【摘 要】
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螺旋滚筒-输出轴系统在采煤机工作中负责煤岩截割与动力传递,其所受载荷复杂多变,夹矸工况会使其受载更加恶劣。为解决含夹矸煤层条件下,采煤机螺旋滚筒-输出轴系统的可靠性问题,以“国家自然科学基金项目(51674134:夹矸煤岩高效截割滚筒落煤动力传递规律及结构进化理论研究)”、“企业委托项目(MG400/951-WD新型采煤机可靠性研究)”和“采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件开发”项目为背景,开展的研
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(夹矸煤岩高效截割滚筒落煤动力传递规律及结构进化理论研究); 企业委托项目(MG400/951-WD新型采煤机可靠性研究)
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螺旋滚筒-输出轴系统在采煤机工作中负责煤岩截割与动力传递,其所受载荷复杂多变,夹矸工况会使其受载更加恶劣。为解决含夹矸煤层条件下,采煤机螺旋滚筒-输出轴系统的可靠性问题,以“国家自然科学基金项目(51674134:夹矸煤岩高效截割滚筒落煤动力传递规律及结构进化理论研究)”、“企业委托项目(MG400/951-WD新型采煤机可靠性研究)”和“采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件开发”项目为背景,开展的研究及取得的成果如下:基于可靠性灵敏度理论,分析螺旋滚筒设计参数、采煤机运动学参数、煤岩物理力学参数对螺旋滚筒截割性能和装煤性能的影响;基于Pro/E、ANSYS和ADAMS联合建立采煤机刚柔耦合虚拟样机模型;根据煤矿现场获取的煤样,建立煤岩物理力学特性实验测试系统,通过实验获得煤岩物理力学指标;根据现场煤层赋存条件,分析螺旋滚筒截齿所受三向力和三向力矩,利用基于破煤理论开发的“采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件”获得动力学仿真载荷曲线。通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒、方头、输出轴的薄弱区域、应力和振动性能指标,结合应力-强度干涉理论、共振失效理论和可靠性灵敏度理论,分析关键零件的应力可靠度、频率可靠度、振幅可靠度及设计变量的可靠性灵敏度;基于Copula函数建立失效模式相关性和关键零件相关性,获得关键零件相关多失效模式可靠度,获得系统可靠度为0.4183;建立螺旋滚筒-输出轴系统设计变量的可靠性状态函数,分析设计变量的可靠性灵敏度。以遗传算法理论为基础,建立结构进化算法对螺旋滚筒-输出轴系统进行可靠性优化设计,得到最优的设计变量,优化后螺旋滚筒、方头和输出轴的最大应力分别降低11.42%、11.16%和14.06%,振幅分别降低20.12%、25.80%和31.13%,关键零件的固有频率得到提升,系统可靠度提高至0.9017,设计变量对系统可靠性的影响程度降低,系统性能更加稳定可靠。将现场取样测试、刚柔耦合虚拟样机技术、可靠性设计理论、共振失效理论、可靠性灵敏度理论和智能算法理论相结合,研究含夹矸煤层采煤机螺旋滚筒-输出轴系统可靠性问题,为机械设备的可靠性研究提供了新的方法和理论基础,具有重要的理论意义及工程应用价值。该论文有图118幅,表31个,参考文献142篇。
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