滚筒采煤机螺旋滚筒的参数优化设计研究

论文摘要

滚筒采煤机是目前综采工作面最主要的工作设备,螺旋滚筒作为滚筒采煤机的关键部件和工作机构,其性能好坏决定着采煤机的工作性能和生产效率。因此,建立截齿和螺旋滚筒的力学模型,对螺旋滚筒载荷进行仿真,并对螺旋滚筒相关参数的优化设计,具有较大意义。论文概述了煤岩的机械性能、截割机理及截割过程；建立了单齿和螺旋滚筒的力学模型,并利用计算仿真软件MATLAB对螺旋滚筒的载荷进行了模拟仿真；利用有限元分析软件ANSYS对截齿进行静力有限元分析,得到截齿在截割煤岩过程的受力和变形情况,并分析截齿的失效原因,提出提高截齿的可靠性和寿命的措施；利用ANSYS对螺旋滚筒与摇臂整体进行动力有限元分析,得到螺旋滚筒与摇臂整体在截割过程中的振动频率,得出其固有频率及各阶振型,并分析模态振型；在分析螺旋滚筒受力的基础上,利用MATLAB中的优化工具箱对螺旋滚筒的相关参数进行优化分析。通过上述各项分析与研究,所得结论为采煤机螺旋滚筒的静动力有限元分析,对螺旋滚筒有关参数的选择,以及提高螺旋滚筒的截割性能和采煤机的工作性能提供了一定的方法和理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外采煤机研究现状
• 1.3 本课题的研究目的和意义
• 1.4 本课题的主要研究内容及方法
• 第2章 采煤机的截割机理
• 2.1 采煤机截割机构
• 2.2 煤岩主要机械性能
• 2.2.1 煤岩强度
• 2.2.2 煤岩坚硬度
• 2.2.3 煤岩的截割阻抗
• 2.2.4 煤岩的接触强度
• 2.2.5 煤岩的摩擦和磨蚀性
• 2.3 煤岩截割破碎过程及破煤机理
• 2.4 本章小结
• 第3章 螺旋滚筒力学模型及载荷模拟
• 3.1 镐型截齿负荷数学模型
• 3.1.1 锐利截齿平均负荷
• 3.1.2 磨钝截齿平均负荷
• 3.1.3 截齿的侧向力
• 3.1.4 截齿的峰值负荷
• 3.2 螺旋滚筒力学模型
• 3.2.1 螺旋滚筒工作时截齿切屑厚度
• 3.2.2 切屑厚度与截割阻力的关系
• 3.2.3 螺旋滚筒受力分析
• 3.3 滚筒载荷的计算机模拟
• 3.3.1 滚筒载荷摸拟的实施步骤
• 3.3.2 模拟程序的设计
• 3.3.3 模拟程序的应用与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 镐型截齿有限元及失效分析研究
• 4.1 镐型截齿结构特点
• 4.2 有限元法及ANSYS软件简介
• 4.2.1 有限元法发展及应用
• 4.2.2 有限元法简介
• 4.2.3 ANSYS软件的简介
• 4.3 镐型截齿有限元分析
• 4.3.1 模型建立及网格划分
• 4.3.2 约束及加载
• 4.3.3 求解及结果分析
• 4.4 镐型截齿失效分析及改进措施
• 4.4.1 镐型截齿失效分析
• 4.4.2 镐型截齿失效原因
• 4.4.3 提高镐型截齿可靠性措施
• 4.5 本章小结
• 第5章 螺旋滚筒动力有限元分析
• 5.1 动力有限元法简介
• 5.2 ANSYS模态分析
• 5.2.1 模态分析的发展及应用
• 5.2.2 模态分析的基本理论
• 5.2.3 ANSYS模态分析过程及方法
• 5.3 螺旋滚筒整体有限元模型的建立及求解
• 5.3.1 有限元模型的建立及网格划分
• 5.3.2 设定边界条件及求解
• 5.4 模态计算求解及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 螺旋滚筒参数的优化设计
• 6.1 优化设计概述
• 6.2 螺旋滚筒的优化设计
• 6.2.1 优化目标数学模型的建立
• 6.2.2 约束条件的选取
• 6.3 优化方法的选取及优化程序设计
• 6.3.1 MATLAB简介
• 6.3.2 MATLAB优化算法的几何描述
• 6.3.3 优化程序设计
• 6.4 优化结果及分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文