采煤機(jī)設(shè)計原理

第五章行走部行走部擔(dān)負(fù)采煤機(jī)任務(wù)時的挪動和非任務(wù)時的調(diào)動。行走部包括行走機(jī)構(gòu)(牽引機(jī)構(gòu))和行走驅(qū)動安裝。第五章行走部行走機(jī)構(gòu)是直接挪動采煤機(jī)的安裝，分鋼絲繩牽引、鏈牽引及無鏈牽引。行走驅(qū)動安裝用來驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)，并實現(xiàn)牽引速度的調(diào)理。按調(diào)速傳動方式有機(jī)械傳動、液壓傳動和電傳動，分別稱機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引。行走驅(qū)動安裝位于采煤機(jī)上的稱內(nèi)牽引，位于任務(wù)面兩端的稱外牽引。第一節(jié)對行走部根本要求對牽引部要求：1)牽引力大2)傳動比大傳動安裝的總傳動比在300左右。3)能實現(xiàn)無級調(diào)速4)不受滾筒轉(zhuǎn)向的影響5)能實現(xiàn)正反向牽引和停頓牽引6)有完善可靠的平安維護(hù)7)操作方便第二節(jié)液壓牽引系統(tǒng)行走驅(qū)動安裝按調(diào)速傳動方式有機(jī)械傳動、液壓傳動和電傳動(機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引)。液壓牽引部是利用容積式液壓傳動的調(diào)速特性來實現(xiàn)調(diào)速性能的行走部。液壓牽引系統(tǒng)經(jīng)過液壓泵排出的壓力油，驅(qū)動液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪傳動或直接帶動驅(qū)動輪。改動液壓泵的流量和排油方向(或利用換向閥改動油流方向)來改動液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)牽引速度的調(diào)理和牽引方向的變換。第二節(jié)液壓牽引系統(tǒng)根據(jù)q和p選用或設(shè)計主液壓泵，根據(jù)qm和p1選用或設(shè)計液壓馬達(dá)。液壓牽引部總效率普通只需60%～65%。設(shè)計時驗算管路壓力損失和整個液壓系統(tǒng)的熱平衡，保證液壓馬達(dá)得到需求的任務(wù)壓力和足夠的油箱容積。必要時配備冷卻設(shè)備，使系統(tǒng)溫升不超越限制。采煤機(jī)液壓牽引部油箱的熱平衡溫升不應(yīng)超越45℃，最高任務(wù)溫度不超越75℃。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)電牽引部由公用牽引電動機(jī)經(jīng)傳動安裝帶動驅(qū)動輪，利用電氣調(diào)速安裝改動電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)牽引方向的變換和牽引速度的調(diào)理。德國Eickhoff公司于1976年制造出第一臺電牽引采煤機(jī)。電牽引采煤機(jī)代表采煤機(jī)的開展方向，近年來高產(chǎn)高效的世界記錄都是電牽引采煤機(jī)發(fā)明的。電牽引采煤機(jī)優(yōu)點：①具有良好牽引特性采煤機(jī)前進(jìn)時提供牽引力；采煤機(jī)下滑時進(jìn)展發(fā)電制動，向電網(wǎng)反響電能。②可用于大傾角煤層牽引電動機(jī)軸端裝停機(jī)時防止采煤機(jī)下滑的制動器。設(shè)計制動轉(zhuǎn)矩為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的1.6～2.0倍，電牽引采煤機(jī)可用在40°傾角的煤層。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)③運轉(zhuǎn)可靠，運用壽命長電牽引采煤機(jī)除電動機(jī)的電刷和整流子有磨損外，其它件無磨損→運用可靠，缺點少，壽命長，維修任務(wù)量小。④反響靈敏，動態(tài)特性好電子控制系統(tǒng)能將多種信號快速傳送到調(diào)理器中，以便及時調(diào)整各參數(shù)，防止機(jī)器超載運轉(zhuǎn)。⑤效率高電牽引采煤機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能只做一次轉(zhuǎn)換，效率可達(dá)0.9；液壓牽引由于能量的幾次轉(zhuǎn)換，再加上存在的走漏損失、機(jī)械摩擦損失和液壓損失，效率只需0.65～0.7左右。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)⑥構(gòu)造簡單機(jī)械傳動系統(tǒng)構(gòu)造簡單，尺寸小，分量輕。⑦有完善的檢測和顯示系統(tǒng)采煤機(jī)在運轉(zhuǎn)各參數(shù)如電壓、電流、溫度、速度等均可檢測和顯示。當(dāng)某些參數(shù)超越允許值時，便會發(fā)出報警信號，嚴(yán)重時可以自行切斷電源。按電氣調(diào)速傳動的類型不同分直流調(diào)速和交流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、開關(guān)磁阻調(diào)速。①直流電牽引采用直流調(diào)速傳動，經(jīng)過直流調(diào)速安裝來改動直流電動機(jī)電樞電壓及勵磁電壓的大小和方向，從而調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和變換轉(zhuǎn)向。直流電動機(jī)分串激直流電動機(jī)和他激直流電動機(jī)，以他激電動機(jī)運用最多。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)②交流電牽引采用交流調(diào)速傳動廣泛運用交流變頻調(diào)速技術(shù)，依托交流變頻調(diào)速安裝改動交流電動機(jī)的供電頻率和供電相序，實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)理和轉(zhuǎn)向的變換。一、直流他激電動機(jī)的牽引調(diào)速特性直流他激電動機(jī)的電樞繞組和勵磁繞組分別供電、分別控制，其機(jī)械特性是硬特性。直流他激電動機(jī)的機(jī)械特性方程M=KmKeφI第三節(jié)電牽引系統(tǒng)M=KmKeφIn電動機(jī)轉(zhuǎn)速；M電動機(jī)轉(zhuǎn)矩；U電樞端電壓；I電樞電流；Rs電樞電阻；φ勵磁磁通；Km，Ke電動機(jī)常數(shù)。利用晶閘管整流和觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通與截止來調(diào)理電樞電壓U，以此來調(diào)理電動機(jī)轉(zhuǎn)速n；同時堅持磁通φ和電樞電流I不變，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩自動調(diào)速特性。假設(shè)調(diào)理磁通φ來調(diào)理電動機(jī)轉(zhuǎn)速n，同時堅持U和I不變，并使M和n乘積不變，實現(xiàn)恒功率自動調(diào)速特性。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)二、直流串激電動機(jī)的牽引調(diào)速特性直流串激電動機(jī)的機(jī)械特性方程M=KmKeφI方程與直流他激電動機(jī)的機(jī)械特性方程一樣，但電樞繞組和勵磁繞組是串聯(lián)的。勵磁磁通φ隨電樞電流I變化，當(dāng)電樞電壓U一定，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時，磁通增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速n下降；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩下降時，磁通減弱，轉(zhuǎn)速n上升。M和n的乘積變化不大→直流串激電動機(jī)調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，其特性屬軟特性，特性曲線為雙曲線。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)直流串激電動機(jī)的機(jī)械特性方程M=KmKeφI直流串激電動機(jī)的軟特性具有起動轉(zhuǎn)矩大，過載才干強(qiáng)，電路簡單的特點。截割功率增大時，牽引力隨之增大，同時牽引速度急劇下降，負(fù)載功率隨著下降，有利于過載維護(hù)。串激電動機(jī)空載時牽引速度急劇升高，易出現(xiàn)“飛車〞危險，但采煤機(jī)空運轉(zhuǎn)負(fù)載也不小，不會出現(xiàn)此景象。直流串激電動機(jī)采用晶閘管整流和觸發(fā)電路控制晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)電樞電壓U的方法與直流他激電動機(jī)根本一樣。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)三、交流電動機(jī)的牽引調(diào)速特性交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速方程f定子電源頻率，Hz；p電動機(jī)的磁極對數(shù)；s轉(zhuǎn)差率。調(diào)理供電頻率f就可調(diào)理轉(zhuǎn)速n。f在工頻以下變化時，氣隙磁通φq為U定子端電壓。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)f升高，假設(shè)U不變→φq下降，導(dǎo)致電動機(jī)轉(zhuǎn)矩下降。為堅持φq不變，通常采用同時調(diào)理U和f，并使壓頻比恒定常數(shù)φq根本不變，轉(zhuǎn)矩根本不變。在工頻以下屬壓頻比恒定、恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)頻調(diào)速控制。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)在頻率f很低時，U(定子端電壓)并不與E(電動勢)根本近似相等，而是E下降更多，使φq減少，堅持不了φq恒定→電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩M和Mmax下降。為提高低頻的轉(zhuǎn)矩，采用提高U來提高M(jìn)→U與f比值增大，不是原先恒定的比值，屬于提高電壓、補(bǔ)償?shù)皖l的調(diào)頻調(diào)速控制，以提高電動機(jī)在低頻時的M和Mmax。提高電壓不能超越電動機(jī)的允許范圍。當(dāng)電壓為恒定值后，轉(zhuǎn)為恒功率調(diào)速。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)調(diào)壓調(diào)頻(VVVF)是交流電動機(jī)的變頻調(diào)速控制的根本原理。為實現(xiàn)VVVF變頻調(diào)速，多采用交—直—交變頻器。采用二極管整流將交流變成直流，再采用SPWM正弦脈寬調(diào)制逆變器，將直流變成可調(diào)頻率的交流，以實現(xiàn)交流電動機(jī)的頻率調(diào)速控制。SPWM控制可采用微機(jī)軟件實現(xiàn)或大規(guī)模PWM集成塊實現(xiàn)。采煤機(jī)上廣泛采用微機(jī)軟件實現(xiàn)。四、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)原理開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)(簡稱SRD)主要由開關(guān)磁阻電動機(jī)〔簡稱SRM〕、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制器組成。第三節(jié)電牽引系統(tǒng)開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)(簡稱SRD)是80年代推出的新型無級變速系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電動機(jī)(簡稱SRM)、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制器組成。第四節(jié)鏈牽引機(jī)構(gòu)牽引鏈3繞過自動鏈輪1和導(dǎo)向鏈輪2，兩端分別固定在保送機(jī)上下機(jī)頭的拉緊安裝4上。自動鏈輪轉(zhuǎn)動，經(jīng)過牽引鏈與自動鏈輪嚙合驅(qū)動采煤機(jī)沿任務(wù)面挪動。自動鏈輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，牽引鏈從右段繞入——左段鏈拉力F1，右段鏈拉力F2，采煤機(jī)牽引力F=F2-F1采煤機(jī)F力作用下，抑制阻力向右挪動。當(dāng)自動鏈輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，采煤機(jī)向左挪動。第四節(jié)鏈牽引機(jī)構(gòu)根據(jù)鏈輪安裝位置不同，分立式鏈輪和程度鏈輪。立式鏈輪吐鏈方便，程度鏈輪的牽引鏈容易堆積，呵斥牽引鏈在鏈輪處被卡死，冒落矸石易進(jìn)入程度鏈輪，產(chǎn)生嚴(yán)重磨損和脫鏈景象——廣泛采用立式鏈輪。鏈牽引特點：①強(qiáng)度高，承載才干大，滿足采煤機(jī)增大牽引力和提高牽引速度的要求。②鏈牽引依托鏈輪齒和鏈環(huán)相嚙合，任務(wù)較可靠。③牽引鏈運用壽命長，普通可用6個月以上。斷鏈后用銜接環(huán)銜接，非常方便。④牽引鏈節(jié)距較大，當(dāng)鏈輪作等速運轉(zhuǎn)時，牽引鏈相對鏈輪的挪動周期性變化→產(chǎn)生動載荷。第四節(jié)鏈牽引機(jī)構(gòu)牽引鏈的固定與張緊牽引鏈經(jīng)過緊鏈安裝固定在保送機(jī)兩端。緊鏈安裝產(chǎn)生的初拉力可使?fàn)恳溊o，并可緩和因緊邊鏈轉(zhuǎn)移到松邊時彈性收縮而增大緊邊的張力。牽引鏈緊鏈安裝：彈簧緊鏈安裝和液壓緊鏈安裝。第四節(jié)鏈牽引機(jī)構(gòu)1-牽引鏈；2-導(dǎo)向鏈輪；3-液壓缸；4-截止閥；5-減壓閥；6-單向閥；7-平安閥任務(wù)原理：牽引鏈1繞過導(dǎo)向鏈輪2，經(jīng)過銜接環(huán)和液壓缸3銜接采煤機(jī)向右任務(wù)，右端牽引鏈張緊力使平安閥7超越調(diào)定值→液壓缸縮回。采煤機(jī)左端牽引鏈的預(yù)緊力(初張力)由定壓減壓閥5的調(diào)定壓力值決議，并使左端液壓缸活塞桿伸出。液壓緊鏈安裝第四節(jié)鏈牽引機(jī)構(gòu)采煤機(jī)繼續(xù)向右端牽引，非任務(wù)邊張力逐漸添加，當(dāng)左端液壓缸的壓力值添加到平安閥調(diào)定值時，平安閥動作，液壓缸收縮，導(dǎo)向鏈輪2右移，用液壓缸的行程補(bǔ)償牽引鏈的彈性收縮——限制非任務(wù)邊張力添加。液壓緊鏈安裝優(yōu)點：非任務(wù)邊堅持恒定張力，初張力(預(yù)緊力)大小由定壓減壓閥調(diào)定值決議。任務(wù)過程中非任務(wù)邊張力由平安閥整定值決議。采煤機(jī)向強(qiáng)力化、重型化及大傾角開展，裝率增大到2000kW，牽引力到達(dá)600～1000kN——牽引鏈不能滿足要求，且牽引鏈一旦斷裂，其儲存的彈性能被釋放，嚴(yán)重危及人身平安→無鏈牽引機(jī)構(gòu)。第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)無鏈牽引優(yōu)點：①取消任務(wù)面牽引鏈，消除斷鏈和跳鏈傷人事故，任務(wù)平安可靠；②同一任務(wù)面可同時運用多臺采煤機(jī)，降低消費本錢，提高任務(wù)效率；③牽引速度脈動比鏈牽引小，采煤機(jī)運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)。鏈軌式雖然也是鏈條，但強(qiáng)度余量較大，彈性變形對牽引速度影響較??；④牽引力大，能順應(yīng)大功率采煤機(jī)和高產(chǎn)高效的需求；⑤取消鏈牽引的張緊安裝，使任務(wù)面切口縮短。對底板起伏、任務(wù)面彎曲、煤層不規(guī)那么等順應(yīng)性加強(qiáng)；⑥順應(yīng)采煤機(jī)在大傾角(可達(dá)54°)條件下任務(wù)，利用制動器使采煤機(jī)防滑問題得到處理。第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)問題：①加強(qiáng)保送機(jī)本身構(gòu)造，運用和管理中堅持平直度；②齒輪、齒軌或銷軸在嚙合傳動中傳送力很大，且起支點作用，磨損加快——材質(zhì)和熱處置要求較高，構(gòu)造上要能快速改換；③為順應(yīng)采煤機(jī)在推移中程度和垂直方向的傾斜，仍能保證正確的嚙合，在銷軸座或齒軌之間的銜接方式上留意可調(diào)性，同時留意溜槽的銜接強(qiáng)度；④無鏈牽引機(jī)構(gòu)使機(jī)道寬度添加約100mm，提高了對支架控頂才干的要求。無鏈牽引機(jī)構(gòu)類型：齒軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)、銷軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)、鏈軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)。第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)一、齒軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)按行走輪方式不同分為銷輪-齒軌式和齒輪-齒軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)。銷輪-齒軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)齒軌分長齒軌和短齒軌。長齒軌固定在保送機(jī)擋煤板上，隨溜槽彎曲。短齒軌(調(diào)理齒軌)活裝在兩節(jié)長齒軌之間。長齒軌兩端各有橢圓形孔，短齒軌兩端的銷軸裝在此孔中。第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)二、銷軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)齒輪-銷軌式和鏈條-銷軌式。銷軌長度=溜槽長度/2，銷軌接口與溜槽接口相互錯開。當(dāng)溜槽在垂直方向彎曲α角時，銷軌間只彎曲α/2。第五節(jié)無鏈牽引機(jī)構(gòu)三、鏈軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)1-采煤機(jī)行走部；2-驅(qū)動鏈輪；3-牽引鏈；4-鏈軌架；5-擋板；6-導(dǎo)向滾輪；7-底托架采煤機(jī)行走部傳動安裝1出軸上的驅(qū)動鏈輪2與鋪設(shè)在保送機(jī)采空區(qū)側(cè)擋板或鏟煤板5內(nèi)鏈軌架4上的不等直徑不等節(jié)距牽引鏈3嚙合而驅(qū)動采煤機(jī)。與鏈輪2同軸的導(dǎo)向滾輪6支承在鏈軌架4上導(dǎo)向。第六節(jié)采煤機(jī)防滑安裝設(shè)計防滑安裝用于煤層傾角大于采煤機(jī)自滑坡度的任務(wù)面。煤礦平安規(guī)程規(guī)定，任務(wù)面傾角在15o以上時，必需有可靠的防滑安裝。無鏈牽引采煤機(jī)在全任務(wù)面滾輪一直與齒條或齒軌嚙合，且牽引部設(shè)有制動安裝，采煤機(jī)不會下滑→