探究薄煤層采煤機(jī)振動(dòng)特性

劉翔宇

（開灤集團(tuán)錢家營(yíng)礦業(yè)分公司，河北唐山　063301）

探究薄煤層采煤機(jī)振動(dòng)特性

劉翔宇

（開灤集團(tuán)錢家營(yíng)礦業(yè)分公司，河北唐山063301）

受地質(zhì)條件的影響，煤層的厚度變化也會(huì)隨之改變，同時(shí)，采煤環(huán)境也較為惡劣，采煤機(jī)在作業(yè)的過程中會(huì)受到很大的影響和沖擊，從而產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，給安全施工帶來一定的隱患，采煤機(jī)在采煤工作中受到的沖擊力較大，過大的振動(dòng)壓力如果超過了機(jī)器自身所能承受的壓力，會(huì)對(duì)采煤機(jī)相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，甚至造成機(jī)器使用故障。本文主要對(duì)采煤機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并結(jié)合其振動(dòng)特性，對(duì)其進(jìn)行防震分析。

采煤機(jī)振動(dòng)特性薄煤層

受地質(zhì)條件的影響，煤層的厚度變化也會(huì)隨之改變，對(duì)采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬動(dòng)態(tài)分析，并對(duì)其振動(dòng)影響因素進(jìn)行分析，從而對(duì)工作中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，為采煤機(jī)的可靠性和安全運(yùn)行等提供了良好的研究基礎(chǔ)。

1　采煤機(jī)多體系結(jié)構(gòu)研究

1.1子結(jié)構(gòu)模態(tài)綜合系統(tǒng)

在采煤機(jī)多體系統(tǒng)中，其柔性殼體在系統(tǒng)中會(huì)受到來自多方的約束作用，并且其結(jié)構(gòu)動(dòng)力對(duì)應(yīng)變力的影響無法確定，最終這種模態(tài)振動(dòng)也不能提前得知。結(jié)合模態(tài)綜合結(jié)構(gòu)的方法，可以按照柔性殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分析，得到相關(guān)子系統(tǒng)的模態(tài)，最終再對(duì)這些進(jìn)行綜合分析，從而得到整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的動(dòng)力計(jì)算方法。

1.2采煤機(jī)多體系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

采煤機(jī)其結(jié)構(gòu)主要是由截割部、行走部及牽引和附屬裝置等組成，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在具體的工作中，主要是在前滾筒的作用下，對(duì)上部煤層實(shí)行截割，該過程主要是力學(xué)相關(guān)的理論，通過將沖擊力進(jìn)行牽引，容易損壞結(jié)構(gòu)和相關(guān)部件，最終影響到采煤機(jī)正常作業(yè)，從而影響到采煤業(yè)的生產(chǎn)效率。通過建立采煤機(jī)格結(jié)構(gòu)部分的實(shí)體模式，對(duì)其進(jìn)行虛擬裝置，并對(duì)模型實(shí)行相關(guān)的約束，對(duì)采煤機(jī)工作過程中各部分的動(dòng)作進(jìn)行模擬，這樣對(duì)其整個(gè)工作動(dòng)態(tài)有了很好的把握，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用振動(dòng)疲勞分析的方法，建立柔性部件，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)系統(tǒng)模型的完整建立。

2　模擬工況下采煤機(jī)載荷和仿真分析

2.1采煤機(jī)載荷計(jì)算

煤層的厚度和地質(zhì)結(jié)構(gòu)是不斷變化的，煤巖其物理特性也存在很大的不確定性，特別是，煤層中含有巖石層或者是其他包裹體時(shí)，更加大了采煤工作的難度和復(fù)雜程度，這對(duì)采煤機(jī)的截齒也會(huì)有很大的影響，并且在多種沖擊力的影響下，采煤機(jī)的載荷和受力分析也更為復(fù)雜。采煤機(jī)單齒受力情況的模型分析，主要是將截齒的連續(xù)截割進(jìn)行離散化分析，并借助計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，對(duì)不同位置和角度的齒輪進(jìn)行載荷分析，同時(shí)對(duì)不同時(shí)間和狀態(tài)下單齒的載荷狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終計(jì)算出滾筒內(nèi)部的載荷。當(dāng)然，實(shí)際工作時(shí)，前滾筒和后滾筒之間的受力情況不同，對(duì)其載荷的分析也要區(qū)別對(duì)待。

2.2仿真分析

在對(duì)采煤機(jī)模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，可以了解到在模擬試驗(yàn)過程中其振動(dòng)特性和相關(guān)的頻率，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)一步分析和探討其運(yùn)作的過程，了解采煤機(jī)運(yùn)作時(shí)各組成部分的工作狀態(tài)。在采煤機(jī)截割的過程中，載荷的作用力也會(huì)有變化，如果其振動(dòng)過于劇烈，將會(huì)引起牽引殼體產(chǎn)生較大的動(dòng)應(yīng)力，影響到殼體的使用壽命。因此，柔性牽引也是殼體中最大的受力部位，其受力的變化幅度與整個(gè)振動(dòng)程度等有直接的關(guān)系，在仿真設(shè)計(jì)中要對(duì)其最大承受力進(jìn)行計(jì)算，并了解不同截割狀態(tài)下其承受力的變化，并對(duì)不同承載力作用進(jìn)行模擬。

3　煤層采煤機(jī)結(jié)構(gòu)特征與振動(dòng)的相關(guān)性分析

根據(jù)上述相關(guān)模型的建構(gòu)和對(duì)采煤機(jī)結(jié)構(gòu)組成的分析，可以將采煤機(jī)主體系統(tǒng)振動(dòng)疲勞分析等方法運(yùn)用到相關(guān)的研究中，對(duì)采煤機(jī)的振動(dòng)特性進(jìn)行合理分析，這也能對(duì)測(cè)試的危險(xiǎn)因素進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)所設(shè)計(jì)的模型之間的相關(guān)性，對(duì)其振動(dòng)特性進(jìn)行總結(jié)分析。可得到以下結(jié)論。

首先，結(jié)合不同的施工條件，對(duì)不同截齒在不同時(shí)間，所承載的瞬時(shí)力度進(jìn)行轉(zhuǎn)化和合成，從而得到在此種工作條件下滾筒的載荷。此外，前后滾筒因其性質(zhì)和工作狀態(tài)的差異，其受力也存在很大的差異，并受到煤層巖石的性質(zhì)、截齒數(shù)、截齒的厚度等相關(guān)因素的影響，通常來講，前滾筒的瞬時(shí)承載力較后滾筒要高，但是后滾筒負(fù)載的動(dòng)態(tài)波動(dòng)幅度要高于前者。

其次，從不同測(cè)試點(diǎn)的加速度與采煤機(jī)工作振動(dòng)的關(guān)系來看，其加速度對(duì)振動(dòng)的幅度也會(huì)有一定的影響。前后滾筒在做垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)力度較大，前滾筒振動(dòng)與后滾筒相比略高，同時(shí)對(duì)牽引部的電控箱等也會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)作用，并且該部位的振動(dòng)力比較大。這在工作的過程中不僅會(huì)影響到牽引部的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會(huì)出現(xiàn)電路故障等問題，影響到其他元件，并對(duì)牽引部的下耳帶來很大的破壞。因此，必須要控制好電箱的密封性能，及時(shí)檢查機(jī)器的線路，保證使用的安全性。同時(shí)，牽引部在整個(gè)模擬系統(tǒng)中有著重要的作用，一旦其出現(xiàn)故障，將會(huì)直接影響到整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，必須對(duì)加速度和采煤機(jī)的振動(dòng)等進(jìn)行模擬試驗(yàn)，找到最佳數(shù)值。最后，由上述可知，牽引部是整個(gè)工作運(yùn)行狀態(tài)的薄弱環(huán)節(jié)，在某種程度上來說，其上下耳是主要的力度承受區(qū)域，因此，必須對(duì)其材質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格審核，保證其質(zhì)量和安全，減少其發(fā)生疲勞和破壞的可能性。并注意其殼體的柔性，一般采煤機(jī)的牽引部殼體主要進(jìn)行的是整體鑄造，其垂向振動(dòng)和沖擊力本身就較大，在截割部的約束力作用下，對(duì)其壓力承受也會(huì)產(chǎn)生更大的影響，這種情況下可以根據(jù)其具體的工作原理對(duì)各結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，并對(duì)煤層所處區(qū)域的地理環(huán)境進(jìn)行分析，減少人為因素或者技術(shù)操作不當(dāng)對(duì)機(jī)器造成的損害，為采煤機(jī)的正常工作創(chuàng)造良好的環(huán)境，從而減少振動(dòng)的產(chǎn)生。最終減少其振動(dòng)對(duì)采煤機(jī)各部位正常工作的影響，提高采煤生產(chǎn)效率。

4　結(jié)語

綜上所述，采煤工作會(huì)受到煤層地質(zhì)條件、采煤技術(shù)及機(jī)器設(shè)備的選擇等影響，對(duì)采煤機(jī)的振動(dòng)特性的分析，通常采用模擬實(shí)驗(yàn)和仿真等處理技術(shù)，對(duì)其振動(dòng)相關(guān)影響因素進(jìn)行分析，最終對(duì)各結(jié)構(gòu)的載荷和受力情況進(jìn)行轉(zhuǎn)化和整合，從而提高整體采煤效率。

［1］趙麗娟，田震.薄煤層采煤機(jī)振動(dòng)特性研究［J］.振動(dòng)與沖擊，2015（21）：195-199.

［2］趙麗娟，宋朋，謝波.新型薄煤層采煤機(jī)截割部振動(dòng)特性研究［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014（9）：265-272.

［3］趙麗娟，田震.薄煤層采煤機(jī)截割部動(dòng)態(tài)特性仿真研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2014（7）：1329-1334.

劉翔宇（1987—），男，河北唐山人，本科，重慶大學(xué)，助理機(jī)械工程師，現(xiàn)研究方向：煤礦綜采設(shè)備的使用與維護(hù)。