采煤機(jī)滾筒截齒的截線距分析及優(yōu)化

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1、萬方數(shù)據(jù)第44卷第5期2013年9月太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV01．44NO．5Sep．2013文章編號(hào)：1007—9432(2013)05—058405采煤機(jī)滾筒截齒的截線距分析及優(yōu)化朱玉勝1，王義亮2，陸輝2(1．太重煤機(jī)有限公司，太原030032；2．太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原030024)摘要：為降低采煤機(jī)滾筒的截割比能耗，以某型采煤機(jī)的截割滾筒為研究對(duì)象，對(duì)合理選擇截齒的截線距和切削厚度的比值進(jìn)行了研究。利用UG三維CAD軟件建立了3種不同截線距的截割滾筒模型，通過ANSYS／LS

2、—DYNA對(duì)2組不同切削厚度情況下采煤機(jī)滾筒截割煤壁的過程進(jìn)行了模擬，得到了鎬形截齒所受截割力、特定時(shí)間內(nèi)截落煤壁總體積、滾筒所受截割扭矩及截割比能耗等。通過對(duì)比這2組采煤機(jī)滾筒的截割比能耗和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了截線距和切削厚度的比值與截割效率的關(guān)系。結(jié)果表明，截線距和切削厚度的比值在2左右時(shí)，采煤機(jī)滾筒的截割比能耗最小。本研究結(jié)果對(duì)采煤機(jī)設(shè)計(jì)過程中滾筒截線距、滾筒轉(zhuǎn)速和采煤機(jī)牽引速度三者之間的最佳匹配有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：采煤機(jī)滾筒；鎬形截齒；截線距；截割比能耗；仿真模擬；受力分析中圖分類號(hào)：TD421．610．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A滾筒式采煤機(jī)因其具有破煤能力

3、大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦長臂綜采工作面得到了廣泛的應(yīng)用。螺旋滾筒作為滾筒式采煤機(jī)的主要工作部件，其上截齒的合理配置是保證滾筒式采煤機(jī)安全高效工作的主要因素。截線距是螺旋滾筒截齒配置需要首先考慮的一個(gè)重要參數(shù)，它的選擇是否恰當(dāng)，直接關(guān)系到落煤塊度、截齒和滾筒受力以及采煤機(jī)滾筒的截割比能耗(即截割效率)。截線距的合理選擇對(duì)提高螺旋滾筒的截割效率、服役壽命和安全性具有重要的意義。長期以來，在設(shè)計(jì)螺旋滾筒時(shí)，截齒截線距的選擇主要是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或由試驗(yàn)來確定。國內(nèi)有關(guān)學(xué)者針對(duì)采煤機(jī)截齒所受截割力模擬計(jì)算[1]、滾筒最佳截線距的選擇[2]、滾筒割煤時(shí)截齒上的應(yīng)力分布[3‘6]

4、等做了一定的研究，但尚未對(duì)不同截線距情況下滾筒截割煤壁的截割過程進(jìn)行模擬分析，也未對(duì)切削厚度與截線距之間的關(guān)系做過研究。本文運(yùn)用UG三維CAD軟件建立了3種不同截線距的采煤機(jī)滾筒模型，并應(yīng)用ANSYS／LS-DY—NA軟件，針對(duì)2組不同切削厚度條件下3種截線距滾筒的截割過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，獲取了不同截線距和切削厚度條件下截齒所受截割力和截割比能耗。通過分析對(duì)比，得到截線距、切削厚度與截齒受力、截割比能耗之間的關(guān)系。1鎬形截齒截割破煤機(jī)理目前滾筒式采煤機(jī)大多使用鎬形截齒作為切削工具，其截割機(jī)理與刀型截齒的“密實(shí)核”理論有所不同[7]。英國學(xué)者EvansI．給出如圖

5、1所示的描述：在截割過程中，鎬形截齒以速度u，撞擊煤巖體，圖1鎘形截齒霰割破煤機(jī)理齒尖以一定角度楔入煤巖體內(nèi)，在滾筒動(dòng)能的作用下，當(dāng)齒尖的椎體表面對(duì)煤巖體的壓張力超過煤巖體的抗壓強(qiáng)度時(shí)，被壓部位逐漸粉碎。隨著截齒楔入深度的增加，煤巖體內(nèi)部的壓張力逐漸增大，使被粉碎的煤巖體的截面不斷擴(kuò)大。同時(shí)，被壓部位表面產(chǎn)生大的彈性變形，當(dāng)變形超過煤巖體材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，煤巖體沿其剪切面或?qū)永锩妗⒐?jié)理面出現(xiàn)收稿日期：2013-04—12基金項(xiàng)目：國家“十一五”科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007BABl3801—02)；山西省科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(20110321005—04)山

6、西省科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(20111101040)作者簡介：朱玉勝(1965一)，男，河南淇縣人，高級(jí)工程師．主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及制造方面的研究工作，(Tel)18935128789萬方數(shù)據(jù)第5期朱玉勝．等：采煤機(jī)滾筒截齒的截線距分析及優(yōu)化585微裂紋并逐漸擴(kuò)大。如果在ABCD范圍內(nèi)煤巖體壓張力R，和R。的合力大于連線AB和CD處拉應(yīng)力的合力時(shí)，便會(huì)在AD和BC出現(xiàn)裂縫，煤巖體ABCD開始斷裂。實(shí)際上，破碎下來的煤巖體是具有一定厚度的扇形體，形成落煤，截齒軸線與煤巖體界面的夾角妒為煤的崩落角。2單齒最大切削厚度的計(jì)算單齒最大切削厚度可按下式計(jì)算‘8

7、，圖2為其

8、示意圖?！保偞埂賔—+0}z么^m“一^一圖：滾筒切削厚度示意圖h。。。=—V—q．(1)丌m式中：，l一為單齒最大切削厚度，m；m為滾筒同一截線上安裝的截齒數(shù)；礬為采煤機(jī)牽引速度，m／min；行為滾筒轉(zhuǎn)速，r／min。3采煤機(jī)截割煤壁的截割模擬3．1前處理滾筒截割煤壁的模型包括螺旋滾筒三維模型和煤壁三維模型。本文應(yīng)用UG軟件建立了3種不同截線距的三頭順序式螺旋滾筒，每條截線上安裝3個(gè)截齒，截線距分別為30，40，50mm。圖3所示為截線圖3螺旋滾筒和煤壁有限元模型距30mm的螺旋滾筒和煤壁有限元模型。在AN—SYS／LS-DY．NA中分別對(duì)上述3種不同截線

9、距的螺旋滾筒截割煤壁過程