基于数值分析的掘进机刀盘载荷特性研究

徐 盛

（晋能控股煤业集团大斗沟煤业公司机安队，山西 大同 037000）

引言

国民经济的快速发展对能源的需求也越来越大。煤矿掘进的快速高效是影响整个煤矿开采效率的关键，悬臂式掘进机作为井下巷道综掘施工的主要设备，其载荷分布及动力分配是否合理，直接关系到设备的稳定可靠运行，同时也直接关系到井下安全生产及煤矿的高效运行。掘进机截割刀盘直接参与掘进过程中的煤岩截割，其载荷特性能直接反映出掘进机的截割性能和工作状态，因此，对掘进机截割刀盘的载荷特性分析具有重要的意义。

1 刀盘静态载荷分析

截割刀盘的截齿直接进行煤岩截割，其工作载荷通过截齿传递至截割刀盘，因此，要对截割刀盘的载荷特性分析，首先从截齿载荷分析入手。

刀盘钻进工况时，各截齿受力均匀，截割刀盘受力较为简单。在横向截割时，单侧截齿受到挤压力及摩擦力的作用，根据力线平移原理[1]，将各截齿所受合力等效至刀盘回转中心，即可得到横向掘进过程中，截割刀盘的瞬时载荷。刀盘截割受力关系如图1所示。

图1 截割刀盘受力关系图

刀盘受到的载荷为：

式中：φi为第i 个截齿的位置角；ri为第i 个截齿的截割半径；n 为参与截割的截齿个数。

由于截齿的位置角φi在截割刀盘运动过程中是个变量，在计算时，各截齿位置角均以刀盘上某一截齿所处的位置为参考进行定义[2]。截割刀盘载荷计算流程如图2 所示。

图2 刀盘载荷计算流程图