電牽引采煤機核心部件可靠性分析

申宏亮

（山西誠正建設監理咨詢有限公司， 山西 陽泉 045000）

1 電牽引采煤機沖擊載荷模擬

滾筒是采煤機落煤和裝煤的工作機構，采煤機在工作時，滾筒截齒只要截入煤壁，就要承受截割阻力，順序式滾筒截齒還要受到側向力，此外還有作用于螺旋葉片上的裝煤反力等多重作用，而在采煤機切入煤壁的過程中，滾筒還將受到一個附加的軸向力[1-4]。

由于同時參與截割的截齒齒數和位置是變化的，煤巖的物理機械性質也是隨機的，因此，截齒給予煤巖的截割力、力矩等動力學參數也是變化的[5]。通過對滾筒承受的瞬時沖擊載荷、截割力矩等進行分析計算,在模擬軟件中施加給電牽引采煤機滾筒模型中，從而對結果進行優化。能夠使得采煤機提高工作效率，保持穩定性。電牽引采煤機滾筒受到的三向力曲線如圖1所示。

圖1 電牽引采煤機滾筒受到的三向力曲線

2 模型建立與外部載荷模擬

電牽引采煤機割煤的工作過程中，采煤機搖臂殼體承受采煤機內部的齒輪耦合傳動沖擊和滾筒割煤時候受到的力，引起電牽引采煤機搖臂殼體受力比較大；與此同時采煤機行星部件需要很大的扭矩傳遞在采煤機割煤時，受到的負載也非常大，而長時間處于高應力載荷容易導致電牽引采煤機搖臂殼體與采煤機行星部件的損壞[6]。因此通過對電牽引采煤機搖臂殼體與采煤機行星部件進行仿真模擬來進行可靠性分析以確保采煤機正常高效使用。

采煤機受到的外部載荷主要來自于螺旋滾筒上截齒截割煤壁時受到的沖擊作用，其中滾筒的受力如圖2所示。當螺旋滾筒上的截齒在截割煤壁時其將受到截割阻力Fj、牽引阻力Fq及側向力Fc的作用，截割過程中所有截齒的受力使采煤機受到外部載荷。

圖2 滾筒受力示意圖

因為綜采工作面煤層地質情況不盡相同，電牽引采煤機割煤時滾筒受力值也不同。

為了便于對滾筒截割時所受負載進行分析，單純地根據力學關系很難推斷出某段時間內滾筒的受力狀態，所以本文基單個截齒的力學模型，應用數學建模軟件，編制出能夠模擬滾筒截割過程中的受力程序，根據編程模擬出采煤機以牽引速度為4 m/min進行截割堅固性系數為3并含有夾矸石煤壁時螺旋滾筒所受的負載[7]。

3 采煤機核心部件可靠性分析

仿真模擬的準確性、穩定性、精度、快速性都與仿真參數的設定起著相當重要的作用，因此選用求解迅速、計算精度高的積分器以提高仿真速度。經過仿真建立模擬得到搖臂殼體在工作過程中的受力分布云圖，如下頁圖3所示。

圖3 搖臂殼體受力（MPa）分布

由圖3可以看出，截割過程中搖臂殼體在相關軸安裝處的受力較大，同時搖臂殼體與調高油缸連接耳處附近的受力更為惡劣。當截割時遇到含有硬結核時，滾筒受到的沖擊作用傳遞到上述位置，上述位置的受力將更大，極易造成相關位置的結構疲勞損壞，因此在截割時可適當降低采煤機的牽引速度以保證滾筒上的沖擊不至于過大[8]。

如圖4所示為采煤機搖臂殼體最大受力點S應力曲線圖，由圖4可以看出，電牽引采煤機核心部件搖臂殼體在未進行作業時受力非常小，隨著采煤機開始作業滾筒開始割煤，電牽引采煤機核心部件搖臂殼體受力開始急劇加大。在0.12 s能夠達到最大值141 MPa，隨著滾筒持續切割煤璧，割煤開始穩定后電牽引采煤機核心部件搖臂殼體受力開始逐漸減小，搖臂殼體受力開始發生周期波動變化穩定在70MPa左右。滿足采煤機割煤時材料的允許應力范圍值，即采煤機割煤時電牽引采煤機核心部件搖臂殼體穩定性能達到受力要求，控制好電牽引采煤機的牽引速度，保證工作面采煤機高效穩定割煤。

圖4 采煤機搖臂殼體最大受力點S應力曲線

4 結語

通過對電牽引采煤機核心部件可靠性分析，建立了采煤機核心部件的仿真模型，模擬模型對于實際工作面中滾筒負載施加壓力條件下的仿真，根據電牽引采煤機搖臂殼體最大受力點S的應力曲線與電牽引采煤機搖臂殼體的受力分布云圖情況分析可知，當井下工作面采煤機進行作業時，采煤機搖臂殼體在初始切割時受力較大，初始切割時要注意控制采煤機牽引速度，確保采煤機不因牽引速度過快而失穩，隨著采煤機的切割穩定以后，搖臂殼體的強度能滿足要求，為采煤機相關結構的設計和優化提供了參考，具有較強的現實意義。