连续采煤机纵向稳定性分析方法的比较

1、第26卷第6期 辽宁工程技术大学学报 2007年12月 V ol.26 No.6 Journal of Liaoning Technical UniversityDec. 2007收稿日期:2006-10-05基金项目:国家自然科学基金资助项目(59774033;大型工矿装备实验研究中心开放基金资助项目(07-61 作者简介:李晓豁(1953-,男,辽宁 锦州人,教授,主要从事现代机械设计理论与方法、机械系统建模与仿真、机电液一体化技术、大型工矿装备动力学行为研究,E-mail:lixiaohuo 。本文编校:焦 丽文章编号:1008-0562(200706-0905-03连续采煤机纵向稳定性

2、分析方法的比较李晓豁1,纪长林1,宋 震2(1.辽宁工程技术大学 机械工程学院,辽宁 阜新 123000;2. 中铁十九局 二处,辽宁 沈阳 111003摘 要:为了找到一种更合理判断连续采煤机稳定性的方法,解决现有分析都是取滚筒上的作用力恒定、力的作用点不变来进行整机受力计算,通过求得倾翻力矩来讨论机器的稳定性误差大的问题。考虑了作用在连续采煤机滚筒上的力和力的作用点并非恒定不变,而是大小、方向和作用点都随时间变化的。通过建立两种情况的数学模型,并以某型连续采煤机为例,模拟得出了这两种方法下连续采煤机的倾翻力矩曲线,并对两种结果进行了对比分析,结果表明,现有的稳定性分析方法是不准确、且不能说

3、明问题的。关键词:连续采煤机;切割;稳定性中图分类号:TD 421.5 文献标识码: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 言纵向稳定性是评价连续采煤机工作性能的一项重要指标,影响连续采煤机纵向稳定性的因素有很多,而作用在连续采煤机滚筒上的载荷是引起连续采煤机工作过程不稳定的主要原因。现在,连续采煤机的稳定性分析以滚筒上作用有大小和作用点不变的恒定力来考虑,实际上,作用在连续采煤机滚筒上的力其大小、方向和作用点都是随时间变化的1-3。为了搞清两种分析方法得到的结果是否相同,

7、分析确定两者的差别,本文通过建立两种情况的数学模型,并以某型连续采煤机为例,模拟得出了相应情况下连续采煤机的纵向倾翻力矩曲线,并对两种结果进行了对比分析,为搞清两种分析方法产生的差别、为合理地选择连续采煤机稳定性的分析方法提供更充分的理论依据。 1 作用在连续采煤机滚筒上的载荷作用在连续采煤机滚筒上的载荷,是每一个瞬时参与截割的所有截齿受力的和,所以先研究单齿受力。 1.1 单齿受力滚筒在截割过程中,每个截齿(图1取第i 个所受的力,可分解为截割阻力i Z 、牵引阻力i Y 和侧向阻力i X ,分别为d y y i i s k tk h Bh b b AZ 100cos 13.035.0101

8、5.0+=辽宁工程技术大学学报 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 为煤岩的截割阻抗,kN/cm ;i h 为第i 个截齿的切屑厚度,mm ;t 为截距,cm ;b 为截齿截刀宽度,cm ;B 为脆性程度指数;1k 为煤层压张、工作面暴露、截齿截角、尖齿形状影响系数;y 为单向抗压强度,MPa ;d s 为截齿磨损面积,cm 2;y k 为接触应力单向抗压强度比值;为截齿安装轴线与截割机构回转平面的夹角,°q K 为作用在锋利截齿

9、上的牵引阻力与截割阻力的比值;321,c c c 为切屑图影响系数。 1.2 滚筒上载荷连续采煤机工作的某一瞬时,滚筒上n 个参与截割截齿受力的总和沿oabc 坐标投影就是滚筒在此位置(时刻所受的铅直阻力a R 、水平阻力b R 和轴向力c R (见图1。 b图1 滚筒受力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 个截齿相对于a 轴的角度,°。在不同时刻,力的作用点相对于滚筒中心的距离可按下式

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 -滚筒直径,cm ; i B 第i 个截齿处的截深。2 纵向倾翻力矩的数学模型连续采煤机在水平工作面自上向下截割时,整机受力如图2。文章分滚筒上的力及其作用点变化和不变化两种情况(分别为方法一和方法二确定倾翻力矩的计算方法。2.1 方法一这时,连续采煤机的纵向倾翻力矩(各载荷对A 点取矩111(cos (sin a ac b ab M R L b L R L h L =+式中,L 为连续采煤机的摇臂长度,m ;为摇臂与水平面的夹

11、角,°1b 为机身长度,m ;1h 为机身高度,m 。 2.2 方法二作用在滚筒上力取恒定值(取为截割过程滚筒载荷a R 、b R 的时间平均值av R ,bv R ,且作用点在滚筒中心(0,0=ab ac L L ,其纵向倾翻力矩211(cos (sin av bv M R L b R L h =+3 力矩模拟及定性分析方法比较下面以美国久益采矿设备公司的某型连续采煤机4为例,分别模拟计算其工作过程的倾翻力矩。模拟所用参数如下:7.2=L m ,3.31=b m,2.11=h m ,0.15<<0.32,模拟求ABab L L abL ac R aR bGNb 1h 1

12、图2 连续采煤机受力分析Fig.2 analysis of forces on continuous miner第6期 李晓豁,等:连续采煤机纵向稳定性分析方法的比较 907得两种方法的纵向倾翻力矩如图3。图3 连续采煤机的倾翻力矩曲线Fig.3 overturning moment on continuous miner由图3可知,两种分析方法求得的连续采煤机纵向倾翻力矩曲线存在着统计规律性,即倾翻力矩随滚筒自上而下摆动截割过程呈非线性变化,开始很长时间是上升过程,后来缓慢下降,这和作用在滚筒上的力相对于机器倾翻点的力矩的变化规律是一致的;但用第二种方法求得的倾翻力矩曲线是光滑的,而用第一种

13、方法得到的连续采煤机的倾翻力矩曲线在整个滚筒截割过程中存在明显而且是很大的波动,这是由于在连续采煤机截割过程中,不仅滚筒上载荷的大小和方向随机变化,而且其载荷的作用点也是随机变化的,因此导致连续采煤机的纵向倾翻力矩必然也随机变化;另外,在滚筒自上而下截割的任意瞬时,倾翻力矩相差很大,第一种方法求得的瞬时最大倾翻力矩是第一种方法的1.26倍,由此可见,用恒定载荷且载荷作用点不变的方法(方法二来分析确定连续采煤机的纵向稳定性,其结论是不准确、不可靠的。4 结 论通过用两种方法对连续采煤机纵向稳定性的分析比较表明:按照第二种方法,来研究连续采煤机的稳定性,可能出现分析结果是稳定的,而在实际工作中机器

14、仍会发生倾翻。用第一种方法进行稳定性分析,虽然比较复杂、计算量大,但工况接近实际,结果更可信。为了比较两种分析方法的正确性,文章只讨论了连续采煤机在水平工作面上工作的情况,对于倾斜工作面,只要将数学模型中考虑煤层倾角就可以了。 参考文献:1 李晓豁,赵岐刚.连续采煤机截割部的运动及力学分析J .黑龙江科技学院学报,2005,15(5:282-284.2 李晓豁,葛怀挺.连续采煤机截齿随机载荷的数学模型J .中国工程机械学报,2006,4(3:262-264.3 李晓豁,麻晓红,于信伟.连续采煤机滚筒载荷的计算机模拟J .矿山机械,2005,33(12:19-20.4 谢锡纯,李晓豁.矿山机械与设备M.徐州:中国矿业大学出版社,2000 待发表文章 摘要预报 对数螺旋线齿锥齿面的形成及其方程确定李 强,翁海珊,王国平摘 要:提出了一种新型锥齿轮-对数螺旋线齿锥齿轮传动形式,并以基曲线和基曲面滚动原理为基础,结合对数螺旋线极坐标方程