基于采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)分析
2015-04-29 00:00:00謝艷紅
【摘 要】通過(guò)對(duì)采煤機(jī)截割部各項(xiàng)內(nèi)容的研究，可以為采煤機(jī)的具體設(shè)計(jì)以及功能的發(fā)揮提供一定的幫助作用。本文分析我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展歷程以及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，介紹了采煤機(jī)選擇搖臂的傳動(dòng)方案，通過(guò)采煤機(jī)截割速度等相關(guān)數(shù)據(jù)論述了采煤機(jī)分配傳動(dòng)比以及齒數(shù)，最后還分析了采煤機(jī)截齒結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)、材料及制作工藝、截齒受力計(jì)算等內(nèi)容，通過(guò)這些內(nèi)容的介紹，對(duì)制定采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)方案起到了一定的指導(dǎo)作用。
【關(guān)鍵詞】采煤機(jī)；截割部；設(shè)計(jì)；技術(shù)
采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)具有一定的專(zhuān)業(yè)性，制定出科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)方案，需要參考大量資料以及具體的計(jì)算公式，只有掌握科學(xué)的計(jì)算公式才能分析出采煤機(jī)的分配傳動(dòng)比以及齒數(shù)；本文作者參閱了大量的采煤機(jī)設(shè)計(jì)方案，計(jì)算出了采煤機(jī)截割部各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩以及傳遞功率，這些數(shù)據(jù)對(duì)提高采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)質(zhì)量有著促進(jìn)作用，基于采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)分析，也可以有效的提高我國(guó)的采煤機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù)。
1.采煤機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的研發(fā)
1.1大功率電力牽引技術(shù)的研發(fā)
我國(guó)的采煤機(jī)技術(shù)的研發(fā)時(shí)間并不長(zhǎng)，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)是為了保證采煤工程的安全性以及高效性，通過(guò)研發(fā)先進(jìn)的采煤機(jī)技術(shù)，可以煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目標(biāo)，而且還能簡(jiǎn)化操作，降低人力成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。較大功率的電力牽引技術(shù)，可以利用多個(gè)電機(jī)提供高于30000V的供電電壓，這種技術(shù)一般應(yīng)用在框架式結(jié)構(gòu)的電機(jī)中，其可以利用交流變頻的方式條件電壓的傳送速度，從而使功率較大的電機(jī)具有較大的牽引力，這種高電壓的的牽引力速度比較快，其牽引技術(shù)應(yīng)用在吸塵滾筒以及增壓水泵中，可以有效的保護(hù)裝置配件，使這些設(shè)施的控制系統(tǒng)性能更加優(yōu)越，從而提高采煤機(jī)的質(zhì)量。
1.2大功率采煤機(jī)故障檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)
采煤機(jī)是一種大型的機(jī)器，這種機(jī)器為了發(fā)揮更大的效用一般具有較大的功率，這樣才能帶動(dòng)機(jī)器做功。大功率的采煤機(jī)可以帶動(dòng)企業(yè)的生產(chǎn)，但是較大的功率也容易引起故障，為了使出現(xiàn)故障的機(jī)器盡快恢復(fù)生產(chǎn)工作，必須不斷的改進(jìn)采煤機(jī)故障檢測(cè)技術(shù)，所以，大功率采煤機(jī)故障檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)，可以有效的促進(jìn)采煤企業(yè)的生產(chǎn)，加快采煤工程的開(kāi)采進(jìn)度。一般情況下，采煤企業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員都是通過(guò)信號(hào)來(lái)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)，還要利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以及控制技術(shù)保證采煤機(jī)的正常使用與檢修。只有不斷的加強(qiáng)這些技術(shù)，才能提高大功率采煤機(jī)的利用率，保證其在使用的過(guò)程中更加高效、可靠。計(jì)算機(jī)以及傳感器系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)采煤機(jī)故障診斷有一定的幫助作用，通過(guò)排除采煤機(jī)的故障問(wèn)題，可以有效的提高采煤機(jī)采煤速度以及連續(xù)開(kāi)采的能力。
采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)需要遵循一定原則，要保證采煤機(jī)的開(kāi)采效率以及使用壽命，還要采用先進(jìn)的科技技術(shù)，不斷的改進(jìn)開(kāi)采技術(shù)以及開(kāi)采質(zhì)量，這樣才能提高采煤機(jī)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)煤礦開(kāi)采行業(yè)的發(fā)展。
2.采煤機(jī)選擇搖臂的傳動(dòng)方案
采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)需要結(jié)合選擇搖臂的傳動(dòng)方案，在選擇搖臂傳動(dòng)方案時(shí)，要參照一定的技術(shù)參數(shù)，比如采高是3m，采煤機(jī)的主電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為1470r/min等等，這些參數(shù)對(duì)傳動(dòng)方案的質(zhì)量以及可行性有著重要的影響作用。采煤機(jī)各軸的傳動(dòng)如圖1所示。
圖1 采煤機(jī)各軸轉(zhuǎn)動(dòng)圖
影響采煤機(jī)搖臂傳動(dòng)方案質(zhì)量的原因很多，比如搖臂與采煤機(jī)機(jī)體的連接技術(shù)、采高的參數(shù)是否達(dá)標(biāo)、刮板尺寸大小等等，這些內(nèi)容如果出現(xiàn)誤差，會(huì)影響搖臂傳功方案的實(shí)施，降低其可行性。采煤機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速是1470r/min，如果轉(zhuǎn)速未達(dá)到這一數(shù)值，則無(wú)法進(jìn)行行星傳動(dòng)。
3.分配傳動(dòng)比和齒數(shù)的確定
3.1分配傳動(dòng)比
采煤機(jī)的截割速度一般為3.5～5.0m/s，而本搖臂的采高為3m，故選取滾筒直徑為1.5m，由截割速度公式可知滾筒轉(zhuǎn)速范圍為44.59～63.7r/min，而新型采煤機(jī)直徑是2m左右，滾筒轉(zhuǎn)速為25～40r/min左右，本滾筒直徑為1.5m，綜合考慮選取滾筒轉(zhuǎn)速為45r/min左右，搖臂的總傳動(dòng)比約為32.67，在這里選取惰輪部分傳動(dòng)比為1.67，則行星減速器部分傳動(dòng)比為32.67/1.67=19.56，故采用二級(jí)行星傳動(dòng)，并且使兩級(jí)傳動(dòng)比大致相等即可。
3.2齒輪齒數(shù)確定
為滿(mǎn)足傳動(dòng)比的需要，在設(shè)計(jì)之前先參照以往的采煤機(jī)設(shè)計(jì)資料和查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)確定行星減速器齒數(shù)的各種配合條件等，將各齒輪的齒數(shù)初步確定，以保證設(shè)計(jì)程序的順利進(jìn)行。參照本文電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及采煤機(jī)截割部電動(dòng)機(jī)的選用，選取電動(dòng)機(jī)的功率為300kW。
4.采煤機(jī)截齒設(shè)計(jì)
4.1截齒的結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)
采煤機(jī)上的截齒種類(lèi)很多，基本上分為兩類(lèi)：扁形截齒和鎬形截齒。根據(jù)煤層的性質(zhì)及不同類(lèi)型截齒的特點(diǎn)，這里選用扁形截齒中的屋脊?fàn)钋懊娼佚X。
具體截齒參數(shù)為：截角-80°；刀尖角-72°；后結(jié)構(gòu)角-8°；后角-10°；側(cè)角-10°；切削部寬度-15mm。
截齒在齒座上的伸長(zhǎng)度必須符合截割工況，以防止齒座與煤體接觸而擠煤。截齒徑向伸出長(zhǎng)度lp應(yīng)大于工作時(shí)的最大煤屑厚度hmax，可按下式確定：
lp=khmax
式中：k-儲(chǔ)備系數(shù)，可?。簩?duì)螺旋滾筒的徑向截齒k=1.3～1.6，切向截齒k=l～1.2；對(duì)鉆削頭k=1.8～2.5；對(duì)立滾筒k=1.2～1.4。
取k=1.44
則lp=1.44*73=105mm
通過(guò)查得相關(guān)資料，初次確定截齒尾部尺寸，長(zhǎng)h=38mm，寬b=26mm，尾部長(zhǎng)度為95mm
4.2截齒的材料及工藝
目前， 采煤機(jī)截齒均是采用焊接硬質(zhì)合金刀頭工藝以提高其綜合性能。由于刀頭和齒體材料不同，導(dǎo)熱性也不同，影響了焊縫質(zhì)量， 使截齒出現(xiàn)刀頭掉落、磨損不均的現(xiàn)象。根據(jù)截齒工作條件，本文選擇合理的滲硼工藝，通過(guò)正交試驗(yàn)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證得出最佳的滲劑配方及工藝條件。
4.3截齒的受力計(jì)算
切削力Z與煤的性質(zhì)（截割阻抗，壓張情況，脆塑性），刀具幾何參數(shù)（截角，截刃寬度，前面形狀及安裝角度）及截割參數(shù)（切削厚度，截距，截割方式及刀具配置）有關(guān)。綜合上述分析：
此外，力X將引起變形和對(duì)O-O1軸的扭應(yīng)力τmax=T/αhb2=Xa/αhb2=0.33*4914*37.5/（0.22*38*262）=10.76 Mpa﹤[τ]=40 Mpa。
5.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)本文的論述可以得知，影響采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素很多，而想要提高其設(shè)計(jì)的質(zhì)量必要掌握科學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算公式，這樣才能計(jì)算出正確的采煤機(jī)分配傳動(dòng)比一級(jí)齒數(shù)等數(shù)據(jù)，優(yōu)秀的采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)方案，還要掌握采煤機(jī)截齒結(jié)構(gòu)、材料以及截齒受力計(jì)算等，這些數(shù)據(jù)對(duì)采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)理論有一定的指導(dǎo)作用，只有保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能保證設(shè)計(jì)方案的有效性與可行性，從而提高采煤機(jī)的工作效率與采煤量。本文通過(guò)對(duì)采煤機(jī)截割部的研究以及截齒受力的計(jì)算，提升了采煤機(jī)的設(shè)計(jì)理念，對(duì)采煤機(jī)的設(shè)計(jì)與研究提供了一定的幫助作用。
【參考文獻(xiàn)】
[1]張晗亮.滲碳淬火齒輪接觸疲勞強(qiáng)度可靠性試驗(yàn)[J].石油機(jī)械，1995（05）.
[2]趙文強(qiáng).采煤機(jī)截齒的激光熔覆修復(fù)技術(shù)研究[J].煤礦機(jī)械，2012.
[3]靳立紅.采煤機(jī)截割部雙電機(jī)機(jī)械串接驅(qū)動(dòng)的同步性研究[J].煤礦機(jī)械，2011.
