連續(xù)采煤機縱向穩(wěn)定性分析方法的比較

1、第26卷第6期 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報 2007年12月 V ol.26 No.6 Journal of Liaoning Technical UniversityDec. 2007收稿日期:2006-10-05基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(59774033;大型工礦裝備實驗研究中心開放基金資助項目(07-61 作者簡介:李曉豁(1953-,男,遼寧 錦州人,教授,主要從事現(xiàn)代機械設(shè)計理論與方法、機械系統(tǒng)建模與仿真、機電液一體化技術(shù)、大型工礦裝備動力學(xué)行為研究,E-mail:lixiaohuo 。本文編校:焦 麗文章編號:1008-0562(200706-0905-03連續(xù)采煤機縱向穩(wěn)定性

2、分析方法的比較李曉豁1,紀(jì)長林1,宋 震2(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 機械工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000;2. 中鐵十九局 二處,遼寧 沈陽 111003摘 要:為了找到一種更合理判斷連續(xù)采煤機穩(wěn)定性的方法,解決現(xiàn)有分析都是取滾筒上的作用力恒定、力的作用點不變來進行整機受力計算,通過求得傾翻力矩來討論機器的穩(wěn)定性誤差大的問題?？紤]了作用在連續(xù)采煤機滾筒上的力和力的作用點并非恒定不變,而是大小、方向和作用點都隨時間變化的。通過建立兩種情況的數(shù)學(xué)模型,并以某型連續(xù)采煤機為例,模擬得出了這兩種方法下連續(xù)采煤機的傾翻力矩曲線,并對兩種結(jié)果進行了對比分析,結(jié)果表明,現(xiàn)有的穩(wěn)定性分析方法是不準(zhǔn)確、且不能說

3、明問題的。關(guān)鍵詞:連續(xù)采煤機;切割;穩(wěn)定性中圖分類號:TD 421.5 文獻標(biāo)識碼:AComparison of the analysis methods for continuousminers longitudinal stabilityLI Xiao-huo 1,JI Changlin 1,SONG Zhen 2(1.College of Mechanical Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China;2. SecondDepartment, 19th China Railway Construction B

4、ureau Group, Shenyan 111003;ChinaAbstract :In order to find a new method to judge the stability of the continuous miner and solve the wrong way in analysis of the stability both certain force and certain position are considered, in this paper and overturning moment is calculated and discussed. But a

5、ctually, the fact is that they all change with time, therefore, with the method there must exit errors. In this paper, two mathematic models are set up and one continuous miner is taken as an example. Two overturning moment figures of two different methods are showed and compared. Result shows that

6、the method which is used now is not accurate and cant explain the question. Key words :continuous miner ;cut ;stability0 引 言縱向穩(wěn)定性是評價連續(xù)采煤機工作性能的一項重要指標(biāo),影響連續(xù)采煤機縱向穩(wěn)定性的因素有很多,而作用在連續(xù)采煤機滾筒上的載荷是引起連續(xù)采煤機工作過程不穩(wěn)定的主要原因?，F(xiàn)在,連續(xù)采煤機的穩(wěn)定性分析以滾筒上作用有大小和作用點不變的恒定力來考慮,實際上,作用在連續(xù)采煤機滾筒上的力其大小、方向和作用點都是隨時間變化的1-3。為了搞清兩種分析方法得到的結(jié)果是否相同,

7、分析確定兩者的差別,本文通過建立兩種情況的數(shù)學(xué)模型,并以某型連續(xù)采煤機為例,模擬得出了相應(yīng)情況下連續(xù)采煤機的縱向傾翻力矩曲線,并對兩種結(jié)果進行了對比分析,為搞清兩種分析方法產(chǎn)生的差別、為合理地選擇連續(xù)采煤機穩(wěn)定性的分析方法提供更充分的理論依據(jù)。 1 作用在連續(xù)采煤機滾筒上的載荷作用在連續(xù)采煤機滾筒上的載荷,是每一個瞬時參與截割的所有截齒受力的和,所以先研究單齒受力。 1.1 單齒受力滾筒在截割過程中,每個截齒(圖1取第i 個所受的力,可分解為截割阻力i Z 、牽引阻力i Y 和側(cè)向阻力i X ,分別為d y y i i s k tk h Bh b b AZ 100cos 13.035.0101

8、5.0+=遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報 第26卷906d y y i q i s k tk h Bhb b AK Y +=100cos 13.035.01015.0 t h c hc c Z X i i i /(321+=式中 A 為煤巖的截割阻抗,kN/cm ;i h 為第i 個截齒的切屑厚度,mm ;t 為截距,cm ;b 為截齒截刀寬度,cm ;B 為脆性程度指數(shù);1k 為煤層壓張、工作面暴露、截齒截角、尖齒形狀影響系數(shù);y 為單向抗壓強度,MPa ;d s 為截齒磨損面積,cm 2;y k 為接觸應(yīng)力單向抗壓強度比值;為截齒安裝軸線與截割機構(gòu)回轉(zhuǎn)平面的夾角,°q K 為作用在鋒利截齒

9、上的牽引阻力與截割阻力的比值;321,c c c 為切屑圖影響系數(shù)。 1.2 滾筒上載荷連續(xù)采煤機工作的某一瞬時,滾筒上n 個參與截割截齒受力的總和沿oabc 坐標(biāo)投影就是滾筒在此位置(時刻所受的鉛直阻力a R 、水平阻力b R 和軸向力c R (見圖1。 b圖1 滾筒受力Fig.1 forces on continuous minercos sin (1=pn i i i i i a Y Z R sin cos (1=pn i i i i i b Y Z R =pn i i c X R 1式中i 第i 個截齒相對于a 軸的角度,°。在不同時刻,力的作用點相對于滾筒中心的距離可按下式

10、求得an i ii ac R D a L p2sin 1=,an i ii ab R Ba L p=1,cn i ii ca R D c L p2sin 1=式中 D -滾筒直徑,cm ; i B 第i 個截齒處的截深。2 縱向傾翻力矩的數(shù)學(xué)模型連續(xù)采煤機在水平工作面自上向下截割時,整機受力如圖2。文章分滾筒上的力及其作用點變化和不變化兩種情況(分別為方法一和方法二確定傾翻力矩的計算方法。2.1 方法一這時,連續(xù)采煤機的縱向傾翻力矩(各載荷對A 點取矩111(cos (sin a ac b ab M R L b L R L h L =+式中,L 為連續(xù)采煤機的搖臂長度,m ;為搖臂與水平面的夾

11、角,°1b 為機身長度,m ;1h 為機身高度,m 。 2.2 方法二作用在滾筒上力取恒定值(取為截割過程滾筒載荷a R 、b R 的時間平均值av R ,bv R ,且作用點在滾筒中心(0,0=ab ac L L ,其縱向傾翻力矩211(cos (sin av bv M R L b R L h =+3 力矩模擬及定性分析方法比較下面以美國久益采礦設(shè)備公司的某型連續(xù)采煤機4為例,分別模擬計算其工作過程的傾翻力矩。模擬所用參數(shù)如下:7.2=L m ,3.31=b m,2.11=h m ,0.15<<0.32,模擬求ABab L L abL ac R aR bGNb 1h 1

12、圖2 連續(xù)采煤機受力分析Fig.2 analysis of forces on continuous miner第6期 李曉豁,等:連續(xù)采煤機縱向穩(wěn)定性分析方法的比較 907得兩種方法的縱向傾翻力矩如圖3。圖3 連續(xù)采煤機的傾翻力矩曲線Fig.3 overturning moment on continuous miner由圖3可知,兩種分析方法求得的連續(xù)采煤機縱向傾翻力矩曲線存在著統(tǒng)計規(guī)律性,即傾翻力矩隨滾筒自上而下擺動截割過程呈非線性變化,開始很長時間是上升過程,后來緩慢下降,這和作用在滾筒上的力相對于機器傾翻點的力矩的變化規(guī)律是一致的;但用第二種方法求得的傾翻力矩曲線是光滑的,而用第一種

13、方法得到的連續(xù)采煤機的傾翻力矩曲線在整個滾筒截割過程中存在明顯而且是很大的波動,這是由于在連續(xù)采煤機截割過程中,不僅滾筒上載荷的大小和方向隨機變化,而且其載荷的作用點也是隨機變化的,因此導(dǎo)致連續(xù)采煤機的縱向傾翻力矩必然也隨機變化;另外,在滾筒自上而下截割的任意瞬時,傾翻力矩相差很大,第一種方法求得的瞬時最大傾翻力矩是第一種方法的1.26倍,由此可見,用恒定載荷且載荷作用點不變的方法(方法二來分析確定連續(xù)采煤機的縱向穩(wěn)定性,其結(jié)論是不準(zhǔn)確、不可靠的。4 結(jié) 論通過用兩種方法對連續(xù)采煤機縱向穩(wěn)定性的分析比較表明:按照第二種方法,來研究連續(xù)采煤機的穩(wěn)定性,可能出現(xiàn)分析結(jié)果是穩(wěn)定的,而在實際工作中機器

14、仍會發(fā)生傾翻。用第一種方法進行穩(wěn)定性分析,雖然比較復(fù)雜、計算量大,但工況接近實際,結(jié)果更可信。為了比較兩種分析方法的正確性,文章只討論了連續(xù)采煤機在水平工作面上工作的情況,對于傾斜工作面,只要將數(shù)學(xué)模型中考慮煤層傾角就可以了。 參考文獻:1 李曉豁,趙岐剛.連續(xù)采煤機截割部的運動及力學(xué)分析J .黑龍江科技學(xué)院學(xué)報,2005,15(5:282-284.2 李曉豁,葛懷挺.連續(xù)采煤機截齒隨機載荷的數(shù)學(xué)模型J .中國工程機械學(xué)報,2006,4(3:262-264.3 李曉豁,麻曉紅,于信偉.連續(xù)采煤機滾筒載荷的計算機模擬J .礦山機械,2005,33(12:19-20.4 謝錫純,李曉豁.礦山機械與設(shè)備M.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2000 待發(fā)表文章 摘要預(yù)報 對數(shù)螺旋線齒錐齒面的形成及其方程確定李 強,翁海珊,王國平摘 要:提出了一種新型錐齒輪-對數(shù)螺旋線齒錐齒輪傳動形式,并以基曲線和基曲面滾動原理為基礎(chǔ),結(jié)合對數(shù)螺旋線極坐標(biāo)方程