馬衛(wèi)斌

（同煤集團(tuán)煤峪口礦供電科， 山西 大同 037003）

引言

采煤機是進(jìn)行煤礦自動化開采的主要設(shè)備，是大型的綜合機械化裝置，主要采用電氣、機械、液壓等結(jié)構(gòu)組合而成。在進(jìn)行煤炭開采過程中，采煤機截割機構(gòu)連續(xù)運轉(zhuǎn)實現(xiàn)煤層的截割，切落的煤礦落入到裝煤機構(gòu)中進(jìn)行運輸，采煤機牽引機構(gòu)引導(dǎo)采煤機在工作面上不斷前進(jìn)，實現(xiàn)對煤層的連續(xù)截割。在截割過程中，牽引機構(gòu)的牽引速度對于采煤機所承受的負(fù)載具有不同的影響[1]，從而影響到采煤機調(diào)高機構(gòu)的設(shè)定，對煤炭的開采效率具有一定的影響。對某型號的采煤機在不同牽引速度下所受到的負(fù)載進(jìn)行分析，依據(jù)負(fù)載的不同，可以優(yōu)化采煤機的運行參數(shù)，提高煤炭的開采效率。

1 采煤機截割滾筒的受力分析

采煤機在進(jìn)行截割切煤的過程中，截割滾筒以一定的速度旋轉(zhuǎn)，由截齒進(jìn)行切割，牽引機構(gòu)提供進(jìn)給所需的前進(jìn)運動，從而實現(xiàn)煤炭的連續(xù)截割。采煤機截割滾筒是重要的截割機構(gòu)，承受著來自煤壁的阻力，是采煤機受到的主要負(fù)載。對采煤機截割滾筒所受到的阻力作為采煤機負(fù)載進(jìn)行分析，截割滾筒的受力分析如圖1 所示[2]，截割滾筒在工作過程中，受到的負(fù)載包括推進(jìn)截割阻力Py、縱向截割阻力Pz、軸向側(cè)向力Px。其中軸向力Px載荷作用較小，且對于截割滾筒的負(fù)載影響不大，因此，僅針對推進(jìn)截割阻力Py及縱向截割阻力Pz進(jìn)行分析。

對截割滾筒的負(fù)載進(jìn)行仿真分析，假設(shè)采煤機所進(jìn)行截割的煤層為均勻材質(zhì)分布，在滾筒旋轉(zhuǎn)的過程中，負(fù)載隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)周期性的變化，因此在分析過程中，僅考慮負(fù)載在360°內(nèi)的變化情況，將每周的360°進(jìn)行離散化處理[3]，分為360 份，在每個角度上計算出所承受的推進(jìn)截割阻力Py及縱向截割阻力Pz，即為采煤機的負(fù)載變化。

圖1 滾筒受力分析圖

2 采煤機截割滾筒的受力仿真分析

采用MATLAB 對截割滾筒的受力進(jìn)行仿真分析，對煤層的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在截割滾筒旋轉(zhuǎn)360°的過程中，將每個截齒所受到的力進(jìn)行合并，即得到截割滾筒的負(fù)載，將每個位置的負(fù)載進(jìn)行合并，即可得到采煤機負(fù)載的變化曲線。以煤層切割的實際工況對所仿真分析的工況進(jìn)行設(shè)定，其中采煤機的重量為28 000 kg，滾筒在同一截線上的齒數(shù)為2，滾筒直徑為1 150 mm，以此對采煤機的負(fù)載特性進(jìn)行仿真運算。分析牽引速度的變化對負(fù)載特性的影響，選取三種不同的牽引速度，在同一工況下保持其他條件不變對采煤機所受的負(fù)載進(jìn)行分析。

首先選擇采煤機的牽引速度為4 m/min 時的工況，在截割滾筒轉(zhuǎn)速不變的情況下，得到截割滾筒所受到的負(fù)載如下頁圖2 所示。從圖2 可以看出，在此速度下運行，采煤機截割滾筒所受到的負(fù)載較小，且兩項負(fù)載力均比較均勻，此時的牽引速度值較小，滾筒截割速度超過了牽引速度[4]，使得截齒的工作能力沒有充分發(fā)揮，雖受力較小，對于截割滾筒的磨損較小，但是采煤效率低。

圖2 牽引速度4 m/min 時負(fù)載變化曲線

選擇采煤機的牽引速度為8 m/min 時的工況，得到截割滾筒所受到的負(fù)載作用如圖3 所示。從圖3 可以看出，在此速度下運行，采煤機截割滾筒所受到的負(fù)載相對前一工況數(shù)值有所增加，在整體趨勢上，負(fù)載保持一定的平穩(wěn)性，在不同的角度上，負(fù)載力存在一定的波動[5]，這是由于在不同的時刻截割滾筒執(zhí)行截割的截齒數(shù)量不同造成的。

圖3 牽引速度8 m/min 時負(fù)載變化曲線

選擇采煤機的牽引速度為15 m/min 時的工況，得到截割滾筒所受到的負(fù)載作用如圖4 所示。從圖4 可以看出，在此速度下運行，采煤機截割滾筒所受到的負(fù)載相對前兩種工況在數(shù)值上有明顯的增加，并且兩個方向的負(fù)載均存在較大的波動，隨著截割滾筒的旋轉(zhuǎn)角度增加，負(fù)載力基本呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。這說明在此工況下，截割滾筒的截齒處于過載切割的狀態(tài)，牽引速度的數(shù)值選取過大[6]，容易造成截齒的磨損，甚至?xí)斐山佚X的破壞，影響煤炭開采工作的正常進(jìn)行。

圖4 牽引速度15 m/min 時負(fù)載變化曲線

3 結(jié)論

通過仿真分析可知，在牽引速度較小時，截割滾筒所受到的負(fù)載較小，滾筒截割速度超過了牽引速度，截齒的工作能力沒有充分發(fā)揮，采煤效率低；牽引速度過大時，截割滾筒所受到的負(fù)載在數(shù)值上明顯增加，且存在較大的波動，在此工況下，截割滾筒的截齒處于過載切割的狀態(tài)，容易造成截齒的磨損，甚至?xí)斐山佚X的破壞。對于牽引速度的選擇，要結(jié)合截割滾筒的運行參數(shù)，進(jìn)行合理的確定，這樣才能保證截割滾筒所受到的負(fù)載在整體趨勢上保持一定的平穩(wěn)性，并且截齒的工作能力能夠充分地發(fā)揮，依據(jù)負(fù)載的不同，優(yōu)化采煤機的運行參數(shù)，實現(xiàn)煤礦的高效率開采。