史虎平

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)安澤登茂通煤業(yè)有限公司，山西 臨汾042509）

引言

采煤機(jī)作為綜采設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備，主要承擔(dān)工作面的割煤、落煤任務(wù)。采煤機(jī)的截割效率和落煤速度直接決定綜采工作面煤炭的生產(chǎn)能力。滾筒為采煤機(jī)直接與煤壁相接觸的部件，其上所布置的截齒的數(shù)量、截齒的安裝角度以及截線距等參數(shù)直接影響采煤機(jī)滾筒的截割性能[1]。因此，充分掌握采煤機(jī)滾筒截齒數(shù)量、安裝角度及截線距等參數(shù)對滾筒截割性能的影響機(jī)理對優(yōu)化上述參數(shù)具有重要意義。

1 滾筒截割性能的影響因素分析

1）采煤機(jī)滾筒直徑越大其對應(yīng)截齒的線速度越大，則煤炭產(chǎn)量越大；但是，滾筒直徑越大其重量越大，從而導(dǎo)致采煤機(jī)的能耗越大；

2）螺旋葉片升角也大越有利于被截割煤炭的落煤效率；但是，螺旋葉片升角過大會增大采煤機(jī)的能耗；

3）截齒的排列方式包括有順序式和交叉式兩種排列方式。經(jīng)研究，交叉式排列的截齒與順序式排列的截齒可獲得更大的塊煤率；

4）截線距與采煤機(jī)落煤的塊煤率和截割效率直接相關(guān)。截線距越大其對應(yīng)塊煤率越大，但是其對應(yīng)設(shè)備的能耗越大，對截齒的磨損越明顯；

5）滾筒截齒的安裝角度不僅制約采煤機(jī)的截割能力，重要是影響整個滾筒的受力情況。截齒安裝角越大，越有利于截齒切入煤壁中，從而提升了滾筒的截割能力；但是，截割安裝角度過大會增加采煤機(jī)的截割阻力，從而增加其能耗[2]。

2 滾筒截割煤壁模型的搭建

為精確得出不同截線距對滾筒截割性能影響機(jī)理，需對根據(jù)工作面煤炭參數(shù)建立模型和對應(yīng)的滾筒截割煤壁的模型。以陽泉煤業(yè)集團(tuán)安澤登茂通煤業(yè)某個工作面的煤樣進(jìn)行采樣分析，其對應(yīng)的參數(shù)如表1所示：

表1 工作面煤炭煤樣參數(shù)

以工作面當(dāng)前正在應(yīng)用的采煤機(jī)為例開展研究，并基于該采煤機(jī)的相關(guān)尺寸和參數(shù)建立滾筒模型，本文中所研究采煤機(jī)滾筒的相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 采煤機(jī)滾筒參數(shù)

基于表2滾筒參數(shù)在三維建模軟件中建立采煤機(jī)滾筒的三維模型，將其導(dǎo)入數(shù)值模擬仿真軟件中；同時，在數(shù)值模擬軟件中建立工作面煤壁模型，并基于表1參數(shù)對模型煤炭顆粒進(jìn)行設(shè)置，得出滾筒截割煤壁的仿真模型如圖1所示。

如圖1所示，根據(jù)實(shí)際采煤機(jī)截割煤壁的運(yùn)動參數(shù)將滾筒的轉(zhuǎn)速設(shè)定為57 r/min，采煤機(jī)的牽引速度設(shè)定為0.04 m/s。

3 不同截線距對采煤機(jī)滾筒截割性能影響分析

所謂截線距指的是采煤機(jī)滾筒相鄰截齒的截線之間的距離。滾筒截線距的合理配置為在保證其塊煤率的同時，還能夠降低采煤機(jī)的能耗和工作阻力，即保證采煤機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。本文將對采煤機(jī)截線距分別為60 mm、65 mm、70 mm、75 mm以及80 mm下對應(yīng)采煤機(jī)滾筒的截割性能進(jìn)行仿真分析。

圖1 采煤機(jī)滾筒截割煤壁仿真模型

根據(jù)上頁圖1中所搭建的數(shù)值模擬模型對采煤機(jī)牽引速度為0.04 m/s，滾筒旋轉(zhuǎn)速度為57 r/min和截割厚度為15 mm情況下滾筒相鄰截齒的受力情況進(jìn)行仿真分析。采煤機(jī)滾筒在實(shí)際割煤過程中存在前截齒先于后截齒切入煤壁的情況，也就是說前截齒和后截齒的受力情況不一樣[4]。此處，將前截齒命名為1號截齒，后截齒命名為2號截齒。

在實(shí)際截割過程中，當(dāng)2號截齒切入煤壁時對應(yīng)煤壁已經(jīng)被1號截齒破壞。因此，從理論上將2號截齒的受力情況及波動情況應(yīng)小于1號截齒。本文將對不同截線距情況下1號截齒和2號截齒的受力情況進(jìn)行對比研究，對比結(jié)果如表3所示：

表3 不同截線距對應(yīng)1號截齒和2號截齒的受力情況對比

如表3所示，不同截線距對應(yīng)1號截齒和2號截齒的受力并不是處于線性變化狀態(tài)。因此，研究不同截線距對應(yīng)不同截齒的受力情況對滾筒截割性能影響的研究不具備指導(dǎo)意義。故，還需對不同截線距對應(yīng)滾筒整體的受力情況進(jìn)行對比，結(jié)果見表4。

表4 不同截線距對應(yīng)滾筒整體的受力情況對比

如表4所示，隨著截線距的增大對應(yīng)采煤機(jī)滾筒的整理受力值增大；而且，經(jīng)對仿真數(shù)據(jù)的綜合分析還可得出：當(dāng)截線距分別為65 mm時采煤機(jī)滾筒整體受力值波動較大，即此時采煤機(jī)滾筒截割生產(chǎn)時振動越劇烈[5]。因此，綜合考慮，截線距為60 mm時對應(yīng)滾筒的截割性能最佳。

相同工況下，采煤機(jī)能耗為衡量其截割性能的關(guān)鍵指標(biāo)。故，在上述研究的基礎(chǔ)上對相同工況下采煤機(jī)截割能耗進(jìn)行對比研究，分別對相同工況下截割10 m3煤炭時的能耗進(jìn)行研究，結(jié)果見表5。

表5 不同截線距對應(yīng)采煤機(jī)截割能耗對比

如表5所示，當(dāng)截線距為70 mm時，采煤機(jī)截割能耗最低；其次為截線距為80 mm。雖然，當(dāng)截線距為60 mm和65 mm時對應(yīng)滾筒的整體受力較小，但是對應(yīng)截割同體積煤炭時能耗最高。因此，可得出當(dāng)截線距為70 mm時對應(yīng)采煤機(jī)的落煤量最大，從而導(dǎo)致其比能耗越小。

4 結(jié)語

1）隨著采煤機(jī)截線距增加，對應(yīng)滾筒的受力值越大，即當(dāng)截線距為60 mm時滾筒受力值越大，而當(dāng)截線距為65 mm時，采煤機(jī)截割振動情況最劇烈。

2）以采煤機(jī)比能耗為考核指標(biāo)，當(dāng)截線距為70 mm時對應(yīng)比能耗最低，而當(dāng)截線距為60 mm、65 mm時比能耗最大。

綜合分析，將采煤機(jī)最佳截線距設(shè)定為70 mm，其對應(yīng)的截割性能最優(yōu)。