黄秋来

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

长期以来，采煤机滚筒设计方案评判,采煤机能适应何种工况以及如何计算滚筒受力等问题都困扰着工程师，传统的做法是参考《煤炭切削原理》[1]中的公式进行计算，该计算公式是根据刀型齿切削研究建立起来的，与现在通用的镐型齿原理切削有较大的差异,该研究未考虑到煤层赋存条件(如煤质硬度，层理节理发育等)的差异，因此在实际设计应用中不理想。采用假煤壁的试验方法,虽能获取一定的真实数据，但性价比太低，基本已被淘汰。

随着采煤技术的快速发展，特别是近年来高速、高可靠性综采技术的高速发展，原有的破煤理论受到严重制约。如美国久益公司(JOY)的7LS7型采煤机牵引速度高达28.5 m/min，而依据传统的切削图中的进刀量进行计算，得出的最高牵引速度远远低于JOY采煤机的实际开采速度，因此传统理论已经失效。基于此，通过LS-DYNA建模，导入实际煤层赋存条件和运动参数，进行滚筒截割动力学模拟分析，从而解决上述问题。

1 LS-DYNA建模求解

ANSYS中的LS-DYNA模块是著名的非线性动力学分析软件，能够求解各种复杂显式动力学问题如汽车高速碰撞、爆炸等[2]。在采煤机滚筒截割煤岩问题中可以将滚筒与煤壁的相互作用看作大范围的瞬态钢与煤单元的大位移、大应变的几何非线性求解问题。

运用LS-DYNA模块模拟截割建模求解的流程见图1所示，具体建模步骤如下。

图1 LS-DYNA分析问题流程

1) 建立三维模型。……