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文章编号10032079420050320005203 采煤机截齿的强度计算 孙洪江1,宋茂勇2 1. 黑龙江科技学院,哈尔滨150027; 21 山东丰源煤电股份有限公司,山东 枣庄277100 摘要采煤机截齿在工作中要受到力的作用,经常发生碎裂和折断,通过长期对截齿的研 究,分析了截齿刀体和硬质合金头受力,提出了其强度校核的方法及公式,对采煤机截齿设计时强 度的校核是十分重要的。 关键词截齿;采煤机;强度计算 中图号 TD42 ; TH123文献标识码 A 1 前言 目前采煤机的发展趋势是提高驱动功率,扩大 刨煤机的断面,减少工作截齿,提高生产率。采煤 机、 刨煤机、 掘进机的工作条件常常变化,有时在复 杂结构的煤层工作,由于截齿的负荷增大,提高了功 率,结果降低了可靠性。 因此在设计中进行强度计 算是十分重要的。根据截齿的结构特点、 所使用的 刀体及硬质合金头的材料特性,通过计算确定出截 齿的各部尺寸大小。同时还要根据截齿受力大小进 行强度验算。 2 截齿刀体的强度计算 为了保证截齿强度,一般应满足 σj[σ] 1 式中 σj 截齿作用应力; [σ] 截齿材料的许用应力。 截齿安装在齿座上,同螺旋滚筒一起回转,因此, 应力状态比较复杂。 图1为截齿刀体载荷示意图。切削力z ,进给 力y ,侧向力x1和x2,刀杆截面hb。切削速度vc, 刀尖离刀体中心距离a ,刀体伸出量lj。 图1 截齿刀体载荷示意图 Fig.1 Cutter body load schematic diagram 5 结语 差动轮系液粘调速装置优良的控制系统使其能 够实现按任意给定的曲线运行,调速的精度高,响应 快速,控制器的改变比较容易,因此得到了广泛的应 用。 参考文献 [1]饶振刚.行星传动机构设计[M].北京国防工业出版社,1992. [2]于长官.现代控制理论[M].哈尔滨哈尔滨工业大学出版社, 1997. [3]杨学鹏.带式输送机用液粘软起动装置的研制[J ].煤矿机械, 2000 ,4 14 - 16. [4]孙恒.机械原理[M].北京高等教育出版社,1996 . [5]聂崇嘉.液压传动与液力传动[M].成都西南交通大学出版社, 1996. 作者简介魏静1977 - ,女,江苏徐州人,工程师,中国矿业大 学信息与电子技术工程学院在读硕士研究生,2000年毕业于中国矿 业大学,现为煤炭科学研究总院上海分院运输机械研究与制造中心 工程师,发表论文数篇. 收稿日期2004212209 Control System Design of Fluid Viscous Equipment for Speed WEI Jing1, HOU Hong - wei2, MAN Yong - mei2, FENG Bao - ting2, LIU Yong3 1. Ination and Electric Technology College ,CUMT,Xuzhou 221008 ,China ; 2. Shanghai Branch of Coal Science Research Center Institute ,Shanghai 200030 ,China ; 3. Huating Coal Mine of Gansu Huating Coal Electric ,Huating 744100 ,China Abstract Control system and PLC flow chart of fluid viscous equipment for speed controlling by differential gear system are designed in this paper.And controlling pressure system is designedl. This design have been widly application and dis2 semination. Key words control system; PLC flow chart ; equipment for speed 5 2005年第3期 煤 矿 机 械 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 由图1可知,刀体在外力作用下形成的危险断 面是1234处,承受弯曲应力。危险断面在Q 平面内。侧向力差xx2-x1kxz将引起变形并 产生对OO′ 轴的扭应力。根据截齿上的最大载荷 峰值条件计算截齿强度。 3 硬质合金头的计算 硬质合金刀片经常发生碎裂和折断,因此应对 硬质合金头进行强度计算,有许多不同的方法可以 计算硬质合金头的强度。 1三角形载荷的平面加载 三角形载荷分布规律平面加载系统如图 2 a 所示。 图2 硬质合金片强度计算 Fig.2 Strength calculation of hard alloy tip 沿前刀面和后刀面的最大应力 σqzmax 2Z h kqbk σh ymax 2Y h kh b 2KyZ h khbk 2 式中Z 前刀面上作用力; hkq 截齿与煤沿前刀面上接触强度; bk 切削部的宽度; Y 后刀面上的作用力; hkh 截齿与煤沿后刀面接触高度。 在前刀面和后刀面上的应力现行值 σqzσ qzmaxhkq-hz hkq σh yσ h ymaxhkh-hy hkh 3 式中 hz, hy 流动坐标。 2 弹性基础梁法 把焊在刀体上的硬质合金刀片,视为弹性基础 梁,由于切削力峰值P产生的纵向拉应力变形与加 工时相应变形,可使弹性基础梁发生破坏。其强度 条件为 σfmaxσc≤[σ H] 4 式中σfmax 由切削力峰值产生的法向应力; σc 加工残余应力; [σH] 硬质合金弯曲强度极限。 合金刀片前刀面的表面最大应力σ1max和焊接 下方刀体上的表面最大应力σ2max见图2b σ1max y PyL1max [ J1 y E2 E1 J 2 y ] σ2max y PyL2max [ J2 y E1 E2 J 1 y ] 5 式中P 作用力; y 从力P作用点到所分析断面的 距离; L1,L2 从合金片断面中性轴到计算处的 距离; J1 y , J2 y 合金片横断面上的和刀体对自身 中心轴的惯性矩; E1, E2 硬质合金和钢材的弹性模量。 3焊接焊缝处应力计算 截齿在外力作用下,在焊接焊缝处产生弯曲变 形、 扭转变形和剪切变形。焊缝处的弯曲变形应力 σHZ-[- E′ bEJt h y1-Lp 3 ctgαk aE′b4 bEJt c 5 Lp 4 a 2Lpc-L2p ]6 式中E′ 弹性模量; t 焊层厚度; E 折算弹性模量, E 1.8E2; J 焊接惯性矩; hy1 所求应力点的流动坐标在焊接面的 oy轴上 ; a 合金片的长度; c 合金片的宽度; αk 后角; Lp 截齿径向出刀量。 由力Y和X产生的切应力和扭应力 τ RXY ac 1 Δ βc 7 式中RXY 力X和Y的合力; Δ 截齿与煤接触高度; β 合金片下方钢材厚度与合金片厚度的 比值。 焊缝处的应力和 σΣσ 2 Hτ 2 8 6 采煤机截齿的强度计算 孙洪江,等 2005年第3期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 文章编号10032079420050320007202 关于机械产品设计的建模研究 3 王 红 桂林电子工业学院,桂林541004 摘要在分析产品设计及其过程的基础上,利用集合与映射的理论与方法,依次建立了产品 设计、 产品设计过程、 产品概念设计过程的模型,给出了产品概念设计过程的网络算法框图,并且详 细定义了后者的分解与综合的流程,为产品设计过程的模型化、 规律化打下了良好的基础,同时也 为产品全生命周期设计过程计算机软件支持工具的开发作出了有益的探索。 关键词设计;建立模型;映射;概念设计;集合 中图号 TH122文献标识码 A 1 产品设计过程模型 在产品设计过程中,从用户需求到得到最后满 足解的思维产品,有许多处于中间阶段的思维成果 状态。中间思维状态的形成过程,在功能上表现 为一系列设计步骤,称之为活动环节。活动环节从 前到后其抽象度不断降低,后续环节是前一环节的 精化、 进化与展开,从而在宏观上表现为一连串的相 连的问题求解活动-产品设计过程[5 ,6]。 1产品设计系统可用如下模型表示 M{ I , P, Q , O ,Φ} 其中, I/ O为输入/输出集,可为物质、 能量、 信息; P 为过程集,它包含有子过程元素P{ p1, p2, p3, p4, ⋯} , Q为状态集,它包含有子状态元素Q{ q1, 3 中国核动力院研究项目W200220 ;桂林电子工业学院资 助项目Z200416 ;广西社科基金资助项目D200407 ;桂林内 燃机配件厂改革策划资金资助项目W200319。 q2, q3, q4,⋯} , qi与pi对应;Φ为映射集,它包含有 子映射元素 Φ{1,2,3,4,⋯} ,i与qi对应。 2状态经过映射发生转换,表现为过程,即 piqi i qi1 3子过程的有机结合形成过程P∑pi; 4输入经过过程得到输出IP→O。 针对具体情况,各集合的内容如下 I{市场需求,材料,资金,设备,人员,法律标 准化,经济性,时间要求,社会,环境,⋯} O{图纸,说明书,信息,软件产品,⋯} ; P{需求分析过程,概念设计过程,总体装配 设计过程,详细设计过程} ; Q{需求技术说明,概念产品方案,三维总体 装配模型,二维工程图} ; 产品设计过程可大体概括成如图1所示的4个 4合金片焊面脱落力计算 合金片焊面的脱落力 P K σBb′l 2 2FσT9 式中 σB 焊接强度极限; σT 焊接流度极限; b′ 焊接宽度; l 焊接长度; F 焊接端面的面积; K 焊接工艺系数。 4 结语 以上计算方法是截齿在承受静载荷下的强度计 算。但是在切削时,截齿还承受动载荷和周期重复 可变载荷的作用。因此在实际工作中还应计算截齿 的冲击强度和疲劳寿命等。 参考文献 [1]王兴祚,译.煤炭切削原理[M].北京中国工业出版社,1965. [2]刘福堂,翟培祥,刘以正.采煤机械和自动化机组[M].北京煤 炭工业出版社,1987. [3][苏]EЗ保晋.采煤机破煤理论[M].北京煤炭工业出版社, 1992. 作者简介孙洪江1969 - ,内蒙古开鲁人,讲师,1993年毕业 于原黑龙江矿业学院机械制造工艺及设备专业,毕业后一直从事教 学及科研工作,发表论文多篇. 收稿日期2004212209 Strength Calculation of Shearer Cutter SUN Hong - jiang1, SONG Mao - yong2 1. Heilongjiang Institute of Science 2. Shandong Province Fengyuan Coal and Electricity Joint - Stock Ltd. ,Company. , Zaozhuang 277100 ,China Abstract Shearer cutter often crack and break when they are working under the force. Through the study of cutter in long - time. Analyze the force on the cutter body and hard alloy head , and offer the and ula of its strength proofreading. It‘s very important to proofread the strength when we design shearer cutter. Key words cutting tooth; shearer ; strength calculation 7 2005年第3期 煤 矿 机 械 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.