随着自动化和机械化程度的不断提高，机械设备的稳定性越来越受到关注。尤其作为重型设备的采掘机械，由于其工作环境恶劣，工况复杂，所以诸多因素会对设备的稳定性带来影响。当前，掘进机不断向重型化、大功率方向发展，合理的设计对提升掘进机性能尤为重要。

豆曙杰[1]比较了横轴式和纵轴式掘进机的稳定性。对于横轴式掘进机，切削力主要作用于垂直截割头的方向，因此，横轴式掘进机在垂直方向上更容易受到影响。相反，纵轴式掘进机在水平方向上的稳定性更容易受到影响。相同的截割能力下，基于稳定性考虑的话，横轴式掘进机可以承受更大的截割力[2]。但很少有人对各种工作状态及截割模式下的掘进机稳定性进行研究，本文将建立不同状态下的稳定性方程，在此基础上对影响稳定性的设计参数进行分析。

1 悬臂式掘进机工作模式

掘进机在截割煤岩的过程中受到截割阻力(Z)、牵引阻力(Y)和侧向力(X)的作用，在工作的时候掘进机的瞬时负载方向是随时变化的[3]，因此将三向力投影到固定的坐标系的X、Y、Z。建立三向力和三向力矩在各种截割模式下的状态方程。对掘进机工作状态中各种截割模式下建立的横轴式和纵轴式的状态方程进行分析。改变截割模式会改变掘进机的稳定性，因为悬臂所受力的方向在不同的截割模式下而不同。

纵轴式掘进机在截割过程中，掘进机开始掘进巷道面，截割头先要钻进工作面一定深度，然后横向摆动截割，形成水平和垂直的弧面，当达到巷道边界后，沿垂直方向截割一定高度，再水平摆动截割，如此循环往复，直到完成对全工作面的截割 [4]。如果刀头逆时针方向旋转，悬臂朝右切割(底切模式)；如果截割头在截割面下截割，这种模式称为顶切模式；如果截割方向向下，这种模式成为向下切割模式；如果方向是向上的，这种模式称为向上切割模式。这四种模式如图1 所示。

对于横轴式悬臂掘进机，刀头横向或纵向移动向工作面掘进，然后向工作面进刀[5]。所以掘进机的切割模式可以分为弧切、下切和上切模式。

  

图1 纵轴式掘进机的截割模式

2 掘进机的设计参数与稳定性方程

2.1 掘进机的整机设计参数

土地是绿色矿业发展的的空间保障，在政策落地实施时，应遵循以绿色发展为核心，在完善全领域信用体系的同时，注重在绿色矿业发展示范区内创新矿业用地政策。

在掘进机截割过程中，其受力模型如图2所示。其中SR代表回转力，VR代表垂直力，AR代表轴向力[7]。

影响掘进机稳定性的设计参数[6]主要有：机身重量(W)，机身宽度(e)，每个轨道的宽度(p)，悬臂的长度(u)，悬臂轴端到机身重心的距离(m)，后支撑腿和掘进机重心的中心之间的距离(a)，悬臂水平位置时和地面的高度(f)，悬臂水平和垂直旋转点之间的距离(s)，支撑高度(h)，悬臂的最大水平角度(α1)，悬臂的最大向上垂直角度(α2)，悬臂的最大向下垂直角度(α3)，地面和掘进机之间的摩擦系数(μ)，巷道的梯度(β)。

2.2 掘进机的稳定性方程

建立纵轴式悬臂掘进机在顶切模式下四种状态下的稳定方程，见式(1)～式(4)。建立横轴式掘进机在弧切模式下四种状态的稳定方程，见式(5)～式(8)。

一是设置间接费用，大幅度提高项目参与单位、特别是项目承担单位在项目预算中可自由支配的额度和开支范围。以一个预算经费为500万元的项目为例，政策调整前，所有项目单位只能提取28万元用于对使用本单位现有仪器设备及房屋，日常水、电、气、暖消耗，以及其他有关管理费用的补助支出，且受到各个项目单位承担项目经费额度的限制；调整后，同样一个500万元的项目，项目单位可以提取100万元用于管理费和绩效支出，且项目承担单位对间接费用的使用具有分配权。《通知》还明确规定，绩效支出由所在单位按国家有关规定统筹安排，甚至可以用于与项目关联性不大的科研支出，具有奖励性质。

这些稳定性方程的建立原理是悬臂式掘进机的最大轴承力矩(力)和悬臂式掘进机的瞬时力矩(力)的差值[8]。如果方程的值小于零，那么掘进机将处于不稳定状态。如果值大于0时，悬臂式掘进机具有较高的稳定性。

 

  

图2 整机受力模型

2) 转向状态下的稳定方程：

D= (W·μ·cosβ)-(-VR·sinα2+AR·cosα1·cosα2-SR·sinα1)

A=(W·p·μ·cosβ)-((SR·cosα1+AR·cosα2·sinα1)·(u·cosα2·cosα1+s·cosα1+m)+(VR·sinα2-AR·cosα2·cosα1+SR·sinα1)·(u·cosα2·sinα1+s·sinα1))

(1)

2) 转向状态下的稳定方程：

B=(W·e/2·cosβ)-((SR·cosα1+AR·cosα2·sinα1)·(u·cosα1·sinα2+f)+(-VR·cosα2-AR·cosα1·sinα2)·(u·cosα2·sinα1+s·sinα1+e/2))

(2)

3) 掉头状态下的稳定方程：

D= (W·μ·cosβ)-(VR·sinα2+AR·cosα1·cosα2-SR·sinα1)

B=

(3)

4) 履带打滑状态下的稳定方程：

1) 横摆截割状态下的稳定方程：

(4)

2.2.2 横轴式掘进机在弧切模式下的稳定方程

1) 横摆截割状态下的稳定方程：

早期为刺激症状,后期可因关节突增生、肥大,骨赘形成直接压迫引起。以C3和C6脊神经受压最为多见,已成为高位神经根型颈椎病患者的临床表现。

A=(W·p·μ·cosβ)-((SR·cosα1+AR·cosα2·sinα1)·(u·cosα2·cosα1+s·cosα1+m)+(-VR·sinα2-AR·cosα2·cosα1+SR·sinα1)·(u·cosα2·sinα1+s·sinα1))

针对解决出口气体过热问题的几种方法和各种控制流程的优缺点，对于小功率压缩机，由于其启动时间要求较短，热气循环工艺流程是较合理的选择。对于大功率压缩机的启动工况，由于启动时间较长，需要较长时间密闭循环气体以使压缩机达到额定转速，为避免在循环过程中由于出口气体过热而引起压缩机喘振，进而造成停车，冷气循环系统是较合理的选择。

(5)

2.2.1 纵轴式掘进机在顶切模式下的稳定方程

不仅如此，学生的财富观与部分自我价值感之间也存在着正向关系，即认为财务观重要的学生，自我价值感越强，自我道德价值感越低。同时，随着学生年纪的不断升高，对于财富观的态度也不仅局限于拜金主义，深刻表明了学生价值观的变化。

本刊设有主题论文（字数：8 000—12 000）、研究综述（字数：8 000—12 000）、前沿报告（字数：3 000—5 000）、观点与争鸣（观点类字数：2 000左右；商榷类字数：4 000—6 000）、书评（字数：2 000—3 000）等栏目（具体栏目内容请见本刊网站）。

待在家里的那几天，父亲的脸笑成了一朵花，我却犯了愁：一是连着几日，我都没有找到合适的养老院；二是我不知道该怎样跟父亲提这件事。

(6)

3) 掉头状态下的稳定方程：

在对零件进行加工工艺设计时，工人会根据零件的加工要求和特点选择合适的工序和加工定位起点，确定好加工定位起点后，并保证各个自由度在可控制范围之内，并把尺寸标注在工序简图上。任何夹具设计，其首要任务是选择和设计相对应的定位元件来满足加工零件的定位精度。为了便于分析说明，该出引入“定位基准”的概念。当工件以旋转的面(如圆和孔等)定位时，称它的旋转轴线为定位基准线，而旋转面本身则称为定位基准面。工件在夹具上进行定位时，定位基准与定位元件必须要与定位作用的表面接触，才能保证其定位精度完成加工。

C=(W·a·cosβ-W·h·sinβ)-((AR·cosα1·cosα2-VR·sinα2-SR·sinα1)·(u·cosα1·sinα2+f)+(VR·cosα2-AR·cosα1·sinα2)·(u·cosα1·cosα2+s·cosα1+m+a))

(7)

4) 履带打滑状态下的稳定方程：

C=(W·a·cosβ-W·h·sinβ)-((AR·cosα1·cosα2-VR·sinα2-SR·sinα1)·(u·cosα1·sinα2+f)+(-VR·cosα2-AR·cosα1·sinα2)·(u·cosα1·cosα2+s·cosα1+m+a))

(8)

3 掘进机设计参数对稳定性的影响分析

通过对建立的稳定性模型进行分析，可以得出：

掘进机的整机重量的增加会增加力矩值，同时提高整机的稳定性，反之亦然。机器重量和力矩值是呈线性关系的。

节水增粮行动项目规模化建设高效节水灌溉工程，覆盖范围广、资金投入大，涉及农民切身利益，能否长期运行发挥效益关系经济发展和社会稳定，因此项目建设过程必须要严格管控、建管并重，尤其是项目后期运行维护要严抓不怠。项目实施过程要加强督查指导，完善管理措施，确保工程质量；建成运行后要进一步完善工程运行管护机制，落实运行维护经费来源，配备专职人员对地下水水井、输水管线、微灌设施和电气化设备进行定期保养、维护和更新，保障节水增粮行动工程建设规范、使用便捷、管护得当、长期受益。

悬臂长度的在横摆截割和转向截割状态下，悬臂长度的增大会使机器稳定性降低。在履带打滑状态下对掘进机的稳定性无明显影响。

掘进机的宽度参数只对转向状态的稳定性产生影响。对于所有的截割模式，当掘进机的宽度增加了后，力矩值也随之增加，这将使得转向状态的稳定性也随着增加。

履带板宽度增加将提高横摆截割过程的稳定性。后支撑腿和掘进机重心的中心之间的距离的增加可提升掉头状态下的机器稳定性。

两次课堂实践验证了运用几何直观方法类比沟通解答同类问题的可行性和有效性。在平常的教学中如果能够善用几何直观方法，建立与同类问题的联系，相信会带来更多的惊喜。比如在低段教学中我们经常遇到的里程问题、水电表问题、经过时间问题、看书页数问题等，其实都属于累计计数问题。教师同样可以引导学生运用数轴图几何直观的方法建立联系，提升学生解决同类问题的能力。

悬臂轴端到机身重心的距离对横摆截割过程稳定性产生影响。尤其在顶切和底切模式影响较为明显，会随着距离的增大而稳定性减弱。

悬臂水平和垂直旋转点之间的距离的增加会降低所有截割状态下的整机稳定性。

悬臂水平位置时和地面的高度的增加将减弱转向和掉头状态下所有截割模式下的整机稳定性。

4 结 语

针对横轴及纵轴掘进机在四种工作状态下四种截割模式的稳定性分析，并建立了稳定性方程。通过分析，可以得到整机关键的一些设计参数对掘进机稳定性的影响，这将对于整机优化设计以提高在各种工作状态及截割模式下的工作效率提供一定的指导和参考。

参考文献:

[1] 豆曙杰.悬臂式掘进机研究现状与发展趋势[J].工程技术：引文版,2016(5):236-237.

[2] 刘 雪.纵轴式掘进机工作稳定性的研究[D].阜新：辽宁工程技术大学,2007.

[3] 穆松柏,高顺武, 齐占波.掘进机稳定性分析计算[J].煤矿机械,2013,34(8)：36-37.

[4] 王学成.EBH315掘进机的静态稳定性分析[J].煤矿机械,2011,32(12):102-103.

[5] 王佩勋.悬臂式掘进机横向截割时稳定性研究[J].煤矿机械,2009,30(5):64-66.

[6] 李北平.EBH-132型悬臂式掘进机振动截割机构动力学分析研究[D].西安：西安科技大学,2008.

[7] 黄彬兵.掘进机截割头动力学分析与优化技术研究[D].青岛：山东科技大学,2015.

[8] 孙 勇.悬臂式掘进机转向方式的研究[D].太原：太原理工大学,2012.