采煤机螺旋滚筒随机载荷的模拟.pdf

第 1 1 卷第4 期 黑龙江科技学院学报 v 0 l I ] N 0 ． 4 2 0 0 1 年 1 2 月 J OURNAL OF HE I L0 NG J I ANG I NS T I T UTE OF S C I E NCE＆ T E C HN OL OG Y De c 2 0 0 1 文章编号 1 6 7 1 0 1 1 8 2 0 0 1 0 0 0 8 0 3 采煤机螺旋滚筒随机载荷的模拟 木 李晓豁 f 辽 宁工程技术大学 机械学院， 辽宁 阜新1 2 3 0 0 0 摘要 文章建立了 截齿受力和滚筒载荷的数学模型， 在此基础上， 利用计算机模拟的方法， 得到 了螺旋滚筒的随机栽荷， 并时其结果进行 了统计分析 ， 所得 结论对于采煤机动 态特性与动力学行 为 的研究具有 重要意史。 关键词 采煤机；螺旋滚筒；随机栽荷；模拟 中图分类号 T D4 2 1 6 ； T B 2 4 文献标识码 A S i mu l a t i o n o f R a n d o m L o a d s o n a S h e a r e r ’ S H e l i c a I D r u m Ⅲ d U O Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e 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 y ， F u x i n 1 2 3 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t M a t h e mat i c a l mo d ds o f for s o n a p i c k a n d l o a d s o n a d r u m a r e s e t u p i n t h e p a p e r ．On t h e b a s i s ，r a n d o m l o a d s o n a h e l i c a l d r u m a r e p r e s e n t e d b y me a n s of c ompu t - e I ’ s s i mu l a t i o n ．a n d t h e s t a t i s t i c a n a l y s i s o f t h e m a r e pe r f or me d．Th e c on c l u s i on s me a n a g r e a t d e a l f o r r e s e a r c h i n g d y n a mi c p e r f o r ma n c e a nd d y n a mi c s a c t i o n． Ke y w o r d s s h e a r e r ；h e fi ca l d r u m；r a n d om l oa d ；s i mu l a t i o n 由于采煤机工作环境． 截剖对象． 工作 条件等复 杂因素的影响． 致使螺旋滚筒上的随机载荷的确定 非常困难， 这在 一定程度上影响着 对采煤机工作特 性的研究。 笔者通过建模和编程， 利用模 拟的方法， 获得了滚筒的随机载荷 曲线， 并 对其进行了统计分 析， 为进一步深人研究采煤机 的力学性质以及动态 设计奠定了基础． 1 截齿的随机负荷 滚筒截煤 时， 作用 于截齿 上 的负 荷是 在各 种 复杂、 且在空间上不断变化的条件下形成 的， 其 中伴 I 疽有大量 的随机 因素， 其 主要 因素包括煤岩抗截割 强度的多变性、 截割过程的不均匀以及截齿磨钝程 度 的变化等⋯。 由于截齿在其截剖路径上 的时间很 收稿日期 2 0 0 1 0 3 ～I 9 基金项 目 国家 自然科学 基金赍助项 目 编 号5 9 7 7 4 0 3 3 短， 其前后环境和主要物理条件变化不大， 因此， 可 以把截齿负荷看成是一个平稳随机过程。 1 ．1 截割简单煤层 一 般情况下， 截齿 的截割阻力 Z和牵 引阻力 ， 服从伽玛分布。 但到目前为止， 对于给定相 关函数的 伽玛随机过程的模拟问题， 还没有完全得到解决， 若 用瑞利随机过程来代替， 因其变差系数为常数、 且小 于截齿的变差 系数， 模拟 的结果不能完全反 映截齿 的负荷。 因此， 这里用 随机过程来代替伽玛随机过 程， 其概率密度为 ， ‘ 1 ‘ 寺’ 。 } 式 中 m． o - 一分别为 自由度和方差， 其 自由度由变 差系数 “ 确定， 即 m2 加 ． 当截齿截割简单煤层时， 截割阻力 Z为 z j ， Z { o - z ／ 0 ． 6 5 6 乙。 Z ， ， 维普资讯 第4 期 李晓豁 采煤机螺旋滚筒随机载荷的模拟 9 式 中 、 。 、 分 别 为截割阻力 的均值和瑞 利 分布 伽玛分布下截割阻力 的均方差； 五． 任一 时刻 n A t 截割阻力的中心值 ， 即 ． √品【 n 】 瓢n 】 ， 而 f 【 n 】 √1 一 P 1 ， f【H 】 P i 』 H l 】 ， 【 H 】 √l p 【 H 】 P i l 】 ； 式 中 r ／ t M 1 卜一均值 m 0 、 标准差D l 的两个独 立的随机数序列。 A 、 H 分别为所取随机过程 的离散步距和任 意整数 ； ． ． ． P ． e 2 ； 由互相关系数 R ， 牵引阻力为 Y R z r z √1 一 R T 】 y ．， 式中 ，一 均值 m O 、 标准差 D ,T 3 l 的两个独立正 态随机数序列。 而截齿的侧 向阻力 l c ．／ 0 h ／ t 】 互， 式中 c ． 、 c 、 c 与截齿及排列有关的系数 ； 、 卜分别为截齿的切屑厚度和截线间距。 1 ．2 截割复杂煤层 在复杂煤 层截割时， 截齿峰值负荷随机过程 仍 可采用 随机过程， 但 要考虑与硬质包裹体相遇的 情况[2 1 。 其计算过程为 ①找出与包裹体接触的截齿； ②决定与包裹体接触 的类型； 确定截齿上 的平均 负荷； ④计算随机负荷。 确定接触 类型后 ， 可按下式计算相应的负荷 平 均值 z 0 ． 4 2 4 Z k k 月 k ， y O 4 2 4Y k k ， X k ， 式 中 Z 、 Y 分别为截割阻力、 牵引阻力 的平均 峰值； k 、 k 、 k “k k 、 k r k 日 k I r k k 分另 4 为 截齿 的排列方式 、 切削部分宽度、 切削角、 前刃面形 形状、 切削刃形状 、 侧向力与截割阻力间的影响等系数． 继而， 可确定其 随机 负荷的大小 五 【 ‘ ． 【 n 】 ‘ ； 【 州 一 m ] Z 。， Y y R z 0 { √1 一 R 3 ／ y ． ， Xi Z ． 2 螺旋滚筒 的随机载荷 螺旋滚筒工作时， 其上的载荷是 不断变化 的， 在 任意时刻的受力13 ] 如图 l 所示． 围 1螺旋滚筒受力围 F i g ．1 A d i a g r a m f o r c e d o n a d r u m 煤体反力 R 、 民、 R 和外力矩 、 、 Ⅵc 是由截 割区内每个截 齿上作 用的反力 和外力 矩之 和构成 的． 为求出这些数值， 将第 1 个截齿上的三个分力向 o a b c 坐标投影， 而得 到 a b 和 。 由此， 煤体对滚筒 的实际反力 沿三个坐标的分力 为 n ． n． n． R k ￡ 4 ，R ￡ 6 ， R ￡ c ， 1 L r I l 式中 k 附加影 响系数， 取为 1 ． 1 2 ； - n 同时截割的截齿个数． 作用在螺旋滚筒上的各负载力矩为 M R 6 L R工 。 ，M6 R工 R L 曲 ， M 一 R 一 R L6 ， 式 中 L 、 L L L o L 、 L 6 。 合力作用点到相应 坐标轴的距离 。 3 滚筒随机载荷的模拟 通过 以上分 析， 编制了螺旋滚筒随机载荷模拟 的计算机程序， 其框图如图 2所示． 围 2 螺旋滚筒随机载荷的模拟程序 F i g ．2 Th e p r o g r a m s i mu lat i n g r a ml o m l o ad s o H a h e l i c a l d r u m 维普资讯 1 0 黑龙江科技学院学报 第 i I 卷 对某型采煤机的滚筒进行模拟， 求得前滚筒 的 三向随机载荷 曲线见 固 3 和负载转矩 见 图 4 以 及载荷的统计结果 见附表 。 图 3 螺旋滚筒的随机载荷的模拟 曲线 F 3 Si mu l a t e d c I l H％ o f r a n d o m l o a d s O i l a h e l i c a l d r u m 图 4 螺旋滚筒备负载力拒的模拟曲线 F| 窖 。4 S i mula t e d o l n - v o f l o a d mo me n t s 咖a h e l c a l d r u m 4 结束语 由模拟结果可以看出， 滚筒的载荷受被截割对象 不均匀、 煤岩和硬质包裹体分布不确定、 截齿截割不 连续以及牵 引速度不均匀等 因素影 响， 是随机变化 的， 而且其被动比较大， 这与实际情况 相符 附表螺旋滚筒 随机载荷的统 计结果 Ap p e n d i x t a b l e St a ti s t i c v a l u e s o f r a n d o m l o a d s 0 n a h e l i c a l d r u m 参考文献 _ l 1 李晓铸． 李贵轩． 郑莲宏． 截割性托的试验研究_J ] 阜新矿业学院 学报 自弗 l 科学版 。 1 0 9 5 ,I 斯 3 J - 8 3 嘲 李晓豁． 硬质包裹体在煤层中分布的模拟研究叨 辽宁工程技术 太学学报 自 然科学报 ． 加 ∞． 1 9 4 4 1 6 ～ 4 l 8 E 3 I I o3 MO皿 c Ⅱ t pO 日a l4 ff Pa3 p 哪Yr p efiPe y 哪 嘣 T p y m na mI 【 M1 MO c E B a } I a y 且 a ． 1 9 8 l 1 3 9～1 5 8 l4 1 E 3 保晋 ． B ．9 乜拉麦营． B B顿 王 庆康译栗煤机破煤理 论 [ MI 庚译 ． 北京 煤炭工 业出版社． 1 9 9 2 3 6 7--J 8 4 作者简介 李晓豁． 男． 1 9 5 3 年 1 0月生． 辽宁锦 州人， 教 授， 研完生导师． 1 9 8 0 年毕业于卓新矿业学院机电工程专业。 研 究方向 机械 C A D厦领导 具技 术． 主持、 完 成 国家厦 省、 部级 科研课题 9 项． 在 国际会议和 国 内知 名核心刊 物 上发表 学 术 化 文 8 0 余篇． 出版专著、 主鳊教材 9 部。 维普资讯