基于动力学分析的采煤机截齿可靠性.pdf

第 25 卷增 刊 辽宁工程技术大学学报 2006 年 6 月 Vol.25 Suppl. Journal of Liaoning Technical University Jun. 2006 收稿日期2006-03-16 作者简介焦 丽（19879-） ，女，河北 邢台人，博士研究生，主要从事机械动态设计及理论的研究，E-mailxbcindy 。本文编校于永江 文章编号1008-05622006增刊 1-0249-02 基于动力学分析的采煤机截齿可靠性 焦 丽 （辽宁工程技术大学 机械工程学院 辽宁 阜新 123000） 摘 要为了计算采煤机截齿的可靠性，对截齿进行了受力分析。将实际工况处理为随机变量,采用概率统计的方法确定采煤机截齿的工作应力及 其材料强度。 分析认为 采煤机截齿的工作应力服从伽马分布和材料强度均服从正态分布， 根据应力-强度干涉理论建立求解截齿可靠度的数学模型。 为采煤机截齿的故障诊断提出了理论依据。 关键词采煤机截齿；可靠度；动力学分析 中图分类号 TH 132.46 文献标识码A Reliability of shearer picks based on dynamics analysis Jiao Li College of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China Abstract In order to calculating reliability of shearer picks, dynamics of picks is analyzed. For the actual situation will be dealt with random variables, work stress and material intensity of shearer is determined by statistical s. Analyses show that work stress and material intensity of shearer picks are subject to normal. According to stress-intensity intervention theory mathematical models of shearer picks reliability is established. Mathematical model of shearer picks reliability is the theory basic for diagnosing shearer failure. Key wordsshearer picks; reliability; dynamics analysis 0 引 言 采煤截齿是综采机上的主要易损件与消耗品， 是在严酷工况条件下服役的机械部件，要求有良好 的综合机械性能。截齿截割煤岩的载荷是随机的， 具有平稳随机函数的性质。单个切削刀具上的载荷 是随机函数，其统计性质决定于被破矿岩的硬度与 状态以及切削厚度和切削工具的几何形状。考虑到 采煤机截齿在采煤过程中受力的复杂性和其在生 产过程中的重要作用，因此，必须对其可靠性进行 量化的计算。可靠性的计算为采煤机截齿存在的潜 在失效的判断提供理论依据[1,2]。 1 采煤机截齿的受力分析[3] 在截割煤壁时，磨钝截齿的平均截割阻力为 0 100 yjyd ZZf ksδ 1 式中 ，f＝0.38～0.42 为截割阻力系数（切 屑较厚时取较大值） ； yj k平均接触应力与单向抗压 强度的比值（脆性程度较高的煤取较小值） ，取值 范围 0.8～1.5； y δ为单向抗压强度，MPa； d s为截 齿磨损面积，按截齿磨损表面在截割平面的投影面 积计，cm2； 0 Z为锋利截齿截割阻力的平均值， 012345 0.5 0.350.31 10 cos b ZAhtk k k k k bBhβ 2 式中，A 为截割阻抗，是按正态分布的随机变 量，其概率密度函数为 2 2 1 2 A A P Ae σ σ − − π ，其 中A为随机变量 A 的平均值，σ为 A 的方差， N/ mm；h 切屑厚度，cm；t 为截距的平均值 cm；k1、 k2、k3、k4、k5分别是考虑煤层压张、工作面暴露、 截齿截角、截齿刀头前面形状和截齿配置方式影响 250 焦 丽基于动力学分析的采煤机截齿可靠性 增 刊 系数；β为截齿安装轴线与截割机构回转平面的夹 角，；b 为截齿截刃宽度，刀头形状复杂应取计算 宽度，cm； （当为镐齿时，b 应该取 d/2 其中 d 为镐 齿直径） ；B为脆性程度指数。 磨钝截齿牵引阻力的平均值Y为 0 100 yjyd YYksδ 3 式中， 0 Y为作用在锋利截齿上的牵引阻力， 00q Yk Z， q k为作用在锋利截齿上的牵引阻力与 截割阻力的比值,一般 q k0.5～0.7,切屑厚度大、煤 的脆性程度高时取较小的值。 侧向力X 1 3 2 ch XZc cht 4 式中 ， c1、c2、c3为截齿排列影响系数， 顺序式， c11.4、 c20.3、c30.15，交错式，c11.0、c20.2、c30.10。 2 截齿的可靠性设计模型及求解[4,5] 2.1 截齿的应力分布函数 根据采煤机的受力分析认为，切削阻力和牵 引力在统计上可以用伽马分布来描述，具体的函数 表达式为 1 e n nZ f ZZ n λ λ −− ⋅ Γ 5 式中， 2 / Z Zλδ，nZλ，Z 为截齿的平均 截割阻力，按照式（1）求得。 采煤机截齿的应力主要取决于采煤机的受力， 假设采煤机截齿的应力 S 和采煤机的受力服从相同 的分布，如下 1 e s n Sn s f SS n λ λ −− Γ 6 设，式中参数 S λλ，λ如式5中。 2.2 截齿的强度分布函数 截齿的截割能力取决于截齿的齿体材料、强 度、结构尺寸、齿尖硬质合金的材料性能和几何尺 寸及工作机构的运动学参数等多种因素。根据经验 假设截齿的强度服从指数分布，设截齿的强度δ服 从 δ λ的指数分布，记作 eg δ λ δ δ δλ −⋅ 7 2.3 截齿的可靠度 由前面的假设，令ySδ−，0y≥,根据 应力-强度干涉理论的定义有 00 [0] d d RPS g ySf SS y δ ∞∞ − ⋅ ∫ ∫ 8 设当应力分布呈伽马分布，强度呈指数分布 时，求得采煤机截齿的可靠度为 n S S R δ λ λλ 9 3 结 语 根据应力-强度干涉理论，提出了采煤机的截 齿的可靠性计算的模型。通过对采煤机截齿的应力 和强度的分析，得出了截齿可靠度计算公式。为采 煤机截齿的故障诊断提出了理论依据。 参考文献 [1] 刘惟信.机械可靠性设计[M].北京清华大学出版社，2000. [2] E.Э.保晋，B.Э 乜拉卖德，B.B.顿.采煤机破煤理论[M].北京煤炭工 业出版社，1992.9 [3] 李晓豁.掘进机截割头设计与研究[M]. 北京中国华侨出版社,1991 [4] 崔丽娟. 机械零件的可靠性设计[J].砖瓦,2003330-31 [5] 王洪英,刘春生,王金波.采煤机镐形齿与刀形齿截割力试验分析[J]. 煤矿机械,2002629-31.