工程硕士论文：动载荷下刨煤机刨刀的磨损情况探究.docx

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1、工程硕士论文：动载荷下刨煤机刨刀的磨损情况探究摘要刨煤机作为薄煤层开采的机械设备之一，在我国煤炭开采中发挥重要的作用。由于开采条件恶劣，刨煤机的刨刀受到复杂动载荷的作用，刨刀极易受到磨损，导致刨刀过早的失效。刨刀的磨损对刨刀的使用寿命以及刨煤机的工作效率有着很大影响，因此，对动载荷作用下刨煤机刨刀磨损问题的研究迫在眉睫。本文采用理论分析、数值仿真和有限元仿真结合的研究方法，针对动载荷作用下刨煤机刨刀的磨损问题进行深入系统的研究。为降低刨刀磨损、提高刨刀使用寿命、刨刀结构优化以及刨煤机的可靠运行提供理论支持。1、分析了刨刀受到的动载荷的影响因素，针对含包裹体和不含包裹体两种煤层,分别以Gamma

2、和Normal分布的形式描述刨刀受到的随机动载荷。2、分析了刨刀刨削煤层的磨损机理，以Archard磨损模型为基础,建立了刨刀磨损的数学模型，为后续建立考虑磨损的刨煤机刨刀刨削煤层的非线性动力学模型提供了依据。3、考虑含包褰体和不含包裹体煤层两种工况条件，建立了考虑磨损的刨煤机刨刀刨削煤层非线性动力学模型,通过MATLAB/Simulink对非线性动力学模型进行数值仿真和求解，得到刨刀磨损深度随时间变化的曲线，进而对比两种工况条件下刨刀的磨损情况，发现煤层中含有包裹体加剧了刨刀磨损程度，与实际情况一致。4、利用有限元软件LS.Prepost建立了刨煤机刨刀刨削煤层的有限元模型，通过有限元仿真得

3、到刨刀磨损域、应力云图和接触力曲线，结果表明：刨刀的磨损部位主要出现在合金头及与合金头连接处附近的部分刨体。分析刨刀磨损深度的变化曲线及最大磨损深度数值，结果表明：刨削不含包裹体煤层时刨刀磨损深度曲线波动幅度不大，而刨削含包裹体煤层时刨刀磨损曲线变化较大，曲线出现明显的拐点，这与刨刀承受的动载荷有关，并分析相邻时间间隔内刨刀磨损深度及磨损深度增量的变化趋势，发现刨削不含包裹体时刨刀的磨损深度呈稳定增加的趋势，磨损深度的增量呈先增加后稳定再增加的变化趋势，这与刨刀磨损的发展规律一致；发现刨削含包裹体时刨刀的磨损深度及磨损深度的增量变化比较明显且随机性大，这与包煤层中包裹体的存在相关。5、对比分析

4、Matlab/Simulink数值仿真和LS-Prepost有限元仿真的结果，发现在相同工况条件下，数值仿真的结果比有限元仿真的结果略大，但在合理的误差范围内，可认为两者的仿真结果基本一致。为刨刀磨损分析提供了可靠依据。该论文参考文献16篇。写作文献资料抱均来自于外文文献！关键词：刨刀；刨削；动载荷；磨损；仿真。论文AbstractAs one of the mechanical equipment of thin coal layermining, coal plow plays an important role in coal mining in China.Because of the

5、 bad mining conditions, the plow bit of coal plowis subjected to complex dynamic load, and the plow bit is easilyworn out, which leads to premature failure of the planer. Thewear of the plow bit has great influence on the service life of theplow bit and the working efficiency of the coal plow. In th

6、isthesis, theoretical analysis,numerical simulation and finiteelement simulation are used to study the wear of coal plowunder dynamic load. It provides theoretical support for reducingthe wear of plow bit, improving the service life of plow bit,optimizing the structure of plow bit and reliable opera

7、tion ofcoal plow bit.1. The influence factors of dynamic load on plow bit areanalyzed. The random dynamic load on plow bit is described inthe form of gamma and normal distribution, respectively.2. Analysis of the wear mechanism of the plow bit cuttingcoal seamz based on the Archard wear model, the m

8、athematicalmodel of the plow bit wear is established, which provides thebasis for the subsequent establishment of the dynamic model ofthe plow bit cutting coal seam considering wear.3. Considering the conditions of inclusion and non-inclusioncoal seam, a nonlinear dynamic model of coal seam wasestab

9、lished. By Matlab/Simulink the nonlinear dynamic modelwas solved and simulated, the curves of the time-dependentwear of the plow bit were obtained.4. Finite element model of coal shavings was establishedLS_Prepost using finite element software. The grinding domainand stress cloud diagram of shavings

10、 were obtained by finiteelement simulation. The results show that the change of wearcurve and the maximum wear value of the plow bit are not large,but the change of wear curve of the plow bit is large, which isrelated to the dynamic load of the plow bit, and it is found thatthe wear amount of the pl

11、ow bit decreases rapidly and thenchanges steadily.5. The results matlab/simulink numerical simulation andLS_Prepost finite element simulation are compared and analyzed.It is found that under the same working conditions, the results ofnumerical simulation are slightly smaller than those of finiteelem

12、ent simulation, but in a reasonable error range, it isconsidered that the corresponding simulation results of the twoare basically the same. It provides a reliable basis for the analysisof plow bit wear.Keywords: plow bit; cutting; dynamic load; wear;simulationo1 .绪论。1.1. 刨煤机的发展与应用。煤炭作为工业发展的重要能源，与国家

13、经济发展息息相关。在我国能源消耗结构中，煤炭能源的消耗一直占很大比例。1950年以来，我国对煤炭消耗量每年呈增长趋势，曾高达能源消耗总量的90%。近年,在国家经济转型、加强环境建设等因素的制约下，对煤炭消耗的速度呈明显的下降趋势，但仍然占据总消耗能源60%左右，图1.1是2014年-2017年我国消耗能源结构分布图。为了满足我国工业发展对煤炭的需求，设计高效、可靠的煤炭开采设备一直都是研究重要的课题。按现阶段我国煤层的赋存条件，薄煤层资源储存量巨大，据不完全统计，储存量可达60多亿吨，约占全国总煤炭量20%o刨煤机作为一种机械化和自动化程度高的薄煤层开采设备，相对于采煤机设备，它具有刨深浅、采

14、高低、落煤率高、瓦斯释放均匀等优势1,且维修方便、易于实现自动化的优点，这也是刨煤机在我国薄煤层开采中被广泛应用的原因。刨煤机系统一般由传动装置、电控系统、液压系统和执行系统等部分组成，其工作原理是装有刨刀的刨头，在圆环链的牵引下，沿安装在采煤工作面刮板输送机中部槽上的导轨运行，刨刀作用于煤层使其破碎，被破碎成大小各异的碎煤落在底板上，沿刨头犁形斜面被送入输送机，运出矿井。刨煤机刨头的高度可以调节，以满足不同的工况需求。图1.2为卡特彼勒公司生产的滑行刨煤机的工作情况。2 图 1.2 滑行刨煤机刨削煤层 Figurel.2 Cutting coal of slidingcoal plow刨煤机

15、的种类很多,按对煤层的作用方式刨煤机可分为2:静力刨煤机、动力刨煤机和动静结合刨煤机三大类。静力刨煤机仅依靠刨链牵引实现刨削煤层，刨头不能提供动力。动力刨煤机是通过冲击或高压水射流来刨削煤层且刨头本身能提供动力。动静结合刨煤机是以静力刨煤机为基础，通过某一方式使刨头带有动力，靠冲击或高压水射流的方法刨削煤层。目前，我国煤矿企业使用静力刨煤机的居多。在国外，研究煤炭开采机械设备较早的国家很多，如英国，波兰、法国，德国、前苏联等国家，其中德国和前苏联的研究成果遥遥领先口。1941年，德国第一台功能较为完善的刨煤机开始被用于薄煤层开采，并先后被推广到20多个国家。随着研究水平的不断进步，德国刨煤机实现了自动化，在自动化控制方面也取得良好的发展。德国DBT公司曾先后推出了 GH7-26、GH9-30V、GH9-34VE、GH9-38VE、GH42 等多种刨煤机，其产品在很多国家被广泛使用，如中国，捷克、俄罗斯、美国、法国等国家。前苏联早在20世纪30年代，就已经能使用简单的犁形采煤机开采薄煤层，这也是刨煤机的雏形阶段。经过多年研究，前苏联研制刨煤机的技术已经发展成熟，刨煤机在当地矿区被广泛应用。但近几十年由于各种原因，俄罗斯对刨煤机的研究处于停滞不前的状态，特别在刨煤机的自动化方面