一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法
【專利摘要】本發明提供一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，包括：獲取煤巖巖石樣本的煤巖賦存條件；對煤機截割部滾筒的單個截齒的受力情況進行測試，得到單個截齒平均載荷模型；將單個截齒平均載荷模型隨機化，建立單個截齒截割載荷隨機理論模型；根據單個截齒截割載荷隨機理論模型，將單個截齒的三向截割力進行疊加得到滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜模型；根據采煤機滾筒載荷譜模型對滾筒各零部件進行瞬態響應分析，獲取滾筒各零部件各處的載荷譜。本發明將單個截齒的隨機載荷模型疊加后可得到滾筒質心處的隨機三向力和三向力矩，可為后續采煤機截割部傳動系統的計算、分析、優化設計等提供載荷輸入依據。
【專利說明】
-種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法
技術領域
[0001] 本發明設及采煤設備技術領域，具體是一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著工業科學技術的飛速發展，煤礦機械也得到了迅速的發展，尤其是綜合機械 化采煤。而在綜采工作面中，滾筒采煤機已經成為最重要的機械設備。在整個采煤機功率消 耗中，最主要的是截割部和牽引部，其中又W滾筒的消耗最多。此外，滾筒的受力情況是整 個采煤機正常工作的一個非常重要的指標，其工作狀態是否正常將直接影響采煤機的使用 壽命、生產率和能耗。因此，對滾筒的載荷譜進行研究是十分必要的。
[0003] 作為采煤機與煤巖直接接觸的零部件之一，滾筒受到隨機載荷的作用，而造成載 荷波動的影響因素很多，采煤機外部情況的影響因素有:節理發育情況、截割工況、截割工 藝、煤巖硬度等;采煤機內部影響因素有:截齒類型、截齒配置分布、滾筒幾何尺寸等。目前， 在滾筒載荷研究與生產方面，大多數都是靠經驗設計和理論指導，甚至一些采煤機的設計 就是各個部件成比例增加，運是很不科學的。
[0004] 目前，在煤礦機械方面國內始終與國外的采煤機設計和生產商存在一定的差距， 且國內對于采煤機載荷譜的研究尚不深入，主要集中在煤科院上海分院、中國礦業大學、迂 寧工程技術大學、要莊煤業集團公司、立一重型裝備有限公司等。主要原因是采煤機載荷譜 在井下測量條件有限，存在安全問題，且井下環境復雜，信號成分多，干擾較大。
[0005] 我國乃至世界的采煤機載荷譜獲取主要是通過W下=種方式:經驗計算、計算機 模擬、實測。對于運=種方法來說:載荷譜的經驗計算廣泛用于現在的設計，但存在的問題 較多；載荷譜的計算機模擬在很大程度上可W解決工程的部分實際問題，而且避免了實測 的安全問題和信號干擾問題，但是模擬效果距離真實工況還存在一定的差距;載荷譜的實 測不僅存在安全問題和信號干擾問題，且經濟代價較大。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術存在的問題，本發明提供一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取 方法。
[0007] 本發明的技術方案是：
[000引一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，包括：
[0009] 獲取煤巖巖石樣本的煤巖賦存條件；
[0010] 對煤機截割部滾筒的單個截齒的受力情況進行測試，得到單個截齒平均載荷模 型；
[0011] 將單個截齒平均載荷模型隨機化，建立單個截齒截割載荷隨機理論模型；
[0012] 根據單個截齒截割載荷隨機理論模型，將單個截齒的=向截割力進行疊加得到滾 筒式采煤機截割部滾筒載荷譜模型；
[0013] 根據采煤機滾筒載荷譜模型對滾筒各零部件進行瞬態響應分析，獲取滾筒各零部 件各處的載荷譜。
[0014] 所述煤巖賦存條件包括煤層的單軸瞬時抗壓強度、平均截割阻抗、脆性系數W及 外露自由表面影響系數。
[0015] 所述單個截齒平均載荷模型包括:單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力模型、單 個截齒截割煤巖時所受的平均牽引阻力模型、單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模 型。
[0016] 所述對滾筒各零部件進行瞬態響應分析的方法如下：
[0017] 對滾筒式采煤機截割部滾筒的3D模型進行網格劃分，得到滾筒的有限元模型；
[0018] 對滾筒進行瞬態響應分析:將各個截齒上的=向截割力施加在有限元模型中截齒 的齒尖處，約束滾筒與采煤機截割部行星架連接的法蘭面，采用完全法對整個滾筒進行瞬 態響應分析，通過求解得到各個時刻滾筒上各零部件的應力云圖；
[0019] 根據瞬態響應分析結果提取滾筒上各點的應力隨時間變化的曲線，并通過快速傅 里葉變換得到各點應力的頻域變化曲線。
[0020] 有益效果：
[0021] 本發明根據單齒截割試驗臺的實驗結果及其在LSDYNA中的仿真結果，確定了單個 截齒平均載荷模型中的煤層賦存條件系數，能更好的模擬單個截齒的平均載荷;根據單個 截齒的平均載荷模型，將單個截齒的截割載荷均值模型隨機化，且隨機化后的結果與實驗 結果對比效果良好，與截齒截割煤巖過程中的真實載荷更為逼近；
[0022] 將單個截齒的隨機載荷模型疊加后可得到滾筒質屯、處的隨機S向力和S向力矩， 可為后續采煤機截割部傳動系統的計算、分析、優化設計等提供載荷輸入依據；
[0023] 通過對滾筒進行瞬態響應分析，可獲取滾筒零部件上各處的應力隨時間和頻率 (快速傅里葉變換后)變化的曲線，即滾筒的載荷譜，運對于滾筒本身的設計和使用都具有 理論性指導意義。
【附圖說明】
[0024] 圖1是螺旋滾筒示意圖，1-筒穀，2-端盤，3-螺旋葉片，4-齒座，5-截齒；
[0025] 圖2是本發明【具體實施方式】采用的單齒截割試驗臺示意圖，6-截齒合金頭，7-Z軸 力傳感器，8-截割深度調整機構，9-設備支柱，10-巖石及夾具，11-往復平臺，12-底座；
[0026] 圖3是本發明【具體實施方式】的計算結果與單齒截割試驗臺的試驗結果對比；
[0027] 圖4是本發明【具體實施方式】的截割載荷隨截割深度變化曲線與試驗結果對比；
[0028] 圖5是本發明【具體實施方式】LSDYNA模塊截齒截割煤巖時應力云圖；
[0029] 圖6是本發明【具體實施方式】傅里葉級數法擬合單齒截割試驗臺的隨機截割載荷 譜；
[0030] 圖7是本發明【具體實施方式】瑞利分布模擬單齒截割試驗臺的隨機載荷譜；
[0031] 圖8是本發明【具體實施方式】時域Gamma分布模擬單齒截割試驗臺的隨機載荷譜；
[0032] 圖9是本發明【具體實施方式】頻域Gamma分布模擬單齒截割試驗臺的隨機載荷譜；
[0033] 圖10是本發明【具體實施方式】截割滾筒受力簡圖；
[0034] 圖11是本發明【具體實施方式】前滾筒=向隨機力；
[0035] 圖12是本發明【具體實施方式】前滾筒=向隨機力矩；
[0036] 圖13是本發明【具體實施方式】截齒截割阻力載荷計算值與實驗值隨時間變化對比 情況，（a)是截割阻力載荷計算值隨時間變化曲線，（b)是實驗值隨時間變化曲線；
[0037] 圖14是本發明【具體實施方式】截齒側向力載荷計算值與實驗值隨時間變化對比情 況，（a)是截齒側向力載荷計算值隨時間變化曲線，（b)是實驗值隨時間變化曲線；
[0038] 圖15是本發明【具體實施方式】截齒力矩計算值與實驗值隨時間變化情況比較，（a) 是截齒力矩計算值隨時間變化曲線，（b)是實驗值隨時間變化曲線；
[0039] 圖16是本發明【具體實施方式】截齒排布圖；
[0040] 圖17是本發明【具體實施方式】螺旋滾筒有限元模型；
[0041 ]圖18是本發明【具體實施方式】螺旋滾筒加載示意圖；
[0042] 圖19是本發明【具體實施方式】螺旋滾筒關鍵節點位置示意圖；
[0043] 圖20是本發明【具體實施方式】各關鍵節點處應力隨時間變化曲線，（a)節點3318應 力變化曲線，（b)節點3322應力變化曲線，（C)節點3504應力變化曲線，（d)節點51906應力變 化曲線，（e)節點54996應力變化曲線，（f)節點51699應力變化曲線，（g)節點51743應力變化 曲線，化)節點9189應力變化曲線，（i)節點9280應力變化曲線，（j)節點5814應力變化曲線；
[0044] 圖21是本發明【具體實施方式】節點3318應力隨頻率變化曲線；
[0045] 圖22是本發明【具體實施方式】0.03s時螺旋滾筒應力云圖；
[0046] 圖23是本發明【具體實施方式】0.03s時端盤應力云圖；
[0047] 圖24是本發明【具體實施方式】0.03s時葉片應力云圖；
[004引圖25是本發明【具體實施方式】0.03s時齒座應力云圖；
[0049] 圖26是本發明【具體實施方式】0.03s時截齒應力云圖。
【具體實施方式】
[0050] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0051] -種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，包括：
[0052] 步驟1、根據實際煤巖工況獲取煤巖巖石樣本的煤巖賦存條件;煤巖賦存條件包括 煤層的單軸瞬時抗壓強度、平均截割阻抗、脆性系數W及外露自由表面影響系數。
[0053] 步驟2、對煤機截割部滾筒的單個截齒的受力情況進行測試，得到單個截齒平均載 荷模型;單個截齒平均載荷模型包括:單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力模型、單個截齒 截割煤巖時所受的平均牽引阻力模型、單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模型；
[0054] 滾筒式采煤機工作過程中，由截割部電機通過截割部傳動系統帶動螺旋滾筒轉 動，隨著螺旋滾筒的轉動，滾筒上的截齒開始截割煤巖。而螺旋滾筒作為滾筒式采煤機截割 煤巖過程中直接作用于煤巖的部件，其結構如圖1所示。螺旋滾筒主要由筒穀1、端盤2、螺旋 葉片3、齒座4和截齒5五部分組成。要提取采煤機截割煤巖時滾筒處的載荷譜，首先要對單 個截齒截割煤巖過程受力情況進行分析，得到單個截齒平均載荷模型；單個截齒平均載荷 模型包括:單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力模型、單個截齒截割煤巖時所受的平均牽 引阻力模型、單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模型。
[0055] (1)單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力模型：
[0056]
…
[0057] 式中：玄為單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力，f/為抗截割阻力系數值，取值范 圍是0.38~0.42(截割厚度越大，抗截割阻力系數值取值越大）
[005引是為煤層非壓酥區的平均截割阻抗，N/mm;
[0059] bp為截齒工作部分寬度，bp = d/2，d為截齒直徑，對于標準截齒，bp = 2cm;其他截 IAi, bp - 1 ^^3cni ；
[0060] hi為截割厚度；
[0061] %為脆性系數，脆性取1，粘性取0.85;
[0062] ti為在所建立截割制度條件下的截割寬度；
[0063] 當 hi> Icm 時，ti = (1.2化i+bp+1.25化W;
[0064] 當 hi< Icm 時，ti= (7.3 化i/化i+1.3)+0.4hi+b廣 1 化W;
[0065] Kw為考慮煤炭脆性程度影響的系數
[0066] 初性煤B < 2.1，脆性煤2.1 <B < 3.5，極脆性煤B > 3.5。
[0067] kz為外露自由表面影響系數，當截齒工作寬度bp = 10~15mm，截線距由20mm增加到 35mm時，kz由0.68減小到0.52;當bp = 20~30mm時，kz 由0.74減小到0.58;
[0068] k*為截齒前刃面形狀影響系數，前刃面為平面時，k4 = l;前刃面為楠圓時，k* = 0.9~0.95;搞形齒^取0.85~0.9;
[0069] 表1截割角對單位耗能影響系數ky
[0070]
[0071] k。為截齒排列方式的影響系數，順序式排列取1，棋盤式（交叉排列）時取1.25或 1.2；
[0072] koT為礦壓影響系數，取0.7;
[0073] 0為截齒相對于牽引方向的安裝角度；
[0074] Sa為單個截齒磨純面積，即截齒磨純表面在截割平面上的投影，搞形齒磨純面積 取15~20臟2;
[0075] ko。為應力狀態容量系數，它等于平均接觸應力與煤炭單向瞬時抗壓強度的比值， 按實驗得ko。的取值為0.8~1.5，小值適用于脆性程度大的煤炭，也可按下列公式確定：
[0076] ko〇 = 0.8+[(0.25 ~0.35)/Sa] (2)
[0077] ReW為煤層的單軸瞬時抗壓強度。
[0078] ky為截割角對單位能耗的影響系數，取值見表1。
[0079] (2)單個截齒截割煤巖時所受的平均牽引阻力模型： (3)
[00。。I
[0081] 式中，Y為單個截齒截割煤巖時所受的平均牽引阻力，Kq為作用在鋒利截齒上的牽 引阻力與截割阻力的比值。對滾筒式采煤機來說一般取0.5~0.7;切削厚度大，煤的脆性程 度高時取較小的值。
[0082] (3)單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模型：
[0083] 截齒在截割過程中由于受截割斷面形狀、刀具形狀及被破碎材料的均勻性等影 響，作用在截齒兩側的力存在差值，該值記為截齒的平均側向力，它與煤體性質、切削方式、 截齒的幾何形狀和磨純程度有關，可W表示為截割阻力、截割厚度和截割寬度的函數：
[0084] 截齒順序式排列時，單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模型是：
[0085] (4)
[0086] ；
[0087] (5)
[0088] 本實施方式中單個截齒平均載荷模型內各系數取值見表1:
[0089] 表1單個截齒平均載荷模型內各系數取值
[0090]
[0091] 為了驗證本發明提出的單個截齒平均載荷模型的正確性，將公式（1)的計算結果 與如圖2所示的單齒截割試驗臺的試驗結果進行對比。對比結果如圖3所示，兩者的相對誤 差如表2所示。結果表明，本發明提出的單個截齒平均載荷模型與試驗結果相比最大相對誤 差為8.32%，在允許范圍內，單個截齒平均載荷模型具有一定的可信度。
[0092] 由公式（I)~(5)可知，隨著截割深度的增加，單齒截割力是逐漸增大的。當截割深 度變化時，單個截齒平均載荷模型的計算結果與單齒截割試驗臺的試驗結果對比如圖4所 示，可見本發明提供的單個截齒平均載荷模型與試驗結果吻合較好。
[0093] 表2理論模型與試驗結果相對誤差
[0094]
[0095] 如圖2所示的單齒截割試驗臺是一種小尺寸單齒實驗裝置，整個實驗裝置坐落于 底座12上，截齒合金頭6與截割深度調整機構8固定在設備支柱9上。實驗過程中，將巖石及 夾具10固定在往復平臺11上，通過截割深度調整機構8調整好截割深度后，往復平臺11帶動 巖石開始往復運動，從而達到截齒截割巖石的效果，截割過程中截齒的截割阻力通過Z軸傳 感器7測試，傳送給采集裝置。
[0096] 為進一步對單個截齒平均載荷模型進行驗證，對本發明的單個截齒平均載荷模型 進行LSDYNA顯式動力學仿真驗證，LSDYNA模塊截齒截割煤巖時應力云圖如圖5所示。
[0097] 表3理論模型與仿真結果均值相對誤差
[009引
[0099] 在仿真過程中可W提取出截齒的截割阻力和牽引阻力，與本發明提出的均值載荷 模型計算值進行對比的相對誤差如表3所示，最大相對誤差為8.15%，在允許范圍內。該仿 真過程進一步驗證了式(1)~(4)的截割載荷均值模型的正確性。
[0100] 步驟3、將單個截齒平均載荷模型隨機化，建立單個截齒截割載荷隨機理論模型；
[0101] 實際井下開采過程中通常會由于煤巖礦壓而導致截割載荷的隨機突變性，考慮截 煤過程中各煤塊單元連續隨機的崩落，W及硬質包裹體和夾石層在煤層中隨機分布導致截 割阻力的變化，在單個截齒平均載荷模型的基礎上，將載荷的隨機突變過程視作隨機過程， 分別用時域Gamma分布、頻域Gamma分布、瑞利分布、傅里葉級數四種方法進行載荷譜模擬， 均能得到截割過程及煤巖層隨機的隨機載荷譜。
[0102] 1.傅里葉級數：
[0103] 擬合公式 （6)
[0104] 式中，Z為
[0105] 各系數庫 時，可 得到單齒實驗臺的截割載荷波動模型即單齒截割實驗臺的隨機載荷譜，如圖6所示。
[0106] 2.瑞利分布：
[0107] 假設單個截齒的平均載荷與隨機載荷的均值相等，在均值一定的情況下，可W通 過特定的分布確定單個截齒的隨機載荷值。單個截齒的截割阻力與牽引阻力密切相關，互 相關系數rzy = 0.67~0.85;截割阻力和側向力相關系數rzx=0.078~0.271，可見它們不相 關。運里采用單參數的瑞利分布來模擬單個截齒截割的隨機載荷。
[0108] 瑞利隨機過程可用兩個同樣的獨立正態隨機過程來決定，隨機系數k的表達式為：
[0109]
[0110] 式中，Ci(t)，|2(t)為均值為0、標準差為1的兩個獨立的標準正態隨機過程。
[0111] 根據疊加原理，可確定單個截齒截割煤巖時的隨機截割阻力模型為
[0112] Z[n] = ( Ozkz [n]+Zav)/cos 0 (7) 式中：n為截齒載荷的模擬點數，n=l，2,3,…；
[0113] Oz為瑞利分布下截割阻力的均方差；
[0114] 0為截齒安裝軸線與截割回轉平面的夾角，n;
[0115] kz[n]為截割阻力隨機系數；
[0116]
[0117]
[0118] li[n]，ri2[n]為均值為0,標準差為1的獨 立正態隨機數序列，Pi[n]為(0，1)區間上均勻分布隨機數序列。
[0119] 單個截齒截割煤巖時的隨機牽引阻力模型為
[0120] Y[n] = (〇yky[n]巧 av)/cos0 (8)
[0121] 式中：Oy為Gamma分布下截割阻力的均方差，〇y = 0.23Yav-400;ky[n]為牽引阻力隨 機系數
，ri3[n]為均值為0、標準差為1的獨立正態隨機數序列。
[0122] 單個截齒截割煤巖時的隨機側向力模型為 [012；3] X[n] = (〇xkx[n]~KKav)/cos0 (9)
[0124] 式中：Ox為正態分布下側向力的均方差，Ox = 0.5Xav; kx[n]為側向力隨機系數，
巧4[n]為均值為0、標準差為1的獨立正態隨 機數序列;P2[n]為(0，1)區間上均勻分布隨機數序列。
[0125] 通過采用單參數瑞利分布近似Gamma分布的方法模擬單齒截割試驗臺的隨機載荷 譜如圖7所示。
[0126] 3.時域Gamma 分布：
[0127] 研究結果表明，單個截齒上的截割阻力和牽引阻力一般服從Gamma分布，作用于截 齒上的側向力服從正態分布。建立單個截齒截割煤巖時的隨機截割阻力模型：
[012 引 Z = Zav+Acos(巫）（10)
[0129] 式中，Zav為截割力的均值，O為服從Gamma分布的隨機變量，A為截割力波動幅值。 用該模型計算的截割力與試驗結果對比如圖8所示。
[0130] 4.頻域Gamma 分布：
[0131] 采用頻域伽馬分布隨機數學模型，在頻域上將單個截齒上的截割阻力隨機化，建 立截割阻力的隨機數學模型：
[0132] Z(?)=Zav(?)+Acos(巫）（11)
[0133] 式中，Zav為截割力的均值，?為服從Gamma分布的隨機變量，A為截割力波動幅值。 用該模型計算的截割力與試驗結果對比如圖9所示。
[0134] 步驟4、根據單個截齒截割載荷隨機理論模型，將單個截齒的=向截割力進行疊加 得到滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜模型；
[0135] 通過式(1)~（11)可W得到單個截齒截割煤巖時的S向力(如圖10所示）：
[0136] (12)
[0137] (13)
[013 引 Rzi= ±Xi (14)
[0139] 式中，CO為滾筒的角速度，巧為在t時刻，第i個截線上的工作截齒在滾筒圓周方向 的角度；當截齒為順序排列時，第i個截齒位于葉片上時，Rzi為負，位于端盤上時，Rzi為正。
[0140] 有了單個截齒的隨機載荷，截割滾筒的隨機載荷就可由單齒的隨機載荷疊加得 到。截割滾筒受力示意圖如圖10所示。W螺旋滾筒為例，第i個截齒所受到的截割阻力、牽引 阻力和側向力分別為Zi、Yl、Xl，而Rx、Ry、Rz分別表示滾筒所有參加截割的截齒受力沿x、y、z 坐標軸的分力之和即滾筒的S向隨機力：
[0141] (15)
[0142] (16)
[0143] '。7>
[0144] ：
[0145] (18)
[0146] (巧)
[0147] (20)
[0148] 式中，Li為滾筒截線到滾筒質屯、的距離;D為滾筒直徑;巧為第i個截齒的作用點到 滾筒軸屯、連線與水平面的夾角。
[0149] (15)~(20)即采煤機滾筒載荷譜模型。
[0150] 本實施方式采用綜采工作面實驗系統：由國家能源煤礦采掘機械裝備研發實驗中 屯、提供，包括MG500/1180型采煤機、SGZ1000/1050型刮板輸送機和液壓支架的全套測試裝 備的實驗平臺，可W對滾筒上截齒受力W及與滾筒相連的傳動軸的扭矩進行測量。通過式 (15)~(20)計算的隨機S向力和隨機S向力矩如圖11~12所示。
[0151] 此外，通過式（1)~（14)計算的單個截齒截割S向力與實驗結果對比見圖13~15 所示，計算結果有較好一致性，進一步驗證了本發明提供的采煤機截割載荷譜模型的可行 性。
[0152] 步驟5、根據采煤機滾筒載荷譜模型對滾筒各零部件進行瞬態響應分析，獲取滾筒 各零部件各處的載荷譜。
[0153] 為提取螺旋滾筒上各零部件的載荷譜，需要對螺旋滾筒進行瞬態響應分析，螺旋 滾筒的設計參數如表4所示，螺旋滾筒上的截齒排布如圖16所示。
[0154] 表4螺旋滾筒設計參數
[0155]
[0156] 對滾筒各零部件進行瞬態響應分析的方法如下：
[0157] 步驟5-1、對滾筒式采煤機截割部滾筒的3D模型進行網格劃分，得到滾筒的有限元 模型；
[0158] 在SOlidworkS軟件中繪制螺旋滾筒的3D模型，將該3D模型上的螺栓孔進行簡化后 導入到ANSYS有限元分析軟件中，并采用Solidl85實體單元進行網格劃分，得到滾筒的有限 元模型如圖17所示，有限元模型共有100951個節點，430549個單元。
[0159] 步驟5-2、對滾筒進行瞬態響應分析:將各個截齒上的S向截割力施加在有限元模 型中截齒的齒尖處，約束滾筒與采煤機截割部行星架連接的法蘭面，采用完全法對整個滾 筒進行瞬態響應分析，通過求解得到各個時刻滾筒上各零部件的應力云圖；
[0160] 當滾筒工作轉速為46r/min，牽引速度為3.5m/min時，根據式（1)~（10)可W計算 出滾筒上各截齒的=向力。將各個截齒上的=向力施加在有限元模型中截齒的齒尖處，約 束滾筒與采煤機截割部行星架連接的法蘭面(如圖18所示），采用完全法對整個滾筒進行瞬 態響應分析，得到螺旋滾筒(如圖22所示）、端盤(如圖23所示）、葉片(如圖24所示）、齒座(如 圖25所示）、截齒(如圖26所示）的應力云圖。
[0161] 對于螺旋滾筒受力最大的部位為截齒，而由于分析過程中對截齒齒尖加載了集中 力載荷，所W齒尖處的應力結果較大，故截齒的應力結果應WLSDYNA的仿真結果為主。而對 于螺旋滾筒的其他零部件，齒座、端盤與齒座連接處、葉片與齒座連接處W及端盤上的大孔 邊緣為受力較大的薄弱部位。對于上述薄弱部位選取關鍵節點如圖19所示，從瞬態響應分 析結果中，可W提取各節點的應力隨時間變化的曲線如圖20所示。
[0162] 步驟5-3、根據瞬態響應分析結果提取滾筒上各點的應力隨時間變化的曲線，并通 過快速傅里葉變換得到各點應力的頻域變化曲線。由圖20 (a)~（j)可知，端盤上節點3318 (截齒與端盤連接處）的應力最大，對該節點的應力時程曲線進行快速傅里葉變換，得到該 節點處應力的頻域變化曲線如圖21所示。
【主權項】
1. 一種滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，其特征在于，包括： 獲取煤巖巖石樣本的煤巖賦存條件； 對煤機截割部滾筒的單個截齒的受力情況進行測試，得到單個截齒平均載荷模型； 將單個截齒平均載荷模型隨機化，建立單個截齒截割載荷隨機理論模型； 根據單個截齒截割載荷隨機理論模型，將單個截齒的三向截割力進行疊加得到滾筒式 采煤機截割部滾筒載荷譜模型； 根據采煤機滾筒載荷譜模型對滾筒各零部件進行瞬態響應分析，獲取滾筒各零部件各 處的載荷譜。2. 根據權利要求1所述的滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，其特征在于，所述 煤巖賦存條件包括煤層的單軸瞬時抗壓強度、平均截割阻抗、脆性系數以及外露自由表面 影響系數。3. 根據權利要求1所述的滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，其特征在于，所述 單個截齒平均載荷模型包括:單個截齒截割煤巖時的平均截割阻力模型、單個截齒截割煤 巖時所受的平均牽引阻力模型、單個截齒截割煤巖時所受的平均側向力模型。4. 根據權利要求1所述的滾筒式采煤機截割部滾筒載荷譜提取方法，其特征在于，所述 對滾筒各零部件進行瞬態響應分析的方法如下： 對滾筒式采煤機截割部滾筒的3D模型進行網格劃分，得到滾筒的有限元模型； 對滾筒進行瞬態響應分析:將各個截齒上的三向截割力施加在有限元模型中截齒的齒 尖處，約束滾筒與采煤機截割部行星架連接的法蘭面，采用完全法對整個滾筒進行瞬態響 應分析，通過求解得到各個時刻滾筒上各零部件的應力云圖； 根據瞬態響應分析結果提取滾筒上各點的應力隨時間變化的曲線，并通過快速傅里葉 變換得到各點應力的頻域變化曲線。
【文檔編號】G06F17/50GK105956243SQ201610261823
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】張義民, 黃婧, 朱麗莎, 周雁迅
【申請人】東北大學