连续采煤机块煤产量数学模型及其影响因素.pdf

连续采煤机块煤产量数学模型及其影响因素 第六图书馆 假设连续采煤机的块煤产量服从韦布尔分布,建立了连续采煤机块煤产量的数学模型,给出了模型中有关参量的确定方法,并 利用计算机模拟的方法对连续采煤机工作过程1525、2550与50100mm三种粒度的块煤产量进行了数值模拟,分析了有关参 数对连续采煤机不同块煤产量的影响,为合理确定机器的设计参数和工作参数、提高块煤产量和煤炭生产的经济效益提供了 理论依据。假设连续采煤机的块煤产量服从韦布尔分布,建立了连续采煤机块煤产量的数学模型,给出了模型中有关参量的确 定方法,并利用计算机模拟的方法对连续采煤机工作过程1525、2550与50100mm三种粒度的块煤产量进行了数值模拟,分析 了有关参数对连续采煤机不同块煤产量的影响,为合理确定机器的设计参数和工作参数、提高块煤产量和煤炭生产的经济效 益提供了理论依据。连续采煤机 块煤产量 数学模型 影响因素黑龙江科技学院学报李晓豁 徐振宇辽宁工程技术大 学机械工程学院,辽宁阜新1230002007第六图书馆 第六图书馆 第 1 7卷第 5期 2 0 0 7年 9月 黑龙江科技学院学报 J o u r n a l o f H e i l o n g j i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c eT e c h n o l o g y 、 1 } 1 ．1， 0 ． 5 S e p．20 07 文章编号 1 6 7 1 0 1 1 8 2 0 0 7 0 5 - 0 3 5 5 - 0 3 连续采煤机块煤产量数学模型及其影响因素 李晓豁 ， 徐振 宇 辽宁工程技术大学 机械工程学院，辽宁 阜新 1 2 3 0 0 0 摘要 假设连续采煤机的块煤产量服从 韦布 尔分布 ， 建立 了连续采煤机块煤产量的数学模 型， 给 出了模型中有关参量的确定方法， 并利用计算机模拟的方法对连续采煤机工作过程 1 5～ 2 5 、 2 5～ 5 0与 5 0～1 0 0 m m三种粒度的块煤产量进行 了数值模拟 ， 分析 了有关参数对连续采煤机不同 块煤产量的影响 ， 为合理确定机器的设计参数和 工作参数 、 提高块煤产量和煤炭生产的经济效益提 供 了理 论依 据 。 关键词 连续采煤机； 块煤产量； 数学模型； 影响因素 中图分类号 T D 4 2 1 ． 6 5 文献标识码 A Ma t h e ma t i c a l mo d el o f l u mp mi n er an d an a l y s e s c o al p r o du c t i o n f o r c on t i n u o u s o f i n f l u e n c i n g f a c t or s L I Xi a o hu o，XU Zh e n y u C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， L i a o n i n g T e c h n i c a l U n i v e r s i t y ， F u x i n 1 2 3 0 0 0 ，C h i n a Abs t r a c t A l u mp c o a l p r o d u c t i o n ma t h e ma t i c mo d e l o f a c o n t i n u o u s mi n e r i s e s t a b l i s h e d b y a s s u mpt i n g t h a t l u mp c o a l p r o d u c t i o n o f t he ma c h i n e o b e y s We i b u l l d i s t r i b u t i o n i n t h e p a p e r ，me t h o d s o f d e t e r mi n i n g p a r a me t e r s i n t h e mo d e l a r e g i v e n，l u mp c o a l p r o d u c t i o n s o f 1 5-2 5、 2 5- 5 0 a n d 50-1 0 0 mm s i z e s f o r me d d u r i n g t h e ma c h i n e wo r k s a r e s i mu l a t e d b y me a n s o f c o mp ut e r s i mu l a t i o n，e f f e c t s o f r e l a t i v e p a r a me t e r s o n di f f e r e n t l u mp c o a l pr o d u c t i o n s a r e a na l y z e d，wh i c h l a y s a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r d e t e rm i n i n g r e a s o n a b l y d e s i g n pa r a me t e r s a n d o p e r a t i n g p a r a me t e r s o f a c o n t i n u o u s mi n e r，i n c r e a s i n g l u mp c o a l p r o d u c t i o n a n d e c o n o mi c b e n e f i t s o f c o a l p r o d u c t i o n． Ke y wor d s c o n t i n u o u s mi n e r；l u mp c o a l p r o du c t i o n；ma t h e ma t i c a l mo d e l ；e f f e c t i ng f a c t o r 0 引 言 不同品级的块煤 ， 其售价不同。2 0 0 6年 1 2月 ～ 2 0 0 7年 3月辽 沈地 区各煤矿煤 炭价 格显示 ， 1 5～ 2 5 、 2 5～5 0与 5 0～1 0 0 m m三种粒度块煤 售价分别 为 3 2 0、 3 8 4与 4 0 6 t 左右 。可见， 块煤产量直接 影响煤炭生产企业的经济效益。建立连续采煤机块 煤产量的数学模型 ， 定量地分析机器 的产煤块度 和 各参数对三种粒度块煤产量 的影响 ， 对于改进机器 设计 、 合理选择机器参数 、 加 大块煤产量、 提高煤炭 生产的经济效益有一定的指导意义。 收稿 日期 2 0 0 71 01 5 基金项 目国家 自然科学基金资助项 目 5 9 7 7 4 0 3 3 ； 国家安全 生产监督 管理 局 、 国家煤矿 安全监察局安全 生产科 技发展指导性计 划项 目 0 5 0 8 2 ； 大型工矿装备 实验研究 中心 辽宁省高校重点实验室 开放基金资助项 目 0 7 6 1 作者简介 李晓豁 1 9 5 3一 ， 男 ， 辽宁省锦州人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 研 究方向 现代机械设计理论 与方法 、 机械 系统建模与仿真 、 机 电一体 化技术 、 大型工矿装备 的动力学行为与控制技术 ， E ma i l l i x i a o h u o 1 6 3 ． e o m。 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 3 5 6 黑龙江科技学院学报 第 l 7 卷 1 块煤产量的数学模型 l - l 截齿截割面积 连续采煤机截割时 ， 滚筒上任意 第 i 个 截齿 截割范围 0 ， 所处 的位置为 ， 形成 的截割 面 积是一个不完整的月牙形 ， 如图 1 所示 。 图 1 滚筒的截割过程 Fi g ． 1 P r o c e s s o f d r u m c u t t i n g 当 9 0 。 时， 达到最大切屑厚度 h ⋯⋯ ， 第 i 个截齿的瞬时切屑厚度 h h axs i n s i ， 1 式中 悬臂长度 ， mm； R 滚筒半径 ， m m； 悬臂摆动速度 ， mi n ； n 滚筒转速， r ／ mi n ； 同一截线上的截齿数。 则单个截齿的截割面积为 sf h i d l f R s i n d R 1一C O S ， 2 式中 d 对应于 的微元弧长， d lR d 。 l - 2 数学模型 连续采煤机的三种块度 d m m在总产量 中的 分布是有统计规律 的。 假设块煤 的产量服从韦布尔 分布， 构建连续采煤机块煤产量概率密度函数为 d A md 一 e x p 一A d ， d≥0 ， 3 式 中 A 比例 参数 ，又称 为 机器 粉 碎 程 度 指 L 标 ， A I b m 。 ， n 由煤炭粉碎的能力指标 m和机器破煤程度的导 出指标 k 决定， N ∑S k k kl k k 3 ， k 、 k 、 k 3 煤层削弱系数 、 机器粉碎煤系数 、 切屑厚度变化系数 ， 分别取为 0 ． 8 、 1 ． 5 、 1 ． 2 ； ．1 } 单个截齿粉煤程度导出指标 ， k 0 ． 0 1 1 0 03 k s k 6 k 7 k s 1 ； k 、 k 、 k 7 煤 的压出系数、 切屑角系数 、 切削 刃形状系数 ， 分别取为 0 ． 3 6 、 0 ． 9 5、 0 ． 7 5 ； ．1} 截齿切 削宽度 b mm影响系数 ， k 0 ． 2 5b 0． 5 截齿的安装角 ， 。 ； Ⅳ ．滚筒的截齿数； 截深 ， m m； 工作面采高 ， m m。 通过概率密度函数可求分布函数 ，d J m t 一 e x p 一A t d t 。 4 J 0 令 YA t ， 则 d yA m ￡ 一 d t ， 有 ，A d J e x p 一Y d y1一e x p 一A d 。 J 0 5 将式 3 、 4 代人式 5 ， 则块度 d以下 的煤在被破 煤中的数量为 W 1一e x p{ 一1 ． 4 4 N[ R LR t o ／ r t z 1一C O S ] 0 ． O 10 ． 0 0 7 6 0 ． 2 5 b 0 ． 5 ／ 0 ． 8 c o s d ／ B H m } 。 6 2 影响块煤 产量的参 数 以久益 1 2 C M1 8连续采煤机为例。 主要参数为 悬臂长度 L6 4 4 0 m m， 滚筒半径 R 9 1 5 mm， 采 高 H 3 6 8 3 mm， 截深 B6 0 0 0 mm， 悬臂摆动速度 0 ． 6 8 7 r ／ mi n 。 滚筒的转速 r t3 5 r ／ mi n 。 利用编 制的计算机程序 框图略进行模拟分析。 2 ． 1 粉碎煤炭能力 模拟求得粉碎煤炭能力指标 m对块煤产量 的影 响 曲线如图 2所示。 由图可见 ， m值对不同粒度的块 ， n 图 2 煤炭粉碎能力指标的影响曲线 Fi g ． 2 Effe c t c u r v e s o f c o a l c r u s h i n g c a p a c i t y i n d e x 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第5 期 李晓豁 ， 等 连续采煤机块煤产量数学模型及其影响因素 3 5 7 煤产量的影响较大。 1 5 - 2 5 m m粒度的块煤产量随 m 的增加而增加 ， 粒度为 2 5 ～ 5 0与5 0 ～1 0 0 mm的块煤 产量随 m的增加呈现先增大后减小的趋势。 两种不 同粒度的块煤产量分别在 m为 1 ． 1 8和0 ． 8 6时达到 最大 ， 当煤炭粉碎能力指标在 0 ． 8 ～ 1 ． 2时 ， 块煤产量 较高。 2 ． 2 滚筒半径 图 3为三种不同粒度块煤产量随滚筒半径 R变 化的模拟曲线 。 由图可知， 随着 R增加 ， 它们都是先 增大然后变小 ， 粒度为 1 5 ～ 2 5 、 2 5 5 0与 5 0 ～1 0 0 m m 的块煤 产 量 分 别 在 滚 筒 半 径 为 1 5 6 0 、 1 1 4 0和 7 9 0 mm的时候 达到该 品级块煤 产量的最大值。 因 此 ， 在给定的条件下， 滚筒半径在 7 5 0 ～1 1 5 0 m m时 ， 粒度为 2 5 ～5 0与 5 0～1 0 0 m m 的块 煤产 量 较高 ； 1 5 - 2 5 m m的块煤产量也接近最大值。 R／ mm 图3 滚筒半径的影响曲线 Fi g ．3 Effec t c ur ve s o fdr um r ad i u s 2 ． 3 滚筒转速 块煤产量随滚筒转 速变化 的模 拟结 果见图 4 。 可见， 1 5 - 2 5 、 2 5 - 5 0和 5 0 - 1 0 0 mm三种粒度块煤产 n ／ r mi n 一 图 4 滚筒转速的影 响曲线 Fi g ． 4 Effe c t c u r v e s o f d r u m r o t a t i n g s p e e d s 量分别在滚筒转速为 l 8 ． 5 、 2 6 ． 5与 3 9 ． 5 r ／ m i n时达 到最大值。 在三种块 煤产量减小 的过程 中， 2 5 ～5 0 mm粒度的比 5 0 ～1 0 0 m m粒度的变化要快。 2 ． 4截齿安装角 图 5为截齿安装角对三种不同粒度块煤产量影 响的曲线 。 由图可见 ， 粒度为 1 5 ～ 2 5 、 2 5 - 5 0 m m的块 煤产量分别在安装角为 6 5 。 、 5 l 。时达 到最大 ， 而粒 度在 5 0 ～1 0 0 mm的块煤产量开始时缓慢减少 ， 在安 装角为 5 3 。以后急剧减小。 可见 ， 要获得大块煤产 量 ， 安装角要选取在 6 5 。 以内。 B／ 。 图 5 安装角的影响 曲线 F i g ． 5 Effe c t c u r v e s o f i n s t a l l a ti o n a n g l e s 3 结束语 连续采煤机工作过程块煤 产量 的数学模型， 不 仅可以确定连续采煤机截割不 同块度煤炭的产量 ， 而且能够分析工作面的几何参数 、 煤炭的破碎性质、 机器的结构参数和运动参数等对块煤产量 的影响。 所得结论对研究连续采煤机 的煤岩适用性 、 选择合 理的机器参数 、 改进机器设计有重要的作用， 为提高 块煤产量 、 增加吨煤售价 、 提高煤炭企业的经济效益 提供了依据。 参考文献 [ 1 ] 李晓豁， 于信伟 ， 麻 晓红．连续采煤机 参数对煤块度 影响的分 析[ J ] ． 煤矿机电 ， 2 0 0 5， 5 2 0 2 3 ． [ 2 ] 索 洛德 ， 格托 帕诺夫 ， 拉切克．采矿机械 与综合机组 的设计计 算 [ M] ． 殷永龄 ， 翟培祥译．北京 煤炭工业出版社 ，1 9 8 9 ． [ 3 ] 王 家文， 王皓 ， 刘海 ．MA T L A B 7 ． 0编程 基础 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 5 ． 编辑晁晓筠 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆