一種采煤機鏈式截割部截割齒幾何尺寸的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種采煤機鏈式截割部截割齒幾何尺寸的設(shè)計方法，屬于煤礦設(shè)備領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鏈式采煤機主要由牽引部、行走部、截割部組成，其中截割部包括機身支架、截割 鏈動力部、截割鏈=部分。采煤機截割部作為采煤機的關(guān)鍵部件和工作機構(gòu)，采煤機截割 部擔(dān)負著截煤和裝煤的任務(wù)，其性能好壞決定著采煤機的工作性能和生產(chǎn)效率，截割部的 功率消耗占采煤機裝機功率的80% -90%，并且采煤機的生產(chǎn)能力、能耗、工作時的負載狀 況、截割齒的受力情況、塊煤率、粉塵量、工作平穩(wěn)性、可靠性等各項性能指標都與截割部有 著密切的關(guān)系，因此，截割部截割性能的優(yōu)劣直接影響著整臺采煤機的生產(chǎn)效率和可靠性。
[0003] 現(xiàn)有的鏈式采煤機截割部是由鏈板、銷軸和截割齒組成，鏈板上固定有截割齒，若 干鏈板通過銷軸串聯(lián)形成截割鏈，截割鏈在驅(qū)動齒輪的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對煤壁的截割，截 割時截割鏈上的所有截割齒形成一個截割面，完成割煤、破煤的工作，工作效率較低；所述 截割鏈上的截割齒破煤時與煤體垂直接觸，由于截割過程中靠近煤壁側(cè)的截割齒圍巖壓力 較大，因此截割阻力較大；且因截割部上的截割齒受力不均，導(dǎo)致截割過程中截割齒的截 割能耗不均，加快了截割齒的損耗，截割齒是采煤機常用的截割工具，它直接截割煤層或破 巖，工作條件惡劣，為易損零部件，并且采煤機大部分功率消耗在截割齒截割上。截割齒的 截割性能優(yōu)劣，直接影響著采煤機工作結(jié)構(gòu)的運行質(zhì)量，是減低截割比能耗、減低生產(chǎn)成 本、提高截割效率、增加使用壽命、提高可靠性和經(jīng)濟效益的根本途徑。
[0004] 現(xiàn)有的鏈式采煤機中的截割部上截割齒的結(jié)構(gòu)相同，截割齒的長度近于相等，而 由于截割深度較大的截割齒受到的截割阻力大于截割深度較小的截割齒，截割齒在使用過 程中的磨損不均勻，截割深度較大處的截割齒往往磨損程度較大，使用壽命也較短，該樣就 造成了鏈式采煤機截割部上的一部分截割齒的磨損較快，導(dǎo)致截割部整體的使用壽命短， 而頻繁地更換截割齒會影響了煤炭企業(yè)的正常生產(chǎn)作業(yè)，降低了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種鏈式截割部采煤機截割齒幾何尺 寸的設(shè)計方法，該方法能指導(dǎo)鏈式截割部采煤機在截割齒設(shè)計的過程中根據(jù)截割深度的不 同設(shè)計出幾何尺寸不同的截割齒，能使截割齒截割過程中單位大小受力面所受截割力大小 趨于相等，可使設(shè)計出的截割齒磨損更加均勻，可增強截割齒的適應(yīng)性，能提高截割齒的截 割效率、并能延長其使用壽命、可提高截割齒的可靠性并能獲得顯著的經(jīng)濟效益。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種采煤機鏈式截割部截割齒幾何尺寸的設(shè)計方 法，包括W下步驟：
[0007] 步驟一；確定截深與截割扭矩的關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)有滾筒采煤機的截割過程截深與截 割扭矩關(guān)系示意圖得出截深與截割扭矩關(guān)系公式y(tǒng)=aeX+b，其中y表示截割扭矩，X表示 截深，a、b為可變參數(shù)；
[000引步驟二：確定截割齒受力與截深的關(guān)系，根據(jù)截割阻力隨截深的變化規(guī)律與截割 扭矩隨截深的變化規(guī)律有著相同的指數(shù)變化規(guī)律，且截割阻力與截割扭矩成一固定倍數(shù)關(guān) 系，在步驟一中的公式的基礎(chǔ)上可得出截割過程中所有截割齒總受力隨截深變化的關(guān)系公 式y(tǒng)=C(aeX+b)，C為可變參數(shù)；
[0009] 步驟對截割齒破煤過程中截割力進行分析；
[0010] 步驟四；確定截割齒與煤壁接觸關(guān)系，由步驟S中力學(xué)模型的截煤過程可知截割 阻力主要由截割齒齒身的半圓柱面與煤壁的接觸產(chǎn)生，截割齒安裝部分并不與煤壁直接接 觸，所W截割過程中截割齒與煤壁接觸長度為齒身長度Lj;
[0011] 步驟五：計算單個截割齒截割過程中與煤壁的接觸面積，將截割齒齒身段簡化為 一規(guī)則型圓錐，此圓錐的長度為截割齒齒身長Lj，圓錐底面直徑為齒身最大處的直徑D，此 圓錐半錐面面積約巧
[0012] 步驟六：確定截割齒接觸面面積和與截深的關(guān)系，根據(jù)總作用力的大小等于總接 觸面積與平均作用力的乘積，為保證所有截割齒與煤壁接觸面單位面積作用力保持不變， 隨著截深的增加，截割齒與煤壁接觸面面積總和也應(yīng)成一指數(shù)函數(shù)關(guān)系增加，且函數(shù)的變 化規(guī)律應(yīng)與截割齒總受力與截深變化規(guī)律相同，且接觸面面積總和與截割阻力成一固定倍 數(shù)關(guān)系，在步驟二中的公式基礎(chǔ)上乘一參數(shù)即可得到接觸面面積總和與截深的關(guān)系公式y(tǒng) =cd(aex+b)，d為可變參數(shù)；
[0013] 步驟走：計算出截割齒齒身直徑，設(shè)截割齒在履帶板上從外端到內(nèi)端布置時截割 齒齒身最大直徑依次為D1、D2、D3、D4、D5……，相應(yīng)的齒身長度依次為Ljl、Lj2、Lj3、Lj4、 Lj5……，則各截割齒與煤壁接觸面面積分別為
[0014]

由截割過程中截齒與煤壁接觸 面面積總和隨截深變化關(guān)系為y=cd(aex+b)，對于最外截齒來說，即齒身最大直徑為D1的 截割齒，此時截割深度X等于零，因此有：
[0015]Si=cd(a+b)
[0016] Si+S2=cd(a?e&L+b)
[0017] 81+82+83=cd(a?e
[001 引 Si+S2+S3+S4=cd(a.e 3AL+b)
[0019] 81+82+83+84+85=cd(a ?e
[0020] ......
[0021] 其中AL為截線距大小，截線距是指兩條截割線間的距離，鏈式截割部中即為履 帶板上相鄰兩截齒之間的距離，根據(jù)上述公式可依次計算得出截齒齒身最大直徑依次為 D1、D2、D3、D4、D5……的值，即履帶板上所處不同截深位置處的截齒所對應(yīng)的幾何尺寸。
[0022]步驟S中的分析過程如下；當截割齒W截割速度Vt截割煤體時，在接觸處產(chǎn)生很 高的壓應(yīng)力，并集中在很小的范圍內(nèi)，由于煤是脆性物質(zhì)；當接觸應(yīng)力達到極限值時，煤炭 開始被局部壓碎，形成很細的粉末，并形成煤炭密實核，在截割齒截入的過程中，煤粉密實 核部分將W很高的速度沿齒身錐面排出，從而壓碎范圍不斷擴大，密實核也不斷擴大，核內(nèi) 的煤粉應(yīng)受到擠壓而積聚能量，并向密實核四周的煤體施壓，截割齒的截割助力的也不斷 擴大；當密實核擴大到煤與截割齒前面接觸點D時，該處煤即發(fā)生小塊脫落，密實核中的區(qū) 域II的煤粉因受到強烈的壓縮而高速噴出，使積聚的能量突然釋放，截割阻力也突然減小， 煤粉在高速噴出時，與截割齒齒身錐面發(fā)生強烈摩擦，致使在截割齒齒尖部分形成聚集物 區(qū)域I，它粘附在截割齒齒尖并與截割齒一起運動，同時對煤體產(chǎn)生模入作用，截割齒繼續(xù) 前進，密實核體積又擴大，截割阻力也繼續(xù)擴大，直到再此發(fā)生小塊剝落及煤粉噴出時，截 割阻力下降，最后截割齒運動到B點時，密實核內(nèi)產(chǎn)生足夠大的壓力，是煤體內(nèi)產(chǎn)生剪切裂 紋，該裂紋隨截割齒前進并擴大到媒體表面，此時截割阻力達到最大值，進而BCD沿裂紋BC 剝落，密實核隨之消失，截割阻力降低到最??；
[0023]步驟走的設(shè)計過程中的最外截割齒齒身直徑不應(yīng)過小，可通過調(diào)整參數(shù)b、C、d控 制最小截割齒齒身直徑的大小。
[0024]本發(fā)明中的設(shè)計方法可W根據(jù)不同截深位置處煤壁的力學(xué)效應(yīng)的不同、截割能耗 比的不同，截齒受到的截割阻力的不同來進行截割齒的設(shè)計，根據(jù)截割齒的