吳志強(qiáng)

(久益環(huán)球(天津)裝備制造有限公司，天津 300308)

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對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)改進(jìn)研究

吳志強(qiáng)

(久益環(huán)球(天津)裝備制造有限公司，天津 300308)

本文結(jié)合個(gè)人從事掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，剖析了掘進(jìn)機(jī)截割頭在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，并運(yùn)用仿真、驗(yàn)算方式，提出相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，以期為進(jìn)一步改善掘進(jìn)機(jī)截割頭的使用性能、延長(zhǎng)使用壽命，提供有益的鋪墊。

掘進(jìn)機(jī)；截割頭；設(shè)計(jì)改進(jìn)

掘進(jìn)機(jī)在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中其截割頭極易出現(xiàn)磨損問(wèn)題，不僅會(huì)大大降低掘進(jìn)機(jī)的整體生產(chǎn)能力與工作效率，還會(huì)給整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的順利運(yùn)行造成巨大困擾，進(jìn)而給施工企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)是必然趨勢(shì)。

1 掘進(jìn)機(jī)截割頭在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

據(jù)不完全數(shù)據(jù)調(diào)查分析，可以得知:在掘進(jìn)機(jī)截割頭的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)截割頭的偏磨問(wèn)題十分嚴(yán)重，以至于需要頻繁更換截齒，有時(shí)甚至還需要為截齒補(bǔ)焊齒座。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，截割頭的尾部也是發(fā)生磨損較為嚴(yán)重的部位，所以須定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。目前，許多掘進(jìn)機(jī)截割頭的實(shí)際切入性能較差，極易發(fā)生掘進(jìn)機(jī)過(guò)載停機(jī)的問(wèn)題，而且部分掘進(jìn)機(jī)的截割頭在截割煤炭的過(guò)程中，呈現(xiàn)出粉狀剝落狀態(tài)，截割效率十分低下。只有清楚了解并掌握掘進(jìn)機(jī)截割頭在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，才能夠?yàn)楹罄m(xù)設(shè)計(jì)改進(jìn)工作提供有益的鋪墊。

2 對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭進(jìn)行仿真分析與計(jì)算

以某掘進(jìn)機(jī)的截割頭為例，對(duì)其進(jìn)行仿真分析與計(jì)算。該掘進(jìn)機(jī)截割頭的參數(shù)如表1所示。

表1 截割頭具體參數(shù)

可以利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的截割頭進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。在計(jì)算機(jī)中輸入掘進(jìn)機(jī)與截割巖石的有關(guān)參數(shù)，采用仿真分析與計(jì)算的方法，對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的截齒排列情況實(shí)施研究，可以發(fā)現(xiàn):當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割頭與巖層之間的接觸壓力為300 MPa時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)截割頭就會(huì)完全切入，負(fù)載扭矩進(jìn)刀30 mm，扭矩值58.1 kN·m，此時(shí)的參數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)截割頭的實(shí)際承受扭矩。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)截割頭與巖層之間的接觸壓力為800 MPa時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)的截割頭也會(huì)完全切入，扭矩進(jìn)刀15 mm，扭矩值85.0 kN·m，為額定功率的2.27倍。具體情況如圖1、圖2所示。對(duì)上述兩種情況下的參數(shù)進(jìn)行分析，可以得知:掘進(jìn)機(jī)截割頭負(fù)載的不均衡性，會(huì)隨著掘進(jìn)機(jī)截割頭在巖層之中進(jìn)尺的增加而有所降低，為了更加直觀體會(huì)這一變化，筆者運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助編制了圖3。

圖1 側(cè)切30 cm切屑圖Fig.1 30 cm chip diagram of side cut

圖2 側(cè)切15 cm切屑圖Fig.2 15 cm chip diagram of side cut

圖3 切割頭不均衡性曲線Fig.3 Cutting head unbalanced curve

3 掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)改進(jìn)

結(jié)合上文應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助模擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的分析與計(jì)算，可以得知:要想進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)截割頭的實(shí)際使用效率，必須要對(duì)截齒的排列方式、截齒的部分角度進(jìn)行更改，進(jìn)而降低在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中截齒受到的磨損情況，使截割分布變得更加均勻。為了能夠進(jìn)一步降低截割頭在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)停機(jī)故障的幾率，在對(duì)截割頭進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)截割頭的實(shí)際作業(yè)情況與作業(yè)方式進(jìn)行仔細(xì)地觀察、考量，盡可能降低截割頭的直徑，使其始終低于截割電機(jī)的額定扭矩。為了進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)截割頭的實(shí)際切入性能，并且最大限度減輕截割頭尾部所遭受的磨損情況，應(yīng)該在深入研究截割頭截齒排列順序的基礎(chǔ)上，在保證截割頭尾部分的實(shí)際應(yīng)用性能不會(huì)受到影響的前提下，對(duì)截割頭頂部的截齒數(shù)量予以適當(dāng)增加。為了進(jìn)一步延長(zhǎng)截割頭的使用壽命，增強(qiáng)其耐磨性能，須足夠重視截割頭截齒材料的選擇，選擇耐磨性極強(qiáng)的合金材料。還應(yīng)在掘進(jìn)機(jī)的截割頭后部增加一定數(shù)量的耐磨板，從而降低在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中截割頭盤(pán)根處所遭受到的磨損。

實(shí)施設(shè)計(jì)改進(jìn)后的截割頭，其參數(shù)更改如下:直徑1 050 mm，長(zhǎng)度1 120 mm，截齒數(shù)量39個(gè)。

4 掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)改進(jìn)效果驗(yàn)證

對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)后的截割頭實(shí)施仿真分析，可以發(fā)現(xiàn):截割頭設(shè)計(jì)改進(jìn)后，其截割性能與截割效率有效提高，截割頭不僅能夠適應(yīng)更多的巖層環(huán)境，并且在實(shí)際運(yùn)行作業(yè)過(guò)程中更換截割頭的速度明顯降低，而正是截割頭實(shí)際使用壽命的提高，截割范圍的擴(kuò)大，使得截割頭的性能更加優(yōu)越，能夠提供更加優(yōu)質(zhì)的截割服務(wù)。同時(shí)，對(duì)截割頭進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)后，截割頭的截割磨損程度大大降低，耐磨性能有效提高，不僅有效確保了截割頭應(yīng)具有的完整性，也大大提高了截割頭的實(shí)際使用效率。筆者所提出的設(shè)計(jì)改進(jìn)建議，仍存在較大片面性，并未對(duì)所有的施工條件進(jìn)行周全考量，僅是希望通過(guò)筆者的闡述，為廣大同行在今后截割頭的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作上提供一定的幫助。

5 結(jié)語(yǔ)

正是因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)截割頭的工作效率直接決定了整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的工作效率、生產(chǎn)能力，所以，面對(duì)如今掘進(jìn)機(jī)截割頭在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所存在的問(wèn)題，掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)人員必須要加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，結(jié)合施工作業(yè)過(guò)程中存在的實(shí)際問(wèn)題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐，從而不斷地完善掘進(jìn)機(jī)截割頭的性能，切實(shí)延長(zhǎng)掘進(jìn)機(jī)截割頭的使用壽命，使其更好服務(wù)于掘進(jìn)工作，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

[1] 張夢(mèng)奇.截齒排布圓周角對(duì)縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)性能的影響[C]//煤礦機(jī)電一體化新技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展2012學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2012.

[2] 張?chǎng)?，李新?掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[C]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)煤礦電工專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2004.

[3] 李曉豁，賈凱.橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭載荷的模擬分析[C]//中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)煤礦電工專業(yè)委員會(huì)論文集，2008.

[4] 周游.EBZ45型掘進(jìn)機(jī)截割頭參數(shù)改進(jìn)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真分析[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2011.

[5] 李曉豁，劉鵬虎.部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)截割頭的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].黑龍江礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，10(03):23-26.

[6] 畢濤.關(guān)于掘進(jìn)機(jī)截割頭的改進(jìn)設(shè)計(jì)探討[J]山東工業(yè)技術(shù)，2015，(21):1.

Research on design improvement of cutting head of boring machine

WU Zhi-qiang

(Jiuyi Global (Tianjin) Equipment Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper analyzes the problems existing in the actual operation of the cutting head of the roadheader with the practical experience and related references of the excavator cutting head design work, and uses the simulation and checking method to put forward the corresponding improvement design scheme, hoping to provide reference for further improving the cutting performance of cutting machine head and extending its service life.

Boring machine; Cutting head; Design improvement

2017-03-07

吳志強(qiáng)(1981-)，男，碩士，機(jī)械工程師。

TD421.5

A

1674-8646(2017)10-0014-02