本文摘要：摘要：拖纜裝置廣泛應(yīng)用于采煤工作面，用于保護(hù)和拖動(dòng)供電電纜及外部高壓水管。從目前的使用情況來(lái)看，拖纜裝置仍存在保護(hù)失效、電纜夾板偏移、不同類型的電纜夾板不能轉(zhuǎn)接等缺陷，影響了煤礦的安全和高效生產(chǎn)要求。因此，依據(jù)采煤工作面的施工工藝要求，對(duì)
摘要：拖纜裝置廣泛應(yīng)用于采煤工作面，用于保護(hù)和拖動(dòng)供電電纜及外部高壓水管。從目前的使用情況來(lái)看，拖纜裝置仍存在保護(hù)失效、電纜夾板偏移、不同類型的電纜夾板不能轉(zhuǎn)接等缺陷，影響了煤礦的安全和高效生產(chǎn)要求。因此，依據(jù)采煤工作面的施工工藝要求，對(duì)現(xiàn)有的拖纜裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。優(yōu)化后的拖纜裝置避免了電纜夾板偏移現(xiàn)象、保護(hù)失效等問(wèn)題，降低了采煤機(jī)的故障率，保證了采煤工作面的安全生產(chǎn)進(jìn)程。
關(guān)鍵詞：拖纜裝置,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,轉(zhuǎn)動(dòng)臂
引言
采煤機(jī)是煤炭開(kāi)采的關(guān)鍵設(shè)備，在綜采工作面擔(dān)負(fù)著割煤及裝煤的重任，電纜作為傳輸動(dòng)力的關(guān)鍵媒介，其可靠性對(duì)采煤機(jī)的正常生產(chǎn)有著至關(guān)重要的影響。主電纜直徑的大小與采煤機(jī)的功率呈正比例，通常主電纜直徑越大其彎曲半徑越小，造成主電纜發(fā)生折斷現(xiàn)象的頻率增加;而當(dāng)采煤機(jī)處在反復(fù)調(diào)向過(guò)程中，由于電纜夾的移動(dòng)與采煤機(jī)不同步，易造成電纜夾憋卡從而引起水管、電纜破裂等問(wèn)題[1]。
現(xiàn)有綜采工作面設(shè)置拖攬裝置對(duì)主電纜及外接高壓水管進(jìn)行防護(hù)，但在應(yīng)用過(guò)程中仍然存在電纜夾板偏移、保護(hù)失效、電纜夾板故障等缺陷[2]。為了滿足煤礦智能化開(kāi)采、減少設(shè)備故障率等要求，對(duì)采煤機(jī)拖纜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免電纜損壞，保證綜采工作面的正常生產(chǎn)。
1拖纜裝置總體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
針對(duì)現(xiàn)有拖纜裝置的缺點(diǎn)，本文拖纜裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。該拖纜裝置和電纜槽協(xié)同配合，保證采煤機(jī)在不同工作位置時(shí)，割煤及裝煤順利進(jìn)行。在空間上，這種新型拖纜裝置能夠滿足采煤工作面的工藝要求，不與其它裝置產(chǎn)生刮蹭、干涉。功能上，在保證主電纜和采煤機(jī)同步協(xié)調(diào)運(yùn)行的前提下，對(duì)主電纜和高壓水管進(jìn)行防護(hù);采煤機(jī)和拖纜裝置之間的拖纜高度依據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整。以M為圓心，在最低位置B與最高位置A之間進(jìn)行高度調(diào)整。
2拖纜裝置伸縮臂的設(shè)計(jì)
拖纜裝置結(jié)構(gòu)中伸縮臂作為調(diào)節(jié)其橫向移動(dòng)的主要部件，在電纜及水管的拖拽過(guò)程中要確保調(diào)節(jié)精度高、快速調(diào)整的要求。主要由拖纜架、液壓缸、軌道等部件構(gòu)成。導(dǎo)軌使用加厚的T型鋼以提高使用壽命，考慮到制造工藝及成本，采用焊接的方式連接導(dǎo)軌和拖纜架，軌道固連在采煤機(jī)牽引部，為保證調(diào)節(jié)精度，將伸縮位移傳感器安裝在液壓缸內(nèi)部，其抗污染能力強(qiáng)，易于維護(hù)。拖纜裝置中導(dǎo)軌是主要承載部件，其強(qiáng)度將影響拖纜裝置的使用安全性。因此使用仿真分析軟件對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。在最大受力工況下，導(dǎo)軌和拖纜架的最大應(yīng)力為75.3MPa，小于屈服強(qiáng)度345MPa(材質(zhì)為Q345E)，滿足使用要求且具有較大的安全裕量。
3拖纜裝置轉(zhuǎn)動(dòng)臂的設(shè)計(jì)
通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)臂的高度可實(shí)現(xiàn)拖纜高度的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)臂主要由液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器、搖臂以及拖纜輪等部件組成。液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器采用單蝸桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)方式，具有減速、驅(qū)動(dòng)及回轉(zhuǎn)功能，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù);搖臂與拖纜輪的轉(zhuǎn)軸連接，搖臂的擺動(dòng)角范圍在15°～75°之間，在實(shí)現(xiàn)拖纜高度調(diào)整的同時(shí)，亦具有抬起電纜及水管彎曲嚴(yán)重部分的作用，起到防護(hù)電纜及水管不被損壞。為了降低整體重量且增加拖纜輪的耐磨性，拖纜輪的材質(zhì)選用聚合塑料尼龍。
4拖纜裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
優(yōu)化后的拖纜裝置方案，解決了電纜和水管的保護(hù)和拖動(dòng)問(wèn)題。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，電纜在采煤機(jī)工作時(shí)仍會(huì)存在被電纜夾板卡死的現(xiàn)象，導(dǎo)致電纜夾板局部應(yīng)力過(guò)大，因此應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限，電纜夾板就會(huì)斷裂。為了降低因電纜夾板斷裂而導(dǎo)致電纜及水管受到損害的機(jī)率，對(duì)拖纜裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析就顯得尤為必要。
在采煤機(jī)工作過(guò)程中，拖纜裝置相對(duì)于自身坐標(biāo)系的位置和運(yùn)動(dòng)由伸縮臂及旋轉(zhuǎn)臂實(shí)現(xiàn)。而當(dāng)采煤機(jī)在牽引刮板輸送機(jī)時(shí)，拖纜裝置相對(duì)于工作面空間坐標(biāo)系的位置也是動(dòng)態(tài)變化的，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)取決于采煤機(jī)的牽引運(yùn)動(dòng)方式。基于提升計(jì)算精度的考慮，依據(jù)優(yōu)化后的連接方式在MATLABRobotics確定坐標(biāo)系，即刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)之間的連接為移動(dòng)關(guān)節(jié)，拖纜架與液壓缸和導(dǎo)軌之間的連接同樣為移動(dòng)關(guān)節(jié)，而拖纜架與搖臂之間的連接則為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，還需要在拖纜架及導(dǎo)軌的連接中增設(shè)一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)[3]。仿真分析結(jié)果表明，拖纜裝置中各關(guān)節(jié)變量及時(shí)間的關(guān)系與實(shí)際運(yùn)行中相符合，同時(shí)搖臂的運(yùn)動(dòng)軌跡亦能滿足拖纜裝置高度調(diào)整的要求，驗(yàn)證了優(yōu)化后拖纜裝置結(jié)構(gòu)的合理性。
5結(jié)論
文章在分析現(xiàn)有拖纜裝置缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)拖纜裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在介紹拖纜裝置中伸縮臂和轉(zhuǎn)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用仿真軟件對(duì)極限工況下伸縮臂的受力狀態(tài)進(jìn)行有限元分析，其計(jì)算結(jié)果表明其滿足使用要求且具有較大的安全裕量。同時(shí)采用MATLABRobotics建立拖纜裝置的運(yùn)動(dòng)仿真模型，得到拖纜裝置中各關(guān)節(jié)變量與時(shí)間的關(guān)系曲線圖，以及搖臂的運(yùn)動(dòng)軌跡，驗(yàn)證了優(yōu)化后拖纜裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。
參考文獻(xiàn)
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[2]王華平，秦書(shū)明.采煤機(jī)托纜裝置的改進(jìn)與應(yīng)用[J].山西煤炭，2014，34(6)：54-55.
[3]左富勇，胡小平，謝珂.基于MATLABRobotics工具箱的SCARA機(jī)器人軌跡規(guī)劃與仿真[J].機(jī)械工程師，2012，27(2)：41-44.
相關(guān)論文投稿刊物：《山西煤炭》的特點(diǎn)之一是具有一定的創(chuàng)新性，能夠及時(shí)地將新技術(shù)介紹給煤礦基層，從而提高了煤礦的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益，其二是它的實(shí)用性，刊物中刊登的很多實(shí)用技術(shù)都已經(jīng)得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，在現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，第三是她的政策指導(dǎo)性，好能將黨的方針、政策及行業(yè)的工作重點(diǎn)及時(shí)地宣傳到煤礦企業(yè)，具有一定的指導(dǎo)意義，第四是好的行業(yè)特色性，至在“煤炭”二字，具有鮮明的行業(yè)特點(diǎn)。
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