纵轴式掘进机截割载荷的模拟.doc

精品论文大集合纵轴式掘进机截割载荷的模拟杨伟红，徐广明辽宁工程技术大学 机械工程学院，辽宁阜新（123000）E-mail：yangwh555摘要：为了深入了解掘进机截割特性，本文以截割头载荷为研究对象，采用模拟分析的方 法通过对国产某型掘进机截割头进行受力分析，建立掘进机截割头载荷的数学模型，利用 matlab 仿真软件编程，模拟得出纵轴式掘进机载荷谱，并对纵轴式掘进机截割载荷进行研究， 为纵横轴式掘进机性能研究及合理选型提供理论依据。分析结果表明，掘进机工作方式、截 割头的型式以及截齿排列方式是影响掘进机的载荷大小及其变化的主要因素。 关键词：掘进机；载荷模拟；matlab中图分类号：TD421.5+21引言纵轴式掘进机是广泛应用于煤巷、半煤巷掘进过程中的部分断面掘进机，掘进机截割过 程中性能的好坏直接影响工作效率，而掘进机截割载荷是研究掘进机结果性能的基础1-2 ， 本文利用matlab仿真软件对掘进机截割载荷变化进行比较，通过分析比较，找到纵轴式掘进 机截割载荷的变化特性，为掘进机的改进设计提供依据3-4。2截割头载荷的计算根据截齿的受力，就可以计算截割头的瞬时载荷，当截割头任意时刻转到某一位置（记 作j）时的受力如图1所示。cdL RcjvbbD naziiyiRbjbRaj图 1 纵轴式截割头受力截割头截割过程的第 j 时刻所受垂直方向、水平方向、纵向方向的三向载荷5为- 4 -RajRbjm= (Z i sin i Yi cosi ) （ 1 ）im= (Z i cosi + Yi sin i ) （ 2 ）iRcjm= xi （ 3 ）i式中 Z i 、Yi 、 xi 分别为第 i 个截齿所受截割阻力、牵引阻力、侧向力；i 表示第 i 个截齿位置角。3基于matlab的载荷模拟3.1掘进机的参数 本文以国内某型掘进机为研究对象，其基本参数如下： 工作面采高H=3，普氏硬度系数f=3.5，截割头转速n=48.5rpm，横摆速度V3m/min，L=700mm，D=780mm，d=414mm，过度圆弧的半径 r0 =247mm，镐形42齿，截齿工作部分 = 75 °宽度bp=2cm，截割角排列如图2所示。，模拟转角 取 360° ，步长取1，按中等磨损程度考虑。截齿图 2 纵轴式掘进机截齿排列3.2载荷模拟本文以国内某型掘进机为研究对象，以横向向右运动进行模拟，割头以右模拟掘进机在 掘进过程中截割头的载荷变化曲线(即载荷谱)如图3所示。图 3 纵轴式掘进机截齿载荷模拟曲线图掘进机截割头的载荷模拟统计结果见表1。表 1 载荷模拟统计值Ra / NRb / NRc / N最大值361248372591最小值168827122013均值237336552255摆幅192421255863.3模拟结果分析由上面纵轴式掘进机载荷模拟曲线可以看出，纵轴掘进机在截割时载荷的变化具有一定 的周期性，并且存在剧烈的载荷波动和高峰低峰值，各力都随时间变化，但变化趋势不同， 纵轴式截割头水平和垂直载荷由小变大，呈正弦波变化，而纵向载荷波动较小，只是间歇出 现峰值，并且在某些位置（例如80110°之间）载荷值保持不变，这主要与掘进机截齿的排 列有关。由表1可以看出，纵轴式掘进机在截割时水平载荷的均值明显大于垂直和纵向载荷， 这主要是由掘进机的工作方式决定的；由表1可以看出，掘进机在水平方向载荷和垂直载荷 的波动较大，其最大差值分别为2125N和1924N，这将在很大程度上影响掘进机的正常工作， 而引起这种现象的原因就是掘进机的截齿排列。由以上分析可知，掘进机的截齿排列影响掘 进机的载荷变化，因此，研究设计合理的截齿排列具有重要意义。4结束语本文利用matlab计算机仿真软件，对纵轴式掘进机的截割载荷进行模拟，得到截割头载 荷谱，通过模拟结果可以看出纵轴式掘进机在掘进时载荷的变化及不足之处，为更好的设计、 改进掘进机性能及掘进机选型提供理论依据。参考文献1 李晓豁.掘进机截割头设计与研究M.北京:中国华侨出版社,1997.2 李晓豁.程东棠.掘进机截制头载荷的模拟研究J.阜新矿业学院学报(自然科学版),1990, 9 ( 3) : 8894. 3 李晓豁.掘进机截割头随机负荷的模拟研究J.煤炭学报,2000,25(5);525529.4 王运敏.中国采矿设备手册M.科学技术出版社,2007.5 李晓豁,程东棠.掘进机截割头的计算机辅助设计J.煤矿机械,1990,3The simulation of loads on cutting head of longitudinal roadheaderYang Weihong, Xu GuangmingCollege of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin (123000)AbstractIn order to get a deeper understand of cutting particularity of a roadheader, this article takes the load ofcutting head as research object, force analysis is being done on some type of domestic roadheader by simulation method, and then the mathematical model is set up. Also matlab software is used to get the load spectrum and help to study the load of roadheader, so it provides the theoretical basis for the study on performance. By analysing the result we can see that the working model of the roadheader, the type of the roadheader and the arrangement pattern are the main factors of the change of the load.Keywords: roadheader; simulation load; matlab software作者简介：杨伟红：男，现任辽宁工程技术大学机械电子工程系讲师，四川眉山人。