動載荷下刨煤機刨刀的磨損情況探究,機械工程碩士論文刨煤機作為薄煤層開采的機械設備之一，在我們國家煤炭開采中發揮重要的作用。由于開采條件惡劣，刨煤機的刨刀遭到復雜動載荷的作用，刨刀極易遭到磨損，導致刨刀過早的失效。刨刀的磨損對刨刀的使用壽命以及刨煤機的工作效率有著很大影響，因而，對動載荷作用下刨煤機刨刀磨損問題的研究迫在眉睫。本文采用理論分析、數值仿真和有限元仿真結合的研究方式方法，針對動載荷作用下刨煤機刨刀的磨損問題進行深切進入系統的研究。為降低刨刀磨損、提高刨刀使用壽命、刨刀構造優化以及刨煤機的可靠運行提供理論支持。1、分析了刨刀遭到的動載荷的影響因素，針對含包裹體和不含包裹體兩種煤層，分別以Gamma和Normal分布的形式描繪敘述刨刀遭到的隨機動載荷。2、分析了刨刀刨削煤層的磨損機理，以Archard磨損模型為基礎，建立了刨刀磨損的數學模型，為后續建立考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層的非線性動力學模型提供了根據。3、考慮含包裹體和不含包裹體煤層兩種工況條件，建立了考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層非線性動力學模型，通過MATLAB/Simulink對非線性動力學模型進行數值仿真和求解，得到刨刀磨損深度隨時間變化的曲線，進而比照兩種工況條件下刨刀的磨損情況，發現煤層中含有包裹體加劇了刨刀磨損程度，與實際情況一致。4、利用有限元軟件LS_Prepost建立了刨煤機刨刀刨削煤層的有限元模型，通過有限元仿真得到刨刀磨損域、應力云圖和接觸力曲線，結果表示清楚：刨刀的磨損部位主要出如今合金頭及與合金頭連接處附近的部分刨體。分析刨刀磨損深度的變化曲線及最大磨損深度數值，結果表示清楚：刨削不含包裹體煤層時刨刀磨損深度曲線波動幅度不大，而刨削含包裹體煤層時刨刀磨損曲線變化較大，曲線出現明顯的拐點，這與刨刀承受的動載荷有關，并分析相鄰時間間隔內刨刀磨損深度及磨損深度增量的變化趨勢，發現刨削不含包裹體時刨刀的磨損深度呈穩定增加的趨勢，磨損深度的增量呈先增加后穩定再增加的變化趨勢，這與刨刀磨損的發展規律一致；發現刨削含包裹體時刨刀的磨損深度及磨損深度的增量變化比擬明顯且隨機性大，這與包煤層中包裹體的存在相關。5、比照分析Matlab/Simulink數值仿真和LS_Prepost有限元仿真的結果，發如今一樣工況條件下，數值仿真的結果比有限元仿真的結果略大，但在合理的誤差范圍內，可以為兩者的仿真結果基本一致。為刨刀磨損分析提供了可靠根據。該論文有圖44幅，表18個，以下為參考文獻61篇。本文關鍵詞語：刨刀；刨削；動載荷；磨損；仿真。AbstractAsoneofthemechanicalequipmentofthincoallayermining,coalplowplaysanimportantroleincoalmininginChina.Becauseofthebadminingconditions,theplowbitofcoalplowissubjectedtocomplexdynamicload,andtheplowbitiseasilywornout,whichleadstoprematurefailureoftheplaner.Thewearoftheplowbithasgreatinfluenceontheservicelifeoftheplowbitandtheworkingefficiencyofthecoalplow.Inthisthesis,theoreticalanalysis,numericalsimulationandfiniteelementsimulationareusedtostudythewearofcoalplowunderdynamicload.Itprovidestheoreticalsupportforreducingthewearofplowbit,improvingtheservicelifeofplowbit,optimizingthestructureofplowbitandreliableoperationofcoalplowbit.1.Theinfluencefactorsofdynamicloadonplowbitareanalyzed.Therandomdynamicloadonplowbitisdescribedintheformofgammaandnormaldistribution,respectively.2.Analysisofthewearmechanismoftheplowbitcuttingcoalseam,basedontheArchardwearmodel,themathematicalmodeloftheplowbitwearisestablished,whichprovidesthebasisforthesubsequentestablishmentofthedynamicmodeloftheplowbitcuttingcoalseamconsideringwear.3.Consideringtheconditionsofinclusionandnon-inclusioncoalseam,anonlineardynamicmodelofcoalseamwasestablished.ByMatlab/Simulinkthenonlineardynamicmodelwassolvedandsimulated,thecurvesofthetime-dependentwearoftheplowbitwereobtained.4.FiniteelementmodelofcoalshavingswasestablishedLS_Prepostusingfiniteelementsoftware.Thegrindingdomainandstressclouddiagramofshavingswereobtainedbyfiniteelementsimulation.Theresultsshowthatthechangeofwearcurveandthemaximumwearvalueoftheplowbitarenotlarge,butthechangeofwearcurveoftheplowbitislarge,whichisrelatedtothedynamicloadoftheplowbit,anditisfoundthatthewearamountoftheplowbitdecreasesrapidlyandthenchangessteadily.5.Theresultsmatlab/simulinknumericalsimulationandLS_Prepostfiniteelementsimulationarecomparedandanalyzed.Itisfoundthatunderthesameworkingconditions,theresultsofnumericalsimulationareslightlysmallerthanthoseoffiniteelementsimulation,butinareasonableerrorrange,itisconsideredthatthecorrespondingsimulationresultsofthetwoarebasicallythesame.Itprovidesareliablebasisfortheanalysisofplowbitwear.Keywords:plowbit;cutting;dynamicload;wear;simulation。1、緒論。1.1、刨煤機的發展與應用。煤炭作為工業發展的重要能源，與國家經濟發展息息相關。在我們國家能源消耗構造中，煤炭能源的消耗一直占很大比例。1950年以來，我們國家對煤炭消耗量每年呈增長趨勢，曾高達能源消耗總量的90%。近年,在國家經濟轉型、加強環境建設等因素的制約下，對煤炭消耗的速度呈明顯的下降趨勢，但仍然占據總消耗能源60%左右，圖1.1是2020年-2021年我們國家消耗能源構造分布圖。為了知足我們國家工業發展對煤炭的需求，設計高效、可靠的煤炭開采設備一直都是研究重要的課題。按現前階段我們國家煤層的賦存條件，薄煤層資源儲存量宏大，據不完全統計，儲存量可達60多億噸，約占全國總煤炭量20%。刨煤機作為一種機械化和自動化程度高的薄煤層開采設備，相對于采煤機設備，它具有刨深淺、采高低、落煤率高、瓦斯釋放均勻等優勢[1]，且維修方便、易于實現自動化的優點，這也是刨煤機在我們國家薄煤層開采中被廣泛應用的原因。刨煤機系統一般由傳動裝置、電控系統、液壓系統和執行系統等部分組成，其工作原理是裝有刨刀的刨頭，在圓環鏈的牽引下，沿安裝在采煤工作面刮板輸送機中部槽上的導軌運行，刨刀作用于煤層使其破碎，被破碎成大小各異的碎煤落在底板上，沿刨頭犁形斜面被送入輸送機，運出礦井。刨煤機刨頭的高度能夠調節，以知足不同的工況需求。圖1.2為卡特彼勒公司生產的滑行刨煤機的工作情況。2圖1.2滑行刨煤機刨削煤層Figure1.2Cuttingcoalofslidingcoalplow刨煤機的種類很多，按對煤層的作用方式刨煤機可分為[2]：靜力刨煤機、動力刨煤機和動靜結合刨煤機三大類。靜力刨煤機僅依靠刨鏈牽引實現刨削煤層，刨頭不能提供動力。動力刨煤機是通過沖擊或高壓水射流來刨削煤層且刨頭本身能提供動力。動靜結合刨煤機是以靜力刨煤機為基礎，通過某一方式使刨頭帶有動力，靠沖擊或高壓水射流的方式方法刨削煤層。當前，我們國家煤礦企業使用靜力刨煤機的居多。在國外，研究煤炭開采機械設備較早的國家很多，如英國，波蘭、法國，德國、前蘇聯等國家，華而不實德國和前蘇聯的研究成果遙遙領先[1]。1941年，德國文章為碩士論文，如需全文請點擊底部下載全文鏈接】1.2國內外刨煤機刨刀的理論研究概述1.3論文研究的意義1.4本論文主要研究內容2刨煤機刨刀刨削煤層的動載荷分析.2.1刨刀的刨削機理2.2影響刨刀動載荷的因素分析.2.3刨刀遭到的隨機動載荷.2.4刨刀的平均載荷.2.5本章小結.3刨煤機刨刀刨削煤層的磨損分析3.1刨刀的磨損發展規律.3.2刨刀的磨損機理分析.3.3影響刨刀磨損的因素分析.3.4刨刀磨損的數學模型.3.5本章小結.4考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層的非線性動力學模型建立與數值仿真分析4.1刨刀刨削煤層非線性動力學模型的建立.4.2刨刀非線性動力學模型的數值仿真分析.4.3本章小結.5考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層的有限元仿真分析及與數值仿真比照分析5.1刨刀與煤層三維模型的建立5.2刨刀刨削煤層的有限元模型定義.5.3刨刀刨削煤層的有限元仿真分析.5.4有限元仿真結果與數值仿真結果的比照分析.5.5本章小結.6、結論刨刀是刨煤機的關鍵部件，它的性能直接影響整個刨煤機系統的性能和工作效率。刨刀的磨損使得每產萬噸煤刨刀消耗量宏大。刨削煤層經過中，煤層作用于刨刀上的動載荷是影響刨刀磨損的重要原因。因而，本文通過理論分析、數值仿真和有限元仿真結合的研究方式方法，系統地對動載荷作用下刨煤機刨刀磨損問題進行研究，為降低刨刀磨損，提高刨刀使用壽命以及刨煤機的可靠運行提供理論支持。本文得到的主要結論如下：〔1〕分析了刨刀的刨削機理，得到刨刀遭到的載荷為隨機動載荷。分析煤層構造及性質、刨削參數和刨刀磨損程度等因素對刨刀動載荷的影響，并著重分析了煤層中包裹體對刨刀動載荷的影響。針對含包裹體和不含包裹體兩種煤層，分別以Gamma和Normal分布的形式描繪敘述刨刀遭到的隨機動載荷。〔2〕分析了刨刀刨削煤層的磨損機理，刨刀磨損為磨粒磨損，受多種因素影響，包括刨刀材料、煤層構造及性質、動載荷、刨削速度等因素。以Archard磨損模型為基礎，建立了刨刀磨損的數學模型，為后續建立考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層的非線性動力學模型提供了根據。〔3〕考慮含包裹體和不含包裹體煤層兩種工況條件，建立了考慮磨損的刨煤機刨刀刨削煤層非線性動力學模型，通過MATLA