矿山机械-复习

,第一篇采掘机械,1-2煤岩的物理机械性质,一、煤岩的物理性质密度、孔隙度、含水量、松散性、稳定性、导电性、传热性等。,二、煤岩的机械性质煤岩体受到机械施加的外力时所表现的性质。煤岩的机械性质主要包括弹性、塑性、脆性、强度、硬度、坚固性、截割阻抗、磨砺性等。,1.强度煤岩体在一定条件下受外力作用开始破坏时所具有的极限应力值。,1-2煤岩的物理机械性质,2.硬度煤岩抵抗尖锐工具侵入的性能。,3弹性、塑性与脆性弹性、塑性与脆性反映煤岩受外力作用与其变形之间关系的性质。,4坚固性表示煤岩破碎难易程度的综合指标，是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现。反映了各种采掘作业的难易程度,坚固性系数(普氏系数)表示煤岩的坚固性大小。f3。,1-2煤岩的物理机械性质,5截割阻抗,截割阻抗：单位截割深度作用于刀具上的截割阻力，A(kN/m)表示。,1-2煤岩的物理机械性质,1-3煤岩截割理论,一、切削破岩机理,流行的机理学说主要有：楔裂说、剪裂说、密实核说、断裂力学说、剪切变形说等。,二、冲击破岩机理冲击破岩有砸碎、凿岩、劈裂等多种方式，凿岩是冲击破岩最重要的应用。,三、截齿的截割阻力和比能耗,1-3煤岩截割理论,采煤机械广泛应用的截割刀具是截齿。截齿分类-按齿头几何形状分扁形截齿和锥形截齿两种，按截齿安装方式分径向截齿和切向截齿两种。扁形截齿主要利用切削刃来截煤，由于具有楔形面，所以也有尖劈作用。锥形截齿刀头是圆锥带尖，没有切削刃，是利用点击和尖劈作用来破煤。,综合机械化采煤工作面是指用滚筒式采煤机或刨煤机、液压支架、可弯曲刮板输送机以及通讯、照明灯附属设备配套生产的工作面。,第二章掘进机械2-1概述,一、钻孔机械,（一）气动凿岩机,2-2钻孔机械与装载机械,（二）液压凿岩机,（三）凿岩台车,按行走方式分轨轮式、履带式、轮胎式和雪橇式。按驱动方式分电动驱动、气动驱动、电液驱动。按作业过程特点分间歇动作式和连续动作式。间歇动作式：工作机构摄取物料时为间歇动作的装载机，主要有耙斗装载机、铲斗装载机。连续动作式：工作机构摄取物料时为连续动作的装载机，主要有扒爪装载机、立爪式装载机、扒爪立爪式装载机、圆盘式装载机等。,2-2钻孔机械与装载机械,二、装载机械,掘进机是具有截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾降尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。,2-3掘进机,一、概述,悬臂式掘进机按截割头布置方式分纵轴式和横轴式。,2-3掘进机,部分断面掘进机,1纵轴式纵轴式掘进机的截割头轴线和悬臂轴线相重合，外廓呈截锥体。工作时，先将截割头钻进煤壁掏槽，然后按一定方式摆动悬臂，直至掘出所需要的断面。,2-3掘进机,2横轴式截割头轴线与悬臂轴线相垂直。,2-3掘进机,第三章采煤机械3-1概述,用于实现采煤工作面落煤和装煤工序的机械称为采煤机械。,采煤机械发展方向今后采煤机向大功率、大采高、大截深，强力型、电牵引，多电机、横向布置，快速行走，带状态检测和故障诊断，高可靠性和机电一体化方向发展。,3-1概述,滚筒采煤机的组成：截割部、行走部（又称牵引部）、电动机和辅助装置等。,3-2滚筒采煤机,三、采煤机行走部,（一）基本要求,(1)牵引力大(2)传动比大(3)能实现无级调速(4)不受滚筒转向的影响(5)能实现正反向行走和停止行走(6)有完善可靠的安全保护(7)操作方便,3-2滚筒采煤机,（二）传动机构,功能：将电动机的能量传到主动链轮或驱动轮,1.传动方式,按调速传动方式有电气传动、液压传动和机械传动，也称为电牵引、液压牵引和机械牵引。,3-2滚筒采煤机,（1）电牵引,电牵引采煤机的优点是：,具有良好的牵引特性可用于大倾角煤层反应灵敏，动态特性好效率高结构简单有完善的检测和显示系统,3-2滚筒采煤机,（2）液压牵引,从马达到驱动轮（或链轮）采用机械传动，其传动方式有三种类型：,（3）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，且传动结构复杂，目前已很少采用。,3-2滚筒采煤机,无级调速，且换向、停止、过载保护易于实现，可自动调速。缺点是效率低，易污染，使用寿命低。,四、采煤机辅助装置,MG500/1130-WD型交流电牵引采煤机的辅助装置包括：机身联接、冷却喷雾装置、拖缆装置和调高装置等。其它机型还包括调斜装置、底托架、破碎装置、弧形挡板、张紧装置和防滑装置等。,3-2滚筒采煤机,第三章采煤机械3-4连续采煤机,连续采煤机适于薄、中厚及厚煤层，最大截高6m。不同截高的连续采煤机结构虽有区别，但其结构基本特点一致。,第三章采煤机械3-5采煤机选型,要实现高产高效，采煤工作面的“三机”采煤机、输送机和液压支架必须合理配套。否则，不仅高产高效难以实现，甚至正常生产也难以维持。,3-5采煤机选型,三、采煤机基本参数,采煤机的基本参数规定了采煤机的适用范围和主要技术性能，它们既是设计采煤机的主要依据，又是综合机械化采煤工作面成套设备选型的依据。,1.生产率,2.截割高度,3.截深,4.截割速度,5.行走速度,6.牵引力,7.装机功率,1升柱与初撑升柱与初撑时，首先将注液枪9插入支柱三用阀2的注液孔中，从乳化液泵站来的高压液体由供液管10经注液枪和三用阀中的单向阀进入支柱下腔，活柱升起。支柱内腔的压力达到泵站压力，拔出注液枪，这时支柱给予顶板的支撑力为初撑力。2承载当顶板压力超过三用阀中安全阀限定的工作阻力时，安全阀打开，液体外溢，支柱内腔压力随之降低，支柱下缩。当支柱所受载荷低于额定工作阻力时，安全阀关闭，腔内液体停止外溢。上述现象在支柱支护过程中重复出现。因此，支柱的载荷始终保持在额定工作阻力左右。,工作原理：,4-2单体液压支柱,3卸载降柱扳动卸载手把8，打开卸载阀，柱内的工作液体排出柱外，活柱在自重和复位弹簧的作用下缩回，完成卸载降柱过程。,4-2单体液压支柱,单体液压支柱配套部件三用阀三用阀结构如图4-4所示，由单向阀、安全阀和卸载阀组装而成，分别承担支柱的注液升柱、过载保护和卸载降柱功能。,4-2单体液压支柱,第五章液压支架5-1概述,功用：为了有效地支撑、控制和管理顶板，同时提供足够的通风断面，以防止顶板冒落，保护回采面内的机器设备和人员安全生产。,5-1概述,5-2采煤工作面围岩关系,一、顶底板组成,1-煤层2-直接顶3-基本顶,4直接底,5基本底,(一)支架升降,1.初撑操纵阀8处于升柱位置，高压液体经液控单向阀6进入立柱下腔，立柱上腔排液，活柱和顶梁升起支撑顶板。顶梁接触顶板，立柱下腔压力达到泵站工作压力，操纵阀置于中位，液控单向阀关闭，立柱下腔液体被封闭支架的初撑阶段支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。,5-3液压支架工作原理和分类,2.承载支架初撑后，进入承载阶段。顶板缓慢下沉，顶板对支架的压力增加，立柱下腔压力升高支架增阻过程。下腔压力超过安全阀5动作压力高压液体经安全阀泄出，立柱下缩立柱下腔液体压力小于安全阀动作压力安全阀关闭，立柱工作阻力保持恒定恒阻过程。支架对顶板的支撑力称为工作阻力，由支架安全阀的调定压力决定。,5-3液压支架工作原理和分类,3.卸载操纵阀8处于降架位置，高压液体进入立柱上腔，打开液控单向阀6，立柱下腔排液立柱(支架)卸载下降。,5-3液压支架工作原理和分类,(二)拉架和推溜支架和输送机的前移由底座3上的推移千斤顶4完成。拉架：降柱卸载操纵阀使高压液体进入推移千斤顶活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把支架拉向煤壁。推移输送机：支架支撑顶板，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。,5-3液压支架工作原理和分类,二、液压支架分类,液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分支撑式、掩护式和支撑掩护式。,5-3液压支架工作原理和分类,(一)支撑式支架立柱支撑在顶梁上，没有掩护梁。,支撑式支架按结构分有垛式和节式两种。,5-3液压支架工作原理和分类,(二)掩护式支架以单排立柱为主要支撑部件并带有掩护梁的液压支架。用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。,高位放顶煤液压支架,5-3液压支架工作原理和分类,(三)支撑掩护式支架在支撑式和掩护式架型基础上发展，兼有这两种架型的主要技术特征。,5-3液压支架工作原理和分类,5-5液压支架参数计算,一、支架高度首先确定支架适用煤层的平均截高，然后确定支架高度。支架最大结构高度,支架最小结构高度,式中Mmax、Mmin煤层最大、最小采高，mm；S1考虑伪顶冒落的最大厚度。大采高支架取200400mm，中厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取100200mm；S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和。大采高支架取500900mm，中厚煤层支架取300400mm，薄煤层支架取150250mm。,支架调高范围：支架的最大结构高度与最小结构高度之差。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大结构高度和最小结构高度取值应符合规定。,支架伸缩比：支架的最大结构高度与最小结构高度之比。,5-5液压支架参数计算,5-5液压支架参数计算,二、梁端距和顶梁长度,三、支护强度和工作阻力支护强度：支架有效工作阻力与支护面积之比。,四、底座宽度和底座比压,支撑效率有效工作阻力与支架工作阻力之比值。,五、中心距和宽度,六、初撑力初撑力大小对支架的支护性能和成本有很大影响,一般取初撑力为(0.60.8)倍的工作阻力。,5-5液压支架参数计算,七、移架力和推溜力移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质等有关。,第七章刮板输送机,一、刮板输送机的组成及工作原理,刮板输送机是一以种挠性体为牵引机构的连续输送机械，是目前长壁式采煤工作面惟一的运输设备。主要组成部分有：机头部（包括机头架、电动机、液力偶合器、减速器、链轮组件等），机尾部，中间部分（包括中部溜槽、过渡溜槽、刮板链组件），附属装置（紧链器、铲煤机，挡煤板、电缆槽）。,二、刮板输送机的类型与特点,1类型常用的分类方式有以下几种：（1）按机头卸载方式和结构，分为端卸式、侧卸式和90转弯刮板输送机。（2）按溜槽布置方式和结构，分为重叠式和并列式、敞底式与封底式溜槽刮板输送机。（3）按单电机额定功率大小，分为轻型（P75kW）、中型（75kW160kW）刮板输送机。（4）按刮板链的形式，分为中单链型、边双链型和中双链型。,二、刮板输送机的类型与特点,2特点（1）优点运输能力不受负载的块度和湿度的影响；机身矮、结构紧凑，沿输送机全长可任意位置装煤；机身可弯曲，机身长度调整方便；可作采煤机的轨道和拉移液压支架的支点；机体结构强度高，能用于爆破装煤的工作面。（2）缺点运行阻力大，耗电量高，溜槽磨损严重；使用维护不当时易出现掉链、漂链、卡链、甚至断链事故；运输距离也受到一定限制。,图7-5边双链用的链轮组件1链轮；2剖分式滚筒；3定位销；4，5，6螺栓、螺母、垫圈,图7-11中单链式刮板链(原图5-11)1接链器；2开口销；3刮板；4U型螺栓；5自锁螺母；6圆环链,第八章带式输送机,第一节概述一、带式输送机的工作原理带式输送机是以无极挠性输送带载运物料的连续输送机。许多煤矿从采掘工作面、采区上下山、运输大巷直到地面运煤系统都采用了带式输送机，采取一定的安全措施后，还可作人员运载。带式输送机常以多台串联衔接，构成一完整的连续运输系统。主动滚筒在电动机驱动下旋转，通过主动滚筒与胶带之间的摩擦力带动胶带及胶带上的货载一同连续运行，当货载运到端部后，由于胶带换向而卸载。利用专门的卸载装置也可以在中部任意卸载。,图8-1带式输送机工作原理1拉紧装置；2装载装置；3改向滚筒；4上托辊；5输送带；6下托辊；7机架；8清扫装置；9驱动装置,第三节带式输送机传动理论一、输送带摩擦传动原理输送带与传动滚筒间的摩擦传动原理如图8-25所示。,图8-25带式输送机摩擦传动原理,当，则得S的最大值为：为挠性体摩擦传动的欧拉公式。其中为摩擦系数，为围包角。欧拉公式所表示的是输送带相遇点和分离点的张力关系。,二、传动滚筒的表面牵引力与制动力根据欧拉公式我们可得单传动滚筒表面可能传递的最大牵引力F0max为:单传动滚筒表面可能传递的最大制动力F0max为:上式表明，当传动滚筒的牵引力为负值时，即为制动力。可以看出，为提高滚筒表面的牵引力或制动可以从以下三个方面着手：（1）增大拉紧力（初张力）；（2）增大围包角（增加围包角的有效方法是采用双滚筒或多滚筒传动。）；（3）增大摩擦系数。,第四节带式输送机选型设计输送带张力的计算在进行输送带张力计算过程中，其张力大小必须满足以下两个条件：（1）摩擦传动条件。即输送带的张力必须保证工作时输送带在传动滚筒上不打滑。（2）垂度条件。即输送带的张力必须保证输送带在两托辊间的下垂度不超过规定值。输送带张力的计算方法有两种（1）利用“逐点张力法”求出各特殊点的张力值，然后验算输送带的垂度条件；（2）根据垂度条件求出输送带上某一确定点的张力，然后按“逐点张力法”计算出各点的张力，再验算摩擦传动条件。,第九章矿用电机车,一、矿用电机车的组成,目前，我国矿用电机车都采用直流电机车，其牵引电动机及牵引电网均系直流。直流电机车有两种：架空接触线随遇供电式电机车简称架线式电机车；自携电源蓄电池式电机车简称蓄电池式电机车。架线式电机车由两部分组成：列车；供电设备,一、矿用电机车的组成,图9-1架线式电机车的供电系统1牵引变流所；2馈电线；3馈电点；4架空裸导线；5电机车；6运输轨道；7回电点；8回电线；9矿车,矿用电机车在井下巷道运输中得到广泛应用，它有下列些优点：牵引力大。维护费用小。可改善劳动条件。,图9-2架线式电机车的基本组成1车架；2轴承箱；3轮对；4制动手轮；5砂箱；6牵引电动机；7控制器；8自动开关；9起动电阻器；10受电弓；11车灯；12缓冲器及连接器,第三节列车运行理论,列车运行理论也称电机车运行理论。机车和它所牵引的车组总称为列车。列车的运行理论是研究作用于列车上的各种力与其运动状态的关系以及机车牵引力和制动力的产生等问题。,一、列车运行基本方程式,列车运行基本方程式是表示列车在不同运行状态时，作用在列车上诸力的关系式。简化起见，假定电机车与矿车之间、矿车与矿车之间的连接都是刚性的。列车运行有三种状态：牵引状态列车在牵引电动机产生的牵引力作用下，加速起动或匀速运动；惯性状态牵引电动机断电后列车靠惯性运行；制动状态列车在制动闸瓦或牵引电动机产生制动力矩作用下减速运行。,二、电机车的牵引力,矿用机车的两个轮对都是以牵引电动机驱动的主动轮对，如图9-9（a）所示。设机车的质量为，取一个轮对为隔离体，作用在该轮对上的力如图9-15（b）所示，将转矩用一个作用在轮轨接触点C和轮心的等效力偶代替，若车轮的直径为，则力偶力的大小为（9-13）,二、电机车的牵引力,轮对与轨道之间的摩擦力极限值在两个车轮都作纯滚动前进时，有N（9-14）式中一个轮对上分配的机车质量，t；车轮与轨道之间的静摩擦系数。,二、电机车的牵引力,车轮在C点不可能保持理想的无滑动滚动。为考虑这一因素的影响，将摩擦系数值取低一些，机车运行理论将这个系数称为粘着系数；轮对与轨道之间的摩擦力相应称为粘着力；这种牵引方式称为粘着牵引。上面是取机车的一个轮对作为隔离体的分析，矿用机车的两个轮对都是主动轮对，所以整台机车的最大粘着力为（9-15）式中机车质量，t；粘着系数。,二、电机车的牵引力,由式（9-13）和式（9-15）可以看出，机车的牵引力不仅受牵引电动机输出转矩的影响，还受机车粘着力即机车重力和粘着系数的限制。为增大牵引力，在加大牵引电动机功率的同时还必须相应地增加机车的重力。在运行中，因粘着系数下降，牵引力不足时，可在轨面上撒砂以增大粘着系数。,三、机车的制动力,三、机车的制动力,为使轮对滚动前进，轮对上的制动力得（9-22）,三、机车的制动力,如果两个轮对都装有制动闸瓦，机车的制动力则为（9-23）当时，表明制动力过大或粘着力不够，车轮不转动而在轨道上滑动前进，车轮产生不均匀磨损。由于车轮在轨面上的滑动摩擦系数比粘着系数小，所以机车的制动力将要变小，降低了制动效果。由以上分析可知，不能任意加大闸瓦压力以提高制动力，制动力受机车重力和粘着系数的限制。,三、机车的制动力,若机车的闸瓦制动力不能满足列车制动要求，可另外采取增加制动力的办法。在列车中的一部分矿车上加装制动闸就是其中方法之一。设有闸矿车的质量为，这时列车的最大制动力为（9-24）,第十一章矿井提升设备,一、矿井提升设备的任务和特点,任务:沿井筒提升煤炭（或矿石）、矸石、运送材料、升降人员和设备等。矿井提升设备的特点是：安全性可靠性经济性,常用矿井提升系统,常用矿井提升系统主要有两大类：一类是用以提升煤炭（或矿石）的主井箕斗提升系统，另一类是完成其他辅助任务的副井罐笼提升系统。,第三节矿井提升机,根据矿井提升机工作原理和结构不同，可分为以下类型：单绳缠绕式提升机工作可靠，结构简单，适用于浅井及中等深度的矿井，且终端载荷不能太大。多绳摩擦式提升机适用于中深和深度矿井。多绳缠绕式提升机（布雷尔提升机）适用于深井和超深井。,三、制动系统,制动器是直接作用于制动盘（轮）上、产生制动力矩的部分，按结构分为块闸和盘闸，块闸又分为角移式和平移式。传动机构是控制并调节制动力矩的部分，按动力源分为液压、气压和弹簧等。,1制动系统的作用正常工作制动，即在减速阶段参与提升机的速度控制；正常停车制动，即在提升终了或停车时闸住提升机；安全制动，即当提升机工作不正常或发生紧急事故时，迅速而及时地闸住提升机；调绳制动，即双卷筒提升机在调绳或更换水平时闸住活卷筒，松开死卷筒。,3二级安全制动二级安全制动就是将某一特定的提升机所需要的全部制动力矩，分成两级施加。施加第一级制动力矩后，使提升机产生符合煤矿安全规程规定的安全制动减速度，当提升机停下后施加第二级制动力矩，使提升机满足3倍静力矩的要求。对于直流拖动、自动化程度较高的提升机，由于速度控制性能较好，运行参数稳定，不需二级制动，故液压系统较简单。,第五节矿井提升设备选型设计,一、选型设计的基本原则与设计依据选型设计的基本原则一般情况下，年产量在30万吨及其以上的大中型矿井，由于提升任务重，可设两套提升设备，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。对于年产量超过180万吨的特大型矿井，主井可采用两套箕斗提升设备，副井除配备一套罐笼提升设备外，有时尚需设置一套带平衡锤的单容器提升设备作辅助提升。对于年产量小于30万吨的矿井，可采用两套罐笼提升设备，或采用一套罐笼提升设备进行混合提升。,提升钢丝绳的选择计算,提升钢丝绳的安全系数根据煤矿安全规程的规定，按最大静载荷并考虑一定安全系数的方法进行计算。安全系数是指钢丝绳各钢丝拉断力的总和与钢丝绳最大静拉力之比。,第五节矿井提升设备选型设计,立井单绳缠绕式提升钢丝绳的选择计算钢丝绳最大静载荷Qmax为Qmax=mg+mzg+mpgHc钢丝绳最大静张力Fjm;钢丝绳最大静张力差Fjc。,Hc,Hj,Hs,Hz,A,第十二章矿山排水设备,矿井排水设备的组成矿井排水设备组成，如图12-l所示。,图12-l矿井排水设备示意图l-离心式水泵；2-电动机；3-起动设备；4-吸水管；5-滤水器；6-底阀；7-排水管；8-调节闸阀；9-逆止阀；10-旁通管；11-漏斗；12-放水管；13-放水闸阀；l4-真空表；15-压力表；16-放气栓,一、离心式水泵的工作原理图12-5为单级离心式水泵的简图。水泵的主要工作部件有叶轮1，其上有一定数目的叶片2，叶轮固定在轴3上，由轴带动旋转。水泵的外壳4为一螺旋形扩散室，水泵的吸水口与吸管水管5相连接，排水口与排水7连接。,第二节离心式水泵工作理论,图12-5离心式水泵简图1-叶轮；2-叶片；3-轴；4-外壳；5-吸水管；6-滤水器底阀；7-排水管；8-漏斗；9-闸阀,四、离心式水泵的特性曲线1理论扬程特性曲线当20，HT随QT的增加而下降；当2=90o时，称为径向叶片，cot2=0，HT与QT无关，是一常数；当290o时，称为前弯叶片，此时，cot20，HT随QT的增加而增加。前弯叶片叶轮的效率较低，后弯叶片叶轮的效率较高，径向叶片叶轮的效率居中。因此，在实践中通常使用后弯叶片的叶轮以提高效率。,五、比例定律及比转数(1)比例定律比例定律就是反映水泵性能参数随转速改变的规律。,第四节离心式水泵在管路上工作,六、水泵工况点的调节当排水设备在运行中由于某种原因使工况点离开了工业利用区或流量、扬程不能满足要求时，则需要对水泵进行调节。调节就是改变泵的运转工况点，使工况参数发生变化。调节方法有多种，但实质有两种：一种是改变泵的扬程曲线，一种是改变管路特性曲线。1改变泵的扬程曲线（1）切削叶轮直径在保持转速不变的情况下，切割叶轮外径可以减少水泵的流量、扬程、功率,图12-33切削叶轮直径调节,第四节离心式水泵在管路上工作,六、水泵工况点的调节1改变泵的扬程曲线（2）减少叶轮数目一般从排水侧拆掉多余的叶轮对水泵性能影响较小；若从吸水侧拆，将增加吸水阻力，使水泵过早发生汽蚀。（3）改变叶轮转速泵的主轴转速n变化时，其工作参数H、Q、N将按比例定