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复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒力学行为研究

田震 赵丽娟 张建军 高珊

田震, 赵丽娟, 张建军, 高珊. 复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒力学行为研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1041-1047. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180283
引用本文: 田震, 赵丽娟, 张建军, 高珊. 复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒力学行为研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(7): 1041-1047. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180283
Tian Zhen, Zhao Lijuan, Zhang Jianjun, Gao Shan. Study on Mechanical Behaviour of Spiral Drum under Complex Condition of Coal Seam[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1041-1047. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180283
Citation: Tian Zhen, Zhao Lijuan, Zhang Jianjun, Gao Shan. Study on Mechanical Behaviour of Spiral Drum under Complex Condition of Coal Seam[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(7): 1041-1047. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180283

复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒力学行为研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.2019.20180283
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51674134

河南省科技攻关项目 182102210606

详细信息
    作者简介:

    田震(1987-), 讲师, 博士, 研究方向为机械系统动力学分析与控制、复杂机电系统的建模与仿真, lntutian2008@126.com

  • 中图分类号: TD421.6

Study on Mechanical Behaviour of Spiral Drum under Complex Condition of Coal Seam

  • 摘要: 为研究复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒的力学行为,基于Drucker-Prager屈服准则构建出煤岩材料的本构模型。通过对螺旋滚筒截割过程进行了数值模拟,得到了煤岩体的应力分布、截齿以及螺旋滚筒的受力变化规律。在0°~12°范围内,随着倾斜角的增加,截齿受力均值增大了30.9%。牵引速度增大使得与截齿接触的煤岩体所积聚的弹性能量和脆性增加,煤、岩体应力最大增幅分别为40.1%和9.3%;螺旋滚筒转速降低使得与截齿接触的煤岩体应力有所降低,煤、岩体应力最大降幅分别为27.0%和7.5%。牵引速度增大及螺旋滚筒转速的降低使得三向力中牵引阻力的增幅最大,其最大增幅为91.73%。螺旋滚筒载荷大小及波动随截割对象性质不同而出现明显的变化。
  • 图  1  截齿排列图

    图  2  煤岩截割仿真模型

    图  3  煤岩应力及塑性区域分布

    图  4  不同倾斜角截齿受力曲线

    图  5  螺旋滚筒受力曲线

    图  6  岩体应力变化规律

    图  7  煤体应力变化规律

    图  8  螺旋滚筒三向力变化规律

    图  9  不同截割对象时的破煤模型

    图  10  不同工况下螺旋滚筒受力曲线

    表  1  相关材料参数属性

    材料 密度/ (kg·m-3) 弹性模量/MPa 泊松比 凝聚力/ MPa 坚固性系数 内摩擦角/ (°)
    1.32×103 4.112×103 0.23 1.45 1.9 58
    2.40×103 7.67×103 0.2 11.5 5.4 38
    YG8 1.46×104 5.9×105 0.23 - - -
    42CrMo 7.85×103 2.125×105 0.3 - - -
    16Mn 7.85×103 2.187×105 0.3 - - -
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    表  2  不同倾角下截齿受力统计

    kN
    数值 倾斜角/(°)
    0 3 8 12 15
    最大值 59.814 59.337 61.658 63.645 33.217
    最小值 0.103 0.382 0.450 0.754 0.641
    平均值 4.479 7 4.618 9 5.288 7 5.865 4 3.891 6
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    表  3  岩体应力大小统计

    MPa
    速度/
    (m·min-1)
    转速/(r·min-1)
    60 70 80 90 100
    2 55.78 54.91 53.12 52.67 51.96
    3 57.51 56.28 55.34 54.38 53.17
    4 59.03 58.37 57.53 56.75 55.39
    5 59.32 58.54 57.57 57.12 56.76
    6 59.46 58.85 58.05 56.97 55.95
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    表  4  煤体应力大小统计

    MPa
    速度/
    (m·min-1)
    转速/(r·min-1)
    60 70 80 90 100
    2 6.91 6.42 6.18 5.89 5.73
    3 7.85 7.39 6.94 6.23 5.73
    4 8.74 8.21 7.88 6.95 6.44
    5 8.89 8.43 8.23 7.73 7.09
    6 8.94 8.82 8.66 7.80 7.46
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    表  5  螺旋滚筒受力波动系数

    截割对象 波动系数/N
    牵引阻力 截割阻力 侧向力 合力
    顶板 0.293 4 0.648 1 0.089 6 0.537 1
    底板 0.343 7 0.630 2 0.094 7 0.570 8
    夹矸 0.295 1 0.617 6 0.096 3 0.526 4
    顶底板 0.289 1 0.613 5 0.087 4 0.523 9
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  • 收稿日期:  2018-06-14
  • 刊出日期:  2019-07-05

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