“煤机装备理论与技术”专题（《煤炭学报》）

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“煤机装备理论与技术”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤机装备理论与技术”主题论文。

行业视野: 智能化
类别; 125个
关键词; 90位
专家; 30篇
论文; 33700IP
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深井冲击载荷下液压支架底板比压分布特性

作者(Author)：谢云跃, 孟昭胜, 曾庆良, 杨春祥, 高魁东

摘要：液压支架的自移性能是保障工作面安全高效生产、提升工作面智能化开采水平的重要因素，而影响液压支架自移性能的关键因素之一即为其底板比压分布特性。为研究冲击载荷作用下深井开采液压支架的底板比压分布特性，首先基于多体动力学分析软件ADAMS建立了液压支架整架的刚柔耦合数值分析模型，其中顶板与底座定义为刚性体，顶梁、掩护梁、四连杆结构处理为柔性体，立柱及平衡千斤顶采用弹簧阻尼系统等效替换。通过在液压支架顶梁上方不同位置分别施加冲击动载，获取了液压支架在不同冲击工况下底座柱窝和前后连杆铰接点处的冲击载荷响应谱。随后基于LS-DYNA软件建立了液压支架底座-底板柔性体数值分析模型，通过将获取的各工况下支架载荷响应谱分别输入底座-底板柔性体分析模型，研究了深井开采液压支架在不同冲击工况下的底板比压分布规律。结果表明，在各冲击工况下液压支架的底板比压均呈非线性分布，而是呈前端沉陷-中部压入-后端翘曲的“V”型分布，其中比压峰值点分布于柱窝附近，且虽然作用于液压支架的冲击载荷形式不一，但在满载失稳条件下支架底板比压危险区域均出现在底座前半部分;冲击载荷出现前后并未改变底板比压的分布特征，但会促使支架各铰接点力响应及底板比压瞬时峰值升高，从而恶化液压支架-底板的耦合状态，不利于工作面底板维护及移架操作，因而深井开采液压支架更应注重其底座结构的设计优化，以降低支架前端比压分布，提升支架的支护稳定性及自移性能。

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煤炭学报

2020年第03期

1035

676
截割机构延迟特性对巷道断面成型精度影响分析

作者(Author)：刘治翔, 谢苗, 谢春雪, 毛君

摘要：由于执行元件响应时间差、负载干扰以及液压油液的压缩性等多因素的干扰，使得手动换向阀或电磁换向阀控制掘进机截割煤岩时存在较大延迟，断面成型精度较低。考虑截割部执行机构延迟特性对截割误差的影响，根据掘支锚机组截割部系统硬件组成和基本参数，使用D-H方法建立了截割机构的运动学模型。分析了机构动作延迟对截割控制方程的影响，建立了横摆和纵摆截割动作延时情况下的截割头中心在巷道断面坐标系上的运动误差模型。通过MATLAB数值计算软件进行截割控制误差的仿真研究，研究结果表明:本文仿真工况下，在横摆速度恒定的情况下，当延迟时间分别为50,100和200 ms时，横摆截割的截割轨迹误差分别为10,20,40 mm。当横摆速度分别为50,100和200 mm/s时，横摆截割的截割轨迹误差分别为5,10,20 mm。随着截割部横摆速度和动作延迟的增大，截割轨迹误差随之增大。由于普通的开关电磁换向阀不易于进行流量实时调控，因此无法做到对截割部横摆速度的缓冲控制。需要充分掌握截割执行机构的延迟特性，在控制系统中做好提前量，消除动作延迟带来的截割误差。通过课题组自行研制的掘支锚机组实验平台进行实验研究，研究结果表明，本实验台截割部执行机构存在53 ms的延迟，通过对控制系统进行提前量控制，即截割部位移传感器在到达指定位移之前的53 ms乘以横摆速度后的位置下达停止指令，可削减动作延迟带来的截割误差。

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煤炭学报

2020年第03期

607

481
基于采煤机摇臂销轴多应变数据融合的煤岩识别方法

作者(Author)：田立勇, 戴渤鸿, 王启铭

摘要：煤岩识别是实现采煤机滚筒高度自动调节的关键技术，是综采机械智能化的体现，也是实现无人自动化开采的先决条件;可靠的煤岩识别系统在提高生产效益、减轻设备磨损、保障工人安全等方面具有突出的优点。目前煤岩界面主要依据人工或者单一传感器监测进行识别，所以识别的结果不准确，具有一定的误差;因此，提出一种基于数据融合理论的多传感器煤岩识别方法;该方法以煤岩在硬度上的差异为基础，以采煤机摇臂销轴为研究对象，在摇臂与连接架销轴处布置4个经过等效强度处理的销轴传感器，采集采煤机截割不同硬度煤壁与岩壁时销轴的应变数据，对采集到的数据通过加权融合理论进行系数分配、融合，获得多传感数据融合的组合判据，利用组合判据对煤岩分界面进行识别。实验结果表明，销轴传感器采集到的应变数据在截割煤和岩时波动较大，且割煤应变数据和割岩应变数据有重叠部分，很难精准的实现煤岩界面的识别;通过数据融合方法处理后的应变数据波动较小;利用拟合公式对应变数据标定，得到销轴传感器所受的载荷值:截割岩时销轴受力范围为24.766 ~ 25.467 kN，截割煤时销轴受力范围为23.493 ~ 24.348 kN;与单一传感器测量相比，差异明显，没有重合部分;因此，可以采用这种方法在实际的生产工作中标定截割煤和岩时销轴受力的期望值范围，以此期望值范围的差异作为采煤机煤岩界面识别的依据。

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煤炭学报

2020年第03期

948

546
双盘式磁力耦合器振动噪声分析与实验研究

作者(Author)：王爽, 郭永存, 胡坤, 李德永

摘要：为了在双盘式磁力耦合器设计阶段分析振动噪声特性，优化双盘式磁力耦合器设计，提出了一种利用模态叠加原理来分析其振动噪声的方法。双盘式磁力耦合器具有高转矩密度与高效率等优势，因此逐渐发展成为煤矿机械柔性传动装置。由于双盘式磁力耦合内部的转子磁场非正弦分布以及涡电流谐波等因素影响，双盘式磁力耦合器输出转矩中不可避免的存在波动。若根据计算得出的双盘式磁力耦合器的电磁振动噪声特点，在设计时选取振动噪声小的参数进行优化组合，可在实际中降低其电磁振动及噪声，有利于减少制造成本。本文结合双盘式磁力耦合器的结构特征，提出了一种模态叠加响应法计算电磁振动噪声，建立了其电磁径向力的解析模型，并在多物理场耦合作用下分析主要电磁径向力波在工作频率内的谐波响应，最后在额定功率为55 kW双盘式磁力耦合器实验台上进行试验验证。基于麦克斯韦张量法，建立了双盘式磁力耦合器的径向电磁力解析模型，并得出0阶与10阶电磁径向力波是产生振动噪声的最主要原因;利用多物理场耦合分析法进行谐波响应NVH特性分析，结果显示0阶力波的振动加速度与形变量均大于10阶力波的振动加速度与形变量，因此双盘式磁力耦合器的电磁振动主要来源于0阶力波;在额定功率为55 kW，最高转速为1 500 r/min的双盘式磁力耦合器实验台进行振动测试，试验结果显示在1500 r/min时，试验得出的最大振动峰值及频率约为35 m/s2和4 950 Hz，与有限元仿真结果的误差对应为6.3%和1.1%;而当变频电机的输入转速依次增大时，振动加速度的理论值、仿真值与试验值的曲线形态较为接近，误差较小;噪声估计值与实测值的最大误差仅为8.9%，基本验证了本文所提出模态叠加法的正确性。

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煤炭学报

2020年第02期

882

1742
夹矸煤层条件下螺旋叶片磨损失效数值模拟研究

作者(Author)：赵丽娟, 赵宇迪, 金鑫, 王岩

摘要：以MG400/951-WD新型采煤机螺旋滚筒为工程对象，利用Pro/Engineer分别建立螺旋滚筒与含夹矸煤岩的三维实体模型，并将耦合模型导入到ANSYS软件中进行相关的前处理设置。分别设置齿尖合金头、齿体、筒毂和螺旋叶片的密度、弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等材料属性;以杨村煤矿含夹矸煤层为取样对象，通过试验分别测得了煤和夹矸的密度、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、抗拉强度和坚固性系数等物理、力学性质，完成对耦合模型材料属性的设置。分别定义含夹矸煤岩和螺旋叶片的本构模型为096_BRITTLE_DAMAGE和003_PLASTIC_KINEMATIC，通过关键字ADD_EROSION分别对含夹矸煤岩与螺旋叶片定义失效，用以表征煤颗粒被截落与螺旋叶片的磨损;基于实际工况，定义采煤机牵引速度为8 m/min，螺旋滚筒转速为60 r/min的初始运动状态，通过关键字DATABASE_RCFORC设置求解结果的输出，将最终的K文件导入LS-DYNA/SOLVER求解器进行求解。通过显示动力学仿真求解得到了螺旋叶片的磨损域、应力云图、工作载荷谱及总磨损体积等，结果表明:螺旋叶片的磨损主要集中在叶片的尾端及外缘部分，且叶片尾端磨损最为严重，这与实际工况下叶片的磨损情况相一致。这主要是由于堆积于叶片尾端的煤堆在被叶片推挤时，会产生较大的摩擦力，磨屑脱落产生犁沟状磨损带;同时螺旋滚筒截割过程中产生的非线性冲击载荷会使其产生较大的振动，导致齿座下端的叶片外缘部分与含夹矸煤岩发生接触，造成部分附加磨损。提取不同时刻螺旋叶片的磨损体积并利用Matlab软件拟合得到了螺旋叶片磨损体积的变化趋势，发现螺旋叶片的磨损量随工作时间逐渐增大，但磨损速率随工作时间逐渐减小，这主要是磨损表面微观轮廓不断变化引起的，与不同时刻磨损域的扩展情况相一致。利用Matlab软件对螺旋叶片的磨损轨迹进行拟合，获得了螺旋叶片的磨损轨迹方程。

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煤炭学报

2019年第11期

1130

409
基于应力-强度干涉理论的采煤机截割部关键零件可靠性分析

作者(Author)：刘旭南, 赵丽娟, 黄凯, 罗贵恒

摘要：随着中厚煤层不断开采完毕，薄煤层开采比重将不断加大，其安全、高效开采日显重要，但由于开采空间有限、条件恶劣，采煤机易出现设计结构不合理、工作状态不稳定、可靠性差等问题。以MG2*100/455-BWD新型薄煤层采煤机截割部为工程对象，采用Pro/E，ANSYS，ADAMS建立了该采煤机的刚柔耦合虚拟样机模型，基于破煤理论建立了采煤机螺旋滚筒的力学模型，通过MATLAB编制了相关程序解决了刚柔耦合虚拟样机模型载荷添加的问题;通过虚拟仿真获取了关键零件输出轴、壳体、行星架的Von Mises应力分布及最大应力节点应力值的时域信息，以30组不同牵引速度仿真模型的仿真结果建立了各关键零件的最大应力分布函数;以应力-强度干涉可靠性理论为基础，结合各关键零件的最大应力分布函数及所用材料强度分布函数，在考虑载荷作用次数情况下，建立各关键零件在随机载荷多次作用下的可靠度计算模型。经分析计算得到输出轴、行星架、壳体的可靠度分别为0.978，0.536及0.614，研究发现:行星架与壳体存在应力集中现象，应力最大位置分别位于行星架腹板与花键轴相交处及壳体惰轮轴孔后侧与行星减速器承载部分相交处。在对薄弱零件改进后，行星架、壳体的可靠度分别达到0.9690和0.9974，满足使用要求。该方法可有效缩短产品设计周期，提高采煤机关键零件的设计质量及可靠性。

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煤炭学报

2019年第03期

1337

665
多源驱动的采煤机短程截割传动系统固有特性分析

作者(Author)：杨阳, 米玉泉, 李明, 秦大同

摘要：针对传统采煤机截割传动系统存在传动链过长、可靠性差、突变工况调速性能差的特点,在提出的多源驱动的采煤机短程截割传动系统的基础上,采用集中参数法建立了系统平移-扭转-轴向耦合动力学模型,进行了系统固有特性分析。结果表明,耦合轮系和行星轮系耦合时重根频率不变,单根频率发生变化;单根振动模式变得更为复杂,重根振动模式与原来保持一致;模态能分布与构件形变振动状态一致;耦合轮系支撑刚度和构件质量对系统高阶固有频率影响较大,行星轮系支撑刚度对系统低阶固有频率影响较大;而啮合刚度均对高阶固有频率影响较大。对系统激励频率和固有频率对比分析,发现系统低速运行时可能发生共振。研究结果可为避免系统出现共振现象和实现动态特性优化提供理论依据。

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煤炭学报

2018年第11期

759

459
运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

作者(Author)：刘旭南, 赵丽娟, 周文潮, 罗贵恒, 杜章雨

摘要：由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。

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煤炭学报

2018年第10期

1131

381

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