張雁珺

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團臺頭煤焦有限責任公司， 山西 臨汾 042199）

引言

在采煤過程中，連續(xù)采煤機發(fā)揮著很大的作用。在采煤機運行的過程中，最重要的部件就是截割滾筒。截割滾筒是采煤機消耗功率最大的一部分，煤礦的質(zhì)量與截割滾筒的運動參數(shù)有著很大的關(guān)系。所以，在對連續(xù)采煤機進行設(shè)計時，要著重設(shè)計截割滾筒這一部分。

1 連續(xù)采煤機中截割滾筒的運動方式

連續(xù)采煤機的運動方式和普通的單滾筒采煤機、雙滾筒采煤機都存在著不同之處，其有著自身獨特的運動方式。比如說：在對煤壁進行切割的過程中，連續(xù)采煤機的運行方式是機器行走，其方向是工作面，然后抬起截割滾筒的懸壁，等到割頭已經(jīng)走到工作面的頂部時機器停下，讓截割的懸臂進行擺動，這里要注意的是擺動的方向是自上而下的。然后讓機器截割到煤壁的底板平面后，機器向后退一個截深，最后將底板修理平整。這樣就完成了截割滾筒的一次工作。在截割滾筒的每一次工作任務(wù)過程中，截割滾筒完成的運動里都要有水平性的移動。其會繞著自己的軸線進行水平運動，并且其繞懸壁交接點還會繞著自己的軸線進行擺動。其原點就是采煤機的機身與截割懸臂的鉸接點，然后以行進方向為x軸，y軸就是鉛直的方向，以此來建立坐標系。所以，采煤機的滾筒進行截割運動時，運動的形式如圖1所示。

2 截齒運動的理論模型

2.1 截齒運動形式的軌跡

圖1 連續(xù)采煤機滾筒的運動簡圖

截齒運動方式的復雜性是由截割滾筒的復雜性決定的。比如說，在對截齒坐標的設(shè)計過程中，將xi、yi設(shè)為滾筒上第i個截齒的坐標。把v設(shè)為連續(xù)采煤機的移動速度，把ω1設(shè)為滾筒的角速度，把L設(shè)為截割懸臂的長度，把ω2設(shè)為連續(xù)采煤機擺動的角速度，截深則設(shè)為B，把截齒水平運動的坐標設(shè)為x0、y0。由此可以求出連續(xù)采煤機懸臂滾筒的齒輪運動的方程式如式（1）所示。

當截齒擺動時的初始坐標設(shè)為x0'和y0'時，則懸臂滾筒擺動的過程中，截齒運動的方程式如式（2）所示。

2.2 截齒的速度模型公式

在對截齒運動的軌跡方程求導數(shù)時，在任何的時刻得出的速度方程如式（3）所示。

而這時，截齒水平運動的速度則如式（4）所示。

在對每一時刻截齒水平運動的方程求解時，求出的速度方程式如式（5）所示。

這時，截齒擺動的速度公式如式（6）所示。

速度的方向則如式（7）所示。

2.3 在截割滾筒中截齒的加速度模型

在對任意時刻的截齒運動方式進行解答時，得出的加速度方程如式（8）所示。

這時，截齒的加速度的大小如式（9）所示。

在任意的時刻截齒運動的軌跡求得的二階導數(shù)的加速度方程式則如式（10）所示。

加速度的方向則如式11所示。

3 對于截齒運動進行實例分析

滾輪的截齒有多種不同的類型，本文以一個進口連續(xù)采煤機為例題，對其中的截齒進行分析[1]。

3.1 連續(xù)采煤機中截齒的運動軌跡

如圖2所示就是連續(xù)采煤機中截齒的運動軌跡。從圖中我們可以看出，水平的螺旋線就是滾筒在水平運動過程中的軌跡，擺動的螺旋線就是懸臂擺動時截齒運動的軌跡。我們通過對截齒運動軌跡的分析，可以知道截齒與截齒間位置的大致關(guān)系，還可以為截齒切削圖的繪制和截齒的排列順序與截齒截割路程的計算提供相應的理論依據(jù)[2]。

圖2 截齒的運動軌跡仿真

3.2 截齒加速度與速度的仿真研究

在連續(xù)采煤機中，影響截齒速度的原因有很多，主要的原因有滾筒的直徑與轉(zhuǎn)速、截割的傳動比還有懸臂的擺動速度這三個方面。二截齒的速度對采煤機的工作效率有直接的影響。也是采煤機設(shè)計時的重要參數(shù)之一。如圖3所示為滾筒移動和懸臂運動時的仿真圖[3]。而滾筒在前進時的動作則是造成切割變化的主要原因。在懸臂擺動的過程中，滾筒也在不斷的運動。這也就會使懸臂的距離發(fā)生變化。如圖4所示，可以看出懸臂擺動時，加速度也會發(fā)生變化，并且會隨著滾筒轉(zhuǎn)動速度的變化而變化。滾筒轉(zhuǎn)動的速度越快，懸臂的擺速也會越快。所以，在設(shè)計過程中，可以加大截齒的擺速，從而增加截齒的壽命。用這樣的方法，控制截齒的載荷，從而提高截齒的厚度，使其獲得更長的壽命[4]。

圖3 截齒運動速度仿真

圖4 截齒加速度仿真

4 結(jié)語

對于連續(xù)采煤機來說，影響截割滾筒的因素有很多，最主要的因素就是懸臂的擺速和滾筒的轉(zhuǎn)速。所以在對截割滾筒的設(shè)計過程中，應選擇最合適的滾筒轉(zhuǎn)速和懸臂擺速以提高滾筒效率，為滾筒的性能提高科學有效的方法。

[1] 曹艷麗，李曉豁，鄧喜平，等.連續(xù)采煤機截割部力學性能[J].遼寧工程技術(shù)大學學報，2013（3）：301-304.

[2] 高愛紅.連續(xù)采煤機補償凸輪機構(gòu)的運動學分析[J].機械設(shè)計與制造，2012（11）：228-230.

[3] 張歡.連續(xù)采煤機補償凸輪機構(gòu)的運動學分析[J].煤礦機械，2014，35（9）：133-135.

[4] 陳曉飛,李彥強,韓芳.基于混沌粒子群算法的采煤機優(yōu)化設(shè)計[J].煤礦機械，2012，33（10）：23-25.