【摘 要】
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在采煤工作面工作的刮板输送机运行工况比较复杂、工作环境极为恶劣,中部槽摩擦学系统受材料属性、几何结构、工况参数和环境条件等诸多因素的影响,致使其摩擦学行为呈现很大的不确定性。中部槽摩擦学系统的运行阻力是影响刮板输送机功率选择、紧链力设定的重要参数,更是造成中部槽严重磨损和刮板输送机功率损耗的主要原因,但是目前对中部槽内运行阻力的计算仍然主要依赖于经验阻力系数,不能适应刮板输送机复杂多变的运行工况和
【基金项目】
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清华大学摩擦学国家重点实验室开放基金项目——“刮板输送机中部槽摩擦学系统运行阻力精准计算模型研究”(编号:SKLTKF18A04);
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在采煤工作面工作的刮板输送机运行工况比较复杂、工作环境极为恶劣,中部槽摩擦学系统受材料属性、几何结构、工况参数和环境条件等诸多因素的影响,致使其摩擦学行为呈现很大的不确定性。中部槽摩擦学系统的运行阻力是影响刮板输送机功率选择、紧链力设定的重要参数,更是造成中部槽严重磨损和刮板输送机功率损耗的主要原因,但是目前对中部槽内运行阻力的计算仍然主要依赖于经验阻力系数,不能适应刮板输送机复杂多变的运行工况和环境条件。因此,开展中部槽摩擦学系统运行阻力计算模型研究,可为精确计算刮板输送机运行阻力奠定重要理论基础,从而为刮板输送机驱动功率选择、中部槽减磨耐磨设计、刮板链预紧力精准设定提供必要技术指导。本文以刮板输送机为研究对象,采用理论分析、计算机仿真与试验验证相结合的方法对中部槽摩擦学系统运行阻力计算进行了建模与试验研究。首先,建立刮板输送机三维模型与离散元模型,从刮板输送机中部槽摩擦学系统的角度选出可能影响运行阻力的因素,利用EDEM软件对运行阻力进行了仿真分析;基于Plackett-Burman(PB)试验设计开展了影响刮板输送机运行阻力的单因素试验,筛选出了影响运行阻力的三个显著因素:运量、铺设角度、散料粒度。其次,设计中部槽系统摩擦接触参数仿真方案,开展三种影响因素下的中部槽摩擦学特性分析,分别探究了其对阻尼系数、刚度系数以及运行阻力的影响;采用BoxBehnken Design(BBD)试验,利用Design-Expert软件设计了3因素3水平试验进行响应面分析,得到了阻尼系数与刚度系数的回归模型;回归模型和实际吻合程度较好,相关系数分别达到了0.9927、0.9512。再次,在传统动力学模型的基础上考虑煤的散料特性,搭建了新的刮板输送机动力学模型,对刮板输送机有载段、空载段、机头部与机尾部分别进行动力学分析,建立了刮板输送机整机动力学模型;利用AMESim软件将其与传统动力学模型进行多工况下的整机动力学仿真对比,结果表明:改进动力学模型较传统动力学模型更能反映刮板输送机对煤炭的输送过程,其对运行阻力的计算也更加精准。最后,研制刮板输送机运行阻力试验台,开展了不同工况下的运行阻力测试试验,验证得到:改进动力学模型计算的运行阻力不仅比传统经验公式更为精准,而且还能更好地反映煤炭运输过程中运行阻力的峰值与波动情况。该论文有图71幅,表23个,参考文献121篇。
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