【摘要】：為提高煤炭資源回收率和延長礦井服務(wù)年限,實現(xiàn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,以前很少、甚至不開采的難開采煤層,如薄煤層、夾矸、含硬包裹體等煤層也必須開采。在煤炭開采過程中,采煤機(jī)的截煤和裝煤至關(guān)重要。滾筒截割硬煤割不動、裝煤效果差已成為阻礙煤炭開采效率提高的關(guān)鍵問題。因此,對滾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)并開展?jié)L筒截煤、裝煤性能研究對機(jī)械化開采技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文采用理論分析、有限元軟件仿真研究、離散元軟件仿真研究和試驗研究的方法,對比研究設(shè)計的異形滾筒與普通形滾筒的截煤性能、裝煤性能。針對當(dāng)前結(jié)構(gòu)形式的滾筒,開展了滾筒截煤理論的研究,并對滾筒截煤過程進(jìn)行了簡要分析。本文基于散體力學(xué)理論和單體力學(xué)理論,對拋射裝煤機(jī)理和推擠裝煤機(jī)理進(jìn)行了分析。根據(jù)滾筒的結(jié)構(gòu)特點,用單位時間內(nèi)滾筒的裝煤量來表示滾筒的裝煤性能,推出易于計算滾筒裝煤能力的表達(dá)式。建立滾筒-煤壁三維仿真模型,分析普通形滾筒與異形滾筒截割煤巖時所受的扭矩和牽引阻力。研究結(jié)果表明:在截割效率相同的情況下,除第一刀,階梯形滾筒截割煤巖時所受的扭矩及牽引阻力均小于普通形滾筒,說明該新型滾筒的截割性能要比普通形滾筒更加優(yōu)異,從而為新型采煤機(jī)滾筒的設(shè)計研究提供了參考依據(jù)。另外,對階梯形滾筒結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計,當(dāng)前筒轂直徑與后筒轂直徑相同時,階梯形滾筒截煤性能最優(yōu)�；陔x散元基本理論,建立了滾筒裝煤過程的仿真模型,分析普通形滾筒與異形滾筒裝煤率。研究結(jié)果表明:由于鼓形滾筒的過煤空間從采煤面到采空面線性增大,其裝煤率要高于普通形滾筒。另外,對鼓形滾筒結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計,當(dāng)筒轂錐角為80°時,鼓形滾筒裝煤性能最優(yōu)。以煤巖截割試驗臺為基礎(chǔ),對加工的異形滾筒的截煤性能、裝煤性能進(jìn)行試驗分析。以天然煤樣的抗壓強(qiáng)度為主要模擬量,配置了人工煤壁,為滾筒截煤、裝煤特性研究提供了試驗基礎(chǔ)。通過對比數(shù)值模擬和試驗過程中煤壁破碎形態(tài)及截割載荷大小,驗證了仿真模型的有效性�；跈C(jī)構(gòu)動力學(xué)分析將銑槽裝置簡化為連桿機(jī)構(gòu),進(jìn)行運(yùn)動學(xué)軌跡仿真分析,研究表明:新型旋挖式滾筒在理論上可以滿足一個工作行程截割后的剖面近似為方形的功能。對旋挖式滾筒的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行截煤、裝煤仿真,研究表明,由于旋挖式滾筒裝煤過程處于半封閉狀態(tài),煤炭顆粒從旋挖式滾筒缺口直接排出至刮板輸送機(jī)上,因此其裝煤性能要好于普通形滾筒。
【圖文】：

1-左截割部；2-左牽引部；3-中間箱；4-右牽引部；5-行走部；6-右截割部圖 1-1 滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)圖Figure 1-1 Structure of shearer如圖 1-1 所示，無論采煤機(jī)采用何種形式，其結(jié)構(gòu)的主要組成形式基本相同。主要由五大部(左右截割部、中間箱、左右牽引部)和三大系統(tǒng)(機(jī)械傳動及潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻噴霧系統(tǒng))組成。左、右截割部：主要由左右搖臂的機(jī)械傳動系統(tǒng)、內(nèi)噴霧系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及左右滾筒等組成，其中左右滾筒主要實現(xiàn)采煤機(jī)的落煤和裝煤功能，其設(shè)計好壞直接影響采煤機(jī)的整機(jī)性能。中間箱：電牽引采煤機(jī)為電控部，液壓牽引采煤機(jī)為液壓傳動部，是采煤機(jī)的控制部分，主要實現(xiàn)采煤機(jī)的牽引調(diào)速和過載保護(hù)等功能。左、右牽引部：主要包括左右牽引部、左右行走部和左右支撐，是采煤機(jī)牽引的機(jī)械執(zhí)行部分，主要實現(xiàn)采煤機(jī)與運(yùn)輸機(jī)的配套功能。機(jī)械傳動及潤滑系統(tǒng)：主要由軸承、齒輪、潤滑泵及油池、管路等組成，實現(xiàn)采煤機(jī)的動力傳動與自身的潤滑。

1-端盤；2-葉片；3-筒體；4-蓋板；5-截齒；6-噴嘴圖 1-2 螺旋滾筒組成Figure 1-2 Composition of shearer drum 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（Research Status at Home and Abroad）.1 截齒截割性能研究截齒是螺旋滾筒上直接參與破落煤巖的部件，其截割性能的好壞直接決定了筒的截割性能，因此，對截齒截割性能的研究是滾筒設(shè)計的基礎(chǔ)。針對已有煤機(jī)理及截割理論的研究成果，國內(nèi)外學(xué)者從截齒本身出發(fā)，，開展了截齒結(jié)安裝參數(shù)以及運(yùn)動參數(shù)等對截齒及截割機(jī)構(gòu)截割性能的影響研究，促進(jìn)了截論的發(fā)展，并對煤巖截割理論進(jìn)行了補(bǔ)充。在國外，2001 年，美國學(xué)者 V.B.Achanti 等[5]利用模擬旋轉(zhuǎn)截割試驗臺對截切削深度、滾筒旋轉(zhuǎn)速度和截齒齒尖夾角與可吸入粉塵量關(guān)系的研究，指出塵量隨著截齒間距增大而增加，隨著截割深度的增加而減小，并且隨著滾筒加而增加。2003 年，美國學(xué)者 MuralidharanVenkataraman[6]利用旋轉(zhuǎn)截割試
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD421.61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2595612