0072-滚筒采煤机截割部的设计【全套11张CAD图+说明书】
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滚筒
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摘要
滚筒采煤机是煤炭采掘的重要设备。是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。因此，它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。目前，采煤机的设计技术已经发展的相当完善，但是在国内采煤机技术和国外相比依然还比较落后。
本次设计在吸取了前人经验的基础上设计了大功率，适合于中厚煤层的采煤机。对于采煤机的截割部进行了革新设计，采用强力耐磨型滚筒对称布置，提高了割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。机械传动系统采用直齿圆柱齿轮和行星轮传动动。故传动效率 高，容易安装和维护，分别用两台250KW的电动机驱动两截割部。截割部电机容量调整范围宽，其调整范围为150～300Kw，通过调整截割电机容量，可实现一机多型。截割部采用四行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。本次设计的采煤机采煤效率高，生产可随不同的煤质的变化生产不同的机型，市场适应性强。
关键词：采煤机、强力耐磨滚筒、截割部、弯摇臂、传动系统
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I 摘要 滚筒采煤机是煤炭采掘的重要设备。 是 实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一 。 因此， 它 对提高煤的采掘效率有着重要的影响。目前，采煤机的设计技术已经发展的相当完善，但是在国内采煤机技术和国外相比依然还比较落后。 本次设计在吸取了前人经验的基础上设计了大功率，适合于中厚煤层的采煤机。对于采煤机的截割部进行了革新设计，采用强力耐磨型滚筒对称布置，提高 了 割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。 机械传动系统采用直齿圆柱齿轮和行星轮传动动。 故传动效率 高，容易安装和维护，分别用两台 250电动机驱动两截 割部。截割部电机容量调整范围宽，其调整范围为150 300通过调整 截割电机容量，可实现一机多型。 截割部采用四行星单浮动结构， 承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间， 提高装煤效果，卧底量大。 本次设计的采煤机采煤效率高，生产可随不同的煤质的变化生产不同的机型，市场适应性强。 关键词：采煤机、强力耐磨滚筒、截割部、弯摇臂 、传动系统 is an It is of of it on of of of is on of in is It on of by to At it of As to is of of by 50of in of is is 50kw 00of be of to is of s s is of as is of be to in is 1 1 引言 煤是重要的能源物质，在我国有着很大的储量。采煤一直以来都被人们看作一项非常危险的事情。在以前国内有很多小型煤窑，由于规模小，技术落后，大部分都是靠人工进行挖煤、运输煤。因此经常出现各种事故，而且大量浪费了资源。大型的采煤机械的出现使这一现象得到了改观。采煤机作为采煤的主要工具是 实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。 它 对提高煤的采掘效率有着重要的影响。因此国内外采煤机的设计、改进一直都在以较快的速度向前发展。 最早的滚筒采 煤机出现在英国，它是把截煤机的减速箱部分改成允许安装一根横轴和截割滚筒。由于其水平轴截割滚筒的设计优于截煤机，因此其改进型比刨煤机更适宜英国开采条件，但在 20 世纪 50 年代这种采煤机并非是唯一应用的采煤设备。另外有一种有竞争的采煤机是钻削式采煤机。这种采煤机配有一个按螺钻原理设计的主截割部，其应用范围主要局限与薄煤层。 滚筒采煤机经过多次改进设计而得到不断的发展。最早设计的滚筒采煤机仅能单向采煤，输送机和液压支架在向前推移之前，留在轨道上采出的煤在回空段被装载。后来又研发了双向采煤的滚筒采煤机。然而由于这种采 煤机受到调向的限制，加之固定滚筒缺乏自由性，因此摇臂滚筒采煤机应运而生。 20世纪 60年代末，久益公司生产出 1011列的连续采煤机，它是现代这种机型的雏形。到 70年代末，在 112过对 12善和提高，生产出适用于开采中硬煤层的1210B、 1210型机，以及适用于特别坚硬煤层的 12型机(神东常用 1210B、 1210D)。 80年代后期至今连续采煤机在采煤业中得到了广 泛的应用，并且得到了长足的发展。我国对这种连续型采煤机的应用始于 70年代中期。那时主要靠引进外国的产品， 80年代以前主要是引进单机。随着国内采煤机技术的发展到了 90年代变成以配套引进为主。目前国内在采煤机研发和设计方面和国外有很大的差距。 煤炭科学研究总院太原分院早在 1990年就开始进行连续采煤机的研究，曾完成了轻型连续采煤机的设计、引进设备的国产化大修等工作。煤炭科学研究总院上海分院也承担了一些项目。尽管国内各大科研院所、生产厂家、煤矿企业曾开展过规模不等的连续采煤机等技术的国产化研究，但均存在一些问题，仍 没有真正在煤矿上见到国产连采 机的新产品。 我国引进连续采煤机早期使用效果不好的主要问题是：连续采煤机及其配套设 2 备体积大、吨位高，我国老矿井条件受到限制，设备下井困难；缺乏支护、清道、除尘等配套设备，生产能力受到一定限制；引进的连续采煤机设备电气防爆性能与我国防爆标准不一致；主要部件或零件在国内买不到，备件进口渠道不畅通、价格昂贵；国内没有对连续采煤机开采的成套技术进行系统研究；对回采工艺，支护方式和工艺及煤岩柱控制等相关问题没有得到闭，对通风管理不利；对有自然发火危险的矿井，煤体暴露多，带来了安全隐患。 因此 我国需要自己对采 煤机进行设计、改进使其适合我国的煤矿生产情况。 连续采煤机的特点是截割滚筒长，截割功率大，因此截割能力强，生产效率高，调动灵活，可控性好。尚需研究的主要内容如下。 1 连续采煤机总体参数的研究。机器牵引力及速度的确定，滚筒长度、直径、功率、转速及切割牵引力大小和变化等研究。 2 整机截割稳定性的研究。机器的重心位置、截割臂长度、截割速度、功率等切割参数对机器工作稳定性的影响。 3 截割机构方式的研究。根据电机不同的安装形式，其截割机构方式的确定须进行专项调查研究与分析对比。 4 切割技术的研 究。截割滚筒上截齿排列对机器的截割效率、振动及截齿的寿命有着重要的影响，必须利用计算机进行截齿排列优化设计和实验室模拟试验。 5 行走电机变频调速系统的研究。连续采煤机工作时，需要频繁调动；截割时，根据煤的硬度，行走速度在 0 4m 适应截割电 动机的工作特性；调动时，需以 20m 6 机器的自动控制、工况检测和故障诊断系统的研究。连续采煤机常在环境恶劣、安全得不到保障的工况下工作，因此必须使机器具有自动化控制功能，装设离机摇控系统。为了提高机器的可靠性 ，需研制工况检测和故障诊断系统，使连续采煤机具有监控电流、电压、电机功率、油温油位油压等的自动监测、存储、显示、报警及故障提示等功能。 7 机载集尘装置的研究。需进行水喷雾集尘系统的试验研究。 8 对专用电动机、传感器、扭矩轴等特性元部件的研究。 我国在长期煤炭生产实践中，也已陆续研制生产了一系列国产采煤机，并且在借鉴国外先进机型的基础 上 ，迅速发展了大功率电牵引采煤机 (总装 机 功率达 1 400上 )，但是和国外先进的技术和设备相比较还有很大的差距。因此我们必须抓住机遇，加快采煤机的设计和改进步伐，加快缩 短与国外技术和设备的差距。 关于采煤机的设计可以从以下方面着手进行改进设计： 3 1 横向布置多个电动机。即将截割部、牵引部、泵站和破碎机构设计成横向布置方式。采用这种电动机布置方式，可将摇臂回转传动装置取消，而代之不传动功率的铰接轴，简化了结构，减少了薄弱环节和故障因素；可将传动链中锥齿轮取消，消除了加工、装配、维修锥齿轮的复杂工艺，提高了可靠性；各电动机传动系统功能单一，无过轴、旁轮等多余饥件和交叉重叠环节，部件为自封闭，部件之间无饥械传动， 只有管线等柔性联接，故结构简单、紧凑、机身长度可缩短；便于组装拆卸及在维修更换部件、换摇臂及截割电动机时不需拆卸底托架和对口螺栓。 2 将机身设计成使部件可侧面拉装的整体箱式。即整个机身是个箱形结构的焊接件，根据需要分成若干个间隔室，安放变压器电控部 电牵引部、液压站等部分；而在采空区一侧将其敞开，可以将上述具有自封结构的部件方便地装入固定和拆下拉出，而机身两端铰接的截割部及其电动机也可以从采空区侧拆装。采用这种机身设计方式，可以为井下组装维修创造更方便快捷的条件，同时可实现整个机身无对口螺栓，也无底托架，强度大，刚性好， 免除了螺栓紧固的麻烦可将机身做成两段拼装，并用 液压螺栓紧固。 3 破碎机采用单独电动机传动。即将滚筒做成电动滚筒，由单独电动机经行星传动机构驱动破碎滚筒。采用这种破碎机驱动方式，可以利用按钮控制破碎机，操作方便，而且单独电动机还便于控制和保护。 改进挡煤板传动装置。即用中低速摆线马达，通过内齿轮或柱销传动。比如，可在挡煤板回转臂环架圆周安装轴向柱销，利用固装在摇臂上的液压马达带动长牙齿轮驱动柱销翻转挡煤板。采用这种挡煤板传动装置，可使挡煤板结构更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅减少故障。 4 增大截煤深度。截深在 750上方能称为大截深， 由于加大了截深，相应的滚筒轴、轴承和摇臂强度也应加大，同时适当增大螺旋叶片的升角 (一般大于等于20)，以改善装煤效果。采用强力截齿。由于速度加大，截齿的切削厚度增大， 可采用齿伸较长 (120右 )、大断面齿柄 (30*50硬质合金片厚度达时加大齿座尺寸和强度，这样可减少截齿数、降低截齿消耗、增大块煤率和降低煤尘。 5 增大块煤率，减少煤尘生成。即采用双行星传动截割头，适当降低滚筒转速，使其转速在 22 24r 增大块煤率，减少二次破碎；或 减少截齿数，增大截距 (60以使块煤率增加；滚筒结构上还可采用碟形端盘开窗口，轮毂采用锥形或指数曲线形，以使截落的煤快速排出，从而减少二次破碎；此外还可在螺旋叶片上采用盘形滚刀以及采用抽风和吸尘滚筒。加设高压水射流喷雾装置。即在 4 采煤机上加装增压水泵 (60 70，使喷雾水压达到 量达到 140L样可有效降低煤尘和防止截割时产生火花。 另外减少喷雾喷嘴的直径 (0 5 0 8可形成高压射流，起到辅助切割作用，以减少截齿受力，降低能耗。同时还可加设流量压力自 动控制型水泵，使采煤机滚筒只在割煤时喷雾洒水，以节约水能源。 改进滚筒材质和结构。即采用国际最新耐磨合金钢板制造滚筒，以提高其刚度、强度和耐磨性，同时加大轮毂板厚度和叶片板厚度。在有条件的情况下，我国煤机厂可适当引进国外成型高强度滚筒。 由上述分析，我们确定了我国新型采煤机的设计的大方向以及在设计中应该注意的方面。下面我就对本次采煤机设计作一个总体的介绍。 本次采煤机设计采用电牵引，多电机横向布置。 该机具有电机横摆、结构先进、运行可靠、可实现电液互换、大功率能力强等特点。截割电机、牵引电机的启动、停止等操作 采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定、左右摇臂的升降，急停等操作均由设在机身两端操作站的按钮进行控制，操作简单、方便。 所有电机横向布置。机械传动都是直齿传动。电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出。故传动效率 高，容易安装和维护。采用强力耐磨滚筒，提高割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。可通过更换电控部或液压传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机以实现电液互换，而其它 部件通用。两动力输入部位可安装液压马达，也可安装 40种形式联接尺寸相同。 5 2 方案选定 1 滚筒的数量和位置： 滚筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。由于滚筒直径不宜过大，当煤层较厚 单滚筒采煤机往返截割两个行程才能推进一个截深；双滚筒采煤机每截割一个行程就可以推进一个截深，对煤层变化和顶板、底板的起伏，适应性也好。在滚筒采煤机的设计中虽然也曾出现过三滚筒或四滚筒，但因出煤碎、粉尘多、结构复杂，却对提高采煤机性能无益，故不予考虑。综上述本次设计采用双滚筒。 对于双滚筒可有两种位置布置，一是对称布置于两端，另一种就是两滚筒都布置于一端即采用不对称布置。不对称布置虽然设计相对简 单，但是其工作稳定性不好。所谓工作稳定性就是采煤机在工作过程中保持不翻转、倾斜和不脱离导向物的能力。工作稳定性好将有利于正常工作。而对称布置的滚筒采煤机受到的外力基本是平衡的，因而工作稳定性较好。因此采用双滚筒对称布置。 2 调高方式： 本机采用摇臂调高，这种调高方式不仅调高范围大，并且随时可以调高。 3 摇臂： 采用大角度弯摇臂。这样可以加大过煤空间， 提高装煤效果，卧底量大。 4 轴承： 轴承主要有滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承的润滑和密封条件一般都比较差，轴承的磨损可能引起摇臂较大的径向窜动。截割部主减速 箱最后一级传动不宜用圆锥齿轮，以免摇臂的径向窜动严重影响齿轮的啮合质量。滚动轴承的密封和润滑问题比较好解决，轴承的磨损也比较轻微。本机采用滚动轴承。 5 牵引方式： 滚筒采煤机有各种不同的牵引方式。牵引部和截割部联结成一个整体，在工作面上来回移动，称为内牵引。工作面上只有截割部，却把牵引部设在工作面短头上下顺槽里，牵引部不跟截割部一起移动，只随工作面向前推移，则为外牵引。外牵引只能为有链牵引，而内牵引可以为有链条牵引和无链牵引。有链牵引有断链和跳链的危险，链条的弹性振动和链传动造成的速度脉动，使采煤机受到较 大的动负荷，链条对于滚筒的装载、运输机和液压支架的推移也有一定的妨碍，所以有链牵引有很多不足之处。而无链牵引和有链牵引相比具有很多优点： （ 1） 采煤机移动比较平稳，保证了采煤机的载荷比较稳定； (2) 提高了设备的可靠性和生产的安全； （ 3） 采煤机移动所消耗的能量较少； 6 （ 4） 采煤机的运转噪音较低，有利于改善工作面的劳动条件； （ 5） 提高了采煤机的爬坡能力； （ 6） 在一个工作面上可能采用多台采煤机同时作业，以提高工作面量。通过以上比较本机采用无链牵引中的液压传动。 6 驱动方式： 采煤机驱动的方式有萨那种： 1） 单驱动方式 用 一台电动机驱动采煤机的各个部分，包括牵引部、全部截割部及其他辅助装置等 2） 分别驱动方式 各截割部由单独的电动机驱动，牵引部和其他辅助装置可以由截割部电动机驱动，或另设电动机驱动； 3） 联合驱动方式 把两台电动机结合成整体，共同驱动采煤机的各部分。 分别驱动时，各电动机的功率一般相同。双滚筒采煤机每台截割部电动机的功率只有单机驱动和联合驱动时的一半，截割部可以设计的较小，且结构简单，可以取消易引起发热等问题的横贯牵引部的过轴。本次设计采用分别驱动方式，用两个250两个 40动机驱动牵引部，也可用液压马达驱动牵引部。 7 采煤机的附属设备： 灭尘方式：采煤机在工作中会产生很多的粉尘，需要采取多方面的处理措施。主要有喷雾灭尘、泡沫灭尘和吸尘器捕尘。喷雾灭尘就是用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散，使其雾化，形成把粉尘源与外界隔离的水幕。泡沫灭尘虽然具有一定的优点但是泡沫灭尘需要较复杂的设备，目前还不能大量生产高效、无毒和廉价的泡沫剂，因此在采煤机上未能得到推广。吸尘器从粉尘源吸取尘空气，排入捕尘器，利用扩散、碰撞或离心力等，使粉尘与空气分离，沉积在捕尘器的壳体内壁，然后用水冲洗排入 运输机，净化空气直接排出。通过吸尘器的粉尘约 95%灭尘效率相当高。但是，吸风管口要靠近粉尘源，吸入的含尘空气要多，否则含尘空气在旁边流走，就达不到净化空气的目的了。本机采用喷雾灭尘方式。喷雾灭尘有可分为内喷雾灭尘和外喷雾灭尘，在这里我们选择内外喷雾结合灭尘。 7 3 滚筒采煤机的总体设计及计算 采煤机采用双滚筒对称布置，采用液压缸调高，调高范围： ） 。由经验和理论基础取滚筒水平中心距为 10810摇臂铰接中心距为 6700牵引轮中心距为 5591 机身 宽为 1210 高为： ）。截深为 筒直径分别为： 1400m 1600m。牵引速度为 08（米 /分） 计生产功率： 1 Q = 60 J H （ 3 式中 J 滚筒的有效截深（米） J = H 采煤机的平均采高（米） H = 采煤机的最大工作牵引速度（米 /分） 8； = 煤的重率（吨 / 2米 ）。 Q = 60 8 /时） = 0（吨 /分） 机功率： 1 1260 0 . 6 0 . 4W B X W B （ ） （ 3 31260 0 . 6 0 . 4W B = （ ） （ 千 瓦 ） 式中 1K 功率利用系数，以为该机的驱动方式为分别驱动所以1K= 2K 功率水平系数，由表 3 1查得2K= 3K 后滚筒的工作条件系数，3K= 采煤机的比能耗，由表 3 2查得）。 H AA =300N/ 0 . 4 4 . /W B X W K W h T （ ）。 8 3W B X W B H 6 0 9 7 9 . 7 0 . 6 0 . 4 0 . 86 0 0 . 8 0 . 9N （ ） 550（ 取 N = 591 表 3 1功率水平系数2 人工调速 3 2螺旋滚筒采煤机比能耗 /分） ） 摇臂 臂上摆角 下摆角 装机功率 P=591重 36T。本机采用无链牵引，多电动机横向布置 同时驱动，可以电液互换。截割电机功率为： 2 250 = 500牵引速度为 08（ m/液压牵引速度为 0m/滚筒转速 4050（ r/灭尘方式：内外喷雾。 9 4 滚筒采煤机截割部设计 旋滚筒设计： 1 17 12 螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆柱体，刀具装在焊于螺旋叶片上的齿座中，工作时滚筒转动并作径向移动，截割破碎煤炭，再由螺旋叶片把煤沿滚筒的轴线方向推运出来，装进工作面运输机。 通常所说的滚筒直径是指刀尖所在的圆的直径座焊到叶片上后，螺旋叶片的最大回转直径，称为叶片直径旋叶片的内缘和筒彀相结合处的直径 旋叶片的表面是螺旋面，其上任意点的螺旋升角为： （ 4 式中 iD、 该点所在螺旋线的直径和螺距（采用多头螺旋滚筒时则应为导程）。 削厚度： 1 m a x 100(. 厘 米 ）（ 4 式中 最大切削厚度； m 刀具同一条轨迹（截线）上安设的刀具数； n 滚筒的转速（转 /分）； 牵引速度（米 /分）。 刀具的平均切削厚度可用月牙形面积和截割长度相除而得： m a 3 . 8 n m 厘 米 ） 10 式中 平均切削厚度。 旋滚筒的转向： 为了保证螺旋叶片向运输机装煤，而不是向煤壁推煤，滚筒叶片的螺旋方向应与滚筒转向相适应。站在采空区一侧看滚筒，右螺旋滚筒应是顺时针方向转动，左螺旋滚筒应是逆时针方向转动。在采煤机往返采煤的过程中，滚筒转向虽然不变，却有两种不同的情况 ：顺转时，刀具截割方向与碎煤下落方向相同；逆转时，刀具截割方向与碎煤下落的方向相反。为了增强采煤机的工作稳定性，避免两个滚筒受到的截割阻力方向相同，双滚筒采煤机的两个滚筒的转向应该相反。两滚筒的转向有前顺后逆和前逆和顺两种方案。滚筒直径较大时，滚筒生产率大于运输机生产率，确定滚筒转向应偏重于节省能耗和提高工作稳定性及操作安全的要求。前滚筒截煤量大于后滚筒，后滚筒装煤量大于前滚筒，是采煤机骑座运输机工作的一般情况，因此在该采煤机中滚筒采用前顺后逆。 筒的三个直径 双滚筒采煤机一般要 在每个行程中开采全部采高，滚筒直径不宜小于采高的一半。根据保持两滚筒装煤量相同的要求确定滚筒的直径，设滚筒直径的比值为 a，滚筒的装载效率是，则： A H = （ 1 H + （ 1 （ 4 1 1由后滚筒装走。整理即得 11a 大直径滚筒的装载效率约为 7080%，所以 a = H = ） 由经验类比取两滚筒的 滚筒的最大切削厚度受到最大截距的限制： 11 m （ 4 式中 滚筒刀具的最大截距（厘米）； b 刀具的截刃宽度（厘米）截刃宽一般取 1220机取 b = 15 截槽侧面的崩角，由表 4 1取值。 =38。 表 4 1截槽崩裂角与煤质和切削厚度的关系 0 15 20 25 脆性煤 82 77 73 71 68 65 61 58 55 52 49 43 38 34 韧性煤 69 63 58 55 52 49 45 42 41 38 36 32 29 25 m 整理得 m a x m a x2 t a nt h b =2 0 7813 7 75+了避免螺旋叶片与截槽间残留的煤棱相抵触，滚筒的最大切削厚度不得超过刀具伸出刀座长度的 70%，即 m a x( ) t 0 . 7 ( )b c g D D （ 4 整理得 m a 4 3 ( ) c t g t b 切 削 厚 度 崩 裂 煤 质 12 叶片直径与筒彀直径应保持适当的比例，大直径滚筒应保持比值 。因此取： 0 D m 于直径为 旋升角 20。 旋头数。实验研究证明：叶片螺旋头数对滚筒装煤过程的影响很小。 但是为了调节滚筒叶片的螺旋升角常采用多头螺旋。双头螺旋滚筒每条皆线上可以安装12把刀。在设计时，应使叶片高度 2 ） 和叶片间距）n 保持适当的比例，应使 ）（ 4 式中 S 螺旋线导程； 螺旋头数。 大直径滚筒 K=此 . y （ ） = 2 1 . 2 0 . 6 0 . 82 （ ）=813 取 S=50 齿 11 1 采煤机滚筒设计的一个重要问题是截齿配置，基本要求是：采出的块煤要多，产生的煤尘要小，截割阻力和牵引力要比较均衡地作用在滚筒上。这些要求若能实现，则采煤机使用寿命延长，同时也将提高 煤的售价，保护了井下工作人员的身体健康。块煤率的大小与截齿的尺寸、安装数量以及排列方式都有较大的关系，加大截齿的伸出长度或减少截齿的数量都可以提高块煤率，但这将会加剧整个采煤机的振动，影响采煤机的使用寿命。 图 4采煤机滚筒端面结构图 2端盘截齿 3叶片截齿 端盘截齿的作用是平衡轴向力与自开缺口。 (1)端盘截齿的工作条件接近为半封闭，截齿负荷大， 消耗 的功率占工作机构的1 3左右，端盘截齿消耗占滚筒截齿消耗的一半左右，故其截距要缩小，每条截线上安装的截齿数要增 多。 。 端盘端面安装有 6个端面截齿，以利于采煤机开缺口及防止端盘接触煤壁，增加摩擦和磨损。端盘截齿截距从煤壁向外逐渐加大，即 184 40 (2)滚筒截齿在截煤过程中所产生的振动对采煤机截割部内的各部件及整个采煤机的使用寿命和工作可靠性的影响都是极为严重的。产生振动的原因除了煤是脆性非均匀材料外，另一个较重要的因素是滚筒本身的结构。切槽断面形状不对称是产生截齿侧向力的根本原因 J，所有截齿的侧向力之和就形成了沿滚筒轴向作用的滚筒侧向力，这个力对采煤机的稳定性起着决定性的作用，侧 向不平衡力大小的不断变化导致了滚筒、摇臂以及整个采煤机沿着这个方向振动。因此在每组截齿中设置一个向采空区负倾斜截齿，用以平衡轴向力，以减轻采煤机的振动，提高采煤机 14 的稳定性。 (3)开道截齿采用零度齿，这样对截割是最有利的，因为开道截齿是在半封闭一封闭截槽里工作，条件最差，当它开出一个自由面后，即为以后截齿开创了良好的工作条件。端盘的截割宽度为 120 滚筒的有效截深 630 对整个滚筒的影响却是不能忽视的。 对截齿的基本要求是： 1)耐磨性要好； 2)截齿的几何形状要能适应 不同的煤质和截割条件，截割比能耗要低； 3)拆装截齿要简便迅速，安装固定要可靠，以免截齿丢失； 4)截齿及其固定装置的结构应尽量简单，以利制造和维护。 滚筒采煤机采用的截齿基本可分为两大类：扁截齿和镐型截齿。该滚筒选用扁截齿。根据设计经验，类比去截角 =25、前角 =90 5、后角 =18、侧角 =6、尖角 =3。截刃 5 齿的材料以及截齿的固定 为了保证截齿的强度和耐磨性，截齿齿身常用 30353035经调质处理。为了减少截齿的丢失和更换截齿所消耗的时间，要求截齿装拆方便而固定可靠。由于截煤过程中截齿受到的载荷较重，且有振动所以现代采煤机多采用弹性元件固定截齿。该机的滚筒采用弹簧钢丝挡住柱销来固定截齿。 割部减速器传动系统特点； 截割部减速器要传递采煤机的绝大部分装机功率，载荷重而不稳定，工作条件恶劣，可靠性要求高，外形和尺寸却受到工作环境的严格限制。截割部减速器的强度、刚度、润滑、密封、效率和散热等问题，都应予以着重考虑。 由以往的经验，以及原来采煤机的传 动系统可以了解到滚筒采煤机截割部减速器传动系统都具有以下特点： 1） 由于滚筒轴和电机轴互相垂直，传动系统中必须有一队圆锥齿轮； 2） 截割部系统中还应该有一个离合器或者一个离合齿轮，当离合器或离合齿轮脱开时，调高泵应仍能获得动力。 3） 为了操作轻便，离合器或离合齿轮不设在低速轴上；为了避免圆锥齿轮的模数过大，圆锥齿轮也不宜设在低速轴上。 割部摇臂传动系统 15 图 4截割部传动系统图 割部摇臂传动系统齿轮 齿轮代号 2 4 6 8 10 12 齿数 19 33 34 25 （ 23、 26） 34 （ 33、 36） 17 28 28 39 25 14 66 模数 7 7 7 8 8 10 10 10 10 8 8 8 齿轮的基本尺寸及相关计算： 7 由于采煤机齿轮采用较大的变位系数，齿轮的最小齿数一般为 13或者 14。但第一级齿轮转速很高，齿数不宜太小。本传动系统中齿轮的最小齿数取 14，第一级齿轮的齿数取 19。 齿轮受到偏载常使齿轮端部折断。为了避免偏载，特别是为了消除机壳 刚度不足造成的偏载的影响，齿轮可沿齿宽方向进行鼓形修缘， 1） Z = 19， m = 7； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 7； 齿根高： 齿高： h = 分度圆直径： d = 133； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 147； 齿根圆直径： m（ = 16 2） Z = 33， m = 7； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 7； 齿根高： 齿高： h = 分度圆直径： d = 231； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 245； 齿根圆直径： m（ = 3） Z = 34， m = 7； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 7； 齿根高： 齿高： h = 分度圆直径： d = 238； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 252； 齿根圆直径： m（ = 4） Z = 25， m = 8； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 8； 齿根高： 10； 齿高： h = 18； 分度圆直径： d = 200； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 216； 齿根圆直径： m（ =180； 5） Z = 34， m = 8； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 8； 齿根高： 10； 齿高： h = 18； 分度圆直径： d = 272； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 288； 齿根圆直径： m（ =252； 17 6） Z = 28， m = 10； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 10； 齿根高： 齿高： h = 分度圆直径： d = 280； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 300； 齿根圆直径： m（ =255； 7） Z = 39， m = 10； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 10； 齿根高： 齿高： h = 分度圆直径： d = 390； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 410； 齿根圆直径： m（ =365； 8） Z = 14， m = 8； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 8； 齿根高： 10； 齿高： h = 18； 分度圆直径： d = 112； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 128； 齿根圆直径： m（ =92； 9） Z = 66， m = 8； 齿距： P = m = 齿顶高： m = 8； 齿根高： 10； 齿高： h = 18； 分度圆直径： d = 528； 齿顶圆直径： m（ Z+2） = 544； 齿根圆直径： m（ =508； 18 图 4轮结构 图 4轮结构图 动比以及输出转速： 动比 高速传动比 i = 34/19 33/26 39/17（ 1+66/14） = 中速传动比 i = 34/19 34/25 39/17（ 1+66/14） = 低速传动比 i = 34/19 36/23 39/17（ 1+66/14） = 出转速 采煤机电动机的额定转速一般为 14601475转 /分。本机采用 250率为 250压 1140V，转速 1476r/出 转速： 19 高速 n = 1476/i = 1476/ r/ 中速 n = 1476/i = 1476/ r/ 低速 n = 1476/i = 1476/ r/ 各轴承选用的规格和代号 采煤机中普遍采用滚动轴承 。适应采煤机载荷重而尺寸受到严格限制的特点，本采煤机采用调心滚子轴承和圆柱滚子轴承。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 轴承代号 2218C 2219C 22224C 22222C 22222C 42136 22314C 22224C 筒采煤机的摇臂 14 采煤机摇臂是采煤机的关键部件，结构复杂，不 规则。它的一端联接截割滚筒，一端接电机。电机经过 多级齿轮传动，将动力传给滚筒，齿轮轴通过轴承安装在摇臂上。本机采用弯摇臂，摇臂长度为 摇臂上摆角 下摆角 20 41、 2、 3、 4、 5、 6 工艺基准块 割部减速器的润滑 采用飞溅润滑时，油面位置应适当，使润滑油能被转动的齿轮溅到啮合面上，同时也甩到箱壁上，以利散热，轴承也应获得必要的润滑。减速器的轴布置在同一水平或接近同一水平，润滑效果一般较好。飞溅润滑的优点是：润滑强度高，散热快，对润滑油的粘度变化和杂质不敏感，也不要 添加润滑设备。 但当采煤机在倾斜煤层中工作时，润滑油集中在低处，位于高处的传动件润滑条件较差。为了保证正常的润滑条件，应避免加速器过长，如不可避免，应将减速器内腔分隔成几个独立油池。 摇臂减速器的润滑是个特殊的问题。当摇臂下倾，滚筒截割底煤时，摇臂内的润滑油积在端头；反之，上倾截割顶煤时，摇臂端头的齿轮得不到良好的润滑。为了解决这个问题，需设置回油装置。 另外为了保证喷油润滑系统能正常工作，需要设置过滤器 、流量监测元件和油位指示器等。采煤机摇臂和机头减速箱连接处，支承摇臂套的轴承载荷重而运动速度 21 很低，滚筒轴靠 近煤壁处的轴承，载荷也很大，这些轴承最好与截割部减速器隔开，采用压力注油器定期注入润滑脂。经过实践证明大功率采煤机截割部应采用极压工业齿轮油。这种油是在齿轮油中加入极压添加剂 ，以改善油液的品质，提高抗磨性和抗烧结性。本机 在齿轮腔中加注 22 5 滚筒采煤机 的主要技术 参数 和配套设备 采高（ m）： 截深（ m）： 适应倾角： 液压牵引 40 电牵引 15（ 35） 滚筒直径（ m）： 筒转数（ r/ 摇臂长度（ 摇臂摆动中心距（ 6400 牵引力（ 液压牵引 500;417 电牵引 524;437 牵引速度（ m/ 液压牵引 0 牵引 0 8 牵引型式： 电液互换 ,无链 ,销轨 机面高度（ 1100;1200 最小卧底量（ 337（机面高 1100;237（机面高 1200 灭尘方式： 内外喷雾 装机功率（ 2250+2 40+11 电压（ V）： 1140 机重（ T）： 36 输送机： 30 00 20 支架： 4/25 等 电机 型号； 率： 250压： 1140V 转速： 1476r/23 6 本机的主要特点 1） 机身矮，装机功率大。截割电机容量调整范围宽。 2） 整机为无底托架积木式组合结构。各部件之间为干式对接，对接面之间无任何机械或液压传动关系。机身 三大部件之间使用高强度 T 形螺栓和四个楔形哑铃销以及两个 150 定位销连接和紧固，提高了大部件之间 联接的可靠性。 3） 截割电机、牵引电机的启动、停止等操作采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定、左 右摇臂的升降，急停等操作均由设在机身两端操作站的按钮进行控制，操作简单、方便。 4） 所有电机横向布置。机械传动都是直齿传动。电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出。故传动效率 高，容易安装和维护。 5） 液压系统设计合理，采用集成阀块结构，管路少，连接可靠；经常调整的阀设在液压箱体外，便于检修和 更换；液压元件全部选用专业厂家的各牌产品，如调高泵 选用 能稳定，技术可靠。 6） 截割机械传动链设有扭矩轴过载保护装置，并设有强制润滑冷却系统，提高了传动件，支承件的使用寿 命。 9） 截割部采用四行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间， 提高装煤效果，卧底量大 。 10） 保证可靠性及使用寿命，传动系统中的轴承和高速端的油封采用进口件，齿轮材料选用国内最好的钢种 18工材料）。 11） 采用强力耐磨滚筒，提高割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。 12） 可通过更换电控部或液压 传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机以实现电液互换，而其它 部件通用。两动力输入部位可安装液压马达，也可安装 40引电机。两种形式联接尺寸相同。 13） 调高油缸与调高液压锁采用分离布置，液压锁置于壳体空腔内，打开 24 盖板即可取出液压锁，方便井下查 找故障和更换调高油缸、液压锁等维修工作。 14） 行走箱与牵引部为干式对接，拆行走箱后，牵引部不漏油。行走箱内为干油润滑，行走轮轴承寿命高 。 25 7 技术 和 经济分析 一直以来，采煤机的发展方向都是向大 功率、高效率、采掘厚煤层方面 发展。这符合国内目前的煤炭采掘业的实际情况。在以前很多采煤机也已经开始采用多电机驱动采煤机，以提高采煤机的功率。本机吸取了前人的实践经验，采用多电机横向布置电牵引 。两台截割部分别由两个 250电动机驱动，牵引部以及其他的辅助装置由单独的 2 个 40者 液压马达 驱动。另外，该 机 还 可通过更换电控部及液压传动部面成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机，并且可通过更换行走部和支承组件，形成 其它部件通用。 本 机 机 身矮，装机功率大。截割电机容量调 整范围宽。为了加宽截割电机的功率调整范围，采煤机截割部设计强度为 300机容量调整范围为 150 300过调整截割电机容量，可实现一机多型 。 从而能够更好地适应不同工作面煤质变化要求。三种容量截割电机的联接尺寸完全相同。可采中厚偏薄煤层中的硬煤，是采高范围 煤层 选择 的理想机型。 该采煤机可以根据 各个煤矿企业煤层的不同，生产不同的机型以适应市场的要求，提高产品生产的灵活性。另外也节约了研发设计的时间和资金。 该机 机械传动都是直齿传动。电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出。故传动效 率高，容易安装和维护。截割机械传动链设有扭矩轴过载保护装置，并设有强制润滑冷却系统，提高了传动件，支承件的使用寿命。保证可靠性及使用寿命，传动系统中的轴承和高速端的油封采用进口件，齿轮材料选用国内最好的钢种 18工材料）。 虽然这些材料价格不便宜，但质量优异，能够保证采煤机的正常工作时间，提高采煤机的生产效率 。 这就应了那句买的贵，用的便宜的俗语。 机器 采用 了 强力耐磨滚筒，提高割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本 。 为提高采煤机的 维护性，液压传动各主要控制阀，均设于箱体以外，以便于调整 。 为进一步提高采煤机的可靠性，除设有电机过载，过热保护之外，液压传动设有恒功率自动控制，高压保 护和失压保护，另外左右截割部（摇臂）高速端各设有机械离合，机身两端和中间各设有急停开关。 能够很好的保证机器的正常工作。 26 8 总结 本次毕业设计，是对采煤机截割部进行设计。通过这次设计我对矿山机械和采掘机械都有了更进一步的认识和了解。滚筒采煤机作为煤炭采掘的重要工具之一，已经经历了近百年的发展历程，目前其设计技术也日趋成熟。 本次设计主要是在前人的基础 上 ，对采煤机进行改进和革新。 本次设计的 采煤机采用了两 个 250大功率电动机 分别 驱动 左右 截割部，另外还 还用了 2个 40液压系统设计采用集成阀块结构，管路少，连接可靠；经常调整的阀设在液压箱体外，便于检修和更换； 这次设计我主要负责截割部的设计，在这次设计中我对采煤机的滚筒、摇臂以及截割部传动系统等做了技术分析和类比 ， 对这些结构进行了革新设计。该机的滚筒采用强力耐磨 滚筒，提高 了 割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本 。摇臂采用弯摇臂 。 传动系统都采用直齿轮，在
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