滾筒采煤機截割部分的設計畢業(yè)論文.doc

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1、山西農業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 引言 煤是重要的能源物質，在我國有著很大的儲量。采煤一直以來都被人們看作一項非常危險的事情。在以前國內有很多小型煤窯，由于規(guī)模小，技術落后，大部分都是靠人工進行挖煤、運輸煤。因此經常出現(xiàn)各種事故，而且大量浪費了資源。大型的采煤機械的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到了改觀。采煤機作為采煤的主要工具是實現(xiàn)煤礦生產機械化和現(xiàn)代化的重要設備之一。機械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達到高產量、高效率、低消耗的目的。它對提高煤的采掘效率有著重要的影響。因此國內外采煤機的設計、改進一直都在以較快的速度向前發(fā)展。 最早的滾筒采煤機出現(xiàn)在英國，它是把截煤機的減速箱部分改

2、成允許安裝一根橫軸和截割滾筒。由于其水平軸截割滾筒的設計優(yōu)于截煤機，因此其改進型比刨煤機更適宜英國開采條件，但在20世紀50年代這種采煤機并非是唯一應用的采煤設備。另外有一種有競爭的采煤機是鉆削式采煤機。這種采煤機配有一個按螺鉆原理設計的主截割部，其應用范圍主要局限與薄煤層。 滾筒采煤機經過多次改進設計而得到不斷的發(fā)展。最早設計的滾筒采煤機僅能單向采煤，輸送機和液壓支架在向前推移之前，留在軌道上采出的煤在回空段被裝載。后來又研發(fā)了雙向采煤的滾筒采煤機。然而由于這種采煤機受到調向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機應運而生。 20世紀60年代末，久益公司生產出10CM、11CM

3、 系列的連續(xù)采煤機，它是現(xiàn)代這種機型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎上又生產出12CM系列連續(xù)采煤機。經過對12CM系列連續(xù)采煤機的不斷改進、完善和提高，生產出適用于開采中硬煤層的12CM12—10B、12CM18—10D和B型機，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機在采煤業(yè)中得到了廣泛的應用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機的應用始于70年代中期。那時主要靠引進外國的產品，80年代以前主要是引進單機。隨著國內采煤機技術的發(fā)展到了90年代變成以配套引進為主。目前國內在采煤機研發(fā)和設計

4、方面和國外有很大的差距。煤炭科學研究總院太原分院早在1990年就開始進行連續(xù)采煤機的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機的設計、引進設備的國產化大修等工作。煤炭科學研究總院上海分院也承擔了一些項目。盡管國內各大科研院所、生產廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機等技術的國產化研究，但均存在一些問題，仍沒有真正在煤礦上見到國產連采機的新產品。 我國引進連續(xù)采煤機早期使用效果不好的主要問題是：連續(xù)采煤機及其配套設備體積大、噸位高，我國老礦井條件受到限制，設備下井困難；缺乏支護、清道、除塵等配套設備，生產能力受到一定限制；引進的連續(xù)采煤機設備電氣防爆性能與我國防爆標準不一致；主要部件或零件在國內買不到

5、，備件進口渠道不暢通、價格昂貴；國內沒有對連續(xù)采煤機開采的成套技術進行系統(tǒng)研究；對回采工藝，支護方式和工藝及煤巖柱控制等相關問題沒有得到閉，對通風管理不利；對有自然發(fā)火危險的礦井，煤體暴露多，帶來了安全隱患。因此我國需要自己對采煤機進行設計、改進使其適合我國的煤礦生產情況。 連續(xù)采煤機的特點是截割滾筒長，截割功率大，因此截割能力強，生產效率高，調動靈活，可控性好。尚需研究的主要內容如下。 1 連續(xù)采煤機總體參數(shù)的研究。機器牽引力及速度的確定，滾筒長度、直徑、功率、轉速及切割牽引力大小和變化等研究。 2 整機截割穩(wěn)定性的研究。機器的重心位置、截割臂長度、截割速度、功率等切割參數(shù)對機器工作穩(wěn)

6、定性的影響。 3 截割機構方式的研究。根據(jù)電機不同的安裝形式，其截割機構方式的確定須進行專項調查研究與分析對比。 4 切割技術的研究。截割滾筒上截齒排列對機器的截割效率、振動及截齒的壽命有著重要的影響，必須利用計算機進行截齒排列優(yōu)化設計和實驗室模擬試驗。 5 行走電機變頻調速系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機工作時，需要頻繁調動；截割時，根據(jù)煤的硬度，行走速度在0～4m／rain之間自動調整，以適應截割電 動機的工作特性；調動時，需以20m／rain的行走速度實現(xiàn)快速調動。 6 機器的自動控制、工況檢測和故障診斷系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機常在環(huán)境惡劣、安全得不到保障的工況下工作，因此必須使機器具有自

7、動化控制功能，裝設離機搖控系統(tǒng)。為了提高機器的可靠性，需研制工況檢測和故障診斷系統(tǒng)，使連續(xù)采煤機具有監(jiān)控電流、電壓、電機功率、油溫油位油壓等的自動監(jiān)測、存儲、顯示、報警及故障提示等功能。 7 機載集塵裝置的研究。需進行水噴霧集塵系統(tǒng)的試驗研究。 8 對專用電動機、傳感器、扭矩軸等特性元部件的研究。 我國在長期煤炭生產實踐中，也已陸續(xù)研制生產了一系列國產采煤機，并且在借鑒國外先進機型的基礎上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(總裝機功率達1 400KW 以上)，但是和國外先進的技術和設備相比較還有很大的差距。因此我們必須抓住機遇，加快采煤機的設計和改進步伐，加快縮短與國外技術和設備的差距。

8、關于采煤機的設計可以從以下方面著手進行改進設計： 1 橫向布置多個電動機。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機構設計成橫向布置方式。采用這種電動機布置方式，可將搖臂回轉傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結構，減少了薄弱環(huán)節(jié)和故障因素；可將傳動鏈中錐齒輪取消，消除了加工、裝配、維修錐齒輪的復雜工藝，提高了可靠性；各電動機傳動系統(tǒng)功能單一，無過軸、旁輪等多余饑件和交叉重疊環(huán)節(jié)，部件為自封閉，部件之間無饑械傳動， 只有管線等柔性聯(lián)接，故結構簡單、緊湊、機身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機時不需拆卸底托架和對口螺栓。 2 將機身設計成使部件可側面拉裝的整體箱式。

9、即整個機身是個箱形結構的焊接件，根據(jù)需要分成若干個間隔室，安放變壓器電控部 電牽引部、液壓站等部分；而在采空區(qū)一側將其敞開，可以將上述具有自封結構的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機身兩端鉸接的截割部及其電動機也可以從采空區(qū)側拆裝。采用這種機身設計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實現(xiàn)整個機身無對口螺栓，也無底托架，強度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩可將機身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。 3 破碎機采用單獨電動機傳動。即將滾筒做成電動滾筒，由單獨電動機經行星傳動機構驅動破碎滾筒。采用這種破碎機驅動方式，可以利用按鈕控制破碎機，操作方便，而且單獨電動機還便于控制和保護。

10、 改進擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達，通過內齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達帶動長牙齒輪驅動柱銷翻轉擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結構更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅減少故障。 4 增大截煤深度。截深在750mm 以上方能稱為大截深，由于加大了截深，相應的滾筒軸、軸承和搖臂強度也應加大，同時適當增大螺旋葉片的升角(一般大于等于20)，以改善裝煤效果。采用強力截齒。由于速度加大，截齒的切削厚度增大， 可采用齒伸較長(120mm -l50mm 左右)、大斷面齒柄(30*50ram)、硬質合金片厚度達l8ram以上的

11、強力截齒，同時加大齒座尺寸和強度，這樣可減少截齒數(shù)、降低截齒消耗、增大塊煤率和降低煤塵。 5 增大塊煤率，減少煤塵生成。即采用雙行星傳動截割頭，適當降低滾筒轉速，使其轉速在22—24r／rain左右，以增大塊煤率，減少二次破碎；或減少截齒數(shù)，增大截距(60ram左右)以使塊煤率增加；滾筒結構上還可采用碟形端盤開窗口，輪轂采用錐形或指數(shù)曲線形，以使截落的煤快速排出，從而減少二次破碎；此外還可在螺旋葉片上采用盤形滾刀以及采用抽風和吸塵滾筒。加設高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達到l8MPa以上，流量達到140L／min以上，這樣可有效降低煤塵和防止截割

12、時產生火花。 另外減少噴霧噴嘴的直徑(0．5—0．8ram)，可形成高壓射流，起到輔助切割作用，以減少截齒受力，降低能耗。同時還可加設流量壓力自動控制型水泵，使采煤機滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。 改進滾筒材質和結構。即采用國際最新耐磨合金鋼板制造滾筒，以提高其剛度、強度和耐磨性，同時加大輪轂板厚度和葉片板厚度。在有條件的情況下，我國煤機廠可適當引進國外成型高強度滾筒。 由上述分析，我們確定了我國新型采煤機的設計的大方向以及在設計中應該注意的方面。下面我就對本次采煤機設計作一個總體的介紹。 本次采煤機設計采用電牽引，多電機橫向布置。該機具有電機橫擺、結構先進、運行可靠、可實現(xiàn)電

13、液互換、大功率能力強等特點。截割電機、牽引電機的啟動、停止等操作采用旋轉開關控制外，其余控制如牽引速度調整、方向設定、左右搖臂的升降，急停等操作均由設在機身兩端操作站的按鈕進行控制，操作簡單、方便。 所有電機橫向布置。機械傳動都是直齒傳動。電機、行走箱驅動輪組件等均可從老塘側抽出。故傳動效率 高，容易安裝和維護。采用強力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本?？赏ㄟ^更換電控部或液壓傳動部而成為交流變頻調速電牽引或液壓牽引采煤機以實現(xiàn)電液互換，而其它 部件通用。兩動力輸入部位可安裝液壓馬達，也可安裝40Kw牽引電機。兩種形式聯(lián)接尺寸相同。 2 技術任務書 2.1滾筒的

14、數(shù)量和位置 滾筒采煤機有單滾筒和雙滾筒之分。由于滾筒直徑不宜過大，當煤層較厚 單滾筒采煤機往返截割兩個行程才能推進一個截深；雙滾筒采煤機每截割一個行程就可以推進一個截深，對煤層變化和頂板、底板的起伏，適應性也好。在滾筒采煤機的設計中雖然也曾出現(xiàn)過三滾筒或四滾筒，但因出煤碎、粉塵多、結構復雜，卻對提高采煤機性能無益，故不予考慮。綜上述本次設計采用雙滾筒。 對于雙滾筒可有兩種位置布置，一是對稱布置于兩端，另一種就是兩滾筒都布置于一端即采用不對稱布置。不對稱布置雖然設計相對簡單，但是其工作穩(wěn)定性不好。所謂工作穩(wěn)定性就是采煤機在工作過程中保持不翻轉、傾斜和不脫離導向物的能力。工作穩(wěn)定性好將有利于

15、正常工作。而對稱布置的滾筒采煤機受到的外力基本是平衡的，因而工作穩(wěn)定性較好。因此采用雙滾筒對稱布置。 2.2 調高方式 本機采用搖臂調高，這種調高方式不僅調高范圍大，并且隨時可以調高。 2.3 搖臂 采用大角度彎搖臂。這樣可以加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大。 2.4 軸承 軸承主要有滑動軸承和滾動軸承?；瑒虞S承的潤滑和密封條件一般都比較差，軸承的磨損可能引起搖臂較大的徑向竄動。截割部主減速箱最后一級傳動不宜用圓錐齒輪，以免搖臂的徑向竄動嚴重影響齒輪的嚙合質量。滾動軸承的密封和潤滑問題比較好解決，軸承的磨損也比較輕微。本機采用滾動軸承。 2.5 牽引方式 滾筒采煤機有各種不

16、同的牽引方式。牽引部和截割部聯(lián)結成一個整體，在工作面上來回移動，稱為內牽引。工作面上只有截割部，卻把牽引部設在工作面短頭上下順槽里，牽引部不跟截割部一起移動，只隨工作面向前推移，則為外牽引。外牽引只能為有鏈牽引，而內牽引可以為有鏈條牽引和無鏈牽引。有鏈牽引有斷鏈和跳鏈的危險，鏈條的彈性振動和鏈傳動造成的速度脈動，使采煤機受到較大的動負荷，鏈條對于滾筒的裝載、運輸機和液壓支架的推移也有一定的妨礙，所以有鏈牽引有很多不足之處。而無鏈牽引和有鏈牽引相比具有很多優(yōu)點： （1）采煤機移動比較平穩(wěn)，保證了采煤機的載荷比較穩(wěn)定； (2) 提高了設備的可靠性和生產的安全； （3） 采煤機移動所消耗的能量

17、較少； （4）采煤機的運轉噪音較低，有利于改善工作面的勞動條件； （5） 提高了采煤機的爬坡能力； （6） 在一個工作面上可能采用多臺采煤機同時作業(yè)，以提高工作面量。通過以上比較本機采用無鏈牽引中的液壓傳動。 2.6 驅動方式 采煤機驅動的方式有以下幾種： 1） 單驅動方式——用一臺電動機驅動采煤機的各個部分，包括牽引部、全部截割部及其他輔助裝置等 2） 分別驅動方式——各截割部由單獨的電動機驅動，牽引部和其他輔助裝置可以由截割部電動機驅動，或另設電動機驅動； 3） 聯(lián)合驅動方式——把兩臺電動機結合成整體，共同驅動采煤機的各部分。 分別驅動時，各電動機的功率一般相同。雙滾筒采

18、煤機每臺截割部電動機的功率只有單機驅動和聯(lián)合驅動時的一半，截割部可以設計的較小，且結構簡單，可以取消易引起發(fā)熱等問題的橫貫牽引部的過軸。本次設計采用分別驅動方式，用兩個250KW的電機分別驅動兩個截割部，用兩個40KW的電動機驅動牽引部，也可用液壓馬達驅動牽引部。 2.7 采煤機的附屬設備 滅塵方式：采煤機在工作中會產生很多的粉塵，需要采取多方面的處理措施。主要有噴霧滅塵、泡沫滅塵和吸塵器捕塵。噴霧滅塵就是用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散，使其霧化，形成把粉塵源與外界隔離的水幕。泡沫滅塵雖然具有一定的優(yōu)點但是泡沫滅塵需要較復雜的設備，目前還不能大量生產高效、無毒和廉價的泡沫劑，因此在采煤機

19、上未能得到推廣。吸塵器從粉塵源吸取塵空氣，排入捕塵器，利用擴散、碰撞或離心力等，使粉塵與空氣分離，沉積在捕塵器的殼體內壁，然后用水沖洗排入運輸機，凈化空氣直接排出。通過吸塵器的粉塵約95%-98%，滅塵效率相當高。但是，吸風管口要靠近粉塵源，吸入的含塵空氣要多，否則含塵空氣在旁邊流走，就達不到凈化空氣的目的了。本機采用噴霧滅塵方式。噴霧滅塵有可分為內噴霧滅塵和外噴霧滅塵，在這里我們選擇內外噴霧結合滅塵。 3 設計計算說明書 3.1 采煤機的滾筒 本采煤機采用雙滾筒對稱布置，采用液壓缸調高，調高范圍：1.3~3.0（米）。由經驗和理論基礎取滾筒水平中心距為10810mm、兩搖臂鉸接中心距為

20、6700mm、兩牽引輪中心距為5591mm， 機身寬為1210mm。 3.2 采高和截深 采高為：1.6~3.2（米）。截深為 0.62m 0.66m。滾筒直徑分別為：1400m 1600m。牽引速度為0~8（米/分） 3.3 設計生產功率 設計生產功率：[1] Q = 60JHVqγ （3-1） 式中 J——滾筒的有效截深（米）J = 0.63； H——采煤機的平均采高（米）H = 2.4； Vq——采煤機的最大工作牽引速度（米/分）Vq =8；

21、 γ = 1.35——煤的重率（噸/）。 Q = 600.632.481.35 = 979.7（噸/時） = 979.7/60（噸/分） 3.4 裝機功率 裝機功率：[1] （3-2） 式中 ——功率利用系數(shù)，以為該機的驅動方式為分別驅動所以=0.8。 ——功率水平系數(shù)，由表3—1查得=0.9。 ——后滾筒的工作條件系數(shù)，=0.8。 ——采煤機的

22、比能耗，由表3—2查得=0.44（KW.h/T）。 = ≈=300N/mm。 。 取 N = 591KW。 表3—1功率水平系數(shù) 電動機 自動調速 人工調速 2.0-2.2 0.90 0.80 2.2-2.4 0.95 0.85 2.4-2.6 1.00 0.90 表3—2螺旋滾筒采煤機比能耗 牽引速度 （米/分） 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 （KW.h/T） 0.50 0.44 0.42 0.40 3.5 搖臂和電動機 彎搖臂 20

23、55.02mm，搖臂上擺角36.3，下擺角17.3。 裝機功率P=591KW，機重36T。本機采用無鏈牽引，多電動機橫向布置同時驅動，可以電液互換。截割電機功率為：2250 = 500KW。電牽引速度為0~8（m/min），液壓牽引速度為0~6.9（m/min）。滾筒轉速40~50（r/min）。滅塵方式：內外噴霧。 3.6 滾筒采煤機截割部設計 3.6.1 螺旋滾筒設計 [1] [17] [12] 螺旋滾筒是一個帶有螺旋葉片的圓柱體，刀具裝在焊于螺旋葉片上的齒座中，工作時滾筒轉動并作徑向移動，截割破碎煤炭，再由螺旋葉片把煤沿滾筒的軸線方向推運出來，裝進工作面運輸機。通常所說

24、的滾筒直徑是指刀尖所在的圓的直徑。齒座焊到葉片上后，螺旋葉片的最大回轉直徑，稱為葉片直徑。螺旋葉片的內緣和筒彀相結合處的直徑稱為筒彀直徑。 3.6.2 螺旋葉片的表面是螺旋面，其上任意點的螺旋升角為 （4-1） 式中 、——該點所在螺旋線的直徑和螺距（采用多頭螺旋滾筒時則應為導程）。 3.6.3 切削厚度 [1] （4-2） 式中 ——最大切削厚度； m ——刀具同一條軌跡（截線）上安設的刀具數(shù)； n ——滾筒的轉速（轉/分）；

25、 ——牽引速度（米/分）。 刀具的平均切削厚度可用月牙形面積和截割長度相除而得： 式中 ——平均切削厚度。 3.6.4 螺旋滾筒的轉向 為了保證螺旋葉片向運輸機裝煤，而不是向煤壁推煤，滾筒葉片的螺旋方向應與滾筒轉向相適應。站在采空區(qū)一側看滾筒，右螺旋滾筒應是順時針方向轉動，左螺旋滾筒應是逆時針方向轉動。在采煤機往返采煤的過程中，滾筒轉向雖然不變，卻有兩種不同的情況：順轉時，刀具截割方向與碎煤下落方向相同；逆轉時，刀具截割方向與碎煤下落的方向相反。為了增強采煤機的工作穩(wěn)定性，避免兩個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機的兩個滾筒的轉向應該相反。兩滾筒的轉向有

26、前順后逆和前逆和順兩種方案。滾筒直徑較大時，滾筒生產率大于運輸機生產率，確定滾筒轉向應偏重于節(jié)省能耗和提高工作穩(wěn)定性及操作安全的要求。前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，是采煤機騎座運輸機工作的一般情況，因此在該采煤機中滾筒采用前順后逆。 3.6.5 滾筒的三個直徑 雙滾筒采煤機一般要在每個行程中開采全部采高，滾筒直徑不宜小于采高的一半。根據(jù)保持兩滾筒裝煤量相同的要求確定滾筒的直徑，設滾筒直徑與采高H的比值為a，滾筒的裝載效率是η，則： AH = （1-a）H + （1-η）ah （4-3） aH和（1-

27、a）H分別是兩個滾筒的截割高度，（1-η）ah是前滾筒丟剩的浮煤量，應由后滾筒裝走。整理即得 大直徑滾筒的裝載效率約為70~80%，所以a = 0.6。 = 0.6H = 0.61.6~0.63.2 = 0.96~1.98（米） 由經驗類比取兩滾筒的分別為1.4米和1.6米。 滾筒的最大切削厚度受到最大截距的限制： （4-4） 式中 ——滾筒刀具的最大截距（厘米

28、）； b——刀具的截刃寬度（厘米）截刃寬一般取12~20mm，本機取b = 15mm=1.5cm； ——截槽側面的崩角，由表4—1取值。=38。 表4—1截槽崩裂角與煤質和切削厚度的關系 質 裂 崩 煤 度 厚 削 切 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10 15 20 25 脆性煤 82 77 73 71 68 65 61 58 55 52 49 43 38 34 韌性煤 69 63 58 55 52 49 4

29、5 42 41 38 36 32 29 25 整理得 =207813775+1.5=13.6cm 為了避免螺旋葉片與截槽間殘留的煤棱相抵觸，滾筒的最大切削厚度不得超過刀具伸出刀座長度的70%，即 （4-5） 整理得 ≦-22.15=1600-221.5 =1278.5mm 取=1.2m， 葉片直徑與筒彀直徑應保持適當?shù)谋壤笾睆綕L筒應保持比值 大于或者等于2。因此?。? m - 13 -