矿用掘进机回转台使用过程中结构性能的研究.pdf

185 科学管理 2020年第7期 1 矿用掘进机主要故障的分析 回转台是掘进机中的关键组成部件之一，在使用 过程中，主要与左右机架进行连接，负责对截割臂进 行支撑，以实现悬臂的上下升降运动及 360旋转作 用。在此过程中，由于截割头的各类参数均发生不同 时刻的变化，导致回转台承受着来自截割头的较大变 载荷冲击作用，而截割头的转速及摆速变化对回转台 的影响更大。由于回转台的结构性能变化，导致掘进 机出现了不同类型的运行故障，具体如下 1）掘进机在工作过程中，会产生较大机械振动和 变载荷作用，若回转台长时间在此状态下运行，将会 出现支撑部疲劳受损，甚至突然出现裂纹现象； 2）回转台在设计及使用过程中，由于其结构强度 和刚度的不足而出现变形或断裂现象，导致掘进机的 截割性能大大降低，甚至出现整体无法正常运转的故 障现象； 3）掘进机使用过程中，由于回转台上的油缸驱动 压力过大，导致掘进机整体出现了液体泄漏现象； 4）回转台上的销轴由于长时间承受着较大程度 的振动冲击作用，导致其销轴出现了磨损、变形等现 象，影响着掘进机的运行稳定性。 2 回转台模型的建立 2.1 三维模型的建立 回转台在掘进机中主要起到支撑悬臂、截割部分 的回转、升降、前进等作用，其性能的好坏直接影响 着掘进机运行的可靠性和工作效率。因此，结合掘进 机回转台的结构特点，采用 PROE 软件，建立了包含 转盘、回转孔、连接销轴孔等特征在内的回转台初步 模型；为使回转台的仿真结果与实际使用情况更加吻 合，提高仿真结果精度，对回转台上的倒角、圆角、 圆孔等进行了模型简化，省略了销轴上的非关键特 征。由此，建立了回转台的三维模型。 2.2 仿真模型的建立 结合建立的回转台三维模型，根据其实际结构材 料，将回转台的仿真模型设置为了 40Cr 材料，其材料 的主要属性参数如表 1 所示。同时，采用QBQUAS 软 件，采用了四面体网格，将网格大小设置为 20 mm， 误差设置为 2 mm，完成回转台的网格划分。根据回转 台的实际使用情况，截割臂对其铰接孔处将产生 70 kN 大小的作用力，降油缸将对回转台铰接孔产生 100 kN 左右的作用力，因此，将此作用力施加在回转台上， 并对其进行边界条件设置，完成了回转台仿真模型的 建立。 表1 回转台材料的主要参数 材料 类型 弹性模量/ MPa 屈服强度/ MPa 密度 / （gcm-3） 泊松比 40Cr 2.2105 785 7.82 0.3 3 回转台结构性能的分析 3.1 应力变化分析 通过回转台的仿真分析，得到了其应力变化图， 如图 1 所示。由图可知，回转台在整体出现了应力分 布不均匀现象，并出现了应力集中现象；其中，在回 转台的前端左右销轴耳、中部的定位固定槽及后部的 升降油缸铰接耳等部位应力相对较大，但应力值均在 材料的屈服强度范围里；而在其中部的前后两端及后 支腿上应力相对较低。分析其原因为截割臂在作业过 程中对回转台的铰接耳处产生了较大的动态载荷作 用，这与回转台的实际使用情况基本吻合。此现象将 导致回转台铰接耳处在使用过程中率先出现变形、断 裂等故障，影响着掘进机的使用安全，因此，需对这 些部位进行结构优化。 3.2 结构位移变化分析 通过掘进机的仿真分析，得到了其结构位移变化 图，如图2可知回转台整体出现了不同程度的结构变 形，其中，后端升降油缸铰接耳处的变形量最大，并 延连接臂向前端呈逐渐减小的变化趋势；而在截割部 与回转台连接的铰接耳处也出现了较大程度的结构变 形，且外出铰接耳变形大于内侧；回转台的中部及前 端变形量则相对较小。出现此现象的原因同样为在升 降油缸及截割部作业过程中，对回转台铰接处产生了 较大载荷作用。在回转台使用过程中，这些部位最为 薄弱，极易可能率先出现变形、断裂等故障。因此， 对回转台的结构刚度需进一步进行加强。 图1 回转台应力变化图 矿用掘进机回转台使用过程中结构性能的研究 胡睿弘 阳煤集团二矿机电工区 山西 阳泉 045000 摘要掘进机是煤矿开采的中的主要设备。由于井下工况条件较差，掘进机回转台受其结构影响，容易出现铰接耳磨 损、变形、断裂等故障，严重影响掘进机的生产作业。针对该状况，对掘进机回转台进行仿真分析研究，并提出相应的改 进意见。 关键词煤矿 掘进机 回转台 科学管理 186 2020年第7期 图2 回转台结构位移变化图 4 回转台结构的改进 结合回转台的仿真结果分析，回转台的后端升降 油缸铰接耳处、截割部铰接耳等位置均出现了较大程 度的应力集中及结构变形现象，在使用过程中极易发 生变形、断裂等故障，影响着掘进机的工作效率，因 此需对回转台进行结构改进。 1）在回转台铰接耳、中部连接槽等应力集中部 位周边开设直径较小的圆孔，可将集中的应力进行转 移，改变回转台上的应力集中现象； 2）对回转台后端升降油缸铰接耳处进行加强，增 加铰接耳的厚度及销孔尺寸，或在现有铰接耳外界焊 接加强材料，以提高此处的结构刚度； 3）对连接臂及截割部铰接耳处进行结构加强，增 强其材料厚度，可减小在此处的结构变形； 4）对回转台的使用情况进行定期维护保养，保证 铰接孔处的润滑性，针对出现的故障问题，应及时进 行维护更换。 参考文献 [1] 杨阳 . 基于振动测试的掘进机关键结构动态特性研 究 [D]. 北京 中国矿业大学， 2017. [2] 谭君海 . 掘进机关键部件材料应用现状与发展趋势 [J]. 机械管理开发， 2018， 33（1） 46-47 ； 49. 作者简介 胡睿弘 （1989.6-） ， 男， 河北井陉人， 本科， 毕业于太原理 工大学， 机电工程师， 从事机电技术研究工作。 米时，证明这种顶层岩板比较脆弱，很容易在煤矿的 开采过程出现坍塌的现象，给支护进度产生困难。 2.3 后退卧底支护技术的应用 在煤矿的开采工作中，如果在进行掘进时出现下 移的状况，为了确保施工的安全性，应该及时采用后 退卧底法进行支护施工，首先要观察演示的断层落差 是否大于2.5米，并判断演示的断裂层是否处于坚固的 状态，然后在选择合理的支护作业，可以有效的保障 煤矿巷道的稳定性。 2.4 煤矿开采技术的其他因素分析 由于煤矿开采工作比较复杂，受到的影响因素比 较多，并且地质条件也都截然不同，所以在煤矿开采 过程中采用的设备也都不同，在进行煤矿的开采时， 要结合实际的地质条件和周围环境，采用合理的采煤 设备，并且确保煤矿开采的过程中每个细节的处理， 确保煤矿开采设备的正常运行，并且加强对煤矿开采 工作的管理，提高煤矿开采工作效率的同时，保证开 采工作的质量。 3 结束语 综上所述，随着科技水平的不断提升，我国煤矿 开采技术也得到了不断的优化和提升，为我国煤矿企 业的发展开辟了新途径。目前，市场竞争环境越加激 烈，对整个煤矿企业发起了全新的调整，所以，煤矿 企业应该积极探索创新性煤矿开采技术，并加强煤矿 开采的管理水平，提高煤矿开采工作的安全性与可靠 性，提高煤矿开采的工作效率和施工质量，降低开采 环节的成本，对煤矿企业的发展具有重要意义。 参考文献 [1] 于跃 . 煤矿开采技术与掘进支护技术的探讨 [J]. 内 蒙古煤炭经济， 2019，（15） 4042. [2] 曲彬， 栾建伟， 将冲冲 . 煤矿开采技术与掘进支护技 术的探讨 [J]. 山东工业技术， 2018，（16） 85. [3] 赵鹏飞 . 煤矿掘进支护技术在复杂地质条件下的应 用分析 [J]. 石化技术， 2019， 26（12） 113133. [4] 刘彦林 . 煤矿开采掘进中高强支护技术的应用浅述 [J]. 石化技术， 2019， 26（12） 370365. （上接第178页） （上接第188页） 高了刮板输送机的使用范围。 3）通过优化改进后，刮板输送机在使用过程中粉 尘质量浓度控制在 30 mg/m3以下，大大降低了作业环 境粉尘浓度，提高了作业环境质量标准化。 参考文献 [1] 郭岩 . 矿用刮板输送机故障分析 [J]. 煤， 2019（11） 93-94. [2] 周永庆 . 矿用刮板输送机常见故障及预防 [J]. 西部 探矿工程， 2019（1） 110-111. [3] 智国华 . 矿用刮板输送机链条张紧力自动监控技术 及故障维护 [J]. 煤矿现代化， 2019（5） 180-189. [4] 申斌 . 煤矿刮板运输机设备故障分析研究 [J]. 机械 管理开发， 2016， 31（10） 48-50. [5] 智毅 . 煤矿综采工作面刮板运输机常见故障和处理 对策 [J]. 能源与节能， 2016（7） 141-142. [6] 杨晋 . 煤矿刮板运输机常见故障与预防对策 [J]. 能 源与节能， 2016（1） 62-63. [7] 马斌， 李高佳， 朱正贵 . 防爆高压变频器在煤矿刮板 运输机改造中的应用 [J]. 电气防爆， 2014（3） 39-43. [8] 崔文峰 . 关于煤矿刮板运输机卸载点喷雾灭尘装置 方法的技改实践 [J]. 科技传播， 2013， 5（2） 126， 155. [9] 刘子荣 . 刮板运输机常见故障与预防对策研究 [J]. 山东煤炭科技， 2018（5） 128-129 作者简介 王金成 （1993.6-） ， 男， 黑龙江省延寿县人， 本科， 毕业于 黑龙江科技大学， 矿建助理工程师。