采煤机螺旋滚筒最佳截线距的探讨.pdf

第2 4 卷第1 期 V o 1 . 2 4 No . 1 辽宁工程技术大学学报 J o u rna l o f L i a o n i n g T e c h n i c a l Un i v e r s i t 2 0 0 5 年2 月 F e b . 2 0 0 5 文章编号1 0 0 8 - 0 5 6 2 2 0 0 5 0 1 - 0 1 1 8 - 0 3 采煤机螺旋滚筒最佳截线距的探讨 王 1 . 辽宁工程技术大学 机械工程学院， 琦’ ，王丽娟2 ， 王 刚3 辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 ; 2 . 辽宁大学高等职业技术学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 3 5 3 . 阜新经济开发区，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 摘要针 对 螺旋 滚 筒可能 产生的 几 种 排列 形式，以 利 用 最小比 能 耗为 基 本原 则. 推导出了 截齿的 实际 最 大切 削 厚 度 及 最 佳 截线 距 的理论计算公式，并以镐型齿为例， 分析计算了在具体的工况下， 三头螺旋滚筒的三种可能排列形式最佳截线距及切屑断面积， 最后综 合切削图 影响煤的块度 关键词螺 旋 滚 筒; 截 齿 中图分类号T D 4 2 1 .6 及切削面积选定其排列形式。该推导公式对截齿排列形式的选择有一定的理论指导意义。 切屑图;最佳截线距 A p p r o a c h t o o p 文献标识码 li n e s p a c i n g f o rc u t t i n g p i c k s o f m i n i n g s p i r a l c y l i n d e r W A N G Q i , W A N G l i - ,j u a n , W A N G G a n g 1 . C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , L i a o n i n g t e c h n o l o g y U n i v e r s i t y , F u x i n 1 2 3 0 0 0 , C h i n a ; 2 . H i g h e r V o c a t i o n l a n d C o l l e g e o f L i a o n i n g U n i v e r s i t y , S h e n y a n g 1 1 0 0 3 5 , C h i n a ; 3 . E c o n o m i c a n d T e c h n o l o g i a l d e v e l o p me n t Z o n e o f F u x i n C i t y , F u x i n , 1 2 3 0 0 0 , C h i n a A b s t r a c t I n v i e w o f s e v e r a l p e r m u t a t i o n f o r m s t h a t s p i r a l c y l i n d e r m i g h t p r o d u c e , t a k i n g m i n i m a l e n e r g y c o n s u m p t i o n , t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n f o r m u l a o f t h e a c t u a l m a x i m a l c u t t i n g t h i c k n e s s a n d t h e o p t i m a l l i n e s p a c i n g f o r c u t t i n g p i c k s i s d e d u c e d . T h e a tt a c k - p i c k i s t a k e n a s a n e x a m p l e t o c a l c u l a t e t h e o p t i m a l l i n e s p a c i n g a n d t h e a r e a o f t h e p i e c e s e c t i o n f o r t h e t h r e e p o s s ib l e p e r m u t a t i o n f o r m s o f t h r e e - s p i r a l c y l i n d e r i n t h e c o n c r e t e o p e r a t i n g m o d e . A t t h e e n d , t h e p e r m u t a t i o n f o r m s i s d e fi n i t e e d o n t h e p i c t u r e o f c u tt i n g a n d t h e a r e a o f t h e p i e c e s e c t i o n . T h e d e r i v e d f o r m u l a t e h a s c e r t a i n t h e o ry d i r e c t i v e s i g n i f i c a n c e f o r m s o f t h e s e l e c t i o n o f a r r a n g i n g t h e f o r m s o f c u t t i n g p i c k s . K e y w o r d s h e l i x r o l l e r ; c u t t i n g p i c k s ; f i g u r e o f c u t t i n g f i l i n g ; o p t i m a l l i n e s p a c i n g f o r c u t t i n g p i c k s 0 引言 滚筒采煤机是机械化采煤的关键设备， 其性能 的好坏直接影响采煤机的工作稳定性、可靠性及截 害 」 效率等。 滚筒截齿的排列模式的影响又占有极其 重要的位置，而截线间距则是设计滚筒，进行截齿 排列时要考虑的一个重要问题，截齿排列的好坏、 截线距选择恰当与否，直接影响采出煤的块度、粉 尘及采煤机的振动稳定性。因此，从截齿切屑图研 究滚筒采煤机螺旋叶片上截齿的排列形式对采出 煤的块度的影响。 1采煤机滚筒截齿排列模式及切屑图 滚筒上的截齿分两组，一组为端盘齿，另一组 为旋叶齿。采煤机所采的煤大部分是由旋叶齿剥落 下来的，因而研究旋叶齿的排列形式对滚筒的工作 效果非常重要。 滚筒式采煤机螺旋滚筒上的叶片头数一般采 用2 头、3 头和4 头。这几种头数的螺旋滚筒可能 产生的 排列模式[ I ] 如表 1 。由 于3 头 每 线2 齿 和4 头每线3 齿的排列模式其截齿不能均匀分布， 截齿 承载不均衡，导致重载荷截齿提早损坏，显然种排 列模式不合理。 表 1 螺旋滚筒可能产生的排列模式 T a b . 1t h e p e r mu t a t i o n mo d e t h a t t h e s p i r a l c y l i n d e r m a y b e p r o d u c e d 头数每线齿数排列模式 棋盘式 顺序式 畸变 1 畸变2 顺序式 畸变 1 畸变2 棋盘式 顺序式 2 最佳截线距的计算 采煤机工作时， 滚筒一边转动， 一边作水平移 动，滚筒上的截齿作弧形截割，截齿的切削厚度按 月 牙形规律变化于。 和h m a x 之间 [[2 ] ， 如图t o 收稿日期 基金类型 作者简介 2 0 0 4 - 0 2 - 1 7 煤炭系统回国人员基金资助项目 9 4 - 5 2 0 王琦 1 9 7 1 - ，女，辽宁 东沟人，硕士 讲师。本文编校焦丽 万方数据 第 1 期 王琦等采煤机螺旋滚筒最佳截线距的探讨 1 1 9 式中马一 一 滚筒叶 片 直径， mm o 因此，截齿1 和4 , 1 和5 之间每转推进的最 大进给量方向的位置落差分别为 . D S 一 一 一 竺 - 一 . O S ， m n D y t a n a m 1 二 三 二 主 △6 l ,。 A s h ,一 o6二一 泌Y z z 1 t O S 动， t a n a 图I 滚筒切削厚度 F i g . I t h e t h i c k n e s s o f t h e c u t t i n g 由图2 b 可以看出 截齿可能产生的最大切削厚度为 h 2 z 1 t t a n 丫 h Inax 1 0 0 v _ 式中 △ 6一一 一q 0 8 优 1 0 0 v _ 丫 m n 1 h , h , t a n w 滚筒每转一转进给量，, c m; 式中V煤的崩落角 0 将式 5 代入式 8 得 m 同 一截线上的 截齿数; V q 一 一 一 采煤机牵引 速 度，m / m i n ; n 一一 滚筒转速， r / m i n o 采煤机在工作过程中，由于截槽会向两侧崩 落，在相邻截槽的影响下，实际的最大切削厚度并 不都等于式 1 所计算的结果。如果把相邻两截 线间的距离t 称为截线距，而把同一轮次截割时， 相邻两截槽之间的距离 T 称为截割距离， 即同一叶 片上相邻两截齿之间的距离。二者关系如下 T 二t 2 h m 联立式 6 , 一 z tA S 一 z t 初y t a n a t a n y / 式 7 可得最佳截线距 t z z 1 A s 0 8 1 ir D y t a n a 又有 z t A S t a n w z t 动y t a n a t a n 丫 将式 1 1 代入式 9 得 式中 m 之 一 一i 9 筒上的叶片头数。 , Lm 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 截齿排列时， 若截割距离过大，新形成的截槽 与已 形成的截槽间将有一部分煤不能破落下来，留 下煤脊， 对以后的截割产生不利的影响; 若截割距 离过小，则不能充分利用截割时的崩落效应， 截落 的煤块度小，煤尘多，降低了截割效率。因此，最 佳截线距应是既能充分利用崩落效应， 又不留下中 间煤脊{3 ] ，即相邻截槽顶点 齿尖的连线与崩落 面重合， 如图2 b 中的点 1 与点5 的连线。 显然， 任何一种排列模式，都存在一个最佳的截线距。下 面以如图2 的畸变 1 排列模式来计算实际的最大切 削深度和最佳的截线距。 如图2 a ，截齿4 和1 之间的圆周距离为 由 前述知， 截齿的排列模式可分为四 种， 对应有 四种形状的切屑断面图。 同样可以 仿照以上的计算方 法获得其他三种排列模式下的最佳截线距，如图3 0 对于畸变2 ，图3 a 式排列模式 h . △ b ‘ 一 z z - 1 A b井 十 上 w y t a n a t a n 举 1 3 对于畸变2 , e 3 h .’ t 图3 b 顺序式排列模式 e 8 1 4 长a sZ r 卫 - n V y t a n a t a n w 对于畸变2 ，图3 c 棋盘式排列模式 之 t m t a n a h , 二 2 △3 3 t a n a e 3 t a n tv‘ 、 z - 1 兀 口 ， t a n a 4 3 1 5 ‘一“ 之 万 A 3z 土 n v y t a n a t a n 班 式中a截 齿顶部的叶片升角 0 截齿 1 和5 的圆周距离为 h 5 兀 刀y t T z t a n a } D 4 从计算最佳截线距的公式中可以看出，最佳截 线距不仅与采煤机的工作参数有关，而且与煤的性 质、截齿的几何参数有关。 万方数据 1 2 0 辽宁工程技术大学学报 第2 4 卷 图2 畸变 1 排列图和切屑断面 F i g .2 p i c k s a r r a n g e a n d c u tt i n g f i l i n g f o r v a r i a n c e l a 棋盘式 畸变2 a v a r i a n c e 2 f o r m b 图 3 顺序式 s e q u e n c e f o r m c 棋盘式 c c h e s s b o a r d f o r m 最佳切削状态的切屑 3 分析应用 F i g . 3 f t h e c u t t i n g f i l i n g f o r t h e o p t i m u m 由 前 述 推 导 ， 对 于 畸 变1 排 列 喃 ， 8 .9 0 4 m m , 在中国， 大都在中厚煤层中使用综合机械化采煤， 所以 滚筒直径较大， 为了 保证一定的装煤能力和避免 截割过程中叶片与煤壁干涉， 叶片的螺旋升角不能太 小， 且叶片的总围 包角不低于2 二 n / 3 [4 1 ， 因此多采 用三头螺旋滚筒。 下面以 某型采煤机三头螺旋滚筒为 例进行镐型齿排列模式的分析和选择。 螺旋滚筒有关参数 滚筒直径D 1 8 0 0 m m ， 头 数z 3 ，旋叶升角a 2 3 ， 滚筒转速n 3 8 r / m i n , 牵引 速 度、 4 m / m i n o 对于三头螺旋滚筒的截齿排列，有三种方式 顺序式、畸变 1 、畸变 2 ，下面分别计算这三种排 列方式的最佳截线距 t 及切屑断面积s o OS 1 0 0 0 v _ ， n 1 0 5 . 2 6 mm 对于顺序式，由式 1 4 ， 二 一 竺一 3 5 .0 9 mm 之 D y D 一 2 1 n D 一 2 k h m 1 7 2 2 .8 m m 镐齿取 k 1 . 1 由 参 考文 献【 5 ] 中的 式 3 并 将其实 验数 据 [6 ]代入 ta n ， 一 2 8 一 。 .8 0 崩 落 角 随 实 际 截 深 变 化 而 改 变 九 m t w, 八 8 0 S 1 之 71 口 ， t a n a t a n 班 2 7 mm s 畸 ， 4 t - 气 9 3 7 m m 2 ; 对于畸 变2排列 tP* 2 9 -1 M M S IV 2 t 气 9 5 8 m m 2 。 通过以上三种排列模式的计算结果及切屑图 的比 较，可以看出，在牵引速度为4 m / 而n时，三 种排列模式的切屑面积相差无几，但切屑图 [[ 1 l 相差 较大畸变2 排列形式最方正，畸变 1 与顺序式相 差无几，切屑图都细长，产生的碎煤较多。 4 结论 1 采煤机螺旋滚筒最佳截线距与采煤机工 作参数有关， 还与煤的性质、 截齿的几何参数有关。 2 采出煤的块度受采煤机的牵引速度螺旋 滚筒的转速的影响，还与截齿的排列模式等相关。 3 通过对三头螺旋滚筒镐型截齿排列形式 的分析比较， 在滚筒转速较大、牵引速度较低的工 况下，建议采用畸变2 的排列形式。 参考文献 [ 1 1 郭迎福. 采煤机螺旋滚筒截齿排列模式及其分析田.湘潭矿业学院学 批1 9 9 5 , 9 3 0 - 3 7 . [2 l 索洛德B .H . .采矿机械与综合机组的设计计算【 M l . 北京 煤炭工业出版 社，, 1 9 8 9 . [ 3 ] 多 库金A . B采 煤机械参 数选择[M l . 北 京煤炭工 业出 版社 ， 1 9 7 9 . [4 ] B .N .米 尼契 夫 .联 合 采 煤 机设 计与 计 算 [ M l 北京 煤炭 工 业出 版社 ， 1 9 8 0 . [ 5 ] 王 琦， 李贵轩.镐齿截割时煤的断裂模式的理论与试验研究[[ J l . 辽宁 工程技术大学学报，2 0 0 4 ,2 3 2 4 7 - 2 4 9 . [ 6 ] 王 琦. 镐形齿截割时煤的断裂模式的 探讨[ D ] . 阜新 辽宁工程技术 大学， 2 0 0 2 . s i n V 气 气 s i n V t . 气 气 t .丝 9 4 7 m m 2 万方数据