横摆截割工况掘进机履带接地比压分布规律.pdf

第4 5 卷第8 期 2 0 2 0 年8 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．8 A u g ． 2 0 2 0 移动阅读 李腾达，王继仁，张春华，等．横摆截割工况掘进机履带接地比压分布规律[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 8 3 0 0 6 3 0 1 4 ． L IT e n g d a ，W A N GJ i r e n ，Z H A N GC h u n h u a ，e ta 1 ．G r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nl a wo ft r a c ko fm a d - h e a d e r u n d e ry a wc u t t i n gc o n d i t i o n s [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a ls o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 8 3 0 0 6 3 0 1 4 ． 横摆截割工况掘进机履带接地比压分布规律 李腾达1 ，王继仁1 ，张春华1 ，张坤1 ’2 1 ．辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ；2 ．山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛2 6 6 5 9 0 摘要考虑到掘进机接地比压决定了掘进机通过性和工作稳定性，是确定掘进机与地面附着力矩 的基础，研究了掘进机横摆截割工况下接地比压分布情况。首先对掘进机横摆工况进行分析，确定 掘进机与巷道底板接触部件与载荷构成。使用S o l i d w o r k s 建模确定不同工况下掘进机重心坐标， 使用C f t o o l 拟合工具对已有数据进行拟合，得到掘进机重心坐标随横摆角和纵向角度的拟合曲线 曲面 。推导考虑不同截割部横纵向角度、巷道倾角以及后支撑载荷情况下掘进机履带接地比压 分布公式。以国产E B z 3 0 0 型掘进机为研究对象进行实例数值计算。研究结果表明实例中接地 比压最大值为o ．3 1 2M P a ，超过了E B z 3 0 0 掘进机说明书中计算的平均接地比压o ．1 9 8M P a ，验证 了通常使用的平均接地比压计算方法无法真实体现接地比压分布情况；截割部横摆导致重心偏移， 使得偏重一侧履带的接地比压大于另一侧。得到了不同参数影响下掘进机两侧履带接地比压分布 规律。依据相似比例制作掘进机模型机，通过模型机进行截割部横摆角和纵摆角变化对履带接地 比压分布影响的实验验证。实验测得这两种工况下掘进机履带接地比压分布情况和计算结果规律 基本一致，误差不超过2 0 ％。通过实验验证了本文理论计算方法的可行性和有效性。 关键词掘进机；接地比压；横摆工况；履带底盘 中图分类号T D 4 2 1 ．5文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 0 0 8 3 0 0 6 0 9 G r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nl a wo ft r a c ko fr o a d - h e a d e r u n d e ry a wc u t t i n gc o n d i t i o n s L IT e n g d a l ，W A N GJ i r e n l ，Z H A N GC h u n h u a l ，Z H A N GK u n l 2 1 ．鼬o o Z ∥5 q 触y 拓n 钾。蒯E n g i 础e 增，L i n o n i n g ，k n i c 酬u n i 钾肥z ￡y ，，’姒￡n l2 3 0 【 【 ，c I 舳；2 c o f f e 酽∥肘e c n 删酬口凡d 邑z e c ￡r o 凡w 也昭I 础e n 凡g ， S o 几d o n g ‰泐借以旷＆i 肼卵n 凡dn c n o f o g y ，伪凡副Ⅱo2 6 6 5 9 0 ，c i n 口 A b s t r a c t C o n s i d e r i n gt h a tt h eg r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r eo fr o a d h e a d e rd e t e n n i n e st h em a d h e a d e r ’st r 棚一c a b i l i t y a n dw o r k i n gs t a b i l i t y ，a n di st h eb a s i so fd e t e r m i n i n gt h ea d h e s i o nm o m e n tb e t w e e nr o a d h e a d e ra n dg r o u n d ，t h i sp a p e r s t u d i e st h ed i s t r i b u t i o no fg r o u n d i n gs p e c i 6 cp r e s s u r eu n d e rt h ec o n d i t i o no fy a wc u t t i n go ft h er o a d h e a d e r ．F i r s t l y ，t h e y a wc o n d i t i o no fr o a d h e a d e ri sa n a l y z e d ，a n dt h ec o n t a c tp a n sa n dl o a dc o m p o n e n t sb e t w e e nr o a d h e a d e ra n dr o a d w a y n o o ra r ed e t e 珊i n e d ．S o l i d W o r k sm o d e li su s e dt od e t e 珊i n et h ec e n t e ro fg r a v i t yc o o r d i n a t e so ft h em a d h e a d e ru n d e r d i f k r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n s ，a n dC f t o o lf i t t i n gt o o li su s e dt of i tt h ee x i s t i n gd a t a ，a n dt h ef i t t i n gc u n r e s u I f a c e o ft h e e e n t e ro fg r a v i t yc o o r d i n a t e so ft h er o a d h e a d e rw i t hy a wa n g l ea n dl o n g i t u d i n a la n g l ei so b t a i n e d ．T h ef b m u l ao fs p e c i f _ i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o no fr o a d h e a d e rc a t e r p i l l a rg r o u n d i n gi sd e d u c e dc o n s i d e r i n gt h ed i f k r e n tl o n g i t u d i n a la n dt r a n s v e r s ea n g l e so fc u t t i n gs e c t i o n ，t h ei n c l i n a t i o na n g l eo fr o a d w a ya n db a c ks u p p o r t1 0 a d ．T a k i n gE B Z 3 0 0r o a d h e a d e r m a d ei nC h i n aa sa ne x a m p l e ，an u m e r i c a lc a l c u l a t i o ni sc a r r i e do u t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u mg r o u n d i n g 收稿日期2 0 1 9 一0 5 2 0修回日期2 0 1 9 一0 7 0 3责任编辑郭晓炜D O I l O ．1 3 2 2 5 “c nk i j c c s ．2 0 1 9 ．0 7 3 0 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 9 0 4 1 4 2 作者简介李腾达 1 9 9 0 一 ，男，辽宁阜新人，博士研究生。E m a i l z h a n g k u n l i a o n i n g 1 6 3 ．c o m 万方数据 第8 期 李腾达等横摆截割工况掘进机履带接地比压分布规律 s p e c i 6 cp r e s s u r ei s 0 ．3 1 2M P a ，w h i c he x c e e d st h ea v e r a g eg r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r eo f0 ．1 9 8M P ac a l c u l a t e di n E B Z 3 0 0r o a d h e a d e rs p e c i f i c a t i o n s ．I tv e r i 6 e st h a tt h ec o m m o n l yu s e dc a l c u l a t i o nm e t h o do fa v e r a g eg m u n d i n gs p e c i 6 c p r e s s u r ec a nn o tt 1 1 J 1 yr e n e c tt h ed i s t r i b u t i o no fg m u n d i n gs p e c m cp r e s s u r e ．T h es w a yo ft h ec u t t i n gs e c t i o nr e s u l t s i n t h ec e n t e ro fg r a v i t yd e v i a t i o n ，w h i c hm a k e st h eg r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r eo ft h ec a t e r p i l l a ro no n es i d eo ft h eb i a s g r e a t e rt h a nt h a to nt h eo t h e rs i d e ．T h eg r o u n d i n gs p e c i n cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o nl a wo fr o a d h e a d e rc r a w l e ro nb o t hs i d e s u n d e rt h ei n n u e n c eo fd i f k r e n tp a r a m e t e r si so b t a i n e d ．T h em o d e lm a c h i n eo fr o a d h e a d e ri sm a d ea c c o r d i n gt ot h es i m i l a rp r o p o r t i o n ，a n dt h ei n n u e n c eo ft h ec h a n g eo fy a wa n 9 1 ea n dp i t c ha n g l eo fc u t t i n gs e c t i o no nt h ed i s t r i b u t i o no f s p e c i f i cg r o u n dp r e s s u r eo fc a t e r p i U a rt r a c ki s v e d f i e db yt h em o d e lm a c h i n e ．T h eg r o u n ds p e c i f i cp r e s s u r ed i s t r i b u t i o n o ft h er o a d h e a d e rc r a w l e ru n d e rt h e s et w ow o r k i n gc o n d i t i o n si sb a s i c a U yt h es a m ea st h a to ft h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ， a n dt h ee r T o ri sl e s st h a n2 0 ％．T h ef b a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo ft h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o nm e t h o da r eV e r i 6 e db ye x p e r i m e n t s ． K e yw o r d s r o a d h e a d e r ；g r o u n d i n gs p e c i f i cp r e s s u r e ；y a wc o n d i t i o n ；c a t e r p i l l a rc h a s s i s 横摆截割煤岩是掘进机主要工况之一，掘进机横 摆截割煤岩时，在反作用力作用下，掘进机机身有可 能会发生扭摆，这与截割载荷、履带与底板摩擦力等 有关，而摩擦力由巷道底板摩擦因数以及掘进机接地 比压等决定，掘进机接地比压是指掘进机接地部件单 位面积上承受的法向载荷屯j 。掘进机接地比压决 定了掘进机通过性和工作稳定性，是确定掘进机与地 面附着力矩的基础。因此研究横摆工况下掘进机接 地比压对于预测和判断横摆截割煤岩时掘进机机身 扭摆至关重要，具有重要意义。 文献[ 3 ] 针对硬岩隧道掘进机支撑推进协调性 进行研究，对掘进机撑靴接地比压理论计算方法进行 了推导，并对推导公式进行仿真验证。以接地比压理 论计算方法为基础，以撑靴侧壁围岩最小化受压和最 小化受压波动为控制目标，提出了撑靴缸压力和位移 精确控制方法以及基于P N N 岩层识别的接地比压自 适应调节控制策略，最后通过仿真验证理论研究结 果。文献[ 4 ] 为了分析履带行走机构直线行走影响 因素，对现有掘进机履带行走机构特征进行分析概 况，以E B H 3 1 5 掘进机为研究对象，计算其接地比压 和行走功率，最终提出了履带行走机构优化改进方 案。文献[ 5 ] 提出了一种针对S 1 0 0 型掘进机行走部 的接地比压以及行走功率的估算公式，为掘进机设计 和研究提供了参考。文献[ 6 ] 对E B H 一1 3 2 型掘进机 接地比压及有效长度进行了计算，为设计和研究人员 确定掘进机行走阻力、转向阻力以及行走功率提供参 考。文献[ 7 ] 以E B z 一1 3 5 型悬臂式掘进机为研究对 象，通过理论分析和虚拟样机仿真技术手段，对掘进 机履带行走的动力学特性进行研究。通过横向偏心 距、纵向偏心距概念的引入，研究重心偏移对掘进机 接地比压的影响。根据不同接地比压分布情况研究 掘进机行走驱动系统的阻力矩，为E B z 一1 3 5 型悬臂 式掘进机行走机构优化和改进提供参考。上述文献 中针对掘进机接地比压研究时没有考虑掘进机重心 偏移以及后支撑载荷、巷道倾角等因素对于接地比压 分布的影响。 掘进机横摆工况下接地比压除了与自身质量和 履带长度、宽度等自身参数有关外，还与截割部横摆 角度a 、纵向角度口、巷道纵向倾角p 以及后支撑载荷 F ．等外界影响因素有关。为此，笔者首先对掘进机 横摆工况进行分析，确定掘进机与巷道底板接触部件 与载荷构成，再分别针对各接触载荷进行计算。确定 不同工况下掘进机重心坐标，推导考虑不同截割部横 摆角度、纵向角度、巷道纵向倾角以及后支撑载荷情 况下掘进机履带接地比压分布公式。 1 工况分析 横摆截割煤岩是掘进机主要工况之一，掘进机横 摆截割煤岩时，在反作用力作用下，掘进机机身有可 能会发生扭摆，这与截割载荷、履带与底板摩擦力等 有关，而摩擦力由巷道底板摩擦因数以及掘进机接地 比压等决定，因此研究横摆工况下掘进机接地比压对 于预测和判断横摆截割煤岩时掘进机机身扭摆至关 重要叫⋯。掘进机接地比压是指掘进机接地部件单 位面积上承受的法向载荷。掘进机接地比压决定了 掘进机通过性和工作稳定性，是确定掘进机与地面附 着力矩的基础。 如果掘进机的工作重力与垂直外载荷二者的合力 在地面的投影与掘进机履带接地部分几何中心重合时， 则履带的接地比压分布是均匀的。通常工程上使用两 条履带的平均接地比压估算掘进机的接地比压p 。 旷盖 1 式中，G 为掘进机的工作重力与垂直外载荷的合 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 力，七Ⅳ；， 为履带条数；6 为履带宽度，1 1 ；L 为履带与 地面接触部分的长度，n 。 工程上使用2 条履带的平均接地比压估算掘进 机的接地比压显然是不准确的。首先掘进机的工作 重力与垂直外载荷2 者的合力在地面的投影与掘进 机履带接地部分几何中心很难重合，因此2 条履带承 受的载荷一般是不同的。再者由于重心的偏移以及 后支撑的作用使得履带并不能完全与地面接触或者 即使接触了，但是并不承受载荷。因此有必要研究各 种工况下掘进机的接地比压极值以及分布情况， 忽略掘进机横摆截割时垂直载荷波动对于接地 比压的影响，那么掘进机横摆时主要由于质量较大的 截割部在不同的纵向角度下左右摆动时会影响掘进 机整体的质量在x z 平面上的分布，即重心位置的改 变，从而影响接地比压。 掘进机接地载荷组成如图l 所示，掘进机与巷道 底板接触部件主要有5 部分①铲板； ②左履带；③ 右履带 左后支撑；⑤右后支撑。在此认为左右 后支撑与巷道底板的接触载荷完全来源于液压缸的 载荷，其重量由履带板传递至底板H 引。首先需要 确定各部分承担的载荷，然后除以各自接地面积即可 得到接地比压。 图】掘进机接地载衙组成 F 唔l 湘L l n d i l l gl o a d ⋯1 1 } ‘柚i J 1 1o f I l i l 1 h r a 【h 在此认为左右后支撑与巷道底板的接触载荷完全 来源于液压缸的载荷，其重量由履带板传递至底板。 铲板的重量一部分由左右履带承担并传递至底板，另 一部分通过铲板与底板接触的地面承担。笔者主要分 析截割部横摆角度d 、纵向角度口、巷道纵向倾角臼以 及后支撑载荷几对掘进机接地比压分析的影响。 2 掘进机重心坐标确定 掘进机截割部横摆时，掘进机的重心会随着截割 部位置变化而变化，由于掘进机结构复杂不规则，难 以推导其重心位置，因此本文使用S o l i d w t w k s 按照图 纸建立掘进机模型，并使用软件自动计算不同截割部 横摆角 一3 0 。～3 0 。 和纵向角度 一3 0 。～3 0 。 情况下 掘进机的重心位置 取截割部回转台圆心为坐标原 点，掘进机横向方向为x 轴，掘进机纵向方向为y 轴，并且掘进机右侧为x 轴正方向，掘进机后方为y 轴正方向 。 使用M A T L A B 的c f t o o I 拟合工具对上述得到不 同截割横摆角和纵向角度对应的掘进机重心数据进 行拟合，以便于扩展到其他横摆角和纵向角度情况下 掘进机的重心位置。得到掘进机重心坐标 戈‰， 叠， 随横摆角d 和纵向角度口的拟合曲线 曲面 如图 2 所示。 f ．Y 。， 一1 4 ．0 4 一 2 ．2 9 6 P 一1 0 卢 5 ．7 6 2 仪 ‰ 4 ．0 8 邻 1 1 5 8 l 盈J 一l0 4 4 一o ．12 99 卢 o ．o o o1 8 07 d 一 【 0 ．0 3 38 8 p 二 1 ．2 7 5 P l1 卢d 一0 ．0 5 08 4 d 2 由掘进机的重心位置拟合数据可知，重心位置， 轴坐标是跟随纵向角度口线性变化，重心位置戈和 轴坐标均与横摆角“和纵向角度口有关。 S 曼 竖 剖 目 摹 ，j 嘣 。 翅 嘿 暑 E 蠖 剥 辑 0 唰 一 划 蛏 E E 肇 剖 撂 0 删 暴 捌 墨 5 0 0 0 5 0 O O 5 0 a 掘进机重心』轴坐标拟合曲面 截割部纵向角度“。 b 掘进机重一【妙轴坐标拟合曲线 c 掘进机重心轴啦标拟合曲面 图2 掘进机重心坐标拟合曲线 曲面 F i g ．2F i t t i l l gc u r v P s L lr f a c e o fg l ’a v j l yc e n t e rc o o r { i f l a l P 【l f m a 1 h e a 1 e r 万方数据 第8 期李腾达等横摆戡割工况掘进机履前’接地比胍分卉j 规律 3 0 0 9 3 铲板接地载荷计算 铲板的重力一部分由左右履，带承担并传递至底 板，另一部分通过铲板与底板接触的地面承担，即接 地载荷。忽略铲板升降油缸对铲板接地载衙的影响， 考虑底板倾斜角为臼，则铲板接地载荷受力简图如图 3 所示，其中，G 。，为铲板重力；F 。川为铲板铰接点l ， 向载荷；L ⋯㈨为铲板铰接点到铲板与地面接触点的 距离； ．，为铲板与地面的摩擦力；h 以h } 为铲板铰 接点到铲板重心的距离；L 1 _ 以∥为铲板铰接点到地面 的距离；L ∽。一为铲板与地面接触点到铲板重心的距 离；“为左侧后支撑载荷；，艟为右侧后支撑载荷； 日为2 条履带中心距。 分别对点4 。，，和点B 。，取平衡力‘程，可计算得到 铲板接地载荷F 。⋯及由掘进机机身承担的铲板部分 垂直载荷F ．㈨， F 。撇 G f F ，l F 。⋯z G ，c o s 口 | ，1 G 。h s i l lp F “㈣ { F 。h l LL ∥‘一2 4 L t 以I ，z G H ，h 以一“ sp 3 h 删L 。∥。∥～H 肼h ∥。，， 等G 。。 罔3 铲板接地载荷受力简图 g ．3 洒1 1 1 ff 【J r 1 Pa ‘t i l l go n 咖MJ 1 1 a l P “ ⋯ I i f l gl ㈨l 解上述方程组，得到考虑底板倾斜角为口情况 下，铲板接地载荷F ．㈧以及由掘进机机身承担的铲 板部分垂直载荷F H 舢 L j 。 ，f _ | ．z L l _ ，，B 。，l L ∽| J t I ． c 。s 臼 L l l 。n 1 ．} L 1 ．，．n 。．z s j n 口一L n 。，i 。】￡{ 。，月。．z ／c 。sp ， ‰E ∥～l { ∥一一 4 ￡r J 川r _ L 1 ．，L 1 ，村．h z ／ o sp L 。4 H ，B H ，r ￡r I ．肛．I ，} 一L l 川．H H ．1 c o sp L4 ，I ，矗．，LL 1 ．仃“，z s i np 4 掘进机接地比压计算 设回转台圆心O 点为掘进机的几何中心，以D 点建立直角坐标系似∥1 4 l 。一般情况下掘进机重心 D ’总是在是直角坐标系D x y 四个象限一} I 的1 个内， 此时设D ’到 ，轴的距离C 为掘进机横向偏心距，设 D ’到‘Y 轴的距离e 为掘进机纵向偏心距。 设左履带承受的重力为G 。没右履带承受的重力 为G 二，则左右履带承受的重力等于掘进机整机重量减 去地面承受铲板的部分重量，考虑底板倾斜角为臼，则 G I G G G ．h m sp F H ，B ／ 5 对中心取矩可得 G 。一f 孚一c G ⅥJf 等 c 6 可解得左右履带承受的霞力 G ． 管 坠盟笋砥 盱 t 一管 堕≯_ ．二∽’ 如果掘进机重心存在横向偏心距c 即c ≠0 ， 则重心偏移的一侧履带承担的载荷G ．较大，如果不 存在横向偏心距C ，则左右履带承担载荷相等 左右 后支撑载荷一致时 。 如果掘进机重心不存在纵向偏心距 即e 0 ， 则两条履带的接地比压呈均匀分布，左右履带接地比 压为 ∥。I - 管 n k 一管 [ G G “， c o sp 尸“，Ⅳz 一2 F ⋯] 2 6 L [ G G } ， c o sp 2 6 L 式中，p ．．J 为左侧履带的平均接地比压；p ． I 为右侧履 带的平均接地比压。 根据文献[ 1 5 ] 中的研究，如果掘进机重心存在 纵向偏心距 即e ≠0 ，则两条履带的接地比压呈梯 形分布，如图4 所示。 图4呈梯形分布的掘进机履带接地比压 F i g ．4 ；r 儿1 1 1 1 j n g5 p e c i n cp 1 1 e s H L J l ’r fl ‘’ a 【1 1 1 e a I e l l 【’a 耐p 订l a rw i t l lt r a p e z o i J a lt №洲J u “ f 1 万方数据 3 0 1 0 煤炭学报2 0 2 0 年第4 5 卷 左、右履带接地比压最大、最小值为 一。Ⅵ。l 害 - 箐 [ G 一 ， c o s 口 F 。h ，∥一2 Fh 1 ] 2 6 ￡ 砘，诅I J _ 害 普 [ G G ， c o sp ，1 ‘M i z 一2 F ⋯] G ．P 彤 G ．e 9 2 6 L彤 熊Ⅵ 警 ，一韵 [ G G H ， c o sp F 。⋯z 一2 F h 2 ] G Ie 2 6 L彤 1。。。。。。。。。。。。。‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。‘。。‘。。。。。。。。。。。。。。。。。。。～ f1 0 、 熊，邓． l 一等 一管 一 [ G G ．h c o s 口 Fr I ，Ⅳz 一2 FJ 。二]G I e 秘1 l jW 式中，形为掘进机履带的接地平面模量，Ⅲ3 。， 形音丘工二地 等 ⋯， 由几何关系可求出左右履带任意一段的接地比 压为 叮得出 ￡ 1 2 一i 二堡2 生二兰 ￡ 其中，p 、为履带接地区段内任意位置的接地比压； ‰。、为履带的最大接地比压；，k 。为履带的最小接地 比压；y 为履带接地区段内．} ，方向任意长度；以。、为左 侧履带的最大接地比压；，矗．为左侧履带的最小接地 比压；p 慧为右侧履带的最大接地比压；，垲。为右侧 履带的最小接地比压；p 、1 为左侧履带接地区段内任 意位置的接地比压；p 为右侧履带接地区段内任意 位置的接地比压；n 为从回转中心前方履带接地长度 占整条履带接地长度的百分比，本文研究的掘进机n 取o ．1 6 65 ；J 。的定义域为[ 一a ￡， 1 一“ L ] ， 且p [ 一0 ．1 6 65 L ，0 ．8 3 35 L ] 。 土壤在偏置的压力作用下变形也是不均匀的，压 力大的地方变形大，压力小的地方变形小，因此其压 力变化应按如图5 所示的M ／、，连线正切方向变化。 J i 一 广雨f _ I 刮，援地比J 土横同力‘M 燹化 I ．’i g ．5 G l I l u n I 8 I P t ’i f i cv o l t a g et l ‘a n s v t ，I ‘s ed i I e c f i J n h a n g P 设履带内外侧相比履带中心的压力差为却㈠5 】 △ 扣∞ 告学 驴盒 饼 - 4 由图中局部放大图可以得出比例关系 学 玺 ㈤， 6 ／2 △，， 、 可以计算得到横向方向上 义轴方向 任意一点 的接地比压，综叮得出掘进机履带上任意一点的接 地比压计算公式 ∥。 p 、1 虮 1 一n 一寺m ．- 砘， 矗． 半 戈一等 p 1 I | 、 _ I 却l _ 1 一“一手 p ，曼、刊。 熊， 半卜导 1 6 式中，形为掘进机履带的接地平面模量；△为履带内 外侧的位移差；却为履带内外侧相比履带中心的压 力差；△p 。为履带任意位置相比履带中心的压力差； ，，、1 ．、为左侧履带上任意一点的接地比压；p 为右侧 履带上任意一点的接地比压。 掘进机横摆工况下接地比压除了与自身重量和 履带长度宽度等自身参数有关外，还与截割部横摆角 度仅、纵向角度口、巷道纵向倾角口以及后支撑载荷 n ，等外界影响因素有关。 5 实例数值计算 通过实例对本文研究的接地比压分布计算方法 进行说明，以国产E B z 3 0 0 型掘进机为研究对象进行 数值计算。通过查阅产品手册和技术图纸“ ] ，确 蔫生碱∥一儿∥～非 3 p p p p 一 一 l 呲 j 呲 p p ／【／【 、I-_-，、、I_J， E L 笠L 一 一 n Ⅱ 一 一 ，f●●__＼，，●●__＼ p p 万方数据 第8 期李腾达等横摆截割I 况掘进机履带接地比压分布规律 3 0 1 l 定各个主要参数数值，见表1 。 表1 计算参数 T a b l e1 C a l c u l a t i n gp a r a m e t e r s 参数名称数值 整机质量G ／k g 铲板部质量G H ／k g 履带接地长度L ／n 、 履带中心距B ／1 1 1 截割部横摆角∥ 。 后支撑载荷Fh l ，F h 2 ／k N 截割部纵摆角a ／ 。 巷道倾角∥ 。 履带宽度6 ／m L 仙h 川， ／m L ，⋯⋯，z ／m L ，⋯．} ／m L “l ，胁／m 9 80 0 0 8 ．4 5 6 37 8 1 ．9 8 3 3 ～3 3 5 0 1 0 0 2 5 3 8 0 一1 8 0 ．6 2 O ．3 9 2 0 ．8 4 6 1 ．4 5 9 l2 下面研究不同截割部横摆角度d 、纵向角度口、巷 O ．5 { 卷1 ．o 髑 1 5 O ．5 { 交1 ．o 躲 1 ．5 履带接地长度L ／m Ol 234 道纵向倾角矽以及后支撑载荷凡情况下接地比压 最大值、接地比压零值分界线以及履带内外侧相比履 带中心的压力差变化情况。不同计算实例的截割部 横摆角度d 、纵向角度启、巷道纵向倾角p 以及后支撑 载荷氏数值见表2 。不同计算实例得到的掘进机履 带接地比压如图6 所示。由不同计算实例计算结果 可知，掘进机接地比压最大值一般出现在掘进机履带 最前端，并且实例中接地比压最大值为0 ．3 1 2M P a ， 超过了E B z 3 0 0 掘进机说明书中计算的平均接地比 压o ．1 9 8M P a 。掘进机接地比压最小值一般出现在 掘进机履带后端。 表2 不同计算实例参数设置 T a b l e2 S e t t i n g so fd i 仃e r e n ti n s t a n c ep a r a m e t e r s O ．5 厘曼 篓蘧．o 运惴 1 ．5 0 ．5 ’叵E 篓交．o 迤糕 1 ．5 履带接地长度上／m Ol234 a 计算实例I 2 2 0 。，∥一3 0 。，6 『 O 。， l 0k N b 计算实例2 a 2 0 。，卢一1 5 。，臼 O 。， I Ok N 0 ．5 要 交1 o 懈1 ．5 O 5 { 强1 ．o 懈 1 ．5 c 计算实例3 a O 。，p O 。，日 5 。，R ． 5 0k N O ．5 { 卷1 0 懈 l 5 O ．5 乓 卷1 ．o 韫 1 ．5 匠 蜓 靼 嗖 垣 媛 靼 嗖 d 计算实例4 a O 。，卢 1 5 。，臼 5 。，R 1 5 0k N e 计算实例5 a 3 0 。，卢 l5 。，口 1 5 。， l 1 0 0k N f 计算实例6 口 3 0 。，卢 3 0 。，臼 l5 。， 。 1 0 0k N 图6 不同计算实例得到的掘进机履带接地比压 F i g 6C f ．0 u J l d i n gs p e c j f i cp I ’e s s u I ．eo fI ．o a d J l e a i e r ‘、r a w l e ro b t a i n e df l 舢1 1 1 i i f k l ’e n t a k - u l a l i o ne x a n l p i e s 詈 ～■■l 一■■l i ～■■Ii 一■『 苎一 ～『 ～■r 5 m 5 5 O 5 C 1 l 0 l 】 m ／日瑙憾 E 葛毯憾 孽一 一■■『 一■■r 匠颦靼喽 尽蜒栏哩 厘蜒招、喽 匠蜒靼嘤 尽蜒靼蜓 匠颦靼噗 万方数据 煤炭学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 为了清晰表明不同参数对掘进机接地比压的影 响。不同参数影响下掘进机履带接地比压最大值如 图7 所示。 蛊 蒌 蚓 _ K 嘧 幽 丑 舞 辎 时 山 主 j 粤 _ K 谥 出 丑 蠹 辎 蛊 善 迥 _ K 瑙 幽 丑 舞 辎 fa 不同的截割横、纵角度对接地比压最大值影响 巷道倾角纠 。 b 不同的巷道倾角对接地比压最大值影响 15 0 梦、 c 不同的后支撑载荷对接地比压最大值影响 图7 不同参数影响下掘进机履带接地比压最大值 F i g ．7 M a x i m u ms p e c i f i c9 1 ．o u n 1 i n g1 l ’e s s u r e fl r a c ko f 1 1 0 a 1 1 1 e a 1 e ri n f l L l e n ‘e 11 y 1 i f f e r e n tp a l a 【1 1 e t e r s 由不同的截割横纵角度对接地比压最大值影响 三维曲面图可知，掘进机截割部由最左端横摆至最右 端过程，即横摆角由一3 3 。至3 3 。过程中，左右履带接 地比压逐渐增大，并且有如下规律在一3 3 。至0 。的横 摆角时，左侧履带接地比压最大值要大于右侧履带； 在一0 。至3 3 。的横摆角时，右侧履带接地比压最大值 要大于左侧履带，主要是由于横摆角导致掘进机重心 偏移导致的。随着掘进机截割部纵向摆角的增加，履 带最前端的接地比压逐渐增加，两侧履带的接地比压 最大值逐渐增大。 在掘