截割头截齿安装定位的设计方法

在掘进机截割头设计中, 截齿排列是一项重点 内容, 它包括确定截割头的包络、截距、螺旋头数等 排列参数, 还必须准确 确定齿座有关 的安装参数。 安装定位设计问题是至关重要的。
1 安装参数
截齿及齿座的安装参数决定截齿的空间位置及 方向, 除齿尖位置参数外, 还包括决定截齿三维空间 姿态的角度参数 ( 倒角 、转角 和仰角 ) 以及与 截割头体配合有关的齿座安装角 !等。此外, 截割 头体的外廓尺寸也与截齿及齿座的安装参数密切相 关。这些参数关系到截齿排列, 直接影响截割头的 截割性能 [ 1] 。
B 正好落在 X 5OZ5 坐标面内, 如图 4所示 % % % 以 Z0 为轴将归一化坐标系反向旋转 % 角度;
角 &:
& = arccos(N ∃ M )
图 5 配合参数示意图
图 5中所示的 & 和 & 比 ∋包含了更明确的
信息, 前者是对倒角 而言、后者是对仰角而言的偏
差量 (正值表示 ∀ 过 #, 负值表 示 ∀ 欠 # )。这两个参
( 收稿日期: 2005- 04- 07; 责任编辑: 姚克 )
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煤矿 机电
2005年第 4期
图 1 假想平面
按照预先规定的参数把截齿及齿座安装到截割 头上去。齿尖位置由截齿排列参数决定, 空间方向 由倒角 、转角 和仰角 决定。
安装定位过程的具体步骤是: 1) 建立截割头主坐标系 X YZ, 齿尖位置用高度 h、半径 r 和 #角三个参数表示 (图 2a); 2) 建立 截齿定位归一 化坐标系 X 0 Y0Z0, 使齿 尖落在 X 0OZ 0 坐标面内; 3) 置入一假想平面 ∀1 (称为初始平面, 坐标系 用 X 1 Y1 Z1 表示 ), 使其坐标原点位于齿尖的设计位 置上, 并且让它的各个坐标轴与归一化坐标系的对 应坐标轴同向; 4) 根据倒角的要求, 将 ∀1 以 Y1 为轴 ∀ 倒 #一个 角, 形成平面 ∀2, 称为倒角平面, 坐标系用 X 2 Y2Z2 表示 (图 2b); 5) 根据转角的要求, 将 ∀2 以 X 2 为轴 ∀ 转 #一个 角, 形成平面 ∀3, 称为转角平面, 坐标系用 X 3 Y3Z3 表示 (图 2c); 6) 根据仰角的要求, 将 ∀3 以 Z3 为轴 ∀ 仰 #一个 角, 形成平面 ∀4, 称为仰角平面, 坐标系用 X 4 Y4Z4 表示 (图 2d)。 在安装定 位过程中齿尖一直保持在设计位置 上, 而经过 ∀ 倒 #、∀ 转 #和 ∀ 仰 #后, 现在截齿的空间 方向也符合设计的要求了。 ( 3) 检查打击角 截齿的打击角 ∃是实现最佳截割性能的关键参 数, 它是截齿齿尖的运动方向 V 与截齿方向矢量 F 之间的夹角 (图 3)。
2 设计方法
截齿及齿座安装定位设计的主要目标是: 使 截割头满足截齿排列设计的要求; 使各个截齿具 有实现最佳截割性能的空间姿态; ! 使各个齿座与 截割头体的配合可行并且合理。
截齿及齿座的安装定位设计是三维空间设计, 常规的设计方法很难适用, 需要借助空间几何等数 学方法来解决设计中的问题。
( 1) 假想平面 所谓假想平面, 就是将截齿和齿座对称剖分的 平面, 见图 1a。对截齿及齿座的平移、旋转等操作 都可用假想平面的相应行为来表述。 假想平面用 ∀n 表示, 上面设坐标系 X n YnZn, 坐 标原点在齿尖处; 同时让齿座底面与 X n 坐标轴相垂 直, 这样可使截齿和齿座定位参数的描述最为简化。 比如, 齿尖位置 A就是 ( 0, 0, 0)、齿座底面中心点 B 就是 ( - s, - t, 0)。图 1b中还表 示出截齿的方向 矢量 F 和齿座底面的法向矢量 N。这两个矢量的表 示为: N = i ( x、z 轴分量均为 0), F = sin!i + cos!j ( z 轴分量为 0), 其中, !表示齿座的安装角。截齿和 齿座被视为 ∀ 捆绑 #在假想平面内, 它们之间没有任 何相对运动。 ( 2) 安装定位过程
[ J] . 中州煤炭, 1997 ( 5) 作者简介: 徐小粤 ( 1958- ) , 女, 高级 工程 师。 1982 年毕业 于中国 矿业大学, 现在煤炭科学研究总院太原 分院掘进 机研究所 从事掘进 机设计和研究工作。
( 收稿日期: 2005- 04- 25; 责任编辑: 陶驰东 )
从上面的叙述中可以看出, 这一方法最显著的 特点是, 它的每个步骤都可以用准确、简明的数学方 法来进行描述。这不仅能使设计变得准确、直观, 而 且设计中所遇到繁琐的几何计算可以由计算机来自 动处理, 如果再配上人机对话图形界面等手段, 就会 变得更得心应手。
参考文献: [ 1] 徐小粤, 等. 用 CAD 判断悬臂式 掘进机切割头设 计的可行性
的分量。
判断配合状况是否满足要求, 如果不满足, 就需
要调节倒角 、转角 、齿座安装角 !等参数, 然后重
新进行设计, 直到满足为止。
当所有设计要求都得到满足之后, 就可以用确
定下来的排列及安装参数来设计和制造工装模具,
并采用以齿尖为定位参照基准, 严格按照截齿安装
角度要求的制造工艺来加工制造截割头, 以确保实
数可以通过下列计算得到:
&
=ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
N 5Z - M 5Z | N 5Z - M 5Z
|
arccos
(M |
∃ NXZ NXZ |
)
& = N 5Y - M 5Y arccos (M ∃ NX Z )
| N 5Y - M 5Y |
| NXZ |
式中: NXZ % N 在坐标面 X 5OZ 5 上的投影;
N 5Y、N 5Z、M 5Y和 M 5Z % N 、M 的在 Y5 和 Z5 轴上
直到满足为止。
( 4) 检查齿座与截割头体的配合
1) 确定截割头体尺寸
综合各个齿座底面中心点的位置, 确定截割头 体尺寸。应保证截割头体表面与任何一个齿座底面
之间不出现过盈配合, 存在适量的间隙是可以的。
2) 检查截割头体表面与齿座底面中心之间的
距离 d a. 建立齿座坐标系 X 5 Y5Z5, 使齿座底面中心点
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截割头截齿安装定位的设计方法
徐小粤
(煤炭科学研究总院 太原分院, 山西 太原 030006)
摘 要: 介绍一种截割头的设计方法, 它能够准确、有效地实现截齿及齿座安装定位设计。
关键词: 掘进机; 截割头; 截齿
中图分类号: TD 421. 5+ 2
文献标识码: B
图 2 截齿及齿座的安装定位 过程
图 3 截齿的打击角
通过这两个矢量的数量积运算就可以求得打击 角 ∃:
∃= arccos(F ∃ V )
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截割头横向牵引速度对 V 的影响一般较小, 可 以忽略不计。
图 3 所示的 ∃a 和 a 比 ∃包含了更 明确的信 息。 ∃a 是 F 与 Y1O 1 Z1 坐标面之间的夹角, 是真正 的打击角; F 与 X 1O 1 Y1 坐标面之间的夹角 a 是真 正的转角, 可以算得:
文章编号: 1001- 0874( 2005) 04- 0011- 03
A Design Method for Attaching B its O nto Cutting Head
XU X iao yue ( Ch ina Coa l Research Inst itute T a iyuan Branch, T aiyuan 030006, Ch ina) Ab stract: T he paper introduces a design m ethod of cutting head, w h ich can exact ly 、effective ly carry out the attaching design o f b its and b it ho lders. Keyw ords: roadhead ; cu tt ing head; b it
∃a =
arccos (FX Y ∃ Y1 ) | FX Y |
a=
FZ | FZ
arccos (F ∃ FX Y )
|
| FXY |
式中: FX Y % F 在坐标面 X 1O 1 Y1 上的投影;
FZ % F 在 Z 1 轴上的分量。
判断 ∃(或 ∃a 和 a )是否满足要求。如果不满
足, 就需要调节仰角 和转角 等, 重新进行设计,
度综合自动化系统做了准备。
参考文献: [ 1] 牟秋锋, 姜昌金. 基于 O PC 的 分布式 监控系 统的研 究与设 计
[ J] . 工业控制计算机, 2004( 9)
作者简介: 张广龙 ( 1981- ), 男, 在读 硕士 研究生。 2003年 毕业于 中国矿业大学电气工程与自动化专业, 现主要从 事配电网 自动化的 研究。
际产品与设计要求相符。
3 结语
图 4 齿座坐标系
b. 确定过 B 点的截割头体表面法向直线 M % M 是坐标面 X 5OZ5 中截割头体的母线 L 的垂线, 见 图 5;
c. 确定法向直线 M 与截割头体表面的交点 P; d. 计算 P点与齿座底面中心 B 点之间的距离。 3) 检查截割头体表面 ( 切平面 ) 与齿座底平面 的不平行角 & 计算齿座底面与截割头体表面 ( 切平面 ) 的夹