CLG300型露天采矿机稳定性问题

图1

其中　h—采矿机重心G离地面高度(m)
　　　X₁—采矿机重心G与履带后轮轴心线距离(m)
　　　X₂—采矿机重心G与履带前轮轴心线距离(m)
　　　X₃—采矿机重心G与履带板边缘的距离(m)
在采矿机发生倾翻之前，若履带板与地面附着力不足，则可能导致机器下滑。履带板与地面的附着力为μG^.cosα，机器下滑力为与地面平行的重力分力为G^.sinα。当此二力平衡时，则确定了下滑的临界α ，即 μG^.cosα=G^.sinα

得　tgα=μ

(4)

　　G—采矿机重力N
　　为保证采矿机在坡道上停留及行走时的稳定性，由式(1)、(2)、(3)、(4)计算的极限倾翻角和下滑临界角均应大于机器设计的适应坡度。
1.2　采矿机截割时静态稳定性计算
　　采矿机截割机构在截割、剥离时的受力状态如图2所示。

图2

　　当采矿机截割机构向上截割时，极限倾翻力矩为P₁^.S₁，稳定条件则为
　　G^.S₂＞P₁^.S₁

(5)

　　同理，向下截割时的稳定条件为
　　G^.S₃＞P₁^.S₄

(6)

式中　P₁—垂直工作阻力(N)，其大小与截割机构截割力相同，方向相反
　　　S₁—履带前轮轴至截割机构载荷中心最大距离(m)，(当截割机构水平放置时)
　　　S₂—履带前轮轴至采矿机重心距离(m)
　　　S₃—履带后轮轴至采矿机重心距离(m)
　　　S₄—履带后轮轴至截割机构载荷中心最大距离(m)，(当截割机构水平放置时)
　　比较式(5)与(6)可知：截割机构向下截割时极限倾翻力矩之力臂S₄较向上截割时长，即：S₄＞S₁。为了使该两种工况的稳定性程度接近，在整机布置时应使机器重心G居于履带中心稍偏前，即S₃＞S₂。但为了兼顾正常工作时部分履带不出现零比压，应使偏前之值小于六分之一轮轴中心距，即(S₃-S₂)＜(S₃+S₂)/6。(CLG300型采矿机的重心满足这一条件)。

2　采矿机截割时动态稳定性
　　采矿机在一定坡度上行走及截割过程中的稳定性，本质上是动态稳定性问题，但因其条件变化及受力状态较复杂，一般在静态稳定性计算的基础上，再考虑适当的安全系数较为适用。
　　由前式(1)、(2)、(3)计算而得的结果，当考虑安全系数后即得动态稳定条件：

　α_δ≥K_δ［α］

(7)

　　同理由前式(5)、(6)计算而得的稳定条件为

式中　α_δ—按动态稳定性计算的极限倾翻角
　　 ［α］—机器设计的适应坡度
　　　K_δ—考虑静、动载荷同时作用的安全系数
　　安全系数值的选取，与机器传动装置参数载荷性质等因素有关。参考有关资料，一般可取：1.5≤K_δ≤2.2，在设计新机器时可取K_δ=2。

3　截割机构过载及机器振动时安全系数K_δ的估计
　　在选择截割电机容量时，由于有一定的试验及理论计算依据，因而实测过载系数一般不超过电机的过载能力。使用中虽存在瞬时功率峰值超过过载系数的现象，但因时间很短，不会导致机器倾翻，这已被几种机型的实践所证实。因此，截割机构过载情况下，机器稳定性安全系数K_δ的上限取2.2是可靠的。
　　选其振动最严重时的参数，并将其近似地看作谐振，则加速度a由下式确定：

(8)

式中　A—振幅(m)
　　　f—频率(1/min)

表1　几种采掘机械截割实测功率值

表2　几种掘进机作业时实测振动参数

　　惯性力F等于机器质量M与加速度a的乘积，则有

(9)

　　将　a=0.429 g代入(9)式中得
　　F=0.429 G
　　由计算可知：引起机器振动的惯性力对机器造成倾翻的影响不大。尽管如此，由于强烈的振动对截齿以及电气、液压元件的寿命有较大影响，因此将减振列为增加机器稳定性范畴仍有现实意义^［1］。

4　增加稳定性措施
　　由前面计算知，设计者为了使采矿机有较好的稳定性，在总体布置时应考虑各部件，在静、动态下的平衡问题，使其重心居中且高度较低。此外，还需从截割参数、整机重量、机架及摇臂等主要构件刚性等方面控制其振动不至造成危害。但是，当受其它因素影响(如地质条件不好，煤层夹矸等)并经验算其稳定性不足时则应设计必要的增加稳定性的机构。
4.1　配重平衡
　　日本MRH-S50-13型掘进机后部有一较大的配重，保证了该机作业稳定性及操作的灵活性。但这并不是理想之法，且一般适用于轻型机械。
4.2　适当增加机架重量及刚性
　　该法有利于降低重心、减小振动增加稳定性，但不可过量，否则增加搬运、装卸难度。
4.3　设计辅助支撑
　　在机器上加设支撑油缸，当工作时将油缸伸出支撑于底板上，如苏联的ΠK-90、西德的EV-100型采掘机等设有这种装置。对增加稳定性有一定效果。但有以下缺点：操作麻烦，机器灵活受到限制，支撑易振松失去作用等。
　　此外，在国外一些采掘机器上采用了具有独特优点的液压拖板式支撑装置。如奥地利的AM-50型掘进机在履带后部设计有液压拖板，不但克服了油缸支撑装置的缺点，而且弥补了机器向后倾翻稳定性不足这一差异。

5　结语
　　综上所述，采矿机稳定性问题与整机布置平衡；接地面积、机高等外形尺寸；机架、摇臂、转载机等主要构件重量及刚度；截割机构型式、受力状态等多种因素有关。设计者要经过计算、综合平衡、采取措施，为设计出截割效率高、机重及外形尺寸适当、稳定性较好的露天采矿机而努力。

作者简介：赵荣(1968-)，男，工程师，内蒙古伊图里河人，1991年毕业于黑龙江矿业学院机械系，现从事采煤机研制工作。

作者单位:哈尔滨煤矿机械研究所 采煤室， 黑龙江 哈尔滨 150036

参考文献：
［1］ 陶驰东.采掘机械［M］.北京：煤炭工业出版社，1985.