采煤机论文 采煤机（掘进机）截齿的研究进展与优化设计.doc

西安科技大学高新学院采煤机（掘进机）截齿的研究进展与优化设计专业：机械设计制造及其自动化课程：机械制造装备与刀具设计 班级：机械1403班 学号：124114 姓名：高鹏 日期：2017年6月采煤机截割部分设计煤炭是我国的重要能源，在国民经济中占据着举足轻重的位置，如何提高煤炭的开采量、促进开采效率，提升、实现经济利益的最大化已经成为了煤炭企业共同关注的问题。文章以某中厚煤层的综采为例，通过研究采煤机截割部的设计，以期提高采煤机的工作效率和煤炭开采产量，推动煤炭企业的发展。 本文以某中厚煤层的综采为例，其煤层的倾角为1左右，煤层厚度是02.68m，平均厚度是1.93m，煤层的可采煤厚度是1.502.15m，平均厚度是1.73m。可采煤层深埋在92153m处，平均深埋129m。中厚煤层的上浮岩层至下而上为粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩、中砂岩、红土层及分化基岩，上覆的第四纪沉积平均厚度为50m左右。煤炭企业的生产能力为200万吨/年，工作面长达280300m。根据煤炭的实际情况合理地设计采煤机截割部工作方案，采用先进、科学、经济和有效的技术以提高煤炭开采的高产高效完成。摇臂的传动设计传动装置主要是指将动力装置所产生的动力传递到工作部位中，令其完成指定的任务。而摇臂装置则是依靠传动装置来完成截煤与装煤，是采煤机截割部不可或缺的一部分，因此在进行采煤机截割部的设计时，应该考虑摇臂的传动设计，保证摇臂装置的有效运作和运作质量，从而避免因摇臂的问题耽误采煤作业的进行。设计人员在选择摇臂传动设计方案时，应该结合技术参数来选择，例如当煤炭的采高为3m时，采煤机电动机的转数应该是1470r/min，卧底量应该为100150mm，而运输机则是SGZ800/750等，参数与摇臂置的运转有效性以及运转质量息息相关，直接影响着采煤机的工作效率。 以下是采煤机各个轴的传动：由于影响摇臂装置运行有效性的因素较多，例如采高参数的达标与否、采煤机机体和摇臂之间的连接情况、刮板的实际尺寸等都会影响到摇臂装置的运行效率，使得其无法满足采煤机的运转要求，可行性降低，特别是如果采煤机电动机在工作中的转速无法达到1470r/min时，将难以实现行星传动，令采煤机截割部难以正常工作。 分配的传动比以及确定齿数 分配的传动比 由于采煤机对煤炭的截割速度是3.55.0m/s，摇臂采高高度是3m，所以煤炭作业选择的采煤机滚筒直径应该为1.5m，根据采煤机截割速度的计算公式（V=Dn60）可知采煤机滚筒的转速在44.5963.7r/min之间，但是新型的采煤机滚筒的直径是 2 . 0 m ，且转速是2540r/min，因此通过综合考虑可以将滚筒的转速选择为45r/min，摇臂传动比是32.67。为了提高采煤机的工作效率，可以适当使用飞溅润滑来提高运转效率，对惰轮传动和行星传动分别进行润滑，其中的惰轮传动尽量使用偏小的传动比以令各工作的齿轮之间直径相近。当惰轮传动的传动比是1.67时，行星减速器的传动比则是19.56，行星传动处使用的减速器属于大传动比减速器，而惰轮传动处使用的为二级减速器，从而令两级的传动相近。传动比的初步分配是i1i2=1.29；i3i4=4.42，最终的传动比还要依据齿轮的参数确定，但是只允许与设计的传动比转速误差在3%5%左右。 齿轮齿数的确定 在确定齿数的时候，为了能与传动比需求相符，实际人员应该参照过往采煤机的实际情况以及机械设计要求，明确行星减速器的齿数配合要求，初步确定齿轮的具体齿数，保证设计的有效性。其中一级的减速传动参数Z分别是25、37、31，二级的减速传动参数Z分别是29、37、37、37、39，而行星一级的减速传动参数Z分别是23、28、79，行星二级的减速传动参数Z分别是19、18、65。由于本文研究的采煤机电动机转数是1470r/min，因此其功率应该为300kW。 截割部各个轴的转速和传递功率 各个轴的转速 根据图可知，采煤机截割部各个轴之间转速从高到低依次是111轴，并根据上述传动比可知每个轴的齿轮转速依次是：n=1470r/min；n2=（25/37）*1470=993.24r/min；n3=（31/37）*993.24=832.17r/min；n11=（199.15/4.42）=45.06r/min。 各个轴的传递功率 根据各个轴的转速，选择0.99为齿轮传动的频率，0.98是滚动轴承的效率，0.97是离合器传动的效率。因行星减速器的工作效率是0.98（行星一级减速传动参数*行星二级的减速传动参数），则截割部各个轴的传递功率依次为：P1=300*0.98*0.97=285.18kW；P2=285.18*0.99*0.98=276.68kW；P3=276.68*0.99*0.98=268.44kW；P11=226.13*0.99*0.98=228.42kW。 先进的采煤机技术 在对采煤机截割部进行方案设计时，除了依照其特定的设计原则之外，为了提高采煤机的使用寿命和工作效率，还应该积极应用先进、科学、经济和有效的技术来不断完善开采技术，提高采煤机的工作效率，从而进一步提高煤炭开采产量。 大功率的电力牵引技术 大功率的电力牵引技术主要是用于提高煤炭开采的安全高效性，简化开采的操作，减少人力成本和施工成本，实现利益最大化。该技术可以在框架式的电机里应用，通过多个电机来提供3000V以上的电压，然后以交流变频来调节电压传送速度，令大功率的电机拥有的牵引力较大，从而提高传送速度，而且该技术在增压水泵和吸尘滚筒中应用时，还能对装置配件起到保护作用，优化该配件的系统性能，提高工作效率。 大功率采煤机的故障检测和系统控制 由于大功率采煤机能提高煤炭开采的效率和产量，多用于中厚煤层的综采中。通过故障检测和系统监控能有效提高采煤机工作的安全性和利用率，特别是利用机载的传感器系统和计算机系统能更好地实现地面对地下作业的故障检测和维护管理，提高采煤的技术水平，令采煤机能实现高效的连续生产。 本文以某中厚煤层为例，通过摇臂的传动设计、分配的传动比、确定齿数、截割部各个轴的转速以及传递功率的设计，提出有效的先进采煤机技术，以期进一步提高采煤机截割部的工作效率，因为只有确保这几项设计的合理以及计算结果准确，应用先进的采煤技术，才能提高采煤机截割部设计的可行性，保证煤炭开采的工作效率，提高煤炭产量，推动煤炭企业的发展。 我国为了能够提升采煤的质量，不断的对采煤机进行深入的研 究和创新，希望能够研制出大采高的采煤机，而我国所研制的大采高采煤机主要是在原有采煤机的基础上，进行功能的改进和提升，从而使得采煤机的性能得以提升，将这种大采高的采煤机在应用到实际的采煤工作中，不仅能够有效的提升采煤的效率，也能够提高采煤的质量，具有广泛的应用价值。而这种采煤机在设计的时候，将其体积进行了相应的扩大，保障设备运行功率的基础上，对摇臂进行了适当的延长，从而使得整个采煤机的采煤性能都得到了有效的提升。主要技术特点 采煤机中包含有多个环节，而且都是采用横行联结布置，虽然每个环节之间相互联结，但是每个环节也具有一定的独立性。从这一点上来说，环节的独立性有效的避免了因为某个环节的问题而导致整个结构的坍塌，有效的保障了整体结构的稳定性。 大采高采煤机在设计上，主要是依照具体的工作情况来进行的工作面设计，其能够深入的进行采煤工作，深度和高度可以达到 7m 以上，而针对 7m 以下的煤层也能够进行有效的开采。 大采高采煤机能够有效的穿透较厚的煤层，并且一次性完工，在装机功率上，其具有很大的应用优势，并且其在直径上也占据了一定的优势，相较于普通的采煤机来说，大采高采煤机要更加的突出，而且其自身的体积相对较小，这就使得其内部的结构相对比较密集，能够有效的减少对能源和资源的耗损，其在实际的应用中， 不会受到来自地质条件的限制，在任何的环境下，其都能够正常的运行。 大采高采煤机其内部结构采用的是横向设置，在作业的时候以及在安装的时候，对其进行检修都十分便利。同时由于其内部结构都是采用横向设置，因此，不会为维护带来较大的难度。 大采高采煤机配备了相应的液压系统，液压系统在最初的设计上，设计的较为合理，操作较为简便，能够有效的提升采煤机的工作效率，提高采煤量，由于应用了较为先进的技术，所以大采高采煤机的应用具有良好的安全保障，但是相较于其他的采煤机来说，其运行的时间相对较长。在大采高采煤机中，很多元件都采用了保护技术来进行安装，这样就使得在对元件进行检修的时候，能够便于拆卸，从而保障了大采高采煤机的整体质量。 新型大采高采煤机结构新型的大采高采煤机结构与普通的采煤机结构相比，具有明显的不同，新型大采高采煤机结构主要采用分段抽屉式结构来进行组合，在其采空侧，所设计的形式并不是封闭式，其内部总共设置了 5个腔室，另外还有 3 个分机架，每个分机架之间都是利用焊接的方法进行连接，保障了分机架的牢固度，分机架中间的内部结构相对来说比较分明，结构构造较为简单，这样就有效的减少了加工的工序，使得加工的难度相应的降低。采用分段抽屉式焊接结构来进行新型大采高采煤机结构的设计，不仅能够有效的提升采煤机的结构强度，而且还能够在一定程度上提升采煤机的牵引力度，使得其拆卸变得更加的简洁，从而可以更好的进行煤矿的运输和传送。下面就对具体的新型大采高采煤机结构进行分析： 牵引传动部。该采煤机的牵引传动部共有左、右对称的 2个，分别布置在采煤机老塘侧的机架两端，并且用高强度螺栓和楔块紧固在采煤机主机架上，和主机架形成一体结构装了一个销轨行走轮，销轨行走轮与刮板输送机上的销轨相啮合，。每个牵销轨行走轮的转动带动采煤机沿着刮板输送机的销轨行走。每个牵引部安引传动箱上都装有一个液动行走制动器，当采煤机停止行走时，行走制动器就靠采煤机液压系统的压力油起作用，防止采煤机在刮板输送机上下滑。左、右牵引传动箱是相同的，都可以安装在采煤机主机架两端头中任何一端，但是当左、右牵引传动箱需要调换安装位置时，必须把牵引传动箱上下翻转过来，并将放油堵与透气塞调换位置。外牵引可以安装在采煤机主机架两端的任何一端，不需要改变任何部件和位置。 截割部。 截割部组成。截割部由一级摇臂、二级摇臂、调高油缸、举升油缸和割煤滚筒组成。2 个截割机构分别对称地布置在采煤机的左、右两端，与主机架铰接在一起；采煤机一级摇臂由一台 250kW 异步电动机驱动。电动机的动力通过两级直齿轮传动和两级行星齿轮传动传递到行星头上，行星头带动割煤滚筒旋转割煤；采煤机二级摇臂是为了采煤机能达到 7.5m 大采高做的一个焊接结构件，里面没有任何的机械传动，就是一个纯粹的框架梁，中间有布置电缆、油管和水管空间，结构简单、可靠耐用。 液压系统。液压系统是采煤机的一个重要组成部分，它的作用是将油泵电机的机械能转化为油液的液压能。为采煤机的摇臂调高提供动力支持，同时为采煤机牵引部的制动器提供控制压力油，在采煤机需要制动时，给采煤机提供有效制动保护泵站的结构，由电机装配、油箱、阀组、蓄能器等元件组成。电机通过内外花键的机械传动，将电动机的动力直接传递给调高油泵使其旋转，完成调高油泵的吸油、排油动作。油箱由透气塞、注油口、温度表、压力表组、油位计、吸油过滤器、回油过滤器和放油堵等组成。本油箱体积大，可以装足够的液压油。切割电动机 切割电机为外水冷式，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。切割电机的选择在根据工作条件选取，而且应当符合行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机。伸缩机构 伸缩机构有内伸缩式和外伸缩式。内伸缩式结构紧凑、尺寸小、伸缩灵活方便，因此采用内伸缩式。伸缩机构由保护筒，伸缩内、外筒，花键套，密封座，主轴，轴承，隔套，旋转密封、油封等构成。位于截割头和二级行星减速器之间，通过花键联接使主轴旋转运动，带动截割头旋转，通过油缸伸缩带动伸缩部实现伸缩。结束语综上所述，新型大采高采煤机具有突出的技术优势，在实际的采煤工作中，其不仅能够有效的提升采煤的工作效率，而且还能够使得采煤的质量得到提升。这种新型大采高采煤机是在原有的采煤机上所发展得来的，其保留了原有采煤机中的优势，并对其中的一些缺陷进行了改进，从而使得采煤机的性能进一步得到提升，这样就使得其在实际的采煤工作中得到了更为广泛的应用。为了能够有效的推动我国煤矿事业的发展，我国还需要进一步的对新型大采高采煤机进行改进，从而使得其性能可以得到进一步的完善，从而可以为我国的采煤事业做出更为积极的贡献。采煤机的展望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新的结构布置方式。(5) 截割滚筒的革新和改进截割滚筒的改进是围绕增大截深、减低煤尘、增大块煤率和提高寿命等目标进行的式主要改进有增大截深、采用强力截齿、增大块煤率和减少煤尘生成、滚筒设计CAD、高压水射流喷雾降尘和助切、加固滚筒结构等方面。(6)扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型薄煤层、厚煤层、硬粘并