液压冲击破碎防堵装置研究

论文摘要

对于“两硬”煤层一次采全高的综采工作面而言,由于采高大,以及煤质坚硬等原因,造成采煤机割煤过程中煤壁片帮严重,频繁产生大块煤炭。当片帮大煤块经刮板输送机运输到转载机进口处时无法通过而造成主煤流运输转载点拥堵,挡住不断运输过来的煤流,从而导致煤炭从运输槽边上溢出,给井下安全运输带来困难。此时必须停产人工处理,来辅助采煤机后配套运输系统工作,经常导致各设备起动频繁,开机率降低,同时,增大了工人的劳动强度。因此,在转载机进口处设置一套破碎装置,对大煤块进行预破碎处理,来辅助采煤机后配套运输系统作业,即可达到理想的连续破碎效果,来弥补现有技术的不足。这是煤矿安全生产的需要,又有极大的实际意义。本项目针对转载点处的特殊工况,开发研制了一套液压冲击破碎防堵装置。该装置由机械部分与液压系统组成。机械装置采用气液动连杆机构,结构简单、紧凑,适合于转载机进口处巷道断面空间狭窄的特点;研究了机架与转载机运输槽的连接固定方式,较好的解决了在采煤的过程中,工作面不断向前推移,要求破碎装置必须随转载机一块推进的难题。本装置液压系统以工作面乳化液泵站为动力源,在锤头下打时采用差动连接与蓄能器供液的双重增速回路,为液压缸无杆腔瞬间提供大流量,以提高锤头的下打速度,得到较大的冲击力。为了充分了解本套装置液压系统在工作时的动态特性,本文利用功率键合图法对锤头上升和下打两个过程分别建立了数学模型,并推导出其状态方程,在MATLAB/SIMULINK软件中编程仿真,从得到的仿真曲线可以看出,液压缸的运动能够满足设计要求,同时验证了液压系统方案的可行性。最后,课题通过工业性试验研究,对本套装置的现场实用性做了进一步的考察。结果表明,该装置性能可靠,可以满足煤矿连续生产对大煤块的破碎要求。在破碎大煤块的整个过程中,各个工序满足安全性和实用性的统一。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 转载机进口处存在的运输瓶颈
• 1.1.2 转载机进口处破碎工况及对破碎机的要求
• 1.1.3 现有破碎机的不足及存在的问题
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 主要研究内容及技术路线
• 1.5 本章小结
• 第二章 冲击破碎煤块理论分析
• 2.1 破碎的基本问题
• 2.1.1 物料的破碎方式
• 2.1.2 物料的物理性质对破碎效果的影响
• 2.1.3 本课题煤块破碎方式的选择
• 2.2 煤岩的物理性质
• 2.2.1 层理面
• 2.2.2 裂隙
• 2.3 煤体的变形破坏过程
• 2.4 冲击破碎煤块模型
• 2.4.1 冲击破碎概述
• 2.4.2 煤块冲击破碎模型
• 2.5 冲击截齿破煤过程仿真
• 2.5.1 ANSYS/LS-DYNA 介绍
• 2.5.2 建立仿真模型
• 2.5.3 仿真模拟方案及结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 液压冲击破碎防堵装置方案设计
• 3.1 液压冲击破碎防堵装置设计要求
• 3.2 机械装置设计
• 3.2.1 气液动连杆机构的特点和基本形式
• 3.2.2 气液动连杆机构设计计算
• 3.2.3 机械装置组成与总体布置
• 3.3 液压控制系统设计
• 3.3.1 组成与工作原理
• 3.3.2 系统压力的确定
• 3.3.3 液压系统主要元件的选型计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 液压冲击破碎防堵装置动态特性仿真研究
• 4.1 系统建模与仿真理论基础
• 4.1.1 功率键合图简介
• 4.1.2 Matlab/simulink 在仿真中的应用
• 4.2 液压系统动态仿真中各参数确定
• 4.2.1 容性元件中功率参数与运动定理
• 4.2.2 惯性元件中功率参数与运动定理
• 4.2.3 阻性元件中功率参数与运动定理
• 4.2.4 源元件功率参数
• 4.2.5 转换元件中功率参数与运动定理
• 4.3 液压冲击破碎防堵装置各液压元件键合图的建立
• 4.3.1 液压缸键合图
• 4.3.2 蓄能器键合图
• 4.3.3 单向阀键合图
• 4.3.4 系统管路键合图
• 4.4 液压冲击破碎防堵装置系统建模
• 4.4.1 破碎装置活塞杆伸出时系统键图
• 4.4.2 破碎装置活塞杆收回时系统键图
• 4.4.3 系统参数值确定
• 4.5 仿真与结果分析
• 4.5.1 加速下打过程仿真结果
• 4.5.2 提锤过程仿真结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 试验研究
• 5.1 试验的目的
• 5.2 现场概况
• 5.3 装置的安装与布置
• 5.4 试验过程
• 5.5 试验数据与结果
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文