螺旋鉆采煤機犁煤板的結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析

付 林，杜長龍，李建平，楊道龍

螺旋鉆采煤機犁煤板的結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析

付 林，杜長龍，李建平，楊道龍

(中國礦業(yè)大學機電工程學院，江蘇徐州，221116)

為了提高螺旋鉆采煤機犁煤板的收煤率，降低其能耗，提出3種結(jié)構(gòu)形式的犁煤板，建立犁煤板物料回收離散元模型，利用該模型分別對不同形式犁煤板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行仿真分析。研究結(jié)果表明：螺旋形犁煤板的收料比能耗和收煤率均隨螺旋導程的增大而減?。粓A弧形犁煤板的收煤率大體上隨傾斜角的增大而減小，隨圓弧半徑的增大而增大；其收料比能耗大體上隨傾斜角的增大先減小而后增大，隨圓弧半徑的變化無顯著規(guī)律性；當傾斜角為40°左右，圓弧半徑為300mm左右時，犁煤板的收料比能耗較??；平面形犁煤板的收煤率大體上隨鏟角和傾角的增大而減小；收料比能耗大體上隨鏟角的增大而增大，隨傾角的增大而減小；在研究的結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍內(nèi)，當鏟角和傾角同時在30°左右取值時，犁煤板的比能耗較?。辉?種結(jié)構(gòu)形式的犁煤板中，傾角和鏟角均為0°的平面形犁煤板能獲得的收煤率最高。

螺旋鉆采煤機；犁煤板；離散元模型；收煤率；收料比能耗；結(jié)構(gòu)參數(shù)

螺旋鉆采煤機是一種適用于薄與極薄煤層開采的鉆削式采煤設(shè)備，其基本組成及工作原理[1]如圖1所示。主機布置于煤巖巷道中，通過2排螺旋鉆桿帶動鉆具最前端的多個鉆頭鉆削采煤，鉆頭截割下的煤巖物料則由螺旋鉆桿輸送至巷道中的刮板輸送機上。犁煤板是采煤機鉆具上的浮煤清理裝置，其基本作用是將堆積于風筒周圍而無法被螺旋鉆桿輸送到的浮煤推移至兩側(cè)的鉆桿作用區(qū)域，以此減少鉆采過程中的丟煤率。犁煤板通常成組布置于穩(wěn)定器處風筒的下方，其布置形式如圖2所示。每個穩(wěn)定器風筒下方均布置2組犁煤板：一組為前向犁煤板，另一組為后向犁煤板。每組前向或后向犁煤板又由2個沿風筒中心面對稱布置的犁煤板組成。通常，前向犁煤板主要負責鉆具鉆進過程中的浮煤清理，而后向犁煤板則主要負責鉆具退鉆過程中的浮煤清理。一般鉆具上每間隔4節(jié)鉆桿的距離便布置前向和后向2組犁煤板。

圖1 螺旋鉆采煤機采煤示意圖Fig.1 Sketch of augerm inerm ining

圖2 犁煤板在風筒上的布置形式Fig.2 Arrangement forcoal ploughs on ventilation pipe

作為螺旋鉆采煤機上的浮煤清理裝置，犁煤板的性能會直接影響犁煤板對浮煤的回收效率，同時也會影響回收過程中的能量消耗，因此，開展犁煤板的相關(guān)研究，提高其工作性能具有較好的經(jīng)濟價值。然而，目前對螺旋鉆采煤機的研究主要集中于鉆頭截割及動態(tài)特性[2?6]、鉆具輸送性能[7?9]及鉆具振動特性[10?13]等方面，對犁煤板的相關(guān)研究很少。由于缺乏理論及實驗指導，當前犁煤板主要采用經(jīng)驗法進行設(shè)計，其結(jié)構(gòu)形式單一，幾何參數(shù)的選取也具有一定的主觀性。為此，本文作者擬采用離散單元法對犁煤板的物料回收過程進行數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上研究不同犁煤板結(jié)構(gòu)形式及各結(jié)構(gòu)形式下幾何參數(shù)對犁煤板物料回收性能的影響規(guī)律，以期為犁煤板的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能優(yōu)化提供參考。

1 犁煤板物料回收離散單元模型

1.1 離散單元法基本理論

離散單元法是一種以牛頓第二定律為基礎(chǔ)，通過跟蹤每個顆粒的運動、顆粒間的接觸及顆粒與外部邊界的接觸來模擬顆粒流動行為的數(shù)值仿真方法[14?15]。在離散單元法中，顆粒間允許一定程度的相互重疊，顆粒間的重疊量和相對速度共同決定了顆粒間的相互作用力[16?17]。本文采用線性彈簧?阻尼模型作為顆粒間的接觸模型，顆粒間法向接觸力Fn可表示為

式中：xΔ為顆粒間法向重疊量；kn為顆粒間法向彈簧剛度；Cn為顆粒間法向阻尼器阻尼系數(shù)；vn為顆粒間法向相對速度。

式(1)表明顆粒間的法向力由剛度系數(shù)為kn的法向彈簧和阻尼系數(shù)為Cn的阻尼器描述。法向彈簧用于模擬顆粒間的排斥力，阻尼器用于消耗顆粒間動能。法向彈簧剛度系數(shù)kn決定了顆粒間最大重疊量，通常顆粒間重疊量應為0.1%～0.5%，相應彈簧剛度數(shù)量級為104～106N/m[18]。阻尼系數(shù)的選取應取決于顆粒間的恢復系數(shù)，其與恢復系數(shù)間的關(guān)系見文獻[19]。

顆粒間的切向作用力可表示為式中：μ為顆粒間靜摩擦因數(shù)；kt為顆粒間切向彈簧剛度；Ct為顆粒間切向阻尼器阻尼系數(shù)；vt為顆粒間切向相對速度。

由式(2)可看出顆粒間切向相對速度積分得到切向作用力，其作用相當于1個漸進式彈簧，該彈簧存儲了顆粒切向相對運動產(chǎn)生的能量，描述了顆粒切向的彈性變形。阻尼器用于吸收切向相對運動產(chǎn)生的能量，用于描述切向的塑性變形。總切向力受庫侖摩擦力限制，即當切向力達到庫侖摩擦力后，顆粒間便會產(chǎn)生相對滑動。

1.2 模型的假設(shè)與簡化

實際工況下犁煤板的物料回收模型如圖3(a)所示。犁煤板沿風筒軸線方向(Z向)推動堆積于風筒周圍的浮煤，讓其由中間煤孔區(qū)域往兩側(cè)煤孔區(qū)域運動，使其到達鉆桿作用范圍后被輸送至巷道。事實上，犁煤板的物料回收過程十分復雜。物料不僅會在犁煤板作用下由風筒區(qū)域向兩側(cè)煤孔區(qū)域運動，而且會在鉆桿作用下由兩側(cè)煤孔區(qū)域往風筒區(qū)域運動，即物料的回收過程是一個雙向流動過程(見圖3(a))。同時，由于犁煤板與風筒間的剛性連接，鉆具的變形和隨機振動使得犁煤板的運動規(guī)律極為復雜，犁煤板不僅有沿風筒軸線的進給運動，而且有沿其他方向的隨機振動。此外，煤孔形態(tài)的不規(guī)則性及煤巖物料的非線性均使犁煤板的物料回收過程更加復雜。鑒于此，為簡化模型，同時結(jié)合本文研究需要，對犁煤板的物料回收過程進行如下假設(shè)：1)物料僅在犁煤板作用下由風筒區(qū)域向兩側(cè)鉆桿區(qū)域運動，而不會在鉆桿作用下作反向運動；2)犁煤板只會隨鉆具沿鉆進方向作勻速直線運動，不會因鉆具變形和振動出現(xiàn)其他形式的運動；3)各煤孔內(nèi)表面為理想的圓柱形表面，煤孔表面沒有因鉆采偏斜、鉆具振動、煤巖崩落等原因而引起不規(guī)則變形；4)堆積于風筒附近的浮煤物料均在重力作用下處于平衡狀態(tài)；5)犁煤板作用的煤巖物料為理想的非黏性散體干顆粒。

圖3 犁煤板物料回收模型Fig.3 Modelsof coalplough recyclingmaterial

根據(jù)以上假設(shè)，可建立犁煤板物料回收簡化模型，如圖3(b)所示。風筒區(qū)域物料在重力作用下主要堆積于中間煤孔底部，故簡化模型只建立中間煤孔的下半部分圓柱面。由于不考慮鉆桿對浮煤物料的作用及物料的雙向流動，簡化模型省略鉆桿實體。同時，為方便后續(xù)離散單元模型建立，用兩長方體集料槽代替左右兩側(cè)的煤孔，以實現(xiàn)對回收物料的收集。

1.3 離散單元模型的建立

圖4 犁煤板物料回收離散單元模型Fig.4 Discrete elementmodelsof coal plough recycling material

本文以離散元軟件PFC3D作為仿真平臺對犁煤板的物料回收過程進行數(shù)值模擬。根據(jù)圖3中的簡化模型，可建立犁煤板物料回收離散單元模型，如圖4所示。該模型由幾何實體、物料顆粒和邊界條件幾部分組成。幾何實體是指所有可能與物料顆粒發(fā)生相互作用的幾何結(jié)構(gòu)，此處包括中間煤孔、犁煤板、風筒和集料槽。幾何實體通常用不同形狀的墻體模型進行描述。風筒和集料槽形狀較簡單，此處分別用圓柱形墻體和平面墻體進行構(gòu)建。由于結(jié)構(gòu)相對復雜，犁煤板和煤孔采用CAD軟件進行實體建模，然后采用多個三角形墻體對其離散以近似描述其幾何外形，二者的離散化墻體模型如圖5所示。浮煤物料用球形顆粒進行描述。物料顆粒的產(chǎn)生方法為：在中間煤孔上方區(qū)域生成一定數(shù)量的球形顆粒，然后在重力狀態(tài)下自由沉降以達到平衡狀態(tài)，去除多余顆粒。本離散單元模型的邊界條件主要是指犁煤板和風筒的推進速度，設(shè)定為20mm/s。離散元模型的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：煤孔總長為3 500mm，物料堆積長度為2 800mm，物料堆積高度為200mm，煤孔半徑為225mm，風筒直徑為219mm。

圖5 三維實體的離散化墻體模型Fig.5 Discretewallmodelsof three-dimensional entity

離散單元法通過對顆粒及墻體微觀參數(shù)的定義以間接描述散體物料的宏觀力學行為。浮煤物料顆粒的微觀參數(shù)見表1。為了避免顆粒對墻體的穿透，墻體剛度通常比顆粒剛度大1～2個數(shù)量級，所有墻體法向和切向剛度均為7.0×105N/m。

利用圖4中的離散單元模型，通過改變模型中犁煤板的結(jié)構(gòu)形式或幾何參數(shù)可實現(xiàn)對不同犁煤板的物料回收性能研究。對于犁煤板，收煤率和收料比能耗是最重要的2種物料回收性能評價指標。收煤率是指犁煤板作用一定長度范圍的物料后，其回收到的物料質(zhì)量占回收前該長度范圍內(nèi)待回收物料總質(zhì)量的百分比。收料比能耗是指犁煤板回收單位質(zhì)量的浮煤物料所消耗的能量。

表1 物料顆粒微觀參數(shù)Table1 Micro-parametersofmaterialparticles

犁煤板的物料回收過程模擬如圖6所示。當犁煤板和風筒以一定速度作用待回收物料后，一部分物料在犁煤板作用下進入兩側(cè)的集料槽，成為被回收到的物料，另一部分物料則仍留在中間煤孔中，成為被丟棄的物料。通過對仿真過程犁煤板的功率值進行實時監(jiān)測，可獲取犁煤板任何時間段內(nèi)的總能耗。同時，通過統(tǒng)計一定時間段內(nèi)集料槽區(qū)域的顆粒質(zhì)量，可以獲取犁煤板的收煤率。

圖6 犁煤板的物料回收模擬Fig.6 Simulation of coal plough recyclingmaterial

2 犁煤板的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)

目前，螺旋鉆采煤機犁煤板的結(jié)構(gòu)形式較單一，主要為螺旋形犁煤板。為了探求更合理的犁煤板結(jié)構(gòu)，提出圓弧形和平面形兩種新的犁煤板結(jié)構(gòu)形式。加上原有的螺旋形犁煤板，3種不同結(jié)構(gòu)形式的犁煤板如圖7所示。3種犁煤板間的主要差異是其工作表面形狀不同，螺旋形犁煤板的工作表面形狀為等導程空間螺旋面，圓弧形犁煤板的工作表面形狀為空間圓柱面，而平面形犁煤板的工作表面形狀則為空間平面。盡管3種犁煤板的幾何形狀存在差異，但其在風筒徑向平面上的投影形狀完全相同，如圖8所示。圖8中：Rf為犁煤板的內(nèi)孔直徑，即風筒外表面直徑；Rs為犁煤板的外緣直徑；α為犁煤板的圍包角，即對稱布置的兩犁煤板繞風筒周向的夾角。一般地，犁煤板的外緣直徑越大，越利于物料回收，但過大的外緣直徑會降低鉆具對煤層的適應性，故通常犁煤板外緣與煤孔間應保留50～60mm間隙。犁煤板焊接在風筒上，故其內(nèi)孔直徑由風筒外表面直徑?jīng)Q定。犁煤板的圍包角越大，物料越不易越過犁煤板頂部進入其后方。然而，為了給風筒上其他構(gòu)件預留空間，犁煤板的圍包角通常要求不超過180°。在本文的研究中，Rf，Rs和α均保持為常數(shù)，分別取219mm，339mm和180°。

圖7 不同結(jié)構(gòu)形式的犁煤板Fig.7 Coal p loughsw ith differentstructures

圖8 犁煤板在風筒徑向面的投影Fig.8 Projection of coalplough on radialplaneof ventilation pipe

2.1 平面形犁煤板參數(shù)分析

對于平面形犁煤板，由于其工作表面為空間平面，因此，在外緣直徑、內(nèi)孔直徑及圍包角固定的前提下，通過定義工作表面的2個空間方位角度便可唯一確定犁煤板的幾何外形。2個空間角度分別為傾角和鏟角，其定義見圖9。平面B為兩犁煤板的對稱面，平面A為過風筒軸線且與平面B相垂直的平面。坐標系Oxyz固定在風筒上，x軸平行于風筒軸線，正向與犁煤板推進方向一致，y軸位于平面A內(nèi)且與x軸垂直，z軸由x和y軸根據(jù)右手法則確定。直線Op為犁煤板工作表面的外法線。傾角定義為平面形犁煤板工作表面與風筒徑向平面所夾銳角，等同于圖中角λ。鏟角定義為平面形犁煤板工作表面與平面A間所夾的銳角，等同于圖9中角γ。

為研究2個角度結(jié)構(gòu)參數(shù)對平面形犁煤板物料回收性能的影響，將2個角度作為實驗因素，每種因素取4個水平進行完全實驗。此外，傾角和鏟角均分別選取0°，20°，40°和60°，按照完全實驗要求，共進行16次數(shù)值實驗。各數(shù)值實驗安排及實驗統(tǒng)計結(jié)果見表2。

圖9 平面形犁煤板的結(jié)構(gòu)參數(shù)Fig.9 Structure parametersof plane coalplough

表2 平面形犁煤板的實驗安排與結(jié)果統(tǒng)計Table2 Experimental arrangementand resultstatisticsof plane coal plough

根據(jù)表2，采用插值算法，可得平面形犁煤板的2種物料回收性能指標與角度間的關(guān)系，見圖10。從圖10(a)可知：平面形犁煤板的收煤率隨鏟角和傾角的增大均大體呈逐漸減小的變化趨勢；當鏟角和傾角同時為0°即犁煤板工作平面與風筒軸線相垂直時，平面形犁煤板的收煤率最大。從圖10(b)可知：除個別局部區(qū)域外，平面形犁煤板的收料比能耗大體隨傾角的增大而逐漸減小，隨鏟角的增大而逐漸增大；當傾角過小且鏟角過大時，平面形犁煤板的收料比能耗會急劇增大；在研究的參數(shù)范圍內(nèi)，當傾角和鏟角均在30°左右取值時，平面形犁煤板的收料比能耗能達到較優(yōu)值。對比圖10(a)和圖10(b)及對2種物料回收性能指標的變化規(guī)律可知：無論平面形犁煤板的鏟角和傾角如何取值，均無法保證犁煤板在擁有最大收煤率的同時擁有最低的收料比能耗。換言之，對于平面形犁煤板，鏟角和傾角是1對矛盾體，無法通過二者的合理匹配讓這2種物料回收性能指標同時達到最優(yōu)化。

圖10 平面形犁煤板回收性能指標與結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系Fig.10 Relationship between recycling performance indicators of plane coal plough and structure parameters

2.2 螺旋形犁煤板的參數(shù)分析

對于螺旋形犁煤板，由于其工作表面為等導程空間螺旋面，因此，在螺旋面的外緣直徑、內(nèi)孔直徑及圍包角固定的前提下，螺旋導程可作為確定犁煤板幾何外形的唯一參數(shù)。為了研究螺旋導程對螺旋形犁煤板物料回收性能的影響，此處選取52，202，352和502mm這4種導程進行數(shù)值實驗，實驗結(jié)果見表3。

表3 螺旋形犁煤板的實驗安排及結(jié)果統(tǒng)計Table3 Experimental arrangementand resultstatisticsof spiral coalplough

圖11 螺旋形犁煤板回收性能指標與螺旋導程間的關(guān)系Fig.11 Relationship between recycling performance indicators of spiral coal plough and screw lead

根據(jù)表3可得螺旋形犁煤板兩物料回收與螺旋導程間的關(guān)系，見圖11。從圖11(a)可知：螺旋形犁煤板的收煤率隨螺旋導程的增大按線性函數(shù)統(tǒng)計規(guī)律逐漸減小。按該變化規(guī)律推測，當螺旋導程取極限值0 mm時，螺旋形犁煤板的收煤率取得最大值。事實上，螺旋導程為0mm時螺旋形犁煤板的外形與傾角和鏟角均為0°的平面形犁煤板相同，由表2可知此時犁煤板的收煤率為63.65%，該值均大于表3中各收煤率統(tǒng)計結(jié)果，由此說明推測的正確性。從圖11(b)可知：螺旋形犁煤板的收料比能耗隨螺旋導程的增大按指數(shù)函數(shù)統(tǒng)計規(guī)律逐漸減?。划斅菪龑С倘≈荡笥?00mm時，其變化對犁煤板收料率的影響程度變小。據(jù)分析可知，隨螺旋導程的增大，螺旋形犁煤板的2個回收性能指標變化具有矛盾性，即犁煤板收料比能耗減小的同時，其收煤率也會隨之減小，二者無法同時達到最優(yōu)化。由表3可知：當螺旋導程從52mm增大至502mm時，螺旋形犁煤板的收煤率僅減小6.96%，而其收料比能耗降低17.76%，故螺旋導程對犁煤板收料比能耗的影響較大。

2.3 圓弧形犁煤板參數(shù)分析

對于圓弧形犁煤板，其在風筒上的布置方式如圖12所示。犁煤板的圓弧面中心線cc′始終與2塊犁煤板的對稱平面B垂直，且位于風筒軸線與犁煤板最下方點P間的中心位置。根據(jù)該布置方法，在外緣直徑、內(nèi)孔直徑及圍包角固定的前提下，圓弧形犁煤板的幾何外形可由圓弧直徑和傾斜角2個參數(shù)唯一確定。2種結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義如圖12所示。其中，zyxc′′′′為固定在風筒上的空間直角坐標系，坐標軸x′與風筒軸線平行，正向為犁煤板推進方向。圓弧直徑是指圓弧形犁煤板的圓弧形工作表面，直徑為2R。傾斜角定義為圓弧面中心線cc′與風筒徑向平面間所夾的銳角，等同于圖12中的角β。

圖12 圓弧形犁煤板的布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)Fig.12 Arrangementand structure parametersof circular coal plough

為了研究2種結(jié)構(gòu)參數(shù)對犁煤板物料回收性能的影響，將2種參數(shù)作為2種實驗因素，每種因素取4個水平進行完全實驗。此外，圓弧直徑取170，270，370和470mm，傾斜角取0°，20°，40°和60°，按照完全實驗要求共進行16次數(shù)值實驗。各數(shù)值實驗安排及實驗統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 圓弧形犁煤板的實驗安排及結(jié)果統(tǒng)計Table4 Experimental arrangementand resultstatisticsof circular coal plough

圓弧形犁煤板的收煤率與2個結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系如圖13所示。從圖13(a)可知：圓弧形犁煤板的收煤率大體上隨傾斜角的增大而逐漸減小，隨圓弧半徑的增大而逐漸增大。根據(jù)該變化規(guī)律推測，當圓弧形犁煤板的傾斜角為0°，圓弧半徑為無限大時，其收煤率將會最大。事實上，該極限取值條件下的圓弧形犁煤板外形與傾角和鏟角均為0°的平面形犁煤板外形完全相同，由表2可知，此時犁煤板的收煤率為63.65%，該值均大于表4中各收煤率統(tǒng)計結(jié)果，由此說明推測的正確性。由圖(13(b)可知，圓弧形犁煤板的收料比能耗大體上隨傾斜角的增大呈先減小后增大的變化趨勢，隨圓弧直徑的變化無顯著規(guī)律性。然而，由圖13(b)可看出：在選取的參數(shù)范圍內(nèi)，當傾斜角在40°左右取值，圓弧半徑在300mm左右取值時，圓弧形犁煤板的比能耗將會最小。對比圖13(a)和圖13(b)可看出：不存在某個取值區(qū)域讓圓弧形犁煤板的收煤率最大的同時，使其收料比能耗最低，即無法通過傾斜角和圓弧直徑的合理匹配使圓弧形犁煤板的2種物料回收性能指標同時達到最優(yōu)化。

圖13 圓弧形犁煤板回收性能指標與結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)系Fig.13 Relationship between recycling performance indicators of circular coal plough and structure parameters

3 犁煤板的結(jié)構(gòu)和參數(shù)選取

犁煤板的收煤率越高，意味著鉆采過程中丟失的煤巖物料越少，資源的回收率越高；犁煤板的收料比能耗越低，意味著在物料回收過程中消耗的能量越少，回收過程成本越低。然而，無論對于哪種結(jié)構(gòu)形式的犁煤板，均無法通過其自身幾何參數(shù)間的匹配使收煤率和收料比能耗同時達到最優(yōu)化。因此，若按照現(xiàn)有的方式在鉆具上布置結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)均完全一致的犁煤板，將無法獲得較理想的物料回收效果。

犁煤板有前向和后向之分，前向犁煤板負責鉆進過程的浮煤物料回收，而后向犁煤板負責退鉆過程的浮煤回收。盡管前向與后向犁煤板的物料回收模型及工作原理完全相同，但由于作用過程的差異，使得鉆具對2類犁煤板的物料回收性能要求有差異。對于前向犁煤板，只需在物料回收過程中保持較低的收料比能耗，而無需擁有最大的收煤率。因為前向犁煤板未充分回收的浮煤物料，可在退鉆過程中由后向犁煤板再次進行回收。相反，對于后向犁煤板，則需擁有盡可能大的收煤率，而無需擁有最低的收料比能耗。因為后向犁煤板負責退鉆過程的物料回收，若在該過程中物料未被犁煤板充分回收，則會被永久丟棄而造成嚴重的資源浪費。因此，進行犁煤板設(shè)計時，前向犁煤板應以收料比能耗最低作為設(shè)計原則，而后向犁煤板應以收煤率最高作為設(shè)計原則。

對于每種結(jié)構(gòu)形式的犁煤板，通過合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配均能獲得較低的收料比能耗，因此，前向犁煤板可選取文中提出的任何一種結(jié)構(gòu)形式。在所有結(jié)構(gòu)形式的犁煤板中，鏟角和傾角均為0°的平面形犁煤板擁有最優(yōu)的收煤率，因此，該犁煤板可作為鉆具上的后向犁煤板。

4 結(jié)論

1)對于任何一種結(jié)構(gòu)形式的犁煤板，其收煤率和收料比能耗2種物料回收性能指標均存在一定矛盾，即無法單純通過犁煤板自身結(jié)構(gòu)參數(shù)的匹配以使2個指標同時達到最優(yōu)化。

2)平面形犁煤板的收煤率大體上隨鏟角和傾斜角的增大而減小，收料比能耗大體上隨鏟角的增大而增大，隨傾斜角的增大而減小。螺旋形犁煤板的收煤率和收料比能耗均隨螺旋導程的增大而減小。圓弧形犁煤板的收煤率大體隨傾斜角的增大而減小，隨圓弧半徑的增大而增大；比能耗大體隨傾斜角的增大先減小后增大，隨圓弧半徑的變化無顯著規(guī)律性。

3)在所有結(jié)構(gòu)形式的犁煤板中，傾角和鏟角均為0°的平面形犁煤板收煤率最高。當傾斜角在40°附近取值，圓弧半徑在300mm左右取值時，圓弧形犁煤板的收料比能耗較??；當鏟角和傾角均在30°左右取值時，平面形犁煤板的收料比能耗較小。

4)在進行犁煤板設(shè)計時，前向犁煤板應以收料比能耗最低為設(shè)計原則，后向犁煤板應以收煤率最高為設(shè)計原則。

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(編輯 陳燦華)

Structureand param eter analysisof augerm iner’s coalp lough

FU Lin,DU Changlong,LIJianping,YANGDaolong

(SchoolofMechanical and Electrical Engineering,China University ofM ining and Technology,Xuzhou 221116,China)

In order to im prove the coal recovery ratio and reduce energy consum ption,three types of coal ploughswere presented and their structure parameterswere studied respectively using the discrete elementmethod(DEM).The results show that the recovery specific energy and coal recovery ratio of the spiral coal plough decrease w ith the increase of screw lead.For the circular coal plough,its coal recovery ratio decreases generally w ith the increase of tilt angle and the decreaseof thearc radius,and its recovery specific energy decreases firstly and then increaseswith the increase of the tilt angle.The smaller recovery specific energy of the circular coal plough can be achieved when the tilt angle is chosen at around 40°and the arc radius is around 300 mm.For the plane coal plough,its coal recovery ratio decreases generally with the increase of pushing angle and tiltangle,and its recovery specific energy increases generally with the increase of pushing angle and the decrease of tiltangle.Within the scope of the selected parameters,theminimum specific energy of the p lane coal plough can be achieved when the pushing angle and tiltangle are chosen at around 30°at the same time.In the three coal ploughs,the p lane coal plough w ith 0°pushing angle and 0°tiltangle has the highest coal recovery ratio.

augerm iner;coal plough;the discrete elementmethod(DEM);coal recovery ratio;recovery specific energy; structure parameters

TH122；TD 421

A

1672?7207(2017)03?0675?09

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.03.016

2016?03?10；

2016?05?22

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2012AA062102)；國家自然科學基金資助項目(51375478)(Project (2012AA062102)supported by the National High Technology Research and Development Program(863 Program)of China;Project(51375478) supported by the NationalNatural Science Foundation of China)

杜長龍，博士，教授，從事礦山機械設(shè)計研究；E-mail:cum tdcl@163.com