梁曉峰,鄭志剛,李 馨

(北方交通重工集團(tuán)掘進(jìn)機(jī)研究所,遼寧沈陽 110142)

EBZ280型掘進(jìn)機(jī)側(cè)支撐作用分析

梁曉峰,鄭志剛,李 馨

(北方交通重工集團(tuán)掘進(jìn)機(jī)研究所,遼寧沈陽 110142)

通過分析、計(jì)算得出掘進(jìn)機(jī)“理想工作參數(shù)區(qū)域”,并由此進(jìn)一步得出“擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域”,從而證明了側(cè)支撐在掘進(jìn)機(jī)上所起到的重要作用——使機(jī)身穩(wěn)定性更好和提高掘進(jìn)機(jī)的坡度作業(yè)能力。

側(cè)支撐;理想工作區(qū)域;工作穩(wěn)定性;額定工作角度

掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)已成為各大主力煤礦綜掘不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備。目前,掘進(jìn)機(jī)正在向重型化、特型化、多功能化方向發(fā)展。

由于掘進(jìn)機(jī)工作空間狹窄,環(huán)境惡劣,空氣中充滿煤塵和巖塵,而截割頭在截割過程中產(chǎn)生的反作用力,又使得掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生滑動、振動和噪音,降低掘進(jìn)機(jī)截割的工作效率,減少掘進(jìn)機(jī)的工作壽命以及危害操作者的身體健康。因此,需要掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)出適合不同環(huán)境特點(diǎn)的特殊型掘進(jìn)機(jī),如:窄機(jī)身、矮機(jī)身、大坡度掘進(jìn)機(jī)等。

本公司開發(fā)研制了 EBZ280型掘進(jìn)機(jī),能實(shí)現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運(yùn)輸作業(yè)。該機(jī)適用于煤巷或半煤巖巷以及全巖的巷道掘進(jìn),也可在鐵路、公路、水力工程等隧道中使用。該機(jī)除了包括能夠提高掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)機(jī)身穩(wěn)定性、使掘進(jìn)機(jī)無縱向滑移并減少機(jī)體振動的后支撐裝置外,還特別加入了側(cè)支撐裝置。側(cè)支撐主要由一對液壓滑動油缸及其外筒組成,分別安裝于后支撐部的左右兩側(cè)。側(cè)支撐將要承受掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)工作時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向力,由于其額外的限制從而更好地克服了側(cè)向力,進(jìn)一步減少了掘進(jìn)機(jī)的滑動和振動,因而該機(jī)可用于較大坡度的掘進(jìn)工作。

本文將以 EBZ280型掘進(jìn)機(jī)為例,運(yùn)用“理想工作參數(shù)區(qū)域”的方法來分析和說明側(cè)支撐的確能夠增加掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的機(jī)身穩(wěn)定性以及提高掘進(jìn)機(jī)的坡度作業(yè)能力。同時(shí),運(yùn)用此方法也可以為側(cè)支撐的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 掘進(jìn)機(jī)“理想工作參數(shù)區(qū)域”分析

在掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)下有 5個重要參數(shù),相互之間的關(guān)系如下:

式中,F4為掘進(jìn)機(jī)的滑動力,kN;F3為截割頭傳遞給機(jī)身的反作用力,kN;M為整機(jī)重量,t;f為等效摩擦系數(shù);α為工作坡度,(°)。

由式 (1)可見:如果 F4≤0,則掘進(jìn)機(jī)處于理想的工作狀態(tài),因而推導(dǎo)出掘進(jìn)機(jī)理想工作的條件是:

1.1 計(jì)算摩擦系數(shù)最大值 fmax

根據(jù)近幾年的相關(guān)研究,掘進(jìn)機(jī)通常在大坡度的巷道工作,而最大的爬坡角度通常在 18°以內(nèi)。結(jié)合式 (2),可以估算出掘進(jìn)機(jī)靜止時(shí)等效摩擦系數(shù)的最大值為:

1.2 計(jì)算截割頭傳遞給機(jī)身的反作用力 F3

截割頭傳遞給機(jī)身的反作用力 F3是相當(dāng)重要的設(shè)計(jì)參數(shù),但是由于其隨著時(shí)間和工作狀態(tài)的變化而變化,所以很難被測量和表示。為了簡化問題,可以把 F3由一個估算值來替代:

式中,P為截割頭額定截割功率,kW;r為截割頭平均工作半徑,mm;n為截割頭額定轉(zhuǎn)速,r/min。

對于 EBZ280型掘進(jìn)機(jī),F3=156kN。

1.3 確定掘進(jìn)機(jī)的額定工作角度αm

式 (3)表明,整機(jī)重量M與截割頭反作用力F3成正比,與工作坡度α有關(guān)。將 fmax=0.3以及F3=156kN代入式 (3),則額定工作角度αm與掘進(jìn)機(jī)機(jī)重M的關(guān)系如表 1所示。

表1 額定工作角度αm與機(jī)重M的關(guān)系

1.4 掘進(jìn)機(jī)理想工作參數(shù)區(qū)域 (α,f)和最小摩擦系數(shù) fmin

在掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)下的 5個參數(shù)中,有 2個參數(shù)——等效摩擦系數(shù) f、工作坡度α,都隨著工作環(huán)境的不同而發(fā)生變化。如上所述,掘進(jìn)機(jī)正常工作條件是:

將 fmax=0.3以及 F3=156kN代入式 (2)中,可得:

因此可知,掘進(jìn)機(jī)理想工作的最小摩擦系數(shù)fmin=0.18。其理想工作參數(shù)區(qū)域如圖 1所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)理想工作參數(shù)區(qū)域

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)在理想工作參數(shù)區(qū)域內(nèi)工作時(shí),F4< 0,也就是掘進(jìn)機(jī)的滑動力不存在,側(cè)支撐除了起到支撐沿著油缸活塞桿方向的力之外,不承擔(dān)其他的外力。如果實(shí)際工作中 2個參數(shù) (α,f)所形成的交點(diǎn)在這個三角形區(qū)域之外,則掘進(jìn)機(jī)的滑動力 F4將會產(chǎn)生并作用于側(cè)支撐上,其交點(diǎn)離三角形區(qū)域越遠(yuǎn)則說明 F4越大。如果側(cè)支撐能夠足以支撐 F4,掘進(jìn)機(jī)將不會滑動,否則將產(chǎn)生滑動,不能正常工作,與此同時(shí)側(cè)支撐也有可能被損壞。

值得注意的是,掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)可能會由理想工作參數(shù)區(qū)域過渡到非理想工作參數(shù)區(qū)域,而操作者也許并不會覺察到這個變化 (假設(shè)摩擦系數(shù) f突然降到原來的 1/3,或者工作坡度α變?yōu)樵瓉淼?倍),在這種情況下側(cè)支撐被損壞的可能性將大大提高。為了保證不損壞側(cè)支撐,F4值的確定應(yīng)該作為側(cè)支撐設(shè)計(jì)的一個很重要的考慮因素。

基于以上分析,并聯(lián)系圖 1以及式 (1),可以計(jì)算出 F4的最大值 F4max:

所以側(cè)支撐所要承受的力為:

在沿著油缸活塞桿的方向:F4a=105kN

在垂直于油缸活塞桿的方向:F4v=60kN

2 側(cè)支撐的作用分析

由上述分析可知,側(cè)支撐對于抵消掘進(jìn)機(jī)的滑動力 F4起到很大作用。如果掘進(jìn)機(jī)無滑動則意味著側(cè)支撐足以克服滑動力,抵消掘進(jìn)機(jī)的滑動力F4意味著側(cè)支撐比較牢固并能擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域的范圍,即增加掘進(jìn)機(jī)對地面的等效摩擦系數(shù)、提高掘進(jìn)機(jī)的工作能力和坡度作業(yè)能力。

假設(shè)側(cè)支撐抵消 60kN的力,代入式 (1):

15.6 +90sin7°-f·90cos7°=60(kN),則:

f=0.23

可見掘進(jìn)機(jī)對地面等效摩擦系數(shù)將增加 0.05,擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域?qū)a(chǎn)生,如圖 2所示。

圖 2 應(yīng)用側(cè)支撐時(shí)產(chǎn)生擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域

由圖 2可見,擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域是原理想工作參數(shù)區(qū)域的 1.42倍,即新區(qū)域比原區(qū)域增加了 42%。所以側(cè)支撐的作用是顯而易見的,也是不可缺少的。

3 結(jié)論

(1)首先提出了“理想工作參數(shù)區(qū)域”的概念,并以 EBZ280型掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)為例,經(jīng)過計(jì)算、分析得出“擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域”,通過將這兩個工作區(qū)域進(jìn)行比較,證明了側(cè)支撐的確能夠提高掘進(jìn)機(jī)的工作穩(wěn)定性。同時(shí),“理想工作參數(shù)區(qū)域”也可以作為在理論上評估掘進(jìn)機(jī)工作能力的一個方法。

(2)由“擴(kuò)展理想工作參數(shù)區(qū)域”還可以發(fā)現(xiàn),EBZ280型掘進(jìn)機(jī)中側(cè)支撐的作用不僅是提高掘進(jìn)機(jī)的工作穩(wěn)定性,而且也增加了掘進(jìn)機(jī)的工作范圍,即提高了掘進(jìn)機(jī)的坡度作業(yè)能力。

(3)對于 EBZ280型掘進(jìn)機(jī)而言,側(cè)支撐使其工作范圍擴(kuò)大了42%。

[1]煤炭工業(yè)部生產(chǎn)司開拓處.掘進(jìn)機(jī)選型手冊 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1989.

[2]汪佑武 .采煤概論 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2008.

[3]徐爾元 .懸臂式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)引進(jìn)和創(chuàng)新 [J].煤礦機(jī)電, 1994(2).

[責(zé)任編輯:鄒正立]

Side Upholding Analysis of EBZ280 Entry-drivingMachine

L IANG Xiao-feng,ZHENG Zhi-gang,L IXin

(Entry-driving Research Institute,North Traffic Heavy Industry Group Co.,Ltd,Shenyang 110142,China)

This paper analyzed and calculated“idealworking parameter area”of entry-drivingmachine.It further obtained“extended idealworking parameter area”and proved the important role of side uphold in entry-drivingmachine-makingmachine more stable and improving its gradientworking ability.

side uphold;idealworking area;working stability;ratingworking resistance

TD421.5

A

1006-6225(2010)05-0069-02

2010-05-04

梁曉峰 (1980-),女,遼寧沈陽人,助理工程師,現(xiàn)從事掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)工作。