PDF
研究文章|开放获取
李娟赵,红梅, ”模拟的工作性能希勒切割煤岩”,建模和模拟在工程, 卷。2019年, 文章的ID2089304, 13 页面, 2019年。 https://doi.org/10.1155/2019/2089304
模拟的工作性能希勒切割煤岩
文摘
以MG255/250-BWD希勒的影响为研究对象,考虑岩石剪切机的工作性能,建立了shearer-coal-rock耦合的离散单元模型及其动态工作过程进行了研究。单因素分析方法被用来研究切削深度的变化规律,牵引速度、和转鼓的转速三方力量作用于鼓,煤炭加载速率和煤颗粒的轨迹。仿真表明,煤加载速率波动在希勒的初创阶段,然后是不断随着时间的增加。切削阻力的值是最大的,牵引阻力是第二大,轴向力是最小的,轴向力的波动系数是最大的。研究表明,煤的加载速率鼓与切削深度的增加减少,增加鼓的旋转速度的增加,与牵引速度的增加和减少。鼓的三方力量增加,牵引速度的增加,减少与转鼓的转速的增加,与切削深度的增加和提高。根据煤炭切削力的分析和煤炭加载速率,鼓能够实现高效切削切削深度,转速和牵引速度的动态匹配。
1。介绍
希勒的工作机制有两个功能:煤炭切割和煤炭装运。大多数研究煤采煤机的螺旋刀具切割规则是基于理论公式或经验。然而,对于采煤机割煤岩,具有很强的非线性和时变特性。理论公式的参数有很大的波动,和计算负载遭受不可避免人为错误(1]。LS-DYNA文献中使用模拟滚筒割煤,和单位后被自动删除失败2];很难反映的影响反应在鼓在煤炭装运,和离散单元法具有一定的优势3]。采用离散单元法在文献中模拟切割头(4),切削力变化规律的选择。采用离散单元法在文献中模拟刀头的性能(5,拿得到的切削力变化规律,实验结果验证了数值模拟的可靠性。屋顶压力对切割性能的影响被认为是在文献[6),离散单元法被用来研究滚筒割煤岩的动态过程,以及煤炭加载速率和在不同的鼓力得到运动参数。使用了PCF在文献[7模拟均匀线性切割过程的选择,仿真结果和理论结果是一致的。采用离散单元法在文献[8]研究煤滚筒载荷的性能,和螺旋滚筒结构参数和运动参数的影响在煤炭装运的运动规律。文献中使用的三维离散元软件(9模拟垂直螺旋输送机,速度的影响,刀片间隙,和材料参数对输送的影响。采用离散单元法在文献[10]分析了煤炭装运希勒的性能,和鼓的鼓运动参数的影响煤加载速率。离散元素分析软件使用PFC3D在文献[11)来模拟选择打破了煤炭的过程中,选择的力量和力量之间的关系的选择和切削厚度。文献中使用的离散单元软件(12)来模拟鼓的过程打破了煤炭、煤壁的变化规律和鼓的力量得到双滚筒采煤机的工作过程。文献中使用的离散单元软件(13)来模拟鼓的充电过程和分析滚筒载荷的影响因素。EDEM在文献[14)来模拟岩石断裂问题,获得岩石破坏机理。文献中使用的离散单元软件(15)来研究煤岩的动态过程被削减的采煤机、和不同切削角度的影响煤炭加载速率,减少阻力,和希勒的削减能源消耗进行了研究。EDEM软件中使用文献[16)建立离散单元仿真模型希勒的切割部分,和转鼓速度之间的关系,牵引速度、煤加载速率进行了分析。采用离散单元法在文献[17]研究选择的动态过程削减煤炭,和不同切削厚度的影响切削力。
2。离散元素理论分析
根据理论的离散元素(18,19),煤壁模型使用Hertz-Mindlin键接触模型。粒子的结合1和2是通过债券如图1;某煤颗粒之间的结合力必须存在的债券。
在图1,和粒子的半径1和2,分别和粒子的接触半径1和2,是正常的粒子之间的重叠,和是正常和切向阻尼,和是正常的接触刚度和切向接触刚度之间的粒子,分别。 在哪里等效弹性模量, , 和是粒子的宏观弹性模1和2,分别和粒子的宏观泊松比是1和2,等效弹性模量, ,和和是粒子的宏观剪切模1和2。等效半径的粒子, 。 等效质量的粒子, 。 粒子的恢复系数表吗1。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
数学表达式的颗粒之间的结合力和扭矩下列公式所示: 在哪里时间步长,是正常速度的粒子,切向速度的粒子,是正常的粒子的角速度,切角速度的粒子,是粒子的正常接触刚度,切向接触刚度。由于结合力,粒子可以承受一定的拉伸和剪切效应。当粒子之间的作用力超过粘接强度,键坏了(18),以及破坏环境所示以下公式: 在哪里 , ,和 。R是结合半径,和是正常的,切向力之间的粒子,和粒子之间的正常和切向的时刻,一个接触面积,J是极惯性矩。
3所示。滚筒割煤岩的仿真模型
3.1。建立煤岩的离散单元法模型
为了准确地建立煤壁模型,煤层样品和岩石样本进行测试20.),包括密度、抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角。测试结果的煤岩物理力学参数如表所示2。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
煤和岩石使用Hertz-Mindlin键接触模型。正常的接触刚度和切向接触刚度计算通过使用方程(1)和(2从表)和相关参数1和2。正常的压力和切向应力可以针对摩尔-库仑理论计算。当应力值超过或 ,对应的拉伸或剪切破坏或发生剪切破坏21,如以下公式所示: 在哪里是失败表面上的正应力(MPa),剪切应力的破坏面(MPa),最大主应力(MPa),是最小主应力(MPa),是剪切破坏角(°),内摩擦角(°),是煤岩的凝聚力(MPa)。其中,和可以问麦克林托克计算,沃尔什的格里菲思公式修改,如以下公式所示: 在哪里材料的抗拉强度(MPa),材料的抗压强度(MPa),然后呢摩擦系数。正常的压力和切向应力计算通过使用方程(7)和(8从表)和相关参数2。颗粒接触模型的参数(20.)如表所示3。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
煤颗粒不均匀,球,球的半径变化从6毫米至18毫米(18]。建立煤岩模型,有必要首先建立煤壁粒子工厂和填补它与煤颗粒。煤颗粒引入时,一个虚拟的岩石颗粒工厂建成和岩石颗粒。最后,一个虚拟的煤颗粒工厂建成和煤颗粒。这完成了煤壁的灌装过程包含一层岩石。装满了煤岩模型被压缩,所以粒子之间的距离达到接触半径,和粒子是保税的参数表3和一个三维模型的债券与岩墙。
3.2。鼓模型的建立
MG2的螺旋鼓55/250-BWD式采煤机为原型,建立了滚筒的三维实体模型在Pro / E,如图2(一个),建立了鼓的挑选布置图如图2 (b)。鼓模型导入到IGES文件格式的离散单元模型。
(一)
(b)
3.3。仿真设置和解决方案
根据实际的工作条件,滚筒的转速95 r / min,牵引速度是4米/分钟。为了确保稳定的模拟,应该适当的时间步,瑞利时间步(22)的最大时间步的粒子集,由 在哪里瑞利时间步,是煤粒子半径,是粒子密度,是剪切模量,泊松比。时间步通常设置的范围从10到40% 。在这篇文章中,时间步长为20% 。瑞利计算时间步长为3.42e−06。仿真时间6 s,目标存储时间间隔为0.01 s,和网格大小的5倍的最小粒子半径,和采煤机割煤岩过程如图3。
4所示。对仿真结果的分析
4.1。分析三维力的鼓
EDEM后处理,三向力和总鼓的提取和导出为.CVS文件,并在MATLAB环境下三维力曲线得到,如图4。从图可以看出4(一),当鼓切割煤岩、总力不规则波动在一定范围内。这是因为位置、数量和赤纬挑选参与切削的不断变化随着时间的推移,和煤岩不是常规。在三向力Z切削阻力方向力,X方向力牵引阻力,Y方向是轴向力。其中,切削阻力的值是最大的,牵引阻力是第二,和轴向力最小,如图4 (b)。的Y上下方向的鼓波动为零,但其平均值不为零。
(一)
(b)
4.2。每个拦截挑选的受力分析
可以看出从选择布置图的鼓桶,有7部分和终板,有5部分。EDEM后处理的,每个选择的力量由MATLAB图提取和整理5。
(一)
(b)
4.3。转速的影响,牵引速度,切削深度的三轴力鼓
4.3.1。影响转速的三轴力的鼓
为了获得转速之间的关系和三轴力,模拟进行了不同转速75 r / min, 85 r / min, 95 r / min, 105 r / min和牵引速度的4米/分钟。载荷波动系数(23,24可以测量的切削性能鼓。负载波动系数 在哪里鼓的瞬时值加载和吗是鼓的平均负载。三方提取力表所示4。从表可以看出4的平均值三方合力降低转速的增加;当牵引速度和切割的深度是常数,滚筒的转速增加,切削厚度减少,而相应的切削阻力降低了。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.3.2。影响牵引速度在三方力量的鼓
为了获得牵引速度和三轴力之间的关系,模拟进行了不同牵引3米/分钟的速度,4 m / min, 5米/分钟,6米/分钟,转鼓的速度是95 r / min。三个方向的鼓在后处理中提取。力和三方力量被MATLAB整理,如表所示5。从表可以看出5合成三方力量增加的平均值与牵引速度的增加。由于牵引速度的增加,转速恒定时,鼓的最大切割厚度增加,和收到的力鼓机单位时间也增加,所以合力增加。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.3.3。切削深度的影响三方力量的鼓
为了获得切削深度之间的关系和三轴力,模拟进行了不同切削深度的480毫米,530毫米,580毫米,630毫米,和牵引速度是4米/分钟,和鼓的速度是95 r / min。提取的三方合力鼓由MATLAB提取和分类。结果如表所示6。从表可以看出6的平均值的三方力量鼓与切削深度的增加增加。当切削深度的增加,选择参与削减的数量增加,导致鼓的合力增加。
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.4。研究鼓加载的性能
统计的粒子质量浮煤带我和有效的煤炭装运区域二如图6(一)。煤炭的总量下降是有效的粒子质量之和煤炭装载区和浮煤区(25]。煤炭加载速率是有效的煤炭装运区域的质量除以总质量下降,煤炭,见以下方程: 在哪里是粒子的质量加载煤区和是粒子的质量浮煤区。当滚筒的转速95 r / min,牵引速度4 m / min和切削深度是580毫米;鼓的煤炭加载速率曲线如图6 (b)。从图可以看出6 (b)煤炭装运率波动一定量希勒在初创阶段,和煤炭加载速率常数随着时间增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
(j)
(k)
(左)
4.1.1。转速对鼓加载速率的影响
为了研究滚筒的转速的影响加载速率,使用的旋转速度是75 r / min, 85 r / min, 95 r / min,和105 r / min,切削深度是630毫米,牵引速度4 m / min,然后模拟执行。在EDEM后处理,煤流速度的4.45秒四工作条件得到26)如图7。从图可以看出7的旋转速度从75 r / min增加到105 r / min,和煤颗粒的瞬时最大速度增加从9.81 m / s, 15.6 m / s,主要是因为切割煤岩是由鼓。滚筒的转速大时,粒子被外在的摩擦力下鼓,和粒子的最大投掷速度增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
为了分析的瞬时速度和投掷位置粒子,粒子的距离和速度图中每个工作条件获得后处理如图8。从图可以看出5,颗粒的瞬时速度的最大数量的煤流图8是很小的。最多,粒子的瞬时速度不超过7米/秒在同一时间。630毫米的鼓有深度和煤壁的宽度800毫米。从图可以看出5有效的煤炭装运区域的数量是不同的,当气缸速度是不同的。
(一)
(b)
(c)
(d)
煤炭装运率统计数据如表所示7。从表可以看出7滚筒的转速增加,煤炭加载速率逐渐增加。因为鼓的速度很低,粒子的运动鼓主要是滑动,和粒子的速度弹射是很小的。随着滚筒的转速的增加,粒子的运动更受到鼓的旋转,使粒子陷入有效的煤炭装运区域,所以煤炭加载速率提高。
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10/24/11。牵引速度鼓加载速率的影响
为了研究鼓的牵引速度的影响煤炭加载速率的鼓,鼓的速度设置为95 r / min,切削深度是630毫米,牵引速度使用3米/分钟,4 m / min, 5米/分钟,6米/分钟,然后模拟进行。煤粒子速度的鼓了后处理如图9。从图可以看出9随着牵引速度的增加,煤岩颗粒的数量下降到有效的煤炭装载区逐渐增加。然而,牵引速度太大所以落入浮煤区煤炭的数量增加,所以煤炭充电率降低。距离和速度的煤流如图10。从图可以看出10随着牵引速度的增加,大部分的粒子的速度在每个工况逐渐增加。主要是由于牵引速度越高,单位时间内鼓切削层的厚度增加,和相应的瞬时扔粒子速度增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
煤炭装运的鼓的上述工况如表所示7。从表可以看出7鼓的牵引速度增加,鼓的加载速率降低。随着牵引速度的增加,鼓形叶片的煤流量增加,减少了煤岩的不能卸煤壁和选择由于低牵引速度。随着牵引速度继续增加,希勒的单位拦截煤体积超过了煤炭滚筒叶片中保留空间,导致煤岩流块鼓,它不能及时排放,大大降低了煤的加载速率鼓。
4.4.3。影响切削深度的鼓加载速率
为了研究切削深度的影响在煤颗粒的速度,鼓被设定的转速95 r / min,牵引速度设置为4米/分钟,和使用的不同深度是480毫米,530毫米,580毫米和630毫米。煤粒子速度和煤颗粒距离得到不同深度。所示的速度数据11和12。从数据可以看出11和12,随着深度的增加,煤颗粒的数量被扔进煤收费区的逐渐减少。从表可以看出5希勒,随着切削深度的加深,煤炭鼓的加载速率降低。主要原因是希勒鼓的开采深度太大,导致累积增加煤炭的数量下降的鼓形叶片的容量空间,造成长期堵塞,很难明确,增加了鼓的抵抗力。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
5。结论
(1)离散元素分析软件被用来研究煤炭开采的动态切削过程剪切煤炭鼓,它可以动态观察岩石碎片和煤岩速度轨迹,它提供了一种新方法研究采煤机的工作性能。(2)研究表明,鼓的煤炭加载速率降低和削减的深度的增加,增加鼓的旋转速度的增加,与牵引速度的增加和减少。鼓的三方力量增加,牵引速度的增加,减少与转鼓的转速的增加,并增加随着深度的增加。(3)可以看出煤炭切削力的分析和煤炭装运鼓的鼓形切割的速度能达到高效切削切削深度,转速和牵引速度动态匹配。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了国家自然科学(51674134)和辽宁省级教育部门(LJ2017QL017)。
引用
- 赵董和m . .“希勒的负载工作机制问题含有硫化铁矿和锡煤层,”中国煤炭学会Joumal,34卷,不。6,840 - 844年,2009页。视图:谷歌学术搜索
- j .他和z王”,煤炭切削过程的数值模拟薄煤层采煤机螺旋滚筒,”煤炭工程》第六卷,第99 - 97页,2013年。视图:谷歌学术搜索
- r·李民主党削减煤炭切割头的模拟研究、沈阳理工大学、沈阳,中国,2014。
- y霁和曹x,”民主党模拟方法研究选择切割煤巷道掘进机,”辽宁工程技术大学学报(自然科学版),卷302,不。4、488 - 492年,2013页。视图:谷歌学术搜索
- K.-D。高,研究煤炭装运薄煤层采煤机的性能、中国矿业大学技术、徐州,中国,2014。
- h . j .毛x Liu Chong et al .,”希勒滚筒切割性能的仿真研究基于EDEM,”中国煤炭学会杂志》上,42卷,不。4、1069 - 1077年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- o . Su和n .阿里Akcin”数值模拟岩石切割使用离散单元法,“国际岩石力学和采矿科学杂志》上,48卷,不。3,2010。视图:谷歌学术搜索
- z, l .赵x刘et al .,“加载性能基于离散单元法的螺旋转鼓,“中国煤炭学会杂志》上,42卷,不。10日,2758 - 2764年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- w .麦克布莱德p·w·克利里,“调查和优化的“岁”电梯使用分立元件建模”,粉技术,卷193,不。3、216 - 234年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- 保z l .赵田,w . et al .,”的一种新方法对薄煤层的希勒EDEM加载性能和应用的基础上,“杂志的机械强度,39卷,不。3、663 - 667年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- c . c . h . Wu Cheng霁et al .,“离散单元法分析,选择基于PFC3D切割煤层,”煤矿机械设备,36卷,不。10日,134 - 136年,2015页。视图:谷歌学术搜索
- j .保王y, y,“工作过程的仿真分析双滚筒式希勒通过离散单元法”煤矿机械设备,39卷,不。7日,60 - 62、2018页。视图:谷歌学术搜索
- c·王,”希勒鼓加载仿真研究基于DEM,”煤炭技术,37卷,不。1,第234 - 232页,2018。视图:谷歌学术搜索
- d . a . Estay和l . e .蒋介石“离散裂缝模型与离散单元法模拟岩石粉碎过程,”国际岩石力学和采矿科学杂志》上,60卷,第133 - 125页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
- j .毛、刘x h . Chen等人”不同的安装角的选择影响切削性能的煤炭希勒,”煤炭科学技术,45卷,不。10日,144 - 149年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- 刘x l .赵f . Renjin et al .,”研究运动学参数最佳匹配的薄煤层采煤机,”航空航天工程机械科学与技术,36卷,不。11日,第1707 - 1701页,2017年。视图:谷歌学术搜索
- 王张x, y, z,“煤炭切削过程仿真和分析基于EDEM,”煤炭技术,34卷,不。8,243 - 244年,2015页。视图:谷歌学术搜索
- h . g . Wang Wanjun, j .王离散单元法及其EDEM练习,西北工业大学出版社,西安,中国,2010。
- c . j . Liu马,问:曾和英国高,“锥形挑选的煤炭切削过程的离散单元模拟不同切削参数下,“冲击和振动卷,2018篇文章ID 7975141、9页,2018。视图:谷歌学术搜索
- 瞿t . j .江,l .赵效率高的关键技术完全在复杂结构薄煤层机械化开采、中国矿业大学和科技出版社,徐州,中国,2010。
- 问:,基于离散单元的物料粉碎机理研究赣州、江西科技大学,中国,2012。
- j·林鸽和c . m . Evertsson圆锥破碎机的建模和仿真产品和生产开发部门,查尔姆斯理工大学的,哥德堡,瑞典,2012年。
- l .夏振动压缩破坏过程的研究基于多尺度的粒子模型、江西科技大学,江西,中国,2016。
- l .赵、z风扇和w·周”的可靠性研究螺旋滚筒在煤和岩石的破坏和不断下降的过程,”安全科学与技术杂志》上,13卷,不。7,100 - 105年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- c .徐y, z杨et al .,”研究滚筒装煤过程中粒子的运动行为的回归,“矿业研究与开发,37卷,不。5,104 - 108年,2017页。视图:谷歌学术搜索
- 瞿z,优化设计研究采煤机螺旋滚筒的参数、东北大学、沈阳,中国,2008。
版权
版权©2019赵李娟和红梅。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。
