刮板输送机横向推移弯曲段力学计算模型研究1.doc

精品论文刮板输送机横向推移弯曲段力学计算模型研究1刘克铭，徐广明 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新（123000） e-mail：摘要：本文探讨了刮板输送机溜槽推移时横向弯曲形成的过程，以及支架横向推移过程中， 弯曲段沿输送机纵向移动过程。并建立了其弯曲段力学计算模型，给出了其最小弯曲段溜槽 数、沿输送机直段方向长度和弯曲段防线长度计算公式，为输送机推移的力学计算奠定了基础。刮板输送机随着煤壁的截割，会在支架的推移下，向煤壁方向推进。在推进的过程中，其推移阻力也会随弯曲长度、溜槽长度、推移步距、推移支架结构、底板状况、链条张力等 诸多因素的影响。合理的建立其推移弯曲段力学模型，是保证其能正常推移和工作的先决条 件。关键词：刮板输送机；推移；弯曲中图分类号：0. 引言刮板输送机在输送的过程中，随着煤壁的推进，输送机也要随之推进。在推进的过程中， 推移机构不仅承受输送机本身及载煤的重力，还要受其相邻溜槽、推移溜槽节数、推移弯曲 段长度等因素的影响。因此，建立其推移时的力学模型就显得非常重要，它为我们计算推移 阻力、设计推移驱动执行系统提供计算依据，为我们改进输送性能、进行结构分析和优化设 计提供保障，从而可以保证输送机的正常运行和工作 1。1. 横向推移过程分析采煤机安装在输送机上并沿输送机向某一个方向前进割煤的过程中，在其后方输送机也 在支架推力作用下向煤壁方向横向推进一个滚筒截深，即一个推进步距 a，为采煤机反向割 煤做准备2。如图 1 所示，这样输送机就有两个直段，在横向相距一个步距，和一个如“s” 字母的长 lk 的弯曲段。图 2 是输送机在支架横向推动下，弯曲段形成和跟随采煤机沿输送 机方向前移过程图。图 1 输送机推移弯曲示意图fig.1schematic of bending scraper conveyor实际上输送机机架与过渡槽为固定连接；过渡槽与中部槽、中部槽与中部槽间，由于受 到连接哑铃的限制，沿输送机纵向可有一定量的移动，水平方向有一定量 转角的活动 连接（垂直方向也有一定量转角），简化为在槽中间铰接，如图其铰点为（01）、（12）、（23）并设铰点处铰接阻力矩为零。机架和过渡槽为一定型的整体 0，在一组支架横向推移下克服阻力向前平移的同时，通1本课题得到辽宁工程技术大学机械工程学院优秀青年教师科研人选培养计划，辽宁工程技术大学优秀青年 科学研究基金 07-79 的资。- 5 -过过渡槽与 1 槽连接的铰点（01）施力给 1 槽，克服其前移阻力并带动 1 槽绕另一端与 2槽连接的铰点（12）顺时针方向转动（不可能同时带动更多节中部槽，因为那时要克服的阻 力较大）。在 1 槽转动过程中，铰点（12）为“固定”的铰支点，铰点（01）为与过渡槽铰接 点。当 0 整体前移至 a 处，在这两个铰点处一侧哑铃开始受力，1 槽相对过渡槽和 2 槽的转 角达到极限值，再不能相对转动，此时 1 槽与过渡槽夹角为 ，形成一“定形”的整体 01。表示在某一个方向失去活动度的连接点； 表示铰接点；表示铰支点图 2 横向推移过程图fig.2 bending horizontal of scraper conveyor当 01 整体平移前进时，又使槽 2 绕“固定”的铰支点（23）顺时针方向转动，此时铰点（12）为 2 槽与 01 整体的铰接点。当 2 槽相对 3 槽转到极限位置时（此时 2 槽相对 1 槽转 角为 0），再不能相对转动并与 3 槽形成夹角为 + 的一“定形”的整体（23）。接下去 01 整体平移前进，23 整体绕“固定”铰支点（34）转动，此时铰点（12）为 01 整体与 23 整体 的铰接点。当 01 整体平移至 b 处时，再铰点 12 和 34 处转角达到极限值，此时 1、2、3、4 槽已明显形成小“s”弯：1 和 2 槽在铰点（123）和阻力作用下形成夹角为 的上凸形状 并与机架和过渡槽称为一体的一“定形”的整体 012；3、4 槽在铰点（23）和阻力作用下形成 夹角为 + 的下凸形状的一“定形”的整体 34。支架推移缸行至 d 处，当行程 od 等于一个横向推移步距时，形成输送机最小弯曲段。 图 2 中的最小弯曲段是由六节中部槽组成的。在最后的一段推移形成中，1，2，3 槽构成相 邻夹角为 的一“定形”的上凸的整体，并与机架和过渡槽为一体 0123 平行前移，4，5，6 槽构成相邻夹角为 + 的一“定形”的下凸的整体 456 绕“固定”的铰支点（67）转动，铰点（34）为两整体的铰接点。 由弯曲段形成过程3可以看出： 由支架推力克服输送机横移阻力，在输送机横移过程中，开始由一节中部槽构成小“s”弯，发展扩大到由推移步距和输送机自身结构确定的一定节数中部槽构成的大“s”弯，形成 弯曲段。在弯曲段“s”弯形成和发展过程中有一明显特征：“s”弯中有半数节中部槽构成夹角为 的上凸的“定形”整体，另半数节中部槽构成相邻夹角为 + 的下凸的“定形”整体。两 者间以铰点铰接，上凸的整体平行横移并通过铰接点施力并带动下凸整体绕“固定”铰点转 动。在弯曲段中所称“定形”的整体是相对某一段推进形成而言的，在整个推进行程中这两个 整体不断在延伸扩大变化的；当然两整体间的铰接点也随两个整体变化而递次改变的；所谓 “固定”铰支点同样也是不断递次转移的。在支架推移过程中，随推移形成增大，弯曲段不断增长，推移阻力也在增大，因而推移过程也是支架推力增大的过程，达终点时支架对输送机作用力，因而弯曲段溜槽受力最大。2. 纵向推移过程分析当一组作度架横向推移机架和过渡槽形成输送机弯曲段过程中，与弯曲段中部槽相连的 支架推移缸一般是部通液而被动拉出的。当过渡架形成终了，机架和过渡槽就形成了输送机 的一个最小直段，而另一直段在弯曲段前方。这时递次地给 1、2 槽支架推移缸通液推移， 直至推力达到能克服弯曲前移阻力时（此时可能是 1 架或 2 架或多架同时施力推移），弯曲 段沿输送机纵向前移一节中部槽长，如图由（01）（67）位置移至（12）（78）位置。 当接连递次给支架推移缸通液，弯曲段沿输送机纵向连续前进，弯曲前方输送机直段不断减 短，后方直段不断增长，弯曲段沿输送机纵向由一端移至另一端。弯曲段沿输送机纵向前移与形成过程地运动形式还是有不同之处的5：此时支架推力是 直接作用在弯曲段上，如图示是由 1 和 2 槽支架推移缸推移弯曲段的；相邻槽间夹角为 的上凸“定形”整体沿支架推移方向绕“固定”的铰支点（01）逆时针方向转动（铰点（01）在 这个方向是有自由度的），并通过铰接点施力给相邻槽间夹角为 + 的下凸一“定形”整体， 使之绕“固定”的铰支点（78）顺时针方向转动。如图 2 所示的最小弯曲段使由偶数节中部槽构成的（六节，并且第六节相对第七节槽间转角刚好已达极限值）。当两个转角绝对值之和小于 时铰接点为（34），大于 时铰 接点为（45）。当两个转角绝对值之和为 时发生铰接点转换，同时两个“定形”的整体液 改变。如果最小弯曲段是由奇数节中部槽构成的，铰接点转换及弯曲段解雇欧变化是发生在 这一步结束下一步开始时或者是这一步过程中。最小弯曲段溜槽数近似为是使下式成立的最小正整数nmin ：2 cos1cos 2al + btg sin 2nmin 2 1 式中：l中部槽长（mm）；b-中部槽宽（mm）； 中部槽间水平允许转角（0）；a输送机推移步距（mm）。3. 推移弯曲计算力学模型通过上述分析，横向推移弯曲段受力计算做如下简化67：弯曲段上凸的“定形”整体段 简化为通常单向承受负弯矩的直杆 bc，弯曲段下凸的“定形”整体段简化为通常单向承受正 弯矩的直杆 cd，两段直杆在 c 点铰接；溜槽以计算长度均布在直杆上；弯曲段所受推移阻 力与直杆垂直。图 3 为输送机横向推移弯曲段受力计算力学模型图。上图为输送机端部弯曲段力学模 型：abc 为主动平移杆件，cd 为被动转动杆件，c 为两杆件铰接点，d 为 cd 杆件转动固 定铰支点。模型的溜槽数：nbd = nmin图 3 弯曲段力学计算模型fig.3 mechanical calculation model of bending scraper conveyor沿输送机直段方向长度为：nmin l ，沿输送机弯曲方向长度：bd =bc 段溜槽数nbc ,长度 bc ,cd 段溜槽数ncd ,则长度 cd ：nmin 为偶数时：(nmin l )2 + a2 ，nmin 为奇数时：nn 1 nbccd2minnmin 1bc cd 1 bd2nmin + 1nbc 2ncd 2bc nmin 1 bd2nmincd nmin + 1 bd2nmin建立输送机中部弯曲段力学模型。bc 为主动平移杆件，cd 为被动转动杆件，c 为两 杆件铰接点，b 和 d 分别为 bc 和 cd 杆件转动固定铰支点。模型的溜槽数nbd = nmin 1沿输送机直段方向长度为：（nmin + 1)l沿输送机弯曲方向长度： bd =nmin 为奇数时：(nmin+ 1)l2 + a2nmin 为偶数时：nbc ncd nmin + 12bc cd 1 bd2nbc nmin + 22ncd nmin24. 结论bc nmin + 2 bd2(nmin + 1)cd nminbd2(nmin + 1)本文分析了刮板输送机推移时横向弯曲形成过程并建立了横向弯曲的计算力学模型；给出了刮板输送机推移时纵向力形成过程，并得到了计算纵向力的力学模型。 建立的计算横向力、纵向力的数学模型为进一步分析输送机推移过程受力状况奠定了一定的基础。参考文献1 王莉英等著，刮板输送机预张力对输送机性能的影响j，山西煤炭，20022 王玉梅，国内外刮板输送机可伸缩机尾装置述评j，煤矿机械，2001（11）3 h.linke，工程师，威斯特伐亚公司采煤设备设计手册，张家口煤机厂译4 刘克铭，2005 刮板输送机的力学研究：硕士论文， 辽宁：辽宁工程技术大学5 王莉英等著，刮板输送机预张力对输送机性能的影响j，山西煤炭，20026 石国祥、于汪洋主编，刮板和埋刮板输送机m，北京：机械工业出版社，1991 7 王玉梅，国内外刮板输送机可伸缩机尾装置述评j，煤矿机械，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