采煤机运动参数对块煤产量影响的研究.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 采煤机运动参数对块煤产量影响的研究采煤机运动参数对块煤产量影响的研究1 李晓豁，高健 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新（123000） E-maillixiaohuo 摘摘 要要 为了研究采煤机运动参数对块煤产量的影响， 在假设采煤机的块煤产量服从威布尔 分布的条件下，建立了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 利用计算机对采煤机工作过程 5～15、 15～25 与 25～50mm 三种粒度的块煤产量进行了数值 模拟，得出了采煤机运动参数（牵引速度和滚筒转速）对不同块煤产量的影响，为合理确定 机器的运动参数、提高块煤产量和煤炭生产的经济效益提供了理论依据。 关键词关键词滚筒式采煤机；块煤产量；运动参数；数学模型 中国分类号中国分类号TD421.61 文献标志码文献标志码A 不同品级的块煤，其售价不同。2008 年 9 月全国各煤矿煤炭价格显示，5～15、15～25 与 25～50mm 三种粒度块煤售价分别为 960、1250 和 1500 元/吨左右。可见，块煤产量直接 影响煤炭生产企业的经济效益。实验研究表明[1]，采煤机的块煤产量除了与煤的脆性能度、 工作条件等因素有关外， 还和采煤机的设计参数和工作参数有关， 而牵引速度和滚筒转速是 采煤机的运动参数，是采煤机的重要设计参数，为研究运动参数对采煤机块煤产量的影响， 就必须先建立采煤机块煤产量的数学模型， 然后通过计算和模拟来分析采煤机运动参数对三 种粒度块煤产量的影响。 1. 块煤产量数学模型的确定块煤产量数学模型的确定 1.1 截齿截割面积的确定截齿截割面积的确定 采煤机截割时，每个截齿形成的截割面积是月牙形[2]（如图 1 所示） 。任意时刻i，截 图 1 截齿切屑面积 Fig.1 Cut section ed by pick 齿截割为 i ϕ角（截割范围 0 , u ϕ）时，截齿的切屑厚度 1本课题得到国家自然科学基金资助项目（59774033） ；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06- 292；辽宁省教育厅创新团队项目（2007T068） ；辽宁省大型工矿装备 实验研究中心辽宁省高校重点实验室开放基金资助项目（07-61）的资助。 - 2 - i q imax sin z 1000 sinϕ ν ϕ n hhi， mm 1 式中 max h最大切屑厚度，mm； q ν采煤机的牵引速度，m/min； n滚筒转数，r/min； z每条截线上的截齿数。 该截齿的截割面积为 cos1 sin max 0 imax 0 ui RhdRhRdhS uu ϕϕϕϕ ϕϕ − ∫∫ ，mm 2 2 式中R采煤机滚筒半径，mm。 1.2 块煤产量数学模型的确定块煤产量数学模型的确定 实测表明[3,4]，采煤机的产煤块度d（mm）在总产量中的分布是有统计规律的。本文假 设块煤的产量服从威布尔分布，由此构建采煤机块煤产量概率密度函数为 exp 1mm dmddfλλ− − （d＞0） 3 式中 λ比例参数，又称为机器粉碎程度指标，由煤炭粉碎的能力指标m和机器破煤程 度的导出指标 m k决定， 2 m km λ， BH Sk kkkk N i m ∑ 1 4 321 ； 1 k煤层削弱系数，取为 0.8； 2 k机器破碎煤系数，取为 1.5； 3 k切屑厚度变化系数；取为 0.12； 4 k单个截齿粉碎程度导出指标，03. 001. 0 4 k βcos8 . 0 1 8765 kkkk； 5 k煤的压出系数，取为 0.36； 6 k切削角系数，取为 0.95； 7 k切削刃形状系数，取为 0.75; 8 k截齿切削宽度bmm影响系数 ，5 . 025 . 0 8 bk； B采煤机截深，mm； N滚筒的截齿数； β截齿的安装角， o ； H工作面采高，mm。 通过概率密度函数可求分布函数 ∫ − − d mm dttmtW 0 1 expλλ （4） 令 m tyλ,则dtmtdy m 1− λ，有 ∫ − m d dyyW λ 0 expexp1 m dλ−− （5） - 3 - 把1 2 3代入到5中，则块度为d（mm）的煤在被破煤中的含量（百分比） } cos8 . 0 5 . 025. 07007. 001. 0 ]cos1 1000 [1.44 exp{1 2 m BHm d b nz R N W u q β ϕ ν −− − 6 2. 运动参数对块煤产量影响的模拟分析运动参数对块煤产量影响的模拟分析 MG800/2040-WD 型采煤机是目前我国功率最大、控制手段最先进、检测功能最完善的 电牵引采煤机，其主要参数为滚筒半径1250mm，滚筒截深1000mm,牵引速度21m/min, 滚筒的转速22r/min，每条截线上的截齿数4。本文以该型采煤机为例，取工作面采高 3650mm，利用 MATLAB 编程[5,6]（程序框图略）模拟。 2.1 滚筒转速的影响滚筒转速的影响 粒度在 5～15、15～25、25～50mm 的块煤产量随滚筒转速n变化的模拟结果见图 2。 可见，三种粒度块煤产量随着滚筒转速n呈先增大后减小的趋势，5～15mm 的块煤产量受 滚筒转速n影响最大。三种粒度块煤产量分别在滚筒转速为 17.5、16、23r/min 时达到最大 值。之后，随着滚筒转速的增大，各种块煤的产量减少，5～15mm 的块煤产量减小最快。 当滚筒转速n在 15～30r/min 范围时,三种块煤产量最高。 图 2 滚筒转速的影响曲线 Fig.2 Effect curves of drum rotating speeds 2.2 牵引速度的影响牵引速度的影响 模拟求得当采煤机的牵引速度 q ν变化时，上述三种块煤产量的变化曲线如图 3 所示。 由图可见，当牵引速度min/0.4m≤ q v时，根据公式（1） ，最大切屑厚度5mm max ≤h，没 有5mm≥的块煤，只有当牵引速度min/0.4m≥ q v时，才能产生 5mm 及以上的块煤。随 着牵引速度的增大， 滚筒吃刀深度逐渐增大， 每个截齿的切屑厚度相应增加， 煤的块度加大， 使块煤产出量增加，块率提高。但各种块度煤的产量在牵引速度增大到相应的值后，又相继 减少。 当 q ν为 23m/min 时， 25～50mm 的块煤产量达到最大； 当 q ν为 21.5m/min 时， 5～15mm - 4 - 的块煤产量达到最大。 q ν变化对 5～15mm 的块煤产量影响最大，对 15～25mm 的块煤产量 影响最小。当 q ν在 15～30m/min 的范围内，三种块煤的总产量最高。 图 3 牵引速度的影响曲线 Fig.3 Effect curves of drawing velocity 3. 结论结论 （1）文章建立了采煤机块煤产量的数学模型，依次可确定采煤机的块煤产量，为评价 采煤机生产的经济性提供了理论依据； （2）结合实例，利用计算机模拟的方法，得出了三种块煤产量随 q v、n变化的曲线， 了解了运动参数与块煤产量的关系； （3）分析表明，三种块煤产量都受 q v、n影响，但其程度不同； （4）从模拟结果可知，三种块煤的产量开始随 q v、n的增加而增大，当达到不同值后， 各种块煤的产量随 q v、n的增加而减小，这是由于煤本身是脆性物质，煤层存在节理和层 理，所以截割的煤的块度增加到一定程度后有明显的破碎现象； （5）一般大功率采煤机工作时，其实际牵引速度min/17m≤ q v，min/19r≤n，所 以，本文分析的结果符合实际规律，为合理地选择 q v、n提供了依据。 - 5 - 参考文献参考文献 [1] 李晓豁,李贵轩.采煤机械设计[M].沈阳辽宁大学出版社,1994 82-87. 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Study of Effect of continuous miner Kinematics parameters on Lump Coal Production Li Xiao-huo, GaoJian College of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000 Abstract A lump coal production mathematic model of a drum shearer is established by assumpting that lump coal production of the machine obeys Weibull distribution in the paper, s of determining parameters in the model are given, lump coal productions of 5 15、15 25 and 25 50 mm sizes ed during the machine works are simulated by means of computer simulation, effects of shearer kinematics parametersdrawing velocity and drum rotating speeds on different lump coal productions are analyzed, which lay a theoretical basis for determining reasonably design parameters of the machine, increasing lump coal production and economic benefits of coal production. Keywords drum shearer; lump coal production; kinematics parameters; mathematical model 作者简介作者简介 李晓豁1953-，男，辽宁锦州人，教授，博士生导师，现任辽宁工程技术大学机械工程学院 副院长； 兼任中国机械工程学会机械工业自动化分会委员、 全国振动工程学会测试专业委员 会委员、 全国高校机械工程测试技术研究会理事、 中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会 委员、 中国煤炭学会短壁机械化开采专业委员会委员、 国家煤炭工业煤矿专用设备标准化技 术委员会委员、中国煤炭机械工业协会理事、国家煤炭工业矿山机械工程重点实验室主任、 大型工矿装备实验研究中心（辽宁省高校重点实验室）主任等职。近年来，主持、完成国家 自然科学基金等国家及省、部级以上科研课题 12 项，获中国煤炭工业协会、中国煤炭学会 科技进步奖和辽宁省自然科学成果奖等各类奖项 28 项；获国家专利 13 项；发表学术论文 230 篇，36 篇被 EI 等收录，出版专著 3 部、编写手册、教材 12 部；培养博士、硕士研究生 67 名。 高健（1982-） ，男，硕士研究生。