采煤机端盘截齿排列及安装条件.pdf

第 18卷 第 4期 2008年 7月 黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 Journal ofH eilongjiang Institute of Science 2 黑龙江科技学院 机械工程学院 哈尔滨150027 摘 要 为了改善端盘截齿的受力状态 提高滚筒和截齿的使用寿命 根据端盘截齿的排列形 式及其切屑图 分析了截齿对煤岩块度和工作面粉尘的影响 讨论了截齿安装角度对滚筒受力状 态 截割比能耗以及端盘 截齿使用寿命的影响 确定了合理的角度范围 该研究可作为完善端盘 截齿设计 提高滚筒工作效率的理论依据 关键词 采煤机 端盘截齿 截齿排列 安装角 中图分类号 TD421 6文献标识码 A Drum plate pick arrangement and installation on shearer REN Changyu 1 YUX inwei2 1 Teaching AdministrationO ffice H eilongjiang Institute ofScience andT echnology 2 College ofM echanical Engineering Heilongjiang Institute ofScience andTechnology Harbin 150027 China Abstract Ai med at i mproving the force of drum plate picks an extending the service life of cutting drum and picks this paper is an analysis of the influence of drum plate picks on coal fragmentation de gree and work dus taccording to the pick arrangements and breakout patterns The paper discusses the relations of pick installing angle to cutting drum forces specific energy consumption and service life of drum plate and picks and gives reasonable range of pick installing angle The paper provides a theoretical basis for designing shearer s drum plate picks and i mproving the work efficiency Key words shearer drum plate pick pick arrangemen tinstalling angle 收稿日期 2008 04 11 作者简介 任昌玉 1961 男 辽宁省朝阳人 副教授 研究方向 机械设计理论及矿山机械 E ma i l renchangy sohu com 滚筒是采煤机上重要截割部件 承担全部截割任 务 消耗采煤机大部分功率 滚筒一般包括端盘 筒 毂 叶片 截齿 齿座和喷嘴等部分 端盘上截齿数量 多 密度大 截齿的安装与排列不仅影响工作面环境 截割比能耗 而且影响滚筒的使用寿命和工作效率 目前 国内外学者的研究主要集中在筒毂 叶片及其 截齿结构和排列方面 1 4 对于端盘截齿的研究却很 鲜见 笔者重点对端盘截齿的安装与排列加以分析 1 端盘截齿排列 滚筒结构的设计主要考虑其截煤和装煤效率 落煤块度 工作面粉尘量及截割比能耗等问题 由 于端盘靠近煤壁工作 截齿处于封闭截割状态 工作 条件恶劣 为改善截割条件 提高滚筒的工作效率 设计端盘时应遵循 1 采煤机自开缺口时 易于斜 向切入煤壁 端盘与煤壁接触面小 2 截齿受力 均匀 载荷波动小 尽量平衡部分轴向力 3 尽可 能减少工作面的粉尘量 因此 端盘截齿必须按照 一定要求排列 才能满足使用要求 1 1 端盘截齿 端盘宽度较滚筒宽度小 只有 100 140 mm 截 割宽度大约 80 120 mm 而截齿数量却很多 一般 是叶片截齿数的 1 2倍 根据端盘宽度的不同 可 布置 5 9条截线 由煤壁向采空区截线距逐渐增大 由于端盘较窄 截线数量少 端盘上截齿排列的形式 也较少 截齿齿尖呈弧形排列 使切屑厚度逐渐增 大 以改善最内侧截齿的截割条件 根据滚筒直径和 截割煤岩硬度的不同 可将端盘截齿分为 2 4组 每 组截齿交错排列 以避免煤岩被过度破碎 截齿排列常用截齿排列图表示 它是截齿齿尖 所在平面的展开 如图 1a所示 实线代表齿尖运动 的轨迹即截线距 实心黑点表示齿尖在端盘上的位 置 排列时 应使端盘截齿的 螺旋线 方向与滚筒 叶片旋向相反 以改善滚筒的受力状态 图 1 端盘截齿排列及其切屑图 Fig 1 Dru m plate picks arrange m ent and breakout pattern 图 1b为按照图 1a排列形式得到的切屑图 可 见 端盘截线距很小 由内向外逐渐增大 形成的切 屑面积也逐渐增大 端盘处的煤岩块度多为窄条 状 狭长的煤岩极易破碎 容易产生较多的粉尘 第 一条截线上的截齿处于全封闭截割状态 截齿受到 很大的截割阻力 磨损严重 由截槽的不对称形状 可知 其他截线上的截齿受力不均匀 存在侧向载 荷 易产生向煤壁的轴向力 可见 提高煤岩块度 降低粉尘量与提高端盘截齿寿命是相互矛盾的 很 难同时满足要求 因此 为保证采煤机的工作效率 在排布端盘截齿时应首先保证端盘截齿的使用寿命 和较小的轴向载荷 使靠近煤壁截线上的截齿数量 最多 以减小内侧截齿的切屑厚度和单齿受力 避免 内侧截齿过度磨损 在此基础上每组截齿应采取交 错排列方式 以改善切屑形状 尽量避免煤块因过于 狭长而碎裂成粉尘 显然 切屑形状不仅与截齿排列形式有关 而且 与滚筒的运行参数有关 结构一定的端盘 当排列 确定时 增大牵引速度 降低滚筒转速 能使切屑厚 度和体积增大 截槽面积较为 方正 此时截齿左 右两侧受力较均匀 破落煤岩不易碎裂 端盘处的产 尘量较少 因此 设计端盘截齿排列时应综合考虑 采煤机的工作环境和运行状况 以保证端盘在满足 使用性能的前提下获得较理想的煤岩块度 1 2 端面截齿 为了提高滚筒自开缺口能力 减小端盘端面与 煤壁的摩擦 某些端盘端面装有截齿 排列形式如图 2所示 截齿齿尖与滚筒回转的切线方向一致 更 易于切入煤壁 减小截割阻力 端面截齿排列得好 与坏直接影响着采煤机的能耗和受力状态 合理的 排列方式可使端部煤岩容易被破碎 避免端面与煤 壁过度摩擦 并能保证形成较规则的切屑 图 2 端面截齿排列形式 Fig 2 Dru m plate profile picks arrangement 由图 2可见 无论那种排列 中间序号的截齿都 248黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 第 18卷 分布在同一截圆上 端面的截齿数量及所在截圆大 小一般视滚筒直径和煤岩硬度而定 2 端盘截齿安装条件 采煤机滚筒一般都装有镐型截齿 安装截齿时 应尽量使外力作用到截齿锥角 内 以减小截齿所 受的弯矩 不易折断 此外 还应以端盘 齿座与煤 岩体不干涉为原则 安装角度不但要便于滚筒自开 缺口 而且能够抵消滚筒产生的部分轴向力 使载荷 波动较为平稳 保证滚筒的使用寿命 因此 端盘截齿自最边缘的截线起 截齿圆周切 向角 1和轴向旋转角 2逐渐减小 根据截齿倾斜 角的不同 分为 a齿 b齿 c齿 一般靠近煤壁 侧 a齿的 1为 50 55 2为 18 20 旋转方向为 煤壁侧 在每组端盘截齿中还应有一截齿向采空区 倾斜 20 30 以减小轴向力对采煤机的影响 避免 扎机 现象发生 截齿工作情况如图 3所示 图 3 截齿工作示意 Fig 3 Sche m atic ofwork picks 由图 3可知 端盘截齿实际安装角 由 1和 2 合成 截齿相对于截槽正截面有倾斜角度 截齿与正 截面的交线为椭圆 由图 3c可得截槽崩落线 和椭 圆方程 x1 tan y1 L cos 1 x 2 1 y1 cos 1cos 2 2 R 2 1 端盘截齿安装时 只有齿身投影的椭圆方程与 截槽崩落线相切 齿座和端盘才不与煤岩发生干 涉 5 即两曲线斜率相等为不干涉的极限条件 由 tan y1 R 2 cos 2 1cos 2 2 y1cos 1cos 2 得 y1 R cos 1cos 2tan 1 tan cos 2 1cos 2 2 因此 截齿工作时不干涉的条件为 x1 y1 x1 y1 2 由式 1 2 可得 端盘截齿安装时与煤岩不 干涉的判定条件为 L R cos 2 2 1 cos 2 1tan 2 其中 L为镐型截齿合金刀头外伸长度 R 为截齿刀 头半径 为煤岩崩落角 3 结束语 采煤机端盘宽度虽小 但截齿数量多 排列复 杂 安装角度多样 工作条件恶劣 对采煤机的受力 状态及滚筒寿命有着重要影响 因此 设计和制造 滚筒时 不能忽视端盘对采煤机的影响 配置端盘 截齿时 应根据采煤机的实际工况 确定端盘及端面 截齿的数量 排列形式和安装角度 以改善滚筒的受 力状态 提高滚筒和截齿的使用寿命 参考文献 1 郭迎福 采煤机螺旋滚筒截齿排列模式及其分析 J 湘潭矿 业学院学报 1995 21 5 30 37 2 王传礼 新型螺旋滚筒装煤性能的模拟研究 J 矿山机械 1999 8 17 19 3 T I RYAK IB In situ studies on service life and pick consumption characteristics of shearerdrums J Journal of the Sout