煤礦井下采煤機(jī)姿態(tài)調(diào)整牽引機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究

李 偉

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048400）

引言

作為煤礦井下“三機(jī)”設(shè)備之一，采煤機(jī)的工作特性直接決定了井下綜采作業(yè)的安全性和可靠性，現(xiàn)有的采煤機(jī)主要采用了單側(cè)雙驅(qū)動方式，但當(dāng)井下綜采面存在傾角、底板起伏的狀況時(shí)，導(dǎo)致采煤機(jī)整機(jī)承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩，使單側(cè)牽引機(jī)構(gòu)的受力過大，采煤機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性和姿態(tài)控制難度加大，給煤礦井下綜采作業(yè)安全性造成了極大的挑戰(zhàn)。因此本文根據(jù)煤礦井下實(shí)際的地質(zhì)條件，提出了一種基于液壓浮動支撐的調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)，其采用了雙列四驅(qū)的狀態(tài)控制結(jié)構(gòu)，利用ADAMS 仿真分析軟件對其工作時(shí)的嚙合特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)能夠有效提升采煤機(jī)對井下復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性，降低工作時(shí)的受力，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 雙列四驅(qū)浮動調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)

根據(jù)目前采煤機(jī)單列調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)所存在的問題，結(jié)合長期井下工作經(jīng)驗(yàn)，提出了一種新的雙列四驅(qū)浮動調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)，其在傳統(tǒng)的單列調(diào)姿牽引采煤機(jī)的傳動箱體兩側(cè)設(shè)置了執(zhí)行油缸，使其在傳遞運(yùn)動和力時(shí)具有回轉(zhuǎn)擺動的能力，隨著負(fù)載的變化使?fàn)恳龣C(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的抵消擺動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)候的平衡均載。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)運(yùn)行姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整，在采煤機(jī)的頂梁位置設(shè)置位移傳感器，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)與頂板距離的監(jiān)控，確保采煤機(jī)在井下復(fù)雜地質(zhì)條件下運(yùn)行時(shí)的平緩性，通過調(diào)姿機(jī)構(gòu)來對采煤機(jī)的驅(qū)動牽引機(jī)構(gòu)負(fù)載的調(diào)節(jié)，該雙列四驅(qū)調(diào)姿采煤機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2 雙列四驅(qū)調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)的仿真分析

圖1 雙列四驅(qū)采煤機(jī)虛擬樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

利用CREO 三維建模軟件建立采煤機(jī)的三維仿真分析模型，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置采煤機(jī)調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)行走輪的模數(shù)為47.69 mm，其齒數(shù)為12，壓力角為20°，運(yùn)行時(shí)的阻尼系數(shù)為0.1，利用ADAMS仿真分析軟件對采煤機(jī)運(yùn)行過程中施加一個(gè)能夠模擬采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定負(fù)載的梯形波的負(fù)載信號，對其運(yùn)行過程中的動態(tài)特性進(jìn)行分析研究。傳統(tǒng)牽引機(jī)構(gòu)和新的調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)在相同負(fù)載特性調(diào)節(jié)下的速度和加速度變化曲線如圖2 所示。

圖2 不同情況下采煤機(jī)速度和加速度變化曲線

由圖2 可知，采用傳統(tǒng)的單列牽引機(jī)構(gòu)情況下，在運(yùn)行過程中，采煤機(jī)的速度在±0.03 m/s 的范圍內(nèi)呈一定的周期波動，其最大運(yùn)行速度約為0.23 m/s，最小運(yùn)行速度約為0.18 m/s.，在整個(gè)運(yùn)行過程中采煤機(jī)的加速曲線變化較小。當(dāng)采用調(diào)姿牽引控制系統(tǒng)時(shí)，在運(yùn)行過程中采煤機(jī)的速度、加速度變化曲線基本與常規(guī)牽引相同，其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的最大速度約為0.21 m/s，其最小穩(wěn)定運(yùn)行速度約為0.17 m/s，且加速度進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的周期要小于常規(guī)的單側(cè)牽引，由此表明采用雙列四驅(qū)調(diào)姿牽引時(shí)，能夠?qū)Σ擅簷C(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的緩沖作用，有助于確保采煤機(jī)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

在運(yùn)行過程中采煤機(jī)采用不同牽引機(jī)構(gòu)情況下的嚙合力變化[4]如圖3 所示。

圖3 不同牽引機(jī)構(gòu)下采煤機(jī)的嚙合力與牽引阻力變化曲線

由仿真分析結(jié)果可知，采用傳統(tǒng)的牽引結(jié)構(gòu)時(shí)，采煤機(jī)在啟動時(shí)嚙合力的波動頻率較大，且幅值較高，其變化規(guī)律主要由作用在采煤機(jī)上的牽引阻力決定，而當(dāng)采用調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)時(shí)，在啟動的瞬間嚙合力幅值顯著降低，表明了該調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)能夠有效地平緩在啟動時(shí)采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)的嚙合沖擊力，有助于提升牽引機(jī)構(gòu)工作時(shí)的穩(wěn)定性和使用壽命。

為了研究在井下復(fù)雜地形條件下采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)中心距對嚙合力的影響，本文在相同的條件下對其進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 嚙合力隨中心距變化規(guī)律曲線

由采煤機(jī)調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作條件下其中心距變化范圍一般在±8 mm 范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，隨著中心距的增加采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)工作時(shí)的嚙合力逐漸降低，但在整個(gè)變化過程中，嚙合力的變化較為平緩，并未發(fā)生突變，符合在傳動過程中均勻變化的要求，滿足采煤機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性要求。

3 結(jié)論

1）該調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)的加速度進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的周期要小于常規(guī)的單側(cè)牽引，能夠?qū)Σ擅簷C(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的緩沖作用，有助于確保采煤機(jī)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。

2）采用調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)時(shí)，在啟動的瞬間嚙合力幅值顯著降低，能夠有效地平緩在啟動時(shí)采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)的嚙合沖擊力，有助于提升牽引機(jī)構(gòu)工作時(shí)的穩(wěn)定性和使用壽命。

3）該調(diào)姿牽引機(jī)構(gòu)在整個(gè)工作范圍內(nèi)合力的變化較為平緩，并未發(fā)生突變，符合在傳動過程中均勻變化的要求，滿足采煤機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性要求。