畢業(yè)設計（論文）-薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器設計

遼寧工程技術大學畢業(yè)設計(論文)1前言按煤層賦存的條件，對煤炭的開采可以分為露天開采和地下開采。采煤方法不同，所使用的采煤機械也不同。在地下開采中，我國所采用的采煤方法基本上以走向長壁式方法為主。在走向長壁式采煤方法中，有可以分為前進式、后退式、全部垮落式和填充式等。目前國內外采用這些采煤方法的國家所用采煤機械，絕大多數是滾筒式采煤機、刨煤機和掘進機，只有少數先進的煤礦采用薄煤層采煤機等設備。煤炭是我國的主要能源，煤炭工業(yè)為國民經濟發(fā)展做出了重大貢獻。但是煤炭工業(yè)面臨著許多困難和問題，主要包括產業(yè)結構不合理，生產投入不足，勞動條件差等方面的問題。它在一定程度上解決了這些方面的問題，采煤機械化是最終發(fā)展的必然。所以如何提高采煤效率以滿足我國現代化建設中迅猛發(fā)展的經濟對能源的需要就成了十分迫切的要求。1）開采順序和方法對于傾角10以上的煤層一般分水平開采，每一水平又分為若干采區(qū)，先在第一水平依次開采各采區(qū)煤層，采完后再轉移至下一水平。開采近水平煤層時，先將煤層劃分為幾個盤區(qū)，立井于井田中心到達煤層后，先采靠近井筒的盤區(qū)，再采較遠的盤區(qū)。如有兩層或兩層以上煤層，先采第一水平最上面煤層，再自上而下采另外煤層，采完后向第二水平轉移。按落煤技術方法，地下采煤有機械落煤、爆破落煤和水力落煤三種，前二者稱為旱采，后者稱為水采，我國水采礦井僅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者為主。壁式采煤法工作面長，一般100200m，可以容納功率大，生產能力高的采煤機械，因而產量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般630m，由于工作面短，頂板易維護，從而減少了支護費用，主要缺點是回采率低。2)生產系統(tǒng)邵啟飛:薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計2包括采煤系統(tǒng)、掘進系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、輔助運輸系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。采煤系統(tǒng)包括工作面的落煤、裝煤，將煤由工作面運往井底車場，直到提升至地面。主要井巷包括采煤工作面，采區(qū)順槽、采區(qū)上山、水平運輸大巷、石門等。主要設備有采煤機、運輸機械，支護設備及提升機等。掘進系統(tǒng)是為了保證生產的持續(xù)進行，即在當前生產同時，要開掘出新的工作面、采區(qū)及生產水平以備接替。其包括掘進工作面、矸石運至井底車場由副井提升后送至堆放地。主要設備包括掘進、支護、運輸、提升等所用的設備以及風動鑿巖機、空氣壓縮機及其管路等。通風系統(tǒng)由進風井巷、回風井巷、通風機和井下通風設施如風橋、風門等構成。排水系統(tǒng)由巷道中的水溝、水倉、水泵峒室、水泵及排水管路組成。供電系統(tǒng)要求不得中斷、以保安全，因此供電電流為雙回路，同時進入采區(qū)和回風道的電器設備都必須采用礦用防爆型，防止瓦斯爆炸。輔助運輸系統(tǒng)包括人員上下和材料，設備的運輸。安全系統(tǒng)包括預防瓦斯爆炸、瓦斯突出，以及井下火災和水災所需要的救治設備、設施、器材、儀表和監(jiān)測系統(tǒng)。3)采掘工作面采煤工作面是地下采煤的工作場所，隨著采煤的進行，工作面不斷向前推進，原來的采場即成為采空區(qū)。長壁工作面采煤的工序為破煤、裝煤、運煤、支護及控頂等五項；短壁工作面只有前四個工序。以滾筒式采煤機為主，組成長壁工作面綜合機械化設備，可以完成五個主要工序，稱為綜合機械化采煤，簡稱綜采，此工作面稱綜采工作面。掘進工作面是井巷掘進的工作場所，分為巖巷、煤巷和半煤巖巷三種。掘進工序分破巖、裝運和支護三項。掘進方法分兩種，一為鉆爆法，二為使用掘進機。前者應用范圍廣但機械化程度低，后者包括全斷面巖巷掘進機及懸臂式掘進機兩種。煤礦一般廣泛使用懸臂式掘進機，包括掘進機、轉載機、運輸機和支護設備共同組成掘進綜合機械化，完成三道主要工序，稱為綜掘。4）采煤機械化分級按中國煤礦的地質情況及實際生產狀況，將機械化分為三級：普通機械化采煤，簡稱普采，采煤工作面裝有采煤機、可彎曲鏈板輸送機和摩擦式金屬支柱、金屬頂梁設備，可完成前三工序機械化，但功率較小，一般工作面年產量1520萬噸。高檔普通機械化采煤，簡稱高檔普采。采煤工作面裝有采煤機，可彎曲鏈板輸送機，液壓支柱和金屬頂梁，遼寧工程技術大學畢業(yè)設計(論文)3可使前三工序機械化。由于有液壓支柱，因此頂板維護狀況良好，支護和控頂雖為手工操作，但勞動強度大為減輕，功率亦較大，年產量為2030萬噸。1緒論1.1國內外采煤機械的發(fā)展及其現狀采煤機設計模型及手段可以反應現代化采掘機械的技術水平；裝機總功率2000kW、牽引速度達30m/mim、生產能力2000t/h、截割高度6.0m、滾筒壽命大于500萬噸；具有建立在微機基礎上的智能化監(jiān)測、監(jiān)控和保護系統(tǒng)技術；實現交互式人機對話、遠程控制，具有工況監(jiān)測及運行狀態(tài)顯示、數據采集、儲存及傳輸、故障診斷及預警、自動控制、自動調高等多種功能技術；實現液壓支架、輸送機的信號交流和聯(lián)動控制等功能及整個工作面自動化技術，井下、地面兩級故障診斷及維修管理系統(tǒng)機電一體化技。把煤從煤層上截落下來并運出采煤工作面，這個煤炭生產的兩個主要工序。使用刮板輸送機實現煤的運輸，而把煤從煤層截落下來并裝入輸送機，則是由采煤機來完成。采煤機完成了洛美和裝煤的這兩個主要工序，就實現了煤炭開采的機械化。本世紀四十年代初，英國和原蘇聯(lián)相繼研制出了鏈式采煤機。這種采煤機是用截鏈截煤落煤，在截鏈上安裝被稱為截齒的專用截五煤刀具，這種采煤機工作效率低。五十年到初，英國和德國相繼研制除了滾筒采煤機。才這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上裝有截齒，用截煤滾筒實現截煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎。這種采煤機的兩個缺點也是決定它更新的得點使得采煤機不斷更新和完善，進入六十年代，英國、德國、法國以及前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出兩項革命性改進。其一是截煤滾筒可以在使用中調節(jié)起高度，完全解決對煤層賦予田間的適用性；第二項是把圓筒形截煤滾筒改進成螺旋葉片式截煤滾筒或螺旋滾筒，極大的提高了裝煤的效果。這兩項改進稱為現代化采煤機械的基礎。六十年代以后，刨煤機也有了長足的改進，滑行刨的研制成功，使刨煤機成為與采煤機競爭的采煤機設備?？烧{高螺旋滾筒采煤機或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送機設備，構成綜合機械化采煤設備。使煤炭生產進入高產、高效、安全、和可靠的現代化發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設備成為各國地下開采煤礦的發(fā)展方向。自七十年代以來，綜合機械化采煤設備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日邵啟飛:薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計4益完善，生產率和可靠性進一步提高。工況自動監(jiān)測，故障診斷以及計算機數據處理和數顯等先進的監(jiān)控技術已經在采煤機上的到應用，現代采煤機已經發(fā)展成為高科技機電一體化產品。我國在地下開采煤礦紅應用采煤機械始于五十年代初。當時從蘇聯(lián)引進鏈式姐妹機和鏈式聯(lián)合采煤機，并進行組織自行生產。由于這種采煤機械生產率低，沒能在我國普遍推廣使用。六十年代，我國從波蘭引進了滾筒式采煤機，并組織自行制造同類機械。七十年代初，我國從英國、德國、波蘭和法國等國家大量引進雙滾筒可調高采煤機，并組織制造同類型設備，我國開始大規(guī)模研制和生產現代化采煤設備。自七十年代初至今，經過幾十年的引進和開發(fā)相結合的發(fā)展過程，現在我國已經能自行設計和生產適合于各種煤層賦予條件的滾筒式采煤機。為了更好的發(fā)展必須加大煤炭生產機械化力度，大幅度提高煤炭生產率。這就要求我們不斷開發(fā)出技術先進、高效并可靠的新型采煤機，不僅滿足國內生產之需，而且力爭打入國際市場。1.2薄煤層采煤機的分類及其特點由于受到煤層厚度的限制，薄煤層采煤機分為騎溜子式和爬底板式兩類。騎溜子式采煤機的機身騎在刮板輸送機上，并靠其支撐和導向。當電動機功率為100KW時，電動機高度h=350mm，國美空間高度至少為C=140160mm，輸送機中部槽高度為180190mm，則機面高度至少達到A=600650mm.考慮到頂梁厚度，頂板下沉厚度以及過機空間高度Y（通常Y=90200mm），則騎溜子薄煤層采煤機只能適用于0.750.95m以上的煤層（小值對單滾筒，大值對雙滾筒）。如果電動機功率加大，則電動機高度相應增大，因而最小采高還要加大。爬底板式采煤機，機身位于機道內，因而機面高度降低，使過煤空間高度及過機空間高度增大（240mm），這不僅改善了機器性能，而且可使采煤機在0.60.8m的及薄煤層中工作。采用機身在煤壁側機道內的爬底板式采煤機的工作面通風斷面大，提高了工作的安全性。因此，爬底板采煤機是當前薄煤層采煤機主要的發(fā)展方向。1.3薄煤層采煤機在我國的應用情況我國薄煤層采煤機的研究始于60年代。60年代初,在頓巴斯-1型采煤機基礎上,我國開始自行研制生產采煤機。這類薄煤層滾筒采煤機主要有MLQ系列采煤機,如1964年生產的MLQ-64型,1980年生產的MLQ-80型淺截石單滾筒采煤機,另外還有MLQ3-100型采煤機。70年代至80年代初期,我國自行研制開發(fā)了中小功率薄煤層滾筒采煤機。比較典型的遼寧工程技術大學畢業(yè)設計(論文)5有山東煤研所和淄博礦務局研制的ZB2-100型單滾筒騎輸送機采煤機。ZB2-100型采煤機裝機功率100kW,鏈牽引,牽引傳動方式為液壓調速加齒輪減速。牽引力90kN,牽引速度0214m/min,采高0175113m、煤質硬度為中硬以下的緩傾斜薄煤層。80年代,我們在引進了德國、英國等采煤機生產技術的基礎上,自主開發(fā)和制造適應我國不同的煤層條件的滾筒式采煤機系列產品,并在90年代中期初步完成了主導機型,由液壓牽引采煤機向電牽引采煤機升級換型工作。1980年,黑龍江煤礦機械研究所和雞西煤礦機械廠共同開發(fā)出BM系列騎輸送機滾筒采煤機,其中BM-100型雙滾筒采煤機,性能良好,能自開缺口、強度高、工作可靠,在我國薄煤層采煤中廣泛應用。但是用雙滾筒采薄煤層,結構較復雜,機身又長,所以使用不便,于是又生產出更加簡化的BMD-100型單滾筒薄煤層采煤機。進入90年代以來,為了滿足厚薄煤層薄煤層作為解放層開采礦井的迫切需要,并代中厚煤層滾筒采煤機技術,1997年,由務局、煤科總院上海分院聯(lián)合研制了MG200/450-BWD型薄煤層采煤機,該采用多電機驅動、交流變頻調速、無鏈牽引總裝機功率達450kW,其中截割功率2牽引功率225kW,牽引力400kN,牽引速6m/min。采用騎輸送機布置方式,可用于110117m的薄煤層綜合機械化工作面。樣機于1997年12月在晉華宮煤礦9#層83面投入使用,取得了最高月產量916萬噸、產量5300噸的好成績。國內幾種類型薄煤層采煤情況比較見表。表1-1我國幾種類型薄煤層采煤機基本情況比較SeveraltypesofthinseamofChina'sbasicsituationcomparedShearer型號采高范圍/M牽引力/KN牽引方式生產年代邵啟飛:薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計6BM-1000.75-1.3120(液壓)錨鏈牽引705MG200-B0.8-1.5160(液壓)錨鏈牽引70MG344-PWD1.0-1.8180(液壓)錨鏈牽引70MG250-BW0.9-1.6350/262(交流)齒輪銷軌式無鏈牽引80MG200/450-BWD0.85-1.5440(液壓)無鏈牽引80-90MG250/550-BWD1.0-1.7440(交流)無鏈牽引90我國薄煤層采煤機經過40多年的發(fā)展,技術已趨成熟。但一個突出的問題是:目前我國薄煤層采煤機為方便設計,在行走機構上均采用中厚煤層采煤機所用的相關參數,例如銷排節(jié)距,一般大都采用126mm。這樣做雖能保證其正常運行,但其強度余量過大。近幾年來,我國薄煤層采煤機得到了很大的發(fā)展,但在質量和壽命和高新技術應用等方面與國內大型采煤機,特別是與國外采煤機相比,還存在較大的差距。因此我們還需要進一步的改進和更新。1.4薄煤層采煤機的優(yōu)點機器局限性我國薄煤層資源分布廣泛,113m以下煤層可采儲量約占全部可采儲量的20%。在一些省、區(qū)薄煤層儲量比重很大,如四川省占60%,山東省54%,黑龍江省占51%,貴州省占37%。特別是在南方地區(qū),有些省份薄煤層凈占50%以上,而且薄煤層分布廣,煤質好。但由于其開采煤層厚度薄,與中厚和厚煤層相比,薄煤層機械化開采存在著工作條件差,設備移動困難,煤層厚度變化、斷層等地質構造,對薄煤層設備生產性能影響大,以及投入產出比高、經濟效益不如厚與中厚煤層等特殊問題,造成薄煤層機械化開采技術發(fā)展速度相對緩慢。另外,對一些薄、厚煤層并存的煤礦,由于薄煤層開采速度緩慢,使其下部的中厚煤層長期得不到及時開采,以至影響工作面的正常接替,而有的就只能被迫丟失一些薄煤層資源。隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開采比較多,使得資源越來越少,所以薄煤層的開采已列入日程。因此,研制適合我國實際國情的薄煤層采煤機,以適應不同的煤層結構,提高薄煤層采煤的工作效率是當務之急。1.5薄煤層采煤機設計的目的及意義在產品的總體方案設計階段，首先要明確產品必須實現哪些功能，還要明確用戶使用產品的各種條件和用戶對產品的要求和愿望。然后根據國家的技術經濟政策，基于設計能力和產品制造技術水平，從宏觀方面考慮所要求的功能。并能實現用戶要求的各種結構方遼寧工程技術大學畢業(yè)設計(論文)7案，最后經過技術經濟評價，確定一種或兩種結構方案繼續(xù)進行結構設計。因此，通過總體結構的方案設計，不至于使產品結構方案出現大的失誤，也不至于從開始設計時就糾纏與具體的結構細節(jié)而忽略拉總體結構的合理性，甚至照成設計的返工而浪費時間。在此基礎上再對薄煤層采煤機的截割部進行細致設計使其有更高的生產效率.對滾筒式采煤機的使用經驗表明只有按照“量體裁衣”的原則來設計采煤機，這樣的采煤機才能在煤炭開采中滿足要求。到