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前言 1
1簡介 2
1.1 刨煤機簡介 2
1.2 截割部簡介與滑靴簡介 2
1.2.1截割部簡介： 2
1.2.2滑靴簡介： 2
1.3 國內外研究現(xiàn)狀 2
1.3.1國外研究情況 2
1.3.2國內研究狀況 3
1.4設計要求及數(shù)據(jù) 3
1.4.1設計題目 3
1.4.2刨煤機總體數(shù)據(jù) 3
1.4.3煤刨 4
1.4.4輸送機 4
1.5 本論文研究的內容 4
2 刨煤機的整體型式選擇 6
2.1基本型式選擇 6
2.1.1 裝機功率 6
2.1.2 煤層厚度 7
2.2驅動方式的選擇 7
2.2.1 驅動裝置的工作特性 7
2.2.2 驅動裝置的類型 8
2.3牽引方式和牽引機構 9
2.3.1 牽引方式 9
2.3.2 牽引鏈 9
2.3.3 緊鏈裝置 9
2.4導向裝置的選擇 10
2.5刨頭的控制方式 10
2.5.1 刨頭的高度控制 10
2.5.2 刨頭的截深控制 11
2.5.3刨頭的行程控制 12
2.6保護裝置的型式 13
3刨頭設計 14
3.1刨頭的基本結構 14
3.2原始數(shù)據(jù) 14
3.3部分參數(shù)計算 15
3.3.1刨頭安裝高度 15
3.3.2刨頭截深 15
3.4刨頭結構設計 15
3.4.1刨頭與輸送機間的聯(lián)結裝置 15
3.4.2刨體 15
3.4.3滑靴裝置 16
3.4.4刨鏈與刨頭間的聯(lián)結裝置一一牽引滑塊 16
3.4.5加高塊 16
3.4.6刨頭裝煤斜面和刨刀排列形狀 16
3.5刨刀受力計算 17
3.5.1刨頭的最低高度 17
3.5.2刨頭的最大高度 17
3.5.3刨刀間距t的確定 17
3.5.4刨刀平均刨削阻力 20
3.5.5單個銳利刨刀所受的煤壁平均擠壓力 23
3.5.6單個刨刀所受煤壁的平均側向力 24
4刨頭受力計算 25
4.1刨頭所受煤壁刨削阻力 25
4.2 刨頭所受煤壁擠壓力 25
4.3 刨頭所受煤壁側向力 26
4.4刨頭裝煤力 27
4.4.1 刨頭的裝煤機理 27
4.4.2裝載條件 27
4.4.3裝載力計算 28
4.5滑靴受力 32
結論 33
致謝 34
參考文獻 35
附錄A 36
附錄B 39
摘要
進入90年代以后，我國刨煤機采煤技術未能得以更廣泛的應用，原因是多方面的，有設備性能的問題，有薄煤層開采投入多產出少的的因素，也有對刨煤機采煤技術研究不夠的原因。目前國產刨煤機還只能刨削軟煤層及中硬度下煤層，而國外先進國家的刨煤機已能刨削硬煤層，甚至極硬煤層，極大地提高了刨煤機的適用范圍。德國在80年代初，快速刨煤機的比例已占刨煤機總數(shù)的50%，發(fā)展到現(xiàn)在，快速刨煤機以基本取代了慢速刨煤機。而在我國，刨煤機功率小，速度慢，仍是普遍存在的問題。
本文研究設計刨煤機的截割部及滑靴，考慮到生產成本和實用價值以及刨煤機工作環(huán)境的要求，我所設計的截割部，部件基本上都采用現(xiàn)有產品，便于直接選取成品。以往的滑靴都是和刨頭焊接在一起的，一旦滑靴被磨壞整個刨頭就不能用了。我設計的滑靴是可拆卸的。如果滑靴被磨壞，可將其拆卸下來換個新的，使整個刨頭能繼續(xù)工作。希望我的設計能為以后刨煤機的改進提供幫助。
關鍵詞:刨煤機;截割部;滑靴;
Abstract
At the beginning of the 1990s, China's plow mining technology had not been more widely used, there are many reasons, have equipment performance, the problem of thin seam mining output invest more small factors, have to plow mining technology research is not enough reason. Currently domestic Plows could only dig and cut soft coal seam under hardness, and the advanced foreign countries Plows have been able to dig hard seam cut, and even consisting of extremely hard seam, which has greatly enhanced the Plow scope of application. Germany in the early 1980s, rapid Plow the proportion accounted Plow 50% of the total development to the present, Quick Plow to replace the basic slow Plow. In China, Plow power small, slow, it is still common problem.
This paper studies the design of the plow and the Ministry of cutting Slipper. Taking into account the cost of production and the practical value and plow the working environment, I designed the cutting unit, basically all components of existing products, to facilitate direct selection of products. Slipper of the past are planing and the first welding together, and once the Slipper was planing mill bad the whole of the first can not be used. I Slipper design is removable. If Slipper be sharpened bad, it could be disassembled to adopt a new way, so that the whole plane can continue to work first. Hopefully, I can design for the future Plow improvements to help.
Key words: coal Plows;cutting department ;Slippery botts;
前言
刨煤機采煤技術始于1937年德國伊本比倫煤礦的煤刨實驗,1942年正式應用,后推廣到波蘭、蘇聯(lián)、西班牙、法國、奧地利等20多個國家。我國刨煤機采煤技術的研制和應用始于1965年徐州礦物局韓橋煤礦，經(jīng)過了試驗、定型和發(fā)展三個階段。80年代，在煤科院上海分院、張家口煤機廠和淮南煤機廠、徐州煤礦機械制造廠等單位的努力下，制造出各種型號的刨煤機200多臺，全國有20多個礦物局使用國產或進口刨煤機，積累了大量實踐經(jīng)驗，有的礦取得了較好的成果。進入90年代以后，我國刨煤機采煤技術未能得以更廣泛的應用，原因是多方面的，有設備性能的問題，有薄煤層開采投入多產出少的的因素，也有對刨煤機采煤技術研究不夠的原因。目前國產刨煤機還只能刨削軟煤層及中硬度下煤層，而國外先進國家的刨煤機已能刨削硬煤層，甚至極硬煤層，極大地提高了刨煤機的適用范圍。德國在80年代初，快速刨煤機的比例已占刨煤機總數(shù)的50%，發(fā)展到現(xiàn)在，快速刨煤機以基本取代了慢速刨煤機。而在我國，刨煤機功率小，速度慢，仍是普遍存在的問題。
本文研究設計刨煤機的截割部及滑靴，考慮到生產成本和實用價值以及刨煤機工作環(huán)境的要求，我所設計的截割部，部件基本上都采用現(xiàn)有產品，便于直接選取成品。以往的滑靴都是和刨頭焊接在一起的，一旦滑靴被磨壞整個刨頭就不能用了。我設計的滑靴是可拆卸的。如果滑靴被磨壞，可將其拆卸下來換個新的，使整個刨頭能繼續(xù)工作。希望我的設計能為以后刨煤機的改進提供幫助。
1簡介
1.1 刨煤機簡介
刨煤機，也稱刨煤機組。是一種井下工作面中集采煤、裝煤、運煤為一體，特別適合開采薄煤層和中厚煤層下限的采煤機械。它由刨煤、運煤、推進和電氣控制4部分組成。其輔助裝置有機頭錨固、通訊、信號、照明、防塵等裝置。刨煤機的工作原理是裝有刨刀的刨頭，在無極圓環(huán)鏈既刨牽引下，沿著安裝在采煤工作面可彎曲刮板輸送機的中部曹的導軌運行，刨刀刨削煤壁將煤刨落，刨落的煤在刨頭犁形斜面的作用下被裝入輸送機送出采煤工作面。
1.2 截割部簡介與滑靴簡介
1.2.1截割部簡介：
刨煤機截割部是刨煤機工作的執(zhí)行機構，由刨體和裝有各種刨刀的旋轉刀架組成。它通過拖板與刨鏈連接。
1.2.2滑靴簡介：
滑靴是防止刨頭與下滑架之間接觸,防止摩擦裝置。
1.3 國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1國外研究情況
刨煤機采煤技術始于1937年德國伊本比倫煤礦的煤刨實驗,1942年正式應用,后推廣到波蘭、蘇聯(lián)、西班牙、法國、奧地利等20多個國家。70～80年代，這些國家在刨煤機開發(fā)和應用方面取得了突飛猛進的發(fā)展。80年代，歐洲主要產煤國家使用刨煤機開采煤炭已占總產量的的50％以上；在聯(lián)邦德國薄煤層的開采中，使用刨煤機開采的煤炭約占采煤量的90％；波蘭每年使用刨煤機的工作面?zhèn)€數(shù)平均為65個；蘇聯(lián)每年使用刨煤機的工作面?zhèn)€數(shù)約為150個。刨煤機開采技術已經(jīng)推廣到非金屬沉淀礦床的開采。刨煤機的發(fā)展至今已有60多年的歷史，根據(jù)歷史發(fā)展和機構形式的不同，可分為脫鉤刨、滑行刨、脫鉤滑行刨。到目前為止，世界上使用最多的仍是滑行刨煤機，其產量占總產量的50%以上。目前國外刨煤機的發(fā)展趨勢是向大功率、快速度、高強度方向發(fā)展，功率已從2增加到，最大已達到，速度已由增大到，最高達，刨鏈直徑從發(fā)展到。這方面處于領先地位的是德國，該國以實現(xiàn)了刨煤機工作面的自動化和無人化。
隨著科學技術的不斷進步，各國都在將高新技術成果、計算機技術、傳感技術、自動監(jiān)測與在線控制等綜合應用到刨煤機產品中來。
1.3.2國內研究狀況
我國刨煤機采煤技術的研制和應用始于１９６５年徐州礦物局韓橋煤礦，經(jīng)過了試驗、定型和發(fā)展三個階段。８０年代，在煤科院上海分院、張家口煤機廠和淮南煤機廠、徐州煤礦機械制造廠等單位的努力下，制造出各種型號的刨煤機２００多臺，全國有２０多個礦物局使用國產或進口刨煤機，積累了大量實踐經(jīng)驗，有的礦取得了較好的成果。進入９０年代以后，我國刨煤機采煤技術未能得以更廣泛的應用，原因是多方面的，有設備性能的問題，有薄煤層開采投入多產出少的的因素，也有對刨煤機采煤技術研究不夠的原因?？偟膩碚f，我國刨煤機的研制工作開始于60年代，到70年代進入一個小高潮。主要機型為MBJ-1型和MBJ-2A型脫鉤刨，70年代末到80年代刨煤機時常一直處于低谷。80年代末到90年代中期又陸續(xù)研制了型脫鉤刨和型滑行刨，其最大功率僅為，速度為0.786m/s，仍然在低水平上徘徊，不能滿足煤礦用戶的要求。
目前國產刨煤機還只能刨削軟煤層及中硬度下煤層，而國外先進國家的刨煤機已能刨削硬煤層，甚至極硬煤層，極大地提高了刨煤機的適用范圍。德國在80年代初，快速刨煤機的比例已占刨煤機總數(shù)的50%，發(fā)展到現(xiàn)在，快速刨煤機以基本取代了慢速刨煤機。而在我國，刨煤機功率小，速度慢，仍是普遍存在的問題。
1.4設計要求及數(shù)據(jù)
1.4.1設計題目
刨煤機截割部設計及滑靴設計
1.4.2刨煤機總體數(shù)據(jù)
工作面設計/制造長度--------------------------------------------------------------180m
生產能力--------------------------------------------------------------------200t/h
裝機功率---------------------------------------------------------------2×160/100kW
適應煤層厚度---------------------------------------------------------------0.7～1.5m
適應煤層硬度-------------------------------------------------------------------f ≤2.5
適應煤層傾角----------------------------------------------------------------------≤25°
刨煤方式------------------------------------------------------------重疊方式（雙速）
支護配套方式-----------------------------------------------------------------------普采
卸載方式-----------------------------------------------------------------------------端卸
噴霧方式-----------------------------------------------------------------------手動控制
供電電壓---------------------------------------------------------------------------1140V
設備總重-------------------------------------------------------------------------約240t
1.4.3煤刨
刨頭形式---------------------------------------------------------------單刨頭、下鏈牽引
刨頭安裝高度--------------------------------------------------------------------設計定
刨速-------------------------------------------------------------------------1.5/0.75m/s
截深-------------------------------------------------------------------------設計定
刨鏈規(guī)格---------------------------------------------------------------30 mm *108mm-C
刨鏈破斷負荷---------------------------------------------------------------≥1130kN
30*108梯齒接鏈環(huán)破斷負荷--------------------------------------------≥1020 kN
刨頭外形尺寸（長*寬*高）----------------------------------------------設計定mm
1.4.4輸送機
輸送量----------------------------------------------------------------------------450t/h
裝機功率---------------------------------------------------------------------2*110kW
刮板鏈速-----------------------------------------------------------------------1.07m/s
刮板鏈型式------------------------------------------------------------------中心單鏈
刮板鏈規(guī)格--------------------------------------------------------26 mm *92mm-C
破斷負荷-------------------------------------------------------------------------833kN
中部槽型式---------------------------------------------------------------------------軋制
中部槽槽間偏轉角度-------------------------------------------------水平1°垂直6°
刮板間距-------------------------------------------------------------------------920mm
中部槽尺寸（長*寬*高）----------------------------------------1500*630*222mm
1.5 本論文研究的內容
對刨煤機的截割部及滑靴進行設計?？紤]到生產成本和實用價值以及刨煤機工作環(huán)境的要求，我所設計的截割部，部件基本上都采用現(xiàn)有產品，便于直接選取成品。以往的滑靴都是和刨頭焊接在一起的，一旦滑靴被磨壞整個刨頭就不能用了。我設計的滑靴是可拆卸的。如果滑靴被磨壞，可將其拆卸下來換個新的，使整個刨頭能繼續(xù)工作。
2 刨煤機的整體型式選擇
2.1基本型式選擇
根據(jù)刨刀對煤作用力的性質，刨煤機分為靜力刨煤機和動力刨煤機兩類。靜力刨煤機的結構簡單，與被采落的煤體保持經(jīng)常接觸，依靠錨鏈的牽引力落煤和裝煤。煤越硬，截深越大，需要的牽引力就越大，要求錨鏈的強度也就越高。動力刨煤機的刨頭本身帶有使刨刀產生沖擊或振動的驅動裝置，在落煤過程中通過動力作用破落煤體。這種刨煤機破碎硬煤能力強，但是刨頭結構復雜，能源輸送困難，所以發(fā)展緩慢，目前廣泛使用的是靜力刨煤機。
靜力刨煤機，根據(jù)煤刨結構不同分外拖板刨、拖鉤刨、滑行刨、拖鉤滑行刨和刮斗刨幾種。拖板刨是最早的刨煤機，鏈子開式，斷鏈易傷人，底板不平時鏈子容易出槽，事故多、回鏈能耗大，最大功率不超過50KW。刮斗刨出了刨煤外還能運煤，取消工面輸送機，它適于煤質松軟，頂?shù)装灞容^堅硬、底板平整的極薄煤層（一般不超過0.6m，國外有用于0.38m的煤層），工作面不能太長，生產率很低。拖鉤刨工作穩(wěn)定，但掌板摩擦功耗大（刨煤機落煤和裝煤的功率只占電動機的百分之二十到三十，其余大部分為克服摩擦阻力和其他阻力所消耗）。因此，刨削較硬的煤很難，若底板不堅固，掌板陷入底板，運行時會破碎底板所以，拖鉤刨適用于煤質較軟、不粘頂，底板較硬的煤層，這種刨煤機目前使用普遍?；信偃∠苏瓢?，刨煤主要靠工作面輸送機導向，沿導軌滑行，可保持截深不變，溜子不后退，便于使用液壓支架，刨頭不與底板摩擦，摩擦阻力小。但鏈子在煤壁側、薄煤層檢修困難、剛才用量多（是拖鉤刨的1.6倍）。拖鉤滑行刨綜合了拖鉤刨和滑行刨的優(yōu)點、鏈條放在采空區(qū)側，在整個工作面上鋪有底板，刨頭在底板上滑行，減小了摩擦力，刨頭通過時輸送機不會脫離工作向后退，無支護空間的寬度減小，可以用傾斜導軌裝煤和清理底板。
2.1.1 裝機功率
1）選擇依據(jù)依照表2—1
表2—1 刨煤機類型及主要參數(shù)
Tab.2-1 plows types and pard meters
型 式
裝 機 功 率（kw）
刨 鏈 直 徑（mm）
輕 型
標 準 型
重 型
超 重 型
2）根據(jù)裝機功率為2160/100kw的設計要求，本刨煤機屬于輕型。
2.1.2 煤層厚度
1）選擇依據(jù)依照表2—2
表2—2 適應的煤層厚度
Tab.2-1 adapt to seam thickness
煤層厚度
（m）
煤 層 截 割 阻 力
小
中
大
刨
刨
刨
1.4—1.7
刨
刨/滾筒
刨/滾筒
1.7—2.5
滾筒/刨
滾筒
滾筒
滾筒
滾筒
滾筒
2）根據(jù)煤層厚度為0.7～1.5m的設計要求，本刨煤機為采用煤刨的方式。
2.2驅動方式的選擇
2.2.1 驅動裝置的工作特性
刨煤機的每個行程中，其刨削深度是固定不變的。由于煤質的變化，刨頭所需的牽引力將有較大的波動，而且這種波動是隨機性的。
按普通刨煤機計算，當刨煤速度為0.5—0.8m/s時，對于100m長的工作面，只需要2—3分鐘即可刨一刀，所以刨煤機的驅動裝置，需要頻繁的換向運轉，頻繁的啟動和停止。為了充分發(fā)揮刨煤機的效能，啟動和反向運轉盡可能縮短，但這又會使驅動裝置的動載系數(shù)加大。
刨煤機的牽引鏈的彈性，對改善驅動裝置的工作條件是有利的。刨頭啟動時，可使載荷上升的比較平緩。而且當刨頭被卡住、引起電動機顛復時，慣性力將使牽引鏈產生很大的應力，甚至引起斷鏈事故。所以，電動機轉子的轉動慣量太大，并不能根本改善電動機的力矩特性和驅動裝置的工作條件，電動機經(jīng)常顛復，也會損失刨煤機的大量工作時間。
所以，在確定驅動方式時應努力改善驅動裝置的工作特性。
2.2.2 驅動裝置的類型
刨煤機的驅動方式有以下幾種：
1）滾刀——機械驅動
這是目前刨煤機最常用的驅動方式，它由電動機、液力聯(lián)軸器和齒輪減速器組成。這種驅動裝置結構簡單、過載能力大 ，對電氣控制無特殊要求。但是，這種驅動裝置的體積大，不易變速。另外，由于頻繁的正反換向啟動，電動機容易發(fā)熱。
2）機械變速運動
這種驅動裝置與前者基本相同，只是為了滿足變速的要求，增加了一個機械變速器。這樣，使驅動裝置的體積更加龐大，而且由于機械變速，高、低速間的輸出轉矩成比例交化，對牽引鏈等傳動部件提出了更高的要求。
3）液壓驅動
這種驅動裝置由電動機、油泵和油馬達等組成。電動機和泵站放在順槽內，工作面只有油馬達或者通過齒輪減速器與牽引鏈相連。由于取消了液壓聯(lián)軸器和變速器，電動機也不在工作面內，使輸送機頭部和尾部的驅動裝置所占的體積大大減小，和牽引鏈聯(lián)系的運動部件的轉動慣量也小的多。所以，刨煤機采用容積式液壓傳動有很多優(yōu)點，尤其是變量泵定量馬達系統(tǒng)，它比定量泵定量馬達系統(tǒng)效率更高，在相同功率下，油泵和油馬達的工作容積和油池的容積都較小，油馬達的輸出扭矩也比較穩(wěn)定。但這種變驅動裝置結構復雜、維修困難、多機驅動時實現(xiàn)同步比較難。
4）電動機驅動
采用變極電動機驅動能夠滿足變速要求，由于變極電動機有兩個轉速，因此不能使用液力聯(lián)軸器。因為液力聯(lián)軸器的輸出扭矩與電動機轉速的平方成正比，當電動機低速運轉時，傳動轉矩將急速下降。這樣，工作過程中產生的尖峰負荷將直接作用在傳動部件上，會加劇這些部件的損壞。另外，這種驅動方式需增加電氣啟動器，啟動時間長，啟動電流大，電動機易燒壞、所以尚未推廣使用。
與感應電動機相同，直流電動機的過載和調速性能比較好，效率較高，可提高生產率百分之二十到三十，但其轉子的轉動慣量大，反向時間長，操縱比較復雜。
2.3牽引方式和牽引機構
2.3.1 牽引方式
根據(jù)牽引鏈的位置，刨煤機的牽引方式有后牽引和前牽引兩種。
牽引鏈鋪設在靠采空區(qū)的一側，稱后牽引方式。鋪設在靠煤壁一側的稱為前牽引方式。兩種牽引方式各有利弊。后牽引方式的優(yōu)點是：安裝、檢修牽引鏈及導鏈架比較方便；牽引鏈不防礙煤刨裝煤；煤刨道較窄，運輸機可以靠近煤壁，有利于支護頂板，但牽引鏈與刨刀之間的距離比較大；煤刨運行時牽引鏈拉力和餓刨煤阻力構成很大力矩，使刨煤機在刨頭平面內有扭轉的趨勢；刨頭與輸送機溜槽和導向機構之間產生劇烈的摩擦和磨損。前牽引方式的優(yōu)點和缺點正好與后牽引方式相反。前牽引方式不及后牽引方式應用得廣泛。
2.3.2 牽引鏈
1）選擇依據(jù)
值得重視的一個問題是牽引鏈的變形伸長引起附加的沖擊重載荷的問題。在受力相同的條件下，大直徑的牽引鏈的變形比小直徑的小。所以，為了減小刨鏈的變形伸長引起的動應力，在加大刨煤機傳動率的同時，應增大牽引鏈直徑。例如，一個200m長的工作面，牽引鏈的牽引力若是157N，用牽引鏈，沒米伸長4.1mm，全工作面總伸長為820m，而用牽引鏈則每米僅伸長2.8mm，全工作面總伸長只有560mm。故安裝大功率時，采用大規(guī)格的牽引鏈。加大牽引鏈還有一個重要的目的既在刨速相同時，牽引鏈大，單產高。
牽引鏈的長度規(guī)格一般為25m，之間用接鏈環(huán)連接，目前較大規(guī)格的鏈環(huán)有、、牽引鏈的總長度應根據(jù)刨煤機工作面的長度確定。
2）根據(jù)本設計要求，刨鏈破斷載荷為，牽引力的規(guī)格選。
2.3.3 緊鏈裝置
為了保持牽引鏈具有合適的松緊程度，以及拆裝牽引鏈的需要，刨煤機應有緊鏈裝置。實際使用的緊鏈器有機械緊鏈器和液壓緊鏈器兩種。
在減速器的某一軸端固定有棘輪，在減速器機殼上裝有制動爪。制動爪依靠手把和導向桿進行操縱，它有兩個位置：實線表示非工作位置，制動爪不與棘輪嚙合；雙點劃線表示工作位置，制動爪與棘輪嚙合。當緊鏈器在工作位置時，將一股牽引鏈固定住，然后斷續(xù)開動電動機，逐漸將牽引鏈拉緊。當電動機斷電時，由于制動爪阻止棘輪反轉，可以保持牽引鏈處于拉緊狀態(tài)。牽引鏈拉緊后，即可將多余的牽引鏈拆掉，然后再將牽引鏈接上，接好牽引鏈后將制動爪打開。
液壓緊鏈器的工作原理。緊鏈器由油馬達和齒輪減速器組成。在減速器內裝有三個齒輪，齒輪由油馬達帶動，齒輪為離合齒輪，齒輪與傳動裝置的液力聯(lián)軸器的輸出軸和減速器的輸入軸相連。緊鏈時，首先切斷刨煤機電源，將一股牽引鏈固定住，然后合上緊鏈器的離合齒輪，操縱油馬達的換向閥，將液壓油引入油馬達，使油馬達轉動，進行緊鏈，直到牽引鏈中的張力達到預定值，緊鏈器的安全閥溢流為止。緊鏈結束后，操縱換向閥使油馬達斷油，打開離合齒輪，即可進行刨煤機的正常工作。
2.4導向裝置的選擇
滑行刨的導向裝置，在工作面輸送機靠煤壁側有滑行架，滑行架上有兩根導向管，刨頭就沿這兩根導向滑行。牽引鏈在滑行架內，工作邊（下鏈）和回空邊（上鏈）之間有導鏈塊導向。滑行架兼有刨頭導向和裝煤三個作用。為使刨頭穩(wěn)定，在刨頭上加一個框形支架（稱撐臂）。撐臂一端固定在刨頭上，另一端沿輸送機采空區(qū)側有導向管滑行。
這種導向裝置的優(yōu)點：刨頭運行時磨擦阻力小，可以充分利用功率來加大截深，提高刨速和刨削較硬的煤；能適應底板松軟和不平的煤層；刨頭容易控制，穩(wěn)定性好；；刨頭通過時輸送機不會被擠回，工作面易于保持成一直線；牽引鏈工作安全，便于拆裝檢修。
2.5刨頭的控制方式
2.5.1 刨頭的高度控制
刨頭的高度控制是指刨頭在運行中對上飄和啃底現(xiàn)象的控制，目前常用的有以下幾種方法。
1）改變推溜千斤頂推力作用點
在刨頭上飄時，把推溜千斤頂作用點的位置適當提高，使刨頭盡量壓向底板。反之，
當刨頭啃底時，把千斤頂作用點的位置適當降低使刨頭盡量抬起來。生產實踐表明，這種方法并不十分有效，但與其它方法配合使用可達到預期效果。
2）改變底刀的位置
這是最常用的控制刨頭高度的方法。初期采用的是根據(jù)不同情況更換不同刀的方法，這樣在生產中不僅需要足夠數(shù)量的不同刀位的底刀，而且更換底刀也影響生產。因此又改用偏心軸調整底刀座來改變底刀刀位的方法，在偏心軸上有方形調節(jié)頭和方形偏心塊，底刀的旋轉刀座抵在偏心軸的方形偏心塊上。方形偏心塊有四個不同尺寸的偏心平面，通過搬動方形調節(jié)頭使偏軸轉動，就可以得到底刀的四種不同刀位。
這種結構的缺點是底刀座的回轉平面不與煤壁平行，在調節(jié)底刀刀位的同時，截深也隨之變化。目前，一種新的調整底刀刀位的方法是將底刀固定在一個扇形體上，扇形體可在與煤壁平行的平面上擺動，利用螺栓插入四個不同位置的孔內，即可達到調節(jié)底刀刀位的目的。這種調節(jié)方法由于底刀是在平行于煤壁的平面上擺動，所以截深不會變化。
3）在輸送機采空區(qū)一側設置調高千斤頂
這種方法主要用于滑行式刨煤機，由于滑行刨沒有掌板，穩(wěn)定性不如拖鉤刨，高度控制也比較困難。因此，為了防止刨頭的上飄和啃底，沿工作面輸送機采空區(qū)側每隔一定距離裝設一個調高千斤頂，利用調高千斤頂?shù)纳祵崿F(xiàn)刨頭高度的控制。正常工作時，調高千斤頂處于中間位置，調高千斤頂縮回時，刨頭將向上刨，調高千斤頂伸出時，刨頭將向下刨。
2.5.2 刨頭的截深控制
為了使刨頭具固定的截深，保持輸送機的推進量一定，使工作機保持平直，需要對刨煤機的截深進行控制，截深的控制又稱水平控制。
滑行刨的截深控制比較容易，利用推溜千斤頂將輸送機連同滑行架推向煤壁，滑行架的趾板緊貼煤壁，并靠推溜千斤的推力防止輸送機及滑行架后退。這樣就可以保持刨煤機有固定的截深。這種方法比拖鉤刨目前所采用的任何截深控制方法都簡單可靠。
由于拖鉤刨沒有滑行刨那樣的趾板頂住煤壁，而且要求溜槽與煤壁之間要留一定的通道讓刨頭通過，同時還要保持一定的截深，這就使拖鉤刨的截深控制比較困難。目前，拖鉤刨常用的截深控制方法是定壓控制和定距離。
1）定壓控制
這種方法在刨煤過程中使液壓系統(tǒng)對推溜千斤頂?shù)墓┯蛪毫κ冀K保持一定，信口開使輸送機和煤壁貼緊。當刨頭通過時，刨頭將輸送機擠向采空區(qū)一側，使煤壁和輸送機之間讓出一定距離。刨刀通過后，輸送機又自動被推向煤壁。這種方法的液壓推進系統(tǒng)。在推移輸送機時，推溜千斤頂活塞 兩側同時進入高壓油，實現(xiàn)差壓推進。刨 頭通過時，刨頭的橫向反力超過推溜千斤頂?shù)耐屏?，此時，推溜千斤頂活塞腔的一部分油液轉入活塞桿腔，使活塞桿腔適當縮回，以達到定壓控制的目的。這種方法在工作面煤質軟硬不均時往往在煤質軟處截深大，煤質硬處截深小，不能保證工作面全長內的截深一致。并且由于刨煤機和輸送機的橫向移動，增加了摩擦阻力。
2) 定距控制
定距控制是使整個推溜千斤頂?shù)耐七M距離相等，以保證截深恒定。刨煤時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U腔經(jīng)操縱閥與高壓管路相通，推溜千斤頂?shù)幕钊槐徊倏v閥和單向閥關閉。因此，當刨頭通過時，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U伸出長度保持不變，使截深固定。當需要推進時，首先將操縱閥移到左位，從油泵來得壓力油經(jīng)操縱閥、單向閥進入定量油缸的右側，此時定量油缸的左側與油池相通，因此油缸的活塞左移，使其右側沖入一定的油液。然后將操縱閥移到左位，壓力油經(jīng)操縱閥進入定量油缸的左側，推動活塞右移。同時壓力油打開控制閥，使油缸右腔的一定量油液全缸部經(jīng)控制閥和單向閥進入千斤頂，使千斤頂?shù)幕钊麠U伸出一定長度。這樣，通過油缸向推溜千斤頂供給一定量的油液，來達到推溜千斤頂?shù)染嗤七M的目的。當推溜千斤頂?shù)幕钊麠U已完全伸出需要收回時，支作操縱閥，使推溜千斤頂活塞桿腔進入壓力油，活塞腔與油池相通，活塞桿即縮回。
與定壓控制相比，定距控制有如下優(yōu)點：由于截深固定，刨削阻力比較均勻，斷鏈和斷保險銷的次數(shù)減少；工作面能保持平直，減少刨煤機和輸送機的運行阻力；輸送機的故障少，延長了使用壽命。
2.5.3刨頭的行程控制
控制刨頭行程的目的在于防止刨頭和機頭或機尾相碰撞。目前，刨頭的行程多用行程開關進行控制，當刨頭到達終端位置時，行程開關動作，停止驅動裝置的電動機，但使用效果不理想。最好的辦法是對刨頭終端進行限位控制，并能顯示刨頭在工作面中所處的位置。
德國的刨煤機刨頭行程指示器，有一個高位、一個低位、一個自由可選擇的同步點，有高位和低位的限位器，有為自動刨煤而設的自由高低位的反向點，還有可控制最多20個噴水裝置的噴霧單元。
原蘇聯(lián)的刨煤機刨頭行程有數(shù)碼管顯示和光標模擬顯示兩種形式，由安裝在減速箱上的行程傳感器提供脈沖信號，進行行程顯示。工作面的噴霧是根據(jù)刨頭的行程自動控制的，工作面每隔一定距離裝有電磁閥，每個電磁閥控制幾個噴嘴，當刨頭運行到工作面的某一位置，與行程顯示的數(shù)字一致時，數(shù)字顯示器發(fā)出控制信號，電磁閥打開，進行噴霧。刨頭自動停機有兩種方法，一是通過刨頭行程數(shù)碼顯示器控制停機，若司機在開機前需要刨頭在工作面的某一位置停機就將停機位置旋紐調到該位置，當數(shù)碼顯示器顯示的數(shù)字與事先給定的位置一致時，顯示器發(fā)出控制信號，刨頭停止。另一種是刨頭終端限位停機，利用永久磁鐵和干簧管的作用原理，將磁性發(fā)生器裝在刨頭上，接收器裝在機頭、機尾護鏈罩或滑板上，當刨頭運行至機頭、機尾經(jīng)過接收器時，在磁場作用下干簧管動作，控制刨頭停機。
波蘭刨煤機的刨頭自動停機也有上述兩種形式。刨頭行程顯示器、行程傳感器彩磁阻交化感應原理。傳感器裝在剪切盤上部，剪切盤開有矩齒，沿盤的切線方向有兩個感應頭，當刨頭運行時剪切盤旋轉，感應頭感應出脈沖信號，該信號一是供行程顯示，二是有兩個感應頭感應信號的先后來辨別刨頭的正反向運行，從而使記數(shù)器作加減記數(shù)。波蘭刨煤機的刨頭行程顯示器，一是采用電腦液晶顯示，另一種是具有刨行行程的數(shù)字顯示和模擬指示。
2.6保護裝置的型式
目前刨煤機的驅動裝置多采用電動機、液力聯(lián)軸器和齒輪減速器組成的液力—機械傳動裝置。對于這種驅動方式，電動機通過液力聯(lián)軸器能傳遞給牽引鏈的最大牽引力大于牽引鏈的疲勞強度極限，因此在驅動裝置和牽引鏈之間應設有保護裝置，以保護牽引鏈不被拉斷。
常用的兩種保護裝置的結構型式。在牽引鏈的鏈輪和減速器之間裝有剪切銷，當作用于牽引鏈上的負荷大于牽引鏈的疲勞強度極限時，剪切銷被切斷，此后雖然驅動裝置仍在工作，但鏈輪卻停止轉動，實現(xiàn)了保護牽引鏈的目的。
剪切銷是一種比較老式的過載保護裝置，目前正研究的新的保護裝置有三種：兩個半球形的離合器；里面有石棉墊；過載時能切斷電源的兩個半球形離合器；里面有冶金陶瓷的兩個半球形的離合器。第一種型式工作不可靠，壽命短；第二種效果較好，但加了石棉墊后尺寸較大，使用具有一定的局限性。冶金陶瓷的離合器是在前兩種型式的基礎上發(fā)展起來的。
3刨頭設計
刨頭是刨煤機的工作機構，擔負著落煤和裝煤的任務。刨頭主體結構直接決定著刨煤效果，它工作狀況的好壞對刨煤機運行具有決定性的影響。
刨頭的性能主要取決于它的結構是否合理，其次是使用時對其調節(jié)是否恰當。一個設計合理、高效、適應性強的刨頭應具有以下特點：
1）刨體可旋轉一定角度，非刨煤側能讓刀，以減少刨刀的磨損；
2）刨刀應該有加高塊，以適應煤層后度的變化。當刨頭高度超過一米時，應該有平衡架；
3）刨體應該有斜面，以提高刨煤中裝煤效果；
4）刨刀排列合理，更換刨刀方便；
5）拖板及刨體滑行部分應該堅苦耐磨；
6）能及時控制刨頭的走向，有較強的刨削能力；
7）裝煤阻力較小，能實現(xiàn)較低的比能耗；工作平穩(wěn)，負載均勻，穩(wěn)定性好。
3.1刨頭的基本結構
刨頭的基本結構為：刨體左右兩側布置兩個刨刀塊，頂部根據(jù)煤層厚度.丁有幾個刨刀塔。刀座與刨刀塊或刨刀塔聯(lián)接在一起，刨刀安裝在靠近煤壁的刀座一側。刨體高度不變，隨著煤層厚度的增加，可在刨體頂部增加刨刀塔。
3.2原始數(shù)據(jù)
刨頭形式---------------------------------------------------------------單刨頭、下鏈牽引
刨頭安裝高度------------------------------------------------------------------------設計定
刨速-------------------------------------------------------------------------------1.5/0.75m/s
截深------------------------------------------------------------------------------------設計定
刨鏈規(guī)格----------------------------------------------------------------30 mm *108mm-C
刨鏈破斷負荷--------------------------------------------------------------------≥1130kN
30*108梯齒接鏈環(huán)破斷負荷-------------------------------------------------≥1020 kN
刨頭外形尺寸（長*寬*高）-------------------------------------------------設計定mm
3.3部分參數(shù)計算
3.3.1刨頭安裝高度
刨頭高度與煤層厚度有著直接的關系。
煤層厚度均勻，可以固定刨頭的高度來刨煤；但在實際的生產中，煤層厚度一般在一定范圍內是變化的，遇到煤層厚度變化時，可以通過調整刨頭的刨刀加高塊來適應。
根據(jù)采煤技術式 （3—1）
得
其中，H代表煤層的平均厚度，由于煤層的厚度為0.7～1.5m（工況條件已給出），取平均值為1.1m；
B代表留的頂煤高度，當煤層厚度<1m時，取0.1m，當煤層厚度>1m時，取0.2m，如果頂煤能自行脫落，可取0.3m。
3.3.2刨頭截深
根據(jù)采煤技術式 （3—2） 得0.048～0.097m=48～97mm
其中，QB為生產能力，單位為t/h；h為刨頭截深，單位m；k為采高，單位m；v1為刨頭運行速度，單位m/s；r為煤的
3.4刨頭結構設計
確定合理的刨深后，根據(jù)輸送機工作側的具體結構以及減少刨頭所受扭矩和摩擦力的要求，應對刨頭的以下相關結構進行合理設計
3.4.1刨頭與輸送機間的聯(lián)結裝置
刨頭沿輸送機工作面一側進行刨煤，刨頭與輸送機間的聯(lián)結裝置——滑架對刨頭運行穩(wěn)定性和磨損有很大影響。滑架設計應該考慮到容易更換，易于裝煤，耐磨和對刨頭良好的導向作用，以及與刨頭接觸面的間隙合理。
3.4.2刨體
刨體是刨頭的主體，是各種刨刀的生根之處；它就象一個框架一樣，支撐著所有的零部件。設計刨體時應該考慮刨體的承受力大、不易變形、耐磨。
3.4.3滑靴裝置
刨頭與滑架間的接觸面應該非常耐磨，刨頭與下滑架的接觸位置還應設計一個滑靴?；ポ^下滑架易磨損，當滑靴磨損程度到達極限時，要及時更換滑靴，以防止刨頭與下滑架之間接觸，產生摩擦。
由于傳統(tǒng)的滑靴是焊接在刨頭上的。所以一旦滑靴被磨壞，將會給刨頭及工作人員帶來很大的麻煩的。所以將焊接形式的滑靴設計為用螺釘與刨頭連接的可拆卸滑靴放在刨頭的兩側。
3.4.4刨鏈與刨頭間的聯(lián)結裝置一一牽引滑塊
刨鏈在刨頭上聯(lián)結點的位置，對刨頭所受扭矩影響很大。由于刨鏈一方面牽引刨頭刨削煤壁，另一方面還對刨頭產生扭矩。因此，刨鏈在牽引滑塊上的兩個作用點——拉力點應盡可能互相靠近，應該放在滑靴的內側。相對于刨頭中心線對稱放置。且二者也應靠近輸送機，以減小刨鏈產生的扭矩。與刨體焊接在一起。
3.4.5加高塊
加高塊又是刨刀的刀座，通常根據(jù)煤層厚度不同，用來增、減加高塊來調整刨頭的高度。所以加高塊應設計的大小相等、容易安裝拆卸、耐磨。
3.4.6刨頭裝煤斜面和刨刀排列形狀
裝煤斜面和刨刀排列形狀決定刨頭的裝煤效果，影響刨煤機的功率消耗。實踐證明，裝煤斜面的角度在60°左右比較合理，刨刀排列呈“ 喇叭形”易于裝煤，并減少裝煤阻力。再有底刀與左右回轉體的刀的排列應是交叉排列。刨頭裝煤斜面和刨刀排列形狀如圖3-1所示。
圖3-1 刨頭刨刀排列形狀
Fig.3-1 rabbef withshape
3.5刨刀受力計算
刨刀在刨削煤壁過程中，主要承受的阻力有：刨削阻力Zoi、煤壁擠壓力Yoi、煤壁側向力Xoi。
3.5.1刨頭的最低高度
刨頭是刨煤機的裝煤機構，是刨煤機的一個重要組成部分。刨頭的最低高度按（3—3）式進行計算：
Hbmin=Hz+4.8Hmin·hmax+d （3—3）
得 0.5+4.80.79.7+3=85.66cm
式中：Hbmin一刨頭的最低高度，cm；
HZ一刨頭裝載高度(從裝煤表面上沿到煤層地板的最短距離)，m；
Hmin一煤層最小高度，cm；
hmax一最大刨深，cm；
(對于Hmax，根據(jù)3.3.5節(jié)優(yōu)化結果來確定。)
d——刨頭刨刀座頂部刨刀的超前量，一般取2～5cm。
3.5.2刨頭的最大高度
在開采頂煤自行垮落的煤層時，可按下式確定刨頭的最大高度Hbmax；
Hbmax =(70～80)·Hmax （3—4）
得 801.5=120cm
式中：Hbmax一刨頭的最大高度，cm；
Hmax一煤層的最大高度，cm。
3.5.3刨刀間距t的確定
兩刨刀間的距離(即截距也叫刨刀排距)，應保證兩刨刀間不留下煤脊(煤槽)，即必須把煤刨落下來。
對于各種不同的刨深h，刨刀間距取各種刨深下間距ti，的平均值。刨刀的排列方式不同，其間距也不同。下面分別介紹兩種不同排列方式和其所對應的刨刀間距。
1）刨刀的排列方式
刨刀的排列方式見圖3-2。
圖3-2 刨刀的排列方式
Fig.3-2 rabbef arrangement
2）刨刀的排列方式對刨刀、刨頭受力有很大影響。此外，刨刀的排列方式?jīng)Q定著刨頭的裝煤效果。
·直線式
直線式排列是指所有刨刀的軸線相互平行，都平行于底板。刨刀之間距離相等，相鄰刨刀都在同一自線上。這種布置方式刨刀受力均勻，能耗比較低。
·階梯式
階梯式排列是指相鄰刨刀軸線相互平行，在同一斜面上呈階梯狀，下排刨刀比上排刨刀超前，每把刨刀都受煤壁向下的側向力。這種排列方式使刨頭不易飄刀，刨頭的重心較低，穩(wěn)定性較好。比自線式排列的能耗高約17%。
·混合式
混合式排列是指刨頭上的刨刀一部分按自線排列，一部分按階梯式排列。
刨刀階梯排列的角度建議取55-65°。
3）.線性排列刨刀的間距t
線性排列刨刀的間距t按下式計算
（3—5）
=
=10.95
式中：hi一刨深，cm；
bp一刨刀刨削部分的計算寬度，cm;
K一刨槽的寬度系數(shù)，K對于韌性煤取0.85，脆性煤取1.0，特
別脆的煤取1.150
4）線性和階梯式刨刀排列的平均間距tZP
t （3—6）
式中：tzp一平均截距，cm;
M—平均間距tzp的數(shù)量。
直線排列刨刀的刀間距一般不該超過11 cm，而頂部和底部刨刀刀間距應取最小值，但不應小于5 cm。
5）刨頭最小(最大)高度的截線數(shù)
Nmin==47.81 （3—7）
式中: nmin一刨頭的最小截線。
=66.57
式中:nmin一刨頭的最大截線數(shù)。
由于刨刀的個數(shù)與刨刀的截線數(shù)相等，因此計算得到最小截線數(shù)、最大截線數(shù)后，就.可以確定刨頭在最小和最大高度時所對應的某一側的刨刀數(shù)量。把計算得到的最小(大)截線數(shù)向最近似的較大數(shù)值圓整，用圓整的截線數(shù)，按式(3—7)計算中部刨刀的間距twy。
(3—8)
或=20 (3—9)
在設計刨刀間距的時候，考慮到煤層性質有所變化，應該取稍微較小一點的刀間距。另外，刀間距對刨頭的穩(wěn)定性有影響，因此，刀間距的取值要考慮如何使刨頭的高度較合理。
6）刨槽寬度
刨槽寬度是指刨刀刨削煤壁以后，在煤壁表面留下刨削痕跡的寬度，而刨刀間距是指相鄰兩刨刀中心線之間的距離。刨槽寬度根據(jù)刨刀排列方式不同而作相應變化。
頂部、底部刨刀的刨槽寬度th
頂部刨刀和底部刨刀承擔特殊的任務，頂部刨刀主要用來刨削接近頂板的煤壁:底部刨刀一方面控制刨頭的刨深，另一方面用來裝煤。
頂部、底部刨刀的刨槽寬度是指相鄰兩刨刀軸線之間的距離與刨刀寬度一半之和，分別表示為：tpk、tpl
線性排列刨刀的刨槽寬度tp
線性排列刨刀的刨槽寬度是指相鄰刨刀之間的軸線距離
(3—10)式中:tbpl一線性排列刨刀刨槽寬度，m；m一線性排列的刨刀把數(shù)。
這里所指的刨刀把數(shù)，是指刨頭中心線某一側的刨刀數(shù)量，如圖3-2所示。
3.5.4刨刀平均刨削阻力
刨削阻力是刨刀在刨削煤壁過程中所受的主要阻力，它對刨刀和刨頭受力影響很大，是刨煤機設計過程中必須考慮的一個非常重要的因素。平均刨削阻力按式（3—11）計算：
(3－11)
式中：—單個銳利刨刀所受的刨削阻力，N；
—刨削阻抗系數(shù)，通常情況下，＝0.38～0.44，抗截強度較大時取較小值；
—單個銳利刨刀所受的煤壁擠壓力，N，按式（3－14）計算。
其中：
線形和階梯形排列的刨刀和頂部、底部刨刀所受的刨削阻力
按(3－11)計算：
頂部刨刀：=897.05N =735.56N =735.56N
底部刨刀：=691.68N =769.09N =798.18N
直線線形：=871.95N
階梯排列刀：N
按式(3—12)計算：
(3—12)
超前和預掏槽刨刀受的刨削阻力的按式（3—12）計算：
(3－13)
式中：A—煤層非地壓影響區(qū)的截割阻抗（即煤層抗截強度），N/cm,其具體取值見表3－1；
—刨刀刨削部分的計算寬度，cm；
—刨槽寬度，cm；
—外露自由表面系數(shù)；其具體取值見表3－2；
—截角δ的影響系數(shù)，其具體取值見表3－3；
—刨刀前刃面形狀系數(shù)；
—刨刀排列方式系數(shù)；
—地壓系數(shù)；
—考慮煤的脆塑性的系數(shù)；
ψ—截槽側面崩落角，(°)；
—刨刀相對刨頭牽引方向的安裝角度，(°)。
對于直線排列刨刀，外露自由表面系數(shù)按式（3－13）計算。
(3－14）
表3-1煤層抗截強度A
T