一种采煤机滚筒截齿应力消除系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采煤机滚筒截齿应力消除系统，其根据现场工况构建滚筒截齿的应力分布模型，然后将现场工作环境、滚筒截齿应力分布情况、应力消除系统的工作模式三者之间对应关系整合成数据库代入BP神经网络进行训练，最后应力消除系统根据输出结果对滚筒截齿进行应力消除并实时反馈应力消除情况。本系统能够有效地提高应力消除效率、节约资源，减少现场由于应力消除导致的安全隐患。由于应力消除导致的安全隐患。由于应力消除导致的安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
一种采煤机滚筒截齿应力消除系统


[0001]本专利技术涉及滚筒截齿应力消除
，具体涉及一种采煤机滚筒截齿应力消除系统。

技术介绍

[0002]在采煤机工作过程中，其截齿与煤层直接接触，煤层中往往夹杂石英、黄铁矿等坚硬矿物质。滚筒旋转时，以螺旋线均匀分布在滚筒外圆面上的截齿处于周期性冲击式破煤状态，伴有挤压剪切、破碎等阶段，在此期间截齿处于高度切磨状态，截齿所受应力加剧。应力存在是影响截齿寿命，造成截齿失效的主要原因。截齿失效后，落煤需要靠螺旋叶片刮削、截齿体或截齿座挤压作用下完成。这样不仅容易增加煤尘，还容易造成滚筒产生火花，这种情况在高瓦斯矿井中尤为危险。此外,采煤机截齿的失效还易造成支架和刮板机推移速率降低,造成工作面推进速度过慢。
[0003]时效处理可以消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。目前，时效处理方式包括四种：自然时效、热时效、振动时效和超声波冲击时效。其中，热时效为目前应用最为广泛的应力消除方法。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种采煤机滚筒截齿应力消除系统，其能够有效地提高应力消除效率、节约资源，减少现场由于应力消除导致的安全隐患。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种采煤机滚筒截齿应力消除系统，包括以下步骤：
[0007]步骤M1.根据现场滚筒截齿的工作情况采集相关工作参数，包括滚筒截齿的转速、温度、受力情况、弹性模量、热膨胀系数；<br/>[0008]步骤M2.将相应参数代入固有应力数学模型求取压缩塑性应力和拉伸塑性应力的值；
[0009]步骤M3.将滚筒截齿中压缩塑性应力和拉伸塑性应力相加得到最终的固有应力；
[0010]步骤M4.将所得固有应力进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有应力分布数学模型、横向和纵向弯曲应力分布数学模型；
[0011]步骤M5.做多组实验得到一个现场工作环境、滚筒截齿应力分布情况、应力消除系统的工作模式三者之间对应关系的数据库；
[0012]步骤M6.将数据库代入BP神经网络对其权重进行训练，而后依该内在关系为基础，提取所需应力消除的滚筒截齿相参数作为输入信息，可获得应力消除系统的工作模式的设置；
[0013]步骤M7.工控PC机根据BP神经网络的输出数据控制应力消除系统对滚筒截齿进行应力消除；
[0014]步骤M8.同时应力消除系统中的红外检测装置实时监测应力消除情况，并将应力
变化反馈至工控PC机实时微调应力消除系统的工作参数，直至应力消除完毕。
[0015]优选地，步骤M2中，根据相应数据求取压缩塑性应力和拉伸塑性应力的值的步骤包括：
[0016]滚筒截齿的内部应力分布是2种情况影响的综合结果，一种是工作时受力情况和摩擦热对滚筒截齿的影响、另一种是工作停止时滚筒截齿内部的应力变化情况；在整个过程中滚筒截齿内部的总应力包括弹性应力、塑性应力、热应力和金属相变应力，如下式表达
[0017]ε＝ε
e
+ε
p
+ε
t
+ε
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0018]而在滚筒截齿工作过程中固有应力也称之为非弹性应力，即
[0019]ε
*
＝ε
‑
ε
e
＝ε
p
+ε
t
+ε
x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0020]其中，ε代表总应力，ε*是非弹性应力，ε
e
是弹性应力，ε
p
是塑性应力，ε
t
是热应力，ε
x
是金属相变应力；
[0021]在滚筒截齿不工作时，此时热应力看作为零；在忽略金属相变应力的前提条件下，残余的塑性应力等于固有应力，即
[0022]ε
*
＝ε
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0023]产生拉伸塑性应力，压缩塑性应力和拉伸塑性应力由下式计算，即
[0024]ε
p1
＝
‑
a(T
max
‑
T0)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0025][0026]其中，ε
p1
是压缩塑性应力，ε
p2
是拉伸塑性应力，a为热膨胀系数，T
max
为滚筒截齿工作时所能达到的最高摩擦热，T0为室温，T
2max
停止工作时滚筒截齿内部温度最大变化值，σ
y
为屈服应力，E为弹性模量，A为滚筒截齿的横剖面积，L为固有应力的宽度，k
z
为滚筒截齿的弹性系数。
[0027]优选地，步骤M4包括：
[0028]用一组应力数值来表征整个滚筒截齿的应力分布数学模型；垂直于滚筒截齿的截面的应力分布数学模型包含横向和纵向固有应力、横向和纵向弯曲应力四个部分，通过固有应力进行积分计算，最后通过现场多次取样实验对所得模型进行修正，具体应力分布数学模型如下：
[0029][0030][0031][0032][0033]在式中，为横向总固有应力、为纵向总固有应力、为横向弯曲总应力、为纵向弯曲总应力、为固有应力横向分量、为固有应力纵向分量，x为滚筒截齿侧面方
向，y为滚筒截齿高度方向、z为垂直滚筒截齿侧面方向，h为滚筒截齿前段厚度，c、d、f、g分别为横向和纵向固有应力、横向和纵向弯曲应力的补偿系数。
[0034]优选地，步骤M6中，将数据库代入BP神经网络对其权重进行训练，具体分析如下：
[0035]BP神经网络的运行机制分为两大部分，即网络输入信息的正向传递、网络计算误差的反向传播；
[0036]BP神经网络的具体训练和运用步骤如下；
[0037](1)网络拓扑结构的确定及相关参数的初始化；
[0038](2)BP神经网络的学习，现场工作环境数据信息由输入层经隐含层传递到输出层，经输出层计算后输出该过程网络的滚筒截齿应力分布情况；
[0039](3)计算网络数据滚筒截齿应力分布情况与数据库中期望之间的误差，并依据得到的误差信息反向传播到输入层，同时调整各层之间的权值、阈值；
[0040](4)循环迭代步骤(2)、(3)两个过程，逐步降低计算误差，直到误差达到设定的目标误差或循环迭代次数达到设定的最大次数；
[0041](5)获取到最优的权值、阈值；
[0042](6)提取检测样本的现场工作参数，借助第(5)步获取到的最优的权值、阈值，计算出测试样本的应力分布情况，最后根据所得应力分布情况得到相应的应力消除系统的工作模式。
[0043]优选地，步骤M7中，应力消除系统包括工控PC机、多自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采煤机滚筒截齿应力消除系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤M1.根据现场滚筒截齿的工作情况采集相关工作参数，包括滚筒截齿的转速、温度、受力情况、弹性模量、热膨胀系数；步骤M2.将相应参数代入固有应力数学模型求取压缩塑性应力和拉伸塑性应力的值；步骤M3.将滚筒截齿中压缩塑性应力和拉伸塑性应力相加得到最终的固有应力；步骤M4.将所得固有应力进行积分，再根据现场实验取样修正得到最终横向和纵向固有应力分布数学模型、横向和纵向弯曲应力分布数学模型；步骤M5.做多组实验得到一个现场工作环境、滚筒截齿应力分布情况、应力消除系统的工作模式三者之间对应关系的数据库；步骤M6.将数据库代入BP神经网络对其权重进行训练，而后依该内在关系为基础，提取所需应力消除的滚筒截齿相参数作为输入信息，可获得应力消除系统的工作模式的设置；步骤M7.工控PC机根据BP神经网络的输出数据控制应力消除系统对滚筒截齿进行应力消除；步骤M8.同时应力消除系统中的红外检测装置实时监测应力消除情况，并将应力变化反馈至工控PC机实时微调应力消除系统的工作参数，直至应力消除完毕。2.如权利要求1所述的一种采煤机滚筒截齿应力消除系统，其特征在于：步骤M2中，根据相应数据求取压缩塑性应力和拉伸塑性应力的值的步骤包括：滚筒截齿的内部应力分布是2种情况影响的综合结果，一种是工作时受力情况和摩擦热对滚筒截齿的影响、另一种是工作停止时滚筒截齿内部的应力变化情况；在整个过程中滚筒截齿内部的总应力包括弹性应力、塑性应力、热应力和金属相变应力，如下式表达ε＝ε
e
+ε
p
+ε
t
+ε
x
ꢀꢀꢀꢀ
(1)而在滚筒截齿工作过程中固有应力也称之为非弹性应力，即ε
*
＝ε
‑
ε
e
＝ε
p
+ε
t
+ε
x
ꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，ε代表总应力，ε*是非弹性应力，εe是弹性应力，εp是塑性应力，ε
t
是热应力，ε
x
是金属相变应力；在滚筒截齿不工作时，此时热应力看作为零；在忽略金属相变应力的前提条件下，残余的塑性应力等于固有应力，即ε
*
＝ε
p
ꢀꢀꢀꢀ
(3)产生拉伸塑性应力，压缩塑性应力和拉伸塑性应力由下式计算，即ε
p1
＝
‑
a(T
max
‑
T0)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，ε
p1

【专利技术属性】
技术研发人员：于聚旺，许静，段铭钰，吴頔，马宏超，王强，梁亚辉，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：