掘进机截割头平均负荷的模拟.pdf

第卷第期率新矿业学院学报自然科学版 , 翅 年月 , 掘进机截割头平均负荷的模拟 张金 波 煤科院常州侧试中心 李晓豁姚王君 ‘采机教研室 教务处 摘要 本文给出了掘进机截割头平均 负荷的数学模型 , 并且利用该数学模型对截割头平均 负荷进行了 模拟 , 最后结合一个实例 , 又寸截割头的载荷特性进行了分析 。 关键词 截齿截割头平均 负荷模拟 中图分类号 , 引言 掘进机截割头载荷状态特性如何 , 不 仅影响掘进机的生产率 , 还关 系到掘进机的使用寿 命 , 所以很有 必要对掘进机截割头的载荷特性进行研究 。 对掘进机截割头载荷的研究 , 最有 效的方法 是 在 工作面进行实际工作 测试但在掘进工作面进行测试并非易事 , 并且 费用 昂 贵随着 电子计算机的推广应 用 , 以及模拟理论的不断完善 , 采用计算机模拟对掘进机截割 头的载荷特性 做定量研究已成 为可能 , 并且可以部分 代替费用昂贵的实验 。 因此 , 掘进机截 割头平均 负荷的模拟研究具有 一定的实际意义 。 截割头平均 负荷的数学模型 截齿 受力计算 悬 臂式掘进 机切割岩石时 , 第个截齿在截割头 的第个工作位置时切割力气 , 〔 见图 、 图 , 由下式 计 算 。 , 〔 , ,,少 〕 式 中 尸 ‘ 一被切割岩石 的接触强度 按表选取 表岩石的普氏硬度系数与接触强度的关系 岩石的普氏硬度系刻 。 。 尸。 一截齿型式 影响系数 旋转截齿 , 一 , 固定截齿 一 一截齿 的几何参数影 响 系数 一考虑刀头直 径 的影响系数 、 一第 个截齿 的截距 , 一第 个截齿在截割头第个工作位置时的切 屑厚度 按下列公式计算 初稿 一一 修改稿 一一 。 张植咨编 、校, 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 卒新矿业学院 学报自然科 学版年 对于横轴式掘进 机圆锥型和圆柱型截割头 ,, 少 中 , 对干纵轴式掘进机圆锥型和 圆柱型截割头 ,, 一 夕 ‘ 泛 一 兀 氏 一第个截齿相对于 同一截线上前一个截齿的滞后角 一 截割头每一 转进给量 ‘户 一‘。 从 声 一 二 , 二凡 了一 盛一 , 一 第个截齿的摩擦 阻力矩 一 具 尸。。、 。 、 ‘ 。 乙兀 一第 条截线上 的截齿在单位切屑厚度上的截割阻力矩 吸 , 一第 个截齿在第个位置的角度坐标 。 对于横轴式圆锥 型和 圆柱型截割头 。一。。。尸 , 鲁 月 渭一分别为第个截齿第条截线轨迹 的有效截割段所对 应的 中心角 对干横轴式 圆淮型和圆柱 型截割头 粤、 乙 汀 一 ,下二二 厂盆‘尺, 一 一, 李 粤 ⋯ 少、 一一 汉 对干纵轴式 圆柱型截割头月 ,, 角则根据工作面形成 的形状确定 。 一 与工作面接触 的截齿数和截线数 一切 肖】 角 的影响 系数 一 截齿后刃面 的磨钝面积在切割平面上的投 影 一切割厚度 。 。 ,一 第 个截齿 或第条截 线其齿顶至截割头旋转轴线的距离 从一 电动机最大输 出扭矩 入 丸一考虑矿井电网影响 系数 一减速 箱的传动比 第个截齿在截割第个工 作位置 时的推进力 , , 入 见图 、 图按 下列公式计算 「” 对干旋转截齿 , , ,, 〔 , 入 『少 〕 对干固定截齿 〕 ,, 一〔 , 〕 ‘ 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期张金波等掘进机截刻头平均 负荷的模拟 截割头平均负荷数学模型 截割头所受的外载荷 , 乃是其上所有 参与截割岩体的截齿载荷的叠加 , 且认为相邻截齿 不互相影响 。 截割头工作 时 其上载荷是不断变化的 。 横向截割头和纵 向截割头其受力情况 不同 , 横 向截割头在第个工作位置上的受力情况如 图所示 。 其上岩 体反力 。、 。 和外力 矩材由截割 区内每个截齿上 作 用的反力和力矩之和构成 。 为求出这些数据 , 可以把第个 截齿上的切割力和 推进力 向坐标 系投影 , 从而得到 一一成 。 电 , 二。 电 , 一 一户电一谷电 , 勺勺 岩 体对截割头的 实际反力为 、,产 、矛 了 、 ‘ 心 , 、 甲︺ 、 艺 叫 一一一一 截割头所受 的阻 力矩 叭户 从 一 习 之 。 式中 , 一同时参与截岩的截齿数 几一第个截齿 在截割头处于第个工作位置时 , 其齿顶到截割头旋转轴线的距离 。 进给 图横向截割头受力图图纵向截割头受力图 纵 向截割头在第个工作位置上的受力情况如 图 由截割区内每个截齿 上作用 的反力和力矩之和构成 。 岩体对截割头的实际反力 为 ”, 二 ,, 舒一 所示 。 其上岩体反力 ‘ 和外力矩 截割 头所受的阻力矩 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 享 新矿业学院 学报自然科 学版年 ”, 从 一 习 ‘ , , 票 。, 和 杭 , 的 含义同前 。 模拟程序设计 根据上述数学模型 , 编制了截割头平均负荷的计算机模拟程 序 。 模拟 时首先输入掘进机截割头 的结构参数截线距 、 截齿安装角 、 截齿齿顶至截割头旋 转轴线距离 、 截齿间相对角度 、 工 作参数截割头推进速度 截割头旋转速度 、 岩石性质 普 氏硬度 系数及截割头工作条件‘截割头切入深度切削厚度的变 化范围然后检查截 齿 数 是 否小干或等干 曾 、 截 齿数 , 如满足条 件 检 查该 截齿是否处于截割区若处于 截割区 , 则调用计 算单齿负荷的子程序否则 判断下一个截齿 , 当所有截齿 检查完毕后 计算截割头 上的平均 负荷 , 判断 时 间是否小干或等干模拟 兰 、 时间讯一 , 若成立就增加一个时间步 长继 续模拟 , 否则计算截割头平均 负荷的统计特性 绘 出载荷图打印洁果 。 利用该程序可计 算截割头以下参数 计算在某一瞬时 , 第个截齿 的切割力 , 推进力 截割头 负载扭矩值 截割头 的推进力 截割头载荷 的均 值方差和变差 系数 绘出载荷 的模拟曲线 。 模拟程序的应用与结果 分析 利用该 模拟股序 , 对截齿 排列如图 所示 的截割 头的 负荷进 行了模拟 。 截割 头 类型为横轴式圆 柱 型岩石的 普氏硬度 系数 为截割 头 转 速 田 。 截 割 头 切 入 深 度 一。 切削 厚度变 化范 围 。 。 在 截割头一转 内 对截割头 。个位 置 处 的 负荷 进 行了模拟其 转 角增 量 为 度 , 模拟结 果见表并且绘 制 了杖 ,、 杏 和 从与转角变化关 系曲线 如 图所示 。 表 模拟结果统计值 。 尺‘ 卜 寿、 , 了 护 户户 黔黔彝馨 馨毒 毒 以 一 洲洲 均值 ‘, 图截 齿排列图 变差系数 , ‘。 。 。 , 。 ‘ 由模拟曲线可以看 出 , 该截割头 的载荷是周期变化的 , 显 然这与截齿的排列方式 有关 。 从统计特性 来看 , 载 荷的波动都比较大 这将影响掘 进机的使用寿命 。 载荷的波动情况 , 除与 截齿排列方式有关外 , 还与工作 条 件有关 , 比如截割头切入深度小 , 切削厚度小 , 同时 参与截割岩体的截齿数小 , 致使截割头的载荷波动较大 。 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期 张金波等 掘进机截刻头平均负荷的模拟 截割头 的载荷 的大小不仅与岩体 性质 、 截割头形体尺寸 , 截齿排列方式 和截割头类型有关 , 而且还和工作参 数有关 随着推进速度提高 , 切削厚度 加大 , 载荷也随之磁加 。 ︸ 吕 ,‘﹄ ‘二一二 结论 图 凡 、凡 和 矫 与转角变 化关 系曲线 通过对截割头载荷 的模拟研究 可以得出如下结论 利 用该模型在设计阶段可以评定截割头力平衡程度 利 用该模型可以研究截割头截齿排列图的合理性 利 用该模型可以计算传动装置载荷 的变差 系数 。 从而 计算传动装置零件的疲 劳强 度 从模拟 曲线能直观了解截割过程载荷的变化情况 , 并且可以对各种工况条件进行模 拟 , 从而部分替代费用昂贵的实验 。 因此 , 掘进 机截割头研究及平均 负荷 的模拟 对截割头的优化设计具有重要作用 。 参考文献 〔 〕杨长 明编译 悬臂式掘进机工作机构传动装工剥落煤岩的载荷计算矿业译丛 , 一一 〔幻 程东棠译切削工具破煤过程模拟阜新矿业学院研究生内部教材 , 作者简介 张金波 , 男 , ‘ 年生 , 工程硕士 。 年毕业于阜新矿业学院机 电专业 , 同年月考取本院硕士研究生 , 年 月毕业后分配到煤科院常州测试中心工作 李晓豁 , 男 , 年生 , 副教授 , 。年毕业于阜新矿业学院机电专业 工学硕士 , 现在阜新矿业学院机械二系采掘 机械教研室任教 曾在学术刊物上发表有关论文余篇 姚玉 君 , 男 , 年月生 , 工程师年月毕业于阜新矿业学院 机电专业现在阜新矿业学院教务处设备科从 事设备管理及有关科研工作 。 , 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.