采煤机截割滚筒工况载荷仿真系统研究与应用

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1、万方数据·28·煤矿‘机械2005年第5期留试验·研究嗣文章编号：l003．0794(2005}05．0028—02采煤机截割滚筒工况载荷仿真系统研究与应用尹力．王长江。梁坚毅(三一重型装备有限公司研究院，沈阳110027)摘要：基于平均截割阻力模型，采用有效的仿真算法，匹配截割电机额定转矩，反推出煤岩阻抗强度和滚筒的整体受力情况。同时，在此基础上基于Matlab环境，开发了一套滚筒载荷仿真分析软件，并应用该软件对煤机MG710，MG500等不同机型进行了仿真计算。关键词：采煤机；载荷计算；仿真分析中图号：TIM21．6文献标识码：A1引言在采煤机零部件的强度计算中，实际

2、工况下截割载荷的确定尤为关键。准确的载荷是零部件有限元分析的前提和基础。国内常规的方法是通过对煤矿岩石样本的实验测试，获得相关对应的煤岩硬度情况，在此基础上计算截割阻力系数，得到单个截齿的截割力和扭矩。本文从截割电机的额定功率出发，在一定的工况条件下，对煤质硬度进行匹配性计算。得到在满足截割电机功率的条件下的煤质属性，并在此基础上计算单个截齿的受力和整个滚筒的综合受力情况。应用该方法所计算的载荷在煤机零部件的有限元强度分析中得到了一定的应用。2算法原理国内外大量的煤样实验表明⋯，截齿截煤时，截割力z与截割厚度h可以近似表示成一种线性关系，即Z=A^(1)其中A为平均截割阻

3、力系数，代表单位截割厚度上的截割阻力。截割阻力的大小与被破碎煤的机械性质、地压等因素有关，随不同煤层条件的不同而变化。对单个截齿受力分析而言，沿滚筒进给方向的进给力l，、侧向力x和截割阻力z之间存在一定比例分配关系，主要与截齿的类型、安装角度、磨钝程度、截槽形状和煤的机械性质等因素有关。根据前苏联出版的《联合采煤机》可知，滚筒式采煤机的截齿在正常工作中(截齿中等磨钝和无坚硬夹杂物)时，截割力有如下比例分布关系Xy嚣051二。0裳2(2)=(．一．)Z、。煤岩强度系数．厂与A的关系如表1所示。表1A值实测表fA／kg·cm一130—150150—300300一450如图1所

4、示，在截煤过程中滚筒沿煤机进给方向的最大进给量为c，不同位置截齿的截割厚度h随着口角度而变化：h=csin0(3)图1截割厚度变化示意图№．1cumngthieimess仿真计算的大体思路(1)输入滚筒的相关几何尺寸(直径、截深、螺旋角及螺旋刃数)，通过仿真网格确定截割齿数；输入工作状况(滚筒转速、进给速度)和煤岩的阻抗系数初值；(2)计算每一时刻参与截割的截齿分布情况，得到每个受力截齿的空间位置；(3)根据煤岩阻抗系数计算单个截齿的受力情况，得到切向力F。、径向力F，、轴向力F。；(4)计算单个截齿的受力在菇，Y，彳坐标系上的投影和单个截齿产生的转矩；(5)计算全部有效

5、截齿产生的合力只，只，只和综合转矩Tc；(6)比较转矩t和电机额定功率产生的截割转矩T，若不匹配，返回第3步修改煤岩阻抗系数，重新计算；(7)循环计算直到计算转矩与电机功率匹配，记录当前A值和载荷计算结果。实际计算中，轴向力对截割功率的影响很小，与截齿排列的螺旋角度有很大的关系。同时，在计算中考虑到了滚筒端盘截齿的影响，对刀齿的安装角度和截齿外形的影响进行了一定的简化处理。3仿真软件基于上述算法原理的分析，在MATLAB的GUI仿真环境下，开发出一套图形界面应用软件。该仿Omt爻l_

6、·真软件的输入界面主要由系统参数、几何参数和物理参数三部分构成，可以计算不同工况、不同几何尺寸滚筒的载荷分布情况。以煤机MGTl0载荷计算为例，主要的输人参数：电机额定功率／kW300传动效率1截割电机转速／r·min。1475减速器传动比42滚筒转动圈数(仿真的周期数)3轴向截深／mm500煤机牵引速度／m·min。14切入角／(o)0切出角／(。)180滚筒直径／mm1800螺旋刃数3螺旋角／(。)15A初值／kg·amq200曰(0．5—0．8)0．8c(o．1—0．2)0．2经循环计算得到仿真结果(略)。由仿真分析结果可知，滚筒载荷呈波动变化，最大综合载荷：E=一

7、4．9659e+003(kg)，E=1．5325e+003(kg)，Fy=7．4510e+003(kg)，瓦=8．3558e+003(kg．m)。载荷的分布方向如图2所示。其中扭矩￡的均值和电机的额定转矩相匹配。计算得到截齿数为36，煤岩截割阻力系数A=310kg／am，适用于中硬煤质；单个截齿的受力分析结果如表2所示。图2煤机的载荷综合分布Fig．2Theloadsofmineralshearer上述载荷分析结果在煤机MG710、MG500关键件的有限元强度分析中得到了应用，分析结果表明该方法的载荷计算结果是较为合理、可信的