滚筒式采煤机载荷分析方法的研究

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1、滚筒式采煤机载荷分析方法的研究汪崇建(煤炭科学研究总院上海分院上海市，200030)摘要如何滚筒式采煤机载荷分析是设计者和使用者所关。的问题。本文以滚筒式采煤机整机为一个力学模型，利用现代计算机技术，建立一套受力分析的方法，探讨采煤机载荷分析的方法和应用场合。关键字采煤机分析方法力学模型平衡方程0引言滚筒式采煤机是目前机械化采煤工作面中应用最广的一种采煤机械，它通过工作机构一滚筒的落煤和装煤工序，实现长壁开采工作面的采煤机械化．当今采煤机技术发展较快，由液压牵引发展到电牵引，由有链牵引向无链牵引发展．现代采煤机技术的重要标志是高产高效。实现这个目标的基础是采煤机械的高可靠性和高安

2、全性．长期以来，我国采煤机械始终与国外同行业存在一定的差距，其中原因之一是我国的基础研究尚不齐全。从采煤机整机到部件的可靠性研究技术发展较慢，它制约了采煤机械水平的提高．．采煤机整体和元部件可靠性研究设计的前提是分析采煤机工作环境．本文的目的是以滚筒式采煤机载荷为研究对象，建立一套力学模型和平衡方程式，通过现代计算机技术，分析工作面条件和采煤机结构参数对采煤机载荷的影响，探讨其应用的场合和意义。、、1滚筒式采煤机力学模型和平衡方程按总体布置分类，滚筒式采煤机分为骑溜子和爬底板，电机纵向布置和横向布置。由此，要建立二套力学模型．现以电机纵向布置、骑溜子的滚筒式采煤机为例，建立其力学

3、模型，参见图1所示．采煤机力学模型是一个三维空间力系．根据静力学的力系平衡原理，可列出以下的方程组．∑Ⅳ=0；∑Y=0；∑Z=0∑M，=o；∑M、，=0：∑M，=0根据力的性质分类，采煤机力系包括外载荷、约束力二类：(1)外载荷包括岩体对采煤机工作机构一滚筒的作用力(C，，F。L，‘，，f．，B，^t，，M谤，埘≥，Mxl，^，，vf，^疋『)’采煤机的地球引力(尸，”)和采煤机牵引力(Pdr和Pql)，其中F表示力，M表示转矩，x，Y，=表示滚筒在x，j，z轴线上的分量，r表示右滚筒，1表示左滚筒．2D7图l滚筒式采煤机受力模型(2)约束力包括在采空侧的滑靴的约束力(R，，R。

4、R，，嘞)和煤壁侧的滑靴约束力(见，尺，)，另外由于约束力产生的摩擦阻力有(，，，，，『『，Fb，，凡，)，其中R表示滑靴上的约束力，、，表示滑靴上的摩擦力，，表示采空侧的滑靴，’6表示煤壁侧的滑靴，，+表示右滑靴，l表示左滑靴．根据上述平衡方程，整理成线性方程组可表示为：其中线性方程系数分别见表1、表2．208aooc／OalO口ia05口15a50a51a55R，R／R-RlR^，R6，b。b1b263b4b5表％，013450lf+kqO，+kq+乙乙f+屯+置+y4lf+＆g0，+k+z6磊f’k。+范-li2Of+‘-lf+屯+Z4+Y4咒，’k。’墨J30f+k．1f

5、+屯+Z6-圪咒f+k。+戈40j’k。lf’k。’zrxs正-f‘k。’溉5Of+屯1f‘k。’Z7+x1工-f+屯+玛表2bl0‘F—F。1(P。r+Pq，一Fqi‘-)+‘2-P。·(吁Vj，)+t3·t+(‘-+，j+‘，+■)+七q+(凡一z-‘‘·+2一^，+五+‘1’Z6卜t：+(坂?坂J)4t：+(矗+■·‘+五)+”(L+ZI‘凡+Z2)。M，。帆-5L+y1‘凡+K+k+(‘，+置+‘1’墨+P"+置+Pql+K)+^‘+帆I注：也为采煤机滚筒转向系数t．为采煤机牵引方向系数，为摩擦系数．2分析方法滚筒式采煤机是工作在条件变化的环境中，其力系受到外界的载荷、工

6、作面开采参数的影响．利用现代计算机技术，编程分析滚筒式采煤机的整机受力就是本文研究的目的．它可以通过人为设定的外界条件，分析约束采煤机的力系变化。煤体截割参数设置I【采煤机结构参数设置ll滚筒结构参数设置左右摇壁工作参数设置截割滚筒三内力和力矩计算采掘机率引阻力计算采煤机滑鞭受力计算计算结果输出数据变化曲线分析数据统计表分析图2SFAS系统流程图采煤机载荷分析系统的原理框图参见图2。其分析过程分为(1)设定分析计算的原始数据煤体截割参数，采煤机结构参数和滚筒结构参数(2)利用滚筒三向载荷计算模块，分析滚筒的三向载荷209(3)根据滚筒的载荷，计算采煤机牵引力(4)计算采煤机各约束

7、力(5)输出计算和分析结果(数据表格和变化曲线)采煤机载荷分析系统主要有四大核心模块组成，其分别为滚筒三向力计算模块，采煤机牵引力计算模块，采煤机约束力计算模块和数据整理输出模块．滚筒三向载荷分析已有文献提出了较为完整的理论，本文仅引用其方法，建立计算模块，这里不再详细分析叙述．目前采煤机整机载荷分析研究的较少，这也就是本文所关心的问题．从上述力学模型可见，采煤机整机载荷是一个较为复杂的力系，其平衡方程组是一个六维线性方程组，可以利用高斯消元法原理求解．高斯消元法是用逐次消去一个