探究薄煤层采煤机振动特性

刘翔宇

【摘 要】受地质条件的影响，煤层的厚度变化也会随之改变，同时，采煤环境也较为恶劣，采煤机在作业的过程中会受到很大的影响和冲击，从而产生剧烈振动，给安全施工带来一定的隐患，采煤机在采煤工作中受到的冲击力较大，过大的振动压力如果超过了机器自身所能承受的压力，会对采煤机相关系统产生影响，甚至造成机器使用故障。本文主要对采煤机结构进行分析，并结合其振动特性，对其进行防震分析。

【关键词】采煤机 振动特性 薄煤层

受地质条件的影响，煤层的厚度变化也会随之改变，对采煤机的结构进行模拟动态分析，并对其振动影响因素进行分析，从而对工作中的薄弱环节进行改进，为采煤机的可靠性和安全运行等提供了良好的研究基础。

1 采煤机多体系结构研究

1.1 子结构模态综合系统

在采煤机多体系统中，其柔性壳体在系统中会受到来自多方的约束作用，并且其结构动力对应变力的影响无法确定，最终这种模态振动也不能提前得知。结合模态综合结构的方法，可以按照柔性壳体的结构特点对其进行分析，得到相关子系统的模态，最终再对这些进行综合分析，从而得到整个体系结构的动力计算方法。

1.2 采煤机多体系统的拓扑结构

采煤机其结构主要是由截割部、行走部及牵引和附属装置等组成，其结构较为复杂，在具体的工作中，主要是在前滚筒的作用下，对上部煤层实行截割，该过程主要是力学相关的理论，通过将冲击力进行牵引，容易损坏结构和相关部件，最终影响到采煤机正常作业，从而影响到采煤业的生产效率。通过建立采煤机格结构部分的实体模式，对其进行虚拟装置，并对模型实行相关的约束，对采煤机工作过程中各部分的动作进行模拟，这样对其整个工作动态有了很好的把握，在此基础上，运用振动疲劳分析的方法，建立柔性部件，实现采煤机系统模型的完整建立。

2 模拟工况下采煤机载荷和仿真分析

2.1 采煤机载荷计算

煤层的厚度和地质结构是不断变化的，煤岩其物理特性也存在很大的不确定性，特别是，煤层中含有岩石层或者是其他包裹体时，更加大了采煤工作的难度和复杂程度，这对采煤机的截齿也会有很大的影响，并且在多种冲击力的影响下，采煤机的载荷和受力分析也更为复杂。采煤机单齿受力情况的模型分析，主要是将截齿的连续截割进行离散化分析，并借助计算机处理技术，对不同位置和角度的齿轮进行载荷分析，同时对不同时间和状态下单齿的载荷状态进行转化，最终计算出滚筒内部的载荷。当然，实际工作时，前滚筒和后滚筒之间的受力情况不同，对其载荷的分析也要区别对待。

2.2 仿真分析

在对采煤机模态分析的基础上，可以了解到在模拟试验过程中其振动特性和相关的频率，在此基础上对其进行仿真设计，主要是进一步分析和探讨其运作的过程，了解采煤机运作时各组成部分的工作状态。在采煤机截割的过程中，载荷的作用力也会有变化，如果其振动过于剧烈，将会引起牵引壳体产生较大的动应力，影响到壳体的使用寿命。因此，柔性牵引也是壳体中最大的受力部位，其受力的变化幅度与整个振动程度等有直接的关系，在仿真设计中要对其最大承受力进行计算，并了解不同截割状态下其承受力的变化，并对不同承载力作用进行模拟。

3 煤层采煤机结构特征与振动的相关性分析

根据上述相关模型的建构和对采煤机结构组成的分析，可以将采煤机主体系统振动疲劳分析等方法运用到相关的研究中，对采煤机的振动特性进行合理分析，这也能对测试的危险因素进行检测，并根据所设计的模型之间的相关性，对其振动特性进行总结分析。可得到以下结论。

首先，结合不同的施工条件，对不同截齿在不同时间，所承载的瞬时力度进行转化和合成，从而得到在此种工作条件下滚筒的载荷。此外，前后滚筒因其性质和工作状态的差异，其受力也存在很大的差异，并受到煤层岩石的性质、截齿数、截齿的厚度等相关因素的影响，通常来讲，前滚筒的瞬时承载力较后滚筒要高，但是后滚筒负载的动态波动幅度要高于前者。

其次，从不同测试点的加速度与采煤机工作振动的关系来看，其加速度对振动的幅度也会有一定的影响。前后滚筒在做垂直运动时，其振动力度较大，前滚筒振动与后滚筒相比略高，同时对牵引部的电控箱等也会产生很大的振动作用，并且该部位的振动力比较大。这在工作的过程中不仅会影响到牵引部的正常运转，还会出现电路故障等问题，影响到其他元件，并对牵引部的下耳带来很大的破坏。因此，必须要控制好电箱的密封性能，及时检查机器的线路，保证使用的安全性。同时，牵引部在整个模拟系统中有着重要的作用，一旦其出现故障，将会直接影响到整个运转系统，必须对加速度和采煤机的振动等进行模拟试验，找到最佳数值。最后，由上述可知，牵引部是整个工作运行状态的薄弱环节，在某种程度上来说，其上下耳是主要的力度承受区域，因此，必须对其材质进行严格审核，保证其质量和安全，减少其发生疲劳和破坏的可能性。并注意其壳体的柔性，一般采煤机的牵引部壳体主要进行的是整体铸造，其垂向振动和冲击力本身就较大，在截割部的约束力作用下，对其压力承受也会产生更大的影响，这种情况下可以根据其具体的工作原理对各结构进行模拟分析，并对煤层所处区域的地理环境进行分析，减少人为因素或者技术操作不当对机器造成的损害，为采煤机的正常工作创造良好的环境，从而减少振动的产生。最终减少其振动对采煤机各部位正常工作的影响，提高采煤生产效率。

4 结语

综上所述，采煤工作会受到煤层地质条件、采煤技术及机器设备的选择等影响，对采煤机的振动特性的分析，通常采用模拟实验和仿真等处理技术，对其振动相关影响因素进行分析，最终对各结构的载荷和受力情况进行转化和整合，从而提高整体采煤效率。

参考文献：

[1] 赵丽娟，田震.薄煤层采煤机振动特性研究[J].振动与冲击，2015（21）：195-199.

[2] 赵丽娟，宋朋，谢波.新型薄煤层采煤机截割部振动特性研究[J].广西大学学报（自然科学版），2014（9）：265-272.

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