京矿矿山机械课件二：采煤机械

第二部分采煤机械,一、概述二、滚筒采煤机三、刨煤机四、连续采煤机五、采煤机械的选型六、采煤机的使用和维护,1,2.1.1采煤机发展现状：20世纪四五十年代，英国、前苏联和德国相继研制了第一代固定滚筒式采煤机，滚筒不能调高，工作面刮板输送机不能自移，生产率低。20世纪60年代前期，研制出第二代采煤机单摇臂可调高滚筒采煤机，解决了滚筒调高问题。1964年研制的第三代采煤机双摇臂滚筒采煤机，解决了工作面自开切口问题。20世纪70年代以后，研制的第四代采煤机无链牵引采煤机、电牵引采煤机，使综采设备开始向大功率、高效率、高电压、性能完善等方面发展。,2,第一节概述,3,上世纪八十年代，中国引进了德国、英国等采煤机生产技术，经历了合作生产到自主研制开发等阶段，中国的煤机设计和制造部门已经能够自主制造适应中国不同的煤层条件的滚筒式采煤机系列产品，并在九十年代中期初步完成了主导机型由液压牵引采煤机向电牵引采煤机升级换型的工作。目前，中国煤机企业不仅能生产中、小功率的液压牵引采煤机（如MG-200、MG-375、AM500等）而且，能够设计和制造出总装机功率在8001200KW的各种型式的MG、MGTY、MWG系列电牵引采煤机。,4,2.1.2引进的主要技术与装备：90年代以后，瞄准世界最新综采技术与装备，结合我国的几个主要矿区的煤层赋存条件，先后在兖州矿区、晋城矿区、大同矿区，特别是神东矿区，引进有JOY(美)及DBT(德)等国际著名公司的大功率、高可靠性采煤机及液压支架、刮板运输机等单机或成套综采设备，并都产生了明显技术、经济效果。“神东”公司引进的电牵引采煤机生产厂家：美国“JOY”公司规格型号：6LS3，6LS56LS5型的主要技术参数及特征：（1）采煤机使用条件：工作面采高：2.5-5m煤层综合强度（MPa）：可切割1400Kg/cm2的岩层（即F14）,5,（2）滚筒速度：15.3m/min（3）生产能力：3480t/h（4）采机尺寸及重量摇臂水平对两滚筒中心距：1315mm过煤高度：1070mm机体高度：1943mm总重：75t（5）最大滚筒高度直径：2.5m（6）总功率：1430KW（7）牵引力：617KW（8）有效截深：865mm（9）截割部及滚筒寿命可达：500万吨（10）牵引速度：V=15m/min(11)具有位置和速度的监控设备,6,2.1.3中国煤矿主要技术装备与国际先进水平的差距国产的综采成套设备虽然已基本上能满足中国多数煤矿安全生产及高产高效（7000t/日）矿井建设的需要，但与国际先进水平相比，与今后为实现中国煤矿的大型、高效及管理现代化的要求相比，仍然有较大的差距，而且比较集中地体现在设备的能力、可靠性和智能化方面。国产采煤机与国外采煤机相比，主要有以下差距：技术性能方面突出表现为总装机功率偏低，切割能力较小。另外，可靠性方面和监控及保护系统方面都存在不小的差距。具体可简化为下表说明。,7,序号指标名称国外采煤机国产采煤机差距1牵引方式电牵引液化牵引为主国内电牵引约占302装机功率1940kw(最大2200kw)1200kw为57%3截割功率2750(850)kw2500kw为67%4牵引功率2110kw255kw为50%5最大牵引速度54m/min20m/min为37%6滚筒截深10001200mm,最大1500mm800mm为65%7滚筒转速2333转/min28转/min为85%8监控保护系统智能化监控、监测、保护简单监控、保护落后8年9交流变频调速与控制专用变频器通用变频器改造落后5年10主要零部件寿命如齿轮和轴承2000030000小时5000小时为2511与整机无故障运行1218个月平均6个月为50,2.1.4采煤机械及其类型采煤机械：用于实现采煤工作面落煤和装煤工序的机械，是机械化采煤作业的主要机械设备。采煤机械的类型滚筒采煤机、刨煤机、连续采煤机等滚筒采煤机采高范围大，采高可调，对各种煤层适应性强（适用于各种煤层），能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，得到了广泛的应用,8,刨煤机采高固定，采高不可调，要求的煤层地质条件较严，一般适用于煤质较软且不粘顶的煤层、顶底板较稳定的薄煤层或中厚煤层，故应用范围较窄。但是刨煤机结构简单，尤其在薄煤层条件下劳动生产率较高。连续采煤机适应于截高0.86.0m的煤层，适用于短壁开采或用于巷道掘进,9,2.1.5现代采煤机械的要求：基本要求：高产、高效、经济、安全、可靠。具体要求：1、生产率满足采煤工作面产量的要求；2、充分利用煤壁的压张效应，使能耗低、块煤率高、煤尘少；具有碎落和装煤、自开切口、自动调高、调斜的功能；3、能实现无极调速和自动调速，以适应煤质硬度的变化，充分发挥采煤机的效能；4、所有电气设备应具有防爆性能，具有过载、漏电、过压、超温、瓦斯超限等多项保护功能；5、应有可靠的防滑和制动装置、喷雾降尘装置、拖缆装置等，以防止机器下滑，改善工作环境；6、采用模块化设计和积木式组合，实现无线电遥控，带记忆、工况显示、故障诊断、瓦斯预警等功能；7、具有足够的强度和高可靠性，以满足矿井集约化生产和高产高效的要求；8、操作方便，便于井下运输、拆装与维修,10,2.1.6机械化采煤工作面及工作方式机械化采煤工作面配套设备主要由滚筒采煤机、刮板输送机和支护设备等组成。按支护机械化程度不同，机械化采煤工作面可分为普采工作面，高档普采工作面和综合机械化采煤工作面。普采：单体金属摩擦支柱高档普采：单体液压支柱综采：液压支架机械化采煤工作面设备布置机械化采煤工作面用采煤机械落煤和装煤，工作面布置如图2-1所示,11,图,图2-1机械化采煤工作面1滚筒采煤机；2刮板输送机；3单体液压支架或金属支柱；4液压支架；5转载机,12,单滚筒采煤机：煤层厚度接近滚筒直径且不黏顶板，则一次采全高；煤层较厚且黏顶，特别是顶板易冒落时，则往返一次采全高双滚筒采煤机：双向采煤连续采煤机：房柱式采煤或煤巷掘进,13,单滚筒采煤机具有一个落煤和装煤的滚筒式工作机构，运用于普通机械化采煤工作面。是我国60年代使用较多的一种采煤机。组成：截煤部、牵引部、电动机和辅助装置四大部分组成。如下图所示。,14,1电动机（动力源）；2截煤部减速器；3摇臂；4滚筒；5挡煤板；6牵引部减速器；7链轮；8链条；9电缆；10刮板输送机；11底托架；12喷雾装置。,单滚筒采煤机的工作过程：动力传递过程：（1）电动机1截煤部减速箱2摇臂3滚筒转动采煤4（固定速度）；（2）电动机1牵引部减速器6链轮转动与链条啮合7使采煤机沿工作面往返移动（速度可调）。以上两种运动使采煤机沿工作面移动的同时将煤从煤壁采落下来，并将落煤装入刮板输送机中。在采煤机往返牵引采煤过程中，摇臂可上下摆动，使滚筒上下升降，以适应煤层厚度的变化。,15,采煤机的工作原理：采煤机的割煤是通过装有截齿的螺旋滚筒旋转和采煤机牵引运行的作用进行切割的，从煤壁上切出月牙状的煤屑。采煤机的装煤是通过滚筒螺旋叶片的螺旋面进行装载的，将从煤壁上切割下的煤运出，再利用叶片外缘将煤抛至工作面刮板输送机溜槽内运走。为了提高装煤效果，需要设置挡煤板，以防煤块从滚筒后面抛散。挡煤板需液压马达和机械传动进行翻转，以适应双向采煤的要求。,16,17,1.8普通机械化采煤工作面设备布置及工作方法采煤方法：采煤机1为单滚筒采煤机，骑在工作面刮板输送机2上，首先沿工作面倾斜向上移动，把靠近顶板的煤采落并装入输送机，采过后裸露出的岩石顶板，用金属支柱3和金属铰接顶梁4支撑，以保护机器和工人的安全。采煤机采完全工作面顶部煤后，再返回下行采下部的余煤，并把所有落在底板的煤装入输送机。紧跟在机器后用千斤顶把输送机推移至新的煤壁。,1单滚筒采煤机；2刮板输送机；3金属支柱；4金属交接顶梁；5千斤顶；,18,牵引速度：采煤机单位时间内移动的距离。一般为010m/min，新型采煤机的最大速度可达20m/min。截煤时一般为610m/min，速度可调。截割速度：截割速度与滚筒转速和滚筒直径有关，一般速度不可调，即：式中：D滚筒直径，m；n滚筒转数，r/min。一般滚筒转速n不变，所以截割速度v截也是固定的。,步距：把输送机推移至新的煤壁所产生的推移距离，即采煤机滚筒截割深度。一般为0.61.0m。回柱放顶：把采空区后排支柱和铰接顶梁拆除，让顶板岩石冒落下来。采煤机开机率:采煤机运转时间占工作面每日可利用生产时间的百分比，它是综采工作面地质条件、管理水平、设备运行、工艺配合以及各生产系统可靠性的综合反映。在工作面事故影响的总时间中，顶板事故仅占14%，其它86%均属设备事故。其中，采煤机和工作面输送机事故时间约占60%，这说明：提高工作面开机率，首先要降低工作面设备事故率。如果工作面选用更合适的采煤机和输送机，使其事故影响时间的百分比降低50%，则工作面设备事故的影响时间可降低30%。,19,提高工作面开机率的途径:科学地组织工作面生产，加强管理，使工作面各工序之间相互协调，不影响采煤机的正常运行，提高工人操作水平，减少端头支架、续网、处理冒顶片帮，推移输送机及移架等辅助作业时间，以及减少电、水、风、气、料、液、运输系统等外界因素的影响都是提高工作面开机率的重要途径。但对于国产设备装备的高产高效工作面，减少工作面设备事故是提高开机率，实现高产高效工作面的关键。概括起来,减少工作面设备事故的途径为:1.提高设备的性能和制造质量。制造质量主要指设备设计结构应合理，零部件质量应高。结构不合理使设备在工作面特殊环境中不能发挥自身效能，零部件的材质、装备精度、热处理等达不到要求会影响整机的可靠度。设备性能主要指选型不当，或者设备的实际能力低于设计能力，或者设备保护功能少，不适应现场复杂条件的要求，或本身系统不配套，事故常发生在最薄弱的环节上。,20,2.保证设备与安装调试质量。设备安装调试如达不到标准，就会导致设备参数不当、方位不准、保护不灵，精良的设备不仅照样发生预想不到的事故，而且还常难以及时补救，长期影响生产。3.加强设备维修。设备维修后，常常出现质量下降，其原因是维修时未执行严格的标准和验收制度，备件材质不合要求，质量差；使用不合格的代用品，或强度低，或密封性能差，或绝缘下降等；维修后未进行严格的检验试机程序，使维修不当也不能得到及时纠正。此外，维修人员技术素质差和责任心不强也是主要原因之一。4.及时处理故障。故障延误处理的原因很多，一是在处理已发生的事故过程中，又造成潜伏的故障；二是对事故判断能力低，对设备“带病”运转毫无察觉；三是备件不到位。因此，只有杜绝以上种种现象，故障才能及时处理。,21,5.保持良好的设备运转环境。煤壁片帮压住运输机、电动机受到煤堵水淹、浮煤杂物阻碍运行等，都不利于设备的正常运转，应严格司机、维修工的岗位责任制，有定期检查维修制度，对环境特别恶劣之处，应采取特殊手段进行清理。从根本上说，采用自动化控制监测保护和故障诊断预测新技术是高产高效工作面提高开机率的最佳途径。自动化控制可使设备实现严格的正规化程序操作，避免误操作，减少人员。自动化监测能对设备进行多点连续控监测，并配以相应的保护装置可堵塞设备发生故障的渠道。故障诊断技术重点采用温度、震动、噪音监测和油液分析技术、无损探伤技术、电气设备绝缘诊断和泄漏监测技术等进行故障预报，消灭故障于未然。,22,采煤机进刀方式滚筒采煤机可在工作面两端自开缺口。当采煤机沿工作面割完一刀后，需要重新将滚筒切入煤壁，推进一个截深，这一过程称为“进刀”。目前在工作面一般采用两端或中部斜切法（又称半工作面法）。此外还有正切进刀法（钻入法），但现在很少使用。,23,图2-2综合机械化采煤工作面机械配套情况1-双滚筒采煤机；2-输送机；3-液压支架；4-端头支架；5-锚固支架；6-巷道棚梁；7-转载机；8-转载机推移装置；9-可伸缩胶带机；10-控制台；11-配电点；12-泵站；13-移动装置；14-移动变电站；15-煤仓；16-绞车；17-单轨吊车,24,1端部斜切法利用采煤机在工作面两端约2530m的范围内斜切进刀称为端部斜切法。如图2-3所示。其操作过程如下：（1）采煤机下行正常割煤时，滚筒2割顶部煤，滚筒1割底部煤（图a），在离滚筒1约10m处开始逐段移输送机；当采煤机割到下顺槽处时，将滚筒2逐渐下降，以割底部残留煤，同时将输送机移成如图b所示的蛇弯形。（2）翻转挡煤板，将滚筒1升到顶部，然后开始上行斜切（图b中虚线所示），斜切长度为20m左右，同时将输送机移直（图c）。（3）翻转挡煤板，并将滚筒1下降割煤，同时将滚筒2上升，然后开始下行斜切（图中C虚线所示），直到下顺槽。（4）翻转挡煤板，将滚筒位置上下对调，如图d所示，然后快速移过斜切长度开始上行正常割煤。随即移动下部输送机，直到上顺槽时又重复上述进刀过程。这种进刀方法工序较复杂，适用于工作面较长，顶板较稳定的工作条件。,25,图2-3端部斜切进刀法,26,2中部斜切法（半工作面法）利用采煤机在工作面中部斜切进刀称之中部斜切法。如图2-4所示，其操作过程如下：（1）开始时工作面是直的，输送机在工作面中部弯曲（图a）；采煤机在下顺槽将滚筒1升起，待滚筒2割完残留煤后快速上行到工作面中部，装净上一刀留下的浮煤，并逐步使滚筒斜切入煤壁（图a中虚线）；然后转入正常割煤，直到上顺槽；再翻转挡煤板，将滚筒下降割残留煤，同时将下部输送机移直，这时，工作面是弯的，输送机是直的（图b）。,27,（2）将滚筒2升起，机器下行割掉残留煤后即快速移到中部，逐步使滚筒切入煤壁（图b虚线），转而正常割煤，直到下顺槽；再翻转挡煤板，并将滚筒2下降，即完成了一次进刀；然后将上部输送机逐段前移成图c所示，即又恢复到工作面是直的，输送机是弯的位置。（3）将滚筒1上升，机器又快速移到工作面中部，又开始新的斜切进刀，重复上述过程。这种进刀法的特点是：每进二刀只改变牵引方向四次，故工序比较简单，省时间；采煤机快速移动时可以装净上次进刀留下的浮煤，故装煤效果好；采煤机割煤时，输送机头处于不移动状态，且有一半时间完全呈直线，故能提高输送机的寿命。中部斜切进刀法适用于工作面较短，煤片帮严重的煤层条件。,28,图2-4中部斜切进刀法,29,3正切进刀法（钻入法）正切进刀法是在工作面两端用千斤顶将输送机及其上面的采煤机滚筒推向煤壁，利用滚筒端盘面上的截齿钻入煤壁，以实现进刀。正切进刀法的操作过程如下（图2-5）：（1）当采煤机割到工作面一端后（图a），放下上滚筒，返回割一个机身长的底部煤，则工作面如图b所示。（2）开动滚筒，并靠推移千斤顶将输送机连同采煤机强行推入煤壁。为便于钻入，在推溜同时将采煤机在1m距离内往复牵引，直到钻入一个截深（图c）。（3）滚筒切入后，变换前后滚筒高度，割去端面残余煤，再转入正常割煤状态。正切法的优点是工作面空顶面积小，切入时间短，可提高工效。但此法只适用于有门式挡煤板或无挡煤板的采煤机，且千斤顶推力要大，要求输送机、采煤机摇臂强度高。因此，一般采用较少。,30,图2-5正切进刀法,31,2.1.7采煤机型号的含义,32,类型：单滚筒采煤机双滚筒采煤机功能：落煤装煤,第二节滚筒采煤机,33,滚筒采煤机组成：截割部、行走部（牵引部）、电动机、辅助装置等。分类：按工作机构位置不同：端头式、侧面式按工作机构型式不同：滚筒式、钻削式、截链式按牵引部位置不同：内牵引、外牵引按牵引方式不同：钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引按牵引部传动方式不同：机械牵引、液压牵引、电牵引,34,2.2.1采煤机总体结构滚筒采煤机械的组成：截煤部、牵引部、电动机、辅助装置。电动机l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，而且通常采用定子水冷，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。,35,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煤板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻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。,36,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。,37,双滚筒采煤机滚筒布置方式如下：,38,通常两个滚筒布置于机身两端(a)，有两个截煤部固定减速箱，机身较长，对称结构，稳定性好，装煤效果好，可双向自开缺口，大多数采煤机均采用这种布置方式。两个滚筒均布置于机身同一端(b)，只有一个截煤部固定减速箱，机身较短，控顶面积小。但机身中部的滚筒装煤效果差，只能单向自开缺口，很少采用这种布置方式。,图2-6双滚筒采煤机1-电动机；2-行走部；3-牵引链；4-截割部固定减速箱；5-摇臂；6-滚筒；7-弧形挡煤板；8-底托架；9-滑靴；10-调高液压缸；11-调斜液压缸；12-拖缆装置；13-电气控制箱,39,双滚筒采煤机在综合机械化采煤工作面的配套情况综合机械化采煤工作面的设备配套：双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、液压支架：,40,1双滚筒采煤机；2刮板输送机；3液压支架；4端头支架；5锚固支架；6巷道棚梁；7转载机；8转载机推移装置；9可伸缩胶带机；10控制台；11配电点；12泵站；13移动装置；14移动变电站；15煤仓；16绞车；17单轨吊车。,普采：采用采煤机、可弯曲刮板输送机和支护设备等配套设备。其中：支护设备：金属支柱加铰接顶梁（普通）单体液压支柱加铰接顶梁（高档普通）综采：在工作面采煤、装煤、运煤及支护等机械化的基础上，进一步使工作面各个机械组成一个整体进行生产，在结构上相互有机结合，动作上相互协调工作。配套设备：双滚筒采煤机、输送机、液压支架。,41,采煤机总体结构布置方式：1.横向多电动机驱动采用多电动机横向布置的总体结构，结构简单，性能可靠，各大部件之间只有连接关系，没有传动环节。缺点是：不能在左、右截割部和行走部之间进行功率分配，电控系统复杂。2.纵向单电动机驱动电动机纵向布置在采煤机中部机身上，主要用在液压牵引的单滚筒采煤机或滚筒采煤机上。纵向单电动机驱动方式能在左、右截割部和牵引部之间进行功率合理分配，电动机台数少，控制系统简单、便于操作。其缺点是：只能开工作面一端切口，中部滚筒装煤效果较差。3.纵向多电动机驱动滚筒由纵向电动机经减速箱驱动，使机身长度缩短，截割部结构大为简化，摇臂可绕牵引部调高。其缺点是：整机中心比一般采煤机高，稳定性差，机身不能倾斜，不能横向切入煤壁，调高部分重量大，需配强力调高液压缸。,42,2.2.2采煤机截割部截割部主要功能是完成采煤工作面的割煤和装煤，由左、右截割电动机，左、右滚筒，冷却系统，内喷雾系统和弧形挡板等组成。截割部耗能占采煤机装机总功率的80%90%，因此，研制生产效率高和比能耗低的采煤机主要体现在截割部。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，以满足滚筒工作的需要。同时，传动装置还应适应滚筒调高的要求，使滚筒保持适当的工作高度。由于截割消耗大部分采煤机，因此要求截割部传动装置具有高的强度、刚度和可靠性，并具有良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。对于单滚筒采煤机，还应使传动装置能适应左、右工作面的要求。,43,采煤机截割部传动方式主要有4种：（1）电动机-固定减速箱-摇臂减速箱-滚筒。这种传动方式应用较多，其特点是传动简单，摇臂从固定减速器端部伸出（称为端面摇臂），支撑可靠，强度和刚度好，但摇臂下降位置受输送机限制，下切深度较小。（2）电动机-固定减速箱-摇臂减速箱-行星齿轮减速箱-滚筒。这种传动方式是在滚筒内安装行星齿轮传动，故可使前几级传动比减小，简化了传动系统，并使本级（行星齿轮）传动的齿轮模数减小。由于滚筒内装行星齿轮，传动后使筒毂尺寸增加，因而这种传动方式适合于在中厚煤层以上工作的大直径滚筒采煤机。大部分液压牵引采煤机都采用这种传动方式。这时，摇臂从固定减速箱侧面伸出（称为侧面摇臂），调高范围大，可获得较大的下切深度。截割部机械减速部分一般分为固定减速箱和摇臂减速箱。当截割电动机横向布置时，电动机与摇臂减速箱直接相连，即没有固定减速箱。当截割电动机纵向布置时，则两个减速箱都有，固定减速器内有一对圆锥齿轮，以实现两轴的相交传动。,44,以上两种传动方式中都采用摇臂调高，以获得较好的调高性能。但由于摇臂内齿轮较多，要增加调高范围，必须增加惰轮数。由于滚筒受力大，摇臂及与固定减速箱的支承就成为采煤机的薄弱环节，所以设计时应尽可能加大支撑距离，并保证摇臂的强度和刚度。（3）电动机-摇臂减速箱-滚筒。这种传动方式取消了固定减速箱，而靠纵向布置的电动机驱动摇臂减速箱和滚筒，实现截煤和调高，机壳强度、刚度增大，调高范围大，机身长度短，有利于自开切口。（4）电动机-摇臂减速箱-行星齿轮减速箱-滚筒。这种传动方式采用了纵向出轴的单独电动机，使电动机轴与滚筒轴平行，因而取消了承载大、易损坏的锥齿轮，使截割部更为简单。采用这种传动方式可获得较大的调高范围，并使采煤机机身长度进一步缩短。电牵引采煤机多采用这种传动方式。,45,截煤部减速器采煤机的绝大部分功率是通过截割部减速器传递的。截煤部减速器由两部分组成：固定减速箱和摇臂减速箱。截煤部减速器有以下特点：a）总传动比为：3050，减速级数：35；b）电动机轴与滚筒轴垂直，传动系统中必须有一对锥齿轮c）截煤部和牵引部由一台电动机驱动时，截煤部必须有一个离合器或变速器；d）为了保证摇臂长度，摇臂减速器中有若干个惰轮。截煤部的润滑方式：1）飞溅润滑；2）强迫润滑；3）油脂润滑。下面分析两种采煤机截割部的传动系统和结构特点。,46,DY150型采煤机（国产）截煤部传动系统,47,LS型采煤机（美国JOY公司产）截煤部传动系统,48,电动机,机械结构截割部主要包括截割电动机、摇臂减速箱、滚筒等，内设有冷却系统、内喷雾等装置。截割电动机直接安装在摇臂箱体内，机械减速部分全部集中在摇臂箱体及行星机构内。摇臂通过销轴与连接架铰接，然后再与行走部机壳铰接。摇臂通过连接架回转臂上的销轴与安装在行走部上的调高液压缸缸座铰接，通过液压缸的伸缩实现截割滚筒的升降。截割机构具有以下特点：（1）摇臂机械强度高，安全系数大，其回转采用铰轴结构，没有机械传动。（2）摇臂减速箱机械传动都是简单的直齿轮传动，结构简单，传动效率高。（3）采用细长扭矩轴连接，可补偿电动机和摇臂主动轴齿轮之间的位置误差。（4）在细长扭矩轴上开有V形剪切槽，在受到较大的冲击载荷时，对截割传动系统的齿轮和轴承及电动机起到过载保护。（5）摇臂机壳内、外均设有水道，对摇臂减速箱起到冷却作用，同时实现外喷雾降尘。,49,（6）摇臂体油池和行星齿轮传动油池隔开，从而保证了行星齿轮减速箱在任何高度都能润滑。（7）截割电动机尾部设有齿轮离合器，可使细长扭矩轴与一轴的花键连接或脱离，以实现摇臂传动系统的接通或断开。截割部润滑采煤机截割部因传递的功率大而发热严重，其壳体温度可高达100，因此截割部传动装置的润滑十分重要。采煤机的润滑具有特殊性，它不仅承载重、冲击大，而且截割顶煤或底煤时，摇臂中的润滑油集中在一端，使其他部位的齿轮得不到润滑。因此，在采煤机操作中，一般规定：滚筒截割顶煤或挖底时，工作一段时间后应停止行走，将摇臂下降或放平，使摇臂内全部齿轮都得到润滑后在工作。采煤机截割部最常用的润滑方式是飞溅润滑。飞溅润滑是将一部分传动零件浸在油池内，靠它们向其他零件供油和溅油，同时油被甩到箱壁上，以利散热，并使轴承获得必要的飞溅润滑。油面位置应使齿轮副的大齿轮浸在油中l314直径。减速器中的轴布置在同一水平或接近同一水平时，飞溅润滑具有良好的效果。,50,设计减速部分的机械结构时，应考虑到采煤机经常处于倾斜状态下工作，所以必须保证能自然润滑。在倾斜状态下，由于润滑油积聚在低处，高处传动零件润滑不好，因此应避免油池太长，或人为地将油池分隔成几个独立油池，以保证自然润滑。随着现代采煤机功率的加大，采用强迫方式的润滑也日渐增多，即用专门的润滑泵将润滑油供应到各个润滑点上（如MG300W型采煤机）。根据采煤机截割部机械减速部分和摇臂的承载特点，大都采用150460cSt（40C）的极压（工业）齿轮油作为润滑油，其中以N220和N320硫磷型极压齿轮油用得最多。,51,2.2.3采煤机的工作机构,工作机构的基本功能：截煤和装煤。螺旋滚筒式工作机构是目前使用的最广泛的工作机构，如右图所示。螺旋滚筒式工作机构由截齿和螺旋滚筒组成。转动时截齿截煤，螺旋滚筒的叶片装煤。优点：机构简单，工作可靠；缺点：截煤的块度小，煤尘较多。,52,螺旋滚筒螺旋滚筒（简称滚筒）是采煤机落煤和装煤的机构，对采煤机的工作起决定性作用。螺旋滚筒的主要功能，首先是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。螺旋滚筒具有落煤、装煤、自开工作面切口的功能。螺旋滚筒的设计要求是：（1）降低单位比能耗（2）降低滚筒阻力矩幅值的变化量（3）提高可靠性（4）应有自行切入的功能（5）截齿应装拆方便（6）螺旋滚筒的落煤和装煤能力应协调一致，保证具有良好的装煤性能。,53,图2-7螺旋滚筒1-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座；4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿,滚筒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2-7所示。叶片与端盘焊在筒毂上，筒毂与滚筒轴连接。齿座焊在叶片和端盘上，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。筒毂是滚筒与截割部机械传动装置输出轴连接的部件，以带动滚筒旋转。端盘紧靠煤壁侧，其外圆按截齿截割顺序焊装齿座。螺旋叶片式滚筒排运煤的部件，用来将落下的煤装入刮板输送机。,54,近年来出现的新型螺旋滚筒的基本特点有：（1）滚筒强力化，以适应截割坚硬的煤和夹矸。（2）滚筒配备完善的除尘装置，以提高降尘效率。（3）广泛采用棋盘式截齿配置，截割比能耗低，块煤率小，煤尘小，滚筒轴向力较小。（4）滚筒筒毂呈锥状扩散型，装煤时煤流更畅通，减少了装煤时的二次破碎；较筒毂为圆柱面的粉煤率减低15%左右。强力滚筒强化措施：增大螺旋叶片厚度；改进齿座形状，增大焊缝长度；径向截齿和齿座的背部都有一斜面肩部，提高截齿齿身根部的抗弯强度；叶片根部焊一角钢，以提高强度和刚度，在叶片的抛煤外缘处堆焊一层碳化钨耐磨层。MG300/680-WD型采煤机的截割滚筒如图2-8所示，主要有1-筒毂；2-螺旋叶片；3-端盘；4-法兰；5-水管导板；6-齿座；7-截齿；8-喷嘴；9-法兰盘内孔等组成。,55,图2-8螺旋滚筒1-筒毂；2-螺旋叶片；3-端盘；4-法兰；5-水管导板；6-齿座；7-截齿；8-喷嘴；9-法兰盘内孔,56,滚筒的结构参数a）滚筒的三个直径：滚筒直径D，一般为0.653m。对于单滚筒采煤机，D=Hmin-(0.10.3)m；式中Hmin最小煤层厚度。减去0.10.3是考虑螺旋叶片外缘直径Dy；筒毂直径Dg。当D1m（大直径滚筒）,Dy/Dg2D1m（小直径滚筒）,Dy/Dg2.5,57,b）滚筒宽度B:滚筒宽度B是滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离。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。目前，采煤机常用截深为0.8m。随着综采技术的发展，也有加大截深到1.01.2m的趋势。C）螺旋叶片参数螺旋叶片参数包括螺旋升角、螺距、叶片头数以及叶片在筒毂上的包角，它们对落煤、特别是装煤能力有很大影响。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D1.60m的滚筒用三头或四头。,58,根据叶片旋向分左旋、右旋截割滚筒。,图2-9螺旋叶片的形成,任意直径Di圆柱面上螺旋叶片的升角i=arctan(L/Di)，L为螺旋线导程。Ditani=常数DDyDg叶片外缘的螺旋升角y叶片内缘的螺旋升角g。,59,滚筒转向a）旋向与转向：由于滚筒的螺旋叶片旋向不同，为了达到将落煤从煤壁侧装运到采空区一侧的刮板输送机中，不同旋向的螺旋滚筒必须对应不同的转向。左螺旋滚筒逆时针旋转；右螺旋滚筒顺时针旋转b）顺转和逆转：顺转落煤方向与截齿运动方向相同；逆转落煤方向与截齿运动方向相反，,60,双滚筒采煤机滚筒转向分：前顺后逆：装煤效果较差适合于中厚煤采煤机，前逆后顺：装煤效果好，适合于薄煤层的采煤机。,截齿及其配置a)截齿截齿是用来截割煤体的刀具，装在滚筒螺旋叶片的外缘，滚筒旋转时截齿将煤从煤壁上割下来。采煤机的装机功率的绝大部分均由截齿消耗。截齿属于易损消耗件，其几何形状和质量直接影响采煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。采煤机使用的截齿主要有扁形截齿和锥形截齿两种。截齿刀身的材料一般为40Cr、35CrMnSi、35CrMnV等合金钢。截齿的端头镶有硬质合金，其材料常用YG-8C或YG-11C（Y表示钨，G表示钴，C表示粗粒度）。,61,根据煤的软硬和煤层所夹矸石情况，截齿受力有所不同，采用的截齿几何形状和尺寸就应有区别，对制造所用材料和工艺也有相应要求。对截齿的基本要求：1）耐磨性好、强度高，截割比能耗低；2）适应性强，能适应各种煤层条件；3）拆装更换方便，安装可靠。,62,图2-10扁形截齿及其固定1-刀体；2-齿座；3-销子；4-橡胶套；5-硬质合金头；6-卡环,扁形截齿是沿滚筒径向安装在螺旋叶片和端盘的齿座中的，又称径向截齿。适用于截割各种硬度的煤，包括坚硬煤和黏性煤。,63,图2-11锥形截齿及其固定1-锥形截齿；2-齿座；3-弹簧圈；4-硬质合金头；5-碳化钨合金层；6-齿身,锥形截齿的刀体安装方向接近于滚筒的切线，又称为切向截齿。适用于脆性煤和节理发达的煤层。锥形截齿结构简单，制造容易。从原理上讲，截煤时锥形截齿可以绕轴线自转而自动磨锐。,64,b）截齿配置截齿在螺旋滚筒上的排列规律称为截齿配置，它直接影响滚筒截割性能的好坏。合理配置截齿可使块煤率提高，粉尘减少，比能耗降低，滚筒受力平稳，机器运行稳定。截齿配置的原则：（1）保证把被截割的煤全部破落下来。（2）截割下来的煤块度大、煤尘少、比能耗小。（3）滚筒载荷均匀，动负荷和振动较小，采煤机平稳运行。截齿在螺旋滚筒上的配置情况常用截齿配置图（如图2-12）来表示。,65,图2-12截齿配置图,66,水平直线表示齿尖的运动轨迹（截线），相邻截线之间的距离就是截距。竖线表示截齿的位置坐标。圆圈表示0截齿的位置，黑点表示安装角不等于0的截齿。截齿向煤壁倾斜为正方向，向采空区倾斜为负方向。叶片上截齿按螺旋线排列，属顺序式截槽。滚筒端盘截齿排列较密，为减少端盘与煤壁的摩擦损失，截齿倾斜安装属顺序式配置，其方向与叶片上截齿排列的方向相反。紧靠被截煤壁的截齿倾角最大，属半封闭式截槽。靠里边的煤壁处顶板压张效应弱，截割阻力较大，为了避免截齿受力过大，减轻截齿过早磨损，端盘截齿配置的截线应加密，截齿应加多。端盘截齿一般为滚筒总截齿数的一半左右，端盘消耗功率一般约占滚筒总功率的13。,67,叶片上的截齿配置螺旋叶片的截齿排列特点：截距较大；在圆周方向上相邻截齿的夹角相等；都是零度齿。叶片上截齿配置如下图所示，可分以下三种：1）顺序式配置（d）；2）棋盘式配置（a、b）；3）混合配置（c、e、f、g）,68,端盘上的截齿配置端盘的截齿排列特点：截距小、截齿密度大；多数是正角度齿，煤质愈硬，角度愈大；有少数零度齿和负角度齿，以减小滚筒的侧向力。端盘截齿配置如下图所示。,69,滚筒的转向和转速a)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（站在采空区侧看滚筒）的滚筒，叶片应为左旋；顺时针方向旋转的滚筒，叶片应为右旋。即通常所说的“左转左旋，右转右旋”。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，称为逆转。双滚筒采煤机的滚筒转向如图2-13所示。当滚筒直径较大时，两个滚筒的转向一般采用反向对滚见图2-13（a），此种方式装煤效果好，滚筒不向司机甩煤。当滚筒直径较小时，滚筒转向正向对滚见图（2-13b），这时不经摇臂下面装煤，有利于提高装煤效率。,70,图2-13双滚筒采煤机的滚筒转向,71,单滚筒采煤机一般在左工作面用右螺旋滚筒，在右工作面用左螺旋滚筒。因此，当滚筒截割底部煤时，滚筒转向总是顺着碎煤下落的方向。截割下的煤通过滚筒下边运向输送机，运程较长，煤被重复破碎的可能性较大，但不受摇臂限制。,双滚筒采煤机滚筒转向分：前顺后逆：装煤效果较差适合于中厚煤采煤机，前逆后顺：装煤效果好，适合于薄煤层的采煤机。,72,图2-14单滚筒采煤机的滚筒螺旋方向1-左螺旋滚筒；2-右螺旋滚筒；3-刮板输送机,图2-15双滚筒采煤机的滚筒转向与螺旋方向,73,2.2.4采煤机行走部行走部又称牵引部，是采煤机的重要组成部分。它不仅担负着采煤机工作时的移动和非工作时的调动，而且牵引速度的大小对整机的生产率和工作性能产生很大影响。行走部包括行走（牵引）机构和驱动装置两部分。行走（牵引）机构是直接移动机器的装置，它分为钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引几种。驱动装置用来驱动牵引机构，并实现牵引速度的调节。按传动类型有机械传动、液压传动和电传动，分别称为机械牵引、液压牵引和电牵引。传动装置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。随着高产高效工作面的出现以及采煤机功率的增大，同时为了使工作面更加安全可靠，无链牵引机构已逐渐取代了链牵引。,74,(一)对行走部的基本要求为了满足高产高效的要求，对采煤机行走部的性能有如下要求：（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）能实现正反向牵引和停止牵引；（6）有完善可靠的安全保护；（7）操作方便。,75,(二)采煤机的行走机构采煤机的牵引机构有钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引三种形式。钢丝绳牵引的牵引力小，易发生断绳事故，并且断裂后不易重新连接，故这种牵引机构已被淘汰。目前液压牵引采煤机上广泛使用的是链牵引，电牵引采煤机都采用无链牵引。a）无链牵引机构随着采煤机向强力化、重型化及大倾角方向发展，其电动机功率已增大到7501000kW，牵引力已达到6001000kN。对于这样大的牵引力，目前使用的圆环链已不能满足要求，而且牵引链一旦断裂，其储存的弹性能被释放，将严重危及人身安全。为此，取消了固定在工作面两端的牵引链，而采用了无链牵引机构。无链牵引的主要优点是：,76,1）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；2）在同一工作面内可以同时使用两台或多台采煤机，从而可降低生产成本，提高工作效率；3）行走速度的脉动比链牵引小得多，使采煤机运行较平稳。链轨式虽然也是链条，但强度余量较大，弹性变形对行走速度的影响较小；4）牵引力大，能适应大功率采煤机和高产高效的需要；5）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、煤层不规则等的适应性增强；6）适应采煤机在大倾角（可达54）条件下工作，利用制动器还可使采煤机的防滑问题得到解决。,77,但是，对无链牵引，还应重视以下几个问题：1）必须加强输送机本身的结构，并在使用和管理中保持其有一定的平直度；2）齿轮、齿轨或销轴，不仅在啮合传动中传递很大的力，而且还起支点的作用，磨损加快，因此，在材质和热处理方面要求较高，在结构上也要求能快速更换；3）为了适应采煤机在推移中水平和垂直方向的倾斜，仍能保证正确的啮合，在销轴座或齿轨之间的连接方式上要注意可调性，同时还要注意溜槽的连接强度。4）无链行走机构使机道宽度增加了约100mm，所以提高了对支架控顶能力的要求。,78,无链行走机构的类型无链行走机构的类型很多，主要有以下几种：（1）销轨式无链行走机构销轨式无链行走机构分为齿轮-销轨式和链条-销轨式两种类型。齿轮一销轨式无链行走机构如图2-16所示，它是通过驱动齿轮经齿轨轮与铺设在输送机溜槽上的圆柱销排式齿轨相啮合而使采煤机移动的。销轨由两侧板固定，齿轨轮不会脱轨，刚性也好；销轨长度是溜槽长度的2，销轨接口与溜槽接口相互错开，一节固定在挡煤板的轨座上，另一节活装在开有长孔的轨座上。这样当溜槽在垂直方向弯曲角时，销轨间只弯曲2。这种销轨结构简单，传动性较好，在我国使用比较广泛。链条-销轨式无链行走又分为水平式销轨和垂直式销轨两种形式。,79,图2-16齿轮-销轨式无链行走机构,采煤机行走部的链轮带动一条短无极套筒滚子链，与沿着工作面输送机全长辅设的销轨相啮合，带动采煤机沿工作面输送机移动。,行走部,驱动齿轮,齿轮轨,底托架,刮板输送机,销轨,80,（2）齿轨式无链行走机构齿轨式无链行走机构的原理是采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，一般为4060mm。齿轨式无链行走机构分为滚轮-齿轨式和齿轮-齿轨式无链行走机构两种类型。滚轮-齿轨式（又称销轮齿轨式）无链行走机构如图2-17所示。其齿轨安装在采空侧的输送机挡煤板上。其齿轨分为长齿轨和短齿轨两种形式。长齿轨固定在输送机挡煤板上，随溜槽一起弯曲。短齿轨又称调节齿轨，装在两活节长齿轨之间。长齿轨两端各有一个椭圆形孔，短齿轨两端的销轴装在此孔中。这种结构形式既保证了中部溜槽弯曲的要求，又限制了齿轨的弯曲角度，有利于保证滚轮与齿轨的啮合特性。这种无链行走系统具有工作可靠、结构简单、易于制造和维修的特点，因而得到广泛应用。齿轮-齿轨式无链行走机构的齿轨位于煤壁侧的铲煤板上，与铲煤板焊接在一起，既是输送机铲煤板，又是无链行走的啮合齿轨。这种无链行走机构通常与爬底板式采煤机配套。其特点是结构高度低，适用于薄煤层，但制造困难，无调节短齿轨，对输送弯曲度适应性较差。,81,图2-17销轮-齿轨式无链行走机构,驱动销轮,行走传动箱,齿轨,行走传动箱,驱动销轮,82,（3）链轨式无链行走机构链轨式无链行走机构（见图2-18）是在工作面全长安装一条圆环链，圆环链不是固定在机头架和机尾架上，而是安装在沿工作面全长铺设的专门导链槽中。行走机构采用不等直径和不等节距的圆环链3与链轮2相啮合。由于链轨可以圆滑弯曲，链环尺寸稳定，即使输送机溜槽的偏转较大，采煤机仍能平稳运行；在倾角大于27、倾角变化达36和过断层的条件下工作，适应能力都很好。无链行走机构适用于低速、重载、多尘和无润滑的工作条件，维护比较方便，但传动件大都采用非共轭齿廓，即使行走齿轮匀速转动，采煤机行走速度仍会波动。但与链牵引机构相比，行走速度的波动要小得多，从而大大改善了行走的平稳性。,83,图2-18链轮-链轨式无链牵引机构1-采煤机行走部；2-驱动链轮；3-牵引链；4-链轨架；5-挡板；6-导向滚轮；7-底托架,84,a)链牵引机构链牵引的工作原理如图2-19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、下机头的拉紧装置4上。当行走部的主动链轮转动时，通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。当主动链轮逆时针方向旋转时，牵引链从右段绕入，这时左段链为松边，其拉力为P1，右段链为紧边，拉力为P2，因而作用于采煤机上的牵引力为：P=P2P1采煤机在此力作用下，克服阻力而向右移动；反之，当主动链轮顺时针方向旋转时，则采煤机向左移动。,85,图2-19链牵引的工作原理1-主动链轮；2-导向链轮；3-牵引链；4-拉紧装置,86,根据链轮的安装位置不同，有立式链轮和水平链轮两种。立式链轮吐链方便，而水平链轮的牵引链容易堆积，造成牵引链在链轮处被卡死；另外，冒落的矸石也容易进入水平链轮，产生严重磨损和脱链现象。因此，在中厚煤层采煤机上，广泛采用立式链轮布置形式。链牵引机构的组成包括矿用圆环链、链轮、链接头和紧链装置等。圆环链链轮的几何形状比较复杂，其形状和制造质量对于链环和链轮的啮合影响很大。链轮形状不正确会啃坏链环，加剧链环和链轮的磨损，或者使链环不能与轮齿正确啮合而掉链。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，并可缓和因紧边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。,87,液压紧链装置的工作原理如图2-20所示。牵引链1绕过导向链轮2，通过连接环和液压缸3连接。如果采煤机由右向左开始工作，这时左端牵引链的张紧力使左端拉紧装置的安全阀7大大超过调定值，使液压缸全部缩回，而采煤机右端牵引链的预紧力（初张力）由定压减压阀6的调定压力值来决定，并使右端拉紧装置的液压缸活塞杆伸出。当采煤机继续向左端牵引时，将使非工作边张力逐渐增加，当右端液压缸的压力值增加到安全阀的调定值时，安全阀动作，液压缸收缩，导向链轮2左移，用液压缸的行程补偿牵引链的弹性收缩，从而限制了非工作边张力的增加。,88,图2-20液压紧链装置原理图1-牵引链；2-导向链轮；3-液压缸；4-截止阀；5-减压阀；6-单向阀；7-安全阀,89,液压紧链装置的优点是非工作边能保持恒定的张力，其初张力（预紧力）的大小由定压减压阀的调定值决定。在工作过程中非工作边的张力大小由安全阀的整定值决定。弹性伸长量的存在，使采煤机移动时产生振动，其最大振幅可达5080mm，引起切屑断面的急剧变化，从而导致采煤机载荷发生大的变化，使零部件承受较大的动载荷，这是链牵引的最大缺点。因此，近年来链牵引逐渐被无链牵引所替代。,90,C）传动机构牵引部传动装置的功用是将采煤机电动机的动力传到主动链轮或驱动轮并实现调速。现有牵引部传动装置按传动形式可分为三类：机械牵引，液压牵引和电牵引。1机械牵引机械牵引是指全部采用机械传动装置的牵引。其特点是工作可靠，但只能有级调速，结构复杂，目前已很少采用。2液压牵引液压牵引是利用液压传动来驱动的牵引。液压传动的牵引部可以实现无级调速，变速、换向和停机等操作比较方便，保护系统比较完善，并且能随负载变化自动地调节牵引速度。,91,3电牵引电牵引是对专门驱动牵引部的电动机调速从而调节速度的牵引。电牵引采煤机（图2-21）是将交流电输入可控硅整流、控制箱1控制直流电动机2调速，然后经齿轮减速装置3带动驱动轮4使机器移动的。两个滚筒7分别用交流电动机5经摇臂6来驱动。由于截割部电动机5的轴线与机身纵轴线垂直，所以截割部机械传动系统与液压牵引