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

      2014-04-29 00:03:00高春芳
      中國機(jī)械 2014年11期
      關(guān)鍵詞:縱軸掘進(jìn)機(jī)

      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。

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