刨煤机总体方案设计及刨头设计-滑行式刨煤机【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 1 摘 要 刨煤机是一种集采煤和运煤于一体的 采掘机械 。刨头是刨煤机的主要工作机构，具有区别于其它机械的一个重要技术特征。 随着国家煤炭量的减少，浅煤层的开采已成为新的开发资源。刨煤机作为浅煤层开采的采掘机械的发展越来越重要。然而自动化刨煤机基本被国外垄断，国产刨煤机面临巨大的挑战。 本文 通过对滑行式刨煤机研究为例， 对 滑行式 刨煤机的主要工况参数 速以及刨头结构和受力进行研究 设计，提出刨煤机的主要设计思想和方法。并且设计了刨煤机减速器。经论证校核，知本设计是切实可行的。 关键词：滑行刨煤机 ； 刨头 ； 减速器 ； 受 力分析 刨煤机总体方案设计及刨头设计 2 he is of in a s is s s s s is by as an on of l of a is ； ； ； 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 3 目录 引言 2 用条件 .型选择 . 后牵引拖钩式刨煤机 前牵引滑行式刨煤机 后 牵滑行拖钩式刨煤机 要结构部件选择 3 送机构的型式选择 4 尘装置的型式选择 .要技术参数 : 刨煤机系统原始资料和工况参数 统原始资料 .煤机工况参数 . 9 速刨煤法工况中刨速与链速的确定 10 头长度的确定 头宽度的确定 .头高度的确定 .煤机总体方案设计及刨头设计 4 头最小高度 刨头的最大高度 刨头的设计高度 .刀间距 t 的确定 刨刀的排列方式 . 直线式和阶梯式排列刨刀的间距 . 刨刀设计间距的确定 刨槽宽度 体工作面采高所用刨头高度的确定 刨头的受力计算 20 刀所受的刨削阻力 20 个刨刀所受的刨削阻力 单个刨刀所受的煤壁挤压力 单个刨刀所受的煤壁侧向力 26 刀所受的刨削阻力 刀所受的挤压力 29 刀所受的侧向力 .头 所受的装煤阻力 头所受的摩擦阻力 34 支撑桥架时刨头所受的摩擦阻力 . 刨刀材料选择、刨链选择、刨链总牵引力的计算、装煤原理 .刀材料选择 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 5 选刨链 37 链的摩擦阻力 .链的最大预紧力 .链总牵引力 刨链强度校核 37 煤原理 . P .行行星齿轮的传动的配齿计算 .步计算齿轮的主要参数 .合参数计算 . 轮副变位系数 轮副变位系数 45 轮副变位系数 .何尺寸计算 啮合齿轮副 啮合齿轮副 接条件 49 心条件 49 装条件需要同时满足 .动效率 的计算 煤机总体方案设计及刨头设计 6 构件切向力的计算 50 面接触强度校核 51 根弯曲强度校核 . 60 定高速轴上零件的装配方案 轴向定位要求确定各轴段直径和长度 60 上的周向定位 60 定轴上圆角和倒角的尺寸 .速轴强度校核 61 上轴承的寿命计算 .速轴设计 64 定各轴径和长度 .上零件周向固定 . 64 核轴的强度 68 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 7 11. 转臂和心轴设计 70 致谢 考文献 A 73 附 B .煤机总体方案设计及刨头设计 8 引言 我国薄煤层储量丰富，分布广泛。在全国重点煤炭基地中有 85%以上都赋存有薄煤层。而且随着近几年的开采，厚煤层已经没有，据有关资料统计，薄煤层的回采产量仅占总产量的 10%左右，而且这个比例还有逐步下降的趋势，中厚煤层和薄煤层的开采比例严重失调。造成这种现象的原因就是机械化的 程度比较低，适于薄煤层开采的机械比较少。寻找一种高产、高效、一直是众望所归之事。 刨煤机作为一种落煤、装煤和运煤联合进行的采煤机械，四十多年来改进和发展的经历充分证明了它是一种开采薄煤层及中厚煤层和薄煤层下 限的经济 、高效的采煤机械。并且刨煤机具有结构简单，维修方便，装煤效果好，块煤率高，煤尘少等 优 点；尤其是刨煤机的截深浅，使煤层中瓦斯泻出均匀，不易集聚，在开采瓦斯大，易突出的煤层中有其特殊的作用。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 刨煤机是一种外牵引的浅截式采煤机 ,可与工作面刮板输送机一起组成刨煤机组 ,实现薄煤层的机械化开采 刨煤机与其他浅煤层机组相比有很多优点 : (1) 刨煤机具有结构简单 ,维修方便 ,易于操作等优点 .(2)人员不需跟机操作 ,容易实现工作面自动化管理 .(3) 刨煤机靠切削落煤 ,煤块率高 ,粉尘量少 ,提高矿井的效益 .(4)截深小 ,工作面煤壁压力释放和瓦斯渗出量比较均匀 ,适合高瓦斯矿井开采 ,充分利用地压 ,采煤能耗低 .(5)刨头不带动力 ,靠两端电动机牵引 ,所以电缆不需要进工作面 ,为开采创造了方便工作条件 . 刨煤机 的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据 刨煤机 的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。 (1)煤机特别适用于开采层在 的薄煤层，对厚度在 亦可用于中厚煤层。 (2)前使用较多的静力式刨煤机主要用于煤的抗压强度小于 25适于开采硬度较大的煤层。 (3)煤层倾角 15 度以下的缓倾斜煤层中工作，刨煤机不会产生下滑。但在倾角较大的煤层中使用，刨煤机在上行刨煤时，截煤阻力及输送机自身容易使机组整体下滑，所以，刨煤机对缓倾斜煤层的适应性较好 (4)定顶板有利于刨煤机的使用，但在支持技术发展以后，特别是采用液压支架后，顶板并不是使用刨煤机的 限制条件，刨煤机对煤层底板条件也无严格要求，只要底板起伏不大，断层发育较好，底板硬度大于煤层硬度，即可使用刨煤机。 (5)煤机的截深小，工作面瓦斯的涌出均匀，因而更适合在高瓦斯矿井和有瓦斯突出危险的矿井中使用，在这类矿井中亦可用刨煤机开采中厚煤层。 (6)煤机不适宜在含水量大，断层较发育，底板起伏大的矿井中使用，若有断层，其落差不能超过煤层厚度，底板褶曲不能影响输送机和机组运行。 总之，刨煤机主要用于中硬煤层以下，底板起伏不大，断层不发育，倾角较小，含水量少的刨煤机开采，在瓦斯含 量的中厚度煤层也是可以考虑的。 刨煤机总体方案设计及刨头设计 10 按刨头与煤体的相互作用，刨煤机分为静力式和动力式两类。动力式刨煤机尚处在研究阶段，目前所使用的主要是静力式刨煤机。按刨煤与输送机的支承方式不同，静力刨煤机又有拖钩式、滑行式和拖钩滑行式三种。分别有不同的特点和使用条件。 这种刨煤机的牵引链设在输送机的采空区侧，用掌板带动刨头实现刨煤，掌板直接在底板上滑行。其优点有：运行、稳定性能好，刨道较窄，有利于顶板管理，牵引链和导架的安装维护方便。 缺点：运行速度低，牵引链和刨头间的距离较 大，牵引链抗力使刨头在煤层平面内有偏转的趋势，造成刨煤机和输送机溜槽及导向机构间产生剧烈的摩擦和磨损，再加上掌板和底板间较大的摩擦和摩擦，使得刨煤机的运行阻力高，消耗功率多。另外，刨煤机运行时，位于输送机溜槽和底板之间的掌板会迫使输送机溜槽上下浮动，不仅加剧了摩擦，而且容易引起输送机下滑。这种机型主要在地质构造简单，煤层倾角较小，硬度较小，底板较硬，较平整的矿井中使用。 这种刨煤机的牵引链设在输送机的靠煤壁侧（前方），刨头在封闭的导轨滑架上运行，运行阻力小，牵引机构简单，刨头可 高速运行，上下浮动量小。由于取消了掌板，牵引阻力和摩擦力小，消耗功率小，对底板的适应性能好。但由于牵引链和导架设在煤壁侧，安装和维护不方便，运行稳定性也较差。这种机型主要用于硬度和底板起伏较大的煤层。 钩式刨煤机 这是一种带掌板的滑行式刨煤机，用了拖钩刨和滑行刨的优点，不仅运行阻力小，而且稳定好，但结构也较复杂，造价较高，这种机型利于开采薄煤层，对于煤层地质条件适应性好，但选用时也应考虑到经济性。 根据设计工况要求选择前牵引的滑行式刨煤机。 刨煤机分为刨煤部 分、输送部分、液压推进系统、喷雾系统、电控系统和辅助装置六个基本部分。 刨煤部分主要包括两套刨头传动装置、刨头、刨链、导链架、缓冲装置等。拖钩刨煤买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 机和滑行拖沟刨煤机的刨头底部有拖板。刨头上安装长、短刨刀和底刨刀，刀位可由调节限位偏心轴分别获得，以得到不同截深和飘刀。 A、缓冲器安装在刨煤机两端机头机尾处，与终端限位装 置配合使用，以吸收刨头冲击能量。输送部分的工作原理及结构与可弯曲刮板输送机类似。 B、液压推进系统主要包括乳化液泵、乳化液箱和推进液压缸等。拖钩刨煤机一般采用定量推进式，滑行和滑行拖钩刨煤机均采 用定压拖进方式。喷雾系统中的喷雾头安装在挡煤板上，由喷雾泵供水，自动喷雾采用电磁阀控制。 C、刨头是刨煤机的主要工作结构，选用时要考虑以下要求：第一，刨头的高度可调，而且高度的调整方便，以适应煤层厚度的变化。第二，刨头在刨煤中各种刨刀可以让刀，以减少非工作侧的磨损，刨刀要便于拆装，材质要耐磨。第三，刨刀的排列应能实施梯形或者楔形截割，负荷较大的底刀应设置在刨头的中部，刨头的前后部应有超前刀。第四，刨头底部的装煤性能更好，刨头要求工作面两端的缺口尺寸尽量小。 D、刨头牵引链传动部件是向刨头传递动力的机构，选用 时候应考虑第一，减数器尺寸应尽量小，以利于缩小缺口尺寸，第四，刨链轮传动要平稳，材料耐磨。第三，应有可靠的断链保护装置，以保护安全。第四，刨链要有足够的耐磨性和强度，并要有调链装置。 E、导护链装置用以引导和保护刨链，选用的要求：第一，最好选用后牵引方式，以保护刨链平稳运行。第二、结构要简单，工作应可靠。第三、导护链装置以滚动摩擦为好，以减少磨损。第四，导护链装置间的连接应有利于加强输送机中部槽的连接。 刨煤机 多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式，即将电动机或液压马达 和减速器布置在刮板输送机 机身和机尾 ，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者运动相牵连，相互影响大。由于该位置空间较小布置较困难。 输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单，和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多，故障点有所增加。 目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。 刨煤机总体方案设计及刨头设计 12 喷雾泵站给 刨煤机提供一定压力的喷雾水，以减少或者降低煤尘、岩尘的飞扬，防止煤尘爆炸。喷雾泵与乳化液泵基本相同，大多采用卧式三柱塞泵，工作压力为 a。 这种除尘方式有以下两种： 外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远，粉尘容易扩散，除尘效果较差； 内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置，压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲淡瓦斯、冷却截齿和扑 灭火花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏，供水管路复杂，活动联接处密封较困难。为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却水由喷嘴喷出降尘。 设计长度： 180m 生产能力： 80 290 t/h 煤层厚度： 层硬度： f 层倾角： 25 截 深： 35 60 速： s 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 2 刨煤机系统原始资料和工况参数 原始资料和工况参数是刨煤机设计必不可少的内容，是影响刨煤机设计的主要因素。刨煤机设计合理与否与原始资料和工况参数的确定有直接关系。 刨煤机系统不论采取何种工作方式，都必须提前确定原始资料。刨煤机系统的原始资料主要有：用户要求的生产能力，刨煤机系统工作方式，煤层抗截强度，工作面煤层厚度变化范围，煤的脆塑性，煤的实体密度，煤的松散系数等，具体内容如表 2 1 所示。 表 2 1 刨煤机系统原始资料 of 称 符号 单位 用户要求的生产能力 Q 240 /作面煤层的厚度 刨煤机系统工 作方式 单刨穿梭式刨煤 煤层抗截强度 A 225 煤的脆塑性 脆性煤 韧性煤 特脆煤 韧性煤 输送机允许装载断面积 m 煤的实体密度 煤的松散系数 于具体煤层的物理机械性质、煤层可刨性、煤层夹矸的情况以及工作面煤层的厚度变化范围，都应到井下实地测定。需要指出的是：在井下工作面实地测定煤层的各种物理机械性能有一定的困难，可取煤岩试样在实验室测定。这种设计方法才是真正采用了“从刨刀到电动机”和“量体裁衣”的原则。 刨煤机总体方案设计及刨头设计 14 刨煤机工况参数，即刨煤机工作参数，是根据原始资料并结合实际生产经验确定的。整个刨煤机系统的设计基本都是根据这些参数进行的。因此，这些基本参数的确定对刨煤机设计 有决定性影响。需确定的基本参数见表 2 2。 表 2基本参数 称 符号 单位 输送机理论输送能力 煤机理论生产能力 煤机速度 （以下简称刨速） 最 大刨速小刨速板输送机链速 （以下简称链速） 最大链速小链速削深度 （以下简称刨深） 最大刨深最小刨深（ 1）输送机理论输送能力结合井下工作面煤层的垮落情况、实际生产经验以及井下生产制度等确定的。输送机单位小时理论输送能力2 1） 03600s s k V （ 2 1） 式中： 0A 输送机允许装载断面积， 2m ； k 输送机溜槽充满系数； 输送机链速， 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 15 s 煤的松散密度， 3 式（ 2 1）表明，输送机理论输送能力根据实际工况和用户要求的生产能力 Q ，可以选择链速 （ 2） 刨煤机理论生产能力 、输送机理论输送能力产制度等确定的。刨煤机理论生产能力2 2)计算。 3600 h V (2 2) 式中： H 工作面采高， m ； h 刨深， m ； 刨速， / 煤的实体密度， 3/ 由式（ 2 2）可知，在其它条件相同的情况下，刨速煤机理论生产能力刨速提高 后，为保证刨头稳定运行，必须提高刨头、刨链、导护链装置、传动装置以及输送机中部槽等部件的强度。此外还要求机组其它各种保护装置齐全可靠，特别是刨头运行的控制保护装置和过载保护装置，而且提高刨速还会导致刨煤机成本增加，后期维护费用增高，刨煤机配套的输送机结构和相关装置结构增大。 因此，从经济和技术角度考虑，必须确定合理的刨速，才能既保证用户要求的生产能力，又能降低成本，提高经济效益。 对于刨速如何确定，国内外相关文献没有统一的理论推导。刨煤机对煤层和工作面顶板、底板的要求较高，刨煤机设计讲求“个性化”，针对不 同的煤层，设计不同功率、不同结构形式的刨煤机，使刨煤机达到最佳的工作状态。 (3) 刨深 h 的确定 根据原始资料、链速、刨速以及输送机装载断面积均匀化程度来确定刨深 h ，此外刨深的确定还必须满足用户所要求的生产能力。 因此确定刨深为 35 60 刨煤机总体方案设计及刨头设计 16 井下生产实践证明，以及根据各国煤炭领域科技工作者的研究发现，单刨头穿梭式刨煤方式最为经济和实用。根据现有刨煤机的使用情况，刨煤机的工作方式 主要可以分为以下五种，其特点分别是： （ 1）低速刨煤法 ( 这种刨煤方式，刨速且链速深 h 和刨速 （ 2）高速刨煤法（ 这种刨煤方式，刨头无论沿工作面哪个方向运行，刨速且链速深 h 和刨速 （ 3）组合刨煤法 1 这种刨煤方式采用低速刨煤法与高速刨煤法相结合，采用两种刨深行刨深 )、行刨深 )和两种刨速。上行时，行刨速） 行时，行刨速） 行时，行链速）；下行时，文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 31 煤层抗截强度 A ( /N 100 300 (德国 )可刨性等级 级 级 级 级 可刨性N) 抗截强度A=50( /N 125 表 6 2 of 在 ， bp= 主刃为多角形 在 ， 侧刃为直线状 bp=（ 在 , bp=bp= 削部分为锥形 在 ， 主刨削刃为椭圆形 m a x m a ； 侧刃为直线倾斜状 在 ， bp=（ 2 s i n / s i o s s i n c o 刨煤机总体方案设计及刨头设计 32 在 , bp= m a x m a 表 6 3 外露自由表面系数1of 表 6 4 截角影响系数2of ( ) 40 50 60 70 80 90 粘性煤 1 性煤 脆性煤 6 5 刨刀前刃面形状系数3of 前刃面为平面的刨刀 前刃面为椭圆形的刨刀 形前刃面为屋脊形的刀 1 单个刨刀所受的煤壁挤压力 1 1 i Y d i S (6 7) 式中： b k F (6 8) 单个锐利刨刀所受的平均挤压力， N ； 单个锐利刨刀上平均挤压力与平均刨削力的比值。对于韧性煤 掏槽刀 上端刨刀 下端刨刀 韧性煤 取较大的数值 1 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 33 刨刀磨损面在截割平面上的平均投影面积， 2m 。 当 A 250 /KN m 时这里 直线排列式：b k F= 6 0 28 0 1 6 1 1 . 8Y i Y d i S= 1 6 9 0 2 阶梯排列式：b k F= 9 5 26 5 7 4 1 1 . 8Y i Y d i S= 8 6 8 顶部刨刀（由上至下）： b k F= 1 1 . 8Y i Y d i S=b k F= 1 1 . 8Y i Y d i S=b k F= 1 1 . 8Y i Y d i S= 底部刨刀（由上至下）： b k F= 0 1 6 0 1 1 . 8Y i Y d i S=b k F= 1 1 . 8Y i Y d i S=b k F= 1 1 . 8Y i Y d i S=个刨刀所受的煤壁侧向力 单个刨刀所受煤壁的平均侧向力36 7）计算。 刨煤机总体方案设计及刨头设计 34 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t （ 6 7） 式中：刨刀排列方式对于直线式排列刨刀0；对于阶梯式排列刨刀1；对于顶部刨刀，当其安装角 25 45时，于底部刨刀，当其安装角 20 30时， 刨深对 h ， 0. 3 0. 5h m 时， h ，这里 直线排列式： 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t =0 N 阶梯排列 式： 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = = 顶部刨刀（由上至下）： 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = 1 0 = 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = = 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = = 底部刨刀（由上至下）： 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 35 = = 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = 1 0 = 52 . 2 7 5 4 0 1 0 0X i o h A K h K t = = F 刨刀所受的刨削阻力刀刨削阻力 6 8） 计算。 1 1 1 1 1m m m m S i Z C i Z T i Z D i i Z X ii i i i F F F K F （ 6 8） 式中 : 刨头顶部刨刀所受的平均刨削阻力， N ； 超前刨刀所受的平均刨削阻力， N ； 掏槽刨刀所受的平均刨削阻力， N ； 刨头底部刨刀所受的平均刨削阻力， N ； 直线式和阶梯式排列刨刀所受的平均刨削阻力， N ； m 各种刨刀所对应的数量； 刨刀同时工作系数， mi 0N 刨煤机总体方案设计及刨头设计 36 0N D 7 9 4 836 5 7 48 N 所以 表 6 6 刨刀同时工作系数of 脆性煤 脆性煤 粘性煤 F 刨刀所受煤壁挤压力质是煤壁对刨刀的反推力，也就是煤壁对刨刀的横向反力，应该是刨头中心线一侧所有刨刀挤压力的合力。刨刀刨削阻力 6 9） 计算。 1 1 1 1 1m m m m S i Y C i Y T i Y D i i Y X ii i i i F Y Y K F （ 6 9） 式中 :刨头顶部刨刀所受的平均挤压力， N ； 超前刨刀所受的平均挤压力， N ； 掏槽刨刀所受的平均挤压力， N ； 刨头底部刨刀所受的平均挤压力， N ； 工作在直线式和阶梯式刨刀所受平均挤压力， N ； m 各种刨刀所对应的数量； 刨刀同时工作系数， 6。 0 6 8 6 51 3 7 4 53 3 1 15 9 7 0 81 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 37 mi 0N 0N 1 1 3 938 6 8 9 mi 所以 + N F 刨刀所受的煤壁侧向 力际就是煤壁沿顶底板对刨刀的反作用力。 6 10） 计算。 1 1 1 1 1m m m m S i X C i X T i X D i i X X ii i i i F F F K F （ 6 10） 式中 :刨头顶部刨刀所受的平均侧向力， N ； 超前刨刀所受的平均侧向力， N ； 掏槽刨刀所受的平均侧向力， N ； 刨头底部刨刀所受的侧向力， N ； 工作在阶梯式刨刀所受的平均侧向力， N ； m 各种刨刀所对应的数量； 刨刀同时工作系数， 6。 2 mi x s 01 01 刨煤机总体方案设计及刨头设计 38 0 3 2 21 4 21 4 67 4 31 D 8 11所以 + N 头所受的装煤阻力 刨头所受的装煤阻力堆对刨头的反作用力。刨头所受的装煤阻力 6 11）计算。 F+F （ 6 11） （ 1）刨头装载表面插入煤堆中所需要的力 0 0 . （ 6 12） =5400 =中：刨头装载表面的宽度。 参照刨煤机设计选取 刨头装载表面的宽度图 6 3 所示。 图 6 2 刨头装载示意图 of 2）煤堆从刨头装载表面移动到装载高度所需的力纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 39 00. （ 6 13） = 60ta 0ta 式中： G 位于刨头装载表面前煤堆的重 力， N 。 0煤与刨头装载表面的摩擦系数，通常0