盛永林

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

煤礦井下的采煤工作面條件十分復(fù)雜，特別是在煤層傾角較大時，采煤機(jī)遇到緊急狀況(如斷電、駐停)，在沒有牽引力的作用下，若制動力不足，采煤機(jī)受自身重力的影響會沿輸送機(jī)的槽幫產(chǎn)生向下的滑動，不但對采煤機(jī)以及配套的設(shè)備造成損壞，而且對井下工作人員的安全產(chǎn)生較大的威脅[1-3]，因此，對采煤機(jī)防滑制動力大小的研究至關(guān)重要，必須要求采煤機(jī)防滑制動器能產(chǎn)生足夠的制動力防止采煤機(jī)下滑，以保證采煤機(jī)在大傾角煤層工作面安全可靠運行。本文以MG400/920WD型采煤機(jī)為例，通過對采煤機(jī)的受力分析，推導(dǎo)出制動力的計算公式，并分析制動力與不同煤層傾角和采煤機(jī)工作仰角的關(guān)系，其研究結(jié)果對采煤機(jī)的防滑設(shè)計具有一定的參考價值。

1 采煤機(jī)防滑制動力數(shù)學(xué)模型的建立

以MG400/920WD型采煤機(jī)為例，其整機(jī)空間位置如圖1所示。

1-前滾筒；2-前搖臂；3-采煤機(jī)機(jī)身；4-后搖臂；5-后滾筒；6-滑靴；A-前導(dǎo)向滑靴；B-后導(dǎo)向滑靴；C-前支撐滑靴；D-后支撐滑靴。

由圖1可以看出,滑靴分為支撐滑靴和導(dǎo)向滑靴，其支撐滑靴主要是起支撐的作用，而導(dǎo)向滑靴既要承受采煤機(jī)的自身質(zhì)量, 還要引導(dǎo)采煤機(jī)沿輸送機(jī)槽幫運行，側(cè)面會與輸送機(jī)產(chǎn)生摩擦。由于2種滑靴的作用不相同，受力也不相同，圖2為受力示意圖。

采煤機(jī)的受力示意圖也可簡化為圖3所示。根據(jù)空間力系平衡條件，由∑X=0，得:

FZ+μ(NAY+NAZ+NBY+NBZ+

NCZ+NDZ)=Gcosβsinα

(1)

式中:FZ為采煤機(jī)的防滑制動力，kN；μ為采煤機(jī)滑靴與輸送機(jī)的摩擦因數(shù)，μ=0.2；NAY、NBY為前、后導(dǎo)向滑靴Y方向的側(cè)向力，kN；NAZ、NBZ為前、后導(dǎo)向滑靴Z方向的支撐力，kN；NCZ、NDZ為前、后支撐滑靴Z方向的支撐力，kN；G為采煤機(jī)的總重力，kN；α為采煤機(jī)工作面煤層的傾角，(°)；β為采煤機(jī)的工作仰角，(°)[1]。

圖3 采煤機(jī)受力示意圖

由∑Y=0，得:

NAY+NBY=Gsinβ

(2)

由∑Z=0，得:

NAZ+NBZ+NCZ+NDZ=Gcosβcosα

(3)

將式(2)和式(3)代入式(1)，則防滑制動力的數(shù)學(xué)模型為:

FZ=G[cosβsinα-μ(sinβ+cosβcosα)]

(4)

2 防滑制動力與傾角的關(guān)系

結(jié)合MG400/920WD型采煤機(jī)的參數(shù)，由MATLAB軟件繪制出采煤機(jī)在不同工作仰角β下防滑制動力與煤層傾角α的關(guān)系曲線,如圖4所示。

由圖4可知，當(dāng)煤層傾角α≤11.3°時，由于此時采煤機(jī)滑靴與輸送機(jī)間的摩擦力能克服其自身重力引起的下滑力,故采煤機(jī)的工作仰角β無論作怎樣的變化，采煤機(jī)都不會發(fā)生下滑;但當(dāng)采煤機(jī)的工作仰角β不同時，采煤機(jī)發(fā)生下滑時的煤層最小傾角α也不同，若工作仰角β越大，則采煤機(jī)發(fā)生下滑時的煤層最小傾角α也就越大。圖4中，當(dāng)采煤機(jī)剛要發(fā)生下滑時，β=0°時，α=11.3°；β=32°時，α=18.2°。當(dāng)采煤機(jī)的工作仰角β一定時，若煤層傾角α大于采煤機(jī)發(fā)生下滑時的煤層最小傾角時，隨著煤層傾角α的增大，則采煤機(jī)所需要的防滑制動力也不斷地增大[2]。

圖4 不同仰角β下防滑制動力與傾角α的關(guān)系曲線

3 防滑制動力與仰角的關(guān)系

采煤機(jī)在不同煤層傾角α下防滑制動力與其工作仰角β的關(guān)系曲線,如圖5所示。

圖5 不同傾角α下防滑制動力與仰角β的關(guān)系曲線

由圖5可知，是當(dāng)煤層傾角α一定時，采煤機(jī)所需要的防滑制動力隨著工作仰角β的增大而不斷地減小，這主要是采煤機(jī)工作仰角β的增大，使得采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴受到的側(cè)向力增大，導(dǎo)致采煤機(jī)與輸送機(jī)間的摩擦力也增大，從而使采煤機(jī)所需要的防滑制動力也相應(yīng)地減小。

4 防滑制動力與傾角和仰角的關(guān)系

采煤機(jī)的防滑制動力與煤層傾角α和其工作仰角β的關(guān)系如圖6所示。

圖6 防滑制動力與傾角α和仰角β的關(guān)系

由圖6可以看出，采煤機(jī)防滑制動力的大小是受煤層傾角α和其工作仰角β的共同影響，即隨著煤層傾角α的增大而增大，隨著工作仰角β的增大而減小。當(dāng)α=50°,β=0°時，采煤機(jī)所需要的防滑制動力可達(dá)到最大值，其最大值為306.8 kN[3]。

5 結(jié)論

本文通過對MG400/920WD型采煤機(jī)的受力分析，建立了防滑制動力的數(shù)學(xué)模型，并分析了防滑制動力與煤層傾角α和采煤機(jī)工作仰角β的關(guān)系，得到的結(jié)論為：

1) 當(dāng)煤層傾角α≤11.3°時，采煤機(jī)不會發(fā)生下滑，無需安裝防滑制動器裝置；當(dāng)煤層傾角11.3°≤α≤18.2°時，采煤機(jī)是否發(fā)生下滑視采煤機(jī)工作仰角β而定；當(dāng)煤層傾角α>18.2°時，采煤機(jī)會發(fā)生下滑，須安裝防滑制動器裝置。

2) 當(dāng)煤層傾角α>18.2°時，采煤機(jī)所需防滑制動力的大小隨著煤層傾角α的增大而增大，而隨著工作仰角β的增大而減小。