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南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第1页共41页把煤从煤层上截落下来并远出采煤工作面，这是煤炭生产的两个主要工序。使用刮板输送机实现煤的运输，而把煤从煤层上截落下来并装入输送机，则是由采煤机来完成的。采煤机完成了落煤和装煤这两个主要工序，就实现了煤炭开采的机械化。20世纪40年代，英国和原苏联相继研制出了链式采煤机。50年代初，英国和德国相继研制出来滚筒采煤机。在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。进入60代，英国、德国、法国以及原苏联先后对采煤机的截煤滚筒做出两项革命性改进。其一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度，完全解决对煤层赋存条件的适应性；第二项是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机的基础。自此，可调螺旋滚筒式采煤机进入了历史的舞台，并在煤炭开采业中得到了广泛的应用，MG170就是其中的典型代表。MG170采煤机采用双螺旋滚筒对称布置在机身两端的结构，一个沿顶板采煤一个沿底板采煤。因此能一次采全高，适应范围大、生产率高。同时机身结构对称，工作稳定性好，可自开工作面两端缺口进行双向采煤。MG170采煤机的牵引机构采用的是链牵引机构，改进了钢丝绳牵引，牵引力小易断的缺点。同时链牵引机构也为后来的无链牵引机构的发展打下了基础，链牵引机构是采煤机牵引方式的一个过渡形式，对采煤机的发展是不可或缺的。同样的MG170采煤机作为其中的典型代表在采煤机的发展史上也是不可替代的。1采煤机概述11采煤机械的种类把煤油煤层中采落下来的机械称为采煤机械，采煤机械还应具有装煤机构，在工作中能同时把煤装入输送机运出工作面。各国已出现的采煤机械类型不少，但目前煤矿井下广泛使用的采煤机械仅有两类滚筒式采煤机和刨煤机。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第2页共41页由于滚筒式采煤机的采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，因而得到广泛的应用。抛煤机要求的煤层地质条件较严，一般适用于煤质较软不粘顶板，顶底板较稳定的薄煤层或中煤层，故应用范围较窄。但是抛煤机结构简单，尤其在薄煤层条件下劳动生产率高。采煤机有不同的分类方法按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和链式；按牵引方式可分为连牵引和无连牵引；按牵引部位置可分为内牵引和外牵引；按牵引部传动方式可分为机械牵引、液压牵引和电牵引；按工作机构位置可分为端头式和侧面式。12对采煤机械的一般要求1）、生产率满足要求。2）、采煤机工作机构能适应煤层厚度变化而工作；牵引机构能在工作过程中随时根据需要改变牵引速度，应能实现无级调速，以适应煤质硬度的变化，发挥机器的效能。3）、机身所占空间较小，对薄煤层采煤机尤为重要。4）、采煤机可拆成几个独立的部件，以便下井和运输，以便拆装和检修。5）、所有电气设备都应具有防爆性能，采煤机能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作。6）、电动机、传动装置和牵引部应具有超负荷安全保护装置。7）、具有防滑装置，以防机器沿斜坡自动下滑。8）、具有内外喷雾灭尘装置。9）、工作机构稳定可靠，操作简单方便，操作手把或按钮尽量集中，日常维护工作少而容易。13采煤机的工作原理采煤机是机械化采煤作业的主要设备，其功能是落煤和装煤。全面了解采煤机的总体结构和基本参数，是正确设计和选用采煤机的基础，因为采煤机的适用条件和可能达到的技术性能，基本上是由总体结构和基本参数决定的。现以双滚筒采煤机为例，说明其组成和工作原理。如图11所示，主要由电动机、截割部、行走部和辅助装置等组成。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第3页共41页电动机1是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和行走部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。行走部2通过其主动链轮与固定在工作面刮板输送机两端的牵引链相啮合，使采煤机沿工作面移动。因此，行走部即是采煤机的行走机构。左右截割部固定减速箱4将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5内的齿轮，驱动滚筒6旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘和螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高采煤机的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。底托架8是固定和承托整个采煤机的底架，通过其下部的四个滑靴9将采煤机骑跨在刮板输送机的槽帮上，其中采空侧两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高液压缸10可使摇臂及其滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜液压缸11用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱13内装有各种电控元件，用于采煤机的调速控制，各种保护和故障诊断的控制、状态显示、报警装置等。此外，为降低电动机和减速器以及摇臂的温度，并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置12内，并由采煤机拉动在工作面刮板输送机的电缆槽中卷起或展开。采煤机可以装设滚筒自动调高系统，利用煤岩界面传感器或记忆顶板变化的计算机程序来自动调高，以适应顶底板变化和滚筒高度变化的一致性。采煤机装设位置显示器可以用于采煤机及液压支架联控系统。此系统根据采煤机的位置，南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第4页共41页自动控制液压支架的各种动作，使采煤机与液压支架保持合理的步距，做到紧跟快移，以节省工时，提高生产率。14破碎煤壁功能结构方案141铣削式结构方案在鼓形滚筒的表面或在旋转滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿便用铣削的方式把煤从煤壁上截割下来，这就是铣削式结构。具体分为侧铣和端铣两种，侧铣方式中螺旋滚筒结构应用最普遍，其主要优点是它不仅能实现截落煤的功能还能实现装煤的功能；水平旋转轴调整滚筒高度方便，对不同的煤层厚度的适应性好；具有自开缺口的功能等。端铣式结构是在齿冠外侧安装大截齿当齿冠自转并随采煤机移动时，截齿实现破煤功能。这种结构的特点是截齿安装的比较少，煤的块度大，机器能耗小；实现简单，制造容易；负荷变化大，机器动特性较差。图12水平轴螺旋滚筒结构图13垂直轴滚筒结构南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第5页共41页图14端铣式结构方案142钻削式结构方案钻削式结构在唤醒悬臂的前端安装截齿，这种悬臂的内表面上也安装有截齿。这种结构被称为钻削头，悬臂则被成为钻削臂。当钻削头自转并沿其轴线方向推进时，首先在煤层中由钻削头截割出现截槽，而此环形槽所围成的柱状煤体则被钻削头内的截齿所破碎。这种结构的优点是结构简单，制造方便；集落煤和装煤功能于一体；煤的坡度大，机器能耗低。其缺点是这种结构应布置于采煤机的端面，机身必沿其钻削出的空间前进，因此，机身长；这种结构不能自开缺口；为使地板平整还必须配有截割盘，沿顶板和地板截割煤层，因此使整个机器复杂化；此外这种结构对煤层厚度的适应性小。3滚压式结构方案滚压式破煤结构是在螺旋筒的旋叶上和滚筒端面安装滚演盘刀当,当滚筒前移并自转时，盘刀压向煤壁，其刃部的挤压和剪切作用达到破没的目的。这种结构的优点在于，彩霞煤的块度大，煤尘明显低；机器能耗小；盘刀寿命长。缺点在于机构复杂，成本高。采煤机的落煤功能是采煤机的第一功功能，因此，现在把既有落煤功能的结构称为采煤机的工作机构。在采煤机的设计中，工作机构设计的合适与否，对采煤机的工作占有举足轻重的地位。15采煤机的结构特征151螺旋滚筒南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第6页共41页工作机构的类型较多，螺旋滚筒式工作机构是目前采煤机使用最广泛的工作机构。螺旋滚筒是采煤机落煤和装煤的机构，对采煤机工作起决定性作用。螺旋滚筒能适应煤层的地质条件和先进的采煤方法及回采工艺的要求，具有落煤、装煤、自开切口的功能。螺旋滚筒采煤机最佳截割性能指标是比能耗小、生产率高、块煤出率高、煤尘生成量小、装煤效率高、运转平稳、使用寿命长、不引燃瓦斯。螺旋滚筒的结构螺旋滚筒由螺旋叶片1、端盘2、齿座3、喷嘴4、筒毂5及截齿6等部分组成，如图12所示。叶片与端盘焊接在筒毂上，筒毂与筒轴连接。齿座焊接在叶片和端盘上，齿座中固定有用来落煤的截齿。螺旋叶片用来将落下的煤推向输送机。为防止端盘与煤壁相碰，端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜。由于端盘上的截齿深入媒体，工作条件恶劣，故截距小，越往煤体外截距越大。端盘上截齿截出的宽度约为80100MM。叶片上装有进行内喷雾的喷嘴，以降低粉尘含量。喷雾水由喷雾泵站通过回转接头及滚筒空心轴引入。筒毂是滚筒与截割部机械传动装置出轴连接的构件，借以带动滚筒旋转。其连接方式有方轴、锥轴、锥盘和其他连接方式四种。端盘置于滚筒靠煤壁侧，其外围按截齿配置顺序焊接齿座，也可在其端面焊接齿座。为防止端盘与煤壁相碰，端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜。由于端盘上的截齿深入煤体，工作条件恶劣，故截线距较小，越往煤体外截线距越大。一般端盘厚度4050MM，倾角1030。端盘与筒毂、叶片焊接一体。有的滚南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第7页共41页筒为使端盘与煤壁间的碎煤及时排出，在端盘上开有排煤孔，甚至取消端盘。152螺旋滚筒的结构参数螺旋滚筒的结构参数包括滚筒直径、宽度（截深）和螺旋叶片参数等。它们对落煤、装煤能力都有重要影响。螺旋滚筒的3个直径。滚筒的3个直径是指滚筒直径D，螺旋滚筒外缘直径DY及筒毂直径DG。滚筒直径D是指叶片截齿尖所形成的轨迹圆柱面得直径。目前采煤机的滚筒直径多在06525M范围内。我国规定的滚筒直径系列为060、063、071、075、080、090、095、100、110、125、140、160、180、200、224、和250M。滚筒直径应根据煤层厚度（或截高）来选择。滚筒宽度滚筒宽度B是滚筒两端最外边缘截齿齿尖的轴向距离。一般滚筒的实际截深小于滚筒的结构宽度。为有效利用煤的压张效应减小截深是有利的，但截深太小则对采煤机生产率有影响。我国截深系列为500、630（600）、800、1000、1200MM。截深600MM主要用于普采，目前采煤机的常用截深为08M。螺旋叶片参数螺旋叶片参数包括螺旋升角、螺距、叶片头数以及筒毂上的升角，它们对落煤及装煤能力有很大影响。根据叶片的旋向，分为左旋、右旋滚筒。因任意直径DI圆柱面上螺旋叶片的升角，式中L为螺旋线导程。由于/ARCTNIIDDITANI常数，且DDYDG，故叶片外缘的螺旋升角Y小于叶片内缘的螺旋升角G。Y是螺旋滚筒的名义升角。螺旋叶片头数主要是按截割参数的要求确定的，对装煤效果影响不大。直径D160M的滚筒用三头或四头。叶片之间应有适当的衔接。否则，在截煤过程中叶片交替时，滚筒载荷有突变影响运行的稳定。双头螺旋滚筒的叶片围包角Y一般取210，三头时取140，四头时取105为宜。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第8页共41页端盘端盘置于滚筒靠煤壁侧，其外围按截齿配置顺序焊接端齿座，也可在其端面焊接齿座。现在螺旋滚筒多采用锥形盘。153螺旋滚筒的转向为向输送机运煤，滚筒的转向必须与滚筒的螺旋方向相一致。对逆时针方向旋转的滚筒，叶片应为左旋；顺时针方向螺旋的滚筒，叶片应为右旋。采煤机在往返采煤的过程中，滚筒的转向不能改变，从而有两种情况截齿截割方向与碎煤下落的方向相同时，称为顺转；截齿截割方向与碎煤下落方向相反时，称为反转。逆转时，碎煤落下受到叶片阻挡，落下时间长，且随落随装，碎煤的煤堆积在滚筒前面，装煤区和截煤区是重合的。逆转可以避免多余的搬运和重复破碎，装煤单位能耗低，但由于被截煤壁表面呈槽形因而装煤阻力大。逆转时即使不用挡煤板，也有较好的装煤效果。顺转时叶片加速碎煤下落。大部分煤通过滚筒下面被带到滚筒后面挡煤板侧堆积，在依靠螺旋叶片运走，运煤距离长，煤被重复破碎的可能性大，装煤单位能耗大。顺转时，须用挡煤板，否则工作面浮煤较厚。对于双滚筒采煤机，为了使两个滚筒的截割阻力能相互抵消，以增加机器的工作稳定性，必须使两个滚筒的转向相反。滚筒的转向分两种方式反向对滚和正向对滚。采用反向对滚时，割顶部煤的滚筒顺转，故煤尘较少，碎煤不易抛出伤人。中厚煤层双滚筒采煤机都采用这种方式。采用正向对滚时，前滚筒产生的煤尘多，碎煤易伤人，但煤流不被摇臂挡住，装煤口尺寸大，因而在薄煤层采煤机中采用正向对滚。154截割部传动装置截割部传动装置的作用是将电动机的动力传递到滚筒上，以满足滚筒工作需要。同时传动装置还应适应滚筒调高的要求，是滚筒保持适当的工作高度。由于截割消耗采煤机8090的总功率，因此要求截割部传动装置具有高的强度、刚度和可靠性，良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。根据滚筒采煤机的不同结构，机械传动装置可分为双减速箱和单减速箱两类。双减速箱机械传动装置双减速箱机械传动装置是传统的结构形式，使用于主蒂娜冬季纵向布置于机身的采煤南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第9页共41页机。机械传动装置包括固定减速箱和摆动减速箱（摇臂）两部分。固定减速箱安装在滚筒采煤机底托架上，是高速级齿轮传动装置，壳体为箱型结构直接和电动机对接。摆动减速箱既是低速级齿轮传动装置又是实现调整截割高度的构件，故称摇臂。在其输出轴上安装截割滚筒，输入端支撑在固定减速箱的输出孔内并绕其摆动。单减速箱机械传动装置但减速箱接卸传动装置有两种结构形式。一种是机械传动装置和纵向布置、双端输出的电动机以及其他部件。机械传动装置为箱型结构，内部布置若干级齿轮传动其中一级为锥齿轮传动。另一种是机械传动完全布置于摇臂内部，截割电动机垂直布置于摇臂根部，成为截割部的组成部分。摇臂绕机身端部的水平销轴垂直摆动。155采煤机的牵引机构采煤机的牵引有机构钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引三中形式。钢丝绳牵引的牵引力小，易发生断绳事故，并且断裂后不易从新连接，故这种牵引机构已被淘汰。目前液压牵引采煤机上广泛采用的是链牵引，电牵引采煤机都采用无链牵引。链牵引机构链牵引的工作原理如图17所示，牵引链3绕过主动链轮1和导向链轮2，两端分别固定在输送机上、下机头的紧链装置4上。当行走部主动链轮转动时，通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机移动。链牵引具有以下特点强度高，承载能力大，能满足采煤机增大牵引力和提高牵引速度的要求；链牵引是依靠链轮齿和链环相啮合，工作可靠；链牵引使用寿命长，一般可用6个月以上。断链时弹性小不易伤人，断链后可用连接环连接维修方便。链牵引机构的组成包括矿用牵引链、链轮、连接头和紧链装置等。牵引链采煤机和刨煤机的牵引链都采用高强度（C级或D级）矿用牵引链，它是23MNCRNIMO优质合金钢经编链成型后焊接而成的。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第10页共41页链轮牵引链链轮的几何形状比较复杂，其形状和制造质量对于链环的啮合影响很大。链轮形状不正确会啃坏链环，加剧链环和链轮的磨损，或者使链环和轮齿不能正确啮合而掉链。链轮通常用ZG35CRMNSI铸造，齿面淬火硬度为HRC4550。如果改为锻造，齿形部分模锻或电解加工，可以大大提高使用寿命。链接头为了制造和运输方便，牵引链一般做成适当长度、由奇数个链环组成的链段，以便于运输，使用时将这些链段用链接头接成所需长度。处理断链事故也需要用链接头连接。牵引链的固定与张紧通常，牵引链通过紧链装置固定在输送机两端。紧链装置产生的初拉力可使牵引链拉紧，并可缓和因紧链转移到松边时弹性收缩而增大紧边的张力。目前，采煤机的牵引链紧链装置主要有弹簧紧链装置和液压紧链装置两种。无链牵引机构无链牵引的主要优点取消了工作面的牵引链，消除了断链和跳链伤人事故，工作安全可靠；在同一工作面内可同时使用两台或多台采煤机，从而降低生产成本，提高工作效率；牵引速度的脉动比链牵引小很多，使采煤机运行比较平稳。取消了链牵引的张紧装置，使工作面切口缩短。对底板起伏、工作面弯曲、煤层不规则的适应性增强；适应采煤机大倾角条件下工作。无链牵引机构的类型很多，目前主要有三类齿轨式无链牵引机构齿轨式无链牵引机构的原理是采一般用齿轮齿轨的啮合传动原理。为了适应采煤机牵引力大的要求，齿轨的模数很大，为4060MM。齿轨式无链牵引机构按行走轮的形式不同分为销轮齿轨式和齿轮齿轨式无链牵引机构两种。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第11页共41页电牵引液压牵引的采煤机制造精度要求高，在井下易被污染，因而维修困难，使用费用高，效率和可靠性低。德国EICKHOFF公司于1976年制造出了第一台电牵引采煤机。随后各采煤大国都在大力研制并发展电牵引采煤机。电牵引采煤机代表了采煤机的发展方向。156采煤机的辅助装置调斜和调高通过调高和调斜来调整滚筒位置，以适应煤层厚度的变化和顶、底板的起伏，既不丢弃过厚的顶煤或底煤，又不截割顶、底板岩石，还可以避免滚筒截割到输送机的铲煤板或液压支架的顶梁。调斜的方法一般是在机身一侧下面设置两个同步伸缩的液压油缸，使机身可绕另一侧的支撑摆动。调高的幅度比调斜大很多，可以适应较大的顶、底板起伏和煤层厚度变化。现代采煤机都用摇臂调高，是最常见的调高方式。目前，采煤机滚筒高度的控制绝大部分依靠人工操作。然而由于采煤工作面条件恶劣，人工很难准确判断采煤机的截割状态。采煤机自动调高就是采煤机滚筒自动跟踪煤层变化，自动调节滚筒的截割高度，避免截割顶、底板岩石。采煤机滚筒自动调高系统有煤层厚度监测仪、控制器、电磁阀、调高液压缸和摇臂及滚筒等组成。底架托底托架是滚筒采煤机机身和工作面输送机相连的组件。由底托架、导向滑靴、支撑滑靴等组成。电动机、截割部和行走部等组成整体固定在托架上，通过其下部的四个滑靴骑在工作面输送机上，并沿输送机滑行。靠采空区侧的两个滑靴称导向滑靴，套装在工作面输送机中部槽的导轨或无链牵引的行走轨上，防止采煤机运行时落道。靠煤壁侧的滑靴称支撑滑靴，用以支撑采煤机也起导向作用，有滑动式和滚动式两种。底托架与工作面输送机中部槽之间需要有足够的空间，以便于煤流从中顺利通过。有的滚筒采煤机机身通过导向滑靴直接骑坐在工作面输送机上，以增加机身下的过煤空间。破碎装置破碎装置用来破碎将要进入机身下的大块煤，安装在迎着煤流的机身端部，由破碎滚筒及其传动装置组成。有由截割部减速箱带动或专用电动机传动两种方式。弧形挡板弧形挡板配合螺旋滚筒以提高装煤效果、减少煤尘飞扬。采煤机工作时，弧形挡板总是离截齿一定距离紧靠于滚筒后面，根据采煤机不同牵引方向，需将其转换至滚筒的另一侧。弧形挡板为圆弧形，可绕滚筒轴线旋转360，有专用翻转机构和无翻转机构两种南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第12页共41页翻转方法，这是目前广泛使用的一种结构形式。门式挡板为平板状，不能翻转，但可绕垂直轴折叠成与机身平行。早期的滚筒采煤机曾使用过门式挡板。防滑装置防滑装置用于煤层倾角大于采煤机自滑坡度的工作面。在行走机构意外损坏或采煤机停车又无制动保护的情况下，为防止采煤机失速下滑而造成人身和设备重大事故所必须采取的安全保护措施。防滑装置有插棍式、抱轨式、安全绞车式和制动器式四种形式，制动器式防滑装置是现代滚筒采煤机使用最广泛的。降尘置装用喷嘴扩散和雾化压力水，形成包围尘源的水雾，把粉尘扑灭是最常用的降尘措施。喷雾降尘包括机内输配水系统和降尘器配置系统两部分。输配水系统按使用水压可分为低压喷雾，中压喷雾和高压喷雾。降尘器的配置方式有外喷雾和内喷雾两大类。喷嘴在滚筒以外部位的喷雾方式称为外喷雾，外喷雾一般把喷嘴布置在机身两端和摇臂上，使喷出的水雾覆盖住滚筒的出煤口和粉尘扬起的部位。喷嘴布置在滚筒上的喷雾方式称为内喷雾。内喷雾将压力水直接喷射于截割区和截齿上，使粉尘灭除在刚生成尚未飞扬起来前，降尘效率高，且还具有扑灭截齿截割坚硬岩石而产生的火花和冷却截齿的作用。拖缆装置拖缆装置是采煤机沿工作面行走时，拖动电缆和水管以实现不间断地给采煤机提供电源和水源的装置。拖缆装置的主要功能是A、使电缆芯线不受拉力和过度的弯折以免折断。B、使采煤机引入口处的电缆不致承受异常拉力而抜脱。C、避免因受大块矸石和煤块砸碰及机械损伤而引起电缆芯线折断或破坏外层橡胶而失去防爆性。拖缆的形式有多种，归纳起来主要有夹板链式拖缆装置和直接式拖缆装置。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第13页共41页2MG170采煤机专题设计21MG170采煤机原始数据适应煤层采高范围M160300煤层倾角（）30煤质硬度中硬或中硬以上总体机面高度（MM）1186机身厚度（MM）460过煤高度（MM）568截深MM600；截割部摇臂结构形式整体、弯摇臂摇臂长度（MM）1190摇臂摆角（）上摆461、下摆198截割功率（KW）2170牵引行走部牵引形式链牵引牵引速度（M/MIN）046牵引力（KN）20022MG170型采煤机截割部221采煤机工作机构MG170型采煤机滚筒采用三头螺旋叶片和碟形端盘，其优点是刚性大，工作中不易变形，截割阻力和侧向阻力较小。滚筒与截煤部出轴采用方轴连接。它的特点是传递扭矩大、结构紧凑、连接可靠、拆装方便，加工不方便。滚筒采用焊接结构。为提高叶片使用寿命，在其出口处，用碳弧堆焊碳化钨耐磨合金，堆焊层硬度达HRC65。南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第14页共41页222滚筒结构参数螺旋滚筒直径DC根据螺旋滚筒平均切削厚度最大原则确定螺旋滚筒直径。当后螺旋滚筒的截割高度为084DC时，平均切削厚度最大，则有同时DC必须满足MM130H2C取整DC1400MM确定DY截齿的最大切削厚度HMAX与最大截距TMAX有如下关系TAN2MXBB镐型截齿等效宽度截槽崩落角当镐型截齿的齿体是分段圆锥时，其等效宽度MM152BDTAN2TRHTMAXH）（H切削厚度截槽崩落角表21煤的崩落角与切削厚度切削厚度M/10H2崩落角/05101520253040506080100150200250范围74846782618058795577727549724670446842644061355331462742脆性煤均值8277737168656158555249433834南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第15页共41页表22切削厚度推荐值据表11、12取53，HM/10572则TMAX275TAN53200MMDYDC143（TMAXBCOT140014320015COT531201DY取1200MM确定DG因为DC1M所以取DY/DG2则DGDY/21200/2600MM取DG600MM确定螺旋滚筒的宽度螺旋滚筒的实际截深一般小于或等于螺旋滚筒的结构宽度，而MG170型采煤机截深为范围57765571456540623759345532523148314630432941253723322328韧性煤均值6963585552494542413836322925采高H/M参数0513081613202050切削截面面积/4102M12152030最大切削厚度/H2MAX范围均值355045456355557762699075平均切削厚度/102范围均值233229294035355040405748南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第16页共41页06M，故此处螺旋滚筒宽度取06M。确定螺旋升角当螺旋滚筒转过角时，所对应的圆弧长为DI/2,叶片的轴向推移HY05DITANI则紧贴叶片表面的微层煤相应的轴向位移HM为MIIIMDCOSN50M煤与叶片的摩擦角，MARCTANFMFM煤与叶片的摩擦系数。对其求导解得0DIMHM214OPT408ARCTNRMF将其代入上式得2514MOPT92160ARCTNARCTN8TGYYGDL与满足符合螺旋滚筒的条件。YGG若取25OPT则43ANRCGOPTGYD经过大量的实验，我国一般认为，时装煤效果最好，所20Y350YG以取而20Y36TANRCTGYGD确定叶片头数Z和导程L螺旋叶片的头数主要是按截割参数要求确定的，直径D35。取M，B321054H则M48MM8TOP取整得，MMT224端盘结构及截齿配置端盘是采煤机螺旋滚筒上重要组件之一，位于滚筒的端部，工作时与煤壁接触，截割条件恶劣。它的结构不仅要满足螺旋滚筒的截割要求，降低截割比能耗，工作时便于自开缺口，还要能平衡截煤和装煤过程中产生的轴向力，以提高采煤机工作的稳定性；同时还应考虑如何减小煤岩体与端盘的摩擦，避免截齿过度磨损以提高工作机构使用寿命。常见的端盘结构形式有平端盘和碟形端盘两种，平端盘因在截割过程中与煤壁间几乎没有容煤空间，二者之间摩擦剧烈，使端盘端面磨损严重，降低了工作机构使用寿命，故以很少使用。现代采煤机螺旋滚筒多采用碟形端盘结构。碟形端盘滚筒一般比平端盘滚筒块煤的产出率增加3。端盘截齿的配置端盘宽度较螺旋滚筒宽度要小，一般只有M,MG170型采煤机采用01M宽的碟140形端盘。端盘上截齿数量很多一般是螺旋叶片截齿数的倍。这就造成端盘上截齿密2度大而截距小。端盘上的截距都是靠调整齿座倾角来获得的，向煤壁倾斜用“”向采空区倾斜用“”号。截齿向两侧倾斜安装的平均截距应为叶片部分平均截距的一半。端盘上的截线数通常为47，此处我们采用5条截线，由煤壁向采空区截线距逐渐增大。截线南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第20页共41页距。端盘上的截齿沿圆周方向均匀分布，以减小滚筒的扭403T201TTT、矩脉动。端盘上的截齿一般分为24组，此处分为3组，每组由十个齿组成。3521550、图2223MG170采煤机牵引机构231牵引链选用MG170采煤机采用的是锚链牵引机构，牵引链的两端由紧链装置拉紧，液压马达经减速器带动牵引链驱动链轮，链轮旋转带动采煤机沿工作面来回移动。表23圆环链规格B级C级D级圆环链规格MM试验负荷T破断负荷T试验负荷T破断负荷T试验负荷T破断负荷T10408511101313161450151920252531186426323341415122863848496161762486465758727290南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第21页共41页采煤机牵引链选用矿用高强度牵引链（C级或D级）。此处我们选用D级矿用高862强度圆环牵引链。其实验载荷为610KN，破断载荷为760KN。表24圆环链几何尺寸校核牵引链安全系数532MAXFSS实验载荷FMAX紧边牵引力的最大拉力由于MG170采煤机牵引力为200KN，故取FMAX200KN532061符合上式要求。232计算驱动链轮基本几何尺寸圆环链棒料直径2205MM,节距T8609MM,内边宽度A26MM,外边宽度B75MM,圆弧半径R35375MM链轮初步取齿数Z6节圆直径0D2692546768858510630108718990113113141宽度MM链长度MM圆环棒料直径MM节距TMM内边A外边B圆弧半径RMM长度L圆环链规格MM公称公差公称公差最小最大公称公差环数N公称公差重量KGF/M104010044005123417113520118105145014045006174824151785017839186418046406216030151596020865228622058609267537525119462289424862405860928793951511946228125269226059209318743521110122441473010830051081035994952111188286192南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第22页共41页M36/90COS26/90SIN8/I2/COS/SIN220）ZDZPD顶圆直径DM372D0链轮立环的立槽直径1DMBZDP23197560197560TAN2/TAN1表25圆环链规格值值1040105145010618641472286198248615826922210301082610341262710南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第23页共41页381372812421463012421523012481523214式中根据查表得，对的链条为19MM862链轮立槽宽度CM30D根据查表得，式中为8MM齿根圆半径2R150D2链窝平面圆弧半径为链环圆弧最大外圆半径对的圆环链而言，3862MR3链轮中心至链窝底平面的距离HMDP14625069TAN2/90TAN85T/T链窝长度LP451362807D取L136MM链窝中心距AMP45128607D取A114MM短齿厚度W南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第24页共41页MDZADHW8026180COS46180SIN24齿形圆弧半径1RP53286D1立环圆弧半径4RM13250D4短齿根部圆弧半径5R1250D图23南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第25页共41页233MG170采煤机牵引部泵箱设计已知主油泵采用ZB125型斜轴式柱塞泵，其主要参数如下表26型号项目理论排量ML/MIN额定压力MPA额定转速R/MIN最高压力MPA摆角度容积效率总效率质量KGZB1251252522003225938884主泵由电动机通过主轴和传动齿轮带动,额定转速为2200R/MIN。电动机功率为200KW，估算主泵的转速应小于2200R/MIN，选择电动机型号为YB315L24，其功率为200KW，额定转速为1485R/MIN，同步转速为1500R/MIN。辅助泵和调高泵转速同为1438R/MIN，其传动系统图如下图2424螺旋滚筒的受力分析241截割阻力与推进阻力从宏观的角度，假定螺旋滚筒所受阻力集中在螺旋滚筒中间截齿的齿尖上，该阻力可分解为垂直于牵引速度方向的集中截割阻力,和与牵引速度方向相反的推进阻力PZN。截割阻力可按下式估算PYNCJNDN4Z109南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第26页共41页式中单机或联合驱动时，为驱动电动机的额定功率；分别驱动时，为JN截割部分驱动电动机的额定功率，KW；截割部机械传动效率。推进阻力可由截割阻力估算出ZQYPK式中主要与截齿磨损程度有关的系数，一般。806KQ则有，MG170采煤机的截割阻力KNDJ564106791NPC4Z推进阻力P3896470ZQY242轴向力螺旋滚筒的轴向力主要来源于两方面一是滚筒自身结构引起的轴向力，主要包括端盘上截齿产生的指向采空区的轴向力，叶片上截齿因截槽不对称产生的轴向力，螺旋叶片抛煤和推煤时产生的轴向力，其方向指向煤壁侧；二是螺旋滚筒工作状态引起的轴向力，主要包括采煤机斜切进刀时引起的轴向力，螺旋滚筒推进阻力与牵引力不同轴线等因素使螺旋滚筒产生轴向位移而引起的附加轴向力，端盘部与煤壁之间相互挤压而产生的轴向力等。正常截割时螺旋滚筒的轴向力螺旋滚筒的轴向力与端盘和叶片上截齿的排列方式、匹配形式及截齿安装布置角度有着密切的关系，正常截割时，螺旋滚筒的轴向力较小，其主要来源于两方面一是端盘倾斜截齿所受的侧向力，方向指向采空区；二是叶片上截齿所受的侧向力，其方向一般指向煤壁侧。轴向力大小可用下式表示21AP南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第27页共41页式中端盘截齿所受的侧向力，N；1P叶片截齿所受的侧向力，N。2一般而言，来自于叶片上的螺旋滚筒的轴向力与叶片截齿的布置形式有关。顺2P序式排列的截齿，产生的截槽截面形状不对称，截齿所受侧向较大；棋盘式排列的截齿截割时，尽管产生的截割阻力和单位能耗较顺序式排列偏大，但形成的截槽形状近似对称，叶片截齿两侧受力基本平衡。端盘截齿产生的侧向力比叶片叶片部分的截齿产生的侧向力大很多，二者有如下近似关系21P端盘截齿的侧向力近似为JKL2KZ1式中螺旋滚筒端盘部分截齿的截割宽度，M；KLJ螺旋滚筒有效截深，M；螺旋滚筒端盘部分近似为半封闭截割条件的系数，一般取。2K2K正常截割状态下，螺旋滚筒的轴向力可根据叶片截齿排列形式的不同，按不同公式计算。叶片截齿为顺序排列时，螺旋滚筒的轴向力为JLKZ1AP2叶片截齿为棋盘式排列时，螺旋滚筒的轴向力为KK2Z1A因为MG170采煤机螺旋滚筒采用的是顺序式的截齿排列形式，所以其轴向力为KN936015P2KZAJL螺旋滚筒处于斜切状态时的轴向力当采煤机处于初始斜切阶段时，由于前导向装置已进入弯道，后导向装置仍保持直线移动，随着采煤机的推进，前导向装置将相对后导向装置向煤壁侧偏移，使采煤机逐南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第28页共41页渐切入煤壁，截深由零逐渐加大，此时采煤机处于斜切进刀状态，既有牵引方向进刀，同时又有轴向进刀。螺旋滚筒截割阻力随切削厚度增加而近似线性增加，推进阻力与亦成线性APYPZ关系。若将螺旋滚筒处于斜切状态时的轴向推进阻力视为附加轴向力，则螺旋滚筒牵A引方向推进阻力和轴向推进阻力分别与各自方向的切削厚度成正比，而在各方向YA所截割的煤岩体体积与切削厚度成正比。因此，和分别与各自切削的煤岩体体积YPA成正比。由于端盘端面有截齿，斜切时螺旋滚筒的轴向进刀也是靠端面按一定的方式排列的截齿进行截割，这与牵引方向上进刀的截割状态在一定程度上是相似的。根据上述比例及相似关系，斜切时可将螺旋滚筒每旋转一周沿轴向和牵引方向的推进距离分别视为两个截割方向的最大切削厚度，则螺旋滚筒在这两个方向上切削煤岩体时的体积比可按螺旋滚筒每旋转一周沿轴向和牵引方向所切削煤岩体的体积比来确定。为了计算出斜切时螺旋滚筒轴向力的增量，可先确定螺旋滚筒每旋转一周轴向进刀所切削的煤岩体体积，然后根据牵引方向单位体积切削煤岩体的推进阻力，按比例计算出。AP螺旋滚筒旋转一周时，采煤机沿牵引方向行走距离H为NVQ螺旋滚筒轴向的斜切切削厚度为H120SIHLNVQ由此可求得斜切时螺旋滚筒轴向及牵引方向切削媒体的体积为1022C14SIN4DVVHQCNJQCC2则螺旋滚筒处于斜切状态时的轴向力为南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第29页共41页2Y1APVK整理得2102A4SINLPPJY式中采煤机进入弯曲段时，机身与直线段的最大夹角，；0采煤机两个导向滑靴间的中心距离，M；1L远离前滚筒的滑靴到滚筒轴线端盘点的距离，M；2工作条件系数，。K2KMG170采煤机处于斜切状态时的轴向力为KNPJLY193238960425SIN7DP102CA因为斜切时采煤机所滚筒所受轴向力大于正常切割时滚筒所受轴向力，所以当采煤机处于斜切状态时是采煤机摇臂水平方向受力最大，以此对采煤机摇臂进行受力分析。25摇臂的壁厚计算摇臂的受力模型可简化为外伸梁的受力模型。如下图所示图25其剪力图如下图所示南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第30页共41页图26弯矩图图27由图可知，摇臂所受最大剪力为,最大弯矩为KN193FSMKN230MS摇臂的横截面如图图28截面的几何性质为2/12I33ZHWHBZ由正应力强度条件得南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第31页共41页ZMAXWMAXZ2HMI/MAXZAZ采煤机摇臂由ZG35制造，其许用应力为PASP502N46Z102853IM即633631021248097124897BHHM5因为采煤机工作环境恶劣，所以取M10校核切应力强度KNF193SMAX最大切应力发生在横截面的中性轴各点处，其截面的一半面积对中性轴的静矩为36Z10492014012401524/SMHHB对于摇臂南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第32页共41页4633Z10282IMHBH则有MPA5231064916AXMAZSISF摇臂是由ZG35制造而成，其许用切应力为PA15060MAX故摇臂取10MM厚度时符合强度条件，是合理的。图29南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第33页共41页26采煤机箱体的壁厚计算当采煤机处于工作状态时，其受力情况极为复杂，此处我们仅对采煤机处于静止状态时的受力情况进行分析，并据此计算采煤机箱体部分的壁厚。采煤机箱体部分的受力情况如下图所示图210图中Q为采煤机主体自重在其上的均匀分布，F为两侧摇臂及滚筒对主体的作用力。其中MNLM32041G主430987F）（滚摇则A、B两处的支反力为NL1052434Q由此可得其剪力图如下南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第34页共41页图211求弯矩图CA段XFQXX340162MS2SAB段913506372064152092S2SXXQFXABC段426301068716045952M32SSXXQXFFXXQBABA当X0时，MNSX09时，3SX21时，2079MSX33时，MN48SX42时，S由此可画出主体的弯矩图南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第35页共41页图212由图可知，最大弯矩为MN4380MMAXSMG170采煤机主体为箱形结构，其其横截面图如下图213截面的几何性质为2/12I33ZHWHBZ由正应力强度条件得ZMAXMAXZ2HMI/MAXZAZ采煤机主体由ZG35铸造，其许用应力为南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第36页共41页MPASP250N46Z108253IM63363104128097124897BHHM因为采煤机在矿井下工作，工作环境恶劣，受力情况极为复杂，且此处我们仅考虑了采煤机静止的情况并未考虑工作时所受力，所以此处我们取。M10校核切应力强度校核切应力强度的载荷最不利位置为支座A和B处，其截面的一半面积对中性轴的静矩为36Z102201401240152497/SMHHB4633Z102295897IMHBH则有MPA861023406AXMAZSISF而MPA5MAX南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第37页共41页可知，主体取壁厚10MM是合理的。图214南华大学机械工程学院毕业设计（论文）第38页共41页3采煤机的发展趋势80年代以来，滚筒式采煤机在结构、性能参数、可靠性和易维修性上都有很大的改进。归结起来，滚筒式采煤机有以下特征和发展趋势1增大功率和能力为了适应综采工作面高产、高效和在不同地质条件下快速截割煤岩的需要，不论厚、中厚和薄煤层的采煤机均在不断增大装机功率和生产能力。2电牵引采煤机已成为主导机型目前电牵引采煤机已成为德国、英国、美国、日本和法国等主要生产国的主导机型。3增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构为了适应综采高产高效的要求，近代采煤机的牵引速度和牵引力都有较大的增大。4机器的结构布置有新的发展近年来不断发展和研制出了多机横向布置、部件可侧面拉装的整机箱式机身、纵向布置采煤机的牵引部和截割部合为一个部件、破碎机采用单独电动机传动、改进挡煤板传动装置、无底托架或不用整体底托架等
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