本發(fā)明屬于采煤設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于離散元法的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的提取方法。

背景技術(shù)：

螺旋滾筒作為采煤機(jī)截割煤壁的工作機(jī)構(gòu)，其載荷對采煤機(jī)的可靠性有著重要的影響。而在截割煤巖特別是復(fù)雜地質(zhì)條件下的薄煤層，螺旋滾筒載荷具有非線性、強(qiáng)耦合性等特點。目前采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的計算方法主要有基于前蘇聯(lián)破煤理論的經(jīng)驗公式法和實驗室現(xiàn)場測試研究方法?；谇疤K聯(lián)破煤理論的經(jīng)驗公式法計算螺旋滾筒載荷時，由于考慮的影響因素有限，得到的結(jié)果誤差較大。實驗室現(xiàn)場測試研究方法雖然較為真實的模擬了采煤機(jī)破煤過程，但是煤巖顆粒運動規(guī)律復(fù)雜，且傳感器技術(shù)的限制，使得到的結(jié)果不夠準(zhǔn)確，且實驗室現(xiàn)場測試需要耗費較高的費用，延長了研究周期，降低了產(chǎn)品的開發(fā)效率。本發(fā)明旨在利用離散元法模擬滾筒的截割煤巖的過程中，能夠較為準(zhǔn)確的得到螺旋滾筒載荷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于離散元法的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的提取方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于離散元法的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的提取方法，包括以下步驟：

獲取煤巖的物理力學(xué)參數(shù)、采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)；

根據(jù)所述煤巖的物理力學(xué)參數(shù)，建立煤巖的離散元模型；

根據(jù)所述采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立采煤機(jī)螺旋滾筒的三維實體模型；

將所述采煤機(jī)螺旋滾筒的三維實體模型轉(zhuǎn)化為iges格式，導(dǎo)入至所述煤巖的離散元模型中，建立采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型；

采用所述采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型模擬采煤機(jī)截割煤壁，得到采煤機(jī)螺旋滾筒載荷。

上述方法中，所述煤巖的物理力學(xué)參數(shù)包括：煤巖密度、煤巖抗拉強(qiáng)度、煤巖抗壓強(qiáng)度、煤巖泊松比、煤巖楊氏模量、煤巖凝聚力。

上述方法中，所述采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)包括：螺旋滾筒不同材料的泊松比、螺旋滾筒不同材料的楊氏模量、螺旋滾筒不同材料的密度。

上述方法中，所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼、鍛用結(jié)構(gòu)鋼和低合金超高強(qiáng)度鋼。

上述方法中，所述采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括螺旋滾筒滾筒直徑、螺旋滾筒筒轂直徑、螺旋滾筒螺旋升角、螺旋滾筒葉片厚度、螺旋滾筒截齒結(jié)構(gòu)參數(shù)和排列方式。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明利用離散元計算機(jī)仿真技術(shù)可獲得采煤機(jī)的螺旋滾筒載荷，為采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的采集提供了一種新方法，工藝簡單，運行費用較低，對促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著顯著的意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實施方式的工藝流程簡圖。

圖2是本發(fā)明具體實施方式的煤巖離散元模型。

圖3是本發(fā)明具體實施方式的采煤機(jī)截割部模型。

圖4是本發(fā)明具體實施方式的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型。

圖5是本發(fā)明具體實施方式的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型的仿真狀態(tài)圖。

圖6是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒牽引阻力載荷。

圖7是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒載荷指向煤壁的軸向力載荷。

圖8是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒重力反方向受力載荷。

圖9是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒牽引阻力距載荷。

圖10是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒指向煤壁的軸向力矩載荷。

圖11是本發(fā)明具體實施方式的螺旋滾筒重力反方向力距載荷。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明提供一種基于離散元法的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的提取方法，其工藝流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

獲取煤巖的物理力學(xué)參數(shù)和采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)；所述煤巖的物理力學(xué)參數(shù)包括：煤巖密度、煤巖抗拉強(qiáng)度、煤巖抗壓強(qiáng)度、煤巖泊松比、煤巖楊氏模量、煤巖凝聚力；所述采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)包括：螺旋滾筒不同材料的泊松比、螺旋滾筒不同材料的楊氏模量、螺旋滾筒不同材料的密度；所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼、鍛用結(jié)構(gòu)鋼和低合金超高強(qiáng)度鋼；

根據(jù)所述煤巖的物理力學(xué)參數(shù)，利用edem顆粒工廠構(gòu)建煤巖的離散元模型，如圖2所示，其中定義重力方向與采煤機(jī)模型保持一致，選取z軸負(fù)方向，重力加速度值為-9.81m/s²；

根據(jù)所述采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用pro/engineer建立采煤機(jī)螺旋滾筒的三維實體模型；所述采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括螺旋滾筒滾筒直徑、螺旋滾筒筒轂直徑、螺旋滾筒螺旋升角、螺旋滾筒葉片厚度、螺旋滾筒截齒結(jié)構(gòu)參數(shù)和排列方式；

將所述采煤機(jī)螺旋滾筒的參數(shù)化三維實體模型轉(zhuǎn)化為iges格式，如圖3所示，導(dǎo)入至所述煤巖的離散元模型中，根據(jù)所述采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)建立采煤機(jī)截割煤巖離散元耦合模型，即采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型，所述仿真模型如圖4所示，利用edem對所述采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型進(jìn)行仿真，得到了截煤載荷仿真狀態(tài)圖如圖5所示；在edem的后處理中導(dǎo)出采煤機(jī)螺旋滾筒的牽引阻力載荷、指向煤壁的軸向力矩載荷和重力反方向受力載荷和力矩載荷，其中力矩具體指采煤機(jī)螺旋滾筒的牽引阻力矩、指向煤壁的軸向力矩和重力反方向受力矩，分別如圖6-11所示。

實施例1

一種基于離散元法的采煤機(jī)螺旋滾筒載荷的提取方法，應(yīng)用于內(nèi)蒙古某礦區(qū)，包括以下步驟：

對煤巖進(jìn)行物理力學(xué)特性實驗，獲取煤巖的物理力學(xué)參數(shù)和采煤機(jī)螺旋滾筒的材料特性參數(shù)；所述煤巖的物理力學(xué)參數(shù)包括：煤巖密度（1332kg/m³）、煤巖抗拉強(qiáng)度（1.08mpa）、煤巖抗壓強(qiáng)度（17.71mpa）、煤巖泊松比（0.23）、煤巖楊氏模量（4388mpa）、煤巖凝聚力（1.85mpa）；

所述螺旋滾筒不同材料包括低合金鋼（q345）、鍛用結(jié)構(gòu)鋼（17cr2ni2mo）和低合金超高強(qiáng)度鋼（35crmnsi）；

所述低合金鋼（q345）螺旋滾筒的材料特性參數(shù)包括：低合金鋼（q345）的泊松比（0.28）、低合金鋼（q345）的楊氏模量（2.06e5mpa）、低合金鋼（q345）的密度（7850kg/m³）；

所述鍛用結(jié)構(gòu)鋼（17cr2ni2mo）螺旋滾筒的材料特性參數(shù)包括：鍛用結(jié)構(gòu)鋼（17cr2ni2mo）的泊松比（0.30）、鍛用結(jié)構(gòu)鋼（17cr2ni2mo）的楊氏模量（2.06e5mpa）、鍛用結(jié)構(gòu)鋼（17cr2ni2mo）的密度（7850kg/m³）；

所述低合金超高強(qiáng)度鋼（35crmnsi）螺旋滾筒的材料特性參數(shù)包括：低合金超高強(qiáng)度鋼（35crmnsi）的泊松比（0.24）、低合金超高強(qiáng)度鋼（35crmnsi）的彈性模量（2.04e5mpa）、低合金超高強(qiáng)度鋼（35crmnsi）的密度（7850kg/m³）；

根據(jù)煤巖的物理力學(xué)參數(shù)，建立煤巖的離散元模型；

根據(jù)所述采煤機(jī)螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立采煤機(jī)螺旋滾筒的三維實體模型；

將所述采煤機(jī)螺旋滾筒的三維實體模型轉(zhuǎn)化為iges格式，導(dǎo)入至所述煤巖的離散元模型中，建立采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型；采用所述采煤機(jī)螺旋滾筒載荷離散元仿真模型模擬采煤機(jī)截割煤壁，模擬結(jié)束后在edem后處理中導(dǎo)出螺旋滾筒載荷。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)落入本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。