王本林

(山西天地煤機裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

裝載機構是懸臂式掘進機的重要組成部分。其中鏟板是裝載機構的主體結構，不但要與后支撐機構共同支撐掘進機，而且可在保障鏟板強度的前提下,保證掘進機低位截割時的最佳裝載性能。因此,該機構是懸臂式掘進機裝載機構設計的一個重要內(nèi)容[1]。

鏟板一般設計為魚腹式結構。懸臂式掘進機在低位左右擺動截割時，為了確保截割機構不碰觸鏟板，其鏟板和截割臂之間保留一定的物料空間[2]。本文以鏟板寬度范圍內(nèi)等裝料空間為原則，解析設計懸臂式掘進機鏟板結構參數(shù)，并對鏟板強度校核內(nèi)容進行了探討。

1 鏟板結構參數(shù)設計

1.1 鏟板參數(shù)定義

1) 定義幾個鏟板參數(shù)和涉及鏟板參數(shù)計算的相關參數(shù)。

2) 定義掘進機低位截割時截割臂水平面投影等效回轉半徑為Rd，截割臂最大俯角為θ，截割臂水平最大擺角為φ，鏟板寬度為Ld，鏟板縱向俯角為α，鏟板側表面與中部槽側面夾角為β。

各參數(shù)如圖1、圖2所示。諸參數(shù)中，Rd、θ、φ為掘進機總體參數(shù),且為已知參數(shù)；Ld、α、β為待求參數(shù)。

(a) 低位截割狀態(tài)

(b) 側向截割狀態(tài)

圖2 鏟板側表面與中部槽側面夾角半剖視圖

1.2 兩個參數(shù)的推定

在鏟板3個主要參數(shù)中，Ld、α是根據(jù)掘進機總體參數(shù)來推定,即一般Ld大于掘進機身寬度,為400～500 mm,α約等于θ。

1.3 鏟板側表面夾角推導

由圖3所示，假設鏟板表面與中部槽側面垂直，即鏟板側表面為ΔAB′C′，其截割臂低位截割狀態(tài)擺動至掘進機機中軸線時，截割臂上一點P在鏟板表面豎直投影于點A，兩點重合；在截割臂擺動φ角度后，截割臂上P點轉動到B點，B點在鏟板表面上水平投影于B′，在Δyoz平面投影于C，C在鏟板斜平面豎直投影于C′,各點具體關系見圖3。

圖3 鏟板側表面角度推導關系

由幾何關系可知，截割臂轉動φ角度后P點與鏟板表面B′點重疊高度BB′,若使截割臂仍然重合于鏟板斜平面，應使鏟板表面ΔAB′C′繞軸AC′轉動一個角度β并使B′點與ΔABC′重合。面ΔABC′和面ΔACC′角度β,是鏟板斜表面與中部槽側面的夾角。

根據(jù)幾何關系的推導，可求得鏟板側表面的夾角為：

2 關于鏟板強度設計問題

鏟板結構參數(shù)確定以后，可結合掘進機通過地隙、刮板機寬度等整機參數(shù)，如截割臂低位截割時留夠一定的裝料空間，則鏟板外形可基本確定。由于鏟板造型比較復雜，需利用三維建模軟件進行三維設計，并通過有限元分析進行強度校核[3]。從箱形梁受力特點和鏟板使用現(xiàn)場特點出發(fā)，鏟板強度計算應注意如下幾點：

1) 對鏟板體進行彎、扭復合強度計算。在實踐中時有發(fā)現(xiàn)鏟板中部槽下蓋板撕裂，可截取某型掘進機分體式鏟板主鏟板危險截面(見圖4)。根據(jù)鏟板支撐力按一定偏載進行彎、扭強度分析，通過計算可知中部槽下蓋板所受彎曲、扭轉復合應力最大，受力惡劣，然后通過增加板材厚度或提高板材強度等級予以加強[4]。

圖4 主鏟板體橫截面

2) 對于分體式鏟板，對主、副鏟板連接件應進行彎曲、剪切強度計算。在前、后雙銷式連接主、副鏟板設計中，由于銷軸強度不足，在使用過程中前連接銷軸變形會導致主、副鏟板連接松動。對此,可在重型鏟板設計中改用雙鑄件卡嵌式連接，能較好地解決問題。

3) 保障生產(chǎn)板整體壽命。在分體式鏟板設計中，受副鏟板連接方式限制，在整機支撐時要盡可能以主鏟板為主要受力部件，副鏟板為輔助受力，最大限度地保障鏟板整體壽命[5]。

3 結論

鏟板作為掘進機裝載機構的一個重要部件，在強度和功能兩個方面對掘進機良好運轉和正常維護都有重要作用。而鏟板的輕量化設計，對降低整機質量同樣具有重大意義。因此，一方面,應進一步提高設備性能;另一方面,要推行設備輕量化。因此，對鏟板設計進行深入研究有很大的必要性。