实际工况下的掘进机截割头载荷谱研究

引言

随着科学技术的进步、电子计算机的普及，同时模拟理论也进行了完善，当前已经使用计算机模拟的方法对截割头载荷进行计算。由于很多企业没有在这方面进行研究，因此在实际计算中还存在很多问题有待解决，下面就根据具体案例，分析确定截割头载荷的方法与载荷的模拟问题，以达到良好的效果。

民办高校办学属于自筹经费，政府对民办高校的资金支持和照顾力度不够，并且民办高校竞争激烈、生源和师资力量不稳定，对“互联网+教育”的有效推广和实践存在很大的挑战。

1 截割头载荷获取的方法

截割头是掘进机械上直接切割岩石的旋转部件，在实际工况下工作时，掘进机截割头承担一定的载荷。为了确保相关施工工作的顺利进行，必须深入分析掘进机截割头载荷谱。在此之前进行截割头载荷计算时通常都使用估算法，得到的数值和实际情况相差很远，同时也不能说明实际问题，极大地限制了人们对截割头进行深入研究。对于悬臂式断面掘进机而言，其悬臂会摆动，而截割头也会围绕自身轴进行回转，通过安装在截割头上的截割齿对煤岩进行截割。针对这一情况就可以了解到，掘进机在截割过程中，其截齿受力合成就是截割头的载荷[1]。

2 模拟程序设计分析

研究中如果将其连续旋转的一周分成很多个离散点，对其进行逐一计算，就可以准确得到截割头连续变化的曲线，也被称之为载荷谱。当离散点越多，得到的结果就越精确，但是计算量也相应地增大。如果取的离散点数太少，相应的计算量减少，计算速度变快，但是得到的结果不精确，最终模拟结果和实际情况存在较大差距。当电动机运行时，功率因素是不断变化的，变化大小和负载有直接关系，当其处于空载状态运行时，其功率因素比较低。如果电动机带上负载运行时，必须将机械功率输出，此时定子绕组的有功电流分量增加，功率因素也会增加[2]。

3 掘进机截割头载荷分析

通过表1可以得知，在截割开启和停止时其受到的最大转矩是45.58 kN·m，最小值是6.344 kN·m，得到的平均值是16.02 kN·m，和最大值、最小值的均值相比，出现较大的偏离，由此可见断定存在静载荷分量。通过分析图1，发现有数段值在10 kN·m以下的平滑时间段，就可以印证上述的结论。对截割头的受力情况进行分析，不仅需要截割煤壁做功，还需要其克服自身的重力旋转做功，这样就可以得到一个近似的公式：截割头载荷=静载荷+动载荷=克服自重+截割煤壁。

 

表1 截割头转矩时域参数 kN·m

  

最大值 最小值 平均值 标准差 均方根45.58 6.344 16.02 9.709 18.73

  

图1 载荷循环的雨流直方图

使用数据雨流计算方法进行处理，利用Range-Mean图同时绘制图例，可以参考图1进行分析。

专业的森林保护人员是保护森林资源的主要力量，面对目前森林保护人员较少和专业知识较为缺乏的局面，我们应该加大对森林保护人员的专业知识培训，尤其是关于森林防火和病虫害防治等难题的解决方法，让他们掌握专业的森林保护知识，科学的去工作，提高森林保护的工作效率，提高我国的植被覆盖率，为我国的林业可持续发展贡献出力量。

通过上述对数据的整理分析，发现当不同截齿排列方式不同、截割头尺寸不同、锥角不同，得到的截割头载荷曲线也存在很大的差别。通过对表1中的数据分析，发现各个合力出现的波动都比较大，对掘进机工作的稳定性产生较大的影响。通过观察图1可知，X轴表示载荷循环的幅值，Y轴表示雨流循环的均值，Z轴表示循环频次，结合这些数据就可以绘制出相应的图例，通过分析发现这两个值不是同一种循环，其关系为交叉，要克服截割头自重做转矩，将静载荷分量值估计为7.86 kN，上下波动为0.5 kN，分析其煤壁受到的动载荷时，可以把原始数据中的这个部分去除掉，将较大的误差去除掉即可。一方面，当截割头正常运行时，其产生合力的作用点也开始不断变化，通过这一点进行推论就可以得知，截割头工作中会受到偏心载荷的变化，偏心载荷的大小、作用点都在不断变化，因此运行过程中设备会出现明显的振动问题。结合这一事实情况，在以后工作中，有必要对掘进机安装辅助支撑装置。另一方面，通过对数据的分析，发现当提高横向切割速度时，截割头自身的荷载也会出现较大的变化，通过深入研究发现，当增加横向切割速度之后，其实际切削厚度开始增加，同时截齿内的截割阻力不断增加，当这两点向这些方向发展，必然会导致截割头载荷的增加。通过对数据的研究分析，发现平均截割功率和截割比能耗以及横切速度有直接关系，当横切速度不断增大时，实际需要的截割功率也开始增加，此时截割比能耗是根据双曲线规律进行变化的，这和所参考的文献[3]得到的结果是一致的。根据荷载模拟得到的结果进行计算，求解出截割头最大的截割功率是32 kW。根据这一数据，对工作机构的传动效率进行分析。原有机械所使用的截割机功率是37 kW，使用过程中出现了明显的过载问题，针对这一情况，为了保证工作效率以及延长设备的使用寿命，技术人员在使用中要选用功率较大的电机，因此需增大这一设备的电机功率。综合分析之后发现截割头载荷变化和截齿排列方式、截割头形体尺寸、煤岩性质等有关，而且和工作参数有关。基于这一事实，以后在掘进机设计过程中，要对上述影响因素进行综合分析，确保设计得到的截割头可以满足实际使用要求并且可以发挥良好的截割作用[3]。4 结语

通过以上对实际工况下的掘进机截割头载荷谱的分析，发现其对工程施工有很大影响，因此必须确保掘进机截割头使用的科学性。研究中通过计算机对截割头荷载进行模拟，达到了理想的效果。对不同截割头进行不同条件的测试，在测试中发现其具有经济性好的特点，可以对现场使用条件进行模拟，操作灵活方便，工作效率高。通过对截割头载荷进行模拟，获得了回转机构、伸缩机构、掘进机构等机构的有效数据依据，相关人员可以参考这些数据进行设计，并对设计进行很好的优化和创新。在以后的发展中，要对掘进机截割头载荷谱做更深入的研究，提高整体的技术水平，为以后长远的发展奠定基础。

参考文献

[1]张兰胜，赵元宇，田劼，等.实际工况下的掘进机截割头载荷谱研究[J].煤炭工程，2016，48（1）：133-135.

[2]张兰胜,赵元宇,吴淼.基于井下实验数据的EBZ-160型掘进机截割头载荷研究[J].煤炭技术，2016，35（10）：245-248.

[3]李建成，王义亮，杨兆建.悬臂掘进机钻进工况下的载荷谱分析[J].煤炭技术，2015，34（8）：12-13.