采煤機滾筒裝煤過程仿真及裝煤效率研究.pdf

1、滾筒式采煤機是以螺旋滾筒作為工作機構的采煤裝備，除了完成截煤之外，其另一個主要功能是把截落的煤炭裝入采煤工作面的刮板輸送機。數十年來，滾筒式采煤機螺旋滾筒的裝煤效率一直是業(yè)內關注的重點，而薄煤層滾筒采煤機的裝煤效率低的問題則更加突出。本文結合理論分析，采用離散元軟件仿真的方法，對影響采煤機滾筒裝煤效率的主要結構參數、運動參數、煤體性質參數、滾筒結構形式等因素進行了研究。
　　本研究主要內容包括：⑴基于采煤機滾筒裝煤機理，對葉片上某

2、一煤顆粒進行了力學分析、運動學分析，推導出計算裝煤效率的理論模型，由此模型分析得出影響滾筒裝煤效率的主要因素包括滾筒直徑、葉片直徑、筒轂直徑、葉片厚度、葉片頭數、螺旋升角、滾筒寬度等滾筒結構參數，滾筒轉速、牽引速度等運動參數，以及采高、充滿系數、摩擦角、煤流的松散系數等。結合采煤機滾筒的結構特點和工作特點，對上述各因素對滾筒裝煤效率的影響規(guī)律進一步做了較為深入的分析，為提高螺旋滾筒的裝煤效率提供了理論依據。⑵基于離散元基本原理，利用PF

3、C3D軟件建立了煤壁模型及刮板輸送機中部槽簡易模型。利用UG軟件建立了滾筒三維模型并導入PFC軟件中，與煤壁模型及刮板輸送機中部槽簡易模型共同組成了采煤機滾筒裝煤仿真模型。以某型號薄煤層采煤機為研究對象，以葉片螺旋升角、滾筒轉速、牽引速度為主要設計變量，分別對采煤機滾筒的順轉、逆轉裝煤過程進行仿真，統(tǒng)計滾筒裝煤效率以及裝煤過程中滾筒葉片包絡范圍內顆粒速度、顆粒數，得到了三個因素對滾筒裝煤效率的影響程度、影響規(guī)律以及它們最佳匹配組合。以滾

4、筒轉速為研究重點，得到了轉速對煤流X、Y、Z三個方向分速度的影響規(guī)律，為采煤機滾筒的結構設計和實際工作中運動參數選擇提供了一定的參考價值。⑶根據滾筒裝煤機理及采煤機工作特點，分析了煤的濕度、摩擦系數、煤巖密度、煤塊大小等煤巖性質參數對裝煤效率的影響。利用顆粒流離散元軟件仿真，重點研究了煤的摩擦系數、煤與葉片之間的摩擦系數、煤顆粒大小對滾筒裝煤效率的影響規(guī)律，為進一步完善滾筒裝煤理論內容提供了實驗依據。⑷采用離散元仿真方法，以尺寸規(guī)格相同

5、的普通螺旋滾筒、錐形螺旋滾筒、變升角螺旋滾筒、葉片軸向傾斜螺旋滾筒為研究對象，從煤流的軸向速度和拋出距離兩個角度研究滾筒的裝煤能力，通過分析煤流運動軌跡及煤流與葉片的微觀作用機理，得出：滾筒逆轉時，變升角螺旋滾筒和葉片軸向傾斜螺旋滾筒可提高裝煤效率；而滾筒順轉時，葉片軸向傾斜螺旋滾筒可提高裝煤效率，通過對這兩種滾筒結構形式進行了力學分析，提出今后應從減小煤流與葉片之間的摩擦力，縮短煤流在滾筒內部運動時間，增大煤流在滾筒內部加速度這幾個方