截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响_吴介

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1、第３７卷第１期中国农机化学报Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．１２０１６年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎＪａｎ．２０１６ＤＯＩ：１０．１３７３３／ｊ．ｊｃａｍ．ｉｓｓｎ．２０９５－５５５３．２０１６．０１．０１３截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响＊吴介，任家骏（太原理工大学机械工程学院，太原市，０３００２４）摘要：为合理选择硬岩掘进机上的截齿类型，以ＥＢＺ—１６０型掘进机截割头为原型，采用４种直径不同的硬质合金头截齿，运用ＭＡＴＬＡＢ程序模拟截割头的载荷情况。模拟结果表明，在截割硬岩时，截割头所受载荷波动较大，并随截齿尺寸的增大，平均载荷逐渐增加

2、，其规律性为掘进机上截齿的合理选择提供依据。关键词：掘进机；截割头；截齿；载荷；模拟中图分类号：ＴＤ４２１．５＋４文献标识码：Ａ文章编号：２０９５－５５５３（２０１６）０１－００４７－０４吴介，任家骏．截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响［Ｊ］．中国农机化学报，２０１６，３７（１）：４７～５０ＷｕＪｉｅ，ＲｅｎＪｉａｊｕｎ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｉｃｋｓｉｚｅｏｎｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｕｔｔｉｎｇｈｅａｄｃｕｔｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉ－ｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１６，３７（１）：４７～５０头体上，以常用的单

3、齿截割受载数学模型为依据，设计０引言ＭＡＴＬＡＢ仿真程序，对截割头所受的载荷及负载扭矩进随着硬岩掘进机在岩石巷道开采中的应用逐年增行模拟，分析截齿尺寸对掘进机截割头截割性能的影响。加，截割头的设计、截齿类型的选择及其平均载荷的预测１截割头的三维模型显得尤为重要。影响掘进机截割头截割性能的因素有很多，如煤岩性质、截割功率、截割牵引力、截割头水平移动ＥＢＺ—１６０型掘进机的截割头高度为９２５ｍｍ，大速度与转速、截齿的排布形式（螺旋线类型、截线间距等）端直径Ｄ为１１２０ｍｍ，总齿数为４２，截齿按三条螺线及其尺寸大小等，国内外许多学者已对上述因素对截割头进行排列，排列方式为交叉式，截齿排列图如图

4、１所［１－５］［６］受载情况的影响做了大量的研究，但还未出现截齿尺示。运用Ｐｒｏ／Ｅ５．０软件建立截割头模型，如图２所寸大小对截割头平均载荷影响的相关研究。由于截齿头示。在装配每个截齿时，测量出截齿的安装轴线相对部焊接的硬质合金头对截齿的破岩能力起到关键性的作于齿尖回转平面的倾斜角，作为载荷模拟程序中的设用，本文以ＥＢＺ—１６０型掘进机截割头为原型，采用４种置参数。另外用该软件对截齿进行装配，有助于检查焊接有不同尺寸硬质合金头的镐型截齿分别安装在截割不同尺寸的截齿安装在头体上是否出现干涉问题。图１截齿排列图Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｐｉｃｋｓ－ｌａｃｉｎｇ收稿日期：２０１４年１月２１日

5、修回日期：２０１４年３月１０日＊基金项目：煤科总院山西煤机装配有限公司自立项目（Ｆ２００９—０８）第一作者：吴介，男，１９８８年生，山西太原人，硕士研究生；研究方向为工业设计。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｊｔｙｕｔ２０１１＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：任家骏，男，１９５８年生，山西孝义人，教授，硕导；研究方向为机械设计、机械优化设计、机械传动。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｙｒｅｎｊｊ＠１６３．ｃｏｍ４８中国农机化学报２０１６年图２截割头三维模型Ｆｉｇ．２３Ｄｍｏｄｅｌｏｆｃｕｔｔｉｎｇｈｅａｄ２截割头载荷计算的理论模型截割头所受载荷大小及载荷波动情况直接影响掘进机的工作状态及截齿寿命。尤其在截割较硬岩石图３截割头受

6、力示意简图时，面对复杂的地质条件，对掘进机有更高的要求，因Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｆｏｒｃｅｏｆｃｕｔｔｉｎｇｈｅａｄ此合理评估掘进机截割头所受载荷大小显得非常重当截割头处于某一位置ｊ时，其所受的升力Ｆａｊ、横切要。本文采用英国学者Ｅｖａｎｓ提出的截齿载荷公式建阻力Ｆｂｊ、推进阻力Ｆｃｊ、负载转矩Ｍｃｊ及功率Ｐｃｊ分别为ｎ立数学模型，它是目前研究和设计掘进机时常用的截ｊ［２，４－５，７－８］。Ｆａｊ＝∑Ｆｚｉｓｉｎφｉ－Ｆｙｉｃｏｓφｉｃｏｓβｉ（４）齿载荷计算方法ｉ＝１ｎ第ｉ个截齿的截割阻力ｊＦｂｊ＝∑Ｆｚｉｃｏｓφｉ＋Ｆｙｉｓｉｎφｉｃｏｓβｉ（５）Ｆｚｉ

7、＝Ｐｋ［ＫｔＫｇＫｙ（０．２５＋０．０１８ｔｈｉ）＋０．１Ｓｄ］（１）ｉ＝１ｎ式中：Ｐ———岩石的接触强度，ＭＰａ；本文选取坚固性ｊｋＦｃｊ＝∑Ｆｙｉｓｉｎβｉ（６）系数为１０的岩石，查表得Ｐｋ为１３００；ｉ＝１ｎｊＫｔ———截齿类型影响系数，镐形齿为１．５；Ｍｃｊ＝∑Ｆｚｉｒｉ（７）Ｋｙ———硬质合金刀头影响系数；ｉ＝１Ｋ———截齿几何形状影响系数，Ｋ＝ＰｃＭｃｊｎ（８）ｇｇｊ＝９５５０ＫΨＫΨ′Ｋｄ；截割头所受的载荷波动大小通常