刮板輸送機(jī)橫向推移彎曲段力學(xué)計(jì)算模型研究1.doc

精品論文刮板輸送機(jī)橫向推移彎曲段力學(xué)計(jì)算模型研究1劉克銘，徐廣明 遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧阜新（123000） e-mail：摘要：本文探討了刮板輸送機(jī)溜槽推移時(shí)橫向彎曲形成的過(guò)程，以及支架橫向推移過(guò)程中， 彎曲段沿輸送機(jī)縱向移動(dòng)過(guò)程。并建立了其彎曲段力學(xué)計(jì)算模型，給出了其最小彎曲段溜槽 數(shù)、沿輸送機(jī)直段方向長(zhǎng)度和彎曲段防線長(zhǎng)度計(jì)算公式，為輸送機(jī)推移的力學(xué)計(jì)算奠定了基礎(chǔ)。刮板輸送機(jī)隨著煤壁的截割，會(huì)在支架的推移下，向煤壁方向推進(jìn)。在推進(jìn)的過(guò)程中，其推移阻力也會(huì)隨彎曲長(zhǎng)度、溜槽長(zhǎng)度、推移步距、推移支架結(jié)構(gòu)、底板狀況、鏈條張力等 諸多因素的影響。合理的建立其推移彎曲段力學(xué)模型，是保證其能正常推移和工作的先決條 件。關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；推移；彎曲中圖分類號(hào)：0. 引言刮板輸送機(jī)在輸送的過(guò)程中，隨著煤壁的推進(jìn)，輸送機(jī)也要隨之推進(jìn)。在推進(jìn)的過(guò)程中， 推移機(jī)構(gòu)不僅承受輸送機(jī)本身及載煤的重力，還要受其相鄰溜槽、推移溜槽節(jié)數(shù)、推移彎曲 段長(zhǎng)度等因素的影響。因此，建立其推移時(shí)的力學(xué)模型就顯得非常重要，它為我們計(jì)算推移 阻力、設(shè)計(jì)推移驅(qū)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)提供計(jì)算依據(jù)，為我們改進(jìn)輸送性能、進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè) 計(jì)提供保障，從而可以保證輸送機(jī)的正常運(yùn)行和工作 1。1. 橫向推移過(guò)程分析采煤機(jī)安裝在輸送機(jī)上并沿輸送機(jī)向某一個(gè)方向前進(jìn)割煤的過(guò)程中，在其后方輸送機(jī)也 在支架推力作用下向煤壁方向橫向推進(jìn)一個(gè)滾筒截深，即一個(gè)推進(jìn)步距 a，為采煤機(jī)反向割 煤做準(zhǔn)備2。如圖 1 所示，這樣輸送機(jī)就有兩個(gè)直段，在橫向相距一個(gè)步距，和一個(gè)如“s” 字母的長(zhǎng) lk 的彎曲段。圖 2 是輸送機(jī)在支架橫向推動(dòng)下，彎曲段形成和跟隨采煤機(jī)沿輸送 機(jī)方向前移過(guò)程圖。圖 1 輸送機(jī)推移彎曲示意圖fig.1schematic of bending scraper conveyor實(shí)際上輸送機(jī)機(jī)架與過(guò)渡槽為固定連接；過(guò)渡槽與中部槽、中部槽與中部槽間，由于受 到連接啞鈴的限制，沿輸送機(jī)縱向可有一定量的移動(dòng)，水平方向有一定量 轉(zhuǎn)角的活動(dòng) 連接（垂直方向也有一定量轉(zhuǎn)角），簡(jiǎn)化為在槽中間鉸接，如圖其鉸點(diǎn)為（01）、（12）、（23）并設(shè)鉸點(diǎn)處鉸接阻力矩為零。機(jī)架和過(guò)渡槽為一定型的整體 0，在一組支架橫向推移下克服阻力向前平移的同時(shí)，通1本課題得到遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院優(yōu)秀青年教師科研人選培養(yǎng)計(jì)劃，遼寧工程技術(shù)大學(xué)優(yōu)秀青年 科學(xué)研究基金 07-79 的資。- 5 -過(guò)過(guò)渡槽與 1 槽連接的鉸點(diǎn)（01）施力給 1 槽，克服其前移阻力并帶動(dòng) 1 槽繞另一端與 2槽連接的鉸點(diǎn)（12）順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)（不可能同時(shí)帶動(dòng)更多節(jié)中部槽，因?yàn)槟菚r(shí)要克服的阻 力較大）。在 1 槽轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，鉸點(diǎn)（12）為“固定”的鉸支點(diǎn)，鉸點(diǎn)（01）為與過(guò)渡槽鉸接 點(diǎn)。當(dāng) 0 整體前移至 a 處，在這兩個(gè)鉸點(diǎn)處一側(cè)啞鈴開(kāi)始受力，1 槽相對(duì)過(guò)渡槽和 2 槽的轉(zhuǎn) 角達(dá)到極限值，再不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí) 1 槽與過(guò)渡槽夾角為 ，形成一“定形”的整體 01。表示在某一個(gè)方向失去活動(dòng)度的連接點(diǎn)； 表示鉸接點(diǎn)；表示鉸支點(diǎn)圖 2 橫向推移過(guò)程圖fig.2 bending horizontal of scraper conveyor當(dāng) 01 整體平移前進(jìn)時(shí)，又使槽 2 繞“固定”的鉸支點(diǎn)（23）順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)鉸點(diǎn)（12）為 2 槽與 01 整體的鉸接點(diǎn)。當(dāng) 2 槽相對(duì) 3 槽轉(zhuǎn)到極限位置時(shí)（此時(shí) 2 槽相對(duì) 1 槽轉(zhuǎn) 角為 0），再不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)并與 3 槽形成夾角為 + 的一“定形”的整體（23）。接下去 01 整體平移前進(jìn)，23 整體繞“固定”鉸支點(diǎn)（34）轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)鉸點(diǎn)（12）為 01 整體與 23 整體 的鉸接點(diǎn)。當(dāng) 01 整體平移至 b 處時(shí)，再鉸點(diǎn) 12 和 34 處轉(zhuǎn)角達(dá)到極限值，此時(shí) 1、2、3、4 槽已明顯形成小“s”彎：1 和 2 槽在鉸點(diǎn)（123）和阻力作用下形成夾角為 的上凸形狀 并與機(jī)架和過(guò)渡槽稱為一體的一“定形”的整體 012；3、4 槽在鉸點(diǎn)（23）和阻力作用下形成 夾角為 + 的下凸形狀的一“定形”的整體 34。支架推移缸行至 d 處，當(dāng)行程 od 等于一個(gè)橫向推移步距時(shí)，形成輸送機(jī)最小彎曲段。 圖 2 中的最小彎曲段是由六節(jié)中部槽組成的。在最后的一段推移形成中，1，2，3 槽構(gòu)成相 鄰?qiáng)A角為 的一“定形”的上凸的整體，并與機(jī)架和過(guò)渡槽為一體 0123 平行前移，4，5，6 槽構(gòu)成相鄰?qiáng)A角為 + 的一“定形”的下凸的整體 456 繞“固定”的鉸支點(diǎn)（67）轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸點(diǎn)（34）為兩整體的鉸接點(diǎn)。 由彎曲段形成過(guò)程3可以看出： 由支架推力克服輸送機(jī)橫移阻力，在輸送機(jī)橫移過(guò)程中，開(kāi)始由一節(jié)中部槽構(gòu)成小“s”彎，發(fā)展擴(kuò)大到由推移步距和輸送機(jī)自身結(jié)構(gòu)確定的一定節(jié)數(shù)中部槽構(gòu)成的大“s”彎，形成 彎曲段。在彎曲段“s”彎形成和發(fā)展過(guò)程中有一明顯特征：“s”彎中有半數(shù)節(jié)中部槽構(gòu)成夾角為 的上凸的“定形”整體，另半數(shù)節(jié)中部槽構(gòu)成相鄰?qiáng)A角為 + 的下凸的“定形”整體。兩 者間以鉸點(diǎn)鉸接，上凸的整體平行橫移并通過(guò)鉸接點(diǎn)施力并帶動(dòng)下凸整體繞“固定”鉸點(diǎn)轉(zhuǎn) 動(dòng)。在彎曲段中所稱“定形”的整體是相對(duì)某一段推進(jìn)形成而言的，在整個(gè)推進(jìn)行程中這兩個(gè) 整體不斷在延伸擴(kuò)大變化的；當(dāng)然兩整體間的鉸接點(diǎn)也隨兩個(gè)整體變化而遞次改變的；所謂 “固定”鉸支點(diǎn)同樣也是不斷遞次轉(zhuǎn)移的。在支架推移過(guò)程中，隨推移形成增大，彎曲段不斷增長(zhǎng)，推移阻力也在增大，因而推移過(guò)程也是支架推力增大的過(guò)程，達(dá)終點(diǎn)時(shí)支架對(duì)輸送機(jī)作用力，因而彎曲段溜槽受力最大。2. 縱向推移過(guò)程分析當(dāng)一組作度架橫向推移機(jī)架和過(guò)渡槽形成輸送機(jī)彎曲段過(guò)程中，與彎曲段中部槽相連的 支架推移缸一般是部通液而被動(dòng)拉出的。當(dāng)過(guò)渡架形成終了，機(jī)架和過(guò)渡槽就形成了輸送機(jī) 的一個(gè)最小直段，而另一直段在彎曲段前方。這時(shí)遞次地給 1、2 槽支架推移缸通液推移， 直至推力達(dá)到能克服彎曲前移阻力時(shí)（此時(shí)可能是 1 架或 2 架或多架同時(shí)施力推移），彎曲 段沿輸送機(jī)縱向前移一節(jié)中部槽長(zhǎng)，如圖由（01）（67）位置移至（12）（78）位置。 當(dāng)接連遞次給支架推移缸通液，彎曲段沿輸送機(jī)縱向連續(xù)前進(jìn)，彎曲前方輸送機(jī)直段不斷減 短，后方直段不斷增長(zhǎng)，彎曲段沿輸送機(jī)縱向由一端移至另一端。彎曲段沿輸送機(jī)縱向前移與形成過(guò)程地運(yùn)動(dòng)形式還是有不同之處的5：此時(shí)支架推力是 直接作用在彎曲段上，如圖示是由 1 和 2 槽支架推移缸推移彎曲段的；相鄰槽間夾角為 的上凸“定形”整體沿支架推移方向繞“固定”的鉸支點(diǎn)（01）逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)（鉸點(diǎn)（01）在 這個(gè)方向是有自由度的），并通過(guò)鉸接點(diǎn)施力給相鄰槽間夾角為 + 的下凸一“定形”整體， 使之繞“固定”的鉸支點(diǎn)（78）順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如圖 2 所示的最小彎曲段使由偶數(shù)節(jié)中部槽構(gòu)成的（六節(jié)，并且第六節(jié)相對(duì)第七節(jié)槽間轉(zhuǎn)角剛好已達(dá)極限值）。當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值之和小于 時(shí)鉸接點(diǎn)為（34），大于 時(shí)鉸 接點(diǎn)為（45）。當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值之和為 時(shí)發(fā)生鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)換，同時(shí)兩個(gè)“定形”的整體液 改變。如果最小彎曲段是由奇數(shù)節(jié)中部槽構(gòu)成的，鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)換及彎曲段解雇歐變化是發(fā)生在 這一步結(jié)束下一步開(kāi)始時(shí)或者是這一步過(guò)程中。最小彎曲段溜槽數(shù)近似為是使下式成立的最小正整數(shù)nmin ：2 cos1cos 2al + btg sin 2nmin 2 1 式中：l中部槽長(zhǎng)（mm）；b-中部槽寬（mm）； 中部槽間水平允許轉(zhuǎn)角（0）；a輸送機(jī)推移步距（mm）。3. 推移彎曲計(jì)算力學(xué)模型通過(guò)上述分析，橫向推移彎曲段受力計(jì)算做如下簡(jiǎn)化67：彎曲段上凸的“定形”整體段 簡(jiǎn)化為通常單向承受負(fù)彎矩的直桿 bc，彎曲段下凸的“定形”整體段簡(jiǎn)化為通常單向承受正 彎矩的直桿 cd，兩段直桿在 c 點(diǎn)鉸接；溜槽以計(jì)算長(zhǎng)度均布在直桿上；彎曲段所受推移阻 力與直桿垂直。圖 3 為輸送機(jī)橫向推移彎曲段受力計(jì)算力學(xué)模型圖。上圖為輸送機(jī)端部彎曲段力學(xué)模 型：abc 為主動(dòng)平移桿件，cd 為被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿件，c 為兩桿件鉸接點(diǎn)，d 為 cd 桿件轉(zhuǎn)動(dòng)固 定鉸支點(diǎn)。模型的溜槽數(shù)：nbd = nmin圖 3 彎曲段力學(xué)計(jì)算模型fig.3 mechanical calculation model of bending scraper conveyor沿輸送機(jī)直段方向長(zhǎng)度為：nmin l ，沿輸送機(jī)彎曲方向長(zhǎng)度：bd =bc 段溜槽數(shù)nbc ,長(zhǎng)度 bc ,cd 段溜槽數(shù)ncd ,則長(zhǎng)度 cd ：nmin 為偶數(shù)時(shí)：(nmin l )2 + a2 ，nmin 為奇數(shù)時(shí)：nn 1 nbccd2minnmin 1bc cd 1 bd2nmin + 1nbc 2ncd 2bc nmin 1 bd2nmincd nmin + 1 bd2nmin建立輸送機(jī)中部彎曲段力學(xué)模型。bc 為主動(dòng)平移桿件，cd 為被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿件，c 為兩 桿件鉸接點(diǎn)，b 和 d 分別為 bc 和 cd 桿件轉(zhuǎn)動(dòng)固定鉸支點(diǎn)。模型的溜槽數(shù)nbd = nmin 1沿輸送機(jī)直段方向長(zhǎng)度為：（nmin + 1)l沿輸送機(jī)彎曲方向長(zhǎng)度： bd =nmin 為奇數(shù)時(shí)：(nmin+ 1)l2 + a2nmin 為偶數(shù)時(shí)：nbc ncd nmin + 12bc cd 1 bd2nbc nmin + 22ncd nmin24. 結(jié)論bc nmin + 2 bd2(nmin + 1)cd nminbd2(nmin + 1)本文分析了刮板輸送機(jī)推移時(shí)橫向彎曲形成過(guò)程并建立了橫向彎曲的計(jì)算力學(xué)模型；給出了刮板輸送機(jī)推移時(shí)縱向力形成過(guò)程，并得到了計(jì)算縱向力的力學(xué)模型。 建立的計(jì)算橫向力、縱向力的數(shù)學(xué)模型為進(jìn)一步分析輸送機(jī)推移過(guò)程受力狀況奠定了一定的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 王莉英等著，刮板輸送機(jī)預(yù)張力對(duì)輸送機(jī)性能的影響j，山西煤炭，20022 王玉梅，國(guó)內(nèi)外刮板輸送機(jī)可伸縮機(jī)尾裝置述評(píng)j，煤礦機(jī)械，2001（11）3 h.linke，工程師，威斯特伐亞公司采煤設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)，張家口煤機(jī)廠譯4 劉克銘，2005 刮板輸送機(jī)的力學(xué)研究：碩士論文， 遼寧：遼寧工程技術(shù)大學(xué)5 王莉英等著，刮板輸送機(jī)預(yù)張力對(duì)輸送機(jī)性能的影響j，山西煤炭，20026 石國(guó)祥、于汪洋主編，刮板和埋刮板輸送機(jī)m，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 7 王玉梅，國(guó)內(nèi)外刮板輸送機(jī)可伸縮機(jī)尾裝置述評(píng)j，煤礦機(jī)械，2001（11）the calculation model research of afc lateral bendingliu keming, xu guangmingliaoning technical university liaoning fuxin (123000)abstractthis article discusses the scraper conveyor chute at over the course of the formation of lateral bending,as well as support over the course of cross-cutting, bending vertical section along the conveyor moving. and the establishment of a curved section of its mechanical calculation model, given its minimum bend paragraph chute, conveyor along the straight section length and direction of the curved line of paragraph length of the formula for the conveyor over the mechanics laid the foundation for the calculation.afc as the walls of the coal cutting, will support the passage under the direction of advancing to the coal wall. in advance, the resistance will be over with the length of the bend, the length of the chute, step over and over support structure, floor conditions, the chain tension