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仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究

赵丽娟 闻首杰 刘旭南

赵丽娟, 闻首杰, 刘旭南. 仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(1): 52-57. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190090
引用本文: 赵丽娟, 闻首杰, 刘旭南. 仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(1): 52-57. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190090
Zhao Lijuan, Wen Shoujie, Liu Xünan. The Influence of Simulated Particle Radius on Complex Coal Seam of Drum Cutting[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(1): 52-57. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190090
Citation: Zhao Lijuan, Wen Shoujie, Liu Xünan. The Influence of Simulated Particle Radius on Complex Coal Seam of Drum Cutting[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(1): 52-57. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190090

仿真颗粒半径对模拟滚筒截割复杂煤层的影响研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190090
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51674134

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, 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: TD421.6

The Influence of Simulated Particle Radius on Complex Coal Seam of Drum Cutting

  • 摘要: 为研究EDEM离散元软件在螺旋滚筒截割过程仿真时颗粒半径对滚筒载荷特性及落煤情况的影响,利用EDEM仿真软件模拟某型号采煤机滚筒截割复杂煤壁时的动态过程,得到截割过程中滚筒载荷、载荷波动及落煤情况,并与基于MATLAB开发的辅助计算程序所计算出的数值进行对比。结果表明:使用不同半径的离散颗粒进行仿真会对滚筒载荷及落煤情况产生影响,随着颗粒半径增大,滚筒载荷没有过大的变化,螺旋滚筒截落下的颗粒平均初始速度减小,载荷波动系数与装煤率增大。对比理论计算数值,使用半径为12 mm的颗粒建立煤壁,仿真结果更接近理论数值,准确性高,为EDEM离散元仿真软件模拟采煤机截割过程时颗粒半径的选择提供参考。
  • 图  1  离散元模拟循环计算程序图

    图  2  滚筒仿真模型

    图  3  滚筒截割煤壁模型

    图  4  不同颗粒半径时的滚筒载荷曲线

    图  5  不同半径颗粒速度云图

    图  6  装煤区域划分

    图  7  MATLAB计算滚筒载荷曲线

    表  1  煤岩物理力学性能指标

    材料名称 石灰岩
    弹性模量 2.01 18.3
    密度/(kg·m-3) 1 280 2 610
    泊松比υ 0.28 0.21
    单向抗拉强度/MPa 0.3 5.24
    内摩擦角/(°) 20.48 38.72
    单项抗压强度/MPa 12 52
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    表  2  煤岩颗粒粘结接触参数

    颗粒半径/mm 参数名称 煤与煤 煤与硬夹矸 硬夹矸与硬夹矸
    8 法向刚度/(N·m-3) 9.659 0×107 1.727 1×108 8.505 0×108
    切向刚度/(N·m-3) 7.656 0×107 1.398 5×108 6.803 0×108
    法向最大应力/Pa 6.588 6×106 1.434 3×107 2.205 4×107
    切向最大应力/Pa 1.870 9×106 5.755 1×106 1.001 7×107
    12 法向刚度/(N·m-3) 1.216 5×108 2.184 2×108 1.067 8×109
    切向刚度/(N·m-3) 9.732 0×107 1.747 3×108 8.542 5×108
    法向最大应力/Pa 8.318 3×106 1.800 3×107 2.817 9×107
    切向最大应力/Pa 2.357 3×106 7.400 4×106 1.259 2×107
    16 法向刚度/(N·m-3) 1.467 1×108 2.641 3×108 1.285 1×109
    切向刚度/(N·m-3) 1.180 8×108 2.096 1×108 1.028 2×109
    法向最大应力/Pa 1.004 8×107 2.166 3×107 3.430 4×107
    切向最大应力/Pa 2.843 7×106 9.045 7×106 1.516 5×107
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    表  3  不同颗粒半径时的载荷计算结果

    颗粒半径/mm 滚筒载荷
    载荷均值/N 波动系数
    8 76 262.4 0.294 9
    12 76 422.6 0.337 4
    16 75 918.5 0.382 1
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    表  4  滚筒装煤仿真结果统计

    颗粒半径/mm 煤岩颗粒数/个 装煤率/%
    统计区Ⅰ 统计区Ⅱ
    8 25 752 9 039 35.1
    12 5 202 3 382 39.4
    16 2 497 1 748 41.2
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    表  5  MATLAB辅助计算需输入的主要参数

    参数名称 数值
    采煤机牵引速度/(m·min-1) 4.2
    滚筒转速/(r·min-1) 91
    圆柱段直径/mm 800
    尾片与半个齿座距离和/mm 70
    螺旋叶片外缘直径/mm 625
    筒毂直径/mm 530
    叶片螺旋升角/(°) 15
    叶片厚度/mm 90
    叶片头数 2
    圆柱段每线齿数 2
    叶片摩擦角/(°) 38.4
    崩落角/(°) 70
    煤的坚固性系数 1.3
    岩石的坚固性系数 6.8
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  • 收稿日期:  2018-12-20
  • 刊出日期:  2020-01-05

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