寧亞鵬

（潞安化工集團(tuán)古城煤礦，山西 長治 046100）

引言

采煤機(jī)是煤礦開采的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備，主要負(fù)責(zé)割煤、裝煤等工作，其組成部分包括牽引部、截割部、液壓部、電氣控制部等[1]。采煤機(jī)的工作流程是在井下開采中，采煤機(jī)上煤壁側(cè)的滑靴在刮板輸送機(jī)設(shè)備上滑行前進(jìn)，其行走輪與刮板輸送機(jī)銷排嚙合，可在井下工作面來回往復(fù)作業(yè)，同時(shí)利用油缸的調(diào)節(jié)調(diào)高讓截割部滾筒隨著煤層起伏動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)完成割煤工作。此外，采煤機(jī)滾筒上的螺旋葉片在旋轉(zhuǎn)中，將切割落下的煤裝入到刮板輸送機(jī)設(shè)備中，裝煤工作完成，其具有大質(zhì)量、大功率及高產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為井下機(jī)械化作業(yè)使用率較高的設(shè)備[2]。因此，采煤機(jī)截割部是采煤機(jī)井下作業(yè)的核心部件，而行星機(jī)構(gòu)又是采煤機(jī)截割部的核心部件，所以提高采煤機(jī)截割部行星機(jī)構(gòu)疲勞強(qiáng)度，并提高其使用壽命有著十分重要的意義，針對影響采煤機(jī)截割部行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的因素眾多，本文主要分析牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、截深及煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對行星架機(jī)構(gòu)疲勞壽命的影響規(guī)律[3]，從而改善采煤機(jī)的疲勞壽命，延長設(shè)備的使用壽命。

1 不同工況對行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的影響分析

在井下實(shí)際開采中，影響采煤機(jī)行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的參數(shù)較多，本文主要分析采煤機(jī)牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、截深及煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的影響。

1.1 牽引速度對行星架疲勞壽命的影響

采煤機(jī)運(yùn)行所能承受的載荷與螺旋滾筒的牽引速度有著直接影響，因此會(huì)對采煤機(jī)各零部件的疲勞壽命造成影響。以采煤機(jī)截割部行星架為例，在自滾筒轉(zhuǎn)速、截深、煤巖堅(jiān)固性系數(shù)一定的前提下，研究牽引速度對行星架疲勞壽命的影響，得到圖1所示的曲線圖。

圖1 牽引速度對行星架疲勞壽命的曲線圖

從圖1中可知，采煤機(jī)行星架的疲勞位置主要集中在行星架花鍵退刀槽處，當(dāng)牽引速度是2.5 m/min、3 m/min、3.5 m/min、4 m/min、5 m/min時(shí)，對應(yīng)的疲勞壽命分別是5.507×106次、4.099×106次、5.030×106次、2.100×106次、1.136×106次。因此，還可看出，隨著采煤機(jī)牽引速度的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的，主要是由于隨著采煤機(jī)牽引速度的增大，行星架所受的載荷是逐漸增大引起的。

1.2 滾筒轉(zhuǎn)速對行星架疲勞壽命的影響分析

采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速是運(yùn)動(dòng)學(xué)的某一參數(shù)，滾筒轉(zhuǎn)速的不同也會(huì)影響采煤機(jī)的受力狀況，在牽引速度、截深、煤巖堅(jiān)固性系數(shù)一定的前提下，研究滾筒轉(zhuǎn)速對行星架疲勞壽命的影響，得到下頁圖2所示的曲線圖。

從圖2中可知，采煤機(jī)行星架的疲勞位置同樣位于花鍵退刀槽處，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速是80 r/min、85 r/min、90 r/min、95 r/min、100 r/min時(shí)，對應(yīng)的架疲勞壽命分別是4.772×106次、5.048×106次、5.507×106次、5.736×106次、5.892×106次。因此，還可看出，隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，行星架疲勞壽命是逐漸增大的，主要是由于隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，行星架所受的載荷是逐漸減小引起的，進(jìn)而導(dǎo)致其疲勞壽命的逐漸增大。

圖2 滾筒轉(zhuǎn)速對行星架疲勞壽命的曲線圖

1.3 截深對行星架疲勞壽命的影響分析

在采煤機(jī)螺旋滾筒截割煤層中，其所能承受的載荷大小與截深的大小有關(guān)，因而會(huì)造成采煤機(jī)各零部件的疲勞壽命產(chǎn)生變化。在自滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度、煤巖堅(jiān)固性系數(shù)一定的前提下，研究截深對行星架疲勞壽命的影響，得到圖3所示的曲線圖。

圖3 截深對行星架疲勞壽命的曲線圖

從圖3中可知，采煤機(jī)行星架疲勞集中位置同樣也是花鍵退刀槽處，當(dāng)截深是570 mm、585 mm、600 mm、615 mm、630 mm時(shí)，對應(yīng)的疲勞壽命分別是6.346×106次、6.024×106次、5.507×106次、4.918×106次、4.005×106次。因此，還可看出，隨著截深的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的，主要是由于隨著截深的增大，行星架所受載荷逐漸增大引起的。

1.4 煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對行星架疲勞壽命的影響分析

煤礦煤層的堅(jiān)固性系數(shù)會(huì)對采煤機(jī)各零件的疲勞壽命產(chǎn)生直接影響，依據(jù)對煤巖體物理力學(xué)參數(shù)測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，煤的堅(jiān)固性系數(shù)是1.4；鋁質(zhì)煤巖堅(jiān)固性系數(shù)是3.5；灰色煤巖堅(jiān)固性系數(shù)是5.1；石灰?guī)r堅(jiān)固性系數(shù)是6.8；粉砂巖堅(jiān)固性系數(shù)是8.4。在牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、截深一定的前提下，研究煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對行星架疲勞壽命的影響，得到圖4所示的曲線圖。

從圖4中可知，在上述五種不同煤巖堅(jiān)固性系數(shù)下，對應(yīng)的行星架疲勞壽命數(shù)量級差別較大，分別是9.050×1017次、4.556×1012次、1.338×109次、7.152×107次、5.507×106次。因此，還可看出，隨著煤巖堅(jiān)固性系數(shù)的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的，主要是由于隨著煤巖堅(jiān)固性系數(shù)的增大，行星架所受的載荷是逐漸增大引起的。

圖4 煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對對行星架疲勞壽命的曲線圖

綜合上述結(jié)果可知，隨著采煤機(jī)牽引速度的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的；隨著隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，其疲勞壽命是逐漸增大的；隨著截深的增大，其疲勞壽命是逐漸減小的；隨著煤巖堅(jiān)固性系數(shù)的增大，其疲勞壽命是逐漸減小的。因此，在煤礦采煤機(jī)實(shí)際開采中，當(dāng)截深、煤巖堅(jiān)固性系數(shù)不變的情況下，通過采煤機(jī)協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)，來改變滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)改善采煤機(jī)截割部行星結(jié)構(gòu)的疲勞壽命[4]。

2 結(jié)論

行星機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)截割部的核心部件，而影響采煤機(jī)截割部行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的因素眾多。本文分析采煤機(jī)牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速、截深及煤巖堅(jiān)固性系數(shù)對行星機(jī)構(gòu)疲勞壽命的影響，結(jié)論是：

1）隨著牽引速度的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的；

2）隨著隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸增大的；

3）隨著截深的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的；

4）隨著煤巖堅(jiān)固性系數(shù)的增大，行星架的疲勞壽命是逐漸減小的；

5）在工程實(shí)際開采中，可通過采煤機(jī)協(xié)同調(diào)速系統(tǒng)來改變滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度，進(jìn)而來調(diào)節(jié)改善其疲勞壽命。