矿用掘进机截割路径动力学研究.pdf
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1、164/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言随着科学技术的持续发展,在各类科学技术的支持下,煤矿生产逐步开始实现自动化、智能化发展。矿用掘进机截割部路径控制作为掘进机远程控制和自动化截割的重要组成内容,其相关研究较少,难以满足当前煤矿企业日益增长的掘进机截割路径控制需求1。对此,基于矿用掘进机截割部机构构型,介绍一种适用于矿用掘进机截割过程的截割路径优化方案,对现有研究进行补充完善的同时,也可以为后续矿用掘进机自动化控制提供路径支持,因而具有一定的应用价值。1 矿用掘进机截割路径优化分析基于矿用掘进机截割部机构构建,结合掘进机工作环境特征,分别从硬岩截割路径和软岩截割路径两
2、个角度实施矿用掘进机截割路径优化分析,具体优化结果如下。1.1 硬件截割路径考虑到掘进机截割硬岩时,截割头向下敲击硬岩块体实施岩体脱落。在掘进机完成横向截割后,再实施纵向截割,每经过一个截割进给量长度后均需要对硬岩块体进行向下敲击2。因而针对四边形和圆弧形截割界面,可分别采用图 1 中的硬岩截割路径3。图 1中,浅色路径为纵向截割路径,深色路径为横向截割路径,圆点为横向截割时敲击点,下同。1.2 软岩截割路径软岩截割路径与硬岩截割路径基本一致,差异点仅在于掘进机在实施横向截割时,无需进行敲击操作,即路径中去除图 1 中的敲击点。2 矿用掘进机截割动力学仿真模型构建首先,通过 UG 三维模型软件
3、,根据矿用掘进机基矿用掘进机截割路径动力学研究张瑞敏(山西宁武大运华盛南沟煤业有限公司,山西忻州 036700)摘要:基于矿用掘进机截割部机构构型,介绍一种适用于矿用掘进机截割过程的截割路径优化方案。该截割路径优化方案主要包括硬岩截割路径和软岩截割路径两部分,为验证截割路径优化方案的可行性,分别采用动力学仿真分析和工程应用分析两种方法进行分析验证,进而确认矿用掘进机截割部路径优化方案具有一定可行性,可在后续矿用掘进机截割路径调整中进行参考应用。关键词:矿用掘进机;截割路径优化;动力学仿真分析;工程应用图1 硬岩截割路径 b 圆弧形a 四边形2023.7 矿业装备/165本结构构建掘进机各关键部
4、件三维立体模型,并对模型进行简化处理,省略模型中倒角、圆角等细微结构,仅保留关键部件主体4;然后,对模型进行虚拟装配处理,将装配后的模型导入到 Recurdyn 动力学分析软件中。为模型配置约束条件,具体约束包括截割头伸缩臂、伸缩缸的移动副;摆动缸、旋转件的旋转副等。根据液压缸伸出量和截割头的空间位置关系为矿用掘进机配置驱动参数,并在软件中为掘进机和岩石接触部分设置为“Wall”,将模型导入到 EDEM 软件中。为模型配置材料属性和接触。其中,材料属性主要包括硬岩、软岩以及截割头三种。硬件采用 F9 级花岗岩,软岩材料粉砂岩;截割头采用合金钢,三种材料的泊松比、材料密度以及剪切模量分别为 0.
5、25、2600kg/m3、5e7Pa;0.23、2460kg/m3、3.17e7Pa;0.3、7800kg/m3、8.02e9Pa。接触主要是指掘进机截割头与岩石之间的接触,接触配置后完成模型构建。3 矿用掘进机截割动力学仿真分析3.1 硬岩截割仿真分析矿用掘进机按照图 1 中路径截割硬岩时,仿真分析结果如图 2 和图 3 所示。如图 2 所示,矿用掘进机在方形截割面上截割时,截割头截割硬岩时所承受的总阻力变化表现为先增加后下降,再增加再下降的持续波动过程,其中截割头最大受力峰值为 4.8105N,平均受力为 2.5105N。在此过程中,截割头 X 方向的受力变化与总阻力变化趋势基本保持一致,
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