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1、辽宁工程技术大学机电一体化创新设计题 目： 基于EDEM采煤机截割滚筒离散元仿真 班级： 机电14-2班 姓名： 李嘉良 学 号： 1407060212 指导教师： 石树林 完成日期： 2018.1.12 1任 务 书一、设计题目:基于EDEM采煤机截割滚筒离散元仿真二、 原始资料煤炭-煤恢复系数=0.5煤炭-煤静摩擦系数=0.6煤炭-煤滚动摩擦系数=0.05煤炭-钢恢复系数=0.5煤炭-钢静摩擦系数=0.4煤炭-钢滚动摩擦系数=0.05三、上交材料1说明书，具体包含内容：任务分析、设计过程、基本计算、设计结果，电路图等。 10000字以上。2. 图纸：根据设计内容，由指导教师为学生指定 1四
2、、成绩评定 优秀良好中等及格不及格满分得分平时表现勤奋好学，善于思考勤奋积极，态度认真比较勤奋不够勤奋不勤奋，态度不端正10图纸质量方案合理新颖，表达规范方案合理，图纸比较规范方案一般，图纸基本规范方案基本合理，图纸欠规范方案不合理，图纸不规范30说明书质量内容全面，准确内容全面，基本准确内容一般，准确性一般内容基本全面，有小错误内容不全，错误较多30答辩回答问题准确流利回答问题比较准确回答问题基本准确回答问题欠准确回答错误30总分100综合评定成绩： 优秀、 良好、 中等、 及格、 不及格 指导教师日期摘要离散元法是专门用来解决不连续介质问题的数值模拟方法。该方法把节理岩体视为由离散的岩块和
3、岩块间的节理面所组成,允许岩块平移、转动和变形,而节理面可被压缩、分离或滑动。因此,岩体被看作一种不连续的离散介质。其内部可存在大位移、旋转和滑动乃至块体的分离,从而可以较真实地模拟节理岩体中的非线性大变形特征。本文主要通过Solidworks建模设计采煤机滚筒参数并通过EDEM软件设计煤壁参数进行仿真，采煤机在不同的参数下表现出的工作性能以及稳定性不尽相同，并分析了滚筒在截割煤壁时各项载荷，运动参数波动情况进行了分析。关键词：采煤机滚筒；离散元；运动参数；分析；AbstractThe discrete element method is a numerical simulation meth
4、od used to solve the problem of discontinuous medium. The jointed rock is composed of discrete rock blocks and joint planes, allowing the rock mass to move, rotate and deform, while the joint surface can be compressed, separated or slid. Therefore, the rock mass is regarded as a discontinuous discre
5、te medium. The large displacement, rotation, sliding and even the separation of the block can be found inside it, so that the nonlinear large deformation characteristics in the jointed rock mass can be simulated in a more real way.This paper mainly through the solidworks modeling and design of the s
6、hearer drum parameters through the EDEM software design of coal wall parameters, working performances of shearer under different parameters and stability are not the same, and the analysis of the drum cutting coal wall when the load, motion parameter fluctuations are analyzed.Key words: shearer drum
7、; discrete element; motion parameters; analysis; 辽宁工程技术大学机电一体化创新设计目 录摘要1前言11离散元简介11.1前处理模块Creator 21.2求解器Simulator31.3后处理模块Analyst 32EDEM应用范围52.1EDEM与矿山机械 52.2EDEM与冶金工业62.3EDEM与农业机械 82.4EDEM与食品制药82.5EDEM在采掘机械中的应用 92.6EDEM与其他领域93滚筒采煤机的设计 101.1滚筒采煤机的工作原理101.2Solidworks设计基础 113.2.1草图绘制113.2.2基准特征-参考几何体
8、的创建 113.2.3拉伸.旋转.扫描和放样特征建模113.2.4工程图设计 11 3.2.5装配设计124采煤机滚筒总体结构设计124.1采煤机滚筒的总体方案图 124.2采煤机滚筒的加工原理134.3截齿的配置134.4截齿的材料以及截齿的固定134.5采煤机年产量的计算145各主要零部件强度的校核 145.1轮毂强度的核度与计算 145.2螺栓强度的校核计算156采煤机截割滚筒 176.1端盘截齿 186.2滚筒截齿196.3开道截齿207采煤机滚筒截割煤层仿真 217.1前处理器设置 217.2求解器仿真237.3滚筒转速对采煤机性能的影响248总结 259参考文献26 前言 滚筒是现
9、代综采设备割煤和装煤的重要部件。截割滚筒的装载过程是一个复杂的过程,概括地说是煤块在螺旋叶片和重力作用下的结果。借鉴离散元的思想,对截割滚筒装载机理进行了分析,并总结了影响采煤机截割滚筒的主要因素,对滚筒装载的研究奠定了基础。1离散元简介离散单元法（Discrete Element Method， DEM）是由美国学者Cundall P.A.教授在1971年基于分子动力学原理首次提出的一种颗粒离散体物料分析方法，是一种基于牛顿第二运动定律和颗粒之间的接触模型计算颗粒运动行为的模拟方法，其主要优点是可以基于基本的数据模拟复杂系统而不必采用过分的简化假设，能够更好地反映一些过程的本质。该方法最早应
10、用于岩石力学问题的分析，后逐渐应用于散状物料和粉体工程领域。使用EDEM，可以快速、简便的为我们的颗粒固体系统建立一个参数化的模型，可以通过导入真实颗粒的CAD模型来准确描述它们的形状，通过添加力学性质、物料性质和其它物理性质来建立颗粒模型，并且在处理过程中，可以把产生的数据储存在相应的数据库中。利用EDEM的Particle FactoryTM技术，我们可以根据机器形状来高效生成颗粒集合，其中机器形状可以作为固体模型或表面网格从CAD或CAE系统中导入。机器组成部分是可以集成的，并且可以对每个部分单独的设定动力学特性。EDEM也是世界上第一个可以通过与CFD软件耦合来对固液/气相系统进行颗粒
11、尺度模拟的CAE软件。当颗粒间或颗粒和壁面相互作用对系统行为很重要时，EDEM这项独特的技术就能够使我们完成此类型的模拟分析。EDEM也可以和FEA工具相耦合，我们可以模拟机械组分的动态载荷并且可以直接将结果输出到我们喜欢的结构分析工具中。EDEM仿真可以获得许多颇具价值的新数据，包括：0 1. 颗粒疏松材料与机器表面相互作用的内部行为2. 系统元素之间相互碰撞的级别、频率和分布3. 每个颗粒的速度和位置4. 与散货中颗粒冲击、磨损、凝聚和分离相关的能量5. 金属微粒结构的应力链和结构完整性利用EDEM强大的后处理工具，用户可对任意变量组合进行可视化和图表化操作。在定义了重要的系统行为之后，用
12、户可以轻松地反复地修改模型使仿真精确化，以获得期望的解决方案，然后导出数据或直接创建仿真的视频文件。总之，EDEM是一个强有力的CAE工具，利用其独特的功能，我们就能以一种更加准确的方式对颗粒处理及其生产操作进行研究，从而产生一种与以往不同的崭新的认识。EDEM是世界上第一款基于离散元技术的通用CAE软件，通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征，协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化。它包含有以下几个模块。1.1前处理模块Creator我们可以在前处理模块中定义颗粒模型，包括颗粒的形状和物理性质，如密度、泊松比及剪切模量等，其次，可以利用Creator建立机械模型，定义机
13、械的动力学性质。同时EDEM支持各种CAD文件的导入，如CATIA、Pro/ENGINEER及SolidWorks等。图1.1为前处理器页面。图1.1 前处理器页面1.2求解器Simulator通过Simulator，我们可以定义颗粒以及机械相互作用的各种参数，如摩擦系数、恢复系数等。该模块还包含了众多的接触力学模型， 如用于计算颗粒接触时的基础作用力的Hertz - Mindlin模型 、描述颗粒结块、粘接的Cohesion物理模型等。通过EDEM API，我们还可以任意添加和修改所需的接触力力学模型和力场。图1.2为前求解器页面。图1.2 前求解器页面1.3后处理模块Analyst通过Analyst，我们可以很方便地对Simulator获得的结果进行处理，输出任何所需的数据：与机器表面相互作用的颗粒几何的内部行为、颗粒系统组分间碰撞的强度、频率分布、每个颗粒的速度、位置以及受力等。我们可以确定颗粒系统的行为从而修改模型，以便朝我们所希望的方向进行迭代。图1.3为后处理器页面。图1.3 后处理器页面EDEM可以和FEA工具相耦合，模拟机械部件的动态载荷并且可以直接将结果输出到相关的结构仿真工具中；EDEM具有先进的DEM求解器，可以快速、有效的监测离散目标间的接触，动态调整时间步长，并可以在windows与Linux环境下的多处
