盛永林

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

煤礦井下的采煤工作面條件十分復(fù)雜，特別是在煤層傾角較大時，采煤機遇到緊急狀況(如斷電、駐停)，在沒有牽引力的作用下，若制動力不足，采煤機受自身重力的影響會沿輸送機的槽幫產(chǎn)生向下的滑動，不但對采煤機以及配套的設(shè)備造成損壞，而且對井下工作人員的安全產(chǎn)生較大的威脅[1-3]，因此，對采煤機防滑制動力大小的研究至關(guān)重要，必須要求采煤機防滑制動器能產(chǎn)生足夠的制動力防止采煤機下滑，以保證采煤機在大傾角煤層工作面安全可靠運行。本文以MG400/920WD型采煤機為例，通過對采煤機的受力分析，推導(dǎo)出制動力的計算公式，并分析制動力與不同煤層傾角和采煤機工作仰角的關(guān)系，其研究結(jié)果對采煤機的防滑設(shè)計具有一定的參考價值。

1 采煤機防滑制動力數(shù)學(xué)模型的建立

以MG400/920WD型采煤機為例，其整機空間位置如圖1所示。

1-前滾筒；2-前搖臂；3-采煤機機身；4-后搖臂；5-后滾筒；6-滑靴；A-前導(dǎo)向滑靴；B-后導(dǎo)向滑靴；C-前支撐滑靴；D-后支撐滑靴。

由圖1可以看出,滑靴分為支撐滑靴和導(dǎo)向滑靴，其支撐滑靴主要是起支撐的作用，而導(dǎo)向滑靴既要承受采煤機的自身質(zhì)量, 還要引導(dǎo)采煤機沿輸送機槽幫運行，側(cè)面會與輸送機產(chǎn)生摩擦。由于2種滑靴的作用不相同，受力也不相同，圖2為受力示意圖。

采煤機的受力示意圖也可簡化為圖3所示。根據(jù)空間力系平衡條件，由∑X=0，得:

FZ+μ(NAY+NAZ+NBY+NBZ+

NCZ+NDZ)=Gcosβsinα

(1)

式中:FZ為采煤機的防滑制動力，kN；μ為采煤機滑靴與輸送機的摩擦因數(shù)，μ=0.2；NAY、NBY為前、后導(dǎo)向滑靴Y方向的側(cè)向力，kN；NAZ、NBZ為前、后導(dǎo)向滑靴Z方向的支撐力，kN；NCZ、NDZ為前、后支撐滑靴Z方向的支撐力，kN；G為采煤機的總重力，kN；α為采煤機工作面煤層的傾角，(°)；β為采煤機的工作仰角，(°)[1]。

圖3 采煤機受力示意圖

由∑Y=0，得:

NAY+NBY=Gsinβ

(2)

由∑Z=0，得:

NAZ+NBZ+NCZ+NDZ=Gcosβcosα

(3)

將式(2)和式(3)代入式(1)，則防滑制動力的數(shù)學(xué)模型為:

FZ=G[cosβsinα-μ(sinβ+cosβcosα)]

(4)

2 防滑制動力與傾角的關(guān)系

結(jié)合MG400/920WD型采煤機的參數(shù)，由MATLAB軟件繪制出采煤機在不同工作仰角β下防滑制動力與煤層傾角α的關(guān)系曲線,如圖4所示。

由圖4可知，當煤層傾角α≤11.3°時，由于此時采煤機滑靴與輸送機間的摩擦力能克服其自身重力引起的下滑力,故采煤機的工作仰角β無論作怎樣的變化，采煤機都不會發(fā)生下滑;但當采煤機的工作仰角β不同時，采煤機發(fā)生下滑時的煤層最小傾角α也不同，若工作仰角β越大，則采煤機發(fā)生下滑時的煤層最小傾角α也就越大。圖4中，當采煤機剛要發(fā)生下滑時，β=0°時，α=11.3°；β=32°時，α=18.2°。當采煤機的工作仰角β一定時，若煤層傾角α大于采煤機發(fā)生下滑時的煤層最小傾角時，隨著煤層傾角α的增大，則采煤機所需要的防滑制動力也不斷地增大[2]。

圖4 不同仰角β下防滑制動力與傾角α的關(guān)系曲線

3 防滑制動力與仰角的關(guān)系

采煤機在不同煤層傾角α下防滑制動力與其工作仰角β的關(guān)系曲線,如圖5所示。

圖5 不同傾角α下防滑制動力與仰角β的關(guān)系曲線

由圖5可知，是當煤層傾角α一定時，采煤機所需要的防滑制動力隨著工作仰角β的增大而不斷地減小，這主要是采煤機工作仰角β的增大，使得采煤機導(dǎo)向滑靴受到的側(cè)向力增大，導(dǎo)致采煤機與輸送機間的摩擦力也增大，從而使采煤機所需要的防滑制動力也相應(yīng)地減小。

4 防滑制動力與傾角和仰角的關(guān)系

采煤機的防滑制動力與煤層傾角α和其工作仰角β的關(guān)系如圖6所示。

圖6 防滑制動力與傾角α和仰角β的關(guān)系

由圖6可以看出，采煤機防滑制動力的大小是受煤層傾角α和其工作仰角β的共同影響，即隨著煤層傾角α的增大而增大，隨著工作仰角β的增大而減小。當α=50°,β=0°時，采煤機所需要的防滑制動力可達到最大值，其最大值為306.8 kN[3]。

5 結(jié)論

本文通過對MG400/920WD型采煤機的受力分析，建立了防滑制動力的數(shù)學(xué)模型，并分析了防滑制動力與煤層傾角α和采煤機工作仰角β的關(guān)系，得到的結(jié)論為：

1) 當煤層傾角α≤11.3°時，采煤機不會發(fā)生下滑，無需安裝防滑制動器裝置；當煤層傾角11.3°≤α≤18.2°時，采煤機是否發(fā)生下滑視采煤機工作仰角β而定；當煤層傾角α>18.2°時，采煤機會發(fā)生下滑，須安裝防滑制動器裝置。

2) 當煤層傾角α>18.2°時，采煤機所需防滑制動力的大小隨著煤層傾角α的增大而增大，而隨著工作仰角β的增大而減小。