采煤机传动装置载荷谱的研究.pdf

煤矿机械 采煤机传动装置载荷谱的研究 顾秀娟 黑龙江省鸡西煤矿机械制造技工学校, 黑龙江 鸡西 158100 摘 要 对采煤机传动装置载荷谱进行了模拟研究, 最后编制了模拟程序, 对实验台上的采煤机传动装置载荷谱进 行了模拟, 其结果与实测基本一致。 关键词 采煤机; 传动装置; 载荷谱 中图分类号TD4216 文献标识码 A 文章编号 1008- 8725200304- 0005- 02 0 引言 目前, 我国采煤机传动装置零件设计, 大多用类 比法确定参数, 然后按电机额定功率验算传动元件 的疲劳强度, 即假定传动元件是在额定功率不变的 静载荷作用下工作, 使用寿命与计算寿命严重不符。 为了提高采煤机传动装置的可靠性, 在设计阶 段预测其可靠度, 关键在于合理确定其载荷状态特 性。而它的载荷特性可由载荷谱来评定, 传动装置 的载荷谱可以用实验方法或计算机模拟方法来确 定。根据载荷谱可确定长时间作用在齿轮上的最大 力矩 Tmax T 1 3TPu 式中 u 电动机和要计算的齿轮之间部分传动 的传动比; T 电动机稳定力矩; TP 传动装置载荷的变差系数。 对于轴进行抗扭疲劳强度计算时, 可确定长时 间作用在轴上的转矩最大幅值 Tmax 3TPT 。此 外, 根据载荷谱还可以计算切削刀具的静强度。因 此, 采煤机传动装置的载荷谱的研究, 为今后采煤机 可靠性设计提供了比较可靠的理论依据。 1 采煤机传动装置载荷谱的研究 计算中以传动电动机的稳定力矩作为平均载 荷, 将其不断变化着的载荷值作为随机函数, 而其瞬 时值作为随机量, 载荷峰值基本分布特性是用随机 值变差系数表示的。 传动装置载荷的变差系数为 TP 2 1 K 2 P 2 2 2 3 2 4 2 5 其中, 1是工作机构结构特点引起的工作机构截齿 载荷的变差系数, 与截齿截割阻力、 煤层抗截强度等 诸多因素有关其中有关公式略。 2是单个截齿割煤时煤的脆性破碎特性和截 齿在工作机构上的分布特点所引起的工作机构截齿 载荷的变差系数应在工作机构总截割阻力最小时 确定。 3是截齿在工作机构上的分布特点和因煤层 厚度上的位置和截深不同而产生的截割阻力变化而 引起的工作机构截齿载荷的变差系数, 应在工作机 构总截割阻力最小时根据未被压碎的煤体的平均抗 截强度确定。 4是沿工作面长度变化而产生的煤的截割阻 力的变化而引起的工作机构截差载荷的变差系数, 应根据回采工作面未被压碎的煤体的平均抗截强度 确定。 5是由于采煤机牵引速度不均匀而引起的工 作机构截齿载荷的变差系数。 KP是载荷放大系数, 传动工作机构的载荷和工 作机构原有载荷之比, 取为 123。 2 传动装置载荷谱的计算机模拟程序 根据上述数学模型, 编制了采煤机传动装置载 荷的计算机模拟程序。其程序框图如图 1所示。 模拟时, 首先输入工作机构的结构参数 截线 矩, 截齿安装角, 截齿间相对角度, 工作参数滚筒 转速, 采煤机牵引速度及煤层性质 抗截强度, 脆性 程度, 采高 , 然后, 检查截齿数 i 是否小于或等于总 截齿数NZ, 满足条件, 检查该截齿是否处于截割区, 则调用计算单齿负荷的子程序并记忆。否则判断下 一截齿, 当所有截齿检查完毕后, 计算工作机构上的 收稿日期 2002- 12- 02; 修订日期 2003- 02- 10 作者简介 顾秀娟1968- , 女, 讲师, 现在鸡西煤矿机械制造技工学校从事教学工作。 第 22 卷第 4期 2003 年4 月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol22, No4 Apr,2003 总截割阻力 Fj, 判断时间 T 是否小于或等于总时间 TALL, 满足条件增加一个时间步长 T, 重复上述步 骤, 否则, 计算工作机构总截割阻力的最大值、 最小 值及总截割阻力的平均值, 最后计算采煤机传动装 置载荷的总变差系数, 打印结果。 图 1 计算采煤机传动装置载荷变差系数程序框图 3 模拟程序的应用 利用该模拟程序, 对截齿排列的某试验台上采 煤机工作机构截割假煤壁时计算了采煤机传动装置 载荷的变差系数。该滚筒共有 45个截齿, 叶片齿24 个, 端盘齿 21 个, 截齿型号近似平岗 PGI 型, 截齿外 伸长度75 mm, 假煤壁抗截强度 A 100 N/ min, 属韧 性煤, 滚筒转速 v0 45 r/ min, 牵引速度 vn 002m/ s, 该试验台上的采煤机采用无链牵引。模拟结果 见表 1 如下。 表 1 12345TP 0049 60 059 90 051 20250120298 4 4 采煤机传动装置的实测 实测是在某 1 1 滚筒刀具试验台上进行的, 截 割假煤壁, 测试系统如图 2 所示。 图 2 测试系统 测试时所采用的传感器是筒形传感器, 可以测 出滚筒轴扭矩的变化。由于扭矩 M RF, 式中 R 滚筒半径, 为一定值; F 总截割阻力, 由于 R 为定值, 所以滚筒 轴扭矩的变差系数, 也就是总截割阻 力的变差系数。 经实测该试验台上采煤机传动装置的总变差系 数为 TP 0324。 从实测值和模拟值比较可以看出, 实测值和模 拟值比较接近, 但实测值略大于模拟值, 这是由于在 模拟时认为牵引速度、 滚筒转速及煤层抗截强度都 是恒定的, 其实采煤机实际工作时工况相当复杂, 上 述量并非定值, 因此, 实测值和模拟值不可能完全一 致。 5 结论 1由于实测的载荷谱很接近用模拟方法得到 的载荷谱, 说明用该方法模拟采煤机的载荷谱是可 以接受的, 这样可以用该方法来指导采煤机设计。 2研究采煤机通常采用实验法, 实验法除周期 长以外, 费用也很昂贵。由于模拟结果很接近实测 结果, 所以用计算机模拟可以代替部分实验。 3根据获得的载荷谱, 可以计算采煤机传动装 置零件的疲劳强度, 以及计算切削刀具的静强度和 疲劳强度。 Study of the transmission device s load table of coal mining machine GU Xiu_juan Heilongjiang Jixi Colliery Machinery Manufacture Training School, Jixi 158100, China AbstractThis text makes an anolog study of the transmission device s load table of mining machine and has worked out the simulation proce dureThe result and practical inspection basical is general unanimous Key words coal mining machine; transmission device; load table 6 煤 炭 技 术 第 4 期