摘要：刮板输送机作为煤炭综采工作面关键设备,承担煤料输运的主要任务。煤料的运动及力学行为对刮板输送机的设计及故障分析有着重要影响。但刮板输送机工作环境复杂且恶劣,难以开展有效的研究试验。针对真实试验无法分析井下刮板输送机与煤料的相互作用效应,采用离散元法和多体动力学构建刮板输送机刚散耦合仿真模型,从散料和机械角度对正常工况条件下的仿真模型进行验证。分别基于不同工作倾角、不同走向倾角和不同运量工况条件对仿真模型进行设定,研究不同工况条件下刮板输送机的刚散耦合效应。结果表明,基于离散元法和多体动力学构建的刮板输送机刚散耦合模型可以有效模拟刮板输送机的输运工况。正常工况条件下,煤料运动呈现堆状间歇分布,且刮板前侧煤料堆积多于刮板后侧。随着工作倾角的增大,煤料堆积最高点逐渐向着后侧刮板移动,中板平均受力逐渐增大,后侧刮板平均受力逐渐减小。随着走向倾角的增大,最高点逐渐向倾斜侧偏移,造成中部槽内煤料的分布不均,使得倾斜侧煤料受力大于另一侧,链条受力出现波动,两条链同步性较差。随着运量的增大,中板和刮板的平均受力逐渐增大。刮板输送机输送过程存在有效输送区域,煤料速度在有效输送区域内与链速基本相同,靠近槽帮处的煤料速度逐渐越低。中板磨损与煤颗粒-中板-刮板(链)的接触相关,当三者形成有效的三体接触时,中板受力和磨损会出现明显上升的趋势。研究结果为后续开展不同工况条件下刮板输送机磨损特性、故障分析等研究的仿真模型构建提供了指导,为分析不同工况条件下刮板输送机刚散耦合效应提供了参考。

摘要：刮板输送机是实现煤炭长距离运输的重要装备,中部槽是其重要组成部分,且长期受到煤与刮板的混合摩擦作用,磨损十分严重。为了提高中部槽的耐磨性,以蜣螂体表的非光滑凹坑结构为仿生原型,借助仿生非光滑理论,在中部槽表面设计仿生凹坑型结构,研究仿生凹坑型中部槽的耐磨性。首先,为了可以更高效地进行仿生参数的探究,设计了与刮板输送机工作原理类似的磨粒磨损试验机往复模型,并建立了磨粒磨损机DEM-MBD双向耦合模型,通过EDEM离散元法进行磨损深度分析,通过RecurDyn多体动力学进行相关约束的建立和仿生中板的受力分析。其次,借助响应面法对不同凹坑仿生结构的参数组合进行筛选,获取耐磨仿生的最佳参数组合,结果表明:在试验条件下,凹坑型仿生中部槽最小磨损深度的参数组合为:形貌圆坑,直径0.9 mm,深度1.8 mm,角度90°,横向间距13.6 mm,纵向间距10 mm,其中直径、深度和横向间距为显著性影响因素。然后,为了验证仿真结果的可靠性,加工了最优耐磨参数组合下的仿生中板,并与光滑中板进行耐磨性试验对比,结果表明:与光滑中板相比,凹坑型仿生中板具有良好的减磨性能,减磨效率可达24.81%。此外,通过建立的与SGZ880/800型刮板输送机等比例的简化中部槽模型,对凹坑参数进行了进一步验证,发现:最优耐磨参数下的凹坑仿生结构能够有效地减小煤、刮板与中板间的三体磨损,中板磨损均匀,进一步验证了凹坑仿生耐磨参数组合的合理性。最后,分析其耐磨性发现,凹坑结构不仅能有效的减小煤散料与中板的接触面积,破坏接触的连续性,还能使中板与煤散料接触表面形成空气膜,降低摩擦因数。

摘要：为了提高刮板输送机中部槽的耐磨性,以扇贝壳及穿山甲鳞片的非光滑条纹结构为仿生原型设计了仿生中板。以磨损深度为响应值,基于单因素法和响应面法进行磨损分析,探究耐磨仿生的最优结构参数,结果表明:显著性影响由大到小依次为宽度、宽高比、节距,条纹宽高比与条纹宽度的交互作用最为明显;在特定工况(煤颗粒粒度6~8 mm、载荷20 N、刮板链链速0.65 m/s)下,条纹型结构的最优耐磨参数组合为:宽高比4.94,宽度1.81 mm,节距6.33 mm。对最优参数组合下的条纹中板与光滑中板的耐磨性进行仿真和试验对比,结果表明:最优耐磨参数组合下的条纹中板具有良好的耐磨性能,与光滑中板相比,磨损质量减小78.54%。分析其耐磨机理发现,条纹凸体对煤散料的流动具有分流和导向作用,缓解了中板表面的受力,使磨损深度减小。