连续采煤机星轮机构的设计研究.pdf

S C I - T E C H I N F O R MA T I O N D E V E L O P M E N TE C O N O M Y 2 0 0 9 年第 l 9 卷第2 6 期 文章编号 1 0 0 5 6 0 3 3 2 0 0 9 2 6 - 0 1 3 9 - 0 2 连续采煤机星轮机构的设计研究 贾 平 ， 高爱宏 1 ． 中国神华神东煤炭集团公司乌兰木伦煤矿， 内蒙古鄂尔多斯 ， 0 1 7 2 0 5 ； 2 ． 煤炭科学研 究总院太原研究院， 山西太原， 0 3 0 0 0 6 摘要 针对连续采煤机的性能特点， 通过对星轮机构进行动力学分析， 得出星轮机构 外形尺寸与星轮转速之间的函数关系， 并且推导出在星轮转速一定的情况下星轮机构 外形尺寸的确定函数关 系。 关键词 连 续采煤机 ； 星轮机 构； 外形尺寸； 星轮 转速 ； 函数 关系 中图分类号 T D 4 2 1 ． 6 * 5 文献标识 码 A 星轮机构是连续采煤机装载机构上的关键机构之一，其作 用是将切割下来的煤岩 物料 收集 、 耙装到运输槽中， 完成装载 物料的任务，其装载能力的大小直接影响连续采煤机的生产率 和使用寿命。星轮外形和星轮转速是决定装载能力的主要参数， 星轮机构的设计应满足装载效率大于截割效率，同时在装载过 程中尽量减小物料在星轮机构中的循环现象。本文推导出星轮 机构外形尺寸与星轮转速的函数关系．为设计高效星轮式装载 机构提供参考依据。 1 装载机构的结构组成和工作原理 连续采煤机装载机构主要由铲板体、两台电机、左右减速 器、 左右星轮机构 、 链 轮和液压油缸组成 。这种电机驱动结构的 主要优点是 装载功率大， 装载效率高， 过载能力强， 运转平稳， 具有过载保护性能。这种结构现在广泛应用于各种型号连续采 煤机和掘锚机上。图 1 为连续采煤机装载机构示意图。 图 1 连续采煤机装载机构示意图 左、 右星轮机构分别由两 台电机和左 、 右减速器驱动。左 、 右 星轮反向旋转， 左星轮顺时针旋转， 右星轮逆时针旋转， 物料随 星轮在铲板体前端由外侧向中间运输槽内堆积，再由运输槽内 刮板链运输到机尾。 2 星轮机构动力学分析 星轮机构转动过程中， 星轮带动物料做近似圆周运动， 物料 本 文为“ 十一五” 国家科技支撑计 划“ 煤 柱及不规 则块段 开采关键技 术” 课 题项 目 课题编 号 2 0 0 6 B A B 1 6 B 0 5 的阶段性 研 究成果。 收稿 日期2 0 0 9 0 7 1 0 在离心力的作用下由星轮机构内侧向外侧甩动。图 2为星轮机 构运动受力分析图。由于星轮机构在实际使用过程中受力变化 较复杂 ， 分析受力时对其筒化 ， 设星轮在水平面上做圆周运动 ， 分析点为 A点。 图 2 星轮机构运动受力分析图 图 2中-． r 为A点处回转半径 ， m m； R为星轮机构作用圆弧 面半径 ， mm； L为回转圆心 O 。 与作用圆弧面圆心 O 之间的距 离 ． ra m； f 为 与 之间夹角， 。 。 点处物料 所受离心力 为 1 9 一x l o 5 式中 为减速器输出转速， r l m i n ； 为 点处局部物料质 量 ， k g 。 离心力 ，沿作用圆弧面法向分力 ， v 为 F e o s a； 离心 力 F 沿作用圆弧面切向分力 Ⅳ 为 F , F s i n ； 物料与铲板体之 间的摩擦力 Ⅳ 为 ， 式中 g为重力加速度， m ／ s ．o r 为物料与铲板体之问摩擦系 数。 物料对作用圆弧面在A点处正压力F 3 N 为 S 3 S 一 ； 物料 与作用圆弧面之间摩擦力 S g N 为 F 2 F f o 星轮机构工作过程中．靠近星轮机构外侧的物料随星轮机 构旋转堆积到运输槽中，靠近星轮机构内侧的物料在离心力的 作用下甩进运输槽巾。因此要求在星轮机构旋转过程中， 物料旋 转产生的离心力沿作用圆弧面切向分力必须大于物料与星轮机 构之问的摩擦力， 即 ≥ 。通过整理得 1 3 9 贾 平． 高爱宏连续采煤机星轮机构 的设计研究 本刊 E - ma i l b j b s x i n f o ．n e t 科技论坛 3 星轮机构外形尺寸设计 图 3为星轮机构设计图。星轮机构外形尺寸确定如下 图 3 星轮机构设 计图 1 星轮大圆半径 r 吣 m m 。星轮大圆半径主要与铲板体外 形和左、 右星轮回转中心距有关 ， 设计时结合铲板体设计综合考 虑确定。 2 星轮小圆半径 r n am 。星轮小圆半径主要与减速器输 出端连接尺寸有关， 设计时在满足强度要求下 ， 尽量减小星轮小 圆半径。 3 星轮小圆高度 H m m 。星轮小圆高度通过综合考虑铲 板体、 减速器和整机相关尺寸来确定。 4 星轮爪子数量 M 和爪子宽 度 d m m 。由于增加 星轮爪 子数量和宽度都降低装载效率，减少星轮爪子数量和宽度又降 低星轮强度和使用寿命， 因此在星轮强度和寿命允许的情况下， 一 般设计为 3爪星轮和5爪星轮， 爪子宽度尽量减小。 5 星轮爪子高度 h mm o星轮爪子高度由星轮大圆、 星轮 小 圆 、 星轮爪子数量 和宽度 、 星轮工作转 速 减速器输 出转速 、 装 载机构生产率确定 3 式中 Q为装载机构生产率，按装载效率大于截割效率确 定 ， m S ／ m i n ； ．s为星轮 爪子 面积 ， m m 2 ； K为装 载系数 ，取 K I ． 5 2．0。 6 星轮机构作用圆弧面半径 和回转圆心 0 。 与作用圆弧 面圆心 0 之间的距离 L 。由式 2 可知， 要使星轮机构装载效率 高可靠，星轮机构设计转速 ／7 , 应小于减速器输出转速 ， l o ．即 n ／ -t 0 o则 整理得 ．9 1 0 5 g f3 C O S O t _ P n * r Z 1 ff - 8 ． 1 x l O rn -2 2 r 1 f 4 由公式 4 可知夹角 与回转半径 r 之问的函数关系 c o s a G r 5 取任意回转半径 r A r ． ≤ ≤ ， r ≤ ≤ ， 对应夹角 分别为d ， a 。 。则有 c o s a G r A ； c o s a s G r z 2 R2 -2r A Rc o s c t A ；LZ 2 -2r a Rc o s B 整理得 r上丽 6 2 “ 一 r s G r s 一 r a G r A ￡ 垒 r』 2 2 r』 2 2 r B G r B - r A G r A 7 通过上述分析计 算 ，星轮机构 的外形 尺寸与星轮 的设计转 速、 星轮的回转半径和物料及星轮之问的摩擦系数有关。 4结语 星轮式装载机构是一种新型装载机构。由于这种结构装载 效率高， 因此现在国内外连续采煤机、 掘锚机和大型掘进机的装 载机构上都采用星轮机构。装载机构的装载能力主要取决于星 轮转速和星轮外形尺寸的匹配关系， 如果两者不匹配， 将会产生 物料只做圆周运动 ， 星轮做无用功太多 ； 或者物料不能及时被运 输机运走， 又被星轮带回， 产生严重的甩煤现象。本文通过对星 轮机构运动学 和设计分 析 ，得出在减速器 输 出转速 确定的情况 下星轮机构外形尺 寸确 定的函数关系 ，为 同类 型采 煤和掘进设 备的装载机构提供研究和设计参考依据。 参考文献 [ 1 ] 戴绍诚， 李世文． 高产高效综合机械化采煤技术与装备[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 8 1 2 1 1 2 5 ． [ 2 ] 王韶蓓． 掘进机星轮装载机构参数的试验研究[ J ] ． 煤炭科学 技术 ， 2 0 0 5 9 2 5 2 7 ． [ 3 ] 李晓豁， 甄风博． 直齿星轮装载机构不产生循环物料转速的 确定[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 8 8 4 8 5 O ． 责任编辑 戚米莎 第 一作者简 介 贾平 ， 男 ， 1 9 7 0年生 ， 2 0 0 6年毕业 于辽 宁 工程技术大学 ， 助理工程师， 中国神华神东煤炭集团公司乌兰木 伦煤矿， 内蒙古自治Ⅸ鄂尔多斯市 ， 0 1 7 2 0 5 ． De s i g n o f a n d Re s e a r c h o n t h e S t a r - wh e e l M e c h a n i s m f o r Co n t i n u o u s M i n e r J I A Pi n g ， GAO Ai h o n g AB S TRACT I n t h e l i g h t o f t h e p e r f o r ma n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c o n t i n u o u s mi n e r ， a n d t h r o u g h t h e d y n a mi c a n a l y s i s o n t h e s t a r w h e e l me c h a n i s m．t h i s p a p e r o b t a i n s t h e f u n c t i o n a l r e l a t i o n b e t we e n t h e o u t l i n e d i me n s i o n o f s t a r - wh e e l me c h a n i s m a n d r o t a t i o n a l s p e e d o f s t ar- w h e e 1 ． a n d d e r i v e s t h e c e r t a i n f u n c t i o n a l r e l a t i o n a b o u t t h e o u t l i n e d i me n s i o n o f s t a r w h e e l me c h a n i s m u n d e r a c e r t a i n r o t a t i o n a l s p e e d o f s t a r w h e e 1 ． KEY W oRDS c o n t i n u O U S mi n e r ；s t a r wh e e l me c h a n i s m； o u t l i n e d i me n s i o n ； r o t a t i o n a l s p e e d o f s t a r wh e e l ； f u n c t i o n a l r e l a t i o n 1 4 0