CN104929633B - 一种链式截割部截齿的截割角度调节方法 - Google Patents

Abstract

一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，是通过调节截割链的截割角度而实现截齿截割角度的调节，包括截割部截割高度不变时的截割链的截齿角度调节与截割高度变化时截割链的截齿角度调节，所述截割链截齿的角度调节是通过链式截割部的四个支撑油缸的伸缩变化来调节的，其中上臂油缸和下臂油缸决定着采煤机的采煤高度，左臂油缸与右臂油缸相互配合实现对采煤机角度的调节。该方法为采煤机链式截割部提供了一整套截割角度的调节方法，通过改变采煤机行进方向端的截割链高宽比，调节链板上截齿与煤壁的接触压力角，适应不同煤质的变化，提高了截齿对煤层地质条件变化的适应性，进而提高了截割部的使用寿命和截割效率，提高了采煤机的生产效益。

Description

一种链式截割部截齿的截割角度调节方法

技术领域

本发明涉及采煤机截割部调节技术领域，特别涉及链式截割部截齿的截割角度调节方法。

背景技术

采煤机截割部作为采煤机的关键部件和工作机构，其性能好坏决定着采煤机的工作性能和生产效率。担负着截割煤壁任务，截割部的功率消耗占采煤机装机功率的80％-90％，并且采煤机的生产能力、比能耗、工作时的负载状况、截齿的受力情况、块煤率、粉尘量、工作平稳性、可靠性等各项性能指标都与截割部有着密切的关系。因此，截割部截割性能的优劣直接影响着整台采煤机的生产效率和可靠性。截割部的截割功率、结构参数确定后，采煤机其他部件参数的设计均可以以此为基础进行。

现采煤机截割部多为滚筒式截割部，滚筒主要包括截齿、齿座、螺旋叶片、端盘、铜毂和喷雾系统六个部分。滚筒是滚筒式采煤机的工作结构，直接作用于煤岩，工作条件极其恶劣。所以滚筒截割性能的好坏直接影响着滚筒式采煤机的截割性能和使用寿命，并对煤炭生产企业的经济效益有着直接的影响。

截齿是截割部的关键零部件，是截割部的截割工具，直接作用于煤体，用来完成截割煤岩，采煤大部分功率都消耗在截齿上，是采煤机上最容易损坏和更换量最大的零件。于是截齿在截割过程中的受力是否合理至关重要。

目前所用滚筒式截割部截齿焊接在滚筒螺旋叶片上，且滚筒为一体式。即在采煤过程中由于煤质条件、截深等因素的变化而引起截割齿受力的变化，而截割齿与滚筒为一体式截割角度不可调节，截割过程中受力的变化必定会影响截齿的截割效率，且降低截齿的使用寿命，也直接影响着采煤机的正常使用与生产。

发明内容

本发明目的在于提供一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，以使得采煤过程中由于煤质条件、截深等外界因素变化时，截齿的截割角度可根据上述外因进行调节，进而能提高采煤机的截割效率以及采煤机的使用效率。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，是通过调节截割链的截割角度而实现截齿截割角度的调节，所述链式截割部包括截割链、驱动截割链转动的四个驱动齿轮以及支撑液压缸，其中四个驱动齿轮分别由一个履带行走液压马达提供动力，所述履带行走液压马达与支撑液压缸一端的缸套固定连接，支撑液压缸另一端与液压缸球头底座连接，液压缸球头底座通过液压缸固定装置进行位置固定，所述支撑液压缸包括长度相同的上臂油缸、下臂油缸、左臂油缸以及右臂油缸；所述截割链包括截割前端，所述截割前端包括上臂油缸和右臂油缸之间的AB段截割链与下臂油缸和右臂油缸之间的BC段截割链，所述上臂油缸、下臂油缸、左臂油缸以及右臂油缸长度最短时均为L，伸长至最长时均为L+ΔL，设上臂油缸、下臂油缸、左臂油缸以及右臂油缸的初始状态长度均为L+ΔL/2，调节过程中保持上臂油缸与下臂油缸的长度相等；

分别为采煤机截割高度不变时的截割链的截齿角度调节与截割高度变化时的采煤机截割链的截齿角度调节：

一、截割高度不变时：角度调节过程中，采煤机截割高度不变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸和下臂油缸不能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链最小角度调节时，当左臂油缸收缩至最短L，右臂油缸伸至最长时，截割链相对于右臂油缸所成角最小，设此角大小为a_min：调节过程为收缩左臂油缸，同时伸长右臂油缸，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当左臂油缸收缩至最短L时，同时停止右臂油缸的动作，调节后截割链相对于右臂油缸所成角

(2)若煤层为硬煤，截割链最大角度调节时，当右臂油缸收缩至最短L，左臂油缸伸至最长时，截割链相对于右臂油缸所成角最大，设此角大小为a_max：调节过程为收缩右臂油缸，同时伸长左臂油缸，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当右臂油缸收缩至最短L时，同时停止左臂油缸的动作，调节后截割链相对于右臂油缸所成角

由上述采煤机截割高度不变时截割链与右臂油缸最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸角度a的变化范围为

截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

二、截割高度变化时：角度调节过程中，采煤机截割高度变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸和下臂油缸能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链进行最小角度调节时，当右臂油缸伸至最长状态L+ΔL，上臂油缸和下臂油缸收缩至最短状态L时可使割链相对于右臂油缸所成角最小，设此角大小为α_min：调节过程为通过同时收缩上臂油缸和下臂油缸，同时伸长右臂油缸，以保持截割链绷紧状态，当右臂油缸伸至最长状态L+ΔL后，通过继续伸长左臂油缸来保持截割链绷紧状态，当上臂油缸和下臂油缸收缩至最短状态L时，同时停止左臂油缸的伸长，调节后截割链相对于右臂油缸所成角

(2)若煤层为硬煤，截割链进行最大角度调节时，当左臂油缸与右臂油缸收缩至最短，上臂油缸和下臂油缸伸长至此状态下最长时，因截割链总长不变，此时上臂油缸和下臂油缸未伸至最长L+ΔL状态，设此角大小为α_max：调节过程为通过同时收缩左臂油缸与右臂油缸，收缩速度须保持相等，同时伸长上臂油缸和下臂油缸，伸长速度须保持相等，调节过程中保持截割链绷紧，当左臂油缸与右臂油缸收缩至最短状态L后，同时停止上臂油缸和下臂油缸的伸长，调节后截割链相对于右臂油缸所成角

由上述截割高度变化时截割链与右臂油缸最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸角度的变化范围为

同理，截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

根据截割链截割角度与截割齿截割角度的关系可知，当截割链截割角度最小时截割齿截割角度最大，截割链截割角度最大时截割齿截割角度最小。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

本发明的链式截割部截齿的截割角度调节方法，包括截割部截割高度不变时的截割链的截齿角度调节与截割高度变化时截割链的截齿角度调节，所述截割链的截齿角度调节是通过链式截割部的四个支撑油缸的伸缩变化来调节的，该方法为采煤机链式截割部提供了一整套截割角度的调节方法，可适应不同煤质的变化提供一种链式截割部采煤机采煤过程中的截割链截割煤壁角度的调节方法，指导链式截割部在使用过程中根据煤质条件、截深等因素的变化，通过改变采煤机行进方向端的截割链高宽比，调节链板上截齿与煤壁的接触压力角，继而调整截齿的受力状况至适宜的状态，提高了截齿对煤层地质条件变化的适应性，进而提高了截割部的使用寿命和截割效率，提高了采煤机的生产效益，提高了煤炭生产企业经济效益。

附图说明

图1为本发明处的链式截割部结构示意图；

图2为一台采煤机根据采高在采煤机一端配置一个链式截割部的结构示意图；

图3为一台采煤机在左右摇臂上配置两个链式截割部的结构示意图；

图4为链式截割部单齿切削过程图；

图5为截割高度不变时截割链截割角度最小示意图；

图6为截割高度不变时截割链截割角度最大示意图；

图7为截割高度变化时调节截割链截割角度最小示意图；

图8为截割高度变化时调节截割链截割角度最大示意图。

图中：1-截割链、2-驱动齿轮、3-液压马达、4-液压缸球头底座、5-液压缸固定装置、6-上臂油缸、7-下臂油缸、8-右臂油缸、9-左臂油缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，链式截割部是一种适应电牵引采煤机应用于中厚煤层长壁开采工艺的新型截割机构，一台采煤机根据采高在采煤机一端配置一个链式截割部或者位于左右摇臂上的配置两个链式截割部，本发明涉及的是一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，具体是通过调节截割链的截割角度而实现截齿截割角度的调节，所述链式截割部包括截割链1、驱动截割链1转动的四个驱动齿轮2以及支撑液压缸，其中四个驱动齿轮2分别由一个履带行走液压马达3提供动力，所述履带行走液压马达3与支撑液压缸一端的缸套固定连接，支撑液压缸另一端与液压缸球头底座4连接，液压缸球头底座4通过液压缸固定装置5进行位置固定，所述支撑液压缸包括长度相同的上臂油缸6、下臂油缸7、左臂油缸9以及右臂油缸8；所述截割链1包括截割前端，所述截割前端包括上臂油缸6和右臂油缸8之间的AB段截割链与下臂油缸7和右臂油缸8之间的BC段截割链，所述上臂油缸6、下臂油缸7、左臂油缸9以及右臂油缸8长度最短时均为L，伸长至最长时均为L+ΔL，设上臂油缸6、下臂油缸7、左臂油缸9以及右臂油缸8的初始状态长度均为L+ΔL/2，调节过程中保持上臂油缸6与下臂油缸7的长度相等，使上臂油缸6与下臂油缸7的受力趋于相等，整个装置受力更稳定，链式截割部适应性增强。

煤体的截割阻抗介于30～420N/mm，从有效使用采煤机的角度，可将煤层按截割阻抗分为三大类：Az＝30～180N/mm的煤成为软煤，在设计时应采用较大的截齿截割角度，可以进行增大截齿截割角度的调节；Az＝180～240N/mm的煤成为中硬煤，需根据煤层是韧性煤还是脆性煤采用合理的截割功率和截割角度，此时截割角度的调节需根据煤质条件确定；Az＝240～420N/mm的煤称为硬煤，在设计时应采用较小的截齿截割角度，可以进行减小截齿截割角度的调节。

如图4所示为采煤机链式截割部单齿切削煤壁过程图，截割链截齿以转速n绕环形链轴线旋转，并以牵引速度vq进给截割煤岩，在环形链旋转一周的过程中，每个截齿只有一半时间在截割煤岩，随着滚筒的前进，截齿切削厚度从零变化到最大，继而从最大值降低为零，图中黑色区域为单个截齿旋转一周所切削的煤岩；H为链环旋转一周的进给量，采煤机链式截割部高度调节的初始状态为四根液压缸的长度均为L+ΔL/2，且调节过程中保持上臂油缸6与下臂油缸7的长度相等，使截割链受力趋于平衡，调节过程中需保持截割截割链绷紧状态，油缸收缩至最短时长度均为L，伸长至最长时均为L+ΔL。

两种情况角度调节：对采煤机工作过程中的截割角度的调节分为采煤机截割高度不变时的截割链截割角度调节与截割高度变化时的采煤机截割链截割角度调节，

一、截割高度不变时：角度调节过程中，采煤机截割高度不变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸6和下臂油缸7不能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链进行最小角度调节时，如图5所示，当左臂油缸9收缩至最短L，右臂油缸8伸至最长时，截割链相对于右臂油缸8所成角最小，设此角大小为a_min：因截割链总长不变，由长度关系可知，上臂油缸6和下臂油缸7长度不变，左臂油缸9收缩至最短L时，右臂油缸8未能达到最长L+ΔL的状态，符合调节要求，调节过程为收缩左臂油缸9，同时伸长右臂油缸8，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当左臂油缸9收缩至最短L时，同时停止右臂油缸8的动作，

由截割链总长不变，由长度关系可知，设右臂油缸长度为X时，

由此可得右臂油缸3的长度为

约等于

大于L且小于L+ΔL，调节后截割链相对于右臂油缸8所成角

(2)若煤层为硬煤，截割链进行最大角度调节时，如图6所示，当右臂油缸8收缩至最短L，左臂油缸9伸至最长时，截割链相对于右臂油缸8所成角最大，设此角大小为a_max：因截割链总长不变，由长度关系可知，上臂油缸6和下臂油缸7长度不变，右臂油缸8收缩至最短L时左臂油缸9未能达到最长L+ΔL的状态，符合调节要求，调节过程为收缩右臂油缸8，同时伸长左臂油缸9，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当右臂油缸8收缩至最短L时，同时停止左臂油缸9的动作，调节后截割链相对于右臂油缸8所成角

由上述采煤机截割高度不变时截割链与右臂油缸8最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸8角度的变化范围为

链式截割部单齿切削过程图4所示，截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

二、截割高度变化时：角度调节过程中，采煤机截割高度变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸6和下臂油缸7能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链进行最小角度调节时，如图7所示，当右臂油缸8伸至最长状态L+ΔL，上臂油缸6和下臂油缸7收缩至最短状态L时可使割链相对于右臂油缸8所成角最小，设此角大小为α_min：因截割链总长不变，由长度关系可知，此时左臂油缸9长度介于L与L+ΔL之间，符合调节要求，此时左臂油缸9油缸具体长度较难计算，可定性分析，假设其长度为L+ΔL/2时，此时截割链的长度为

小于截割链原长

假设其长度为L+ΔL时，此时截割链的长度为

大于截割链原长

可知左臂油缸9长度介于L与L+ΔL之间，此过程可通过同时收缩上臂油缸6和下臂油缸7，同时伸长右臂油缸8，以保持截割链绷紧状态，当右臂油缸8伸至最长状态L+ΔL后，通过继续伸长左臂油缸9来保持截割链绷紧状态，当上臂油缸6和下臂油缸7收缩至最短状态L时，同时停止左臂油缸9的伸长，调节后截割链相对于右臂油缸8所成角

(2)若煤层为硬煤，截割链进行最大角度调节时，如图8所示，当左臂油缸9与右臂油缸8收缩至最短，上臂油缸6和下臂油缸7伸长至此状态下最长时(上臂油缸6和下臂油缸7长度需相等)，因截割链总长不变，有此长度关系可知，此时上臂油缸6和下臂油缸7未伸至最长L+ΔL状态，符合要求。此时上臂油缸6和下臂油缸7的具体长度较难求解，可做一定性分析，可假设上臂油缸6和下臂油缸7的长度均已经达到最长L+ΔL的状态，截割链总长

大于截割链原长

可知左臂油缸9与右臂油缸8收缩至最短L时上臂油缸6和下臂油缸7均未能达到最长L+ΔL的状态，符合调节要求。此过程可通过同时收缩左臂油缸9与右臂油缸8，收缩速度须保持相等。同时伸长上臂油缸6和下臂油缸7，伸长速度须保持相等。同时保持截割链绷紧状态。当左臂油缸9与右臂油缸8收缩至最短状态L后，同时停止上臂油缸6和下臂油缸7的伸长。

设上臂油缸6和下臂油缸7的长度为X，

由此可得上臂油缸6和下臂油缸7的长度为

大于L且小于L+ΔL，调节后截割链相对于右臂油缸8所成角

由上述截割高度变化时截割链与右臂油缸8最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸8角度的变化范围为

同理，截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

根据截割链截割角度与截割齿截割角度的关系可知，当截割链截割角度最小时截割齿截割角度最大，截割链截割角度最大时截割齿截割角度最小。

本发明提供的一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，包括截割部截割高度不变时的截割链截割煤的角度调节与截割高度变化时截割链截割煤的角度调节，所述截割链截割煤的角度调节是通过链式截割部的四个支撑油缸的伸缩变化来调节的，该方法为采煤机链式截割部提供了一整套截割角度的调节方法，适应不同煤质的变化提供一种链式截割部采煤机采煤过程中的截割链截割煤壁角度的调节方法，指导链式截割部在使用过程中根据煤质条件、截深等因素的变化，通过改变采煤机行进方向端的截割链高宽比，调节链板上截齿与煤壁的接触压力角，继而调整截齿的受力状况至适宜的状态，提高了截齿对煤层地质条件变化的适应性，进而提高了截割部的使用寿命和截割效率，提高了采煤机的生产效益，提高了煤炭生产企业经济效益。

Claims (1)

1.一种链式截割部截齿的截割角度调节方法，是通过调节截割链的截割角度而实现截齿截割角度的调节，所述链式截割部包括截割链(1)、驱动截割链(1)转动的四个驱动齿轮(2)以及支撑液压缸，其中四个驱动齿轮(2)分别由一个履带行走液压马达(3)提供动力，所述履带行走液压马达(3)与支撑液压缸一端的缸套固定连接，支撑液压缸另一端与液压缸球头底座(4)连接，液压缸球头底座(4)通过液压缸固定装置(5)进行位置固定，所述支撑液压缸包括长度相同的上臂油缸(6)、下臂油缸(7)、左臂油缸(9)以及右臂油缸(8)；所述截割链(1)包括截割前端，所述截割前端包括上臂油缸(6)和右臂油缸(8)之间的AB段截割链(1)与下臂油缸(7)和右臂油缸(8)之间的BC段截割链(1)，所述上臂油缸(6)、下臂油缸(7)、左臂油缸(9)以及右臂油缸(8)长度最短时均为L，伸长至最长时均为L+ΔL，设上臂油缸(6)、下臂油缸(7)、左臂油缸(9)以及右臂油缸(8)的初始状态长度均为L+ΔL/2，调节过程中保持上臂油缸(6)与下臂油缸(7)的长度相等；其特征在于，

分别为采煤机截割高度不变时的截割链的截齿角度调节与截割高度变化时的采煤机截割链的截齿角度调节：

一、截割高度不变时：角度调节过程中，采煤机截割高度不变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸(6)和下臂油缸(7)不能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链最小角度调节时，当左臂油缸(9)收缩至最短L，右臂油缸(8)伸至最长时，截割链相对于右臂油缸(8)所成角最小，设此角大小为a_min：调节过程为收缩左臂油缸(9)，同时伸长右臂油缸(8)，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当左臂油缸(9)收缩至最短L时，同时停止右臂油缸(8)的动作，调节后截割链相对于右臂油缸(8)所成角

$a_{min}=arctan\frac{L+\mathrm{\Δ}L}{\sqrt{L^2+2\mathrm{\Δ}L\·L+2{\mathrm{\ΔL}}^2/3}};$

(2)若煤层为硬煤，截割链最大角度调节时，当右臂油缸(8)收缩至最短L，左臂油缸(9)伸至最长时，截割链相对于右臂油缸(8)所成角最大，设此角大小为a_max：调节过程为收缩右臂油缸(8)，同时伸长左臂油缸(9)，调节过程中需保持截割链绷紧状态，当右臂油缸(8)收缩至最短L时，同时停止左臂油缸(9)的动作，调节后截割链相对于右臂油缸(8)所成角

$a_{max}=arctan\left(\frac{L+\mathrm{\Δ}L/2}{L}\right),$

由上述采煤机截割高度不变时截割链与右臂油缸(8)最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸(8)角度a的变化范围为

$arctan\frac{L+\mathrm{\Δ}L}{\sqrt{L^2+2\mathrm{\Δ}L\·L+2{\mathrm{\ΔL}}^2/3}}\≤a\≤arctan\left(\frac{L+\mathrm{\Δ}L/2}{L}\right),$

截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

$0\≤\mathrm{\β}\≤\arctan \left(\frac{L+\mathrm{\Δ}L/2}{L}\right)-\arctan \frac{L+\mathrm{\Δ}L}{\sqrt{L^2+2\mathrm{\Δ}L\·L+2{\mathrm{\ΔL}}^2/3}};$

二、截割高度变化时：角度调节过程中，采煤机截割高度变化时，即在调节截割链截割角度过程中上臂油缸(6)和下臂油缸(7)能上下伸缩，此时角度调节分为最大角调节与最小角调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，截割链进行最小角度调节时，当右臂油缸(8)伸至最长状态L+ΔL，上臂油缸(6)和下臂油缸(7)收缩至最短状态L时可使割链相对于右臂油缸(8)所成角最小，设此角大小为α_min：调节过程为通过同时收缩上臂油缸(6)和下臂油缸(7)，同时伸长右臂油缸(8)，以保持截割链绷紧状态，当右臂油缸(8)伸至最长状态L+ΔL后，通过继续伸长左臂油缸(9)来保持截割链绷紧状态，当上臂油缸(6)和下臂油缸(7)收缩至最短状态L时，同时停止左臂油缸(9)的伸长，调节后截割链相对于右臂油缸(8)所成角

${\mathrm{\α}}_{\min }=arctan\frac{L}{L+\mathrm{\Δ}L};$

(2)若煤层为硬煤，截割链进行最大角度调节时，当左臂油缸(9)与右臂油缸(8)收缩至最短，上臂油缸(6)和下臂油缸(7)伸长至此状态下最长时，因截割链总长不变，此时上臂油缸(6)和下臂油缸(7)未伸至最长L+ΔL状态，设此角大小为α_max：调节过程为通过同时收缩左臂油缸(9)与右臂油缸(8)，收缩速度须保持相等，同时伸长上臂油缸(6)和下臂油缸(7)，伸长速度须保持相等，调节过程中保持截割链绷紧，当左臂油缸(9)与右臂油缸(8)收缩至最短状态L后，同时停止上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的伸长，调节后截割链相对于右臂油缸(8)所成角

${\mathrm{\α}}_{\max }=arctan\frac{\sqrt{{\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\Δ}L\·L+L^2}}{L},$

由上述截割高度变化时截割链与右臂油缸(8)最小角度调节与最大角度调节可知，截割链与右臂油缸(8)角度的变化范围为

$arctan\frac{L}{L+\mathrm{\Δ}L}\≤\mathrm{\α}\≤arctan\frac{\sqrt{{\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\Δ}L\·L+L^2}}{L},$

同理，截割齿安装与截割链成一固定角θ，由截割链的角度变化范围可知截割齿截割角β的变化范围为

$0\≤\mathrm{\β}\≤arctan\frac{\sqrt{{\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\Δ}L\·L+L^2}}{L}-arctan\frac{L}{L+\mathrm{\Δ}L},$

根据截割链截割角度与截割齿截割角度的关系可知，当截割链截割角度最小时截割齿截割角度最大，截割链截割角度最大时截割齿截割角度最小。