薄煤層滾筒采煤機總體方案設計與搖臂設計畢業(yè)設計

1、遼寧工程技術大學畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計論文薄煤層滾筒采煤機總體方案設計與搖臂設計前言我國薄煤層資源分布廣泛，1.3m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，而目薄煤層分布廣，煤質(zhì)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(zhì)構造，對薄煤層設備生產(chǎn)性能影響大，以及投入產(chǎn)出比高、經(jīng)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

2、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，所以薄煤層的開采己列入日程。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。我國薄煤層采煤機的研究始于60年代。60年代初，在頓巴斯一1型采煤機基礎上，我國開始自行研制生產(chǎn)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(chǎn)的mlq一64型，1980年生產(chǎn)的mlq一80型淺截石單滾筒采煤機，另外還有mlq3一100型采煤機。 70年代至

3、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。比較典型的有山東煤研所和淄博礦務局研制的zb一100型單滾筒騎輸送機采煤機。zb一100型采煤機裝機功率100kw ,鏈牽引，牽引傳動方式為液壓調(diào)速加齒輪減速。牽引力90kn，牽引速度02.4m/min，采高0.751.3m，煤質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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，

4、其中bm一100型雙滾筒采煤機，性能良好，能自開缺日、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(chǎn)出更加簡化的bm d- 100型單滾筒薄煤層采煤機。bm系列采煤機在我國多個局、礦均有推廣使用，其牽引力達120kn，牽引速度為06m/min可適用于采高0.751.3m,煤質(zhì)硬度為中硬以下緩傾斜薄煤層中使用，平均年產(chǎn)量為16萬t左右。上世紀8090年代期間，為了滿足開采較硬薄煤層的需要和提高薄煤層滾筒采煤機的可靠性，研制了新一代的薄煤層滾筒采煤機。主要有黑龍江煤研所、雞西煤機廠研制的mg150b型采煤機，煤科總院上海分院與大同

5、礦務局聯(lián)合研制的smg200-b型采煤機，中波合作研制的mg344- pwd型強力爬底板采煤機，以及上海分院與西安煤機廠合作研制的m6375- aw型采煤機。mg150b型采煤機為bm一100型采煤機的改進，用以克服bm系列采煤機截割較硬煤層時功率不足、牽引力小的問題，將功率提高到150kw，牽引力提高到160kn。適用于0.81. 5m，煤質(zhì)中硬以下的緩傾斜薄煤層工作面，平均月產(chǎn)量為22.5萬t左右。sm g200- b型采煤機裝機功率為200kw，采用液壓驅(qū)動、無級調(diào)速，鏈牽引，最大牽引力180kn，適用采高為1.01.8m，是國內(nèi)同類型薄煤層采煤機中功率較大的一種，平均日產(chǎn)在1000t左

6、右。mg344- pwd型強力爬底板采煤機是在國家“七五”和“八五”期間由煤科總院上海分院與波蘭科瑪克合作研制成功的國內(nèi)第一臺交流變頻調(diào)速薄煤層采煤機，該機具有機面高度低（僅為721mm）、裝機功率大、機組運行平穩(wěn)、工作可靠等優(yōu)點?？傃b機功率為344kw，其中截割功率為300kw，牽引功率22kw，采用齒輪一銷軌式無鏈牽引，最大牽引力350kn，牽引速度06m/min。適用于采高范圍為0.91.6m、煤質(zhì)較硬的薄煤層工作面。由于該采煤機采用爬底板工作方式，對底板要求較高，底板太軟或起伏太大，適應性差，因此其使用范圍有一定的局限性。m6375- aw型采煤機實際上是中厚煤層采煤機的派生機型，將機

7、面高度壓低以適應薄煤層工作面開采需要。裝機功率為375kw，采用液壓調(diào)速，擺線輪一銷軌無鏈牽引系統(tǒng)，適用于采高1.2一2.6m，工業(yè)性試驗期間在采高1.11.7 m的工作面最高月產(chǎn)為36008t，最高日產(chǎn)為1884t。進入上世紀90年代以來，為了滿足厚薄煤層并存、薄煤層作為解放層開采礦井的迫切需要，并結合當代中厚煤層滾筒采煤機技術，1997年，由大同礦務局、煤科總院上海分院聯(lián)合研制了新一代m6200/450- bwd型薄煤層采煤機，該采煤機采用多電機驅(qū)動、交流變頻調(diào)速、無鏈牽引等技術。總裝機功率達450kw，其中截割功率200kw,牽引功率25kw，牽引力400kn，牽引速度06m/min。采

8、用騎輸送機布置方式，可用于采高為1.01.7m的薄煤層綜合機械化工作面。第一臺樣機于1997年12月在晉華宮煤礦9層8301工作面投入使用，取得了最高月產(chǎn)量9.6萬t,最高日產(chǎn)量5300t的好成績。在此基礎上，又研制出m6250/550- bwd型采煤機。為了滿足廣大中小型礦井薄煤層普采與高檔普采工作面的需要，研制了m6250- bw型薄煤層采煤機，采用騎輸送機布置和液壓調(diào)速無鏈牽引方式，裝機功率250kw，截割電機采用特別設計的充液電機。最大牽引力300kn，牽引速度06m/ min，單電動機縱向布置，機身分為3段，中間為電機，兩端為牽截部。該采煤機的牽截部將泵箱、牽引齒輪傳動部、截割部固定

9、齒輪傳動箱合為一體，結構十分緊讀。各段之間采用高強度螺栓連接，機身無底托架，配用sgb630/ 150c溜槽，機面高度為699m m，可適應采高為0.851.5m薄煤層普采與高檔普采工作面。該采煤機的使用效果有待進一步考察。我國薄煤層采煤機經(jīng)過40多年的發(fā)展，技術己趨成熟。但一個突出的問題是:日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(shù)，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。以mgn132/316- dw型薄煤層采煤機為例，其最大牽引力為37t，每個牽引部牽引力僅為18.5t，而現(xiàn)用銷排強度約60t,可見其銷排強度的

10、余量過大。實際上其使用的還是沿用中厚煤層采煤機所用的銷排，從而薄煤層采煤機的行走機構尺寸較大，采煤機機面高度降不下來，影響了薄煤層采煤機的適用性。另一方面，與薄煤層采煤機配套的現(xiàn)用輸送機、液壓支架等也是根據(jù)銷排尺寸來設計的，同樣尺寸較大，這樣造成采煤機價格較高，不利于薄煤層采煤機的應用推廣。因此，為了使薄煤層采煤機得到進一步的推廣和發(fā)展，在減小采煤機行走機構的參數(shù)、降低采煤機機身高度的同時，設計和開發(fā)適合薄煤層開采所需要的工作面輸送機和液壓支架也己變得迫在眉睫，這將推進采煤機制造業(yè)的進一步發(fā)展。近幾年來，我國薄煤層采煤機得到了很大的發(fā)展，但在質(zhì)量和壽命和高新技術應用等方面與國內(nèi)大型采煤機，特別

11、是與國外采煤機相比，還存在較大的差距。主機用原材料、關鍵零部件、軸承、密封件、電機、電氣元件、液壓元部件等都存在較大的差距。這些問題造成了我們的產(chǎn)品可靠性不高，壽命較低。如采煤機齒輪壽命國內(nèi)5000h，而國外為2萬h，僅為國外同類產(chǎn)品的1/4；很簡單的帶式輸送機托輥，國內(nèi)最好產(chǎn)品的壽命達到3萬h，而國外同類產(chǎn)品壽命可達9萬h。國外綜采工作面采煤機一般都裝有自動監(jiān)控、診斷、數(shù)據(jù)傳輸、無線電遙控裝置，不僅操作方便，而目能通過診斷裝置預先發(fā)現(xiàn)故障并及時排除。1 概述本設計所研究的薄煤層采煤機是為普采、高檔普采工作面研制的一種新型的由多電機驅(qū)動的橫向布置、較大功率的薄煤層齒輪銷軌式牽引采煤機。該機由三

12、部電動機驅(qū)動，其中左、右截割電機功率分別為100kw，牽引電機功率為40kw，總裝機功率共240kw。主要由左搖臂、主機體、右搖臂、調(diào)高油缸、機身連接、冷卻噴霧裝置以及滾筒和其它輔屬裝置等組成。該機是一種沿長壁回采工作面全長穿梭式采煤的薄煤層采煤機。主機分別由煤壁側兩個支承滑靴和老塘側的兩個導向滑靴支承在運輸機的中部槽上，在兩液壓馬達所驅(qū)動的左、右行走箱中擺線輪與銷排的強力嚙合，再由裝在兩行走箱上的導向滑靴的導向，來實現(xiàn)采煤機沿運輸機方向的牽引行走，同時左、右截割部的兩滾筒也在截割電機的驅(qū)動下進行旋轉，檔煤板鉸接在滾筒后從而完成采煤工作面的落煤和裝煤。主要用途和適用條件：該機適用于頂板中等穩(wěn)定

13、，煤層厚度在0.8-1.3米，傾角30的煤層，可采普氏硬度系數(shù)f3的煤質(zhì)和非金屬層狀礦床。工作時可與單體液壓支柱、金屬鉸接頂梁配套組成普采或高檔普采工作面、也可與薄煤層液壓支架配套組成綜采工作面。該機設有液壓防滑制動器。2 采煤機基本功能的結構方案2.1 實現(xiàn)破碎煤壁功能的結構方案2.1.1 銑削式結構方案 在鼓形滾筒的表面或在螺旋滾筒的葉片上安裝截齒，滾筒隨采煤機前移并自轉，截齒邊用銑削的方式把煤從煤壁上截割下來，這是銑削結構。在側銑方式中螺旋滾筒結構應用最普遍，其主要優(yōu)點是它不僅能實現(xiàn)截落煤的功能，還能實現(xiàn)裝煤的功能；水平旋轉軸調(diào)整滾筒高度比較方便，對不同煤層厚度的適應性好；具有自開缺口的

14、功能等。垂直滾筒結構的特點是，滾筒結構簡單，制造方便；破碎煤層時，截齒沿層里運動，截齒所受截割阻力小，采煤機能耗比較低；這種滾筒只能在煤層厚度變化不大的薄煤層中工作，或與其他結構形式的破煤結構組合在一起共同工作，滾筒的適應性小。2.1.2 鉆削式結構方案鉆削式結構是在環(huán)形懸臂的首端安裝截齒，這種懸臂的內(nèi)表面也安裝有截齒。這種結構被稱為鉆削臂。當鉆削頭自轉并沿其軸線方向推進時，首先在煤層中鉆削頭截割出現(xiàn)形截槽，而此環(huán)形槽所圍成的柱狀煤體則被軸線頭內(nèi)的截齒所破碎。這種結構的優(yōu)點是結構簡單，制造方便；集落煤和裝煤功能于一體；煤的坡度大，及其能耗低。其缺點是這種結構應布置于采煤機的端面，機身必沿其鉆削

15、出的空間前進，因此，機身長；這種破煤結構不能自開缺口；為使頂?shù)装迤秸?，還必須配有截割盤，沿頂板和底板截割煤層，因此整個機器的結構復雜；此外，這種破煤結構對煤層厚度的適用性小。2.1.3 滾壓式結構方案滾壓式破沒結構是在螺旋滾筒的旋葉上和滾筒端面安裝滾壓盤刀，當滾筒前移并自轉時，盤刀壓向煤壁，其刃部的擠壓和剪切作用達到破煤的目的。這種破碎煤層的就都優(yōu)點在于，采下煤的塊度大，煤塵明顯低；機器能耗?。槐P刀壽命長，結構復雜成本高。綜合上述各種結構的優(yōu)缺點，結合該采煤機是在煤層厚度小的薄煤層中工作，適用螺旋滾筒結構的特點，所以實現(xiàn)破碎煤壁功能結構方案選擇螺旋滾筒結構。2.2 實現(xiàn)裝煤功能的結構方案把煤從

16、煤壁上破碎下來以后，還要裝到工作面輸送機里運到到工作面之外。能實現(xiàn)這種裝煤工作的結構與落煤結構的種類有關。經(jīng)過淘汰和篩選，只有兩種類型的裝煤機構被廣泛應用。 一種是與落煤結構相結合，不僅具有落煤功能，而且兼有裝煤功能。比如，螺旋滾筒式工作結構，采落下來的碎煤被螺旋葉片自煤壁向采空區(qū)方向輸送，并裝到工作面輸送機里。鉆削式工作機構的鉆削臂也起裝煤作用。這兩種工作機構的裝煤功能要與工作面輸送機的鏟煤板相配合，才能更好的實現(xiàn)。經(jīng)驗表明，通常還有5%20%的采落煤不能裝入輸送機里而留在工作面底板上，這些沒被稱為浮煤。當浮煤量較小時，不必進行人工清理，在輸送機向煤壁方向推移時，浮煤會順采煤板滑入輸送機里運

17、走。而當浮煤量較大時，必須在采煤機之后進行人工清理，稱為掃浮煤。為了減少浮煤量，有時在螺旋滾筒軸上懸有弧形擋煤板，置于滾筒后面，浮于底板之上，收集底板上的浮煤，再由螺旋滾筒通外運。另一種是專門用于裝煤的結構，如犁地的犁一般，被單獨的牽引機構牽引，在工作面往返運行，把碎落在底板上的煤裝入輸送機里。這種結構往往與沒有裝煤功能的工作機構配合，如水平軸鼓形滾筒工作機構等。 由于破碎煤壁功能結構方案選擇螺旋滾筒結構，并且其具有落煤與裝煤功能，所以裝煤功能的結構方案采用螺旋滾筒式工作結構。2.3 實現(xiàn)采煤機自移功能的結構方案2.3.1 傳動方式的選擇2.3.1.1 液壓傳動 如下圖，液壓傳動的牽引系統(tǒng)是有

18、牽引部電動機帶動油泵，經(jīng)油泵排出的壓力油經(jīng)過控制油路的控制閥驅(qū)動油馬達，油馬達在經(jīng)減速器齒輪系統(tǒng)（或直接驅(qū)動鏈輪）驅(qū)動牽引鏈輪。通過改變油泵的排油方向和排油量的大小，改變油馬達的旋轉方向和轉速以實現(xiàn)牽引的換向和牽引速度的調(diào)整。在液壓系統(tǒng)中還要設有安全閥和溢流閥，以防止牽引力過載，起到保護系統(tǒng)的目的。液壓傳動系統(tǒng)的特點是：可以實現(xiàn)無級調(diào)速，保護完善，換向方便，可以實現(xiàn)自動調(diào)速和離機遙控調(diào)速，單液壓元件加工精度高，對于要求嚴格，故障處理較困難，在井下工作面檢修不便。隨著及其功率的加大和長時間的運轉，使油的溫度升高，會造成容積效率降低和油質(zhì)變劣等后果。圖2-1 液壓傳動系統(tǒng)方框圖fig.2-1 hy

19、draulic system block diagram2.3.1.2 電氣傳動 電氣傳動的牽引方式又稱“電牽引”，就是用可以調(diào)速的直流電動機驅(qū)動牽引部。為了簡化采煤機的電源種類和減少輸電過程的損失，截割部和牽引部都采用交流電源，在采煤機上附設整流設備向牽引部供應直流電。但采煤機的外形尺寸受到嚴格的限制。電氣傳動的牽引系統(tǒng)如下圖所示。在電動機的控制回路中裝設了可控硅調(diào)速回路，該回路可接受兩個反饋信號，一個是牽引鏈輪的轉速，經(jīng)截割部電動機的截割回路反饋到控硅調(diào)速回路實現(xiàn)電機轉速的調(diào)節(jié)。另一個是與電動機的限速發(fā)電機的電壓反饋信號，反饋到可控硅調(diào)速回路來提案接電動機的轉速。圖2-2 電氣傳動系統(tǒng)方框

20、圖fig.2-2 electric transmission system block diagram這種傳動方式的調(diào)速、換向、過載保護和各種監(jiān)護保護都可以由電氣系統(tǒng)實現(xiàn)，使得機械傳動部分大為簡化，因而可以縮小采煤機的體積，采煤機的總質(zhì)量比液壓牽引的采煤機減輕約；調(diào)速方便，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性好；牽引部傳動效率比液壓牽引部提高近30%；可以用于有鏈或無鏈牽引系統(tǒng)；裝有兩臺電牽引部的采煤機，可以不降低牽引速度的條件下把牽引力提高一倍。而液壓傳動的無鏈雙牽引部采煤機，因為油泵公用，牽引力提高一倍時牽引速度將降低一倍。根據(jù)該薄煤層采煤機的工作環(huán)境，傳動方式選擇液壓傳動。2.3.2 牽引機構的形式選擇

21、 長壁回采工作面采煤機的牽引機構有三種：鋼絲繩牽引機構、錨鏈牽引機構和無鏈牽引機構。2.3.2.1 鋼絲繩牽引機構過去的采煤機基本都用這種牽引機構，由于是靠鋼絲繩與卷筒之間的摩擦力實現(xiàn)傳動，所以兩者磨損較快，使用壽命短（鋼絲繩的使用壽命為23個月）；又因受到井下空間條件的限制，鋼絲繩直徑不可能太粗，限制了采煤機牽引力的提高；而且斷繩時容易傷人。所以，只有某些特殊條件才被選用。 2.3.1.2 錨鏈牽引機構 采煤機錨鏈牽引方式有兩種：內(nèi)牽引和外牽引。牽引部和截割部聯(lián)結城一個整體，在工作面上來回移動，稱為內(nèi)牽引，牽引部出軸上裝一鏈輪與錨鏈想嚙合，該錨鏈繞過鏈輪、兩端經(jīng)導向輪后拉直，分別固定在工作面

22、輸送機機頭和機尾上，鏈輪轉動時，迫使機身鹽工作面移動。外牽引是把牽引部設在工作面的端部，不跟截割部一起移動，只隨工作面向前推移。和內(nèi)牽引相比，外牽引有不少缺點，主要表現(xiàn)在：1) 牽引部設在工作面一端時，要用兩條在工作面上不斷拖動的牽引鏈，對滾筒裝煤、輸送機和液壓支架的推移都有妨礙，而且容易傷人；2) 如果在工作面兩端各設一個主動鏈輪，雖然可以減少一根牽引鏈，但是牽引鏈的收放很麻煩。實際上不得不采用兩條牽引鏈，采煤機更加復雜，操縱更不便；3) 由于牽引鏈要在工作面上移動，使采煤機的牽引阻力比內(nèi)牽引約大15%20%；而且牽引鏈的彈性振動較大，引起采煤機的動載荷也較大；4) 采煤機在工作面上移動的比

23、內(nèi)牽引時輕，在一定條件可能影響采煤機的工作穩(wěn)定性；5) 截割部和牽引部相距很遠，給操縱造成一些困難。但是，由于被牽引把牽引部設在工作面端頭和順槽里，對牽引部的維修和檢修較為方便；采煤機在工作面上移動的部分比內(nèi)牽引時短，適應頂板和底板起伏的能力比較強。所以，在薄煤層和極薄煤層采煤機上，可以采用外牽引，而且一般選液壓傳動較為合適。在其他情況不宜采用外牽引。和鋼絲繩牽引相比較，錨牽引具有如下特點：a) 錨鏈強度高，承載能力大，能滿足采煤機增大牽引力和提高牽引速度的要求；b) 錨鏈牽引是鏈輪輪齒與鏈環(huán)相嚙合，工作較可靠，并便于采用外牽引方式；c) 錨鏈使用壽命較長，一般在六個月以上。錨鏈斷鏈時彈性較小

24、，采用連接環(huán)聯(lián)結斷鏈很方便；d) 錨鏈的節(jié)距較大，當鏈輪做等速運動時，錨鏈相對鏈輪的移動是周期行變化的，這使采煤機承受較大的載荷。錨鏈牽引比鋼絲繩牽引確實是一大進步，但是由于牽引鏈斷鏈和跳鏈的危險、鏈條的彈性振動和鏈傳動造成的速度脈動會引起動載荷、鏈條對于滾筒的裝載、輸送機和液壓支架的推移還有一個妨礙。所以，錨鏈牽引有改進的必要。2.3.1.3無鏈牽引無鏈牽引采煤機直接利用敷設在工作面輸送機上的軌道運行。具有一系列優(yōu)點：1) 采煤機移動比較平穩(wěn)，保證了采煤機的載荷比較穩(wěn)定；2) 提高了設備的可靠性和生產(chǎn)的安全性；3) 采煤機移動所消耗的能量較少；4) 采煤機的運行噪音較低，有利于改善工作面的勞

25、動條件；5) 提高采煤機的爬坡能力；6) 在一個工作面上可能采用多臺采煤機同時作業(yè)，以提高工作面產(chǎn)量。綜上所述，根據(jù)該采煤機工作環(huán)境，和工作特點，牽引機構的形式選擇無鏈牽引，無鏈牽引的特點符合該采煤機的工作要求。2.4 截割部傳動的選擇2.4.1 電動機-固定減速器-搖臂-滾筒這種傳動系統(tǒng)的特點是，結構簡單，搖臂從固定箱端部伸出，支撐可靠，強度和剛度都比較有利，不足之處是搖臂下方角度受輸送機限制，使?jié)L筒臥底量受限制。2.4.2 電動機固定減速箱搖臂行星齒輪傳動滾筒這種傳動系統(tǒng)特點是，在傳動系統(tǒng)的末端是行星傳動，使其前幾級的傳動比減小，系統(tǒng)簡化，而行星傳動的齒輪魔術也減小，由于在滾筒內(nèi)設有行星傳

26、動，滾筒筒轂直徑大，因此這種傳動系統(tǒng)適于中厚以上煤層的采煤機；搖臂側置，滾筒臥底量大；由于搖臂側置，其支撐剛性在設計時優(yōu)先應注意保證；搖臂與固定減速箱內(nèi)部機件的聯(lián)接也容易松動，應注意加固。2.4.3 電動機減速箱滾筒這種傳動系統(tǒng)特點是，電動機與傳動系統(tǒng)以及滾筒共同組成一個部件，此部件支撐在機身牽引部上，并能繞其支撐點旋轉，實現(xiàn)滾筒調(diào)高。調(diào)高范圍大，機身短，采煤機的開缺口的距離小；整個截割部傳動系統(tǒng)的結構簡化，剛度增加。2.4.4 電動機搖臂行星齒輪傳動滾筒這種傳動系統(tǒng)特點是，電動機與搖臂形成一體，支撐剛度大，簡化了傳動系統(tǒng)，尤其取消的錐齒輪傳動，減小了加工難度，也增加了截割部傳動系統(tǒng)的可靠性；

27、調(diào)高范圍打；縮短了采煤機機身。該采煤機是在煤層較低的空間內(nèi)工作，要求機身不應過大，第（4）種方案結構簡單，剛度大適合該采煤機的要求。搖臂設計采用彎搖臂，這樣設計能提高裝煤效果，行星頭外徑小，整體長度短，保證臥底要求和縮短整機機身長度。3 采煤機輔助功能的結構方案 只具有基本功能的采煤機，能勉強完成在工作面破落煤壁和裝煤的任務。在工作實踐中，由于實際情況的復雜性，為了使采煤機適應復雜情況的需要，人們不斷創(chuàng)造開發(fā)出新的結構，使采煤機具有一些輔助功能。至今這些輔助功能已成為現(xiàn)代采煤機所必須的。這些輔助功能有，適應煤層賦存狀態(tài)變化的功能、降塵和冷卻設備功能、自動拖卷電纜功能等。 3.1 實現(xiàn)適應煤層賦

28、存狀態(tài)變化功能的結構方案3.1.1 能實現(xiàn)使用煤層厚度變化的功能結構方案 該薄煤層采煤機工作于0.8m1.3m之間的薄煤層中，理論是選擇單滾筒，但是為了更有效的采集煤資源，所以采用雙滾筒采煤機，使沒資源能夠更好的開采出來，不被浪費掉有限資源。使一個滾筒沿地板截割，另一個沿滾筒鹽頂板截割，兩個滾筒完成同一層沒的截割。當煤層厚度變化時，兩個滾筒的工作高度應當變化，這就需要能實現(xiàn)適應煤層厚度變化的功能結構，這種結構稱為采煤機的調(diào)高裝置。該采煤機才用下圖的調(diào)高裝置圖3-1 1調(diào)高油缸；2小搖臂；4搖臂軸fig.3-11 1- increase the fuel tanks; 2 - small roc

29、ker; 4 - rocker shaft上圖為調(diào)高油缸在機身下面，小搖臂2與搖臂 固聯(lián)，由于活塞桿伸縮就實現(xiàn)了滾筒工作高度的變化。對于雙滾筒采煤機而言，借助于兩個滾筒到賬高度的變化的改變，能就完全適應煤層厚度等于或小于滾筒直徑的變化情況。3.1.2 適應煤層沿走向波浪起伏以及存在斷層的功能的結構方案采煤機在采空區(qū)安裝有調(diào)斜油缸，采空區(qū)側的滑靴安裝在活塞桿上。活塞桿伸縮就改變了采煤機的傾斜角度。3.1.3 具有開采大傾角煤層功能的結構方案當采煤工作面傾角大于10，一旦機器牽引部失靈，采煤機有可能下滑。有以下幾種防滑裝置：1) 抱閘式防滑裝置2) 盤式制動器防滑裝置此盤式制動器的控制油源于采煤機

30、牽引部液壓系統(tǒng)，當此液壓系統(tǒng)由于某種原因作出需采煤機制動的反應時，控制油就進入油缸產(chǎn)生制動作用。3) 輔助牽引與防滑絞車該采煤機的防滑裝置采用盤式制動器防滑裝置3.2 實現(xiàn)降塵和冷卻功能的結構3.2.1 實現(xiàn)降塵功能的方案采煤機的截煤滾筒在截割煤壁的同時，產(chǎn)生了煤塵并在空氣中飛揚，使井下的空氣遭到嚴重污染，威脅井下的身體健康。在井下，當顆粒直徑在不大于0.751.0mm的范圍內(nèi)的煤塵形成一定濃度時，容易引起煤塵爆炸或瓦斯爆炸。因此降塵是采煤機的一個重要輔助功能。降塵措施有多種，不僅有結構方面的，而且還有采煤機工作參數(shù)方面的等，歸納起來有日下諸方面：1) 提高采煤機牽引速度，降低截煤滾筒轉速，增

31、大碎煤塊度，能明顯地降低煤塵。2) 滾筒軸垂直于采煤機機面，即采用立滾筒，使截齒沿煤層層理截割，也能降低煤層。3) 在可能條件下，減少滾筒上安裝截齒的數(shù)量，增大碎煤塊度，降低煤塵。4) 實現(xiàn)滾筒自動調(diào)高，避免滾筒截割工作面頂板和底板，從而引起采煤機牽引速度降低，避免煤塵大量生成。5) 吸入空氣式降塵結構。6) 用噴霧滅塵7) 用泡沫滅塵該薄煤層采煤機采用噴霧滅塵方式。使壓力為1520pa的壓力誰經(jīng)由噴咀噴出霧化，極細小的液滴充滿滾筒截煤區(qū)，液滴與粉塵相碰而被捕捉。壓力水由設在工作面下順槽的水泵供水。供水膠管通徑不大于25mm。在采煤機進水口處的水壓為2030pa。壓力水經(jīng)過滾筒內(nèi)流出，并由裝在

32、也便上的噴咀噴出，稱為內(nèi)噴霧。當壓力水有設在機身的噴咀噴出為外噴霧。這樣噴霧，降塵效果很好。3.3 卷電纜裝置采煤機沿工作面王府移行工作，電纜和水管也必須隨采煤機移動，因此必須有方便而可靠的卷電纜裝置。懸鏈固定板固定在采煤機電纜進線口近旁的機身上。懸鏈固定板用幾節(jié)懸鏈與尼龍電纜夾板相連。裝置電纜夾板都節(jié)狀，節(jié)與節(jié)之間用銷釘連接，允許彎曲。沿工作面鋪設的電纜和水管被這種h型夾板夾于其間，不但保護了電纜和水管，又允許電纜和水管沿工作面來回彎曲折返。夾有電纜和水管的電纜夾至于工作面輸送機采空區(qū)側的電纜槽之中，使之得到保護。4 采煤機主要特點及主要參數(shù)4.1 采煤機的主要特點(1)兩臺截割電機分別橫向

33、布置在左右搖臂上，使整體結構較為緊湊，且取消了圓錐齒輪傳動，增加了傳動系統(tǒng)的可靠性，并且使截割電機的維修和更換較為方便。(2)各大部件無機械傳動連接，整機長度短、厚度薄、寬度窄對薄煤層適應性強；(3)主機采用整體鑄造殼體，內(nèi)分左牽引部腔、泵箱腔、電控箱腔、右牽引部腔，各腔獨立，互不相通整體鋼性好，避免了各部件聯(lián)接松動問題，減少了故障發(fā)生率；(4)機上設有內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，有較好的滅塵效果；(5)泵箱采用干式系統(tǒng)，管路連接簡單，調(diào)試方便，便于保持油質(zhì)清潔。(6)液壓系統(tǒng)采集成高，將輔助泵、調(diào)高泵、控制閥組集成于主泵且主泵外置，便于維修及修理。(7)牽引減速采用雙行星結構，結構緊湊，傳動比大，體積小。

34、(8)采用彎搖臂設計，提高裝煤效果，行星頭外徑小，整體長度短，保證臥底要求和縮短整機機身長度。(9)截割電機采用機械力矩軸離合裝置，搖臂傳動系統(tǒng)得到有效保護。(10)整機無底托架，最大程度增大過煤高度。(11)液壓調(diào)高油缸采用外置平衡閥取代液壓鎖，消除搖臂振動，便于維修。(12)主泵、馬達富裕系數(shù)大，采用國際名牌產(chǎn)品，可靠性高。(13)整機兩端設有急停按鈕，便于及時停車，安全操作。(14)電氣系統(tǒng)設有過熱、過流保護裝置，保護齊全。(15)該機設有瓦斯斷電報警裝置，提高設備使用安全性.4.2 主要技術參數(shù)生產(chǎn)能力（t/h）:370(滾筒0.76m時)采高（m）：0.81.2滾筒直徑（mm）： 7

35、60 臥底量(mm)： 73 截深(m)： 0.73 滾筒轉速(r/min)： 93.78適應工作傾角()： 30適應煤質(zhì)硬度： f3牽引方式：液壓傳動，擺線輪銷軌式無鏈牽引牽引力（kn）：150牽引速度（m/min）：05搖臂擺角（）： -11.8914.33控制方式： 手動芯線控制操縱方式：手動、中間牽引和兩端調(diào)高、停機拖動電纜規(guī)格(mm2): mcp-0.66/1.14 395125310（660v用） mcp-0.66/1.14 370+125+76（1140v用）拖動冷卻噴霧水管規(guī)格: 19降塵方式: 內(nèi)外噴霧供水壓力(mpa): 4.5供水流量(l/min):125供水管型號:kj

36、r19裝機總功率(kw)：210040牽引電機型號：ybrb-40功率（kw） 40電壓（v）1140轉速(r/min) 1470 截割電機型號：ybcs3-100（a）功率（kw） 100電壓（v）1140轉速(r/min) 1470電壓（v）： 1140外形尺寸 (長寬高)mm: 71081883760機重（t）： 12配套運輸機：sgz-630/110特制5 搖臂裝機功率的確定 雙滾筒裝機功率：設以v=2.0 m/min速度牽引，截割中硬度（截割阻抗=250kgf/cm）煤質(zhì)計算功率。此時采煤機裝機功率 （5-1） 式中 h-采高（m）; t-截深（m）; v-牽引速度（m/min）;r

37、-，煤質(zhì)實體容積（t/m3）; 裝機功率 （5-2）式中 -滾筒直徑與采高的比值 = -前滾筒截割阻抗煤質(zhì)的比能耗-后滾筒截割同樣煤質(zhì)的比能耗= -查表其0.44系數(shù)，當后滾筒在煤層下部逆后旋轉時，取=1-功率利用系數(shù)，單擊驅(qū)動=1-功率水平系數(shù)，查表，取=0.95雙滾筒采煤機的裝機功率從以上結果看，該薄煤層采煤機裝機功率為100kw是合理的，能夠滿足截割部系數(shù)f2.5煤質(zhì)的需要。由裝機功率估算出，截割部驅(qū)動功率為100kw，由此選出防爆電機型號為ybcs3-100。查表，知: 功率（kw）100； 電壓（v）1140；轉速(r/min) 1470。滾筒轉速93.78r/min。6 傳動齒輪設

38、計6.1 確定總傳動比及分配傳動比由電機轉速1470 r/min和滾筒轉速93.78r/min得知:總傳動比 該薄煤層采煤機經(jīng)過二級直齒輪和一級行星齒輪傳動逐級減小。各級傳動比分配如下： 6.2各軸轉矩0軸：0軸即電動機軸 kw r/min nm軸：軸即減速器高速軸 kw r/min nm軸：軸即減速器中間軸 kw r/min nm軸：軸即減速器低速軸 kw r/min nm行星傳動機構 kw r/min 6.3 中速軸齒輪模數(shù)的確定及校核6.3.1 選擇齒輪材料查參考文獻1表8-17 小齒輪選用滲碳淬火 大齒輪選用滲碳淬火6.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周

39、速度=4m/s，查參考文獻1表8-14，表8-15選取 公差組8級小輪分度圓直徑，由下式得 （6-1）齒寬系數(shù)查參考文獻1表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置，取小輪齒數(shù)， 選取=18大輪齒數(shù) 圓整取=30齒數(shù)比 傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)，合適小輪轉矩由公式得 （6-2）載荷系數(shù)k由公式得 （6-3）使用系數(shù)，查參考文獻1表8-20 得 =1.75動載荷系數(shù) 查參考文獻1圖8-57得初值 =1.18齒向載荷分布系數(shù) 查參考文獻1圖8-60 =1.07齒間載荷分配系數(shù)由公式(及得 （6-4） 查表8-21并插值 =1.1則動載荷系數(shù)k的初值彈性系數(shù) 查參考文獻1表8-22 = 節(jié)點影響系數(shù) 查參

40、考文獻1圖8-64 =2.5重合度系數(shù) 查參考文獻1圖8-65 =0.87許用接觸應力 由公式得 （6-5）接觸疲勞極限應力查參考文獻1圖8-69 =585應力循環(huán)次數(shù)由公式得 （6-6）則，查參考文獻1圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù)(不允許有點蝕) 硬化系數(shù) 查參考文獻1圖8-71及說明 =1接觸輕度安全系數(shù) 查參考文獻1表8-27，按一般可靠度查取=1.1 故的設計初值為齒輪模數(shù)m 查參考文獻1表8-3 m=11小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值圓周速度 小輪分度圓直徑大輪分度圓直徑中心距a齒寬b 大輪齒寬 小輪齒寬6.3.3 齒根彎曲疲勞強度校核計算由公式 （6-7）齒形系數(shù) 查參考文獻1圖8-

41、67 小輪=2.60 大輪=2.20應力修正系數(shù) 查參考文獻1圖8-67 小輪=1.60 大輪=1.77重合度系數(shù) 由公式 （6-8）許用彎曲應力 由公式 （6-9）彎曲疲勞極限 查參考文獻1圖8-72 =460 =390彎曲壽命系數(shù) 查參考文獻1圖8-73 =1尺寸系數(shù) 查參考文獻1圖8-74 =1安全系數(shù) 查參考文獻1表8-27 =1.3則 故 齒根彎曲強度滿足。6.4 高速軸齒輪模數(shù)的確定6.4.1 選擇齒輪材料查參考文獻1表8-17 小齒輪選用滲碳淬火大齒輪選用滲碳淬火6.4.2 按齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度=4m/s，查參考文獻1表8-14，表8-1

42、5選取 公差組8級小輪分度圓直徑，由公式（6-1）得齒寬系數(shù)查參考文獻1表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置，取小輪齒數(shù)， 選取=20大輪齒數(shù) 取=42齒數(shù)比 傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)，合適小輪轉矩由式(6-2) 得 載荷系數(shù)k由式(6-3) 得 使用系數(shù)，查參考文獻1表8-20得 =1.75動載荷系數(shù) 查參考文獻1圖8-57得初值 =1.18齒向載荷分布系數(shù) 查參考文獻1圖8-60 =1.07齒間載荷分配系數(shù)由式（6-4）及得 查參考文獻1表8-21并插值 =1.1則動載荷系數(shù)k的初值彈性系數(shù) 查參考文獻1表8-22 = 節(jié)點影響系數(shù) 查參考文獻1圖8-64 =2.5重合度系數(shù) 查參考文獻1

43、圖8-65 =0.87許用接觸應力 由式（6-5）得 接觸疲勞極限應力查參考文獻1圖8-69 =585應力循環(huán)次數(shù)由式（6-6）得則，查圖8-70得接觸強度的壽命系數(shù)(不允許有點蝕) 硬化系數(shù) 查參考文獻1圖8-71及說明 =1接觸輕度安全系數(shù) 查參考文獻1表8-27，按一般可靠度查取=1.1 故的設計初值為齒輪模數(shù)m 查參考文獻1表8-3 m=8小輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值圓周速度 小輪分度圓直徑大輪分度圓直徑中心距a齒寬b 大輪齒寬 小輪齒寬6.5 行星齒輪設計計算6.5.1 選取行星齒輪傳動的傳動類型根據(jù)該采煤機的結構緊湊外廓尺寸小得特點，選取2z-x(a)型行星傳動較合理。6.5.2 配

44、齒計算根據(jù)傳動比i=4.47，n=4，查表3-2 6.5.3 初步計算齒輪的主要參數(shù)按齒輪接觸強度初算小齒輪分度圓直徑小齒輪分度圓直徑的初算公式為 （6-10） 式中 算式系數(shù)，對于鋼對鋼配對的齒輪副，直齒輪傳動=768. 嚙合齒輪副中小齒輪的名義轉矩，= 使用系數(shù)，查參考文獻3表6-7，=1.75 綜合系數(shù)，查參考文獻3表6-5，=2.5 計算機接觸強度的行星輪載荷分布不均勻系數(shù)，=1.4 小齒輪齒寬系數(shù)，查參考文獻3表6-6 =0.75 u齒數(shù)比， 試驗齒輪的接觸疲勞極限，查參考文獻3表6-14，=1600 將各數(shù)值帶入上式中 齒輪模數(shù)m 查參考文獻3表8-3 m=6 mm齒寬b 大輪齒寬

45、 小輪齒寬6.5.4 嚙合參數(shù)計算在2個嚙合齒輪副a-c、b-c中，其標準中心距a為mmmm由此可見，兩各齒輪副的標準中心距均相等。因此該行星輪傳動滿足非變位的同心條件。6.5.5 幾何尺寸計算分度圓直徑 mm mm mm6.5.6 齒輪強度驗算由于2z-x(a)的工作特點，只需按其齒根彎曲應力的強度條件公式進行校核計算，即 （6-11）首先按公式計算齒輪的齒根應力，即 （6-12）其中，齒根應力的基本值可按公式計算，即 （6-13）許用齒根應力可按公式計算，即 （6-14）現(xiàn)將該2z-x(a)行星傳動按照兩個齒輪副a-c、b-c分別驗算如下。6.5.6.1 a-c齒輪副1) 名義切向力中心輪

46、a的切向力可按公式計算；已知mm （6-15）則得 （6-16） 2) 有關系數(shù)a) 使用系數(shù)，查參考文獻3表6-7，=1.75b) 動載荷系數(shù)=1.3c) 齒向載荷分布系數(shù)，按公式， （6-17）計算，查參考文獻3圖6-7（b）得，=1，由圖6-8得=1.3，代入上式得，d) 齒間載荷分配系數(shù)，由參考文獻3表6-9可查得=1.1e) 行星輪間載荷分配系數(shù)，按公式計算, （6-18）己取=1.4，則得f) 齒形系數(shù)，查參考文獻3圖6-22得 g) 應力修正系數(shù)由參考文獻3圖6-24得 h) 重合度系數(shù)按公式計算，即 （6-19）i) 螺旋角系數(shù)，查參考文獻3圖6-25得 =1因為行星輪c不僅與

47、中心輪a嚙合，且同時還與內(nèi)齒輪b嚙合，故取齒寬b=73mm。3) 計算齒根彎曲應力按公式計算齒根彎曲應力，即 （6-20）取彎曲應力=2624) 計算許用齒根應力按公式計算齒根應力，即 （6-21）已知齒根彎曲疲勞極限=340由參考文獻3表6-11查得最小安全系數(shù)=1.6式中 應力系數(shù)，按所給定的區(qū)域圖取時，取=2 壽命系數(shù)，=0.89 齒根圓角敏感系數(shù)按參考文獻3表6-18=1 相對齒根表面系數(shù)按參考文獻3表6-18中取，=0.98尺寸系數(shù)，按參考文獻3表6-17，得=1.02將以上各系數(shù)代入公式（6-13）可得需用齒根應力為 因齒根應力=262小于許用齒根應力，即。所以，a-c齒輪副滿足齒

48、根彎曲強度條件。6.5.6.2 b-c齒輪副在內(nèi)嚙合齒輪副b-c中只需要校核內(nèi)齒輪b的齒根彎曲強度，即按公式（6-12）計算取齒根彎曲應力及按公式（6-14）計算許用齒根應力。已知，。仿上，通過查表或采用相應的公式計算，可得到取值與外嚙合不同的系數(shù)為代入上式得取=210可見，故b-c齒輪副滿足齒根彎曲條件。7 軸設計7.1 高速軸尺寸的確定7.1.1 輸出軸的轉矩t nm （7-1）7.1.2 作用在齒輪上的力輸出軸大齒輪分度圓直徑為mm （7-2）圓周力、徑向力和軸向力的大小如下 n （7-3） n （7-4） n （7-5）7.1.3 確定軸的最小直徑選取軸的材料為，查參考文獻2表4-2，取a=100，有公式初估軸的最小直徑為 （7-6）防爆電機輸出頭直徑為75mm，因為防爆電機輸出頭要插入高速軸內(nèi)，與軸連接，所以軸的最小直徑選120mm。高速軸為齒輪軸，上面有擋圈，查機械設計手冊選擋圈直徑為6mm，gb/t283-1994圓柱滾子軸承nj型02系列nj224e，尺寸，寬度b=40mm，小齒輪齒寬d=125mm，軸承與齒輪間間距取3mm，擋圈與電機間距取3mm，高速軸