【摘要】：為提高薄煤層采煤機的裝煤性能,以離散元理論為基礎(chǔ),結(jié)合鄂爾多斯文玉煤礦的煤樣性質(zhì)測定結(jié)果,建立了螺旋滾筒與煤壁的離散元仿真模型。解決了離散元煤壁黏結(jié)參數(shù)的合理選擇以及螺旋滾筒與煤壁之間的耦合等關(guān)鍵問題;通過對不同統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)煤炭顆粒質(zhì)量以及速度的變化進行跟蹤和統(tǒng)計,找出螺旋滾筒結(jié)構(gòu)及運動學參數(shù)等因素對煤流運動規(guī)律的影響:隨螺旋升角增加,滾筒裝煤率呈現(xiàn)出先增大后降低的變化;滾筒裝煤率隨截割深度和牽引速度的增加大而逐漸降低;增大滾筒轉(zhuǎn)速能夠提高裝煤效率,但裝煤率提高的幅度隨滾筒轉(zhuǎn)速的增加逐漸趨于平緩。
【圖文】：

行追蹤可以得到截割過程中煤壁破碎后形態(tài)及其運動特征［7－8］。為此，本文利用離散單元法對螺旋滾筒的裝煤過程進行數(shù)值模擬，通過對相關(guān)區(qū)域內(nèi)煤炭顆粒質(zhì)量及其速度等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到螺旋滾筒在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)下的裝煤效果。將離散元數(shù)值模擬技術(shù)應用到螺旋滾筒裝煤性能的研究中，可為螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)設計及其性能評價提供一定的參考依據(jù)。1螺旋滾筒裝煤模型的建立1.1顆粒接觸動力學模型假設兩煤炭顆粒i和j分別以速度vi，vj和角速度ωi，ωj運動相碰撞，顆粒在接觸瞬間的受力如圖1所示。煤炭顆粒在接觸碰撞時不僅會受到來自其余煤炭顆粒的法相及切向接觸力Fcn，ij和Fct，ij的影響，同時還會受到法向及切向接觸阻尼力Fdn，ij和Fdt，ij的作用［9－10］。圖1顆粒接觸動力學模型Fig.1Particlecontactdynamicsmodel根據(jù)Hertz接觸理論推導出煤炭顆粒之間的作用力與位移的關(guān)系式為F=43E*(Ｒ*)1/2ε3/2(1)U=3FＲ*4E()*1/3(2)式中，F(xiàn)為兩個互相接觸煤炭顆粒間的作用力;E*為煤炭顆粒i和j之間的等效彈性模量;Ｒ*為煤炭顆粒i和j等效接觸半徑;ε為煤炭顆粒間重疊量;U為煤炭顆粒間的相對位移。煤炭顆粒在破碎碰撞過程中的其法向剛度kn、切向剛度ks與法向力Fn、切向力Fs分別為kn=2E3(1－μ2)(Ｒ*)1/2(3)ks=E1+()μ2/3［12(1－μ)Ｒ*Fn］1/32－μ(4)Fn=knU3/2n(5)Fs=ksU3/2s(6)式中，E為煤炭顆粒的彈性模量;μ為顆粒i和j的泊松比;Un，Us分別為顆粒的法向和切向位移。1.2裝煤模型的建立根據(jù)莫爾－庫倫強度理論［11?

徑;ε為煤炭顆粒間重疊量;U為煤炭顆粒間的相對位移。煤炭顆粒在破碎碰撞過程中的其法向剛度kn、切向剛度ks與法向力Fn、切向力Fs分別為kn=2E3(1－μ2)(Ｒ*)1/2(3)ks=E1+()μ2/3［12(1－μ)Ｒ*Fn］1/32－μ(4)Fn=knU3/2n(5)Fs=ksU3/2s(6)式中，E為煤炭顆粒的彈性模量;μ為顆粒i和j的泊松比;Un，Us分別為顆粒的法向和切向位移。1.2裝煤模型的建立根據(jù)莫爾－庫倫強度理論［11］，煤塊剪切破壞時受力如圖2所示。由圖可以計算出煤塊破裂面上的剪應力大小為其自身凝聚力和破裂面上法向應力產(chǎn)生的摩擦力之和，可按照式(7)計算:σ=12(σ1+σ3)+12(σ1－σ3)cos2ατ=12(σ1－σ3)sin2αα=π4+φ2(7)τ=C+σtanφ(8)式中，τ為破壞面剪應力，Pa;σ為軸向抗壓強度，Pa;C為黏聚力，Pa;φ為內(nèi)摩擦角，(°);α為破壞角，(°)。圖2煤炭剪切破壞的莫爾－庫倫模型Fig.2Moore-Kulunmodelofcoalshearfailure為了描述煤炭顆粒間黏結(jié)鍵的作用，，使所建煤壁中顆粒黏結(jié)模型更符合實際，需要對煤樣進行物理機械性質(zhì)測定，之后根據(jù)煤樣測試結(jié)果對顆粒材料屬性進行設置［12］。根據(jù)對文玉煤礦V－1煤層所取煤樣的物理機械性質(zhì)測定結(jié)果，按照式(3)，(4)可計算出顆粒法相剛度系數(shù)、切向剛度系數(shù);按照式(7)，(8)計算出顆粒正應力、切應力。根據(jù)測定結(jié)果對煤炭顆粒進行平行鍵參數(shù)進行標定，見表1。此外，螺旋滾筒材料定義為鋼，其密度設置為7.85×103kg/m3，彈性模量取4.25GPa，泊松比取0.23。2759
【作者單位】： 周口師范學院機械與電氣工程學院;遼寧工程技術(shù)大學機械工程學院;中國煤炭科工集團太原研究院有限公司;
【分類號】：TD421.61

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本文編號：2524058