采煤机镐形齿受力的计算机模拟分析
关键字：
镐形截齿/受力/数学模型
浏览次数：1208发表时间：2015-05-29 00:00:00.0
采煤机镐形齿受力的计算机模拟分析
王洪英
(鸡西大学，黑龙江鸡西158105)
摘要：以试验数据为基础，对采煤机镐形截齿实际工况的煤层和镐形截齿受力建立数学模型；对镐形齿受力进行计算机模拟，且模拟的曲线反映截齿随不同参数的变化。从而为分析截齿的失效形式、截齿加工和设计打下基础。
关键词：镐形截齿；受力；数学模型；计算机模拟
中图分类号：TD421．6 文献标志码：A 文章编号：1003-0794(2007)03-0051-03
Computerized Simulating Analysis of Force Bear of Pick- shaped
Cutter Gear Used on Coal Mining Machine
WANG Hong- ying
(Jixi University, Jixi 158105, China)
Abstract: Based on data, aims to set up the mathematical model of the working practice of the culler gear used on the coal mining machine working in coal layers and the three heating of the pick-shaped cutter gear. It lays a foundation for analyzing the failed outcome of the cutter gear, the manufacturing and designing of |he cutter gear through computerized simulating of the coal layer and force bearing of the pick-shaped gear and the simulating curve which indicates the change of cutter gear with different data.
Key words: pick-shaped cutter gear; force bearing; mathematical model; computerized simulating
0前言
采煤机工作时，镐形截齿的失效对采煤机工作负荷具有重大影响。只要其中一齿被严重破坏，就会使同一截线和相邻截线上的相邻截齿因负担过重而造成截割工况的恶化，负荷增大，使其提早报废。因此，需研究采煤机上的截齿受力，用计算机模拟截齿实际工作情况，解决在井下实验的防爆，并减少实验所用的经费。但已有的研究针对刀形齿，而现在采煤机应用的是镐形齿，所以研究镐形齿受力，解决实际生产问题。
1试验
(1)试验曲线
试验曲线如图1～图6所示。
(2)试验结果
由镐形齿与刀形齿的截割实验知，两者在锋利状态时，镐形齿的截割阻力比刀形齿的截割阻力大1倍左右；当截齿磨钝时，镐形齿的截割阻力与刀形齿的截割阻力基本相等。由此得出镐形齿较刀形齿的截割阻力的修正系数。而这种修正系数在建立镐形齿的截割力公式时，已从镐形齿的各种参数得到考虑。
2复杂煤层的计算机模拟
对采煤机截齿上的载荷进行模拟之前，应该对不同赋存条件的煤层构造进行模拟，即按照硬包裹体尺寸的分布规律，再现某一分布参数下的煤层构造情况，同时对含有夹石层的煤层进行模拟。
2．1 包裹体尺寸的分布规律
(1)包裹体的尺寸大小在长度方向分布厂(l)服从指数分布。
(2)包裹体尺寸大小在高度方向的分布f(W)，在包裹体较小情况下认为服从指数分布，其余情况则服从威布尔分布。
(3)从顶板到每个包裹体中心距离f(h)服从均匀分布或正态分布。
2．2拟定包裹体在煤层分布的算法
(1)模拟空间任一点的分布用直角坐标系X， Y，Z决定；空间本身则用线性尺寸Xmax，Ymax，Zmax来限定，它们相应地表示工作面长，滚筒的截宽和煤层厚度。
(2)任一包裹体在空间里的位置由其重心坐标 Xj，Yj，Zj决定。
(3)每一包裹体的几何形状都是具有轴Aj，Bj， Cj的旋转椭圆体(见图7)。长轴Aj和Bj相等且平行于XOY平面。轴Bj的取向顺着Y轴。包裹体及其尺寸在煤层里的分布规律是模拟随机量的Xj， Yj，Zj，Aj，Cj的基础。
(4)模拟包裹体分布的框图如图8。
在每个计算的循环里，按给定的算法计算第j个包裹体，可决定尺寸Aj，Cj和重心坐标Xj，Yj，Zj。总循环数决定于被破碎煤层给定体积里的包裹体的数量。
3截齿平均负荷和峰值负荷的数学模型
3．1 截齿平均负荷的数学模型
3．1．1 锐利截齿
(1)截割阻力
3．2截齿峰值负荷的数学模型
峰值负荷在计算采煤机螺旋滚筒和截齿以及传动部件的静强度时是非常重要的。因此，在实验研究的基础上，以岩石的接触强度为坚固性依据，计算截齿受力的平均峰值。
4模拟分析
从模拟结果看含夹石层的煤层，截齿载荷变化、峰值较大。同时这也将导致截齿的不同失效形式。当截割软岩或煤时截齿的失效形式主要是磨损。在初期，只有合金头受到磨损，随着工作时间的延长，截齿肩部与煤岩接触机会增多，因此，齿体也被磨损，而齿体的大量磨损容易造成合金头脱落或拔出，致使截齿最后无法使用。当截割较硬煤岩时，截齿的失效形式与上述形式差别很大，除正常磨损外，还有合金头脱焊、冲击断裂和疲劳损坏等。所以，截割较硬煤岩的截齿除对刀体要求耐磨外，还要求焊接牢固，刀体和齿尖要有一定的强度和抗冲击性能。通过对磨损分析，为了减少截齿脱焊、合金头断裂、齿体折断等失效的比例，应该认真考虑刀体及合金头的选择和加工工艺，提高合金头的抗冲击性能，并合理进行截齿排列。
参考文献：[1]李晓豁．掘进机截割头设计研究[M]．北京：中国华侨出版社，1997．
[2]李昌熙，等．采煤机[M]．北京：煤炭工业出版社，1998．
[3]王洪英．采煤机镐形齿与刀形齿截割力试验分析[J]．煤矿机械，2002．23(6)：29—31．
[4]穆静．镐形截齿受力分析[J]．煤矿机械．2000．21(8)：28—30．
