采煤机科研训练报告

1、科研训练报告题目：滚筒式采煤机理论设计基础姓名：熊礼武班级：机自09-3班学号：03090974学院：机电工程学院指导老师：王忠宾 黄嘉兴2012年12月14日1.课题名称滚筒式采煤机理论设计基础2.课题来源与背景煤炭是我国的主要能源，煤炭工业为国民经济发展做出了重大贡献。但是由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的30-50年内，一切新能源都不能普遍取代矿物燃料，因此矿物能源仍将是人类的主要能源。随着现代科学技术的快速发展，尤其是世界经济对能源的旺盛需求，世界煤炭开采技术也得到迅猛的发展。在新技术革命的带动下，煤矿开采技术与装备技术迅速发展，高生产能力、高性能的开采技术设备是采矿行业的未

2、来目标采煤机械化是最终发展的必然。所以如何提高采煤效率以满足我国现代化建设中迅猛发展的经济对能源的需要就成了十分迫切的要求。按煤层赋存的条件，对煤炭的开采可以分为露天开采和地下开采。采煤方法不同，所使用的采煤机械也不同。目前国内外采用这些采煤方法的国家所用采煤机械，绝大多数是滚筒式采煤机、刨煤机和掘进机，只有少数先进的煤矿采用薄煤层采煤机等设备。近年来，我国采煤机械产业发展迅猛，截止2010年全国采煤机械生产企业已多达24家，产销量约800多台，产能达到1500台左右。从国内煤机竞争态势来看，我国煤机制造企业受计划经济时代影响发展缓慢，不仅技术水平较低，而且产品单一。虽然近年技术提升很快，但是

3、与国外煤机巨头相比，我国煤机装备整机的可靠性和稳定性仍然不强，缺乏行业的顶尖品牌，在资金实力和技术研发能力上与国际先进水平还有一段差距，在露天煤矿采掘设备的生产方面与国外差距较大，大而不强是我国煤机行业当前的真实写照。3.本课题研究的目的与意义 随着大功率综合机械化采煤技术和高产高效矿井建设的发展，对采煤机牵引力和牵引可靠性的要求越来越高，设计和生产可靠性高、高性能的采煤机牵引系统，不仅能大大提高生产效率，降低生产的成本，更能在实际生产中检验创新理论的正确性，为以后采煤机牵引技术的发展奠定基础。4.本课题研究的主要内容全面熟悉综采工作面设备配置，对滚筒式采煤机的工作原理、总体组成、布置、结构特

4、点、国内外发展状况作较深入了解。对比各类机型、各种传动的优缺点，深入了解各类牵引部传动装置的调速特点、无链牵引机构低速大转矩的设计要点，（由网上、配套手册、期刊上查找）大模数驱动轮、轴承、联结选择、防尘等方面存在的问题，提出自己的看法、修改与新的方案。为毕业设计做好准备。5.完成本课题的条件及可行性分析5.1经济效益分析 通过对滚筒式采煤机的研究，了解整机性能和简单快捷的操作式，使操控高效可靠，使用效果良好。达到用最少的成本设计并制造出高效高产的采煤机，为煤矿事业的生产和使用提供了有力的保障。特别是在追求利益最大化的今天，高效高速高产的采煤机会受到各大煤矿的追捧，从而提高劳动生产率，降低生产成

5、本，获得更大的经济效益。5.2技术性能分析近年来，通过引进国外先进国家的采煤机牵引技术，再加上国内广大科研技术人员的共同努力，可以说我国自己生产的采煤机已可以满足国内市场的需求。随着技术的逐渐成熟，采煤机从传统的机械驱动发展成为电驱动、液压驱动，驱动更为简单高效，另外电子技术、控制技术和计算机技术的发展，采煤机将成为操作简单、功能强大、工作可靠的机电一体化产品。通过以上分析，对大功率、大采高、多电机采煤机设计的改进设计有着相当大的意义，只要我们采取科学的方法，积极创新，本课题的设计内容就是可行的，是值得我们尝试的。6.课题研究的主要内容与目标6.1 、综采工作面采煤机设备配置在使用双滚筒采煤机

6、的综采工作面中，主要配套的设备有采煤机、可弯曲刮板输送机和自移式液压支架；综采机械化采煤工作面采用双滚筒采煤机，通常双向采煤。骑槽式采煤机运行的前滚筒贴着顶板截割，后滚筒贴着底板截割。爬底板式采煤机则相反，前滚筒贴底、后滚筒贴顶截割滚筒的螺旋叶片把碎落的煤炭装进可弯曲刮板输送机.再经刮板转载机和可伸缩胶带输送机运出。滞后于采煤机的输送机溜槽和液压支架，可以随着向前推移。如此从工作面一端到另一端往复进行采煤每个行程结束后，需要调换滚筒的上、下位置，如带有弧形挡板，还应将弧形挡板翻转到滚筒的另一侧.以便进行相反方向的采煤行程。综合机械化采煤不仅可以增加产量和提高工效，改善劳动条件和作业安全，也利于

7、实现矿井集中化生产，简化生产系统，提高综合经济效益。另外，在工作面运输巷内还有桥式转载机和可伸缩带式输送机。综合机械化采煤，就是通过以上设备相互配合和协调动作，实现落煤、装煤、运煤、支护、顶板管理以及工作面巷道运输等生产工序的全部机械化。综合机械化采煤工作面的配套设备及工作面布置：采煤机、刮板输送机和液压支架用来组成工作面设备。端头支架用来推移输送机机头、机尾并支护端头空间。桥式转载机与刮板输送机搭接，用来将工作面运来的煤转载到可伸缩带式输送机上运出。乳化液泵站用来为液压支架提供压力液。设备列车用来安放移动变电站、乳化液泵站、集中控制台等设备。喷雾泵用来为采煤机提供嘴雾冷却用的压力水。液压安全

8、绞车用于当煤层倾角大于16度时防止采煤机断链下滑。集中控制台用于控制刮板输送机、桥式转载机、带式输送机及通讯等。备综合机械化采煤工作面的装备以采煤机、液压支架和刮板输送机为代表。世界上先进的大采高综采工作面装备的特点是：技术先进、性能可靠、装机功率大、生产效率高、能力大。今后的发展方向除进行采煤方法、采煤工艺的研究创新外,对于才没装备来说，还要研制机电一体化、自动化煤矿开采技术设备，主要包括以下几种。(1)年产800万1000万t综采工作面配套技术 主要有大功率高性能系列电牵引采煤机、大采高电液控制强力液压支架、刮板输送机、软启动带式输送机和3. 3 kv供电技术。针对综采一作面生产设备和配套

9、技术存在的问题，主要解决以下关键技术：大功率交流电牵引采煤机变频调速四象限运行控制技术；大功率重型工作面刮板输送机软启动技术；大功率、大运力顺槽带式输送机的软启动、中间驱动和制动技术；综采工作面大型设备3. 3 kV供电及配套技术;综采工作面设备故障诊断和综合监测系统可视化的完善提高；高产高效综采工作面和掘进巷道前方地质综合勘探与评估的安全保障系统；等等。 (2)年进8000-10000 m煤巷快速掘进成套技术 主要包括掘锚联合机组、重型掘进机、重型掘进锚杆等方面的内容。完善提高现有掘进机、锚杆机，解决掘进过程中切割与支护的协调作业；改进悬臂式掘进机的截割传动和电控系统，提高单进;研制输出功率

10、大、钻进速度快、稳定性好的新型单体锚杆钻机；研制配合锚杆钻机使用的连续采煤机，使掘进和支护协调作业，缩短掘、钻、支循环作业时间，提高掘进速度。 (3)先进、实用的工作面开采技术与装备主要包括放顶煤开采技术(高效、回收率高、安全)、短壁和短工作面高效开采技术与装备和适合中、小煤矿的实用配套技术。中、小型煤矿先进适用综合配套技术以安全、高效、工艺改革为重点，研制和推广经济、简易和实用技术与装备。开发应用高效的采煤方法，研制经济实用灵活紧凑的采煤机、顺槽可拐弯刮板输送机等配套装备，逐步实现采、支、运机械化。(4)综合机械化采煤机工作面无人自动化生产技术在工作面采谋机、刮板输送机、液压支架等设备实现单

11、机自动控制功能的基础上，采用红外线引动、位置速度检测、计算机集中控制等方式，使采煤机、刮板输送机、液压支架等设备自动完成割煤、运输、液压支架移设和顶板支护等生产流程，实现工作面自动化生产。工作面顺槽计算机还可以通过矿井通讯线路、光纤等介质经网络和矿井及上部管理层实现信息交流与通讯控制。由于回采工作面地质条件的多样性，采煤机械在煤炭生产过程中的重要性，以及采煤机械工作条件的特殊性，对采煤机械的技术要求必须包括以下几个方面：1.功能要求。设计和选用采掘机械必须考虑的矿山地质条件和矿岩的可接个型指标、煤层的厚度与倾角、夹矸的性质、含水性、含瓦斯率、地质构造破坏、煤和瓦斯的突出可能性等。现代采煤机械应

12、能适应一定的地质条件，具有碎落和装运煤岩的功能，截割机构能够横向切入煤壁的功能，以及自动调高、调斜和调速的功能等2.生产率要求采煤机械应具有较高的生产率和较低的采煤比能耗，以利增加工作面产量，降低产成本，而且采煤机械的生产率应与矿井运输系统的运输能力相适应，才能达到较高的开机率3.劳动保护要求采煤机械在井下较恶劣的环境中工作。为了确保生产安全和采煤工作面工人的身体健康，采煤机应装备防止过载及下滑的装置和灭尘装置等，所有电气设备均应为防爆型或为本质安全型。4.可靠性要求由于采煤机械生产率日益提高和矿井集中化生产，采煤机械故障的经济损失也相应增加，因而对采煤机械的使用可靠性提出了相当高的要求。6.

13、2采煤机的发展历程与趋势一、国内发展历程1.购进与仿制世界上第一台采煤机是苏联于1932年生产并在顿巴斯煤矿开始使用的。我国于1952年购进并使用顿巴斯采煤机(当时称采煤康拜因)。与此同时，鸡西煤矿机械厂开始进行仿制工作，于1954年制造出中国第一台深截式采煤机，即顿巴斯一1型采煤康拜因。其截割部采用截链式工作机构，由框形截盘、截链(图1一1)和截齿等组成;牵引部工作机构为钢丝绳牵引，传动系统通过齿轮传动，利用牙嵌式离合器进行有级调速，为纯机械式传动，所用电动机为风冷防爆电动机。2.消化与研制滩20世纪60年代初，在顿巴斯一1型采煤康拜因的基础上，我国开始自行研制生产采煤机，1964年生产出M

14、LQ一64型采煤机，1968年生产出MLQ1一80型浅截式单滚机，称为我国第二代采煤机。第二代采煤机采用螺旋式滚筒，要比调高，牵引部工作机构为钢丝绳牵引，双鼠笼式防爆外部风冷电动机3.振兴与发展我国于20世纪60年代末70年代初开始研制第三代采煤机：双滚筒采煤机。1975年生产的MLS3-170型采煤机，实现了滚筒采煤机由单滚筒向双滚筒的飞跃。采煤机的两个可调高滚筒放在采煤机的两端(见图)，利用摇臂调高;采用圆环链牵引机构，牵引部液压系统采用斜轴式轴向柱塞变量泵和斜轴式轴向柱塞定量马达;采用了双鼠笼式防爆型外壳水冷电动机。MXA一300型采煤机是西安煤矿机械厂于1983年生产的大功率无链牵引双

15、滚筒采煤机。目前，我国生产的液压无链牵引采煤机最有代表性的是MG系列，包括MG300 、MG200和MG150系列。MG300系列采煤机由上海煤矿机械研究所设计，鸡西煤矿机械厂制造，1986年生产出第一台，具有同期国际水平，现已广泛使用。 4.近期开发国外寸1976年研制出第一台电牵引采煤机，电牵引采煤机是直接对电动机调速，以获得不同的牵引速度，使牵引部大大简化，采川固体元件，具有抗污染能力强，故障率小，寿命长和效率高等特点。1994年由上海煤矿机械研究所设计，鸡西煤矿机械厂生产出我国第一台MG463一DW型交变频电牵引采煤机。电牵引采煤机成为我国第四代采煤机。第四代采煤机采用多电动机驱动，横

16、向布置，电控为机载方式，整机为无底托架，整体积木式组合结构，各部件间为干式对接，对接面间无任何机械或液压连带关系;主控制器采用了计算机技术，使系统性能可靠，抗干扰能力强，具有完备的保护、故障诊断和显示功能，并可根据需要实现无线电遥控。MG400/985一WD型电牵引采煤机是鸡西煤矿机械厂于1998年自行研制开发的新一代大功率电牵引采煤机，适合在高产高效工作面使用。2004年，鸡西煤矿机械有限公司又与淮南矿业集团联合开发研制了MG610/1400一WD型横向布置大功率升压电牵引采煤机，成为国内第一台装机功率大于1000 kW的大功率自替化采煤机。随后，西安煤矿机械厂研制出MG650/1480一W

17、D型、MG750/1910一WD型大功率电牵引采煤机;上海天地公司研制出MG650/1620一WD型、MG750/1845一WD型、MG900/2215一WD型大功率电牵引采煤机;太原矿山机械集团研制出MG750/1800一WD型大功率电牵引采煤机；鸡西煤矿机械有限公司研制出MG6800/2040一WD型大功率电牵引采煤机二、国外发展历程 机械化采煤开始于20世纪60年代，是随着采煤机械的出现而出现的。20世纪40年代初期，英国,苏联相继生产了采煤机，使工作面落煤、装煤实现机械化。但当时的采煤机工作机构复杂，能耗大，效率低，加上工作面输送机不能自移，所以生产受到一定的限制。20世纪50年代初期

18、，美国、德国相继，生产出了滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，从而大大推进了采煤机械化技术的发展。滚筒式采煤机采用螺旋滚筒作为截割机构，当滚筒转动并切人煤壁后，通过安装在滚筒螺旋叶片上的截齿将煤破碎，并利用螺旋叶片把破碎下来的煤装人工作面输送机。但由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒，不能实现调高，因而限制了采煤机的使用范围，我们称这种固定滚筒采煤机为第一代采煤机。因此，20世纪50年代各国采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平，虽然在 1954年英国已研制出了自移式液压支架，但由于采煤机和可弯曲刮板愉送机尚不完善，综采技术仅仪处在开始试验阶段20世纪60年代是世界综采技术的发展时期，第

19、二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现.解决了采高调整问题，扩人了采煤机的适川范围。这种采煤机的滚筒装在可以上下摆动的摇臂上，通过摆动摇臂来调节滚筒的截割高度，使采煤机适应煤层厚度变化的能力大大加强1964年，第三代采煤机双摇臂滚筒采煤机的出现，进一步解决了工作面自开切口的问题另外，液压支架和可弯曲刮板输送机技术的不断完善，把综采技术推向了一个新的水平，并在生产中显示厂综合机械化采煤的优越性高效、高产、安全和经济，因此各国竞相采用综采技术。 进人20世纪70年代，综采机械化得到了进一步的发展和提高，综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率为750一1000KW的

20、采煤机，功率为900-1000 kW、生产能力达1500 t/h的刮板输送机，以及工作阻力达1500 kN的强力液压支架等。1970年采煤机无链牵引系统的研制成功以及1976年出现的、第四代采煤机电牵引采煤机，大大改善了采煤机的性能，并扩大了其使用范围。 世界上第一台直流(他励)电牵引采煤机是由德国艾柯夫公司于1976年研制的EDW l50 -2L型采煤机。该采煤机首次使用就显示出电牵引的优越性，即效率高，产量大，可靠队高，其故障率仪为液压牵引采煤机的1/5。同年，美国久益公司研制出了1LS直流(串励)电牵引采煤机，以后陆续改进发展为2LS, 3LS, 4LS系列；1996年生产的6LS05型

21、采煤机，其总装机功率为1530 kW ,是目前世界上功率较大的采煤机。英国于1984年生产了第一台ELECTRA550型直流(复励)电牵引采煤机，其后生产的ELECTRAI000型采煤机在1994年创下了年产408 x 10000 t商品煤的世界最高纪录，其截割牵引速度达25 m/min。在电牵引采煤机的发展历史中，世界上许多国家先是发展直流电牵引，而后逐步发展交流调速电牵引。1986年，日本三井三池制作所研制出世界上第一台交流电牵引采煤机( MCL400一DR6868型)。直流电牵引技术能满足采煤机牵引特性(恒扭矩一恒功率)的要求，调速平稳，能四象限运行，适应大倾角工作面的运行，系统简单，但

22、存在着火花、炭粉、更换电刷和换向器、过载能力较低以及机身较宽、较长等缺点。血交掀调速甩牢引采煤机的电动机结构简单，体积小，重量轻，坚固耐用，运行可靠，维护方便，无电刷和换向器，无火花和炭粉，耐震动，过载能力大。因此，交流调速电牵引采煤机已成为今后的发展方向，交流伺服系统已成为目前发展的主流方向。三、采煤机的发展趋势1.国内采煤机发展趋势我国从20 世纪80 年代末期, 煤科总院上海分院与波兰合作研制开发了我国第1台MG3442PWD薄煤层强力爬底板交流电牵引采煤机, 在大同局雁崖矿使用取得成功。借助MG3442PWD 电牵引采煤机的电牵引技术, 对液压牵引采煤机进行技术更新。第1 台MG300

23、/ 6802WD 型电牵引采煤机是在鸡西煤矿机械厂生产的MG300 系列液压牵引采煤机的基础上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晋华宫矿开始使用。与此同时, 在太原矿山机器厂生产的AM2500液压牵引采煤机上应用交流电牵引调速装置改造MG375/8302WD 型电牵引采煤机。截止目前, 我国已形成5 个电牵引采煤机生产基地, 鸡西煤矿机械厂、太原矿山机器厂、煤炭科学研究总院上海分院、辽源煤矿机械厂生产交流电牵引采煤机, 西安煤矿机械厂则生产直流电牵引采煤机。我国近期开发的电牵引采煤机有以下特点:(1) 多电机驱动横向布置电牵引采煤机。截割电机横向布置在摇臂上, 取消了螺旋伞齿轮和结构复杂

24、的通轴。(2) 总装机功率、牵引功率大幅度提高, 供电电压(对单个电机400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保证了供电质量和电机性能。(3) 电牵引采煤机以交流变频调速牵引装置占主导地位, 部分厂商同时也研制生产直流电牵引采煤机。(4) 主机身多分为3 段, 取消了底托架, 各零部件设计、制造强度大大提高, 部件间用高强度液压螺母联接, 拆装方便, 提高了整机的可靠性。(5) 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高。在通用性、互换性和集成型方面迈进了一大步, 功能逐步齐全, 无线电随机控制研制成功, 数字化、微机的电控装置已进入试用阶段。(6) 在横向布置的截割电机上

25、, 设计使用了具有弹性缓冲性能的扭矩轴,改善了传动件的可靠性, 对提高采煤机的整体可靠性和时间利用率起到了积极作用。(7) 耐磨滚筒及镐形截齿的研究, 推进了我国的滚筒及截齿制造技术,开发研制的耐磨滚筒,可适用于截割f = 34 的硬煤。具有使用中轴向力波动小,工作平稳性好,块煤率高,能耗低等优点。2.国际采煤机发展趋势 国际上电牵引采煤机的技术发展有如下几个特点: (1) 装机功率和截割电动机功率有较大幅度增加，为了适应高产高效综采工作面快速割煤的需要, 不论是厚、中厚和薄煤层采煤机, 均在不断加大装机功率(包括截割功率和牵引功率) 。装机功率大都在1000kW 左右, 单个截割电机功率都在

26、375kW以上, 最高达600kW。直流电牵引功率最大达2 ×56kW , 交流电牵引功率最大达2 ×60kW。(2) 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型。 世界各主要采煤机厂商20 世纪80 年代都已把重点转向开发电牵引采煤机, 如德国艾柯夫公司是最早开发电牵引采煤机的, 80 年代中后期基本停止生产液压牵引采煤机, 研制出EDW 系列电牵引采煤机, 90 年代又研制成功交流直流两用SL300 、SL400 、SL500 型采煤机。交流电牵引近几年发展很快, 由于技术先进,可靠性高、简单, 有取代直流电牵引的趋势。自日本80 年代中期研制成功第1 台交流电牵引

27、采煤机,至今除美国外, 其它国家如德国、英国、法国等都先后研制成功交流电牵引采煤机, 是今后电牵引采煤机发展的新目标。(3) 牵引速度和牵引力不断增大 液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/ min 左右, 而实际可用割煤速度为4 5m/ min , 不适应快速割煤需要。电牵引采煤机牵引功率成倍增加, 最大牵引速度达1520m/ min , 美国18m/ min 的牵引速度很普遍,美国乔依公司的1 台经改进的4LS 采煤机的牵引速度高达2815m/ min。由于采煤机需要快速牵引割煤, 滚筒截深的加大和转速的降低, 又导致滚筒进给量和推进力的加大, 故要求采煤机增大牵引力, 目前已普遍加大到45

28、0600kN , 现正研制最大牵引力为1000kN 的采煤机。(4) 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展。 70 年代中期仅有美国的LS 系列采煤机、西德EDW215022L22W 型采煤机采用多电机驱动, 机械传动系统彼此独立, 部件之间无机械传动, 取消了锥齿轮传动副和复杂通轴, 机械结构简单, 装拆方便。目前, 这类采煤机既有电牵引, 也有液压牵引, 既有中厚煤层用大功率, 也有薄煤层的, 有取代传统的截割电动机纵向布置的趋势。(5) 滚筒的截深不断增大牵引速度的加快,支架随机支护也相应跟上, 使机道空顶时间缩短,为加大采煤机截深创造了条件。10 年前滚筒采煤机截深大都是630 700

29、mm , 现已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美国正在考虑采用1500mm 截深的可能性。(6) 普遍提高供电电压 由于装机功率大幅度提高, 为了保证供电质量和电机性能, 新研制的大功率电牵引采煤机几乎都提高供电电压, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美国现有长壁工作面中, 45 %以上的电牵引采煤机供电电压为2300V。(7) 有完善的监控系统包括采用微处理机控制的工况监测、数据采集、故障显示的自动控制系统; 就地控制、无线电随机控制, 并已能控制液压支架、输送机动作和滚筒自动调高。(8) 高可靠性据了解美国使用的EL ECTRA 1

30、000 型采煤机的时间利用率可达95 %98 % ,采煤量350 万t 以上,最高达1000 万t 。现在电牵引采煤机已是国际主异机型，不仅可控硅控制调速的直流电牵引已发展成系列产品，而且已经开发出厂多款交流调速电牵引采煤机，其发展趋势是电牵引采煤机将逐步代替液压牵引采煤机。电牵引采煤机既可以实现采煤机要求的工作特性，而且更容易实现检测和控制自动化，又可以克服液压牵引采煤机加工精度要求高、工作液体易被污染、维修较困难以及工作可靠性较差和传动效率较低等缺点，还便于实现工况参数显示和故障显示。我国也已成功研制了MG344一PWD型交流电牵引爬底板薄煤层采煤机和MGA463 DW型直流电牵引采煤机等

31、。电牵引采煤机经过25年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术成为具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下:电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。结构形式向多电机驱动横向布置发展。监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。性能参数向大功率、高参数发展。综合性能向高可靠性和高利用率发展。国内电牵引采煤机研制方向与国际发展基本一致经过近15年的研究，已取得较大进展但离国际先进水平特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大差距，必须进行大量的技术和试验研究。今后，国际采煤机机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设

32、备，使之达到高产、高效、安全、经济;向遥控及自动控制发展，逐步过渡到无人工作面采煤；提高单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制厚、薄及急倾斜等难采煤层的机械化设备；解决端头技术，研制工作面巷道与工作面端部连接处的设备等，以进一步提高工作面产量和安全性。现在，我国已生产出适合缓倾斜中厚及薄煤层的多种采煤机械，完全能满足今后采煤机械化发展的需要。此外，进一步发展电牵引采煤机已列人我国重要科技攻关计划。 6.3、滚筒式采煤机的组成与工作原理（一）滚筒采煤机的组成滚筒采煤机的种类很多，结构也较复杂，但其基本部件大致相同，均由电动机及其电气设备、牵引部、截割部和附属装置等四部分组成。下面以图5

33、-1所示的双滚筒采煤机说明其组成。图 双滚筒采煤机1电动机；2牵引部；3牵引链；4截割部减速器；5摇臂；6滚筒；7弧形挡煤板；8底托架；9滑靴；10调高油缸；11调斜油缸；12拖缆装置；13电气控制箱1.电动机及其电气设备电动机及其电气设备主要包括电动机1和电气控制箱13。电动机1是采煤机的动力部分，它通过两端出轴驱动滚筒和牵引部。电动机为防爆型鼠笼式。电气控制箱13内装有各种电控元件，以实现各种控制及电气保护。2.牵引部牵引部的作用是带动采煤机在工作面作往复移动，以实现采煤机的连续割煤和装煤。牵引部主要包括牵引部减速器和牵引机构。牵引部2通过其主动链轮与固定在工作面两端的牵引链3相啮合，使采

34、煤机沿工作面移动。牵引机构可分为有链牵引和无链牵引两类。3.截割部截割部的作用是向螺旋滚筒传递截割功率。截割部主要包括截割部减速器4和螺旋滚筒6。左右截割部减速箱4将电动机的动力经齿轮减速传到摇臂5的齿轮，以驱动滚筒6。滚筒6是采煤机直接进行落煤和装煤的机构，称为采煤机的工作机构。滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截煤用的截齿，由螺旋叶片将落下的煤装到刮板输送机中。为了提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒侧装有弧形挡煤板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180°。4.附属装置附属装置主要包括挡煤板7、底托架8、电缆拖移装置12、供水喷雾冷却装置以及调高、调斜等装置。底托架8用来固定整个采煤

35、机，并经其下部的四个滑靴9使采煤机骑在刮板输送机的槽帮上。采空区侧两个滑靴套在输迭机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高油缸10用来使摇臂升降，以调整采煤机的采高。调斜油缸11用来调整采煤机的横向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的割煤要求。采煤机的电缆和供水管靠拖缆装置12夹持，并由采煤机拖着在工作面输送机的电缆槽中移动。为降低电动机和牵引部的温度，采煤机还设有专门的供水系统和内、外喷雾系统。（二）滚筒采煤机的工作原理单滚筒采煤机的滚筒一般位于采煤机下端，以使滚筒割落下的煤不经机身下部运走，从而可降低采煤机机面（由底板到电动机上表面）高度。单滚筒采煤机上行工作时，如图5-2（a

36、）所示，滚筒割顶部煤并把落下的煤装入刮板输送机，同时跟机悬挂铰接顶梁，割完工作面全长后，将弧形挡煤板翻转180°；接着，机器下行工作，如图5-2（b）所示，滚筒割底部煤及装煤，并随之推移工作面输送机。这种采煤机沿工作面往返一次进一刀的采煤法叫单向采煤法。双滚筒采煤机工作时，如图5-2（c）所示，前滚筒割顶部煤，后滚筒割底部煤。因此双滚筒采煤机沿工作面牵引一次，可以进一刀；返回时又可以进一刀，即采煤机往返一次进二刀，这种采煤法称为双向采煤法。（c）（b）（a）图 滚筒采煤机的工作原理6.4、滚筒式采煤机的类型滚筒采煤机的类型很多，可按滚筒数目、行走机构形式、行走驱动装置的调速传动方式、

37、行走部布置位置、机身与工作面输送乳汁机配合导向方式、总体结构布置方式等分类。按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机）。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤

38、机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。 各种类型采煤机的分类方式、优缺点如下表：分类方式采煤机类型优缺点按滚筒数目单滚筒采煤机机身较短，重量较轻，自开切口性能较差，适宜在煤层欺负变化的条件下工作双滚筒采煤机调高范围大，生产效率高，可在各种煤层地质条件下工作按煤层厚度厚煤层采煤机机身尺寸大，调高范围大，采高大于3.5m中厚煤层采煤机机身尺寸较大，调高范围较大，采高大于1.3-3.5m薄煤层采煤机机身尺寸较小，调高范围较小，采高小于1.3m按调高方式固定滚筒式采煤机靠机身上的液压缸调高，调高范围小摇臂调高式采煤机调高范围大，卧底量大，装煤效果好机身摇臂调高式采煤机机身短窄，稳定性好，但自开切口性

39、能差，但卧底量较小，适应煤层起伏变化小，顶板条件差等特殊地质条件按机身设置方式输送机采煤机适用范围广，装煤效果好，适用于中厚及以上煤层爬底板采煤机适用于薄和极薄煤层地质条件按牵引控制方式机械牵引采煤机操作简单，维护检修方便，适应性强液压牵引采煤机控制、操作简便且可靠，功能齐全，适用范围广电牵引采煤机控制、操作简单，传动效率高，适用于各种地质煤层按牵引方式钢丝绳牵引采煤机牵引力较小，一般用于中小型矿井的普采工作面锚链牵引采煤机中等牵引力，安全性较差，适用于中厚煤层工作面无链牵引采煤机工作平稳、安全、结构简单，适应于倾斜煤层开采按煤层条件缓倾斜煤层采煤机设有特殊的防滑装置，适用于倾角15以下的煤层

40、工作面倾斜煤层采煤机牵引力较大，具有特殊设计的制动装置，与无链牵引机构相配，适用于倾斜煤层工作面急倾斜煤层采煤机牵引力较大，有特殊的工作机构与牵引导向装置，适用于急倾斜煤层工作面按牵引机构设置方式内牵引采煤机结构紧凑，操作安全，自护力强 外牵引采煤机机身短，维护和操作方便6.5、滚筒式采煤机的布置两种总体结构布置方式的分析比较：1)整机布置纵向布置：纵向布置的采煤机由左、右摇臂、左、右截割部固定减速箱、主(副)电机、牵引泵箱和中间箱共七段(或八段)组成。截割电机布置在采煤机中段、采用偏心两端出轴，一侧留出足够宽度供安装采煤机电器与控制元件。各大部件间除对接联接外，还通过地脚螺柱与底托架相联、因

41、而机身较长。但机身宽度可做得窄些，有利于减小控顶距。横向布置：滚筒采煤机采用横向布置时，截割主电机与摇臂直接相联，中间段是左、右牵引行走减速箱和中间箱(其中分成调高泵箱和电控箱两个隔腔)。这种布置方式，机身较短，无底托架，（为了克服调斜底托架铰接点多、间围大、扳动大、结构复杂和难维护等缺点，近年来采煤机改用固定式底托架，在多电机布局推广中又发展了框式底托架。机器各主要部件以插件形式装入底托架。另-趋势是取消底托架，直接用强力液压自锁螺栓将采煤机各部件固定在一起。螺栓的张紧力约为500kN,巨大的张紧力将各部件联为一个整体，采煤机因此没有底托架，使得总体结构简化，并且增加了过煤空间。采煤机工作过

42、程中要承受震动冲击载荷，联结件采用普通高强度螺栓时，松动现象不可避免。由于采煤机工作环境的特殊性，要求螺栓松动后随时紧固和检修时按规定紧固所有联接螺栓是无法做到的。因此，采煤机在联结件松动的情况下仍继续工作是一种普遍现象，并最终导致采煤机部件和机身限位装置损坏和机器壳的某些部位变形。液压螺栓的使用从根本上解决了这些问题2)动力传递 纵向布置：纵向布置形式的采煤机，各大部件间都有动力传递，部件间的联接对中要求高。联接面存在有漏油环节。横向布置：横向布置的采煤机各大部件间没有动力传递、独立性强，安装、维护、检修方便。 3)受力状况 横向布置：横向布置的采煤机，其摇臂支承座受到的截割阻力、油缸支承座

43、受到的支承反力、行走机构受到的牵引反力均由牵引行走箱箱体来承受。受力情况简化，结构简单，可靠性高。纵向布置：纵向布置的采煤机，上述几种力都要通过底托架及其对接螺栓和各大部件的对接螺栓来承受，一旦这些联接螺栓有松动，会带来严重后果。 4)部件设计的合理性 横向布置：横向布置的采煤机由于截割电机横向布置、从截割电机出轴到滚筒输出轴，全部采用正齿轮传动，省去一对加工、调整复杂的锥齿轮传动使结构简化、传动效率高、降低制造成本。纵向布置：纵向布置的采煤机，因截割电机布置在中间段。从电机到滚筒输出轴必须有一对锥齿轮传动，因此加工、调整都比较复杂、制造成本高；由于电机布置在机身中段，动力从电机传到左、右滚筒

44、输出轴，其中一端必须通过液压泵箱。为此，需要有一根贯穿液压泵箱全长的通轴，给泵箱的设计带来一定的难度，也使其结构复杂化。 5)对煤层的适应性 纵向布置：纵向布置的采煤机对煤层厚度的适应强，综采和普采都有机型。横向布置：横向布置的采煤机，因主电机的长度尺寸大，采煤机的宽度相应增大。工作面的控顶距大。因而，在普采或煤层较薄以及对工作面的控顶距有严格要求的情况下，横向布置的采煤机在使用上受到一定的限制。随着电机功率的增大，电机宽度加宽，对工作面支护会带来困难。在较薄煤层时，如果使用横向布置的采煤机，还存在一个截割电机挡煤的问题。 6)设置破碎结构 横向布置：横向布置采煤机设置破碎结构难度较大，目前国

45、外虽然也有带破碎结构的，但结构比较复杂，且功率偏小，最大功率也只有75kw。纵向布置：纵向布置采煤机的破碎机构设置方便、合理、破碎功率可根据需要设计，因其动力是直接从主电机取得的。7）装机功率 横向布置：横向布置的采煤机采用多电机驱动。其牵引与截割所需的动力均由各自的电机提供。近十年来随着采煤机功率和生产能力的增大，单电机驱动已不能适应生产力的发展，因此各先进国家先后采用了多电机驱动采煤机。特别是电牵引采煤机都采用多电机驱动。纵向布置：纵向布置的采煤机的主电机，除用于割煤外，还要分出一部分动力用于采煤机的牵引与摇臂调高。6.6采煤机截割部传动装置及其优缺点常见的截割部传动方式有以下几种：（1）

46、电动机-固定减速箱-摇臂-滚筒（图2-15a）。这种传动方式应用较多，DY-150型、BM-100型采煤机均采用这种传动方式，其特点是传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸出，支承可靠，强度和刚度好，但摇臂下降位置受输送机限制，卧底量较小。 (2)电动机一固定减速箱一摇臂一行星齿轮传动一滚筒(图2一15b)。在滚筒内装入了行星齿轮传动后，可使前几级传动比减小，简化了传动系统，并使末级齿轮(行星齿轮)的模数减小，但筒壳尺寸要加大，故这种传动方式适合于中厚煤层采煤机，如MG-200型、MXA-300型、AM-500型采煤机上述两种传动方式是采用摇臂来调高的，调高范围由摇臂长度和摆角确定。(3)电动机一减

47、速箱一滚筒(图2一15c)。这种传动方式取消了摇臂，而靠电动机、减速箱和滚筒组成的截割部来调高，这样可以减小传动装置中的齿轮数，机壳的强度、刚度有所增大，且调高范围大，采煤机机身长度也可缩短，有利于采煤机自开切口工作。 (4)电动机一摇臂一行星齿轮传动一滚筒(图2一15d)。这种传动方式取消了容易损坏的锥齿轮，传动简单，调高范围大，机身长度小。MG一475 W型采煤机和MGTY5OO/1200-3.3D型电牵引采煤机都是采用这种方式6.7、滚筒式采煤机的结构特点 电牵引滚筒采煤机由交流电动机驱动，另外左右截割部各由一台交流电动机驱动。该牵引部装有机载式交流无级调速系统。根据截割部电动机和牵引部

48、电动机的负荷自动调节牵引速度，使截割部电动机在接近额定功率下运转，以保证采煤机能发挥其最大效益并有效地防止采煤机过载滚筒式采煤机的的特点是截割部电动机出轴直接接到摇臂上，取消了截割部减速箱，缩短了机身长度，减轻了机器的重量。6.8、滚筒式采煤机的牵引传动装置及调速特点(一) 牵引传动装置采煤机牵引部的作用是移动采煤机，使截割机构切入媒壁落煤和进行调动。牵引部包括牵引机构及传动装置两部分。牵引机构是直接移动机器的装置，传动装置用来驱动牵引机构并实现速度的调节。 牵引部传动装置的作用是将采煤机电动机的动力传到主动链轮或驱动轮并实现调速。现有牵引部传动装置按按传动形式可分为为机械牵引、液压牵引和电牵

49、引3类。 机械牵引是指全部采用机械传动装置的牵引部。其特点是工作可靠，但只能有级调速，结构复杂，目前已很少使用 液压牵引是利用液压传动来驱动牵引部。液压传动的牵引部可以实现无级调速、变速、换向和停机等，操作比较方便，保护系统比较完善，并且能随负载变化自动调节牵引速度，因此目前绝大多数采煤机都采用液压传动。 电牵引是指直接接对电动机调速以获得不同牵引速度的牵引部。它的优点是省去了复杂的液压系统和齿轮变速装置，使牵引部传动大大简化。不但电动机故障减少，维护工作简单，传动效率提高，机身长度缩短，而且其电子控制系统对外载变化的反应灵敏，能自动调速，当超载严重时，还能立即反向牵引。电牵引是近几年发展起来

50、的新颖牵引部传动形式，也是牵引部的发展方向。(二) 牵引传动装置的调速采煤机牵引部的自动调速是指采煤机的电动机功率或牵引力变化而自动调整牵引速度，以保证采煤机满载运行，避免过载并充分发挥采煤机的效能。采煤机牵引部通常有3套调速系统：手动调速、无线点控制离机调速和自动调速。前两者通过手把或无线电遥控给牵引部输入唯一，并通过比较条件，送入机液伺服系统的输入端，通过机液伺服系统输出来调速自动调速按拾取的反馈信号不同可分为电动机恒功率自动调速和液压（牵引力）自动调速两类 1.电动机恒功率自动调速 电动机恒功率自动调速是根据电动机负载功率的大小来自动调整牵引速度，使采煤机电动机保持在接近额定功率的工况下

51、工作。电动机恒功率自动调速的原理：用电流往感器拾取表征电动机功率大小的电流信号，经整流器整流后送电压检测器，将检得的电压U与额定功率相应的整定电压U。相比较，比较后的偏差信号U。送入控制器;控制器根据输人的信号进行判断后发出控制信号，经信号转换器将电信号转换成机械信号.再经放大器放大后，将表征电动机负载功率大小的位移反溃到比较器，并与手把调速的额定值。进行比较.最后将偏差信号输人到机液伺服系统进行调速。牵引速度变化后，又引起截割功率和牵引功率。变化，使电动机功率维持恒值2.液压自动调速液压自动调速是根据牵引力大小来自动调速的。由于高压侧的压力信号表征了牵引力的变化，因此拾取高压信号p，通过压力

52、反馈元件将压力信号变换成机械位移并输入到比较元件中，再通过机液伺服系统自动调速。按调速特性，液压自动调速又分为：(1)液压恒功率自动调速。液压系统的功率恒定，即PQ= const(常数)其压力一流量（或牵引力一牵引速度）特性曲线如图2-24a所示。若手把整定速度为，则牵引力小于f时，机器以运行；牵引力大于f时，机器沿f-b运行.我国的MG - 300型采煤机采用液压恒功率自动调速。 (2)限压调速。限压调速(图2 -24b),是指牵引速度随牵引力增大而自动减小，若手把整定速度为，则当牵引力小f时，机器以运行；牵引力大于f时，机器沿f-a运行 (3)恒压调速。恒压调速(图2 -24c)是指当牵引

53、速度的整定值足够大时，其牵引力始终保持最大的固定位置。若手把整定速度为，则牵引力小于时，机器以运行；当牵引力大于时，机器沿f-a运行，从而使牵引力的值始终为。国产的MG -475W型采煤机采用恒压调速。6.9、无链牵引机构采煤机向大功率、重型化和大倾角方向发展以后，链牵引机构已不能满足需要。因此，从20世纪70年代开始，链牵引机构已逐渐减少，无链牵引机构得到了很大发展。无链牵引机构的类型很多，主要有三类：齿轨式无链牵引机构、销轨式无链牵引机构、链轨式无链牵引机构。无链牵引机构具有以下优点：(1)采煤机移动平稳，震动小，减少了故障率，延长了机器的使用寿命。(2)可采用多牵引，使牵引力提高到400

54、一600 kN，以适应在大倾角(最大达54)条件下工作(但应有可靠的制动器)。(3)可实现工作面多台采煤机同时工作，以提高产量。(4)消除了断链事故，提高了安全性。无链牵引机构的缺点是:对输送机的弯曲和起伏不平要求高，输送机的弯曲段较长(约15m)，对煤层地质条件变化的适应性差。此外，无链牵引机构使机道宽度增加约100 mm，加长了支架的控顶距离。 无链牵引机构设计应注意的要点：1） 齿轨式无链牵引机构齿轨与溜槽的弯曲，在水平面，垂直面，再大的弯曲将使节距和中心距变化较大，滑动系数增大，啮合的两齿面“张口”，降低接触面积，从而使比压升高，造成磨损加剧，特别是在大倾角的工作面切口处，齿轨的磨损更

55、严重2） 销轨式无链牵引机构工作时，为保证齿轨轮与销轨的良好啮合，要求输送机尽可能平直铺设，相邻两节部槽在水平弯曲不得超过，垂直面弯曲不得超过，因此输送机的弯曲段不得小于15m距离3） 链轨式无链牵引机构牵引链的一端固定在输送机头上，另一端用液压张紧器消除牵引链的松弛。驱动链轮的轮齿插入平环，与立环的端头啮合而实现牵引，输送机相邻溜槽接头处应留有空隙，可以在垂直面偏转和水平面偏转,对工作面的起伏变化具有较强的的适应性。牵引链采用不等节距牵引链。7.采煤机存在的相关部分问题及改进方法：7.1、大模数驱动轮问题：采煤机驱动轮在工作时与运输机齿轨啮合带动采煤机行走，但是该啮合处无润滑啮合摩擦条件下工

56、作。采煤机驱动轮经近20个工作日运转后，将会导致驱动轮齿部过早压溃并形成断齿失效现象。齿面形成渗碳层压溃、龟裂、点蚀现象。改进方法：(1)改进热处理方法，从而提高.驱动轮的耐磨性胜,耐疲劳强度、耐冲击性等力学性能，进而提高驱动轮的使用性，满足驱动轮零件的使旧寿命要求。(2)更换行走轮材料，选择耐磨性、强度均较高的模具钢Cr12MoV。7.2、轴承问题：(1)行走轮工作负荷大，轴承常因缺油而损坏，直接导致采煤机无法运行。(2)采煤机的通轴轴承和液压传动部的通轴轴承常因缺油无法润滑，特别是在倾角较大的工作面，最高油位常低于轴承位置而导致轴承过热烧坏。(3)过热损坏的轴承与轴卡在一起，很容易造成轴承外圈与箱体轴承孔相对运动，导致采煤机漏油、振动、壳体报废、损坏齿轮和其它部件等。(4)采煤机轴承漏油改进方法：1.对通轴进行强迫润滑与冷