矿用掘进机行走履带板结构的优化改进研究.pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vol.43 No.5 May 2020 机电与自动化 矿用掘进机行走履带板结构的优化改进研究 司利鹏 晋煤集团寺河煤矿二号井，山西晋城048019 摘 要寺河煤矿现有EBZ160型掘进机行走履带板结构在实际应用中存在缺陷。针对这一 情况，对其结构进行优化改进，添加了多条着地筋，并基于ADAMS软件建立了优化前后的行 走机构模型，模拟行走机构遇到障碍物时的工况，分析优化前后的牵引扭矩值。实践表明， 优化效果良好，能够有效将粘附在履带板结构中的泥巴自动排走，避免粘附过多的泥巴导致 打滑现象。 关键词掘进机；行走履带；结构优化；着地筋 中图分类号TD42 文献标识码B 文章编号2095-5979 2020 05-0089-03 Study on the optimization and improvement of track plate structure for mining excavators Si Lipeng Sih e No. 2 Mine, Jinch eng Mining Group, Jinch eng 048019, Ch ina Abstract The ex isting EBZ160 type ex cavato r running track plate structure in Sihe Mine had def ects in practical applicatio n. In respo nse to this situatio n, the structure w as o ptimized and impro ved by adding a number o f landing strips, and an o ptimized w alking mechanism mo del w as built based o n ADAMS so f tw are to simulate the w o rking co nditio ns o f the w alking mechanism w ith o bstacles, the tractio n to rq ue values bef o re and af ter o ptimizatio n w ere analyzed. Practice sho w ed that the o ptimizatio n w as ef iective in auto matically remo ving the mud stuck in the track plate structure and avo iding the slippag e caused by the ex cess mud stuck in the track plate. Key w o rds ex cavato r; w alking track; structural o ptimizatio n; landing strip 1概 况2掘进机的总体结构 掘进机行走机构的作用是驱动掘进机前进和 拐弯，承载掘进机自身重量以及工作过程中的各 种载荷。煤矿井下环境复杂，掘进机工作过程中 载荷经常变化，对行走机构的性能提出了较高的 要求。寺河煤矿现有EBZ160型掘进机行走机构 采用平履带板结构形式，容易出现打滑现象，在 泥泞地面上行驶时凹槽内部容易粘附泥巴，降低 工作效率。因此，对该矿掘进机行走履带板结构进 行优化改进，提升行走机构与地面间的粘附力，避 免出现打滑现象。 EBZ160型掘进机的总体结构如图］所示。 工作机构 输送机构装载机构 ___________.［除尘装置 行走机构I「 图1 EBZ160型悬臂式掘进机总体结构 Fig . 1 Structure o f EBZ160 cantilever ex cavato r 责任编辑张彤 DOI 10.19286/ki.cci.2020.05.025 作者简介司利鹏1984,男，山西泽州人，机电助理工程师。 引用格式司利鹏.矿用掘进机行走履带板结构的优化改进研究［J］・煤炭与化工，2020, 43 5 89-91. 89 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 EBZ160型掘进机总体由多个部分构成。掘进 机工作机构是核心结构，掘进机的功能主要靠工作 机构来发挥。装载机构的作用是将工作机构截割得 到的煤岩进行收集，并输送到运输机构中。行走机 构实现整个机械装备的移动、转弯。掘进机在工作 过程中会产生大量的粉尘，除尘装置对掘进机在工 作过程中产生的粉尘进行处理，优化工作环境。 3行走履带板结构的优化改进方案 3.1优化前履带板结构特征分析 EBZ160型悬臂式掘进机行走机构中的履带板 属于平履带板，如图2所示。寺河煤矿井下环境比 较复杂，掘进机行走的巷道底板状态较差，有时候 平履带板难以有效附着地面，产生打滑现象。 图2优化前的行走履带板结构 Fig . 2 Structure o f w alking track plate bef o re o ptimizatio n 原先的履带板结构中没有专门设置履刺，履带 板难以有效抓地，与地面之间的附着力不大，特殊 情况下会对掘进机的行进或者拐弯过程产生不利影 响。此外，履带板结构中存在很多凹槽，在泥泞巷 道底板路面行进时，泥巴非常容易填充到这些凹槽 内部，且难以有效清除，也会产生打滑问题。基于 上述分析，对履带板的结构进行优化改进，提升其 与地面间的附着力，降低履带板中粘附的泥巴。 3.2行走履带板结构的优化改进 结合寺河煤矿EBZ160型掘进机履带板结构特 征，通过几何优化处理方法对其结构进行优化设 计。主要思路是根据实际需要提出优化改进方案, 然后通过模拟仿真的方法对方案进行验证分析，确 保方案有效性。 通过对原行走履带板结构的分析可知，其缺陷 主要表现在两个方面一是附着力不够；二是容易 粘附泥巴。所以本研究的优化目标是要提升行走履 带板结构与地面间的附着力，并且降低泥巴的粘附 量。考虑到实际应用情况，对行走履带板结构进行 优化改进时，只对局部区域进行改进，确保不会影 响与其他结构件之间的配合使用O 查阅资料发现，坦克的行走履带板结构通常都 设计了着地筋，且着地筋的布置通常呈现出“人” 字形或“八”字形。实践结果表明，这种结构形式 的着地筋能够显著提升行走履带板的强度和刚度, 提升其与地面间的粘附性，而且这种结构形式的行 走履带板在泥泞道路上行驶时，能够有效排除淤 泥，避免淤泥大量粘附在履带板凹槽内部。 在充分借鉴上述经验的基础上，对掘进机行走 履带板结构进行优化改进，主要是增加设置了着地 筋，整体上呈现左右对称分布，中间部位的着地筋 横向布置，两侧部位的着地筋斜向布置，倾斜角度 设置为45。，如图3所示。 图3优化后的行走履带板结构 Fig . 3 Structure o f w alking track plate af ter o ptimizatio n 4优化改进效果分析 4.1掘进机行走机构仿真模型的建立 由于只是对行走机构中的履带板结构进行研 究，所以在建立有限元模型时，只建立了驱动轮 结构、导向轮结构、履带板结构和机架结构。首 先通过UG软件对上述结构建立三维几何模型。 为简化计算过程，缩短模型计算时间，在建立几 何模型时，对于一些非重要结构，比如圆角、小 孔作省略处理。建立好三维几何模型后，将其导 出为stp格式，然后将模型导入到ADAMS软件中 进行进一步建模。掘进机行走机构三维几何模型 如图4所示。 图4掘进机行走机构三维几何模型 Fig . 4 3d g eo metric mo del o f driving mechanism o f ro adheader 为了对比分析优化改进前后行走履带板结构 对掘进机性能的影响，分别建立了两个模型。两 个模型除行走履带板结构存在差异之外，其他结 构参数以及各种条件全部相同。在仿真模拟时， 主要模拟掘进机遇到障碍物时的工况条件。对掘 进机遇到障碍物时驱动轮的牵引扭矩大小进行对 比分析，反映不同履带板结构与地面间的附着力 大小，即牵引扭矩越大说明履带板结构与地面间 的附着力越大。 90 司利鹏矿用掘进机行走履带板结构的优化改进研究2020年第5期 4.2仿真模拟结果分析 后，调用AMAMS软件中计算模块对模型进行计算, 建立掘进机行走机构碰撞障碍物的仿真模型 最终得到计算结果，提取牵引扭矩，如图5所示。 时间/s 150.0 E . N 亠二舉尿而 * 100.0 50.0 0.0 -50.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 时间/s 图5两个模型中提取得到的牵引扭矩随时间的变化曲线 Fig . 5 Variatio n curves o f tractio n to rq ue ex tracted f ro m the tw o mo dels w ith time 由图中曲线可知，优化前的行走履带板结构在 0.4 s以内，牵引扭矩不是很稳定且相对较小，主 要是因为此阶段掘进机行走机构与障碍物之间尚存 在一定的间隙，两者尚未完全接触；在0.4 s时掘 进机行走机构与障碍物发生接触，此时牵引扭矩出 现急剧上升，并且很快扭矩达到稳定状态，牵引扭 矩为87.89 kN・m左右。 优化改进后的行走履带板结构在0.5 s以内由于 行走机构与障碍物间尚未完全接触，所以整体的牵 引扭矩相对较小；在0.5 s左右时行走机构开始与障 碍物发生接触，此时牵引扭矩出现快速上升，很快 达到稳定状态，牵引扭矩为110.25 kN・m左右。 对比优化前后的牵引扭矩大小可以发现，优化 改进后的牵引扭矩比优化前要大，说明着地筋能够 显著提升行走履带板与地面间的附着力。同时，在 履带板的两侧分别设置了斜向着地筋，可以有效防 止掘进机在拐弯行进过程中发生侧滑，还能将粘附 在履带板上面的泥巴自动进行排除，避免粘附过多 的泥巴影响其与地面间的粘附力，发生打滑现象。 4.3实践应用效果分析 将提出的优化改进方案在寺河煤矿进行实践应 用，掘进机在行进过程中打滑、侧滑的现象明显减 小，行走履带板凹槽内部粘附的泥巴量也显著降 低，减小了人工维护保养的工作量，保障了行走机 构的使用性能。 5结语 寺河煤矿原有EBZ160型掘进机行走机构的履 带板采用平履带板结构，与地面间的附着力不够, 发生打滑、侧滑等现象。在充分借鉴坦克行走机构 履带板结构实践经验的基础上，对行走履带板结构 进行优化改进，添加了着地筋。基于ADAMS软件 对优化改进前后的掘进机行走机构进行建模分析, 研究了行走机构在遇到障碍物时的牵引扭矩大小, 发现优化后的牵引扭矩比优化前要大，说明优化后 的履带板结构具有更好的着地能力，倾斜设置的 着地筋还能够起到自动排除泥巴的效果，改造效 果良好。 参考文献 [1] 陆 浩.煤矿用掘进机远程自动控制研究[J].自动化应用, 20196 13 - 14. [2 ] 赵泽鹏掘进机行走机构故障分析与可靠性评价[J ]陕西煤 炭，2020 , 39 2 88-91. [3] 付欣欣.掘进机履带行走机构的改进[J]煤矿机械，2014, 35 4 162. [4 ] 赵光旭.对悬臂式掘进机行走机构的设计要点[J ].神州, 2019 11 232. [5 ] 荣庆贺.掘进机支承腿的有限元分析[J ].煤矿机械， 2019 , 40 12 89 - 90. [6] 钮晓龙.EBZ160悬臂式掘进机改进与应用[J].机械管理开 发，2019 , 34 1 132- 133, 156. 91