探究薄煤層采煤機振動特性

劉翔宇

【摘 要】受地質條件的影響，煤層的厚度變化也會隨之改變，同時，采煤環境也較為惡劣，采煤機在作業的過程中會受到很大的影響和沖擊，從而產生劇烈振動，給安全施工帶來一定的隱患，采煤機在采煤工作中受到的沖擊力較大，過大的振動壓力如果超過了機器自身所能承受的壓力，會對采煤機相關系統產生影響，甚至造成機器使用故障。本文主要對采煤機結構進行分析，并結合其振動特性，對其進行防震分析。

【關鍵詞】采煤機 振動特性 薄煤層

受地質條件的影響，煤層的厚度變化也會隨之改變，對采煤機的結構進行模擬動態分析，并對其振動影響因素進行分析，從而對工作中的薄弱環節進行改進，為采煤機的可靠性和安全運行等提供了良好的研究基礎。

1 采煤機多體系結構研究

1.1 子結構模態綜合系統

在采煤機多體系統中，其柔性殼體在系統中會受到來自多方的約束作用，并且其結構動力對應變力的影響無法確定，最終這種模態振動也不能提前得知。結合模態綜合結構的方法，可以按照柔性殼體的結構特點對其進行分析，得到相關子系統的模態，最終再對這些進行綜合分析，從而得到整個體系結構的動力計算方法。

1.2 采煤機多體系統的拓撲結構

采煤機其結構主要是由截割部、行走部及牽引和附屬裝置等組成，其結構較為復雜，在具體的工作中，主要是在前滾筒的作用下，對上部煤層實行截割，該過程主要是力學相關的理論，通過將沖擊力進行牽引，容易損壞結構和相關部件，最終影響到采煤機正常作業，從而影響到采煤業的生產效率。通過建立采煤機格結構部分的實體模式，對其進行虛擬裝置，并對模型實行相關的約束，對采煤機工作過程中各部分的動作進行模擬，這樣對其整個工作動態有了很好的把握，在此基礎上，運用振動疲勞分析的方法，建立柔性部件，實現采煤機系統模型的完整建立。

2 模擬工況下采煤機載荷和仿真分析

2.1 采煤機載荷計算

煤層的厚度和地質結構是不斷變化的，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，更加大了采煤工作的難度和復雜程度，這對采煤機的截齒也會有很大的影響，并且在多種沖擊力的影響下，采煤機的載荷和受力分析也更為復雜。采煤機單齒受力情況的模型分析，主要是將截齒的連續截割進行離散化分析，并借助計算機處理技術，對不同位置和角度的齒輪進行載荷分析，同時對不同時間和狀態下單齒的載荷狀態進行轉化，最終計算出滾筒內部的載荷。當然，實際工作時，前滾筒和后滾筒之間的受力情況不同，對其載荷的分析也要區別對待。

2.2 仿真分析

在對采煤機模態分析的基礎上，可以了解到在模擬試驗過程中其振動特性和相關的頻率，在此基礎上對其進行仿真設計，主要是進一步分析和探討其運作的過程，了解采煤機運作時各組成部分的工作狀態。在采煤機截割的過程中，載荷的作用力也會有變化，如果其振動過于劇烈，將會引起牽引殼體產生較大的動應力，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振動程度等有直接的關系，在仿真設計中要對其最大承受力進行計算，并了解不同截割狀態下其承受力的變化，并對不同承載力作用進行模擬。

3 煤層采煤機結構特征與振動的相關性分析

根據上述相關模型的建構和對采煤機結構組成的分析，可以將采煤機主體系統振動疲勞分析等方法運用到相關的研究中，對采煤機的振動特性進行合理分析，這也能對測試的危險因素進行檢測，并根據所設計的模型之間的相關性，對其振動特性進行總結分析。可得到以下結論。

首先，結合不同的施工條件，對不同截齒在不同時間，所承載的瞬時力度進行轉化和合成，從而得到在此種工作條件下滾筒的載荷。此外，前后滾筒因其性質和工作狀態的差異，其受力也存在很大的差異，并受到煤層巖石的性質、截齒數、截齒的厚度等相關因素的影響，通常來講，前滾筒的瞬時承載力較后滾筒要高，但是后滾筒負載的動態波動幅度要高于前者。

其次，從不同測試點的加速度與采煤機工作振動的關系來看，其加速度對振動的幅度也會有一定的影響。前后滾筒在做垂直運動時，其振動力度較大，前滾筒振動與后滾筒相比略高，同時對牽引部的電控箱等也會產生很大的振動作用，并且該部位的振動力比較大。這在工作的過程中不僅會影響到牽引部的正常運轉，還會出現電路故障等問題，影響到其他元件，并對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，及時檢查機器的線路，保證使用的安全性。同時，牽引部在整個模擬系統中有著重要的作用，一旦其出現故障，將會直接影響到整個運轉系統，必須對加速度和采煤機的振動等進行模擬試驗，找到最佳數值。最后，由上述可知，牽引部是整個工作運行狀態的薄弱環節，在某種程度上來說，其上下耳是主要的力度承受區域，因此，必須對其材質進行嚴格審核，保證其質量和安全，減少其發生疲勞和破壞的可能性。并注意其殼體的柔性，一般采煤機的牽引部殼體主要進行的是整體鑄造，其垂向振動和沖擊力本身就較大，在截割部的約束力作用下，對其壓力承受也會產生更大的影響，這種情況下可以根據其具體的工作原理對各結構進行模擬分析，并對煤層所處區域的地理環境進行分析，減少人為因素或者技術操作不當對機器造成的損害，為采煤機的正常工作創造良好的環境，從而減少振動的產生。最終減少其振動對采煤機各部位正常工作的影響，提高采煤生產效率。

4 結語

綜上所述，采煤工作會受到煤層地質條件、采煤技術及機器設備的選擇等影響，對采煤機的振動特性的分析，通常采用模擬實驗和仿真等處理技術，對其振動相關影響因素進行分析，最終對各結構的載荷和受力情況進行轉化和整合，從而提高整體采煤效率。

參考文獻：

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

[2] 趙麗娟，宋朋，謝波.新型薄煤層采煤機截割部振動特性研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2014（9）：265-272.

[3] 趙麗娟，田震.薄煤層采煤機截割部動態特性仿真研究[J].機械科學與技術，2014（7）：1329-1334.