采掘机械课件.第六章上课讲义

采掘机械课件.第六章20世纪90年代后期，我国的连续采煤机以配套引进为主，用于房柱式开采和长壁工作煤巷掘进，取得了优异的技术经济指标。例如，自1995年开始，神东矿区将连续采煤机及配套设备应用短壁开采和煤巷掘进，结合神东煤层实际条件，将连续采煤机短壁机械化开采技术不断改进和完善，形成了具有神东特色的连续采煤机短壁机械化开采模式，实现了工作面落煤、运输及回收煤柱等各工序的机械化作业，为不适合采用长壁机械化开采工艺的煤矿提供了一种高效、安全、成套的采煤技术，作为长壁采煤技术的重要补充，在神东矿区煤炭开采中发挥着重要作用。目前神东矿区连续采煤机在用台数达30多台，主要用于巷道掘进和短壁机械化开采。二、连续采煤机的工作原理和工作方式1．连续采煤机的工作原理图6-1连续采煤机工作原理截割滚筒上装有按一定规律排列的镐形截齿，有的截割滚筒上还装有同步运动的截割链。作业循环开始，截割机构的升降液压缸将截割滚筒举到要截割的高度。行走履带向前推进过程中，旋转的截割滚筒切入煤层一定深度（即截深），然后，行走履带停止推进，再用升降液压缸使滚筒向下运动到底板，即可切割出宽度等于截割滚筒长度、厚度等于截槽深度的弧形条带煤体。目前，连续采煤机的截割滚筒长度大多数为3.3m，由于它的截割臂只能上下运动而不能左右摆动，所以一次只能截割3.3m的宽度。2．连续采煤机的工作方式图6-2连续采煤机的作业循环（1）铲装板处于停放或飘浮的位置，截割臂处于半举升状态。从工作面一侧向前移动机器至与工作面煤壁接触，再举升起截割至需要的高度，打开喷雾水阀，再开动截割机构电动机，并开动湿式除尘器风扇电动机。（2）降下稳定靴稳定机器，随后开动机器向工作面煤壁掏槽392～558mm，然后操纵多路换向阀手柄使截割滚筒向下截割整个工作面的高度。（3）提起稳定靴，使截割滚筒沿底板截割，机器后退约490mm，以修整底板。（4）升起截割臂至顶部，沿顶板截割，机器前进修整顶板，至切入煤壁掏槽深392～558mm，再向下截割工作面高度大约一半。（5）将机器的截割滚筒从掏槽位置向后退，并将输送机机尾放置于梭行矿车的输送机上面，开动机器的装运机构电动机，再向前移动，装载已截割下来的物料，装完后降下稳定靴，继续对剩下的工作面端头煤壁进行截割装载。当梭行矿车装满后，关掉装载机构电动机，提起稳定靴倒车，并用截割滚筒整平底板，然后举起截割臂至适当高度，准备下一个作业循环。三、连续采煤机的结构特点各种类型连续采煤机主体结构基本相同，一般具有以下特点：（1）多电机独立驱动。一般用6～7台电动机，分别为截割、装运、行走和液压等系统提供动力。机械传动系统简单，电动机及减速器都装在机架外侧易于拆装的地方，便于排除故障及进行维护。（2）横轴式滚筒截割机构。截割滚筒横向布置，由左、中、右三段组成，中部滚筒可用截割链代替。螺旋滚筒上装有镐型截齿用以截煤。用两台电动机同时驱动滚筒，它们固定在悬臂上，可纵向或横向布置。电动机、减速器和滚筒一起随悬臂上下摆动。（3）耙爪及刮板链装运机构。耙爪装载机构经刮板转载机直接将煤卸入梭车。耙爪及刮板链由同一台或两台电动机驱动，链速一般为2m/s左右。转载机溜槽较低，槽底装有可更换的抗磨合金条。转载机尾部可上下升降和水平摆动，其摆角从中心向两侧各45o。（4）履带行走机构。可用两台直流或交流电动机经减速器分别驱动两条履带。直流电动机由可控硅整流装置供电，可无级调速。交流电动机用三速电机，可得到高、中、低三种行走速度。（5）开式液压系统。普遍采用油泵和油缸组成的开式液压系统，常采用齿轮泵或转子泵，系统压力为10～15MPa左右。机器上还装有大型油箱、自动注油及外接液压源等装置。（6）完善的机械保护装置。截割电动机上装有摩擦离合器或闸瓦离合器；装运电动机的减速器中装有摩擦离合器，对电动机及其传动系统进行过载保护；行走电动机上装有液压盘式制动器，当向上倾斜截煤时，将机器固定在工作面，或者动力中断时防止机器下滑。所有电动机均为水冷式。四、12CM18-10D型连续采煤机（一）总体结构图6-312CM18-10D型连续采煤机1-电控箱；2-左行走履带电动机；3-行走履带；4-左截割滚筒电动机；5-左截割滚筒；6-右截割滚筒；7-右截割滚筒电动机；8-装运机构电动机；9-液压泵及其电动机；10-右行走履带电动机；11-操作把手；12-行走部控制器；13-主控站；14-输送机升降液压缸；15-主断路器；16-截割臂升降液压缸；17-装载机构升降液压缸；18-装载机构；19-稳定液压缸；20-运输机构；12CM18-10D型连续采煤机的主要特点是：机架整体布置紧凑，驱动动力均为电动机而未采用液压马达，因而传动效率较高，故障率相对较低，而且所有的电动机均布置在易于拆装的外侧，方便维修和更换。操作上也十分方便和安全，既可手动也可离机遥控。在启动过程中，顺序控制严格，安全可靠，并有操作显示屏进行操作步骤显示和故障显示，避免了带隐患进行工作，更不会误操作。易发生过载的传动系统中装设有安全离合器和扭矩轴。辅助装置还设有瓦斯监测、湿式除尘和干式灭火装置。两台截割电动机横向布置在截割臂的两侧，通过减速器将动力传至截割链及左右截割滚筒。（二）主要技术参数采高2.657～4.420m生产能力8～23t/min截割功率2×140kW总装机功率448kW卧底量205mm重量55.384t机器外形尺寸（长×宽×高）10.843×3.3×(1.473～4.420)m截割滚筒宽度3302mm截割滚筒直径915mm截割滚筒转速59r/min装载机构型式扒爪刮板输送机链速2.44m/s刮板输送机槽宽610mm刮板输送机摆角±45o最小卸载高度780mm最大卸载高度2068mm履带行走速度0～4.1m/min（三）传动系统图6-412CM18-10D型连续采煤机传动系统1-截割机构链轮；2、6、11-电动机；3-扭矩轴；4、7-摩擦离合器；5-刮板输送机机头链轮；8-履带链轮；9、12-行星轮减速器；10-液压盘式制动器图a:截割机构传动系统图b:为装载机构传动系统图c:牵引机构传动系统。（四）截割机构图6-512CM18-10D型连续采煤机截割机构1-右截割滚筒；2-截链；3-悬臂筒形轮毂；4-截割悬臂；5-截割链张紧装置；6-左截割滚筒；7-截割电动机；8-扭矩轴；9-摩擦离合器12CM18-10D型连续采煤机截割机构由截割臂、左右截割滚筒、截链及张紧装置、减速器、电动机及其安全保护装置等部件组成。截链及截割滚筒布置在截割臂的最前端，截割臂后端铰接在机架上，它靠其下方两边液压缸的升降实现上下摆动。减速器的传动比为24.8，截割滚筒的转速为59r/min，截齿的切线速度为2.82m/s。1．截割滚筒、截割链及其张紧装置图6-612CM18-10D型连续采煤机截割链紧链装置1-润滑孔；2-尾轴；3-双列向心滚子轴承；4-滚筒；5-浮动密封；6、8-螺塞；7-柱塞；9-液压缸缸体；10-弹性销；11-内六角头螺钉2．减速器图6-712CM18-10D型连续采煤机截割机构减速器1～8-直齿圆柱齿轮；9-链轮

截割机构电动机驱动摩擦离合器，摩擦离合器将动力传给扭矩轴，扭矩轴里侧的外花键插入空心轴齿轮1的内花键孔中，该齿轮的两端各装一双列调心滚子轴承并支承在箱体上。齿轮2通过花键与轴Ⅱ连接，轴Ⅱ两端各装一单列圆柱滚子轴承。轴Ⅲ用花键连接齿轮4和5，轴的两端用锥形滚子轴承支承在箱体上。外侧压盖用内六角头螺钉固定。Ⅳ轴上的齿轮6、7和轴承的结构、安装方法与Ⅲ轴完全相同。齿轮8通过内花键与空心主轴连接，主轴用两盘双列球面滚子轴承支承在悬臂筒形轮毂内。其中I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴及其齿轮、轴承在卸开箱体外侧端盖后都可拆下来，维修更换很方便。该减速器的左右两部分完全对称，零件通用。在空心主轴上用花键装有链轮9，它与减速器箱体之间的两侧各装有浮动机械密封，其座腔用内六角头螺钉紧固。3．机械安全保护装置12CM18-10D型连续采煤机截割机构传动系统中装有两套机械安全保护装置，即安全摩擦离合器和扭矩轴。（五）装载运输机构12CM18-10D型连续采煤机的装载运输机构由装载机构和刮板输送机构组成，如图6-8所示。图6-8装载机构1-扭力臂；2-升降液压缸；3-挡板；4-电动机；5-铲装板1．装载机构两种形式:即扒爪式（如图6-9）和拨盘式（如图6-10），图6-9扒爪式装载装置1-主副扒爪；2-偏心铰轴；3-连杆；4-摇杆铰轴；5-摇杆；6-固定铰轴；7-偏心圆盘；8-减速器表面耐磨盖板图6-10拨盘式装载装置1-圆盘；2-弧形耙杆；3-压盖；4-铲装板；5-单链刮板输送机主轴2．转载机构转载机是一台单链刮板输送机，主要由机头链轮轴、刮板链、尾滚筒组件、紧链装置、机尾摆动液压缸、多伸缩升降液压缸和前段、中段及后段机槽等组成，其作用是将装载机构装入机槽的物料运至机器后端然后卸载到其他运输装置。图6-11转载机构1-中段机槽；2-回转盘；3-弹簧钢板；4-后段机槽；5-顶杆；6-横梁；7-导槽角钢；8-水平摆动液压缸；9-凸轮；10-回定支承凸轮；11-垂直铰轴；12-防护板；13-升降液压缸铰轴；14-尾滚筒3．减速器装运机构的减速器由一台交流电动机驱动，横置于铲装板右侧下方，其结构如图6-12所示。图6-12转载运输机构减速器1、2、8-直齿圆锥齿轮；3-行星轮；4-内齿圈；5-行星架；6、7、10-轴齿轮；9-转盘轴（六）履带行走机构图6-13履带行走机构1-驱动链轮；2-减速器；3-直流电动机；4-导板；5-履带图6-14履带张紧装置1-托辊；2-注脂塞；3-柱塞；4-液压缸；5-圆锥滚子轴承；6-润滑油塞；7-M20螺栓；8-浮动密封；9-转轴（七）主液压系统12CM18-10D型连续采煤机的主液压系统由双联齿轮泵、液压缸和操纵控制阀组等部分组成，用于驱动截割臂的升降、机器的稳定、铲板的升降与固定、输送机的升降与摆动。R1-截割臂液压缸；R2-稳定靴液压缸；R3-装煤铲装板液压缸；R4-输送机升降液压缸；R5-输送机摆动液压缸图6-1512CM18-10D型连续采煤机主液压系统1、2-双联齿轮泵；3-分配阀；4、15-滤油器；5、14-顺序阀；6-多路换向阀；7-载荷锁定阀；8、12-单向阀；9-卸荷阀；10-安全阀；11-手动闸阀；13-溢流阀；16-冷却器1．截割臂升降回路截割臂升降的执行机构为两个双作用液压缸R1，可实现截割臂的升降、固定及维检时抬起机器前端等功能。2．稳定靴控制回路稳定靴装设在机器后部输送机的下方，由一个倒置的双作用液压缸R2、靴板及铰轴等构成。3．铲装板控制回路铲装板控制的执行机构为两个单作用液压缸R3，可实现铲装板的升降、固定和沿巷道底板的浮动。4．输送机升降控制回路输送机升降控制的执行机构为两个多级伸缩液压缸R4，液压缸R4为三级，总行程为454.15mm,能够实现输送机升起和下降5．输送机摆动控制回路输送机摆动控制的执行元件为双作用液压缸R5，对输送机的后段实现左右各450的摆动运动。（八）辅助液压系统主要控制连续采煤机除尘器的供水、泥桨泵液压马达及行走履带减速器的液压盘式制动闸的供油。图6-1612CM18-10D型连续采煤机辅助液压系统1、2-液压泵；3-滤油器；4-减压阀；5-二位四通电磁阀；6-二位四通液控阀；7-二位二通液控阀；8-减压阀；9-顺序阀；10-安全溢流阀；11-液压马达；12-泥桨泵（九）冷却喷雾及除尘系统冷却喷雾系统的作用是以一定流量和压力的洁净水冷却电动机、控制器、后喷雾除尘，并向湿式除尘器供水。当冷却喷雾水未接通前，不允许开机超过15分钟。为了能够有效地控制粉尘的浓度，必须要有足够的供水量，为此在截割臂的压力水回路上装设有流量压力组合开关，当供水流量低于21L/min、压力低于1MPa时，截割机构的电动机不能启动。在截割过程中，如果水的压力低于0.827MPa或流量低于17L/min，截割电动机会自动关闭。喷雾除尘共有17个直径为1.5mm的喷嘴，其中左右截割滚筒各布置3个，左右截割滚筒端盘各布置1个，截割臂上布置2个，截割链上布置2个，右侧铲装板布置3个，湿式除尘器布置2个。截割滚筒上的6个喷嘴朝机器左侧倾斜一个角度安装。喷雾时，借助水雾流动的动压，将机器右侧的风流导向左侧，以便当工作面的左侧挂设风帘时将污风风流导出。12CM18-10D型连续采煤机配置有一套TJM-1301型湿式除尘器，对工作面含尘气流进行强制性吸出，配合工作面压入式通风组成通风除尘系统。五、几种连续采煤机的技术特征从上世纪八十年代以后，我国从国外引进了数种连续采煤机。表6-1国外引进的部分连续采煤机技术特征型号项目LN80012CM-111036RBML-22截割高度（m）机器长度（m）机重（t）生产能力（t/min）1.4～1.510.44910～151.6～3.110408～121.4～3.7105212～180.81～1.311298.1工作机构滚筒直径(mm)滚筒转速(r/min)截割速度(m/s)103544.662.98～3.58914532.583837.691.63～3.0660～914692.39～3.3装载机构型式转速(r/min)耙爪54耙爪50耙爪螺旋转载机构宽度(mm)高度(mm)转速(m/s)摆角610.762032.33±45°7622031.9±45°7621252.39±45°6101272.0行走机构推进速度(m/min)调动速度(m/min)接地比压(MPa)0～17.70.164.5716.70.1723.516.70.1612.112.50.118电动机截割(KW)装载(KW)行走(KW)油泵（KW）总容量（KW）120×226×249×23042089×24426×23733182×25226×23430286×2172六、连续采煤机的配套设备连续采煤机的配套设备有工作面运输设备、顶板支护设备、辅助作业设备和工作面供电设备。这些设备与主机组成了既适合房柱式开采,又适合煤巷多头掘进的新型采掘设备.1．运输系统及其运输设备（1）半连续运输系统及其设备（2）连续运输系统及其设备2．顶板支护及其设备掘进巷道时，全部采用锚杆支护，使用自行式锚杆机或手持式锚杆机完成钻孔和安装锚杆两道工序。在回收煤柱时，则采用履带行走式液压支架或单体支柱，将采煤工作面与采空区隔开，为连续采煤机提供作业空间。在房柱式开采的整个过程中，使用的支护设备和支护材料有三种：即履带自移式液压支架、单体支柱、锚杆。3．辅助作业设备辅助作业设备有自行式胶轮铲车、挖沟机、通风和喷雾降尘装置。表6-2是连续采煤机工作面配套设备一个典型范例。表6-2连续采煤机工作面配套设备设备名称单位数量使用地点及用途连续采煤机台1工作面掘进或回采煤炭锚杆机台1工作面支护顶板履带行走式支架台2工作面支护顶板连续运输系统套1工作面、顺槽运煤铲车台1工作面、顺槽运料给料破碎机台1运输顺槽破碎大块煤、转运煤炭运煤车或梭车台2工作面运煤备注：当工作面使用连续运输系统时取消给料破碎机。第二节刨煤机一、刨煤机的工作原理图6-17刨煤机的工作原理1-刨头；2-刨头传动装置；3-链轮；4-牵引锚链；5-千斤顶；6-刮板输送机；7-输送机传动装置二、刨煤机的特点及适用条件1．特点与滚筒采煤机相比，刨煤机一般具有以下优点：（1）刨煤机的截深很浅，一般为50～100mm，因此可以充分利用煤层的压张效应，故刨削力及单位能耗小，煤的块度大，煤尘小。（2）结构简单、可靠，工人可在顺槽控制台进行操作，不必跟机行走，大大减少了工人的劳动强度，有利于工人身体健康和人身安全。（3）刨煤机的驱动装置位于工作面两端，刨头可以设计得很低(约300mm)，有利于实现薄煤层、极薄煤层机械化采煤。（4）刨煤机装煤效果好，瓦斯析出均匀，有利于改善工作面通风。（5）静力刨煤机本身一般不带动力，其上无“电、风、水”等管线，简化了工作设备，有利于工作面管理。但与滚筒采煤机相比，刨煤机又有以下缺点：对煤层顶、底板等地质条件的适应性不如滚筒采煤机；调高比较困难；开采硬煤层比较困难；刨头与输送机和底板的摩擦阻力大，效率较低。2、适用条件鉴于刨煤机有以上特点，故一般适用于以下煤层条件：(1)节理发达的脆性煤，不粘顶煤最好。(2)一般要求顶板中等稳定，顶板允许裸露宽度为0.8～1.1m，时间为2～3小时，且伪顶不大于200mm。底板较平整，没有底鼓或超过7°～10°的起伏。(3)煤层沿走向及倾斜没有大的断层和褶曲。断层落差为0.3～0.5m时，可以用刨煤机开采；落差大于0.5m时，应作超前处理。(4)开采0.5～2.0m厚的缓倾斜煤层，层厚1.4m以下及倾角15°以下的煤层条件对刨煤机最为有利。基于刨煤机本身的优点，一些国家规定，凡是工作面条件适合时，应优先采用刨煤机。德国、前苏联等国的薄煤层开采主要采用刨煤机。三、刨煤机的结构组成刨煤机，也称刨煤机组，一般由刨煤、运煤、推进和电气控制四部分组成。辅助装置有机头锚固、通讯、信号、照明、防尘等部分。1．刨煤部分刨煤部分是刨煤机的主要工作机构，具有区别于其他采煤机械的重要技术特征。它由刨头、牵引刨头的刨链、导护链装置以及带动刨链的动力传动装置等部分组成。2．运煤部分运煤部分由刮板输送机、挡煤板、刨链的导护链装置(导链块、护链罩)、推移梁、防滑梁等部件组成，其作用是将刨煤机刨下来的煤运出工作面，同时固定刨煤部分的导护链装置。推移梁在工作面两端，防滑梁在工作面上端。3．推进部分由推移千斤顶和供液系统组成。其作用是逐步推移输送机，使刨头获得新的截深。4．电气控制部分由供电装置和控制装置组成。供电装置又由变压器、起动器及若干保护装置组成，可在工作面两端供电，也可以一端供电。控制装置主要用于控制刨头、输送机及泵站相互间的配合，可以全部集中控制和部分集中控制，也可以分散控制，一般采用全部集中控制方式。有的刨煤机组电控装置还配置了计算机监控系统。5．防尘、信号系统工作面防尘喷雾是指刨头刨煤处自动喷雾，一般通过集中控制箱中的行程指示器与刨头接近处的喷雾开关来控制喷雾的。工作面信号系统用来保证机组运行和人身安全,有的与工作面监视系统相结合。四、刨煤机结构类型按刨刀与煤体的相互作用可分为:静力式刨煤机和动力式刨煤机两大类。静力式刨煤机的刨刀不带动力，切入煤壁的刨头完全靠牵引链的拉力将煤刨落下来。在刨头刨煤过程中，刨头始终与煤体接触。因此，煤质越硬，所需要的牵引力就越大，对牵引链的强度要求就越高。动力式刨煤机则是利用装在刨头上的动力装置（如激振器、高压水细射流等）使刨刀产生冲击力或通过高压水的切割将煤破落。静力式刨煤机按刨头在输送机上的支撑导向方式的不同，又有拖钩刨、滑行刨及滑行拖钩刨三种类型。静力刨煤机已经广泛应用，而动力刨煤机的技术有待进一步完善。五、拖钩刨煤机1．拖钩刨的原理及特点图6-18拖钩刨煤机的原理1-刨头；2-牵引链；3-掌板；4-推溜千斤顶；5-输送机传动装置；6-溜槽；7-刨煤机传动装置图a、b为后牵引方式，即牵引链铺设在输送机采空侧的导链架内；图c为前牵引方式，其牵引链铺设在输送机煤壁侧。2．拖钩刨的结构图6-19拖钩刨煤机结构1-牵引链；2-导链架；3-推进油缸；4-驱动装置；5-输送机；6-刨头图6-20拖钩刨煤机刨头结构1-刨体；2、8-左右掌板；3、5-回转刀架；4-预割刀；6-导向块；7-限位块；9-卡链块刨头由刨体、回转刀架、刨刀和掌板构成。在刨体的回转刀座上装有底刀、预割刀、腰刀、和顶刀。底刀用来刨削煤层的底部煤，受力较大，最易磨损，一般只使用一、二班就需要更换。预割刀的截深最大，起预先掏槽的作用，以增加煤的自由面，减少底刀和腰刀的切削阻力。预割刀安装在刨体的下部，比底刀超前40mm，在运行中负荷很大，易磨损或折断。腰刀装在加高块的回转刀座上，大部分煤由腰刀刨削下来。回转刀座可左右转动2.5o，使不工作边的刨刀离开煤壁。顶刀装在刨体的上部，起刨削顶煤和避免刨刀架磨损的作用。用增减加高块的数量来调节顶刀的高底，以适应煤层厚度的变化。六、滑行刨煤机1.滑行刨的原理