一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法與流程

本發明屬于采煤設備技術領域，具體涉及一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法。

背景技術：

螺旋滾筒作為采煤機截割煤壁的工作機構，其載荷對采煤機的可靠性有著重要的影響。而在截割煤巖特別是復雜地質條件下的薄煤層，螺旋滾筒載荷具有非線性、強耦合性等特點。目前采煤機螺旋滾筒載荷的計算方法主要有基于前蘇聯破煤理論的經驗公式法和實驗室現場測試研究方法。基于前蘇聯破煤理論的經驗公式法計算螺旋滾筒載荷時，由于考慮的影響因素有限，得到的結果誤差較大。實驗室現場測試研究方法雖然較為真實的模擬了采煤機破煤過程，但是煤巖顆粒運動規律復雜，且傳感器技術的限制，使得到的結果不夠準確，且實驗室現場測試需要耗費較高的費用，延長了研究周期，降低了產品的開發效率。本發明旨在利用離散元法模擬滾筒的截割煤巖的過程中，能夠較為準確的得到螺旋滾筒載荷。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法。本發明的技術方案為：

一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法，包括以下步驟：

獲取煤巖的物理力學參數、采煤機螺旋滾筒的材料特性參數和結構參數；

根據所述煤巖的物理力學參數，建立煤巖的離散元模型；

根據所述采煤機螺旋滾筒的結構參數，建立采煤機螺旋滾筒的三維實體模型；

將所述采煤機螺旋滾筒的三維實體模型轉化為iges格式，導入至所述煤巖的離散元模型中，建立采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型；

采用所述采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型模擬采煤機截割煤壁，得到采煤機螺旋滾筒載荷。

上述方法中，所述煤巖的物理力學參數包括：煤巖密度、煤巖抗拉強度、煤巖抗壓強度、煤巖泊松比、煤巖楊氏模量、煤巖凝聚力。

上述方法中，所述采煤機螺旋滾筒的材料特性參數包括：螺旋滾筒不同材料的泊松比、螺旋滾筒不同材料的楊氏模量、螺旋滾筒不同材料的密度。

上述方法中，所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼、鍛用結構鋼和低合金超高強度鋼。

上述方法中，所述采煤機螺旋滾筒的結構參數包括螺旋滾筒滾筒直徑、螺旋滾筒筒轂直徑、螺旋滾筒螺旋升角、螺旋滾筒葉片厚度、螺旋滾筒截齒結構參數和排列方式。

本發明的有益效果在于：本發明利用離散元計算機仿真技術可獲得采煤機的螺旋滾筒載荷，為采煤機螺旋滾筒載荷的采集提供了一種新方法，工藝簡單，運行費用較低，對促進行業技術進步有著顯著的意義。

附圖說明

圖1是本發明具體實施方式的工藝流程簡圖。

圖2是本發明具體實施方式的煤巖離散元模型。

圖3是本發明具體實施方式的采煤機截割部模型。

圖4是本發明具體實施方式的采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型。

圖5是本發明具體實施方式的采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型的仿真狀態圖。

圖6是本發明具體實施方式的螺旋滾筒牽引阻力載荷。

圖7是本發明具體實施方式的螺旋滾筒載荷指向煤壁的軸向力載荷。

圖8是本發明具體實施方式的螺旋滾筒重力反方向受力載荷。

圖9是本發明具體實施方式的螺旋滾筒牽引阻力距載荷。

圖10是本發明具體實施方式的螺旋滾筒指向煤壁的軸向力矩載荷。

圖11是本發明具體實施方式的螺旋滾筒重力反方向力距載荷。

具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。

本發明提供一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法，其工藝流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

獲取煤巖的物理力學參數和采煤機螺旋滾筒的材料特性參數；所述煤巖的物理力學參數包括：煤巖密度、煤巖抗拉強度、煤巖抗壓強度、煤巖泊松比、煤巖楊氏模量、煤巖凝聚力；所述采煤機螺旋滾筒的材料特性參數包括：螺旋滾筒不同材料的泊松比、螺旋滾筒不同材料的楊氏模量、螺旋滾筒不同材料的密度；所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼、鍛用結構鋼和低合金超高強度鋼；

根據所述煤巖的物理力學參數，利用edem顆粒工廠構建煤巖的離散元模型，如圖2所示，其中定義重力方向與采煤機模型保持一致，選取z軸負方向，重力加速度值為-9.81m/s²；

根據所述采煤機螺旋滾筒的結構參數，利用pro/engineer建立采煤機螺旋滾筒的三維實體模型；所述采煤機螺旋滾筒的結構參數包括螺旋滾筒滾筒直徑、螺旋滾筒筒轂直徑、螺旋滾筒螺旋升角、螺旋滾筒葉片厚度、螺旋滾筒截齒結構參數和排列方式；

將所述采煤機螺旋滾筒的參數化三維實體模型轉化為iges格式，如圖3所示，導入至所述煤巖的離散元模型中，根據所述采煤機螺旋滾筒的材料特性參數建立采煤機截割煤巖離散元耦合模型，即采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型，所述仿真模型如圖4所示，利用edem對所述采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型進行仿真，得到了截煤載荷仿真狀態圖如圖5所示；在edem的后處理中導出采煤機螺旋滾筒的牽引阻力載荷、指向煤壁的軸向力矩載荷和重力反方向受力載荷和力矩載荷，其中力矩具體指采煤機螺旋滾筒的牽引阻力矩、指向煤壁的軸向力矩和重力反方向受力矩，分別如圖6-11所示。

實施例1

一種基于離散元法的采煤機螺旋滾筒載荷的提取方法，應用于內蒙古某礦區，包括以下步驟：

對煤巖進行物理力學特性實驗，獲取煤巖的物理力學參數和采煤機螺旋滾筒的材料特性參數；所述煤巖的物理力學參數包括：煤巖密度（1332kg/m³）、煤巖抗拉強度（1.08mpa）、煤巖抗壓強度（17.71mpa）、煤巖泊松比（0.23）、煤巖楊氏模量（4388mpa）、煤巖凝聚力（1.85mpa）；

所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼（q345）、鍛用結構鋼（17cr2ni2mo）和低合金超高強度鋼（35crmnsi）；

所述低合金鋼（q345）螺旋滾筒的材料特性參數包括：低合金鋼（q345）的泊松比（0.28）、低合金鋼（q345）的楊氏模量（2.06e5mpa）、低合金鋼（q345）的密度（7850kg/m³）；

所述鍛用結構鋼（17cr2ni2mo）螺旋滾筒的材料特性參數包括：鍛用結構鋼（17cr2ni2mo）的泊松比（0.30）、鍛用結構鋼（17cr2ni2mo）的楊氏模量（2.06e5mpa）、鍛用結構鋼（17cr2ni2mo）的密度（7850kg/m³）；

所述低合金超高強度鋼（35crmnsi）螺旋滾筒的材料特性參數包括：低合金超高強度鋼（35crmnsi）的泊松比（0.24）、低合金超高強度鋼（35crmnsi）的彈性模量（2.04e5mpa）、低合金超高強度鋼（35crmnsi）的密度（7850kg/m³）；

根據煤巖的物理力學參數，建立煤巖的離散元模型；

根據所述采煤機螺旋滾筒的結構參數，建立采煤機螺旋滾筒的三維實體模型；

將所述采煤機螺旋滾筒的三維實體模型轉化為iges格式，導入至所述煤巖的離散元模型中，建立采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型；采用所述采煤機螺旋滾筒載荷離散元仿真模型模擬采煤機截割煤壁，模擬結束后在edem后處理中導出螺旋滾筒載荷。

應當理解的是，對本領域普通技術人員而言，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應落入本發明要求的保護范圍內。