采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化

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1、万方数据第44卷第5期2013年9月太原理工大学学报JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV01．44NO．5Sep．2013文章编号：1007—9432(2013)05—058405采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化朱玉胜1，王义亮2，陆辉2(1．太重煤机有限公司，太原030032；2．太原理工大学机械工程学院，太原030024)摘要：为降低采煤机滚筒的截割比能耗，以某型采煤机的截割滚筒为研究对象，对合理选择截齿的截线距和切削厚度的比值进行了研究。利用UG三维CAD软件建立了3种不同截线距的截割滚筒模型，通过ANSYS／LS

2、—DYNA对2组不同切削厚度情况下采煤机滚筒截割煤壁的过程进行了模拟，得到了镐形截齿所受截割力、特定时间内截落煤壁总体积、滚筒所受截割扭矩及截割比能耗等。通过对比这2组采煤机滚筒的截割比能耗和其他相关数据，分析了截线距和切削厚度的比值与截割效率的关系。结果表明，截线距和切削厚度的比值在2左右时，采煤机滚筒的截割比能耗最小。本研究结果对采煤机设计过程中滚筒截线距、滚筒转速和采煤机牵引速度三者之间的最佳匹配有一定的参考价值。关键词：采煤机滚筒；镐形截齿；截线距；截割比能耗；仿真模拟；受力分析中图分类号：TD421．610．2文献标识码：A滚筒式采煤机因其具有破煤能力

3、大、适应性强等优点，在煤矿长臂综采工作面得到了广泛的应用。螺旋滚筒作为滚筒式采煤机的主要工作部件，其上截齿的合理配置是保证滚筒式采煤机安全高效工作的主要因素。截线距是螺旋滚筒截齿配置需要首先考虑的一个重要参数，它的选择是否恰当，直接关系到落煤块度、截齿和滚筒受力以及采煤机滚筒的截割比能耗(即截割效率)。截线距的合理选择对提高螺旋滚筒的截割效率、服役寿命和安全性具有重要的意义。长期以来，在设计螺旋滚筒时，截齿截线距的选择主要是依据经验或由试验来确定。国内有关学者针对采煤机截齿所受截割力模拟计算[1]、滚筒最佳截线距的选择[2]、滚筒割煤时截齿上的应力分布[3‘6]

4、等做了一定的研究，但尚未对不同截线距情况下滚筒截割煤壁的截割过程进行模拟分析，也未对切削厚度与截线距之间的关系做过研究。本文运用UG三维CAD软件建立了3种不同截线距的采煤机滚筒模型，并应用ANSYS／LS-DY—NA软件，针对2组不同切削厚度条件下3种截线距滚筒的截割过程进行了动态仿真，获取了不同截线距和切削厚度条件下截齿所受截割力和截割比能耗。通过分析对比，得到截线距、切削厚度与截齿受力、截割比能耗之间的关系。1镐形截齿截割破煤机理目前滚筒式采煤机大多使用镐形截齿作为切削工具，其截割机理与刀型截齿的“密实核”理论有所不同[7]。英国学者EvansI．给出如图

5、1所示的描述：在截割过程中，镐形截齿以速度u，撞击煤岩体，图1镉形截齿霰割破煤机理齿尖以一定角度楔入煤岩体内，在滚筒动能的作用下，当齿尖的椎体表面对煤岩体的压张力超过煤岩体的抗压强度时，被压部位逐渐粉碎。随着截齿楔入深度的增加，煤岩体内部的压张力逐渐增大，使被粉碎的煤岩体的截面不断扩大。同时，被压部位表面产生大的弹性变形，当变形超过煤岩体材料的抗拉强度时，煤岩体沿其剪切面或层里面、节理面出现收稿日期：2013-04—12基金项目：国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2007BABl3801—02)；山西省科学技术发展计划资助项目(20110321005—04)山

6、西省科技重大专项基金资助项目(20111101040)作者简介：朱玉胜(1965一)，男，河南淇县人，高级工程师．主要从事机械设计及制造方面的研究工作，(Tel)18935128789万方数据第5期朱玉胜．等：采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化585微裂纹并逐渐扩大。如果在ABCD范围内煤岩体压张力R，和R。的合力大于连线AB和CD处拉应力的合力时，便会在AD和BC出现裂缝，煤岩体ABCD开始断裂。实际上，破碎下来的煤岩体是具有一定厚度的扇形体，形成落煤，截齿轴线与煤岩体界面的夹角妒为煤的崩落角。2单齿最大切削厚度的计算单齿最大切削厚度可按下式计算‘8

7、，图2为其

8、示意图。”，闾垂—曩f—+0}z么^m“一^一图：滚筒切削厚度示意图h。。。=—V—q．(1)丌m式中：，l一为单齿最大切削厚度，m；m为滚筒同一截线上安装的截齿数；矾为采煤机牵引速度，m／min；行为滚筒转速，r／min。3采煤机截割煤壁的截割模拟3．1前处理滚筒截割煤壁的模型包括螺旋滚筒三维模型和煤壁三维模型。本文应用UG软件建立了3种不同截线距的三头顺序式螺旋滚筒，每条截线上安装3个截齿，截线距分别为30，40，50mm。图3所示为截线图3螺旋滚筒和煤壁有限元模型距30mm的螺旋滚筒和煤壁有限元模型。在AN—SYS／LS-DY．NA中分别对上述3种不同截线

9、距的螺旋滚筒截割煤壁过程