全断面掘进机推进液压缸推压力的确定

简介：通常认为，掘进机推进液压缸的推进力是由作用于盘形滚刀各刀刃上的径向平均载荷之和以及机器与主机轴线成一倾角，实际掘岩与理论计算有差距，所以按两部分计算的结果与实测值相差较大，计算液压缸推压力与直接测量值平均相差18%。考虑实际作业因素，能使计算结果与实测值相当接近。

   全断面掘进机工作时的运动主要由推进液压缸推动机身的前进运动和旋转电机带动刀盘的转动组成。掘进机推进液压缸的推进力是确定掘进机推进液压缸缸数和液压缸大小的主要设计参数，也是确定掘进机工作中推进力大小的依据。本文对常用的液压缸压力公式作了修正。

   关键词：全断面掘进机 推进力 缸压力

   通常认为，掘进机推进液压缸的推进力是由作用于盘形滚刀各刀刃上的径向平均载荷之和以及机器与主机轴线成一倾角，实际掘岩与理论计算有差距，所以按两部分计算的结果与实测值相差较大，计算液压缸推压力与直接测量值平均相差18%。考虑实际作业因素，能使计算结果与实测值相当接近。

  1 液压缸推压力计算

  作用于总数为M把盘形滚刀上的平均径向载荷之和及机器与壁面间摩擦阻力的总和为：

                    F=uN0+*Pyn=F0+*Pyn

式中 F0——机器掌子面与工作面脱空、滚刀不工作时的空推阻力，F0=uN包括活动机架对固定机架的滑动摩擦

    N0——机器与壁面间的垂直支撑力

    u——机器与壁面间的相对滑动系数

    M——刀盘上实际安装刀刃数

    Pyn——第n个刀刃上作用的平均径向力 对于刀刃上受到的与实际测得值相当吻合的平均径向力Py为：

                     Py=0.8952*c+2.2888*ch

   其中，平均径向力Py为垂直滚刀刀轴的实测分力. *—岩石抗压强度，kN/cm2   h—每转掘进进尺，mm/r

   假定各刀刃受到的平均径向力相等，则推进液压缸推压力为：

                            F计=F0+*PM=F0+MPy=F0+M(0.8952*+2.2888h）

   将实测结果与计算结果比较如图1，图中曲线1为计算值，点为实测值。从图1可见按上式计算得到的推压力F计大于实测推压力F实。

   第一，由于过度边刀与掘进机轴线之间有一定的倾角，即实际上液压缸推压力应为：

 F1=F0+(M1+cosa1+cosa2+……+cosaM2)Py=F0+(M1+*M2)Py

   其差值：*F=F计-F1=M2(1-*)Py

   式中 a1——边刀中心线与掘进机轴线间的夹角

       M1——正刀刀刃数

       M2——边刀刀刃数

       M——实际安装的总刀刃数，M=M1+M2

       *——由于过渡边刀倾斜于机器轴线而引起的折减系数。

   第二，由于掌子面粗糙不平，掘进过程中并不是刀盘上每把刀刃都同时接触掌子面。实际工作中岩石是一块一块崩掉的。在某一时刻只有部分刀刃参加工作，而实测时只能测量有限刀刃。图2是实测中某中心滚刀的实测径向力曲线。

   第三，由于刀刃与刀刃间相互影响，当一个刀刃经过工作面崩掉一块较大的岩石后相邻刀刃经过时就不与掌子面接触，从而减少了实际接触掌子面的刀刃数。图3是实测的掌子面切痕及剥落岩块。可见有刀刃架空和双倍刀具间隔的岩块.

3 液压缸推理计算公式的修正

   设某时刻真正接触掌子面的折算刀刃数为m，则某液压缸的推压力为：

                 F2=F0+*Pyn=F0+mPy

                                       *F2=F1-F2={(M1+*M2)-m]Py

                                       *F=*F1+*F2=(M-m)Py=*mPy

                                      即*

   真正接触掌子面的刀刃数为m=*M。其中，*为总折算系数（包括由*引起的折减）。

   （1）折算系数*<1。这表明，实际接触掌子面的刀刃数小于实际安装刀刃数，即：m<M。

   （2）从实际数据的平均值来看，折减系数*=0.82。即从平均值来看，实际接触掌子面的平均刀刃数为实际安装刀刃数的82%，即 m=0.82M（图4中虚线）。

   因此，确定液压缸推压力平均值的计算公式应为：

   计算结果与实测值的比较如图1虚线2，可见，理论值与实测结果相当一致。结果表明，液压缸推力主要用于以下三部分：（1）克服刀具与掌子面脱开时各部分摩擦产生的空推阻力F0。（2）刀具与掌子面接触进行工作时消耗在刀具轴承及刀具与掌子面接触过程中产生的各种摩擦。它与刀具数目及岩石强度成正比。这两部分是液压缸消耗的无用功率。（3）用于刀具掘岩时的有用功率，它与岩石强度、刀具数及掘进进尺有关。

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