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钻式采煤机钻头应力检测方法研究

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1 绪论

1.1 研究背景及意义(Background and Significance)

1.2 采煤机工作机理( Construction and Mechanism of Spiral Auger Shearer)

1.3 钻头应力检测国内外研究现状(Research Status and Development Trend of Domestic of StressTesting of Bit )

1.4 漏磁检测研究现状(Research Status and Development Trend of Domestic of Magnetic Flux Leakage Detection )

1.5 本文研究内容(Research of This Paper)

2钻头应力检测技术与机理分析

2.1 引言(Introduction)

2.2 X射线应力检测技术(X-ray Stress Testing Technology)

2.3 超声波应力检测技术(Ultrasonic Stress Testing Technology)

2.4 红外应力检测技术(Infrared Stress Testing Technology)

2.5 涡流应力检测技术(Eddy Current Stress Testing Technology)

2.6 本章小结(Brief Summary)

3 钻式采煤机割煤机理与力学分析

3.1 引言(Introduction)

3.2 采煤机割煤机理(Rock Coal Shearer Cutting Mechanism of Spiral Auger Shearer)

3.3 钻头载荷分析(Stress Loading Analysis of Bit)

3.4 算例验证(Numerical Examples Validate)

3.5 本章小结(Brief Summary)

4 漏磁检测基本原理与数学模型

4.1引言(Introduction)

4.2 漏磁检测基本原理(The Basic Principle of Magnetic Flux Leakage Testing)

4.3 缺陷漏磁检测理论模型(Defect Magnetic Flux Leakage Testing Theory Model)

4.4 漏磁场偶极子机理分析(Dipole Mechanism Analysis of Leakage Magnetic Field)

4.5 基于有限元的 ANSYS 仿真(Simulation Based on Finite Element of ANSYS)

4.6 本章小结(Brief Summary)

5 钻式采煤机漏磁应力检测

5.1 引言(Introduction)

5.2 力磁耦合基本理论(The Basic Theory of Magnetic Force Coupling)

5.3 力磁耦合数学模型( Magnetic Force Coupling Mathematical Model)

5.4 漏磁应力检测仿真分析( Simulation Analysis of Leakage Stress Testing)

5.5 钻头载荷加载实验(Stress Loading Experiment of Bit)

5.6 本章小结(Brief Summary)

6 总结与展望

6.1论文总结(Conclusions)

6.2 展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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摘要

煤炭资源是我国的重要资源。煤炭资源的开采主要依赖于采煤机。钻式采煤机是采煤机的一种类型,主要用于薄煤层的开采。减少采煤机的故障是采煤机安全可靠运行的前提。采煤机机械部分最常见的故障是钻头的断裂。通过应力检测可以及时发现钻头的受力情况,防止发生钻头断裂事故。目前,钻头的应力检测方法大都只能检测钻头的表面应力,但是多数的钻具断裂事故是由于内部应力过大引起的,所以寻找新的应力检测方法对钻头内部应力进行检测具有重要意义。本文将围绕采煤机钻头的漏磁应力检测技术开展研究,主要工作如下:
  首先,本文通过查阅相关资料,对比分析了几种常见的采煤机钻头应力检测方法,详细分析其检测机理,并给出其数学模型。在此基础上,对比这几种检测技术用于采煤机钻头应力检测的优缺点。
  其次,介绍了钻式采煤机的结构与工作原理,详细阐述了煤岩的主要物理特性,并建立钻头的受力数学模型。以实际案例为基础,仿真分析钻头的受力种类和受力情况。
  再次,简述了漏磁检测基本原理,给出了漏磁场的理论模型及基于点偶极子、线偶极子和面偶极子漏磁场分布解析表达式,分析了无限长矩形、V型和孔洞型磁偶极子的漏磁场分布特点,提出可以应用漏磁检测法对采煤机钻具进行应力检测的设想。
  最后,从宏观热力学理论出发,建立钻头的力磁耦合有限元数学模型。在此基础上,通过ANSYS电磁仿真软件,给出了钻头在不同应力作用下其磁场强度曲线、磁密、磁场矢量以及铁磁体内部磁感线的变化情况。通过载荷加载实验,验证了所建立的力磁耦合模型的正确性。由此验证了通过漏磁检测法,实现钻头应力检测的合理性。

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