采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化

为降低采煤机滚筒的截割比能耗,以某型采煤机的截割滚筒为研究对象,对合理选择截齿的截线距和切削厚度的比值进行了研究。利用UG三维CAD软件建立了3种不同截线距的截割滚筒模型,通过ANSYS/LS-DYNA对2组不同切削厚度情况下采煤机滚筒截割煤壁的过程进行了模拟,得到了镐形截齿所受截割力、特定时间内截落煤壁总体积、滚筒所受截割扭矩及截割比能耗等。通过对比这2组采煤机滚筒的截割比能耗和其他相关数据,分析了截线距和切削厚度的比值与截割效率的关系。结果表明,截线距和切削厚度的比值在2左右时,采煤机滚筒的截割比能耗最小。本研究结果对采煤机设计过程中滚筒截线距、滚筒转速和采煤机牵引速度三者之间的最佳匹配有一定的参考价值。     

采煤机无人自适应变速截割控制方法

为了实现采煤机的无人自动化采煤,并使采煤机在截煤时的块煤率及截割比能耗等截割性能参数综合较优,通过分析现有采煤机的工作原理及特性并建立采煤机变速截割仿真模型,得到煤层截割阻抗与截割电机定子电流的关系。在此基础上,提出一种适用于滚筒采煤机的自适应变速截割控制方法,通过划分煤层截割阻抗范围,对采煤机的牵引速度和滚筒转速进行分级优化调节,根据采煤机截割电机定子电流及时间信号,结合所制定的控制策略实现采煤机对煤层截割阻抗的自动识别及自适应调速控制,最后进行仿真分析及试验进行验证。研究结果表明:该控制方法可取得较好效果并具有可行性,为实现采煤机自适应变速截割及无人化自动采矿提供参考。     

采煤机液压混合动力截割传动系统的设计

基于差动行星齿轮调速原理,设计了一种截割转速可调的采煤机液压混合动力截割传动系统.根据系统组成,建立了关键元件的数学模型及控制方法.以AMESim软件为平台,分析了液压马达和滚筒的动态特性以及液压混合动力系统的缓冲性能.结果表明:所设计的液压混合动力截割传动系统能够调节采煤机的截割转速,在复杂煤层下比传统恒速截割采煤机具有更好的截割性能;液压马达及滚筒响应速度快且能够准确跟踪目标转速,液压系统可以缓和突变负载产生的冲击.     

基于综合截割性能优化的采煤机变速截割控制

针对目前滚筒采煤机在生产过程中采用单一牵引调速影响截割性能的问题,对采煤机的变速截割进行了探索研究.考虑变速截割的可行性及可靠性,按截割阻抗的大小对煤层硬度进行了平均划分;综合考虑不同截割性能指标的要求,对其进行加权平均作为优化目标,对截割运动参数进行了优化;在此基础上,对由截割阻抗变化引起的不同工况的调速策略进行了比较分析,得到了截割性能最优的变速截割调速控制策略.研究结果可为采煤机高效变速截割奠定理论基础.     

齿轮传动系统冲击载荷抑制与动态参数优化

针对重载高速齿轮传动系统冲击载荷大、影响系统可靠性和使用寿命等特点,以某采煤机齿轮传动系统为例,建立了包含电机动态模型、耦合轮系和行星轮系动力学模型的采煤机动力传动系统机电耦合模型,研究了在采煤机运行过程中通过优化运动参数来降低截割传动系统冲击载荷的方法.仿真结果表明:在负载突变工况下,运动参数动态优化使截割传动系统中的冲击载荷减小.搭建了截割动力传动系统实验台架,通过台架试验研究了运动参数优化对截割传动系统冲击载荷的影响,实验与仿真所获得的传动系统冲击载荷的趋势相似,调速持续时间相近,验证了运动参数优化的有效性.     

采煤机滚筒截割复杂煤层的突变分析

为研究采煤机滚筒截割复杂煤层时载荷的变化规律,在构造复杂煤层结构形式的基础上进行了实验研究。根据实验载荷建立了截割载荷的本构模型,并建立了不同结构形式煤层的力学模型。同时,根据井下实际工况建立了滚筒截煤的力学模型,基于突变理论建立了截割过程的尖点突变力学模型,获得了滚筒截煤的刚度和能量条件。分析结果表明:煤层的阻侵刚度需大于采煤机牵引系统的刚度,否则采煤机将出现强烈的振动,使得传动系统损坏;同时,煤层破碎所需的能量应不大于截割滚筒的能量释放率,否则采煤机滚筒将出现堵转现象,严重时截割电机将被损害。     

采煤机滚筒截割性能数值模拟

为研究采煤机滚筒的截割性能,采用离散元法,分析截齿安装角、截齿齿尖尖角、转速对生产率、块煤率、三向阻力、三向转矩、截割比能耗、截割功率的影响规律.研究结果表明:随着截齿安装角的增大,块煤率、生产率、截割比能耗、截割功率、三向阻力、三向转矩先增大后减小;随截齿齿尖尖角的增大,三向阻力、三向转矩、截割比能耗、截割功率先增大后减小,块煤率、生产率在减小;随转速的增大,三向阻力、三向转矩先减小后增大;截割比能耗、截割功率在增大,块煤率在减小,生产率先增大后减小.三向阻力大小:截割阻力牵引阻力侧向阻力;三向转矩大小:侧向转矩截割转矩牵引转矩.研究结论为提高采煤机滚筒截割性能奠定了理论基础.     

基于采煤机截割路径的动态三维地质模型构建方法

针对虚拟综采工作面难以构建实时动态煤层的问题，提出了一种根据采煤机行走轨迹构建三维地质模型的方法.建立了初始三维地质模型和动态三维地质模型，并提取了目标煤层的轨迹曲线，为采煤机提供了目标截割路径;基于当前工作面采煤机的实际截割情况及未来发展趋势提出了三种采煤机截割方案，分别是采煤机记忆截割、人工干预的采煤机记忆截割和采煤机自主截割;建立了真实的虚拟综采工作面，构建了三种方案的实际煤层形态，并进行了仿真对比实验.结果表明:通过采煤机自主截割方案构建的实际煤层的总体平均误差为15.73mm，能够实现较小的割岩量和较高的回采效率.     

基于遗传算法的连续采煤机滚筒参数优化设计

为设计优质高效的截割滚筒,根据连续采煤机滚筒的结构特点和工作状况,建立了以煤炭生产综合经济效益为总目标函数,以截割比能耗、载荷波动系数、煤岩块度和生产效率为分目标函数的多目标、多变量、多约束的滚筒优化模型,采用生物进化思想,基于遗传算法对在不同截割阻抗下的滚筒结构参数和运动参数进行优化,得出不同截割条件下连续采煤机滚筒的最佳运动参数和结构参数.该优化结果可用于指导煤炭企业生产,使其获得良好的经济效益.     

采煤机截割与牵引功率匹配的理论方法

采煤机截割功率与牵引功率的合理匹配,直接影响到采煤机的牵引性能、生产能力和装机功率与生产率的比值。根据采煤机截割和牵引功率与整机参数、煤层条件的关系,导出了截割与牵引功率相关联的数学模型。在已知采煤机截割功率的基础上,给出了牵引功率等参数的计算方法,结合具体采煤机机型进行定量数值模拟,获得了截割与牵引功率的比值随不同工作参数变化的曲线。数值模拟反映了牵引速度随煤层倾角的变化规律和牵引速度的有效工作区域。这一方法对采煤机的选型、合理使用、功率等参数的设计有着理论和应用意义。     

电动轿车机电传动系统的匹配计算与仿真

研究电动轿车机电传动系统匹配计算方法. 根据整车动力性能指标要求,对电动轿车机电传动系统,包括交流感应电机、减速器、电机控制器、动力电池进行匹配计算,主要是电机及其减速器传动比的综合匹配计算,并在Matlab/Simulink下进行了系统仿真. 仿真结果表明,机电传动系统具有良好的动态转矩特性和转速特性;系统动力特性仿真结果满足整车的动力性能设计要求;电动轿车机电传动系统匹配计算方法具有可行性和有效性.     

新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

采煤机滚筒截齿配置及滚筒转速与牵引速度匹配关系的分析

从获得最佳切屑厚度的原则出发 ,研究了采煤机滚筒截齿配置型式、滚筒转速与牵引速度的匹配关系。     

壳体柔性对风电齿轮箱-发电机集成系统动态特性影响

针对风电传动系统集成化结构,提出了一种可用于风力发电机变速-变载工况下的机电-刚柔耦合动力学模型,不仅考虑了齿轮的时变啮合刚度、相位关系、轴和壳体的结构柔性等机械因素,同时计入了发电机系统中永磁体磁饱和特性、电磁径向力波以及空间谐波等电磁因素。探究齿轮箱-发电机集成系统机电耦合动态特性,讨论了壳体柔性对系统动态特性的影响,提出了一种升速分析法,找寻了系统的共振转速。结合模态能量法和阵型矢量分布原理,找寻了共振时的潜在危险构件。研究表明：齿轮系统与发电机存在强耦合特性,壳体的柔性对系统机电耦合特性影响显著。针对集成化系统而言,齿轮内激励为共振转速下的主要激励源;但采用薄壁壳体时,发电机电磁激励不容忽视,易激发新的共振转速。选择合理的壁厚可有效提高系统的安全可靠性,减少共振区域,减轻系统构件的损坏。     

永磁直驱式带式输送机系统动态特性及能耗分析

为解决传统异步驱动式带式输送机效率低、能耗高的问题,基于机械动力学理论和磁力传动技术,对永磁直驱式带式输送机的运动模型和耗能情况进行深入研究。针对永磁直驱式带式输送机复杂的非线性机电耦合关系问题,以永磁电机驱动的带式输送机为主要研究对象,在带式输送机离散系统的简化动力学模型基础上,引入同步旋转坐标下的永磁同步电机状态方程,建立了基于机电耦合关系的永磁直驱式带式输送机系统模型,并通过Harrsion软启动速度推导出该系统模型在启动过程中的能耗解析式;以矢量控制技术对系统进行仿真分析,得到了永磁直驱式带式输送机的动态特性,表明了带速及张力变化规律符合实际运行工况,并进一步将永磁直驱式带式输送机与异步驱动式带式输送机相比较,得到启动过程的张力和能耗对比图,结果表明:在启动过程中永磁直驱式带式输送机具有更小的张力峰值,同时在整个启动过程中永磁直驱式带式输送机比异步驱动式带式输送机降低了约8%的能耗。     

采煤机牵引部多功能液压自动调速

国内外采煤机采用液压自动调速牵引的方式很多,用一种自动调遣方式很难以适应井下复杂多变的各种工况。本文对采煤机的液压自动调速系统进行综合设计,使牵引部调速系统具有多种功能,这样不仅扩大了采煤机的使用范围,在井下各种复杂工况下均能最大限度地提高生产率,而且在充分发挥电机效率、节省能源、提高采煤机性能等经济指标方面,都优于目前国内使用的采煤机。     

普通车床主运动传动系统机构设计

为了实现普通车床的多级变速,减少传动过程中热量的产生,提出一种普通车床主运动传动系统机构设计方案.首先根据车床加工要求确定转速级数与转速数列,再根据变速方法设计传动系统机构,最后确定传动轴直径、电机功率、齿轮齿数等关键零部件参数.整个运动系统采用分离式结构,分别实现高速和低速的调节,且产热少、效率高.采用Solidworks Simulation软件对所设计的机构进行有限元仿真分析,研究结果表明,其强度、刚度等符合设计要求,可顺利实现12级转速的调节.     

全电直驱集成动力系统扭振固有特性灵敏度分析及动力学设计

为全面掌握纯电动汽车动力传动系统扭振固有特性,提高系统的平顺性,对系统扭振特性进行深入研究,以一种新型全电直驱集成动力传动系统为研究对象,提出了综合考虑电机电磁刚度、齿轮时变啮合刚度等因素耦合作用的建模方法,建立并验证了8自由度力学分支模型,计算和分析了系统的固有频率和振型;基于直接求导法对固有频率进行灵敏度分析,改进了集成系统特征参数,并联合仿真分析了参数优化前后系统的动态变化。结果表明:考虑电磁刚度可得到"零阶"固有频率,能呈现丰富的动力学现象;低阶振动表现在车轮、车身位置,高阶振动表现在变速器部分。基于灵敏度分析结果,系统对应的临界转速5 097 r/min,超出了常用转速范围;电机轴角加速度频域响应最大波动幅值减小了25.9%,整体波动幅值明显减小;变速器输出轴最大波动转速减小了0.26%。此研究成果可为机电耦合系统的固有特性与灵敏度分析提供理论参考。