidestheoreticalsupportforreducingthewearofplowbit,improvingtheservicelifeofplowbit,optimizingthestructureofplowbitandreliableoperationofcoalplowbit.1.Theinfluencefactorsofdynamicloadonplowbitareanalyzed.Therandomdynamicloadonplowbitisdescribedintheformofgammaandnormaldistribution,respectively.2.Analysisofthewearmechanismoftheplowbitcuttingcoalseam,basedontheArchardwearmodel,themathematicalmodeloftheplowbitwearisestablished,whichprovidesthebasisforthesubsequentestablishmentofthedynamicmodeloftheplowbitcuttingcoalseamconsideringwear.3.Consideringtheconditionsofinclusionandnon-inclusioncoalseam,anonlineardynamicmodelofcoalseamwasestablished.ByMatlab/Simulinkthenonlineardynamicmodelwassolvedandsimulated,thecurvesofthetime-dependentwearoftheplowbitwereobtained.4.FiniteelementmodelofcoalshavingswasestablishedLS_Prepostusingfiniteelementsoftware.Thegrindingdomainandstressclouddiagramofshavingswereobtainedbyfiniteelementsimulation.Theresultsshowthatthechangeofwearcurveandthemaximumwearvalueoftheplowbitarenotlarge,butthechangeofwearcurveoftheplowbitislarge,whichisrelatedtothedynamicloadoftheplowbit,anditisfoundthatthewearamountoftheplowbitdecreasesrapidlyandthenchangessteadily.5.Theresultsmatlab/simulinknumericalsimulationandLS_Prepostfiniteelementsimulationarecomparedandanalyzed.Itisfoundthatunderthesameworkingconditions,theresultsofnumericalsimulationareslightlysmallerthanthoseoffiniteelementsimulation,butinareasonableerrorrange,itisconsideredthatthecorrespondingsimulationresultsofthetwoarebasicallythesame.Itprovidesareliablebasisfortheanalysisofplowbitwear.Keywords:plowbit;cutting;dynamicload;wear;simulation。1、緒論。1.1、刨煤機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。煤炭作為工業(yè)發(fā)展的重要能源，與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。在我們國(guó)家能源消耗構(gòu)造中，煤炭能源的消耗一直占很大比例。1950年以來(lái)，我們國(guó)家對(duì)煤炭消耗量每年呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，曾高達(dá)能源消耗總量的90%。近年,在國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、加強(qiáng)環(huán)境建設(shè)等因素的制約下，對(duì)煤炭消耗的速度呈明顯的下降趨勢(shì)，但仍然占據(jù)總消耗能源60%左右，圖1.1是2020年-2021年我們國(guó)家消耗能源構(gòu)造分布圖。為了知足我們國(guó)家工業(yè)發(fā)展對(duì)煤炭的需求，設(shè)計(jì)高效、可靠的煤炭開(kāi)采設(shè)備一直都是研究重要的課題。按現(xiàn)前階段我們國(guó)家煤層的賦存條件，薄煤層資源儲(chǔ)存量宏大，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)存量可達(dá)60多億噸，約占全國(guó)總煤炭量20%。刨煤機(jī)作為一種機(jī)械化和自動(dòng)化程度高的薄煤層開(kāi)采設(shè)備，相對(duì)于采煤機(jī)設(shè)備，它具有刨深淺、采高低、落煤率高、瓦斯釋放均勻等優(yōu)勢(shì)[1]，且維修方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，這也是刨煤機(jī)在我們國(guó)家薄煤層開(kāi)采中被廣泛應(yīng)用的原因。刨煤機(jī)系統(tǒng)一般由傳動(dòng)裝置、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等部分組成，其工作原理是裝有刨刀的刨頭，在圓環(huán)鏈的牽引下，沿安裝在采煤工作面刮板輸送機(jī)中部槽上的導(dǎo)軌運(yùn)行，刨刀作用于煤層使其破碎，被破碎成大小各異的碎煤落在底板上，沿刨頭犁形斜面被送入輸送機(jī)，運(yùn)出礦井。刨煤機(jī)刨頭的高度能夠調(diào)節(jié)，以知足不同的工況需求。圖1.2為卡特彼勒公司生產(chǎn)的滑行刨煤機(jī)的工作情況。2圖1.2滑行刨煤機(jī)刨削煤層Figure1.2Cuttingcoalofslidingcoalplow刨煤機(jī)的種類(lèi)很多，按對(duì)煤層的作用方式刨煤機(jī)可分為[2]：靜力刨煤機(jī)、動(dòng)力刨煤機(jī)和動(dòng)靜結(jié)合刨煤機(jī)三大類(lèi)。靜力刨煤機(jī)僅依靠刨鏈牽引實(shí)現(xiàn)刨削煤層，刨頭不能提供動(dòng)力。動(dòng)力刨煤機(jī)是通過(guò)沖擊或高壓水射流來(lái)刨削煤層且刨頭本身能提供動(dòng)力。動(dòng)靜結(jié)合刨煤機(jī)是以靜力刨煤機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)某一方式使刨頭帶有動(dòng)力，靠沖擊或高壓水射流的方式方法刨削煤層。當(dāng)前，我們國(guó)家煤礦企業(yè)使用靜力刨煤機(jī)的居多。在國(guó)外，研究煤炭開(kāi)采機(jī)械設(shè)備較早的國(guó)家很多，如英國(guó)，波蘭、法國(guó)，德國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家，華而不實(shí)德國(guó)和前蘇聯(lián)的研究成果遙遙領(lǐng)先[1]。1941年，德國(guó)文章為碩士論文，如需全文請(qǐng)點(diǎn)擊底部下載全文鏈接】1.2國(guó)內(nèi)外刨煤機(jī)刨刀的理論研究概述1.3論文研究的意義1.4本論文主要研究?jī)?nèi)容2刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的動(dòng)載荷分析.2.1刨刀的刨削機(jī)理2.2影響刨刀動(dòng)載荷的因素分析.2.3刨刀遭到的隨機(jī)動(dòng)載荷.2.4刨刀的平均載荷.2.5本章小結(jié).3刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的磨損分析3.1刨刀的磨損發(fā)展規(guī)律.3.2刨刀的磨損機(jī)理分析.3.3影響刨刀磨損的因素分析.3.4刨刀磨損的數(shù)學(xué)模型.3.5本章小結(jié).4考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型建立與數(shù)值仿真分析4.1刨刀刨削煤層非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型的建立.4.2刨刀非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)值仿真分析.4.3本章小結(jié).5考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的有限元仿真分析及與數(shù)值仿真比照分析5.1刨刀與煤層三維模型的建立5.2刨刀刨削煤層的有限元模型定義.5.3刨刀刨削煤層的有限元仿真分析.5.4有限元仿真結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果的比照分析.5.5本章小結(jié).6、結(jié)論刨刀是刨煤機(jī)的關(guān)鍵部件，它的性能直接影響整個(gè)刨煤機(jī)系統(tǒng)的性能和工作效率。刨刀的磨損使得每產(chǎn)萬(wàn)噸煤刨刀消耗量宏大。刨削煤層經(jīng)過(guò)中，煤層作用于刨刀上的動(dòng)載荷是影響刨刀磨損的重要原因。因而，本文通過(guò)理論分析、數(shù)值仿真和有限元仿真結(jié)合的研究方式方法，系統(tǒng)地對(duì)動(dòng)載荷作用下刨煤機(jī)刨刀磨損問(wèn)題進(jìn)行研究，為降低刨刀磨損，提高刨刀使用壽命以及刨煤機(jī)的可靠運(yùn)行提供理論支持。本文得到的主要結(jié)論如下：〔1〕分析了刨刀的刨削機(jī)理，得到刨刀遭到的載荷為隨機(jī)動(dòng)載荷。分析煤層構(gòu)造及性質(zhì)、刨削參數(shù)和刨刀磨損程度等因素對(duì)刨刀動(dòng)載荷的影響，并著重分析了煤層中包裹體對(duì)刨刀動(dòng)載荷的影響。針對(duì)含包裹體和不含包裹體兩種煤層，分別以Gamma和Normal分布的形式描繪敘述刨刀遭到的隨機(jī)動(dòng)載荷?！?〕分析了刨刀刨削煤層的磨損機(jī)理，刨刀磨損為磨粒磨損，受多種因素影響，包括刨刀材料、煤層構(gòu)造及性質(zhì)、動(dòng)載荷、刨削速度等因素。以Archard磨損模型為基礎(chǔ)，建立了刨刀磨損的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)建立考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型提供了根據(jù)?！?〕考慮含包裹體和不含包裹體煤層兩種工況條件，建立了考慮磨損的刨煤機(jī)刨刀刨削煤層非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)MATLA