CN104929634A - 一种链式截割部截割面积调节方法 - Google Patents

Abstract

一种链式截割部截割面积的调节方法，通过调节截割面积的大小，配合截割速度的变化，对采煤机实现增大功率、恒功率、减小功率的过程调节。包括截割部截割高度不变时的截割链的截割面积调节和截割高度变化时的截割链的截割面积调节。所述截割链的截割面积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截割面积的调节。该方法为采煤机链式截割部提供了一整套截割面积的调节方法，通过改变采煤机行进方向端的截割链高宽比，调节截割过程中的截割面积的大小，适应不同煤质的变化，提高了采煤机的使用寿命及煤炭生产企业的生产效益、经济效益。

Description

一种链式截割部截割面积调节方法

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割面积调节方法。

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。

目前所用滚筒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、截深等外界因素变化时，截割面积不可调，截割面积始终为滚筒半圆柱面。即煤质松软是不能加大截割面积，进而加大截割功率，煤质坚硬时也不能减小截割面积来调节截割功率。这不仅给截割过程的功率调节带来不便捷，也必将影响采煤机截割效率，降低采煤机的使用效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种链式截割部截割面积调节方法，以使得采煤过程中由于煤质条件、截深等外界因素变化时，截割面积可根据上述外因调节截割面积的大小，进而能提高采煤机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：

一种链式截割部截割面积调节方法，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段与下臂油缸和右臂油缸之间的BC段，截割链的宽度为W，截割前端的面积S为(L_AB+L_BC)W，L_AB与L_BC分别为AB段与BC段的长度，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，

截割前端面积的调节包括以下三种：

一、截割高度减小时：在调节截割链截割面积过程中上臂油缸和下臂油缸同时收缩，减小采煤机截割高度，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，将右臂油缸收缩至最短L的状态，左臂油缸伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小：当右臂油缸收缩至最短L时，左臂油缸伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸和下臂油缸长度在L与L+ΔL的长度范围内；调节过程中需保持截割链绷紧状态，若当右臂油缸收缩至最短L时，左臂油缸并未伸至最长状态，此时同时收缩上臂油缸和下臂油缸使左臂油缸继续伸长，当左臂油缸伸长最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸和下臂油缸的动作，此时上臂油缸和下臂油缸的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)},$

此时最小截割面积的大小为

$2H\sqrt{[{64L}^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)};$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，当左臂油缸收缩至最短L的状态，右臂油缸伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大：当左臂油缸收缩至最短L时，右臂油缸伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸和下臂油缸长度在L与L+ΔL的长度范围内；调节过程中需保持截割链绷紧状态，若当左臂油缸收缩至最短L时，右臂油缸并未伸至最长状态，此时同时收缩上臂油缸和下臂油缸以使右臂油缸继续伸长，当右臂油缸伸长至最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸和下臂油缸的动作，此时上臂油缸和下臂油缸的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)},$

此时最大截割面积的大小为

$2H\sqrt{[{64L}^4+160\mathrm{\ΔL}\·L^3+148\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+60\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+9\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)},$

由上述采煤机截割高度减小时，得出最大截割面积与最小截割面积调节范围，截割面积的调节范围为

$\begin{array}{c}2H\sqrt{64L^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}\≤W\≤\\ 2H\sqrt{[64L^4+160\mathrm{\ΔL}{\·L}^3+148\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+60\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+9\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}\end{array},$

二、截割高度不变时：在调节截割链截割面积过程中上臂油缸和下臂油缸不能上下伸缩，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，当右臂油缸收缩至最短 L，左臂油缸伸至最长时，此时截割链AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小：上臂油缸和下臂油缸长度不变，右臂油缸收缩至最短L时，左臂油缸未能达到最长L+ΔL的状态，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,此时左臂油缸的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{({\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，

此时截割面积的大小为

$2H=\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4};$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，当左臂油缸收缩至最短L，右臂油缸伸至最长时，此时截割链AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大：上臂油缸和下臂油缸长度不变，左臂油缸收缩至最短L时，右臂油缸未能达到最长L+ΔL的状态，调节过程为收缩左臂油缸，同时伸长右臂油缸，当左臂油缸收缩至最短L时，同时停止右臂油缸的动作,此时右臂油缸的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{({\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，

此时截割面积的大小为

$4H=\sqrt{2L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/2}-2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

约等于

$2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

由上述采煤机截割高度不变时，得出最大截割面积与最小截割面积调节范围，截割面积的调节范围为

$2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}\≤W\≤2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

三、截割高度增大时：在调节截割链截割面积过程中上臂油缸和下臂油缸同时伸长，截割高度增大时的截割面积调节分为大于截割链总面积一半的范围内调节与小于一半的范围内调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，在大于截割链总面积一半的调节：调节过程为收缩左臂油缸，同时伸长上臂油缸和下臂油缸，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，同时停止上臂油缸和下臂油缸的动作，此后保持左臂油缸最短状态L不变，调节右臂油缸和上臂油缸、下臂油缸的关系，可实现截割面积在大于截割链总面积一半的范围内调节；

(2)若煤层为硬煤，在小于截割链总面积一半的调节：调节过程为收缩右臂油缸，同时伸长上臂油缸和下臂油缸，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，同时停止上臂油缸和下臂油缸的动作，此后保持右臂油缸最短状态L不变，调节左臂油缸)和上臂油缸、下臂油缸的关系，可实现截割面积在大于截割链总面积一半的范围内调节。

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割面积调节方法，所述截割链截割煤的截割面积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截割面积的调节，该方法为采煤机链式截割部提供了一整套截割面积的调节方法，通过改变截割前部高宽比，调节截割过程中的截割面积的大小，适应不同煤质 的变化，进而最大限度的提高了采煤机截割效率以及采煤机的使用效率。

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为截割高度减小时调节截割链截割面积最小示意图；

图6为截割高度减小时调节截割链截割面积最大示意图；

图7为截割高度不变时调节截割链截割面积最小示意图；

图8为截割高度不变时调节截割链截割面积最大示意图；

图9为采煤高度变大时截割面积在大于截割链总面积一半的范围内调节示意图；

图10为采煤高度变大时截割面积在小于截割链总面积一半的范围内调节示意图。

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割面积调节方法，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段与下臂油缸(7)和右臂油缸(8)之间的BC段，截割链1的宽度为W，截割前端的面积S为(L_AB+L_BC)W，L_AB与L_BC分别为AB段与BC段的长度，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，在设计时应采用较小的单位面积截割功率，可以进行增大截割链截割面积的调节；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，此时截割面积的调节需根据煤质条件确定；Az＝240～420N/mm的煤称为硬煤，在设计时应采用较大的单位面积截割功率，可以进行减小截割链截割面积的调节。

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1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。由截割过程可知，链式截割部截割面积的大小为截齿所走过AB段与BC段长度之和与截割链1宽度的乘积。只需通过调节AB段与BC段的长度之和即可调节截割面积的大小。采煤机链式截割部面积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1受力趋于平衡。调节过程中需保持截割截割链1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。

三种情况截割面积的调节：对采煤机工作过程中的截割链1截割面积的调节包括采煤机采煤高度减小、不变、增大三种情况。

一、截割高度减小时：截割面积的调节过程中，采煤机采煤高度减小。即在调节截割链1截割面积过程中上臂油缸6和下臂油缸7同时收缩，减小采煤 机截割高度，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，如图5所示，当右臂油缸8收缩至最短L的状态，左臂油缸9伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链1AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小。因截割链1总长不变，由长度关系可知，当右臂油缸8收缩至最短L时，左臂油缸9伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸6和f长度在L与L+ΔL的长度范围内，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1绷紧状态，当右臂油缸8收缩至最短L时，左臂油缸9并未伸至最长状态，此时应同时收缩上臂油缸6和下臂油缸7以保证左臂油缸9继续伸长。当左臂油缸9伸长最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸6和下臂油缸7的动作。

由截割链1总长不变，由长度关系可知，设右臂油缸长度为X时，

$\sqrt{X^2+L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2}+\sqrt{X^2+L^2}=2\sqrt{2(L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4)}$

由此可得上臂油缸6和下臂油缸7的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}.$

此时截割面积的大小为

$2H\sqrt{[{64L}^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}.$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，如图6所示，当左臂油缸9收缩至最短L的状态，右臂油缸8伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链1AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大。因截割链1总长不变，由长度关系可知，当左臂油缸9收缩至最短L时，右臂油缸8伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸6和下臂油缸7长度在L与L+ΔL的长度范围内，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1绷紧状态，当左臂油缸9收缩至最短L时，右臂油缸8并未伸至最长状态，此时应同时收缩上臂油缸6和下臂油缸7以保证右臂油缸8继续伸长。当右臂油缸8伸长至最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸6和下臂油缸7的动作。由截割链1总长不变，由长度关系可知，设右臂油缸长度为X时，

$\sqrt{X^2+L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2}+\sqrt{X^2+L^2}=2\sqrt{2(L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4)}$

由此可得上臂油缸6和下臂油缸7的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}.$

此时截割面积的大小为

$2H\sqrt{[{64L}^4+160\mathrm{\ΔL}\·L^3+148\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+60\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+9\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}.$

由上述采煤机截割高度减小时，最大截割面积与最小截割面积调节可知，截割面积的变化范围为

$\begin{array}{c}2H\sqrt{64L^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+12\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}\≤W\≤\\ 2H\sqrt{[64L^4+160\mathrm{\ΔL}{\·L}^3+148\mathrm{\Δ}{L}^2\·L^2+60\mathrm{\Δ}{L}^3\·L+9\mathrm{\Δ}{L}^4]/(8\mathrm{\Δ}{L}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}\end{array}.$

通过调节截割面积的大小，配合截割速度的变化，对采煤机实现增大功率、恒功率、减小功率的过程调节，

二、截割高度不变时：截割面积的调节过程中，采煤机采煤高度不变化时，即在调节截割链1截割面积过程中上臂油缸6和下臂油缸7不能上下伸缩，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，如图7所示，当右臂油缸8收缩至最短L，左臂油缸9伸至最长时，此时截割链1AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小。因截割链1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1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,

由截割链1总长不变，由长度关系可知，设右臂油缸长度为X时，

$\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}+\sqrt{X^2+L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}=2\sqrt{2(L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4)}$

由此可得左臂油缸(9)的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{({\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，此时截割面积的大小为

$2H=\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，如图8所示，当左臂油缸9收缩至最短L，右臂油缸8伸至最长时，此时截割链1的AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大。因截割链1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1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1总长不变，由长度关系可知，设右臂油缸长度为X时，

$\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}+\sqrt{X^2+L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}=2\sqrt{2(L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4)}$

由此可得右臂油缸8的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{({\mathrm{\ΔL}}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，此时截割面积的大小为

$4H=\sqrt{2L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/2}-2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

约等于

$2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4}.$

由上述采煤机截割高度不变时，最大截割面积与最小截割面积调节可知，截割面积的变化范围为

$2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}\≤W\≤2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4}.$

通过调节截割面积的大小，配合截割速度的变化，对采煤机实现增大功率、恒功率、减小功率的过程调节。

三、截割高度增大时：截割面积的调节过程中，采煤机采煤高度变化时，即在调节截割链1截割面积过程中上臂油缸6和下臂油缸7同时伸长，改变截割高度。与截割高度减小和截割高度不变的情况不同，截割高度增大时的截割面积调节分为大于截割链1总面积一半的范围内调节与小于一半的范围内调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，在大于截割链1总面积一半的调节：如图9所示，当左臂油缸9收缩至最短L，通过调节右臂油缸8和上臂油缸6、下臂油缸7的关系，可实现截割面积在大于截割链1总面积一半的范围内调节，此时截割链1AB段与BC段的长度之和大于CD段与DA段的长度之和。调节过程为收缩左臂油缸9，同时伸长上臂油缸6和下臂油缸7，调节过程中需保持截割链1绷紧状态，当左臂油缸9收缩至最短L时，同时停止上臂油缸6和下臂油缸7的动作。此后保持左臂油缸9最短状态L不变，调节右臂油缸8和上臂油缸6、下臂油缸7的关系，可实现截割面积在大于截割链1总面积一半的范围内调节。

(2)若煤层为硬煤，在小于截割链1总面积一半的调节：如图10所示，当右臂油缸8收缩至最短L，通过调节左臂油缸9和上臂油缸6、下臂油缸7的关系，可实现截割面积在小于截割链1总面积一半的范围内调节，此时截割链1AB段与BC段的长度之和小于CD段与DA段的长度之和。调节过程为收缩右臂油缸8，同时伸长上臂油缸6和下臂油缸7，调节过程中需保持截割链1绷紧 状态，当右臂油缸8收缩至最短L时，同时停止上臂油缸6和下臂油缸7的动作。此后保持右臂油缸8最短状态L不变，调节左臂油缸9和上臂油缸6、下臂油缸7的关系，可实现截割面积在大于截割链1总面积一半的范围内调节。

本发明提供的一种链式截割部截割面积调节方法，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，调节截割面积。通过调节截割面积的大小，配合截割速度的变化，对采煤机实现增大功率、恒功率、减小功率的过程调节。提高了截割链对截割条件变化的适应性，进而提高了采煤机的截割状况和使用寿命。提高了煤炭生产企业的生产效益和经济效益。

Claims (1)

1.一种链式截割部截割面积调节方法，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段与下臂油缸(7)和右臂油缸(8)之间的BC段，截割链(1)的宽度为W，截割前端的面积S为(L_AB+L_BC)W，L_AB与L_BC分别为AB段与BC段的长度，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，

截割前端面积的调节包括以下三种：

一、截割高度减小时：在调节截割链(1)截割面积过程中上臂油缸(6)和下臂油缸(7)同时收缩，减小采煤机截割高度，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，将右臂油缸(8)收缩至最短L的状态，左臂油缸(9)伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链(1)AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小：当右臂油缸(8)收缩至最短L时，左臂油缸(9)伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸(6)和下臂油缸(7)长度在L与L+ΔL的长度范围内；调节过程中需保持截割链(1)绷紧状态，若当右臂油缸(8)收缩至最短L时，左臂油缸(9)并未伸至最长状态，此时同时收缩上臂油缸(6)和下臂油缸(7)使左臂油缸(9)继续伸长，当左臂油缸(9)伸长最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的动作，此时上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+{\mathrm{\ΔL}}^4]/({8\mathrm{\ΔL}}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)},$

此时最小截割面积的大小为

$2H\sqrt{[{64L}^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+{\mathrm{\ΔL}}^4]/({8\mathrm{\ΔL}}^2+{32L}^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)};$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，当左臂油缸(9)收缩至最短L的状态，右臂油缸(8)伸至最长L+ΔL的状态时，此时截割链(1)AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大：当左臂油缸(9)收缩至最短L时，右臂油缸(8)伸至最长L+ΔL的状态时，上臂油缸(6)和下臂油缸(7)长度在L与L+ΔL的长度范围内；调节过程中需保持截割链(1)绷紧状态，若当左臂油缸(9)收缩至最短L时，右臂油缸(8)并未伸至最长状态，此时同时收缩上臂油缸(6)和下臂油缸(7)以使右臂油缸(8)继续伸长，当右臂油缸(8)伸长至最长状态L+ΔL时，同时停止上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的动作，此时上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的长度为

$\sqrt{[{32L}^2{(L+\mathrm{\ΔL})}^2+12{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+{\mathrm{\ΔL}}^4]/(8{\mathrm{\ΔL}}^2+32L^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)},$

此时最大截割面积的大小为

$2H\sqrt{[64L^4+160\mathrm{\ΔL}\·L^3+148{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+60{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+9{\mathrm{\ΔL}}^4]/({8\mathrm{\ΔL}}^2+32L^2+32L\·L)},$

由上述采煤机截割高度减小时，得出最大截割面积与最小截割面积调节范围，截割面积的调节范围为

$2H\sqrt{[{64L}^4+96\mathrm{\ΔL}\·L^3+52{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+12{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+{\mathrm{\ΔL}}^4]/({8\mathrm{\ΔL}}^2+{32L}^2+32\mathrm{\ΔL}\·L)}\≤W\≤$

$2H\sqrt{[64L^4+160\mathrm{\ΔL}\·L^3+148{\mathrm{\ΔL}}^2\·L^2+60{\mathrm{\ΔL}}^3\·L+9{\mathrm{\ΔL}}^4]/({8\mathrm{\ΔL}}^2+32L^2+32L\·L)},$

二、截割高度不变时：在调节截割链(1)截割面积过程中上臂油缸(6)和下臂油缸(7)不能上下伸缩，此时分为最大截割面积调节与最小截割面积调节两种情况：

(1)若煤层为硬煤，当进行最小截割面积调节时，当右臂油缸(8)收缩至最短L，左臂油缸(9)伸至最长时，此时截割链(1)AB段与BC段的长度之和最小，即截割面积最小：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，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(1)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,此时左臂油缸(9)的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{(\mathrm{\Δ}{L}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，

此时截割面积的大小为

$2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4};$

(2)若煤层为软煤，当进行最大截割面积调节时，当左臂油缸(9)收缩至最短L，右臂油缸(8)伸至最长时，此时截割链(1)AB段与BC段的长度之和最大，即截割面积最大：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，调节过程为收缩左臂油缸(9)，同时伸长右臂油缸(8)，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,此时右臂油缸(8)的长度为

$\sqrt{2\mathrm{\Δ}{L}^2+8\mathrm{\ΔL}\·L+9L^2-4\sqrt{(\mathrm{\Δ}{L}^2/2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)\·(\mathrm{\Δ}{L}^2/4+\mathrm{\ΔL}\·L+2L^2)}},$

约等于

$\sqrt{L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+2\mathrm{\Δ}{L}^2/3},$

大于L且小于L+ΔL，

此时截割面积的大小为

$4H\sqrt{2L^2+2\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/2}-2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

约等于

$2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

由上述采煤机截割高度不变时，得出最大截割面积与最小截割面积调节范围，截割面积的调节范围为

$2H\sqrt{2L^2+\mathrm{\ΔL}\·L+\mathrm{\Δ}{L}^2/4}\≤W\≤2H\sqrt{2L^2+5\mathrm{\ΔL}\·L+5\mathrm{\Δ}{L}^2/4},$

三、截割高度增大时：在调节截割链(1)截割面积过程中上臂油缸(6)和下臂油缸(7)同时伸长，截割高度增大时的截割面积调节分为大于截割链(1)总面积一半的范围内调节与小于一半的范围内调节两种情况：

(1)若煤层为软煤，在大于截割链(1)总面积一半的调节：调节过程为收缩左臂油缸(9)，同时伸长上臂油缸(6)和下臂油缸(7)，调节过程中需保持截割链(1)绷紧状态，当左臂油缸(9)收缩至最短L时，同时停止上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的动作，此后保持左臂油缸(9)最短状态L不变，调节右臂油缸(8)和上臂油缸(6)、下臂油缸(7)的关系，可实现截割面积在大于截割链(1)总面积一半的范围内调节；

(2)若煤层为硬煤，在小于截割链(1)总面积一半的调节：调节过程为收缩右臂油缸(8)，同时伸长上臂油缸(6)和下臂油缸(7)，调节过程中需保持截割链(1)绷紧状态，当右臂油缸(8)收缩至最短L时，同时停止上臂油缸(6)和下臂油缸(7)的动作，此后保持右臂油缸(8)最短状态L不变，调节左臂油缸(9)和上臂油缸(6)、下臂油缸(7)的关系，可实现截割面积在大于截割链(1)总面积一半的范围内调节。