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采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究

赵丽娟 范佳艺 刘雪景 王雅东

赵丽娟, 范佳艺, 刘雪景, 王雅东. 采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 386-391. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180188
引用本文: 赵丽娟, 范佳艺, 刘雪景, 王雅东. 采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 386-391. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180188
Zhao Lijuan, Fan Jiayi, Liu Xuejing, Wang Yadong. Exploring Dynamic Cutting Process of Shearer's Drum[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 386-391. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180188
Citation: Zhao Lijuan, Fan Jiayi, Liu Xuejing, Wang Yadong. Exploring Dynamic Cutting Process of Shearer's Drum[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 386-391. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180188

采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180188
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51674134

辽宁省教育厅重点项目 LJ2017ZL001

辽宁省自然科学基金项目 20170540420

详细信息
    作者简介:

    赵丽娟(1964-), 教授, 博士生导师, 研究方向为机械系统动力学分析与控制和数字制造技术与信息化, zzz2120@126.com

  • 中图分类号: TD421

Exploring Dynamic Cutting Process of Shearer's Drum

  • 摘要: 为研究采煤机螺旋滚筒动态截割过程动力传递规律,基于相似理论建立螺旋滚筒模型与原型的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒结构参数、运动学参数及截割材料特性参数,应用三维实体建模软件Pro/E、离散元分析软件EDEM联合仿真分析验证原型滚筒和模型滚筒动态截割过程中煤颗粒运动轨迹、量变规律、滚筒装煤率、滚筒载荷等性能。验证结果表明:原型滚筒和模型滚筒在截割过程中煤颗粒流动轨迹一致,截落的煤分布规律相似,载荷波动规律一致,滚筒装煤率预测误差1.82%,载荷数值误差小于2.1%,装煤率和载荷均值均满足推导的相似关系,验证了螺旋滚筒相似准则正确性。
  • 图  1  原型滚筒和相似后滚筒

    图  2  煤壁颗粒工厂

    图  3  滚筒装煤仿真模型

    图  4  滚筒装煤仿真状态

    图  5  煤颗粒轨迹矢量图

    图  6  统计区域示意

    表  1  滚筒相关参数量纲

    参数 符号 量纲
    滚筒直径/mm D M0L1T0
    螺旋叶片头数/个 Z M0L0T0
    每条截线截齿数/个 m M0L0T0
    叶片螺旋升角/(°) α M0L0T0
    滚筒转速/(r·min-1) n M0L0T-1
    牵引速度/(m·min-1) vq M0L1T-1
    煤的密度/(kg·m-3) ρ M1L-3T0
    齿体屈服强度/MPa σ M1L-1T-2
    重力加速度/(m·s-2) g M0L1T-2
    滚筒所受载荷/N F M1L1T-2
    装煤率/% Q M0L0T0
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    表  2  量纲矩阵指数表

    参数 D n vq ρ σ g F
    指数 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
    M 0 0 0 1 1 0 1
    L 1 0 1 -3 -1 1 1
    T 0 -1 -1 0 -2 -2 -2
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    表  3  滚筒主要参数π矩阵

    参数 D n vq ρ σ g F
    指数 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7
    π1 1 0 0 0 1/2 0 -1/2
    π2 0 1 0 0 -1/4 -1/2 1/4
    π3 0 0 1 0 1/4 -1/2 -1/4
    π4 0 0 0 1 -3/2 1 1/2
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    表  4  滚筒相关参数相似系数

    参数 原型 模型
    滚筒直径/mm D D/3
    螺旋叶片头数/个 Z Z
    每条截线截齿数/个 m m
    叶片螺旋升角/(°) α α
    滚筒转速/(r·min-1) n
    牵引速度/(m·min-1) vq
    煤的密度/(kg·m-3) ρ ρ
    齿体屈服强度/MPa σ σ/3
    重力加速度/(m·s-2) g g
    滚筒所受载荷/N F F/27
    装煤率/% Q Q
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    表  5  滚筒主要结构参数

    参数 原型 模型
    滚筒直径/mm 1 150 383
    圆柱段长度/mm 700 233
    筒毂直径/mm 530 176
    筒毂内径/mm 460 153
    螺旋叶片外缘直径/mm 930 310
    叶片厚度/mm 70 23
    圆柱段截线条数/条 11 11
    截线距/mm 67 22
    轴向倾斜角/(°) 0 0
    安装角/(°) 40 40
    叶片螺旋升角/(°) 13 13
    螺旋叶片头数/个 2 2
    每条截线截齿数/个 2 2
    尾片与半个齿座距离和/mm 50 17
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    表  6  煤的物理力学性质指标

    真密度/(kg·m-3) 视密度/(kg·m-3) 抗拉强度/MPa 抗压强度/MPa 弹性模量/MPa 坚固性系数
    1 332 1 309 1.08 17.71 4 388 2.0
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    表  7  滚筒装煤仿真结果统计

    煤颗粒数/个 装煤率/%
    统计区Ⅰ 统计区Ⅱ
    原型 5 703 10 038 63.77
    模型 290 537 64.93
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    表  8  载荷数值结果

    方向 原型滚筒 模型滚筒 相似预测滚筒载荷均值/N 误差/%
    滚筒载荷均值/N 载荷波动系数 滚筒载荷均值/N 载荷波动系数
    X 95 247.6 0.026 6 3 589.4 0.027 2 3 527.7 1.75
    Y 1 152.1 0.031 4 44.3 0.032 3 42.7 3.74
    Z 74 769.5 0.029 5 2 829.5 0.030 6 2 769.2 2.04
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  • 收稿日期:  2018-05-02
  • 刊出日期:  2019-03-05

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