机械类综合课程设计概述(doc 55页).doc

1 兰州大学 机械类综合 课程设计 题目 综采工作面设备选型设计综采工作面设备选型设计 班 级 机械二学位 15 1 姓 名 夏雨 学 号 1501210122 指导教师 完成日期 2017 01 04 2 任任 务务 书书 一 设计任务及要求一 设计任务及要求 1 根据所给原始数据进行采煤机选型的详细计算 2 编写综采工作面采煤机选型设计说明书 3 采煤设备与工作面综采设备配套关系图 设计原始数据及条件 设计原始数据及条件 煤层厚度顶板条件 H max H min 截割阻 抗 A N mm 煤 层倾 角 老 顶 直 接顶 工作 面长度 m 设计产 量 万 T a 生产安排 4 42 7 24016 III 级3 类 225250 1 一年工作日按 300 天计算 2 实行三班工作 制 两班采煤 一班 准备 每天生产 16 小时 二 上交材料二 上交材料 1 综采工作面设备布置图 A0 或 A1 1 张 2 综采工作面选型设计说明书 约 5000 8000 字 1 份 三 进度安排三 进度安排 参考参考 本课程设计要求在 2 周内完成 1 第 l 2 天 熟悉设计任务 收集相关资料 2 第 3 7 天 拟定设计方案 3 第 8 10 天 绘制图纸 4 第 11 12 天 编写说明书 5 第 13 14 天整理及答辩 3 五 成绩评定五 成绩评定 优秀良好中等及格不及格 满 分 得 分 平 时表现 勤奋 好学 善 于思考 勤奋 积极 态 度认真 比较 勤奋 不够 勤奋 不勤奋 态度不端正 1 0 图 纸质量 方案 合理新颖 表达规范 方案 合理 图 纸比较规 范 方案 一般 图 纸基本规 范 方案 基本合理 图纸欠规 范 方案不 合理 图纸 不规范 4 0 说 明书质 量 内容 全面 准 确 内容 全面 基 本准确 内容 一般 准 确性一般 内容 基本全面 有小错误 内容不 全 错误较 多 2 0 答 辩 回答 问题准确 流利 回答 问题比较 准确 回答 问题基本 准确 回答 问题欠准 确 回答错 误 3 0 总 分 1 00 综合评定成绩 综合评定成绩 优秀 优秀 良好 良好 中等 中等 及格 及格 不及格不及格 指导教师指导教师 日日 期期 2017 01 042017 01 04 4 摘摘 要要 本设计主要研究了综采工作面采煤机的设计综合机械化采煤是 指完成落煤 装煤 运煤以及顶板支护等一系列机械化的总称 本 设计所研究的煤层采高 2 7 4 4 米的中厚煤层 是较为常见的 所 以选型比较容易 采煤机型号的选择主要根据煤层硬度 厚度 倾 角等因素来选取 选型后计算采煤机的主要参数 采高 截深 生 产力 牵引速度 牵引力 截割速度和装机功率 然后选择与之能 够配套的相关设备 5 Abstract This design study of the fully mechanized coal face miner design mechanized mining of coal is used to finish off installed a series of general mechanized coal coal and roof support and the like The design of the study 2 7 4 4 meters high seam mining in thick coal seam is more common so the selection easier Shearer model selection based primarily on coal seam hardness thickness angle and other factors to select after the selection calculation the main parameters of shearer cutting height cutting depth productivity speed traction traction cutting speed and installed power and then choose to be able to support the relevant equipment 6 目目 录录 5 2 6 刮板输送机刮板链强度验算 34 6 6 液压支架液压支架 3636 6 1 液压支架架型的确定 36 6 1 1 顶板类型及其分类 36 6 2 液压支架参数的确定 38 6 2 1 支架高度确定 38 6 2 2 支架的伸缩比确定 39 6 2 3 顶梁长度的确定 39 6 2 4 顶梁宽度的确定 40 6 2 5 底板的长度确定 41 6 2 6 底座的宽度 41 6 2 7 支架中心距 41 6 2 8 支架移架步距 41 6 2 9 支护强度和工作阻力 41 6 2 10 初撑力确定 43 6 2 11 移架阻力及推溜力 43 6 3 初选液压支架型号 43 6 4 性能验算 44 7 6 4 1 底板比压校核 44 6 4 2 工作阻力 支架强度 初撑力验算 44 6 4 3 顶板覆盖率 44 6 4 4 支架布置台数 45 6 5 端头支架 45 6 6 小结 46 7 7 顺槽转载机选型顺槽转载机选型 4646 7 1 桥式转载机概述 46 7 2 转载机选型计算 46 7 2 1 转载机运输能力计算 46 7 2 2 选择转载机 47 8 8 乳化液泵站的选型乳化液泵站的选型 4848 8 1 乳化液泵站的组成 48 8 2 乳化液泵站的计算 48 8 2 1 乳化液泵站压力的确定 48 8 2 2 乳化液泵站流量的确定 50 8 2 3 选择乳化液泵 51 8 2 4 乳化液泵的电机功率 51 8 3 乳化液箱容积的验算 52 8 4 乳化液 53 8 8 5 小结 53 9 9 综采工作面通风系统及合理配风量确定综采工作面通风系统及合理配风量确定 5454 9 1 综采工作面通风系统确定 54 9 2 综采工作面合理通风参数及其配风量 54 9 3 小结 55 1010 综采工作面三机配套综采工作面三机配套 5555 10 1 工作面三机生产能力配套 55 参考文献参考文献 5858 9 1 1 综述综述 1 11 1 工作面综述工作面综述 此工作面设计长度 225m 煤层厚度 2 7m 4 4m 老顶为 III 级 直接顶为 3 类 截割阻抗 240N mm 煤层倾角 16 底板坚硬 设计年产量 250 万吨 1 21 2 选型的基本原则选型的基本原则 1 2 11 2 1 采煤机采煤机 采煤机必须满足煤层开采厚度和煤的切割阻力的需要 要与煤层的倾角 适应 采煤机以最小的电耗获得最大的采煤速度即最大的生产能力 以及获得 最佳的块度 要考虑与支架和运输机配套 与支架移支速度和运输机运煤能力相适应 具备有效的喷雾抑尘装置 1 2 21 2 2 运输机运输机 要满足工作面长度和倾角对于运输机铺设长度和稳定性的要求 运输机必须与采煤机的能力相适应 要保证采煤机效能的发挥 要与支架和采煤机配套 保证采煤机骑溜 或不骑溜 正常运行 能在正常状态下随采煤机之后适当弯曲 并配有清扫浮煤的装置 并使 移置液压支架和拖动电缆方便 1 2 31 2 3 液压支架液压支架 要顶得住 它的初撑力和工作阻力要适应直接顶和老顶岩层移动所产生 的压力 包括二次来压 使控顶区的顶板下沉量限制到最小程度 要移得走 它的结构形式和支护特性 要适应直接顶下部岩层的冒落特 点 尤其要注意顶板在暴露后尚未支护情况下的破碎状态 要尽量保持该处顶 板的完整性 支架底座要适应底板岩石的抗压强度 以防底软而使支架陷入底 板 要适应采高变化和按煤层倾角考虑的对支架稳定性的要求 要满足通风 尤其是高瓦斯工作面 和行人的需要 以及要和采煤机 运输机配套 要考虑投资 力求以较低的投资获得所需的技术经济效果 支架复用次 数高 损坏情况少 即能降低吨煤成本 由于以上这些要求显而易见 故不拟作过多的说明 10 按开采技术特点 可将煤层厚度分三类 薄煤层 从最小可采厚度 到 1 3m 中厚煤层 1 3 3 5m 厚煤层 大于 3 5m 按开采技术特点 将煤层倾角分为三类 缓倾斜煤层 0 25 倾斜煤层 25 45 急倾斜煤层 45 90 倾角小于 12 的煤层对于综采机械化来说 最为有利 一般可以不考虑设备自重分力的影响 煤层倾角加大 会使采煤机上行采煤时的牵引阻力加大 并造成机器下滑的危 险 使支架的横向稳定性变坏 甚至下滑 倾倒 输送机也会下滑 给采煤工 作造成困难 1 2 41 2 4 其他设备选型原则其他设备选型原则 乳化液泵站的选型要结合液压支架来进行选型 乳化液泵站的公称压力和 公称流量能够提供液压支架符合正常工作的初撑力要求 移动变电站通过工作 面机械设备的功率 功率因数等参数的计算进行选型 移动变电所的输出电压 及容量满足工作面机械设备正常工作与生产要求 2 2 概况概况 2 12 1 国外采煤机的发展历史国外采煤机的发展历史 在 20 世纪 70 年代初期 国外部分厂商开始在煤矿机械上使用电气调速技 术 用于改进采机械设备的牵引方式 美国 JOY 公司研制成功了 1LS 多电机横 向布置直流电牵引采煤机 此后又陆续研制了 2LS 6LS 等型多电机横向布置电 牵引采煤机 7LS5 采煤机总功率 1940kW 牵引速度 30m min 采用 JOY Ultratrac2000 型强力销轨无链牵引系统 加大销轨节距和宽度 并采用锻造销 排 装备了与 6LS5 型通用的 JNA 机载计算机信息中心 具有人机通讯界面 故障 诊断图形显示和储存 无线电遥控 牵引控制和保护等功能 德国公司于 1976 年研制成功直流电牵引采煤机 并基本停止了液压牵引 采煤机的研发 此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机 20 世纪 90 年代开发 的 SL 系列横向布置交流电牵引采煤机 将截割电机布置在摇臂上 其中 SL500 型电牵引采煤机装机功率达 1 815 kW 最大牵引力 869 kN SL300 型电牵引采煤 机总装机功率 1138 kW 采用双变频器一拖一系统 最大牵引速度达 36 7 m min SL1000 型采煤机装机功率达 2600 kW 牵引力 1003kN 控制系统具有交互 式人机对话 设备状态监测与故障预报 在线控制 数据传输等功能 英国 long Airdox 公司于 1984 年研制成功第 1 台将截割电机布置在摇 臂上的多电机横向布置 Electra55V 型直流电牵引采煤机 在此基础上又开发出 功率更大的 Electra1000 型直流电牵引采煤机 20 世纪 90 年代 在 Electra 系 列机型基础上 进一步加大功率 改进控制系统 开发了 EL 系列交流电牵引采煤 机 主要机型 EL600 EL1000 EL2000 EL3000 型 在 EL 系列机型上装置的 Impact 集成保护及监控系统具有负荷控制 机器监控 采煤机自动定位 自动 调高 区域控制 智能化安全联锁 随机故障诊断和数据传输等功能 日本三井三池制作所 1987 年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的 MCLE DR 系列交流电牵引采煤机 近几年又开发了截割电机横向布置的多电机 11 交流电牵引采煤机 采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统 可数字显示牵引 速度 滚筒位置 留顶底煤厚度 电机负载及各处温度 具有无线遥控装置 并 可加装红外线发射器操纵采煤机 波兰在与中国合作研制成功 KSE 344 型薄煤层交流电牵引采煤机的基础上 陆续开发了 KSE 360 KSE 700 KSE 800RW 2BP KSE 535S KSE1000 型等交流 电牵引采煤机 采煤机截深有 630mm 提高到 800 1000mm 前苏联 20 世纪 70 年代研制出 K128 直流电牵引采煤机后 又相继研制成 功多种直流电牵引采煤机 90 年代开发了 K 88 型等交流电牵引采煤机 总体 来看 俄罗斯的电牵引采煤机功率较小 直流牵引 性能参数较低 2 22 2 我国采煤机的发展历史我国采煤机的发展历史 从上世纪八十年代开始 我国进入了采煤机发展的兴旺时期 在 广泛吸取 国外先进技术的同时 不断的实践创新 锐意进取 重视采煤机成系列的开发 不断矿大使用范围 同时推广使用无连牵引 是采煤机工作更平稳 使用更更 安全 在九十年代 电牵引技术逐渐成熟 多电机驱动横向布置的总体结构成 为电牵引采煤机发展的主流 为提高生产效率立下了汗马功劳 随着科技的进步 开发高产高效矿井综合配套设备已成为我国煤炭科技发 展的主流 大功率 大截深电牵引采煤机被广泛的开发和使用 一些世界前沿 的先进技术也被用到了采煤机的开发应用中 如变频技术 远程监控 无线遥 控等等 为更好的服务我国煤矿事业奠定了坚实的基础 1991 年 煤炭科学总院上海分院与波兰合作 在国内率先研制成功了我 国第一台交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机后 上海分院又先后研制成 功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机 截割电机横向布置的适用于中厚 和较薄煤层的交流电牵引采煤机 并成功应用于晋城 淮南 徐州 大同等矿 务局 到目前为止 国内采煤机生产厂家均对交流电牵引采煤机进行了大量 的研究开发 上海分院研制的 MG 系列电牵引采煤机已形成 9 大系列共几十个品 种 现正在开发装机功率达 1800kw 的交流电牵引采煤机 太原矿上机器厂与上 海分院合作 将 AM500 液压牵引采煤机改造成 MG375 830 WD 型交流电牵引采煤 机后 又与兖州矿业集团合作 研制成功了 MGTY400 3 3D 型交流电牵引采煤 机 鸡西煤机厂与上海分院合作将 MG2 300 W 型液压牵引采煤机改造 MG300 360 WD 型交流电牵引采煤机后 又开发了 MG200 463 型 MG400 985 型 交流电牵引采煤机 辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功了我国首台应用 电磁转差离合器调速技术的 MG668 WD 型电牵引采煤机 无锡采煤机厂与中纺机 电研究所合作 开发研制成功了国内首台应用开关磁阻电机调速技术的 MG200 500 CD 型电牵引采煤机 采煤机发展到现在 随着各项技术的掌握 我国将在以下方面进行攻关研 究 力争赶上世界先进水平 1 大功率 大截深电牵引采煤机的进一步研究 2 大功率采煤机的工况监制 故障诊断于控制系统的研究 12 3 为最大限度的利用我国能源 着力研制发展薄煤层采掘机 4 应用高新技术 严格管理 提高可靠性 在电牵引采煤机的研制领域 我国虽然取得了一些客观的成绩 但与 目前与国外先进的采煤机相比 再总体参数性能方面尚有较大差距 某些关键 部件的性能 功能 适用范围还亟待完善和提高 尤其是线监控 故障诊断及 预报 信号传输与采煤机自动控制 传感器等智能化技术和机械部件的可靠性 寿命与国外的相比差距很大 此外 我国在采煤机的机械结构参数设计 加工 制造和材质性能上与国外先进水平也有较大的差距 因此 为提高产品质量 采煤机的机械传动系统理论设计尚需加大研究力度 2 32 3 中国电牵引采煤机的发展状况中国电牵引采煤机的发展状况 2 3 12 3 1 2020 世纪世纪 7070 年代是我国综合机械化采煤起步阶段年代是我国综合机械化采煤起步阶段 20 世纪 70 年代初期 煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干 研制出综采面配套的 MD 150 型双滚筒采煤机 另一方面改进普采配套的 DY100 型 DY150 型单滚筒采煤机 70 年代中后期 制造出 MLS3 170 型双滚筒采煤机 20 世纪 70 年代我国采煤机的发展有以下特点 1 装机功率小 例如 MLS3 170 型双滚筒采煤机 装机功率 170KW KD 150 型双滚筒采煤 机 装机功率 150KW DY 100 和 DY 150 型单滚筒采煤机 装机功率 100KW 和 150KW 2 有链牵引 输出牵引力小 此时期的采煤机牵引方式都是圆环链轮与牵引链轮啮合传动 传递牵引力 小 牵引力在 200KN 以下 3 牵引速度低 由于受液压元部件可靠性的限制 设计的牵引力功率较小 牵引速度 一般不超过 6m min 4 自开切口差 由于双滚筒采煤机摇臂短 又都是有链牵引 很难割透两端头 且容易留下三 角煤 故需要人工清理 单滚筒采煤机更是如此 5 工作可靠性较差 我国基础工业比较薄弱 元部件质量较差 反映在采煤机的寿命普遍较低 特 别是液压元部件的损坏比较严重 2 3 22 3 2 2020 世纪世纪 8080 年代是我国采煤机发展的兴旺时期年代是我国采煤机发展的兴旺时期 20 世纪 70 年代后期 我国总共引进 143 套综采成套设备 世界主要 采煤机生产国如英国 德国 法国 波兰 日本等都进入中国市场 其技术也 展示在中国人的面前 为我们深入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件 13 同时通过 20 世纪 70 年代自行研制采煤机的实践 获得了成功和失败的经验与 教训 确立了我国采煤机的发展方向 即仿制和自行研制并举 解决难采煤层的问题是 20 世纪 80 年代重大课题之一 具体的课题是 薄煤层综合机械化成套设备的研制 大倾角综采成套设备的研制 三硬 三软 4 5m 一次采全高综采设备的研制 解决短工作面的开采问题 短煤 臂采煤机的研制 据初步统计 20 世纪 80 年代自行开发和研制的采煤机品种有 50 余种 是 我国采煤机收获的年代 基本满足我国各种煤层开采的需要 大量依靠进口的 年代已一去不复返了 20 世纪 80 年代采煤机的发展有如下特点 1 重视采煤机系列的开发 扩大使用范围 20 世纪 70 年代开发的采煤机 一种类型只有一个品种 十分单一 覆盖 面小 很难满足不同煤层开采需要 20 世纪 80 年代起重视系列化采煤机的开 发工作 一种功率的采煤机可以派生出多种机型 主要元部件在不同功率的采 煤机上都能通用 这样不仅扩大了工作面的适应范围 而且便于用户配件的管 理 采煤机系列化是 20 世纪 80 年代采煤机发展中非常突出的特点 2 元部件攻关先行 促使采煤机工作可靠性的提高 总结 20 世纪 70 年代采煤机开发中的经验教训 元部件的可靠性直接决定 采煤机开发的成功率 所以功关内容为 主电机的攻关 以解决烧机的现象 齿轮攻关 从选择材质上 热处理工艺上着手 学习国内外先进技术成功经验 以德国齿轮为目标进行攻关 达到预期目的 解决了低速重载齿轮早失效的问 题 液压系统和液压元部件的攻关 主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部 工作的可靠性 在 20 世纪 80 年代中期 把斜轴泵 斜轴马达 阀组和调速机 构等都列入重点攻关内容 3 无链牵引的推广使用 使采煤机工作平稳 使用安全 在引进大功率采煤机的同时 无链牵引技术传入中国 德国艾柯夫公司的 销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数 而且技术成 熟 为此 我国研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢 仿制和引 进技术生产的采煤机更是如此 无链牵引使采煤机工作平稳 使用安全 承受 的牵引力大 因此 得到用户的广泛欢迎 大功率采煤机都采用无链牵引系统 2 3 32 3 3 2020 世纪世纪 9090 年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代 进入 20 世纪 90 年代后 随着煤炭生产向集约化方向发展 减员提效 提 高工作面单产成为煤炭发展的主流 发展高产高效工作面势在必行 此采煤机 开发研制围绕高产高效的要求进行 其主要方向是 1 大功率高参数的液压牵引采煤机 最具代表性的机型是 MG2X400 W 型采 煤机 2 高性能电牵引采煤机 电牵引采煤机的研制从 20 世纪 80 年代开始起步 20 世纪 90 年代全面发展 电牵引的发展存在直流和交流两种技术途径 进入 20 世纪 90 年代后 交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用 上海分 14 院先后开发成功 MG200 500 WD MG200 450 BWD MG250 600 WD MG400 920 WD 和 MG450 1020 WD 等采煤机 变频调速箱可以是机载 也可以是非机载 另 外派生出 8 种机型 都已投入使用 取得较好的效果 太原矿山机械厂在引进 英国 Electra1000 直流电牵引全套技术的基础上 开发出 MG400 900 WD 和 MG250 600 WD 型两种电牵引采煤机 鸡西煤机厂 辽源煤机厂也开发了交流电 牵引采煤机 国产电牵引采煤机虽然发展速度很快 但在性能和可靠性上与世界先进国 家的 I 采煤机相比 还存在较大的差距 所以一些有实力的矿务局 在装备高 产高效工作面时 把目光移到国外 进口国外先进电牵引采煤机 如神府华能 集团引进美国的 7LS 6LS 电牵引采煤机 兖州矿业集团公司引进德国的 SL 500 型和日本的 MCLE DR102 型交流电牵引采煤机 但由于价格昂贵 故引进数 量较少 90 年代采煤机技术发展的特点如下 1 多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流 我国开发的电牵引采煤机 一般都采用横向布置 各大部件由单独的电动 机驱动 传动系统彼此独立 无动力传递 结构简单 拆装方便 因而有取代 电动机纵向布置的趋势 2 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小 在装机功率方面 我国的液压牵引采煤机装机功率达到 800KW 电牵引采 煤机装机功率达到 1020KW 其牵引功率为 2X50KW 可满足高产高效工作面对功 率的要求 在牵引力和牵引速度方面 电牵引的最大牵引力已达到 700KN 最 大牵引速度达 12 56m min 微处理机的工矿监测 故障显示 无线电离机控制 等方面已达到较高技术水平 3 液压紧固技术的开发研究取得成功 采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素 而且解决难度较 大 液压螺母和专用超高压泵 在电牵引采煤机中得到推广应用 防松效果显 著 基本解决采煤机连接可靠性的问题 回顾这 30 多年我国采煤机发展的历程 走的是一条自力更生和仿制引进结 合的道路 也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路 从 20 世纪 70 年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要 到近年几乎是国产采煤机占我 国整个采煤机市场 这也是个了不起的进步 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 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 15 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 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 3 4 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 42 4 采煤机的发展趋势采煤机的发展趋势 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 16 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 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 3 3 综采工作面概述综采工作面概述 综采设备是指综合机械化采煤工作面机电设备的总称 综采工作面成套设 备以采面所需设备为核心 一般情况下 其成套机械和电器设备布置分别如图 2 1 所示 综采设备将各种相对独立的机械合理地组合在一起 在工艺过程中 协调工作 使采煤工作面的破 装 运 支全部工序实现机械化 综采设备包 括滚筒采煤机或刨煤机 可弯曲刮板输送机 液压支架以及各种供电 供液设 备和其他辅助设备 17 图 2 1 滚筒采煤机综采工作面设备布置图 1 端头支架 2 液压安全绞车 3 喷雾泵站 4 液压支架 5 刮板运输机 6 双滚筒采煤机 7 端头支架 8 集中控制台 9 配电箱 10 乳化液泵站 11 移动变电站 12 轨道 13 带式输送机 14 转载机 15 煤仓 工作面主要设备及功能如下 采煤机 采煤机是完成破煤 装煤工序的一种机械设备 当前普遍使用的 是可调高的双滚筒采煤机 它可以骑在可弯曲刮板输送机上沿工作面穿梭割煤 一般截深为 600mm 或 800mm 最大截深可达 1000mm 刮板输送机 可弯曲刮板输送机是完成工作面运煤的机械 同时它还作为 采煤机械的导轨 以及液压支架及推移输送机的支点 液压支架 液压支架是以高压液体为动力 由若干液压元件 油缸和阀件 与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备 用于支 护 移架 推移运输机和管理顶板 端头支架 端头支架是用于加强工作面端部 上下出口 顶板支护的液压 支架 18 排头支架 排头 或称过渡 支架是用于可弯曲刮板输送机机头 机尾放 置电动机 减速箱和液力偶合器处支护顶板的液压支架 它比工作面中间架滞 后一个步距 顶梁长于中间架一个步距 转载机 转载机是 20 60m 长的刮板输送机 它一端与工作面输送机机头相 搭接 另一端骑在可伸缩胶带输送机的机尾上 其作用是将刮板输送机运出的 煤炭转移到胶带输送机上 它可随工作面的推进进行整体移动 转载机常配置 破碎机 可伸缩胶带输送机 可伸缩胶带输送机是工作面运输巷中的运煤设备 通 过其贮带装置 可调节输送机的长度 当工作面前进式或后退式回采时 能做 到伸长或缩短 乳化液泵站 乳化液泵站是供给液压支架和其他液压装置压力液的动力设 备 除以上设备外 上端巷道中还设有运送设备和材料的单吊车 或搬运绞车 以及在倾斜角度较大时防止采煤机下滑的液压安全绞车 下端巷道中设有供电 移动变电站和配电点 以及刮板输送机和巷道转载机的监视 控制 通讯照明 的集中控制台 如上所述 综采成套设备主要由采煤机 液压支架 刮板输送 机 转载机 破碎机及胶带输送机等组成 这些设备不是孤立的 单机 而 是结构上需要相互配合 功能上需要相互协调的有机整体 具有较强的配套要 求和较高的可靠性要求 组成综采成套设备的每一种机械设备 都有严格限定 的适用条件 选型不当会导致设备不配套 生产效率低 经济效益差 因此 设备的正确选型设计是充分发挥其效能 实现综采工作面高产高效 经济安全 运行的前提 采煤机的组成采煤机的组成 采煤机主要由电动机 牵引部 截割部和附属装置等部分组成 如图 1 1 电动机 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 部和牵引部 采煤机的电动机都是防爆的 而且通常都采用定子水冷 以缩小 电动机的尺寸 牵引部 通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链 3 相啮合 使采煤机沿工作面移动 因此 牵引部是采煤机的行走机构 左 右截割部减速箱 将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂 5 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 滚筒上焊有端盘及螺旋叶片 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 为提高螺旋滚筒的 装煤效果 滚筒一侧装有弧形挡煤板 7 它可以根据不同的采煤方向来回翻转 180 19 图 2 2 双滚筒采煤机 1 电动机 2 牵引部 3 牵引链 4 截割部减速箱 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 13 电气控制箱 底托架 是固定和承托整台采煤机的底架 通过其下部四个滑靴 9 将采煤 机骑在刮板输送机的槽帮上 其中采空区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 调高油缸 可使摇臂连同滚筒升降 以调节采煤机的采高 调斜油缸 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 内部装有各种电控元件 用于采煤机的各种电气控制和保护 此外 为降低电动机和牵引部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内 并由采煤机拉动 在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开 初选采煤机 采煤机有许多种如西安煤矿机械厂 辽源煤矿机械厂 三一重装 现开采工作面煤层厚度 2 7 4 4m 煤层倾角 16 工作面长度 225m 生产能力 250 万吨 年 一年工作按 300 天计算 实行三班制工作 二班采煤 一班准备 每天生产呢时间为 16 小时 选型如表 1 1 表 2 1 采煤机选型表 型号 MGD 150MGD 200BIMG 200 采高 m 1 3 2 51 0 1 81 2 2 0 截深 m 1 00 630 63 适应倾角 25 25 25 滚筒直径 m 1 250 91 4 装机总功率 kw 150200200 摇臂长度形式 mm 116812861330 摇臂摆动中心距 mm 532257225850 牵引力 KN 120250250 20 牵引速度 m min 0 6 00 6 00 6 0 牵引方式液压链牵引液压链牵引液压链牵引 机面高度 mm 10707501000 卧底量 mm 175206300 喷雾方式内外喷雾内外喷雾内外喷雾 电压 V 114011401140 总质量 t 12 515 3 13 1 滚筒的确定滚筒的确定 3 1 13 1 1 滚筒直径滚筒直径 max HD 式中 螺旋滚筒装煤效率 对小直径滚筒 0 59 0 63 对大直 径滚筒 0 56 0 59 采高 计算时取最大采高 4 4m max H 则 m max HD q60HBvQ 运 59 24 459 0 由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高 故滚筒直径应稍大 D 于最大采高之半 即 D 86 03 132 7 14 4 3 2 目前采煤机滚筒直径已经系列化 分别为 0 6m 0 65m 0 7m 0 8m 0 9m 1 0m 1 1m 1 25m 1 4m 1 6m 1 8m 2 0 m 2 3m 2 6m 2 7m 2 8m 3 0m 3 2m 计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后 最后确定滚筒直径为 2 6m 滚筒的截深滚筒的截深 工作机构 如滚筒 每次切入煤体的深度称为截深 截深过小 采煤机生 产率受到影响 但加大截深 会使支架的步距加大 顶梁长度和千斤顶行程也 要加大 同时也使采煤机电机功率及运输机的输送能力加大 目前采煤机的截 深有 0 5 0 6 0 7 0 75 0 8 0 865 0 9 及 1 0m 等几种 目前我国多 数采煤机的截深在 0 6m 左右 在薄煤层中 由于牵引速度不能太快 为了提高 生产率 采煤机截深可加大到 0 75 1 0m 现代的点牵引采煤机 为了使其生 产率满足高产高效的要求 截深普遍达到 0 8 1 0m 少数可达到 1 2m 这需要 大的装机功目初步确定采煤机截深为 0 6m 滚筒的转速滚筒的转速 滚筒转速的取值 直径为 0 5 0 6m 的滚筒转速 n 80 120r min 直径为 1 8 2 0m 的滚筒转速 n 30 40r min 大直径滚筒选用低档转速 小直径滚筒 选用高档转速 为防止碎煤抛过筒缘循环的转速 一般认为滚筒转速为 30 50r min 较适宜 目前滚筒转速有降低的趋势 根据上述所确定的采煤机 21 滚筒直径为 m 设计推荐滚筒转速为 30r min 较合适 目前常用的截割速度 最好在 4m s 左右 过高将使煤尘增 s m Vj5 3 j V 多 大大降低截齿的寿命 60000 式中 选定的滚筒直径 2 6m D 选定的滚筒转速 n min70r min 30r 则 s m Vj08 4 60 306 214 3 根据上述验算结果 截割速度为符合要求 s m 08 4 3 23 2 采煤机生产率采煤机生产率 3 2 13 2 1 理论生产率理论生产率 在给定条件下 以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率 理论生 产率 的计算公式为 q HBvQ60 式中 理论生产率 Q h t 工作面平均采高 Hm 滚筒有效截深 Bm 给定条件下可能的最大牵引速度 q v s m 5 3 煤的密度 一般为 3 4 1 3 1 m t 则 h t HBvQ q 84 69935 146 06 36060 采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据 是由工作条件 机器工况和结构参数确定的 在实际工作中 只有与其配套的设备生产能力大 于采煤机的生产能力时 采煤机才能达到给定的理论生产率 技术生产率技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作 如更换截齿 开切口 检查机器和 排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率 技术生产率的计算 tt QQ Q 公式为 1 QkQt 22 式中 技术生产率 Q t h 采煤机技术上可能达到的连续工作系数 一般 1 k 1 k 0 5 0 7 则 h t Q90 1767 072 252 t 3 2 23 2 2 实际生产率实际生产率 实际使用中 考虑了工作中发生的所有类型的停机状况 如处理输送机和 支架的故障 处理顶底板事故等 使用生产率可由下列公式计算 2m QQk 式中 实际生产率 m Q t h 采煤机在实际工作中的连续工作系数 一般 2 k 2 k 0 6 0 65 则 h t Q26 16465 072 252 m 3 2 33 2 3 采煤机允许的最大牵引速采煤机允许的最大牵引速度度 随着装机容量的加大 采煤机牵引速度已达 8 13 国外有的采煤机 min m 牵引速度高达 然而增加装机容量 加大牵引速度 并不是增加 min m 2015 工作面生产能力的唯一途径 综合机械化采煤是一个复杂的生产过程 除了需 要解决和改进技术和装备上的问题外 尚需改进管理上存在的问题 其中首要 的问题是提高采煤机的开机率 采煤机最大牵引速度用下式计算 maxq V 1000 7 0 mnl 式中 牵引速度 maxq V min m 滚筒转速 30r min n 每条截线上的齿数 一般取 1 3 m 滚筒的齿长若未知 可近似取刀型截齿 65 100mm 镐型截 ll 齿 60 80mm l 则 min 26 1 100000 1306070 max m Vq 23 3 33 3 采煤机功率采煤机功率 3 3 13 3 1 预计装机功率预计装机功率 采煤机的装机功率 6 3 vBH60 N wmax 0 max H q 式中 采煤机截煤的单位能耗 一般取 max H 3 m MJ 1 1 4 4 硬煤及韧性煤取上限 软煤及脆性煤取下限 本次设计取 max H 2 5 则 kw55 95 6 3 5 294 2 6 03 160 N0 3 3 23 3 2 采煤机牵引力采煤机牵引力 采煤机的牵引力与装机容量关系密切 装机功率 150kW 时 牵引力为 160 180kN 装机容量 300kW 时 牵引力达 250 300kN 牵引力与牵引机构的 刚度系数 采煤机的质量 摩擦系数 牵引速度 截割阻力及载荷的不均衡性 机道形状等因素有关 很难精确计算 一般用经验公式确定 NP3 1 1 1 式中 牵引力 KN P 采煤机装机容量 KW N 则 KNp34 11031 1001 1 3 43 4 牵引和辅助功率牵引和辅助功率 3 4 13 4 1 采煤机的牵引功率采煤机的牵引功率 牵引和辅助装置消耗装机功率的 15 20 其中 牵引系统消耗的功率占 到 90 以上 故采煤机牵引功率 kwNNq19 1755 952 09 02 0 15 0 9 0 0 3 4 23 4 2 辅助装置功率辅助装置功率 kwNN f 91 1 55 952 01 02 0 15 0 1 0 0 24 3 4 33 4 3 装机功率装机功率 上述计算结果 要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整 则采煤机实 际装机功率 kwNNNN fqj 31 10091 1 19 1721 81 采煤机的装机容量是由生产能力决定的 生产能力为 500 700 t h 时 装 机容量约 600 750 kW 国外一些采煤机的生产能力已达到 1500 2000 t h 其装机容量也高达 1100 1500 kW 采煤机的生产能力正比于采高 因此也可以根据采高估计装机容量的大小 对于硬煤 装机功率应加大一倍 所以本次采煤机采用的是 MGD 200B 型号的采 煤机 4 4 采煤机的安装与维护采煤机的安装与维护 4 14 1 采煤机的井上验收及试运转采煤机的井上验收及试运转 4 1 14 1 1 井上验收井上验收 新采煤机与大修后的采煤机应组织验收 要根据有关技术标准 规范来检 验采煤机的配套情况 技术性能 质量 数量及技术文件是否齐全合格 参加 验收的人员必须熟悉采煤机的性能 了解采煤机的结构和工作过程 采煤机司 机和维修人员一定要参加验收工作 采煤机的验收包括以下内容 1 列出采煤机各部件名称及数量 检查各部件是否完整 2 根据采煤机的技术特征 检查是否符合要求 3 检查配套的刮板输送机 液压支架及桥式转载机等的配套性能和配 套尺寸是否符合要求 4 进行采煤机的机械部分动作实验 检验各手把及部件的动作是否灵 活 可靠 对底托架 滑靴及滚筒进行外观检查 5 进行采煤机电气部分的动作实验 检验各按钮的动作是否符合要求 各防爆部件及电缆进口是否符合要求 6 进行牵引部性能试验 包括空载跑合试验 分级加载实验 正转和 反转压力过载实验以及牵引速度零位和正反向最大速度测定 空载跑合试验时 其高压管路压力不大于 4MPa 油温升至 40 后 接 通冷却水正 反向各运转 1h 分级加载实验按额定牵引力的 50 及 75 加载 每级正 反向各运转 30min 加载结束时油温不大于 80 7 进行截割部性能试验时 包括空载跑合试验和分级加载实验 空载 跑合试验须在滚筒额定转速下正 反向各转 3h 分级加载实验按电动机额定功 率的 50 及 75 加载 每级正 反向转 30min 加载结束时 油温不大于 100 8 将采煤机摇臂位于水平位置 16h 后 其下沉量小于 2mm 9 在不通冷却水的条件下 电机带动机械部分空运转 1h 电机表面温 度小于 70 无异常振动声响及局部温升 25 4 1 24 1 2 地面检查及试运转地面检查及试运转 1 地面运转前检查的主要内容 1 采煤机零部件是否齐全 完好 2 运动部件的动作是否灵活可靠 3 手把位置是否正确 操作是否灵活可靠 4 外部管路连接是否正确 各接头处是否有漏水 漏油现象 各油池 油位润滑点是否按要求注入油脂 5 各箱体腔内有无杂物和积水 6 电气系统的绝缘 防爆性能是否符合要求 2 试运行 1 地面试运行一般不少于 30min 的整机运行 2 操作各部手把 检查按钮动作是否灵活可靠 3 注意各部机体运行的声音和平稳性 4 测量各处温升是否符合要求 5 摇臂升降要灵活 同时测量升到最高 最低位置的时间 6 操作牵引换向手柄调速旋钮 使采煤机正 反向牵引 测量其空载转 速是否符合要求 手把在中间零位时牵引速度是否为零 7 在试验运行期间 要检查各部连接处是否漏油 8