采煤机切割部设计

采煤机切割部设计 山东科技大学继续教育学生毕业 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 用纸 目 录 1 引言………………………………………………………………1 2 方案选定…………………………………………………………6 3 滚筒采煤机的总体设计及计算…………………………………9 3.1 采煤机的滚筒……………………………………………9 3.2 采高和截深………………………………………………9 3.3 设计生产功率……………………………………………9 3.4 装机功率…………………………………………………9 3.5 摇臂和电动机……………………………………………11 4 滚筒采煤机截割部设计………………………………………12 4.1 螺旋滚筒设计……………………………………………12 4.2 截割部减速器传动系统…………………………………18 5 滚筒采煤机的主要技术参数和配套设备……………………26 6 采煤机的主要特点……………………………………………27 7 技术和经济分析………………………………………………29 8 总结……………………………………………………………31 参考文献…………………………………………………………33 致谢………………………………………………………………34 第 1 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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10CM、11CM 系列的连续采煤机，它是现代这种机型的雏形。到70年代末，在11CM型基础上又生产出12CM系列连续采煤机。经过对12CM系列连续采煤机的不断改进、完善和提高，生产出适 用于开采中硬煤层的12CM12—10B、12CM18—10D和B型机，以及适用于特别坚硬煤层的12HM31C型和B型机(神东常用12CM12—10B、12CM18—10D)。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 第 1 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 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／rain之间自动调整，以适应截割电 动机的工作特性；调动时，需以20m／rain的行走速度实现快速调动。 第 2 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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 400KW 以上)，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： 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 第 3 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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750mm 以上方能称为大截深，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(120mm -l50mm 左右)、大断面齿柄(30*50ram)、硬质合金片厚度达l8ram以上的强力截齿，同时加大齿座尺寸 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／rain左右，以增大块煤率，减少二次破碎； 或减少截齿数，增大截距(60ram左右)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。即在采煤机上加装增压水泵(60—70kW )，使喷雾水压达到l8MPa以上，流量达到140L／min以上，这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—0．8ram)，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 第 4 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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40Kw牵引电机。两种形式联接尺寸相同。 第 5 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 2 方案选定 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。 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。 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。 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。 第 6 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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； （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。 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 第 7 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 别驱动方式，用两个250KW的电机分别驱动两个截割部，用两个40KW的电动机驱动牵引部，也可用液压马达驱动牵引部。 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 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。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%-98%，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。 第 8 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 3 滚筒采煤机的总体设计及计算 3.1 本采煤机采用双滚筒对称布置，采用液压缸调高，调高范围： 1.3~3.0（米）。由经验和理论基础取滚筒水平中心距为10810mm、两摇臂 铰接中心距为6700mm、两牵引轮中心距为5591mm， 机身宽为1210mm。 3.2 采高为：1.6~3.2（米）。截深为 0.62m 0.66m。滚筒直径分别 为：1400m 1600m。牵引速度为0~8（米/分） 3.3 设计生产功率： [1] Q = 60?J?H?Vq?γ （3-1） 式中 J——滚筒的有效截深（米）J = 0.63； H——采煤机的平均采高（米）H = 2.4； Vq——采煤机的最大工作牵引速度（米/分）Vq =8； 2 γ = 1.35——煤的重率（吨/）。 米 Q = 60×0.63×2.4×8×1.35 = 979.7（吨/时） = 979.7/60（吨/分） [1] 3.4 装机功率： 60,Q, （3-2） NHH,,，（）0.60.4WBXWBXKK,12 60,,QHWBX =,，（）（千瓦）0.60.4K3KK,12 式中 K——功率利用系数，以为该机的驱动方式为分别驱动所1 以K=0.8。 1 KK——功率水平系数，由表3—1查得=0.9。 22 KK——后滚筒的工作条件系数，=0.8。 33 HH——采煤机的比能耗，由表3—2查得=0.44WBWB（KW.h/T）。 第 9 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 AX = HH,WBXWBA ?=300N/mm。 AAX 。 HHKWhT,,0.44./（）WBXWB ,HKH,, WBXWBX3 60979.7， N,，，，（）0.60.40.8 600.80.9，， 取 N = 591KW。 ,550（KW） 表3—1功率水平系数K 2 MM/电动机maxH 自动调速 人工调速 2.0~2.2 0.90 0.80 2.2~2.4 0.95 0.85 2.4~2.6 1.00 0.90 第 10 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 表3—2螺旋滚筒采煤机比能耗 HWB 牵引速度2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 （米/分） H 0.50 0.44 0.42 0.40 WB （KW.h/T） 3.5 弯摇臂 2055.02mm，摇臂上摆角36.3?，下摆角17.3?。 装机功率P=591KW，机重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 = 500KW。电牵引速度为0~8（m/min），液压牵引速度为0~6.9（m/min）。滚筒转速40~50（r/min）。灭尘方式：内外喷雾。 第 11 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 4 滚筒采煤机截割部设计 [1] [17] [12]4.1 螺旋滚筒设计： 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D。齿座焊到叶片上后，c螺旋叶片的最大回转直径，称为叶片直径D。螺旋叶片的内缘和筒彀相结y合处的直径D称为筒彀直径。 g 4.1.1 螺旋叶片的表面是螺旋面，其上任意点的螺旋升角为： Si （4-1） ,aarctgi,Di 式中 DS 、——该点所在螺旋线的直径和螺距（采用多头螺旋滚筒时ii 则应为导程）。 4.1.2 切削厚度：[1] vq 100(h,,厘米） （4-2） maxnm. 式中 h——最大切削厚度； max 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）； v——牵引速度（米/分）。 q 第 12 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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： vDh2,,qcmax ,,63.8h（厘米）p,,Dnm,c 式中 ——平均切削厚度。 hp 4.1.3 螺旋滚筒的转向： 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。 4.1.4 滚筒的三个直径 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 D与采高H的比值为a，滚筒的装载效率是η，则： c A?H = （1-a）?H + （1-η）ah （4-3） aH和（1-a）H分别是两个滚筒的截割高度，（1-η）ah是前滚筒丢剩的浮煤量，应由后滚筒装走。整理即得 1 a, 1，, 第 13 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 大直径滚筒的装载效率约为70~80%，所以a = 0.6。 = 0.6×H = 0.6×1.6~0.6×3.2 Dc = 0.96~1.98（米） 由经验类比取两滚筒的分别为1.4米和1.6米。 Dc 滚筒的最大切削厚度受到最大截距的限制： tb,max h, （4-4） max2tg,, 式中 t——滚筒刀具的最大截距（厘米）； max b——刀具的截刃宽度（厘米）截刃宽一般取12~20mm，本机取b = 15mm=1.5cm； ——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 切 削 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10 厚 崩 煤 度 裂 质 , 脆性煤 82 77 73 71 68 65 61 58 55 52 49 韧性煤 69 63 58 55 52 49 45 42 41 38 36 第 14 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 tb,max, hmax2tan, 整理得 thb,,，2tan, maxmax =2×0?7813×7?75+1.5=13.6cm 为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 ()t0.7()tbcgDD,,,,, （4-5） maxcy 整理得 DDctgtb,,,,,1.43(), ycmax ?D-22.15=1600-221.5 =1278.5mm c 取D=1.2m， y 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 Dy大于或者等于2。因此取： Dg DyD,,0.6m g2 a,:20y4.1.5 对于直径为1.5米左右的滚筒，螺旋升角。 4.1.6 螺旋头数。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 DD,Syg上可以安装1~2把刀。在设计时，应使叶片高度（）（）和叶片间距保n2t 第 15 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 2S,K持适当的比例，应使 （4-6） n（）,,DDtyg 式中 S——螺旋线导程； nt ——螺旋头数。 大直径滚筒K=0.8，因此 nDD（）.,tyg SK,. 2 21.20.6，,（） =，0.8=0.48m=48mm 2 取S=50mm。 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。 第 16 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 图4-1、采煤机滚筒端面结构图 1.端盘端面截齿 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18mm一28mm一34mm — 40 mm。 (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 mm，与滚筒的有效截深630 第 17 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 mm相比只是很小的一个宽度，但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α=25?、前角β=90?-α=5?、后角γ=18?、侧角 =6?、尖角ω=3?。截刃b取15mm。 , 为了保证截齿的强度和耐磨性，截齿齿身常用30~35CrMnSi，30~35SiMnV或者40Cr钢制作，并经调质处理。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。 4.2 截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。 第 18 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 图4-2、截割部传动系统图 4.2.2 截割部摇臂传动系统齿轮 齿轮Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 代号 齿数 19 33 34 25 34 17 28 28 39 25 14 66 模数 7 7 7 8 8 10 10 10 10 8 8 8 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，修缘量为0.1~0.15mm。 1）Z1：Z = 19，m = 7； 齿距： P = πm = 21.98； 齿顶高： h= m = 7； a 齿根高： h= 1.25m = 8.75； f 第 19 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 齿高： h = 2.25m = 15.75； 分度圆直径： d = mZ = 133； 齿顶圆直径： = m（Z+2）= 147； da 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=115.5； f 2）Z2： Z = 33，m = 7； 齿距： P = πm = 21.98； 齿顶高： = m = 7； ha 齿根高： h= 1.25m = 8.75； f 齿高： h = 2.25m = 15.75； 分度圆直径： d = mZ = 231； 齿顶圆直径： = m（Z+2）= 245； da 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=213.5； f 3）Z3： Z = 34，m = 7； 齿距： P = πm = 21.98； 齿顶高： h= m = 7； a 齿根高： h= 1.25m = 8.75； f 齿高： h = 2.25m = 15.75； 分度圆直径： d = mZ = 238； 齿顶圆直径： d= m（Z+2）= 252； a 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=220.5； f 4）Z4： Z = 25，m = 8； 齿距： P = πm = 25.12； 齿顶高： h= m = 8； a 齿根高： h= 1.25m = 10； f 齿高： h = 2.25m = 18； 分度圆直径： d = mZ = 200； 齿顶圆直径： d= m（Z+2）= 216； a 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=180； f 第 20 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 5）Z5： Z = 34， m = 8； 齿距： P = πm = 25.12； 齿顶高： = m = 8； ha 齿根高： h= 1.25m = 10； f 齿高： h = 2.25m = 18； 分度圆直径： d = mZ = 272； 齿顶圆直径： = m（Z+2）= 288； da 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=252； f 6）Z7： Z = 28，m = 10； 齿距： P = πm = 31.4； 齿顶高： = m = 10； ha 齿根高： h= 1.25m = 12.5； f 齿高： h = 2.25m = 22.5； 分度圆直径： d = mZ = 280； 齿顶圆直径： d= m（Z+2）= 300； a 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=255； f 7）Z9： Z = 39，m = 10； 齿距： P = πm = 31.4； 齿顶高： h= m = 10； a 齿根高： h= 1.25m = 12.5； f 齿高： h = 2.25m = 22.5； 分度圆直径： d = mZ = 390； 齿顶圆直径： d= m（Z+2）= 410； a 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=365； f 8）Z11： Z = 14，m = 8； 齿距： P = πm = 25.12； 齿顶高： h= m = 8； a 齿根高： h= 1.25m = 10； f 第 21 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 齿高： h = 2.25m = 18； 分度圆直径： d = mZ = 112； 齿顶圆直径： = m（Z+2）= 128； da 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=92； f 9）Z12： Z = 66，m = 8； 齿距： P = πm = 25.12； 齿顶高： = m = 8； ha 齿根高： h= 1.25m = 10； f 齿高： h = 2.25m = 18； 分度圆直径： d = mZ = 528； 齿顶圆直径： = m（Z+2）= 544； da 齿根圆直径： d= m（Z-2.5）=508； f 图4-3、齿轮结构 第 22 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 图4-4、齿轮结构图 4.2.4.1 传动比 高速传动比i = 34/19×33/26×39/17×（1+66/14）=29.774； 中速传动比i = 34/19×34/25×39/17×（1+66/14）=31.904； 低速传动比 i = 34/19×36/23×39/17×（1+66/14）=36.718； 4.2.4.2 输出转速 采煤机电动机的额定转速一般为1460~1475转/分。本机采用YBCS4—250C型电机，功率为250KW，电压1140V，转速1476r/min。输出转速： 高速 n = 1476/i = 1476/29.774 = 49.6（r/min）； 中速 n = 1476/i = 1476/31.904 = 46.3（r/min）； 低速 n = 1476/i = 1476/36.718 = 40.2（r/min）； 4.2.5 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。 第 23 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 序1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 号 轴NJ22221NJ19 222122222222222242136 22312222承20E 8C 9C 4C 2C 2C 4C 4C 代 号 4.2.6 滚筒采煤机的摇臂[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2055.02mm。 摇臂上摆角36.3?，下摆角17.3?。 4-5采煤机摇臂壳简图 1、2、3、4、5、6工艺基准块 第 24 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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N320硫磷工业齿轮油。 第 25 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 5 滚筒采煤机的主要技术参数和配套设备 采高（m）： 1.6～3.2 截深（m）： 0.63;0.66 适应倾角： 液压牵引?40? 电牵引?15?（35?） 滚筒直径（m）： 1.4;1.6 滚筒转数（r/min）： 49.6;46.3;40.2 摇臂长度（mm）： 2055.02 摇臂摆动中心距（mm）： 6400 牵引力（KN）： 液压牵引 500;417 电牵引 524;437 牵引速度（m/min）： 液压牵引 0～5.7;0～6.9 电牵引 0～8 牵引型式： 电液互换,无链,销轨 机面高度（mm）： 1100;1200 最小卧底量（mm）： 337（机面高1100mm）;237（机面高1200mm） 灭尘方式： 内外喷雾 装机功率（KW）： 2×250+2×40+11 电压（V）： 1140 机重（T）： 36 输送机： SGZ-830/630 SGZ-764/500 SGZ-730/320 支架： ZZS5600/14/25等 电机 型号；YBCS4-250C 功率：250KW 电压：1140V 转速：1476r/min 第 26 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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Φ150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 A2F12R4P1，性能稳定，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 18Cr2Ni4WA（军工材料）。 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。 第 27 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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40Kw牵引电机。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。 第 28 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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250KW 的电动机驱动，牵引部以及其他的辅助装置由单独的2个40KW的电动机或者液压马达驱动。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1.1m和1.2m两种机面高度，而其它部件通用。 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300Kw，电机容量调整范围为150～300Kw，通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1.5～3.2m 硬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 18Cr2Ni4WA（军工材料）。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， 第 29 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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。 第 30 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 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250KW的大功率电动机分别驱动左右截割部，另外还还用了2个40KW的电动机驱动牵引部和采煤机的辅助设备。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，在最 后一级传动中采用行星轮进行传动。 本次所设计的采煤机截割功率大、适用于中厚煤层。，另外该机还可以 通过调整截割电机的容量，还可以随媒质的变化实行一机多型。 通过这次毕业设计，使我对机械设计有了更深刻的认识。在以前的课 程设计中我们大都是对一个机器中的一个小部件进行设计，工作量小、结 构简单。通过简单的查点资料基本上就可以解决问题了。而这次毕业设计 是对一个大型的机械进行设计，虽然我只做了截割部的设计，但工作量却 是以前的好几倍。而且完全是按照实际工作中查找资料、调研、分析、方 案论证、整体设计再到具体设计的步骤走下来的。这是一次独立的设计的 锻炼，使我们设计的过程和步骤有了 更进一步的了解，将对我以后的工作产生深远的影响。 另外在这次毕业设计中几乎用到了大学四年所有的专业课知识，包括 机械制图、机械原理、材料成型、公差配合，机械设计和机械制造技术等 等。这次设计使我们系统的总结了以前的理论知识，巩固了所学的知识， 第 31 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 加深了对那些知识的理解。使我们认识到了所学专业知识在实际生产中的 应用方式以及在实际生产的作用。 再者通过这次毕业设计使我重新认识了机械设计的方法和设计思想。 那就是在机械设计的过程必须在吸取前人经验的基础上，大胆改进、大胆 创新。自己设计的东西需要经过各种各样的理论和实践的检验，一旦都合 格了就可以应用于实际生产中，当然也有失败的时候，但是不能怕失败， 因为前人的设计经验就是从不断的失败中慢慢摸索出来的。也就是说创新 设计是设计的生命力的源泉。 最后这次毕业设计是我们离校前的一项重要任务，它是我们从学校步 入生产的桥梁。我们通过这次设计对实际生产的过程有了进一步的了解， 为我们即将开始的工作做一个心理的准备。这也应该是毕业设计的最大的 意义。虽然在毕业设计中难免会出现很多的问题，但是这样的接近实际生 产的实习是非常必要的，它给我们提供了一个非常好的锻炼机会。这样的 锻炼很可能对我们以后的工作生活产生不可替代的影响。 第 32 页 山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸 参考文献 [1].陶驰东.采掘机械（M）.北京：煤炭工业出版社，1985.10 [2].吴宗泽.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，2003.6 [3].成大先.机械设计手册（单行本）常用设计资料[M].北京：化学工业出版社，2004.1 [4].成大先.机械设计手册（单行本）机械传动[M].北京：化学工业出版社，2004.1 [5].成大先.机械设计手册（单行本）联结与紧固[M].北京：化学工业出版社，2004.1 [6]. 濮良贵.纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001 [7].大连理工大学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 画教研室.机械制图[M].北京：高等教育出版社，1993.5 [8].赵则祥.公差配合与质量控制[M].河南：河南大学出版社，1999.3 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