發(fā)布時(shí)間：2017-04-29 13:07

  本文關(guān)鍵詞：滾筒采煤機(jī)開(kāi)采含煤巖界面煤層截割特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：采煤機(jī)是綜合機(jī)械化采煤的重要組成部分,滾筒作為其截煤機(jī)構(gòu)承擔(dān)著截煤、輸煤等關(guān)鍵任務(wù),鎬型截齒是其落煤的“主力”,其截割性能直接影響采煤機(jī)的生產(chǎn)效率和可靠性。近些年來(lái)滾筒的截割性能成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn),如何提高滾筒采煤機(jī)在開(kāi)采薄與極薄等含煤巖界面煤層時(shí)的性能更是亟待解決的問(wèn)題。為此,本文對(duì)鎬型截齒、滾筒截割含煤巖界面煤層的動(dòng)力學(xué)特性、截割性能進(jìn)行了理論及試驗(yàn)研究。本文基于Evans破巖理論以及單向加載條件下煤巖破碎的試驗(yàn)結(jié)果,建立了鎬型截齒、滾筒旋轉(zhuǎn)截割均質(zhì)煤巖層的力學(xué)模型,并結(jié)合層狀巖體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分析及格里菲斯強(qiáng)度理論,建立了鎬型截齒、滾筒旋轉(zhuǎn)截割含煤巖截面煤層的力學(xué)模型。基于相似理論,建立了煤巖性質(zhì)、滾筒、截齒以及截割載荷的相似準(zhǔn)則,研制了煤巖截割試驗(yàn)基臺(tái)、截齒和滾筒,并開(kāi)發(fā)了可以獲取鎬型截齒截割煤巖的三向力的嵌入式無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)。將抗壓強(qiáng)度作為配置模擬煤壁的主要依據(jù)并考慮煤巖的節(jié)理、層理等特性,配制了試驗(yàn)用模擬煤壁,通過(guò)單向抗壓試驗(yàn)得到了其抗壓強(qiáng)度與粉煤(沙子)和水泥配比間的關(guān)系,并為后續(xù)配制模擬煤巖材料提供依據(jù)。在煤巖截割試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行單齒截割均質(zhì)煤層、巖層和含煤巖界面煤層試驗(yàn),通過(guò)對(duì)不同截割對(duì)象條件下的截割載荷時(shí)域特性開(kāi)展研究,揭示了截割載荷隨時(shí)間變化的一些基本規(guī)律,并得出含煤巖界面煤層中會(huì)出現(xiàn)較大的沖擊載荷等時(shí)域特性。基于此,在時(shí)域內(nèi)對(duì)截割載荷的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析,得出截割載荷隨截割材料參數(shù)變化的規(guī)律,驗(yàn)證了截割力學(xué)模型分析的正確性并對(duì)截割力學(xué)模型進(jìn)行了修正。對(duì)比均質(zhì)煤層截割載荷與含界面煤層截割載荷,說(shuō)明界面的存在對(duì)煤層段載荷的影響較明顯,且界面層的存在降低煤層段載荷,從而增大了煤層段與巖層段載荷的差值,差值越大,煤層段到巖層段過(guò)渡過(guò)程中的載荷變化越劇烈,沖擊越明顯,從而降低截齒截割性能和使用壽命。同時(shí),采用截割單位能耗、塊煤率和截齒磨損量等指標(biāo)研究截割材料參數(shù)對(duì)截齒截割性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)截割載荷、截割單位能耗均隨截割材料抗壓強(qiáng)度的增大而增大,變化規(guī)律基本一致,表明單齒截割載荷是影響單齒截割單位能耗的主要因素。塊煤率隨煤層抗壓強(qiáng)度遞增,且含煤巖界面煤層中界面層位置對(duì)截割載荷和截齒磨損量影響比較顯著。在均質(zhì)煤層和含煤巖界面煤層的截割條件下,結(jié)合鎬型截齒和滾筒截割力學(xué)模型,對(duì)比單齒截割載荷扭矩計(jì)算值與滾筒截割扭矩實(shí)測(cè)值,分析其內(nèi)在聯(lián)系。研究結(jié)果表明滾筒截割扭矩載荷是由截齒截割載荷、滾筒裝煤載荷以及齒座等參與截割產(chǎn)生的載荷組成,同時(shí)說(shuō)明截割載荷研究對(duì)衡量截齒截割性能具有重要意義。通過(guò)載荷降噪對(duì)比分析,選用EMD信號(hào)處理方法降噪,對(duì)截割載荷進(jìn)行功率譜分析和三維時(shí)頻聯(lián)合分析,得到系統(tǒng)主頻率與被截割煤巖性質(zhì)、煤巖破碎情況的關(guān)系,同時(shí)獲取系統(tǒng)頻率隨時(shí)間和煤巖性質(zhì)的變化規(guī)律,為進(jìn)一步揭示截割破碎煤巖機(jī)理提供理論指導(dǎo)。以截割載荷為依據(jù),結(jié)合鎬型截齒破巖機(jī)理和突變理論,通過(guò)非線性函數(shù)擬合煤巖單次崩落載荷變化規(guī)律,建立截割載荷折疊突變理論模型,獲取了截落煤巖的剛度條件、能量條件以及崩落破碎臨界條件。結(jié)果表明在截割機(jī)構(gòu)剛度大于煤巖剛度條件下,當(dāng)載荷達(dá)到煤巖崩落破碎條件時(shí),截割載荷的增大或截割機(jī)構(gòu)受激振動(dòng)而產(chǎn)生的擾動(dòng)就可以形成煤巖的有效崩落破碎。通過(guò)對(duì)截割載荷的相空間重構(gòu)分析,可知單齒截割載荷具有明顯混沌特征,基于此,采用關(guān)聯(lián)維、李雅普諾夫指數(shù)、復(fù)雜度等混沌特性指數(shù)分析截割載荷,發(fā)現(xiàn)截割載荷的特征指數(shù)會(huì)隨截割對(duì)象的不同產(chǎn)生變化,這為采煤機(jī)截割含煤巖界面煤層過(guò)程中截割對(duì)象的分辨提供了理論指導(dǎo),為采煤機(jī)穩(wěn)定可靠的工作提供保障。在煤巖截割試驗(yàn)臺(tái)上開(kāi)展了鎬型截齒截割含煤巖界面煤層的試驗(yàn),以截割載荷作為衡量截割性能指標(biāo),研究了鎬型截齒的結(jié)構(gòu)參數(shù)、安裝參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)對(duì)截割性能的影響。結(jié)果表明在本試驗(yàn)研究范圍內(nèi),截割載荷隨著齒尖夾角的增大、齒身錐角的增大、截線距的增大、滾筒轉(zhuǎn)速的降低以及截割厚度的增大而增大;隨著沖擊角的增大截割載荷先減小后增大,沖擊角在48°左右時(shí)載荷最小;隨著傾斜角的增大,截割載荷先減小后增大,這與理論研究適當(dāng)增大傾斜角可以提高截割效率相一致。為降低磨損量,本文提出在截齒齒身上焊接耐磨筋條,具有筋條的截齒雖然在一定程度上增大截齒截割載荷,但可以降低截齒磨損量,提高截齒使用壽命,這為截齒的設(shè)計(jì)制造提供指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：滾筒采煤機(jī) 鎬型截齒 旋轉(zhuǎn)截割 三向力傳感器 嵌入式測(cè)試系統(tǒng) 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸 EMD 載荷譜分析 截割力學(xué)模型 折疊突變理論 含煤巖界面煤層 截齒磨損量
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD421.6
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-10
• Extended Abstract10-30
• 變量注釋表30-33
• 1 緒論33-52
• 1.1 選題背景及研究意義33-34
• 1.2 滾筒采煤機(jī)開(kāi)采含煤巖界面煤層概述34-40
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀40-50
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容50-51
• 1.5 本章小結(jié)51-52
• 2 含煤巖界面煤層截割理論研究52-80
• 2.1 煤巖的機(jī)械性質(zhì)52-54
• 2.2 煤巖破碎理論54-59
• 2.3 均質(zhì)煤巖單齒截割理論模型59-71
• 2.4 含煤巖界面煤層單齒截割理論模型71-77
• 2.5 滾筒截割煤巖力學(xué)模型77-79
• 2.6 本章小結(jié)79-80
• 3 煤巖截割試驗(yàn)系統(tǒng)建立80-102
• 3.1 煤巖截割試驗(yàn)系統(tǒng)相似準(zhǔn)則建立80-82
• 3.2 模擬煤巖材料的研制82-85
• 3.3 煤巖截割試驗(yàn)臺(tái)研制85-89
• 3.4 煤巖截割試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)研制89-100
• 3.5 本章小結(jié)100-102
• 4 含煤巖界面煤層截割性能試驗(yàn)研究102-142
• 4.1 單個(gè)截齒截割載荷時(shí)域分析102-110
• 4.2 均質(zhì)煤層和巖層材料性質(zhì)對(duì)截齒截割性能影響110-120
• 4.3 含煤巖界面煤層對(duì)截齒截割性能影響120-131
• 4.4 煤巖層截割力學(xué)模型的試驗(yàn)修正131-136
• 4.5 單齒截割與滾筒截割載荷對(duì)比試驗(yàn)研究136-140
• 4.6 本章小結(jié)140-142
• 5 含煤巖界面煤層截割載荷特性分析142-170
• 5.1 截割載荷時(shí)頻特性分析142-151
• 5.2 基于突變理論的截割載荷特性分析151-160
• 5.3 截割載荷特性非線性動(dòng)力學(xué)分析160-168
• 5.4 本章小結(jié)168-170
• 6 含煤巖界面煤層截割截齒參數(shù)試驗(yàn)研究170-191
• 6.1 截齒結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)截齒截割性能影響170-177
• 6.2 截齒安裝參數(shù)對(duì)截齒截割性能影響177-184
• 6.3 截齒運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)截齒截割性能影響184-189
• 6.4 本章小結(jié)189-191
• 7 結(jié)論與展望191-196
• 7.1 結(jié)論191-194
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)194
• 7.3 展望194-196
• 參考文獻(xiàn)196-207
• 作者簡(jiǎn)歷207-210
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集210

  本文關(guān)鍵詞：滾筒采煤機(jī)開(kāi)采含煤巖界面煤層截割特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：334910