采煤机牵引链动态特性分析.pdf

第1 0 暮革l 期 VD 1 ． 1 0 ， № 1 阜新矿业学院 学报 J O UR NAL OF F U XI N MI NI NG I NS TI T U T E 1 9 9 1 阜 1 日 J an．，19 91 采 煤机牵 引链动态 特性分 析 林相 东 煤炭科学研究总院常州科碚 } 试靠 0 中心 摘 要 本文千 吊撮动理论对采煤机章引链的动奋特性进行了 分析。井建立了 力学模型． 关键 词 采蒜机牵 l 链； 振动理论；动态特性 力学模型 中圈分类号T D 4 2 1 ． 6 l ； 03 2 2 。 OM7 1 0 亭 I 言 目前 ，尽 管有无 链牵引采煤机 代替有链牵 引采煤 机的趋势 ，然 而在 矿井 ，滚 筒武采 煤 机毋广 泛采用锚 链牵 引机构。采用 这种 机构的最大问题是 “ 跳链” 及 “断链”现 象 的 存 在。因此，分析采煤机工作时锚链的力学特性及其故障原因，对正确使用链牵引机构是十 分重 嬖的。 1 采煤机牵寻 I 链的工作特性 牵 引链在工作 面两端 的 固定方式 不同，其受力状况是不一样 的 ，甚 至差别 最大。 目前 常用的是 “ 液压 紧链”固定方式，液压紧链装置的优点是非工作边能保持一定的张力，其 工作过程大致如下 1 ． 1定位磺鼙 ， 如 图 1 所示 。预 紧时，进八张紧油缸 的油压力 由定值减 压 阀控制 ，蚪弱 紧力 亦即非 工作边 张 力 一 Tl ．Pj ‘ 1 式中 D一张 紧油缸 内径 ，c m P J - ． 减 压 阕出口压力，k g ／ a m 一 所 谓预 紧， 是指在 采煤机运 行前 ，先给牵 引链 条施加一 个张紧力，在此 力作用下 ，链 条产生弹 性伸 长。若将伸 长量 去掉 ，把剩泉的嚼环链 再接 起来 ，牵 引链上 每点 的张力都 应 等于预 紧力。 以链条作为牵引机构 的所有机械 ，链 条除受静 张力外，还承舞动强 力作用。 运转 中的 采堞机 ，其牵 引链条负荷及变形量 的变 化情况可参见圈 1。牵 引链条受 以静张力为 中心 而 瞬时 变 化的 张力的作用。 牵 引链 条静张力工作 点 星D。 ，动张力是 D。 为 中心 ，在D- D 区 间内变 化。 显 然 ， 车文t 9 8 8 年t 2 月t 3 日收瓠．孙树征编、校， 维普资讯 6 0 卓新矿业学院学报 1 9 9 1年 图 l 采堆机牵引链的工作特性 ● F 一屈服负荷 F ma x 一破断负荷；D a 一工作点；Dl ， DI 一动负荷工作赢； 1线虎克定律直线 2 线一动 负荷引起的变形；3 线一动负荷； 4线一静张力；0L D 一静张力作用下的伸长 为 动张力是瞬时变 化的，在求预 紧力时 ，不宜用处 于振幅Dl 时的张力状态计 算，否则 ，相 对 于Dt 及 其它点来 说， 因预 紧力过大 ，链条 过紧，虽防止了松链 ，却导致 了链条 与链轮磨 损加剧 ，还 招致 动张力的增大，降低 了牵 引链条 的使用寿命 ，当然也 不宜 用对应于Dt 处的 张 力状态来计算预 紧力，否则，相对于Dl 来 说要发 生橙链。所 以正确 的方法是以Tl 为基准 来计算牵 引链链条 的预 紧力。 借助 } l o n I‘ e定律可计算出采煤机运行时牵引链条伸长量的计算公式 。 古 。 f d 2 式中 曰一牵 引链条弹性模 量 ’ A一牵 目 j 链棒料 横截 面面积 P。 t 一采煤机泰 引力 随机 函数 L t 一工作边 或 非工作边 链条 长度 同理 ，采 煤机在 运行前 由于预紧力作 用下的牵引链条 伸 长量也可Ho o k 定律 求得 ． d I D 工Tl ／ 曰A 3 理想 情况是既不希望． d I o ． d l ，也 不希 望 I ． d l ， 以避免菲工 作边 过 紧 或 过松 ， 而是希望在设计预 紧力时 ，应 满足 ． d l 。 ． d l 4 该式意味着经 过预紧后 的链条非工作边在采 煤机 运行 过程 中既不伸 长，也不缩短。 2、 3式代 4 式 【 I P f d 一工Tl J 0 r ] T l I P 。 t 积／ L 维普资讯 第 1期 椿 相 东 采燥 机 牵引蛙动 态特 性分析 6l 通 常f m ’ P 。 d x 被 认为 是 ． L ， 此时 有 ． 。 实 际 应 用中 ， 为 避免 过紧 而损 坏 J D 链 条 ， 常 取 T． ≤ P。 。 1 ． 2 增值 过 渡与液压补偿 随着采煤机 的运 行，非工作边 出现弹性收缩，其张 紧油 缸内油压 将从P』 开始 急增 ，任 i 在安全 阀末 卸载敖，油缸 不动 ，此阶段相 当于 刚性 固定。很快地 ，油 压将迅速升高这 到安 全阀的卸载压力_P 。 开。安全阀溢流，油缸收缩，实现液压补偿，此阶段链条的最大拉力 由 安全 阀限定为 定值。牵 引链 条的张力变 化特况如 下 T -一 T 1 等 开 一 譬 一 。 一 。 T Ti Tl Pr T2 ， ， T I P口 其中 Tl 一非工作 边 张力 k g f T2 一工 作边张力 k g f P 一安全阀的开 启压力 k g f ／ c m P。 一安 全阀的 I 殳定 压力 k g f ／ o 1 1 1 牵引链的最大补 偿 长度 I 补可Ho O k e 定律 求 得 ≤ ≤ ．L _ 等 L 5 这说明张紧油缸应满足行程 s≥ ， 2 牵引链的动态特性 ． ’一 2 ． 1 幸弓 I 甓的运动特性 链 轮 旋转 时 ， 轮 齿 依 次 与 链 环 啮合 。因 为链 条绕 蛀 警轮时 呈参 边 形 ， 则 牵引 链除 在水 平 方 向 产 生 一 定 惯 性 力 外 ， 在 垂 直 方 向 还 要 作 _匕 _下 移 ， 开 婶 时 以 减 速 上 升 一 8 0 ， 随 后 又 以 增 速 下 降 口 警 ， 这 样 便 产 生 了 工 作 的 不 平 稳 性 与 ， 有 规 律 的振 动。 参 见图2 、囟3 l且 0 牵引链因链轮的 多边形垒有向期性的扰 动力。 一 图 2锚链运动分析匿 ’ 图 2 中，y l R t w t c O ． 近似为采煤机牵引速度 武中8 角是链环与铸轮 啮 台点对Y 维普资讯 6 2 卓新矿业学院学报 1 9 9 1 年 轴的瞬时角 位移。 这个公 式是近似的，忽略了链条弹性因 素的影 响 R1 ． 、 ＼ ／ ；‘ 。 图3 { i i 鼙运动参数变化图 2 f 啮台周期 图 l 2 ． 2 牵 号 l 麓的曩动 型 ． 选取坐标系如图 4所示 沿链 条方 向。坐标 I 原 点可选在链 轮处，也可 以不 规定。 令Ⅱ o， 1 表 示在 平衡 时坐标为 x的点 实 际上 是一截 面在 f 时 刻沿 x方 向的位 移，取 小 段0，x d x 来研 究它在 l 时 刻的 运动。 以 4 ，t 表示这一小 段的质心 位 移。 根据 Ne wt o n 定律 p 警 p x -l- d x ． 1 一 p x ， I ] ’ 6 式中 p 一牵 引链 单位体积重 量 截面面积 P ，t 一在 x点截面沿 x方 向的应力 若令 一0 ，则4_ “ 从而 6 式 可写作 。 盟 挈 O t z P【 主d 舢 t ’ 一 P‘ 主． ‘ 0P 一 7 根据 H o o k e定律，如果略去垂直于链条方向的耷形 ‘ 因链条很长，略去这种 变形最 合 理 的 ， 则 应 力 P 与 相 对 伸 长 詈成 正 比 。 ’ P； ％ - - 综合 7 、 鼢 两 式，得 整 理 得 } 笔 } 8 9 维普资讯 第 1期 林相 东， 采煤机 牵引链动态特 性分析 6 3 式中 口 z E ／ P 是一个常数 9 式即是牵 引链条 纵 向 沿链条 方向 自由振动 方程。 上述推 导 中，作了两 点假定 1假 定牵 引链纵 向只 做微 小振动 ，这样才 能应 用Ho o k e ，并略 去周链条 伸缩 引起 的密度P 的变化。 2 由于牵 引链截面相 对于链 长很小 ，故认 为链条很“ 细 ，在 任一 时刻同一横截 面上 的各点位移相 同。 实际上 牵引链是有重星的，并且在振动过程中，还受到与链条轴线方向 平 行 的外 力。利用9 式，可知 链条在纵 向的实 际振动模型是 1 0 式中 ， 0， t 一表示 t时刻单位重量的链条在 x点处所受 外力 牵 引链横 向也有 自由振动 ，其方程形式 同 9 式一 样 此时牵 引 链 重 量 不 可忽 略 ，也是 一维波动 方程。 式 中 吾 是 常 数 口 器 ⋯ r一牵 引链所 受张力 u x ， t 一坐标为 x的点在 t时刻的位移，方 向是垂直于 链条 轴线 综上所述，剔击牵引链在井下因工况g f 起昀偶然随机力及其它人为的影响力外，牵引 链本身既做横向振动，又做纵向振动。纵向振动是引起动张力增大的主要原因 2 ． 8章 目 I 麓的 力学特性 、 由理论力学知道，弹性体受到的扰动力额率与该弹性体的 自由振动频率相等时，弹性 体 发生 共振 ，同时也受到 很大的动张力。研究牵 引链的 力学 特性 就是避免牵 引链发生 共振 效 应。 牵引链受 到传 甜链轮给 予的周期性变化 的扰动力作用 ，此 扰动 力凝率 与 链轮 角速度 及 其齿数有关。 链轮与链条的啮台周期，即是扰动力的周期 亦即链条所受扰动力额率是 d 抗； 百z w 1 2 其 中 W 。 一 链轮旋转 角速度 螂 ／ s z一传动 链轮 齿数 由牵引部电机将雒辱传递到牵 I 链是经过减速箱和链辖而进行的。由于链 条 是 弹性 体，故能量厦链条的变形是以某一速度由一个截面_} 孥 遵到另一个截面。若牵5 J 链的弹性性 能用抗拉剐度E 来表示 E口 ；T ／ e 其 中，T是牵 引链所受张 力I e 是牵 引链 的纵向档对弹性 维普资讯 6 4 阜薪矿 业学院学报 1 9 9 1年 应 变 8 争 | 牵 引 链 的 单 位 长 度 重 量 用 口 米 表 示 。 则 随着链条 变形区段顺着牵 引链 的传播，单位 长度重 量 目的变化 d q q 一告一斋 a 在 t 时 间段 内，链条 某一 截面的传播距离是 d x 一 t 武中 是弹性波平均传播 速度 ，此区段 的质量变化 m一 g ‘ t‘ 口 ／ g ‘ e‘ 口‘ t ／ g ，则动 量 变化为, d m 8 口 t ／ g 另一方面 ，弹性力冲量是 t E。 e t 由动 量定理知，动 量变化等于j 申量。亦 即 。 e t q ／ g E D s t 1 3 1 4 所 以 √ 1 5 而根据材料力学知 拉伸 应力6 E 8 ，亦即 E。 TEA， 是 浮 一 亦 即 牵 引 链 的 鼻 振 氟 率 是 d 自 号 ／ L 1 6 由 1 2 式知 ，牵 引链承受 的抚 动力频率是 ● ’ d 扰 ZW 一 晋 式中 p 机 采煤机平均牵引 速度lm ／ s 1 苗一鲞 引 链 条 绕羟 链 轮 时一 个 轮 齿所 对 血 的 链 节 长席 m 共振 时d 自d 扰即 共振速度 ．／ 星 -／ L I 节 v l p ， ． 壹 L 1 8 由此可知 ，当采 煤机 速度 与牵 引链 长度 具有 式所 示 机一工关 系对 ， ． 牵引便链要 产生共 振，引起很大的动 张力，甚 至 引起 “ J R链”。 因此，系统地说降低 采煤 机速度可 降低牵 引链动张 力是 不确切 的而晓使采煤机运行速 度远 离共振 速度 才行 。相反地 ，采 煤机功率恒定时，提高运 行速度 ，使其 远离共振 点， 。 仅可 以减 少动张力 ，增 长锚 链寿命，而且提高 了劳动生产率。 维普资讯 薯 1期 林 相 东t 采煤机牵 引链 动态特性 分析 参考文献 1 陶池东主编采掘机械．北京煤炭 工业出版社．1 8 8 5 2 南京工学院主编．理论力学 ．北京人民教育t i t ． 社， 1 9 1 9 8 B ． N索谗肇等{ 嫡 棠等译． 毓矿机械和自动化机组． 北京 煤炭工业出版牡．1 9 8 T 作者篙介 林相来-男．1 9 6 1 年生，助工．1 9 8 5 年毕业于阜新矿业学 皖机械化专业，1 9 8 睥 获工学硕士学位．现在 审国蝶嶷 辩学研究总 院常州科研试制中心工作． Th e Dy na mi c Pe r f o r ma nc e Ana l ys i s o f t he S t a t i c Ha u l a g e Cha i ns Li n X i a ng dong Ab 。 t 。 c t Th e p a pe r a n a l y s e s t he d y n a mi c p e r f orma n c e 。 f t h e s t a t i c ha u l a g e c h a i n 。 o f 。 he a r e r wi t h v i b r a t i o n t h e o r y， a n d t he me c h a n i c a l mo d e l s 8 r e s e t up ． Ke y w 。 d | s t a t i c h a ul a g e c h a i n s。 f s he a r e r} vi b r at i on t he Dr yI d” 锄 i c pe r f 0 r 一。 m n c e I m e c h a n i c a l mo d e l s 维普资讯