[发明专利]一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法

说明书

本发明公开一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，方法首先根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时采用EDEM颗粒工厂构建煤岩的离散元模型，并将采煤机截割部多柔性体动力学模型中的螺旋滚筒的.wall文件导入到煤岩的离散元模型中；接着设置煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件之间的磨损系数，形成截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型；然后启动EDEM和RecurDyn中的双向耦合按钮，对截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型进行仿真；最后根据仿真结果分析螺旋滚筒磨损情况。本发明实现了螺旋滚筒磨损的定量、定性分析，为改善采煤机螺旋滚筒磨损特性提供数据支撑和理论参考。

技术领域

本发明涉及采煤设备技术领域，尤其涉及一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法。

背景技术

螺旋滚筒作为采煤机截割煤岩的工作机构，其磨损问题在截割、装载过程是必然存在的。尤其是截割赋存条件复杂的煤层时，螺旋滚筒因长期工作在非线性、时变性、冲击性和强耦合性载荷环境下，其磨损现象尤为显著，严重影响采煤机截割性能和使用寿命，从而降低企业生产效益。

采煤机螺旋滚筒磨损特性与煤岩特性有关外，还与采煤机运动参数和螺旋滚筒结构参数有关。一个设计好的螺旋滚筒，应在保证截割性能的同时更具有耐磨性能，避免因螺旋滚筒磨损造成采煤机使用寿命短、生产效率低的问题。

目前，已有采用LS-DYNA数值模拟和离散元法对夹矸煤岩条件下螺旋滚筒磨损的研究，但这类方法未能分析螺旋滚筒结构参数和采煤机运动参数对螺旋滚筒磨损的交互影响，且未考虑实际截割、装载过程中螺旋滚筒的变形、振动对煤岩颗粒动力学行为的影响。

螺旋滚筒截割、装载煤岩特别是赋存条件复杂的薄煤层，因与煤岩体间存在强烈的耦合作用而存在变形、振动，受试验条件的限制很难在试验过程中获得螺旋滚筒与颗粒间的双向耦合作用机理以及螺旋滚筒磨损特性，目前对螺旋滚筒磨损问题的研究尚处于不断探索阶段。本发明旨在利用离散元-多柔体动力学模拟螺旋滚筒截割、装载煤岩双向耦合作用过程，确定采煤机螺旋滚筒磨损特性和各个参数对螺旋滚筒磨损的影响规律。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合分析方法，包括如下步骤：

步骤1：根据螺旋滚筒的结构参数和采煤机的运动参数，建立采煤机截割部多柔性体动力学模型，同时对动力学模型中的螺旋滚筒进行网格化，生成螺旋滚筒的.wall文件；

所述螺旋滚筒的结构参数由Pro/E设置，包括螺旋滚筒直径、螺旋滚筒筒毅直径、螺旋叶片升角、螺旋叶片厚度、螺旋滚筒截齿结构参数和截齿排列方式；

所述采煤机的运动参数由RecurDyn设置，包括采煤机牵引速度和螺旋滚筒转速。

所述采煤机截割部多柔性体动力学模型中的柔性体包括螺旋滚筒截齿和螺旋叶片。

步骤2：根据煤岩的材料和尺寸参数，采用EDEM颗粒工厂构建煤岩的离散元模型，将步骤1得到的螺旋滚筒的.wall文件导入到煤岩的离散元模型中；

步骤3：设置煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件之间的磨损系数，从而形成截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型；

进一步的，所述煤岩和采煤机螺旋滚筒不同材料零部件的磨损系数包括：煤岩与低合金高强度结构钢螺旋叶片的磨损系数、煤岩与超高强度钢截齿的磨损系数。

步骤4：启动EDEM和RecurDyn中的双向耦合按钮，对截割煤岩采煤机螺旋滚筒磨损的双向耦合仿真模型进行仿真；

步骤5：根据仿真结果分析螺旋滚筒磨损情况，具体过程如下：