關(guān)于縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭主要參數(shù)的研究

摘要 本文通過對縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭主要參數(shù)的研究確定，能夠提升縱軸式掘進(jìn)機(jī)的截割效率，為掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)奠定一定的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞掘進(jìn)機(jī) 截割頭 縱軸

掘進(jìn)機(jī)截割頭是截割頭整體組成中非常重要的一個(gè)組成部分，截割頭設(shè)計(jì)的合理與否直接影響掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)性能，因此由此有必要對掘進(jìn)機(jī)截割頭主要參數(shù)進(jìn)行深入的研究。目前主要的截割頭結(jié)構(gòu)形式為球頭圓錐圓柱形，這種截割頭的球頭圓錐部分利于掘進(jìn)機(jī)的切割鉆進(jìn)，圓柱形部分有利于截割頭臥底時(shí)浮煤的裝運(yùn)。主要參數(shù)包括截割頭長度、直徑、錐角以及葉片的高度。

1.截割頭長度

截割頭長度是指截割頭沿其回轉(zhuǎn)軸方向的長度，截割頭的長度按最大外形，即截齒齒尖包絡(luò)面計(jì)算，其值的大小主要影響掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)時(shí)間。

截割頭長度的選擇主要需要考慮工作面的煤巖硬度和節(jié)理發(fā)育，當(dāng)煤巖硬度較低且節(jié)理發(fā)育較好時(shí)，可以適當(dāng)加長截割頭長度，以提高掘進(jìn)效率；反之，則要縮短其長度。此外，縱軸式截割頭長度應(yīng)略大于截深，以降低煤巖對切割臂的磨損。

2.截割頭直徑

截割頭平均直徑一般簡稱為截割頭直徑，是決定掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)率的首要因素。掘進(jìn)機(jī)的理論生產(chǎn)率可按如下公式計(jì)算：

式中QT——掘進(jìn)機(jī)的理論生產(chǎn)率，m^3?h；

λ0——煤巖的松散比；

D——截割頭直徑，m；

L——截割頭長度，m；

vb——擺動(dòng)切割速度，m?min。

由上式可知，當(dāng)其他條件確定時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率與截割頭直徑成正比。針對一特定工作面，采用大直徑截割頭，可減少切割循環(huán)次數(shù)，縮短切割時(shí)間，提高生產(chǎn)率。

式中T—截割頭轉(zhuǎn)矩，N?m；

P—切割功率，kW；

n—切割轉(zhuǎn)速，r?min；

F—切割力（平均直徑處的）。

如上式所示，切割力 與切割功率 成正比，與截割頭直徑 、切割轉(zhuǎn)速 成反比。所以與截割頭長度參數(shù)類似的，當(dāng)選用的截割頭直徑過大時(shí)，會(huì)降低每個(gè)截齒的切割能力，必要時(shí)，可以通過減小截割頭直徑來提升切割力。

在設(shè)計(jì)時(shí)，可以按如下公式初算截割頭直徑：

式中 Smax—掘進(jìn)機(jī)可據(jù)最大斷面面積，m^2；

k—巷道最大斷面與截割頭直徑的比值，一般取k=30～40；

截割頭直徑初步確定后，可按如下公式校核：

通常，縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭的直徑為600mm～900mm，一些重型掘進(jìn)機(jī)可超過1000mm。

3.截割頭錐角

截割頭錐角是指截割頭錐體軸截面兩母線之間的夾角，在確定截割頭錐角時(shí)應(yīng)主要考慮鉆進(jìn)效果、切割工況和斷面平整度。

截割頭錐角 直接影響鉆進(jìn)效果。實(shí)踐證明，對于半煤巖掘進(jìn)機(jī)，θ≈35°時(shí)，既可以保證順利鉆進(jìn)，也能擁有很好的破巖過斷層能力，同時(shí)能夠保證切割效率；對于巖石掘進(jìn)機(jī)，30°≤θ≤35°，能夠提高鉆進(jìn)效果，在擺動(dòng)切割時(shí)受力更好，切割更加平穩(wěn)；對于小功率煤巷（最高硬度在f4以下）掘進(jìn)機(jī)，選擇6°～15°的錐角，可以在保證一定鉆進(jìn)效果的前提下提高切割效率。

選擇截割頭錐角時(shí)，還要考慮錐角對頂板、兩側(cè)幫和底板的平整度的影響，由于不同巷道的切割寬度和高度不同，截割頭錐角很難適應(yīng)全部巷道要求，所以一般只要求底板平整。如下圖所示，設(shè)截割頭臥底距離為0時(shí)，切割臂軸線與水平面夾角為 ，則可得出保證底板平整的條件：θ=α' 如圖1所示。

圖1 保證底板平整的條件

4.葉片的高度

葉片又稱為導(dǎo)板，合理地布置葉片能提高截割頭的排屑能力和切割效率。若葉片的參數(shù)和布局選擇不合理，會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象，甚至造成截割頭“悶車”。葉片的高度尺寸與截割頭尺寸、螺旋頭數(shù)、葉片厚度、鉆進(jìn)速度和切割轉(zhuǎn)速相關(guān)，隨工況不同而變化。因此通常參照同類機(jī)型類別確定，一般取50～80mm，部分重型掘進(jìn)機(jī)的葉片高度在90mm以上。

通過上述對掘進(jìn)機(jī)截割頭主要參數(shù)分析研究，可以提高掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)效率，提升掘進(jìn)機(jī)整機(jī)性能。

5.參考文獻(xiàn)

[1] 李曉豁.掘進(jìn)機(jī)截割的關(guān)鍵技術(shù)研究.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

作者簡介

高春芳（1978—），男，河北保定人，工程師，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)機(jī)械學(xué)院，現(xiàn)從事掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)工作。