本文摘要：摘要：拖纜裝置廣泛應(yīng)用于采煤工作面，用于保護和拖動供電電纜及外部高壓水管。從目前的使用情況來看，拖纜裝置仍存在保護失效、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
摘要：拖纜裝置廣泛應(yīng)用于采煤工作面，用于保護和拖動供電電纜及外部高壓水管。從目前的使用情況來看，拖纜裝置仍存在保護失效、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，對現(xiàn)有的拖纜裝置結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并通過運動學仿真分析驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。優(yōu)化后的拖纜裝置避免了電纜夾板偏移現(xiàn)象、保護失效等問題，降低了采煤機的故障率，保證了采煤工作面的安全生產(chǎn)進程。
關(guān)鍵詞：拖纜裝置,結(jié)構(gòu)優(yōu)化,轉(zhuǎn)動臂
引言
采煤機是煤炭開采的關(guān)鍵設(shè)備，在綜采工作面擔負著割煤及裝煤的重任，電纜作為傳輸動力的關(guān)鍵媒介，其可靠性對采煤機的正常生產(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;而當采煤機處在反復調(diào)向過程中，由于電纜夾的移動與采煤機不同步，易造成電纜夾憋卡從而引起水管、電纜破裂等問題[1]。
現(xiàn)有綜采工作面設(shè)置拖攬裝置對主電纜及外接高壓水管進行防護，但在應(yīng)用過程中仍然存在電纜夾板偏移、保護失效、電纜夾板故障等缺陷[2]。為了滿足煤礦智能化開采、減少設(shè)備故障率等要求，對采煤機拖纜的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，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
針對現(xiàn)有拖纜裝置的缺點，本文拖纜裝置的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。該拖纜裝置和電纜槽協(xié)同配合，保證采煤機在不同工作位置時，割煤及裝煤順利進行。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同步協(xié)調(diào)運行的前提下，對主電纜和高壓水管進行防護;采煤機和拖纜裝置之間的拖纜高度依據(jù)實際工況進行調(diào)整。以M為圓心，在最低位置B與最高位置A之間進行高度調(diào)整。
2拖纜裝置伸縮臂的設(shè)計
拖纜裝置結(jié)構(gòu)中伸縮臂作為調(diào)節(jié)其橫向移動的主要部件，在電纜及水管的拖拽過程中要確保調(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軌和拖纜架，軌道固連在采煤機牽引部，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，易于維護。拖纜裝置中導軌是主要承載部件，其強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其強度進行校核。在最大受力工況下，導軌和拖纜架的最大應(yīng)力為75.3MPa，小于屈服強度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)動臂的設(shè)計
通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動臂的高度可實現(xiàn)拖纜高度的調(diào)整。轉(zhuǎn)動臂主要由液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動器、搖臂以及拖纜輪等部件組成。液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動器采用單蝸桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動方式，具有減速、驅(qū)動及回轉(zhuǎn)功能，其結(jié)構(gòu)簡單、易于維護;搖臂與拖纜輪的轉(zhuǎn)軸連接，搖臂的擺動角范圍在15°～75°之間，在實現(xiàn)拖纜高度調(diào)整的同時，亦具有抬起電纜及水管彎曲嚴重部分的作用，起到防護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拖纜裝置運動學分析
優(yōu)化后的拖纜裝置方案，解決了電纜和水管的保護和拖動問題。但在實際應(yīng)用過程中，電纜在采煤機工作時仍會存在被電纜夾板卡死的現(xiàn)象，導致電纜夾板局部應(yīng)力過大，因此應(yīng)力超過材料的屈服極限，電纜夾板就會斷裂。為了降低因電纜夾板斷裂而導致電纜及水管受到損害的機率，對拖纜裝置進行運動學分析就顯得尤為必要。
在采煤機工作過程中，拖纜裝置相對于自身坐標系的位置和運動由伸縮臂及旋轉(zhuǎn)臂實現(xiàn)。而當采煤機在牽引刮板輸送機時，拖纜裝置相對于工作面空間坐標系的位置也是動態(tài)變化的，其運動參數(shù)取決于采煤機的牽引運動方式。基于提升計算精度的考慮，依據(jù)優(yōu)化后的連接方式在MATLABRobotics確定坐標系，即刮板輸送機和采煤機之間的連接為移動關(guān)節(jié)，拖纜架與液壓缸和導軌之間的連接同樣為移動關(guān)節(jié)，而拖纜架與搖臂之間的連接則為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，還需要在拖纜架及導軌的連接中增設(shè)一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)[3]。仿真分析結(jié)果表明，拖纜裝置中各關(guān)節(jié)變量及時間的關(guān)系與實際運行中相符合，同時搖臂的運動軌跡亦能滿足拖纜裝置高度調(diào)整的要求，驗證了優(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)有拖纜裝置缺點的基礎(chǔ)上，對拖纜裝置的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。在介紹拖纜裝置中伸縮臂和轉(zhuǎn)動臂的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用仿真軟件對極限工況下伸縮臂的受力狀態(tài)進行有限元分析，其計算結(jié)果表明其滿足使用要求且具有較大的安全裕量。同時采用MATLABRobotics建立拖纜裝置的運動仿真模型，得到拖纜裝置中各關(guān)節(jié)變量與時間的關(guān)系曲線圖，以及搖臂的運動軌跡，驗證了優(yōu)化后拖纜裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。
參考文獻
[1]王寶廷.大采高綜采工作面采煤機配套選型與參數(shù)計算[J].山西煤炭，2014，34(5)：46-48.
[2]王華平，秦書明.采煤機托纜裝置的改進與應(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機器人軌跡規(guī)劃與仿真[J].機械工程師，2012，27(2)：41-44.
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