采煤机牵引部总体设计--.doc

1 50 毕毕 业业 设设 计计 说明书 说明书 题目题目 姓名 姓名 编号 编号 字 字 号号 中中 国国 矿矿 业业 大大 学学 2015年年 05 月月 20 日日 2 50 中国矿业大学成人教育学院 毕业设计 论文 任务书 函授站 点 专业年级 学生姓名 任务下达时期 2015 年 1 月 17 日 设计 论文 日期 2015 年 1 月 17 日至 2015 年 5 月 20 日 设计 论文 题目 设计 论文 专题题目 设计 论文 主要内容和要求 根据实际工况 完成 ZY3200 12 30 液压支架设计 绘制相关工程图纸 2 5 张左右 折合 A0 图纸 按照规定撰写毕业设计说明 1 份 正文不少于 40 页 中英文摘要 400 字左右 指导教师签字 3 50 中国矿业大学成人教育学院 毕业设计 论文 指导教师评阅书 指导教师评语指导教师评语 包含 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研 究内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 建议成绩 建议成绩 指导教师签字 指导教师签字 年 月 日 4 50 中国矿业大学成人教育学院 毕业设计 论文 答辩及综合成绩 函授站 点 专业年级 学生姓名 说明书 页 图纸 张 其它材料 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 5 50 摘 要 本文是新型采煤机牵引部整体设计的说明书 设计通过参考大量产品资料和指导老 师的指导 分析以往典型采煤机在中 厚煤层开采中的液压部分存在的问题 利用多种 方法改进 权衡许多重要参数最终将牵引部定为由液压装置提供动力 齿轮在轨道上行 走的基本形式 将采煤机的直线行走运动性能十分稳定 本文主要是关于牵引部的整体设计以及行走箱的设计 主要阐述行走箱各轴 齿轮 以及轴承等的选型及选型和改进措施 其中以动力传动与行走机构的确定为主 还有关 于牵引部的总体传动系统的传动比的计算 最后 为牵引部的生产和使用中遇到的实际 问题以及问题的解决提了一些要求和建议 帮助用户能更好的使用机器 设计说明书中 不易表达出来的地方还配有图纸来说明 关键词 关键词 采煤机 牵引部 行走箱 牵引机构 6 50 ABSTRACT Shearer traction in this paper is the new Department of the overall design of brochures Design of a large number of products through reference information and guidance to the guidance of teachers analysis of typical Shearer in the past thick seam mining in the hydraulic part of the existing problems and use various methods to improve balance many important parameters of the traction will eventually be ground Hydraulic devices powered gear running on the track in the basic form Shearer will walk a straight line movement of very stable This article is about the overall design of the Department of traction as well as the design of walking box walking on the main shaft gears and bearings such as the selection and selection and improvement measures Power Traction and walking mechanism is mainly confirmed Traction is also available on the Department of the overall transmission ratio of the transmission system of calculation Finally the Department of traction for the production and use of the practical problems encountered in the settlement of the issue and mentioned a number of requests and suggestions to help users better use of machinery Design Manual difficult to express in the local also has drawings to illustrate Keywords Shearer traction Department walking mechnism traction 0 50 目 录 1 绪 论 1 1 1 采煤机械的技术现状与发展趋势 1 1 2 中国煤炭开采的重要性 4 1 3 煤炭行业机械化发展是国家的政策 5 1 4 国外采煤机的发展 5 1 5 采煤机的发展趋势 7 1 6 设计意义及需解决的问题 8 2 牵引部的整体方案 9 2 1 牵引形式的选择 9 2 2 牵引机构的选择 10 2 3 牵引部的组成及特点 12 2 4 牵引机构结构和动力设计方案的确定 12 2 5 此种设计对牵引部的要求 12 2 6 牵引阻力的确定 13 2 7 减速机构的选用 14 2 8 润滑方式及齿轮油的确定 14 2 9 密封形式的确定 15 3 牵引部的主要技术参数及传动比的设定 16 3 1 牵引部的主要技术参数 16 3 2 牵引机构传动方案的设计 16 4 行走箱的设计 19 4 1 直齿轮传动设计 19 4 2 花键轴的设计计算及轴承的选型与寿命的计算 24 4 3 牵引部机箱体的设计思路 27 4 4 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 28 4 5 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策 30 5 安装 检测维修与故障处理 33 5 1 采煤机牵引部的安装与调试 33 5 2 牵引部的维修与检修 33 5 3 采煤机的井下安装 34 5 3 采煤机牵引部的故障分析和处理 36 结束语 40 1 50 参考文献 41 致 谢 42 1 50 1 绪 论 1 1 采煤机械的技术现状与发展趋势 1 1 1 采煤机械发展的历史 目前国内使用的采煤机械主要是可调高的双牵引部液压采煤机 这种经过改进的液 压牵引采煤机 可追溯到长臂截煤机 是早期用于煤层底部掏槽的采煤机械 最早的滚 筒采煤机是在截煤机的基础上 将减速箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演 变成的 这种滚筒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 早期的 滚筒采煤机主要存在 2 个问题 1 截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整 即所谓的固定滚筒 对煤层厚度及 变化适应性差 2 截煤滚筒的装煤效果不佳 即所谓的圆形滚筒 限制了采煤机生产率的提高 20 世纪 60 年代 英国 德国 法国和前苏联等先后对采煤机的截割滚筒做出两项改进 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 二是把圆 形滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒 极大地提高了装煤效果 这两项改进使滚筒式采煤机 成为现代化采煤机械的基础 在滚筒采煤机发展的同时 还研制出用刨削方式落煤的刨 煤机 以钻削方式落煤的钻削式采煤机 以及螺旋钻式采煤机 现代滚筒采煤机均为可 调高摇臂滚筒采煤机 其发展是从有链到无链 由机械牵引到液压牵引再到电牵引 由 单机纵向布置驱动到多机横向布置驱动 由单滚筒到双滚筒 且向大功率 遥控 遥测 智能化发展 其性能日臻完善 生产率和可靠性进一步提高 工况自动监测 故障诊断 以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已在采煤机上得到应用 1 1 2 国外采煤机的发展状况 1 牵引方式向电牵引方式发展 传统的液压牵引采煤机在国外仍然在生产和使用中 但已不占主导地位 由于电牵引采煤机的诸多优点 国外目前开发的采煤机 特别是大 功率采煤机基本上都是采用电牵引方式 2 装机总功率不断增大 为适应煤矿生产实现高产高效 国外采煤机的功率在不断 提高 电机截割功率通常在 400kw 以上 最新报道已达 850kw 牵引电机功率均在 40kw 以上 大的甚至达到 125kw 总装机功率通常超过 1000kw 如 EL3000 型采煤机总装机功 率高达 2000kw 7LS5 型采煤机达 1940kw 牵引速度 牵引力也大幅提高 目前大功率电 牵引采煤机的牵引速度普遍达到 15 25m min 最大牵引速度达 50m min 最大牵引速度 达 50m min 牵引力高达 1000KN 牵引速度的加快 支架随记支护的实现 使工作而顶 板空顶时间缩短 为加大支架步距和滚筒截深创造了条件 采用大截深滚筒以成为提高 采煤机生产能力的重要途径 目前普遍采用的截深为 1000 1200mm 个别已达 1500mm 1 元部件可靠性大幅提高 为提高采煤机的可靠性 减少故障率 采煤机齿轮的 设计寿命以提高到 2000h 以上 轴承的寿命提高到 3000h 以上 并且还有进一步提高的 趋势 液压泵和液压马达的寿命已达 10000h 2 电牵引方式趋向交流变频调速 电牵引采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可 分为直流牵引和交流牵引 由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠 维护管理 2 50 简单 价格低廉等特点 近几年发展很快 20 世纪 90 年代中后期研制的大功率电牵引采 煤机均采用交流变频调速牵引系统 交流牵引正逐步替代直流牵引 成为今后电牵引采 煤机的发展方向 早期的交流电牵引均采用一个变频器拖动两台牵引电机 变频器对电 机的性能参数难以准确检测 控制和保护功能无法完全发挥 德国在开发 SL300 时 采 用两个变频器分别拖动两台牵引电机的牵引系统 使牵引的控制和保护性能更加完善 这种一拖一的牵引系统也正被逐步的采用 成为电牵引技术发展的又一个特点 3 无链牵引向齿轮一齿轨式演变 随着牵引力不断增大 销轮一齿轨式无链牵引 已近淘汰 齿轮一齿轨式无链牵引已使用不多 正逐步趋向于采用齿轮一齿轨式无链牵 引 这是一种从齿轮一销轨式演变而来的无链牵引结构 圆柱销被齿轨所取代 焊接结 构改成了整体精密铸造或锻造 宽度增大 节距由 125mm 增加到 175mm 无链牵引的优缺 点 无链牵引机构取消了固定在工作面两端的牵引链 而采用采煤机上的驱动轮与输送 机上的齿条等相啮合的方式来移动机器 无链牵引具有一系列优点 采煤机移动平稳 搬动小 因而载荷均匀 延长了机器的使用寿命 故障率也大 减小 可利用无链双牵引传动将牵引力提高 400 600kN 以适应采煤机在大倾角 最大达 54 条件下工作 利用制动器还可以使机器的防滑问题得到解决 可以实现工作面多台采煤机同时工作 提高工作产量 啮合效率高 可将牵引力有效地用在割煤上 因它没有原来链牵引的链条通过三 个链轮时产生的围绕折曲啮合损失 所以噪声也有所降低 消除了牵引链带来的断链 反链敲缸等事故 大大提高了安全性 无链牵引的缺点是 队输送机的弯曲和起伏不平的要求较高 对煤层地质条件的适应性较差 因底板 及输送机起伏度太大 会影响无链牵引机构的啮合 造成传动件的损坏事故 无链牵引机构使机道宽度增加约 100mm 所以提高了对支架控顶能力的要求 4 普遍采用中 高压供电 由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长 达 到 300m 整个工作面供电容量超过 5000kW 为了减少输电线路损耗 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采用中 高压供电 主要供电等级有 2300 3300 4160 5000V 等 5 监控保护系统的智能化 新型的电采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监 控 监测和保护系统 可实现交互式人机对话 远近控制 无线电随机遥控 工况监测 及状态显示 数据采集存储及传输 故障诊断及预警 自动控制等多种功能 以保证采 煤机具有最低的维修量和最高的利用率 并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采 高等控制功能 1 1 3 国内采煤机的发展状况 1 新设计的滚筒采煤机几乎都采用多电机横向布置 取消底托架 各大部件间采 用液压螺栓 哑铃销 偏心锁紧螺母等连接 以构成采煤机的机身 左 右摇臂通过销 轴铰接在机身的两端 2 大力开发电牵引采煤机 装功率 1000kW 以下的电牵引采煤机已逐步走向成熟 且形成系列 装机功率 1800kW 电牵引采煤机在研制中 目前国内使用的交流电牵引采煤 3 50 机的电牵引调速系统主要有三种 即交流变频调速系统 电磁转差离合器调速系统和开 关磁阻电机调速系统 简称 SRD 在这 3 种交流电牵引调速系统中 交流变频调速技术 在采煤机的应用已逐步走向成熟并具有发展潜力 电磁转差离合器调速技术本身比较成 熟 但是在采煤机的应用存在低速性能等问题 从目前来看 交流变频调速技术和 SRD 技术应该是未来采煤机应用的主要方向 3 我国经济型综采和高档普采的主要机型是 MG200 目前在册近千台 该机型由 于功率偏小 过断层能力差 结构上的局限性等 而需要改进以至换代 为此 近年来 进行了 MG200 采煤机的换代设计 现已完成的 MG150 375W 型及 MG160 375W 采煤机均可 作为 MG200 的换代产品 使用中已取得良好效果 该换代产品在配套尺寸不变的情况下 将装机功率由 200kW 提高到 375kW 其结构更为简单 即三个电机横向布置 150 160 kW 的左右截割电机分别布置在左右摇臂内 两段或三段式机身通过液压螺栓联为一体 左 右截割部通过销轴铰接在左 右牵引行走箱上 其生产效率截割能力大大提高 使 用更为方便 4 特殊机型采煤机的发展及应用 如天地科技股份有限公司上海分公司开发的 MG250 300WD 型电牵引短壁采煤机 可用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤开采 三下 一上 采煤 煤柱和边角媒回收 短臂工作面双巷或单巷开采 长壁面开机窝 煤巷掘 进等 再如 新汶矿业集团从乌克兰引进的螺旋钻式采煤机已成功用于难采煤层 一台 螺旋钻机仅需 3 4 名工人在工作面回采巷道内操作 月产 6000t 以上 实现了真正的无 人工作面安全生产 1 1 4 MG550 1380 WD 采煤机介绍 MG550 1380 WD 型采煤机是一种多电机驱动 电机横向布置无链双驱动液压牵引采煤 机 本机总装机功率 1380KW 机面高度 1519mm 适用于采高 2 5 3 95m 倾角的中 30 厚煤层综采或高档普采工作面 要求顶板中等稳定 底板起伏不大 不过于松软 煤质 硬或中硬 也能截割一定的矸石夹层 工作面长度以 100 200m 为宜 该采煤机的电气设备符合矿用防爆规程的要求 可在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井 中使用 并可在海拔不超过 1000 米 周围介质不超过 35 摄氏度 空气湿度不大于 97 在 25 摄氏度时 的情况下可靠地工作 该采煤机可与相应的液压支架 运输机配套 实现综合机械化采煤或放顶煤综采 亦可用于可弯曲刮板运输机 单体液压支架 长钢梁或金属铰接梁配套实现 新高档普 采 MG550 1380 WD 型采煤机主要部件是 左牵引部 右牵引部 左摇臂 右摇臂 泵箱 电控箱 左行走箱 右行走箱 机身联接 冷却喷雾 电气外部联接 拖缆装置和左 右滚筒 机身中段为泵箱和电控箱 在泵箱内部的一个干腔内集中安装着液压传动系统 全部液压元件 泵电机横向布置装在泵箱内左侧 液压油箱设在泵箱右侧 给牵引液压 系统和调高液压系统提供液压油 摇臂采用弯摇臂结构型式 较直摇臂有更大的装煤口 提高装煤率增加块煤 摇臂 长度为 2627mm 输出端采用 340 340mm 的方形出轴与滚筒联接 滚筒直径为 2000mm 叶 片上装有截齿 滚筒旋转时边牵引边靠截齿落煤 再通过螺旋叶片将煤输送到工作面刮 板运输机上 4 50 机器的操作部位在中部电控箱 泵箱和采煤机两端头 以实现机器的开停机 左 右牵引 摇臂升降及停运输机 机器的启动只能在电控箱上手动完成 采煤机的结构取 决于 1 矿山地质条件的多样性 这表现在煤层厚度的变化 从 0 5 至 5 米 煤层倾角的 变化 从 0 至 90 煤质坚硬度的变化 从 50 至 350 公斤力 厘米 围岩稳定性和煤层 中夹石坚硬度的变化 2 采煤机的工作位置不固定 它在工作过程中要经常沿工作面移动 并需周期地 横向移动 3 需与其它机械配合工作 因而它们需互相协调 4 在井下使用 其工作环境具有瓦斯和煤尘爆炸危险 离开起重和运输设备很远 也远离修配车间 因而不能就地进行金属加工或焊接作业 给维修机器带来困难 并使 维修质量降低 MG550 1380 WD 新型液压牵引采煤机采用多电机传动 电机全部横向布置的总体设计 整机结构简单可靠 各大部件间只有联接关系 无传动环节 有如下优点 1 所有电机均为圆形电机 横向装入各独立的机箱孔内 易于折装 维护 检修 方便 2 采用新型液压传动系统和干式泵箱 液压油池与所有液压元件相分离 避免油 液污染 主要液压元部件选用进口件 采用集成泵和集成马达 并设置在主泵 马达内 腔自动清洗系统 主泵 马达寿命长 泵箱结构简单 维修方便 3 可以实现电牵引和液压牵引互换 能方便地改为电牵引采煤机 4 采煤机机身由四段组成 四段机身用液压拉杠联接 无底托架 机身矮 增加 了过煤高度 联接简单可靠 拆装方便 5 采用弯摇臂 加大了装煤空间 摇臂行星头用四个行星轮的行星减速机构 行 星总头的外径小 适合与小滚筒配套 6 摇臂设有齿式离合器和扭矩轴机械过载保护 7 摇臂行星油池与臂身油池相隔离 保证了滚筒在任何位置 行星头均有良好的 润滑 1 2 中国煤炭开采的重要性 从资源上看 我国富煤贫油 一次能源以煤为主 在探明的化石能源中 煤炭占 94 3 石油天然气仅占 5 7 其中煤炭探明可采储量 1145 亿吨 按同等发热量计算 相当于目前已探明石油和天然气总和的 17 倍 煤炭提供了 78 的发电能源 70 的化工原 料和 60 民用商品能源 国家的资源条件决定了我国在未来相当长的一段时间内 只能选 择以煤为主的一次能源结构 从经济上来看 煤炭与其他能源相比具备明显的优势 按同等发热量比较 煤炭价 格仅相当于石油的 1 3 电里的 1 7 天然气的 1 4 对于我国这样一个经济上还欠发达的 国家来说 煤炭是我国目前最经济 最现实的能源 从环保来看 煤炭通过发展洁净煤技术 经过洁净加工后可减少煤的硫分 灰分 通过洁净燃烧可显著减排大量的 SO2和一定量的 CO2 通过转化可把煤变为清洁的液体 气体燃料 使煤炭得到清洁的利用 因此可以说 未来的煤炭工业将完全有可能是一个 5 50 洁净的新型的工业 从需求前景来看 我国人均能源消费量不足世界人均能源消费水平 2 4 吨标准煤 的一半 仅为发达国家的 1 10 1 5 经济快速发展和人民生活水平的不断提高 将使得 我国人均能源消费量和能源消费总量长期保持着高增长态势 预计 十一五 期间 我 国煤炭需求量年均增长增长 2000 万吨左右 到 2010 年煤炭需求总量将超过 12 亿吨 1 3 煤炭行业机械化发展是国家的政策 我国政府对煤炭行业的结构调整和产业升级十分重视 按照煤炭工业 十一五 规 划 到 2010 年 我国大型煤矿采掘机械化程度达到 95 以上 中型煤矿达到 70 以上 小型煤矿机械化 半机械化开始起步 大中型煤矿科技进步贡献率达到 60 以上 通过 采用高新技术和先进适用技术 在矿井开发 煤炭加工 安全生产和信息管理等领域提 高技术和装备水平 是增强煤炭工业发展的后劲 实现煤炭产业全面升级的有效途径 国家在 十一五 计划纲要 中提出 要用高新技术和先进适用技术提升传统产业 振兴装备制造业 开发制造大型 高效和先进成套设备 目前 有关部门的科研人员正在从事着采煤机技术领域的多项科研课题的研究 例 如 适应有夹矸煤层的半煤岩的采煤机的研制 增大块煤率的滚筒无级调速研究 液压 牵引采煤机和无线遥控技术的应用研究 电牵引采煤机水介质调高系统的研究 包括利 用工作面的乳化液作为传动介质的调高系统的研究 特殊条件下开采的采煤设备的研究 如螺旋钻式采煤机的开发 故障诊断 工况监测 显示及自动控制和自动调高系统的研 究 大功率电牵引采煤机 1000kW 以上 的研制等 相信通过这些内容的研究 将使我 国采煤机械的性能更为完善 适应范围更广 效率更高 从而使我国采煤机械的技术达 到国际先进水平 1 4 国外采煤机的发展 今年 4 月份 全球最大的煤炭开采设备生产商之一的 Joy Global Inc JOYG 获得了其 在华建厂的首张执照 这家坐落在天津市的工厂预计将于 2007 年年初投产 实际上 此次建厂正是 Joy Global 提高在华销量计划的一部分 公司的目标是 2010 年将在华销售额从 2005 年的 1 7 亿美元提升至 5 亿美元 面对中国不断扩大的采矿设备市场 许多外国公司都在跃跃欲试 Joy Global 并不是 唯一的一家 德国的 DBT Group Eickhoff Corp 瑞典的 Sandvik Mining and Construction Ltd 及其他一些大型国际采煤设备生产商都已设法进入了 中国市场 煤矿伤亡事故频发及采煤效率低下问题引起了中国政府的担忧 目前中国国内正积 极地推进煤炭行业的改革重组 未来几年 中国将关闭更多能效低下且存在安全问题的 小型煤矿 转而组建一些大型煤炭生产集团 在这样的背景下 对于高端采矿设备的需求也在相应上升 而国内的相关设备供应 商却无法满足此类需求 这就给海外生产商提供了抢占市场立足点的机会 美国驻中国使馆事务处的一位资深商务专家梅报春表示 从开采效率 设备质量 对矿山的环境保护及安全和健康等方面来考虑 中国的主要采煤设备普遍落后其他国家 10 15 年 6 50 虽然中国是全球最大的煤炭生产国 2005 年的煤炭总产量达 21 1 亿吨 但中国煤矿 的安全纪录则非常糟糕 几乎每天都有因煤矿爆炸 透水和塌方导致矿工丧生的报导 2005 年 中国共有 5 986 名煤炭工人在事故中丧生 中国的煤矿数量接近 2 5 万座 其中 90 以上是村镇所有的小型煤矿 1 高端采矿设施需求强劲 目前 中国煤矿的机械化程度平均为 42 小型煤矿的机械化程度则更低 极低的 自动化和机械化水平意味着煤炭采出率少得可怜 中国煤矿目前的平均采出率仅为 35 左右 小型煤矿的采出率更是不到 10 煤炭 行业的数据显示 中国约五分之二煤矿的年产量均不到 3 万吨 除了关闭安全状况差及非法的煤矿 此类煤矿使用的一般都是小型采矿设备 外 中国还将在 2010 年前建立 13 个大型煤炭生产基地 并组建 5 7 家年产量超过 1 亿吨的大 型煤炭生产商 在 2010 年年底前 国有大中型煤矿的机械化程度将从目前 75 的平均水平分别提高 至 95 和 80 不过 凯基证券 KGI Securities 分析师张伟 Aaron Zhang 表示 国产的采煤设备已经 过时 而且主要是在小型煤矿中使用 实际上 刨煤机 综掘机和支架等一些关键的井 下采煤设备还需依赖进口 中国 90 的煤矿都属于井下作业 Joy Global 的一位管理人士表示 该公司在中国最畅销的产品是连续采煤机 这种设 备已在美国和其他发达国家的大型煤矿中得到了普遍使用 这位不愿透露姓名的管理人士称 到目前为止 中国的生产商已生产出几台类似的 样机 但还远没有达到真正的商业化水准 2 中国市场吸引全球关注 过去几年来 外国采煤设备生产商亲眼目睹了在华销售额的大幅增长 2003 年 Joy Global 在中国的销售额仅为 5 000 万美元 但 2004 年很快激增至 1 4 亿美元 2005 年 为 1 7 亿美元 今年有可能达到 2 亿美元 其他外国公司当然也没有袖手旁观 2005 年末 德国 DBT 集团与中国的煤炭公司达 成了三笔大宗合同 这使其中国客户的数量在不到 18 个月的时间里由 5 个增加到 11 个 其中有一份合同就是和中国煤炭产量最大的生产商神华集团有限责任公司 Shenhua Group Corp 简称 神华集团 签定的 这也是 DBT 有史以来签订的最大的一笔 订单 该公司在新闻稿中称 合同履行完成后 DBT 对神华集团的支架交货量将达到 2 700 架 不仅是采煤设备生产商 一些投资公司也开始进入了这片市场 6 月 14 日 总部在纽约的投资公司 Jordan Co 旗下 International Mining Machinery Ltd 宣 布 已向国有黑龙江煤矿机械集团有限公司 收购了鸡西煤矿机械有限公司和佳木斯煤矿 机械有限公司的全部股权 上述交易在国内遭到激烈的批评 一些业内人士指出 当地政府不应该把一切都卖 给海外公司 因为这两家采煤设备制造企业生产的综掘机和支架各占到国内销量的近 40 7 50 Joy Global 的一位管理人士表示 当前最大的挑战是中国政府正在不断要求煤炭企业 购买国产设备 该管理人士称 除民族主义情绪外 价格也是一个问题 进口采煤设备通常比国产 设备贵 2 3 倍 1 5 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 其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 硬粘并有夹矸煤层 大倾角 破碎顶板等难采煤层的机型的发展 有 开发出了薄煤层 厚煤层 大倾角 短机身 窄机身等机型 7 提高采区工作电压 80 年代以前 各国采区工作面设备电压多为 1000V 左右 随着综采设备向大功率发 展 目前采煤机最大功率达 1220kW 截割电机最大功率达 6000kW 刮板输送机最大功 率达 1125kW 驱动电机最大功率达 525 kW 加上工作面长度的不断增长 所以必须提 高采区的供电电压 目前各国生产的大功率采煤机 其供电电压一般为 2300 3300 4160 和 5000V 等几档 8 采用微电子技术 实现机电液一体化的采集 工况监测 故障诊断和自动控制 现代采煤机均装有功能完善的用微处理器控制的数据采集 工况监测 故障诊断和 自动控制 这是代表采煤机水平的重要标志 现代采煤机的微处理系统除了工况监测 还可以对其采集信息进行分析处理 再输出显示 存储 控制和传输等 以实现检测 预警 保护 健康诊断 事故查询 维修指导和调度分析等多种功能 9 贯彻标准化 系列化和通用化原则 加速开发适合不同地质条件的新机型 目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则 将采煤机各主要部件 8 50 如电动机 截割部固定减速箱 摇臂 滚筒 牵引部 截牵箱 行走箱 牵引机 构等 制定标准 作为适合不同条件的通用部件 各部件间的连接尺寸一致 这样 就 可以根据不同的地质条件的要求 很容易用积木式方法将各部件组合成新机型 以扩大 采煤机的系列和加速研制过程 10 提高采煤机的可靠性和寿命 提高易维修性 缩短井下更换部件时间 延长大 修周期 提高机器的使用率和开机率 1 6 设计意义及需解决的问题 面对煤炭需求量的不断增加 采煤的机械化和自动化是煤炭工业高产高效 增强竞 争力的必有之路 机械化作业对于提高劳动生产率 改善劳动条件和环境 降低工人的 劳动强度 实现安全文明生产有着非常积极的意义 而且随着煤炭工业的高速发展 现 场对安全可靠的采煤机的需求显得非常的迫切 从 50 年代滚筒式采煤机的出现到现在经历了几次的改进 从最初的机械牵引到液压 牵引直至今天的电气牵引传动方面的设计技术已经非常的成熟 现在的设计主要是增加 自动控制和检测装置 改进设备的密封性等 解决实际使用中遇到的问题 9 50 2 牵引部的整体方案 采煤机的牵引机构是采煤机的重要组成部件 它不但负担采煤机的移动和非工作时 的调动 而且牵引速度的大小直接影响工作机构的效率和质量 并对整机的生产能力和 工作性能产生很大影响 因此 此设计应首先确定牵引部的整体方案 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 它分为 钢绳牵引 链牵引及无链牵引等几种 传动装置是用来驱动牵引机构的 按传动类型有 机械传动 液压传动及电传动等几种 传动装里位于采煤机上的称为内牵引 位于工作 面两端的称为外牵引 大部分采煤机都采用内牵引 只有在某些薄煤层采煤机中 为了 充分利用电动机功率来割煤并缩短机身 才采用外牵引 2 1 牵引形式的选择 采煤机牵引部传动装置的功用是将电动机的能量传到主动链轮或驱动轮 并满足牵 引部的要求 现有的牵引部传动装置分为机械牵引 液压牵引 电气牵引三种 1 机械牵引 具有纯机械传动装置的牵引部简称机械牵引 其特点是工作可靠 但只能有级调 速且结构复杂 目前己很少应用 这种机械牵引系统为了实现调速 停止 换向 保护过载等 轴和齿轮非常多 外 加离合器 制动闸等 结构非常复杂 并且在工作时 能得到的工作速度非常有限 因 此不采用此种牵引装置 2 液压牵引 液压传动的牵引部具有无级调速特性 且换向 停止 过载保护易于实现 及实现 根据负载自动调运 保护系统比较完善 因而获得广泛应用 其缺点是 油液容易污染 致使零部件容易损坏 使用寿命较低 牵引部都采用容积调速 并且都采用变量泵一定量马达系统 其主回路有开式系统 及闭式系统两种 1 开式系统 液压泵从油箱吸油 向液压缸或液压马达供油 其回油直接回油箱 的主回路称为开式系统 开始系统主要配备换向阀 安全阀 和采用变量主液压泵 就 可以实现牵引部换向 安全保护和调速的基本功能 换向阀和安全阀都附设在液压马达的壳体上 整流阀组则附设在液压泵内 所以液 压系统的外部管路很简单 在液压泵和液压马达之间只有一根软管 安装比较方便 开式系统的优点是 系统较简单散热条件好 其缺点是需要大量的油池 油池中的 脏物和空气较容易进入液压系统 使系统受到污染 使得工作条件恶化 并且工作时的 稳定性差 不适合传动要求高的机械中 2 闭式系统 闭式系统中主液压泵排出的油直接向液压马达供应 而液压马达的 回油又直接返回主液压泵的吸油口 大部分油液进行着油液的内循环 由于 1 压力油的作用 哥液压元件均有泄漏损失 因此 液压马达排出的油量就不够 主液压泵所吸入的吸油量 会造成主液压泵的吸空 2 主回路油液量减少 油液不断的循环工作 摩擦发热 使系统油温不断升高 10 50 油液粘度降低 液膜变薄而且强度降低 从而使各元件的工作条件恶化 容易磨损 3 主回路建立不起所需的背压 因此主回路必须增加补油和热交换回路 这样的 主回路系统才能正常的工作 因此闭式系统的结构较为复杂 在闭式系统中 油箱容积较小 结构紧凑 由于油液不同空气接触且油管中的压力 高于大气压力 空气和污染物不易进入系统 主回路低压侧低压侧因有一部分背压 故 运转比较平稳 通常闭式系统均采用双向变量液压泵 其换向和调速均由主泵控制因而 没有过剩的流量 效率较高 所以闭式系统适于大功率和换向频繁的设备 液压牵引采 煤机的牵引部就经常采用此种牵引系统 因此本设计将液压系统采用鄙视液压牵引系统 3 电气牵引 用可控硅整流器供给直流电 即电子控制的调节系统来实现牵引直流电动机调速的 牵引部称为电牵引 具有电牵引部的采煤机称为电牵引采煤机 它是 1976 年开始发展起 来的新一代采煤机 牵引电动机可以是他激直流电机 也可以是串激直流机 要想改变电动机转速 可以通过以下方法达到 1 保持激磁电流 JB不变 在额定值 即磁通 不变 采用可控硅触发电路来改变 电扼电压 U 可以得到恒转矩调速段 2 保持电枢电压不变 额定位 而减小激磁电流 IB 即减小磁通 使转矩减小 速度增大 以得到恒功率调速段 当然也可以同时用调节电枢电压与磁场强度的办法来 达到调速 电牵引采煤机的优点是 调速性能好 因采用固体元件 所以抗污染能力强 除 电刷和整流子外无易损件 因而寿命和效率高 维修工作量小 因电子控制的响应快 所以易于实现各种保护 检测和显示 结构简单 机身长度可大大缩短 提高厂采煤机 的通过性能和开砍口效率 所有这些优点 使液压牵引大为逊色 尽管电气牵引装置存在很多优点 但是在实际应用中技术还不太成熟 在井下很难 以实现 因为井下瓦斯的存在使使用电气装置受到一定的限制 因此本设计采用液压闭 式系统作为采煤机的牵引形式 2 2 牵引机构的选择 2 2 1 链牵引机构 链牵引机构包括矿用圆环链 链轮和链接头三种形式 链传动的缺点且链速不均匀 当平环进入啮合区 角范围内时 链轮与平环开始啮 合 链轮窝稽推功平环 牵引速度变化很快 因此工作时很不稳定 不宜用于采煤机的 牵引装置中 必须指出 采用紧够装置时 应保证其有足够的行程或压缩量 避免松边紧链装置 在工作过程中因收缩顶死而呈刚件固定 为此 应当估计采煤机工作时牵引链中的最大 的弹性伸长量 表 4 5 列出了两种圆环链的弹件伸长量 可供估算时参考 2 2 2 无链牵引机构 1 无链牵引的优缺点 随着采煤机向强力 重型化及大倾角的方向发展 其电动机功率已逐渐增大到 450 一 750kw 牵引力己达到 400 一 600KN 对于这样大的牵引力 目前的圆环链传动的强度 11 50 已不能满足实际需要 牵引链极易拉断 而且拉断时 牵引链储存的巨大弹性能被释放 将造成严重伤害 因此 七十年代以来 无链牵引采煤机得到了大力发展 无链牵引机 构取消了固定在工作面两端的牵引链 而采用采煤机上的驱动轮与输送机上的齿条等相 啮合的方式来移动机器 无链牵引具有一系列优点 1 采煤机移动平稳 振动小 因而裁荷均匀 延长了机器的使用寿命 故障率也大 大减少 2 可利用无链双牵引传动将牵引力提高到 400 一 600kN 以适应采煤机在大倾角 最 大达 54 条件下工作 利用制动器还可使机器的防滑问题得到解决 3 可以实现工作面多台采煤机同时工作 提高工作面产量 4 啮合效率高 可将牵引力有效地用在割煤上 因它没有原来链牵引的链条通过三 个链轮时产生的围绕折曲啮合合损失 所以噪声也有降低 5 消除了牵引链带来的断镀 反链敲缸等事故 大大提高了安全性 无链牵引的缺点是 对输送机的弯曲和起伏不平的要求较高 对煤层地质条件变化的适应件较差 叛 及输送机起伏太大 会影响无链牵引机构的啮合 造成传动件的损坏事故 无链牵引机构使机道宽度增加了约 100mm 所以提高了支架控顶能力的要求 因此 此采煤机的牵引结构采用无链牵引 2 无链牵引机构的分类 据统计 目前已有 20 多种无链牵引机构 但归结起来可分为三类 1 驱动轮 齿条系统 利用牵引部上的驱动轮直接或经齿轨轮与固定在输送 玑上的齿条相啮合而移动采煤机 这种无链牵引机构的强度高 传力大 可获得大的牵 引力 可以单牵引或双牵引传动 双牵引时同一主泵供给相互独立的传动装置 使牵引 力增大一倍 但牵引速度减小一倍 齿条或齿轨的挠曲性好 可以适应输送机的弯曲和 起伏 传动系统中设有制动装置 机器停止牵引即时制动 以防机器下滑 系统既可以 装在档煤板侧 也可以装在铲煤板侧 以适应不同的需要 所以 驱动轮 齿条系统 是目前应用最多的无链牵引机构 2 传动链一齿轨系统 这种牵引机构是通过驱动齿轮经齿轨轮与铺设在输送机上的 圆柱排销式齿轨啮合而使采煤机移动的 其结构如 2 1 所示 驱动轮和中间传动轮都是 摆线齿廓 后者采用长齿以适应排销的起伏 排销的安装方式可以分为固定式与滑动式是两种 固定式排销用螺栓固定在齿轨座 的长孔中 以保证中部槽水平偏转 齿轨座用螺栓固定在中部槽上 滑动式销排分为两 种 一种是将销排安装在输送机导向槽中 它可以沿导向滑动 但滑动量受到导向槽的 挡块限制 并靠间隙来保证其水平和垂直偏转 另一种是将排销的卡套安装在导向管上 使排销能沿输送机方向在导向管上滑动 为限制动量 导向管上也有挡块 这种系统可利用原采煤机改装 但因传动铁强度低 移动速度不均 磨损大和效率 低而应用不多 法国 SIRUS 400 型采煤机采用这种系统 但驱动链轮用水平链轮 传动 链采用圆环链 3 液压缸推进系统 利用两个液压缸交替推移前进而使机器移动 工作时 一个液 压缸的卡爪夹紧导轨 该缸进油使活塞杆伸出推动机器前移 另一卡爪松开 活塞杆收 12 50 回 难备下次推移 这种系统虽可简化牵引部结构 但是断续运动 卡爪和导软磨损大 2 3 牵引部的组成及特点 牵引机构由牵引部和行走箱组成 其中牵引部由机壳 牵引马达 液压制动器 马 达齿轮轴 惰轮组 牵引轴 中心齿轮组 行星减速器及油微侧标尺等主要零部件组成 行走箱由机壳 驱动轮 行走轮组成 该牵引部有以下特点 1 牵引力大 是机器重量的 1 4 倍 2 制动器采用液压制动 制动力大 使采煤机在较大倾角条件下采煤时 有了可 靠的防滑措施 3 采用双极行星减速机构 减速比大 结构简单 行星减速器采用四行星轮减速 机构使轴承的寿命和齿轮的强度裕度大 可靠性高 行星减速机构为双浮动机构即太阳 轮 行星架浮动 以补偿制造和安装误差 使各行星轮均匀承担载荷 4 平滑靴支撑耳及油缸连接耳的设计均考虑了升高机面高度的配苏要求 使机器 适应面更广 5 行走箱与牵引部独立箱体设计 使采煤机可以在改变行走箱的条件下改变机面 高度 以适应不同的采高 6 滑轮回转中心与行走轮中心轴同轴 保证行走轮与销轨的正常啮合 7 左右两个牵引部采用对称设计 8 机壳设计采用可焊铸铜制造 强度高 2 4 牵引机构结构和动力设计方案的确定 2 4 1 牵引部与行走箱一体设计 牵引部与行走箱设计在一个箱体内部 既不利于防尘 同时制造出的机箱的总体积 也较大 不便于维修 互换性比较差 最重要的是这种箱体内部结构较为复杂质量过于 集中 对轨道的压力过于集中 2 4 2 牵引部和行走箱独立箱体设计 牵引部和行走箱独立箱体设计 这样的设计对配不同槽宽的运输机或不同的牵引形 式时只需要改变行走箱 其他主机箱不变 配套适应性强 两个牵引部和行走箱左右对 称分布在两侧 由两个液压马达分别经牵引不减速驱动实现双牵引 采用现在国内不常 使用的销轨式牵引系统 导向滑靴和行走轮中心合一骑在运输机销轨上 一是保证采煤 机不掉道 同时还能保证行走轮和销轨柱销有较好的啮合性能 因此 箱体设计采用牵引部和行走箱独立箱体设计 2 5 此种设计对牵引部的要求 1 足够大的牵引力 为在困难条件下割煤 采煤机应有足够大的牵引力 常见采 煤机牵引力如表 2 1 表 2 1 采煤机牵引力的参数匹配 单位为 kW kN 13 50 由于无链牵引采煤机可用在大倾角 40 一 50 中 因而 一般采用双牵引传动 采用这种双牵引 牵引力较上定位增大一倍 但牵引速度降低一倍 目前采煤机的最大 牵引力达 2 310kN 2 总传动比大 牵引速度一舷为 v9 0 一 10m min 因此传动装置的总传动 比应大于 300 3 总传动比要能在工作过程中随时调节 并且最好能无级调节 这是因为沿 工作面煤质的变化及夹矸 硬夹杂物的分布是随机的 必须根据煤质软硬来调节牵引速 度的大小 4 要在电功机转向不变的条件下能反向牵引和停止牵引 采煤机上行 下行 割煤时 电动机方向是一定的 为改变牵引方向 传动链中应有相应措施 为避免电动 机带负荷起动 采煤机停机前应先停止牵引 使主油条回到零位 此外 在更换救齿和 滚筒凋高 调斜等操作中 常需要采煤机停止牵引 同时又要开动电动机来供油并使滚 筒转动 这就要求牵引部设置离合器及调速手把的正确零位位置 5 牵引部应有可靠 完善的自动调速系统和完善的保护装置 应根据电动机 负荷 牵引力大小来实现自动调速及过载保护 还应设置油湿 油质保护和防止机器下 滑的装置 6 操作方便 牵引部应有手动操作 离机操作及自动调度等装置 7 零部件应有高的强度和可靠性 显然本引部只消耗采脱机装机功率的 10 15 但因牵引速度低 牵引力大 零部件受力大 所以必须要有足够的强度和可靠 性 2 6 牵引阻力的确定 牵引阻力是采煤机沿工作面割煤时需要克服的移动阻力 以双滚筒无链链牵引 采煤机上行采煤为例 说明本引阻力的确定 采煤机骑在刮板输送机上靠两个滑靴 A B 支承在工作面例槽华上 两个滑靴 C D 支承在采空区测槽帮上 并靠导向管导向 牵引 链两端固定在张紧装置上 后者固定在杏输送机的机头和机尾上 采煤机上行割煤时 滚筒上作用的外阻力有 推进阻力 垂直底板阻力 及侧向力 根据滚筒上每个齿的受 力情况 不难确定以上诸力的大小和作用位置 在外力及机器员力 6 的作用下 四个滑 靴 A B C 及 D 上的支撑反力和相应的摩擦力 它们可根据空间力系求得 因滚筒侧向力较小 且对牵引阻力影响不大 故在计算时忽略不计 对无链牵引采煤机通常按倾角 18 来确定牵引力 所以在倾角 16 18 时 必 须设置液压安全绞车 对无链牵引采煤机 则应按最大倾角来选择牵引力和相应的制动 力矩 链牵引采煤机靠牵引部主动链轮缠绕两端固定在输送机上的牵引链而移动 牵引 链一边紧 一边松 为了顺利吐链并消除卡链事故 松动链必须靠紧链装置来保证一定 的顶紧力 牵引部产生的牵引力应大于牵引阻力 并应满足 采煤机电动 机功率 50 100150200300 牵引力 100 100 120 160 180 200 220 250 300 14 50 2 1 21 PPP 式中 P2 牵引链紧边植力 P1 牵引链松边拉力 而链牵引的牵引力则由实际工作的情况可以灵活设计与并且改动要比链牵引