【正文】 章 采煤機的使用與維護(hù) ............................................................. 56 采煤機使用過程中常見故障與處理 ........................................................ 56 大功率采煤機截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法 ................................... 57 采煤機軸承的維護(hù)及漏油的防治 ............................................................ 58 煤礦機械傳動齒輪失效的改進(jìn)途徑 ........................................................ 60 硬齒面齒輪的疲勞失效及對策 ............................................................... 64 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 第一章 概述 采煤機發(fā)展的歷史 20 世紀(jì) 40 年代初， 英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C。這種采煤機是用截鏈?zhǔn)浇芈涿?，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制出了 用刨削方式落煤的刨煤機。 50 年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機，在這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾筒實現(xiàn)落煤和裝煤。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(chǔ)。這種采煤機的主要缺點有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層厚度及其變化適應(yīng)性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤機生產(chǎn)率的提高。進(jìn)入60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。 1．截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性； 2．把圓筒形截割滾筒改進(jìn)成螺旋葉片截煤滾筒， 即螺旋 滾筒，極大地提高了裝煤效果。這倆項關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化采煤機械的基礎(chǔ)。 可調(diào)高螺旋滾筒采煤機或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送機配套，構(gòu)成綜合機械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化 發(fā)展 發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設(shè)備朝著大功 率、遙控、遙測方向 發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工 礦自動檢測、故障診斷以及計算機數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機上得到應(yīng)用。 我國現(xiàn)行 采煤機搖臂殼體的設(shè)計基本上都采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法 :根據(jù)經(jīng)驗和以往設(shè)計實例設(shè)計人員在紙面上設(shè)計所需的產(chǎn)品 ,根據(jù)小功率采煤機搖臂尺寸適當(dāng)加大來設(shè)計更大功率的采煤機搖臂 ,如果出現(xiàn)問題或不滿足預(yù)定設(shè)計要求的情況 ,就要修改設(shè)計 ,這在現(xiàn)實設(shè)計中確實出現(xiàn)了許多的問題。隨著采煤機裝機功率越來越大 ,單純依靠經(jīng)驗 ,根據(jù)小型機器設(shè)計大功率機器 和加大安全系數(shù)的方法 ,往往使設(shè)計產(chǎn)品的尺寸越來越大 ,結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形分布、內(nèi)力分布也很難得到合 理保證。然而通過對采煤機搖臂進(jìn)行有限元分析 ,可以得出采煤機搖臂殼體在不同位置、不同工況的應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律 ,摸清其危險截面、極限工況、極限載荷和極限應(yīng)力 ,提出搖臂承載能力的優(yōu)化方案。同時還可以對搖臂殼體固有頻率、各階振型、動力性能進(jìn)行探索性分析研究。應(yīng)用該技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計階段預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量 ,使產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前進(jìn)行優(yōu)化以提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 ,進(jìn)而降低開發(fā)成本 ,提高市場競爭力。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 我國采煤機 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 20 世紀(jì) 70 年代是我國綜合機械化 采煤起步階段 20 世紀(jì) 70 年代 初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的 MD150 型雙滾筒采煤機，另一方面改進(jìn)普采配 套的DY100 型、 DY150 型單滾筒采煤機； 70 年代中后期，制造出 MLS3170 型雙滾筒采煤機。 20 世紀(jì) 70 年代我國采煤機的發(fā)展有以下特點： 1．裝機功率小 例如， MLS3170 型雙滾筒采煤機，裝機功率 170KW； KD150 型雙滾筒采煤機，裝機功率 150KW； DY100 和 DY150 型單滾筒采煤機，裝機功率 100KW 和 150KW。 2．有鏈牽引，輸出牽引力小 此時期的采煤機牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動，傳遞牽引力小，牽引力在 200KN 以下。 3． 牽引 速度低 由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過 6m /min 。 4． 自開切口差 由于雙滾筒采煤機搖臂短 ,又都是有鏈牽引 ,很難割透兩端頭 ,且容易留下三角煤 ,故需要人工清理 ,單滾筒采煤機更是如此 . 5．工作可靠性較差 我國基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱 ,元部件質(zhì)量較差 ,反映在采煤機的壽命普遍較低 ,特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重 。 20 世紀(jì) 80 年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期 20 世紀(jì) 70 年代后期，我國總共引進(jìn) 143 套綜采成套設(shè)備。世界主要采煤機生產(chǎn)國如英國、德國、 法國、波蘭、日本等都進(jìn)入中國市場，其技術(shù)也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時通過 20 世紀(jì) 70 年代自行研制采煤機的實踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗與教訓(xùn)，確立了我國采煤機的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 解決難采煤層的問題是 20 世紀(jì) 80 年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機械化成套設(shè)備的研制：大傾角綜采成套設(shè)備的研制 ：“ 三硬”、“三軟” 4． 5m一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計， 20 世紀(jì) 80 年代自行開發(fā)和研制的采煤機品種有 50 余種，中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 是我國采煤機收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，大量依靠進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。 20 世紀(jì) 80 年代采煤機的發(fā)展有如下特點： 1． 重視采煤機系列的開發(fā)，擴大使用范圍 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)的采煤機，一種類型只有一個品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。 20 世紀(jì) 80 年代起重視系列化采煤機的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生出多種機型 ，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣不僅擴大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于 用戶配件的管理。采煤機系列化是 20 世紀(jì) 80 年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。 2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機工作可靠性的提高 總結(jié) 20 世紀(jì) 70 年代采煤機開發(fā)中的經(jīng)驗教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機的攻關(guān)，以解決燒機的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗，以德國齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期 目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主 油泵和油馬達(dá)的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在 20 世紀(jì) 80 年代中期， 把斜軸泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機構(gòu)等都列入重點攻關(guān)內(nèi)容。 3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全 在引進(jìn)大功率采煤機的同時，無鏈牽引技術(shù)傳入中國，德國艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒軌式無鏈牽引占絕大 多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國研制采煤機的無鏈牽引都向引進(jìn)機組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機更是如此。無鏈牽引使采煤機工作 平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機都采用無鏈牽 引系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 90 年代至今是我國電牽引采煤機發(fā)展的時代 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢在必行，此采煤機開發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是： （ 1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機：最具代表性的機型是 MG2X400－ W 型采煤機。 （ 2）高性能電牽引采煤機：電牽引采煤機的研制從 20 世紀(jì) 80 年代開始起步， 20 世紀(jì) 90 年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流兩種技術(shù)途徑。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，交流變頻調(diào) 速技術(shù)在中厚煤層采煤機中推廣使用，上海分院先后開發(fā)成功 MG200/500WD 、 MG200/450BWD、MG250/600WD、 MG400/920WD 和 MG450/1020WD 等采煤機，變頻調(diào)速中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 箱可以是機 載，也可以是非機載。另外派生出 8 種機型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機械廠在引進(jìn)英國 Electra1000 直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出 MG400/900WD 和 MG250/600WD 型兩種電牽引采煤機，雞西煤機廠、遼源煤機廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機。 國產(chǎn)電牽引采煤機雖然發(fā)展速度 很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國家的 I 采煤機相比，還存在較大的差距，所以一些有實力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時，把目光移到國外，進(jìn)口國外先進(jìn)電牽引采煤機。如神府華能集團引進(jìn)美國的 7LS、 6LS 電牽引采煤機；兗 州礦業(yè)集團公司引進(jìn)德國的 SL500 型和日本的 MCLEDR102 型交流電牽引采煤機，但由于價格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少， 90 年代采煤機技術(shù)發(fā)展的特點如下： 1．多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為 電牽引采煤機發(fā)展的主流 我國開發(fā)的電牽引采煤機，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨的電動機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)彼 此獨立，無動力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因而有取代電動機縱向布置的趨勢。 2． 我國采煤機的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小 在裝機功率方面，我國的液壓牽引采煤機裝機功率達(dá)到 800KW，電牽引采煤機裝機功率達(dá)到 1020KW，其牽引功率為 2X50KW，可滿足高產(chǎn)高效工作面對功率的要求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力已達(dá)到 700KN，最大牽引速度達(dá) 12． 56m/min,微處理機的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。 3．液壓緊固技術(shù)的開發(fā)研究取得成功 采煤機連接構(gòu)件經(jīng)常松動是 影響工作可靠性的重要因素，而且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機中得到推廣應(yīng)用， 防松效果顯著，基本解決采煤機連接可靠性的問題。 回顧這 30 多年我國采煤機發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從 20世紀(jì) 70 年代主要靠進(jìn)口采煤機來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機占我國整個采煤機市場，這也是個了不起的進(jìn)步。 采煤機的發(fā)展趨勢 80 年代以來，滾筒式采煤機在結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、可靠性和易維修性上都有很大的改進(jìn)。歸結(jié)起來，滾筒 式采煤機有以下特征和發(fā)展趨勢： 1） 增大功率和能力 為了適應(yīng)綜采工作面高產(chǎn)、高效和在不同地質(zhì)條件下快速截割煤巖的需要，不論厚、中厚和薄煤層的采煤機均在不斷增大裝機功率和生產(chǎn)能力。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 2）電牽引采煤機已成為主導(dǎo)機型 目前電牽引采煤機已成為德國、英國、美國、日本和法國等主要生產(chǎn)國的主導(dǎo)機型。 3）增大牽引速度和牽引力，并改進(jìn)無鏈牽引機構(gòu) 為了適應(yīng)綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機的牽引速度和牽引力都有較大的增大。 4）機器的結(jié)構(gòu)布置有新的發(fā)展 近年來不斷發(fā)展和研制出了多機橫向布置、部件可側(cè)面拉裝的整機箱式機身、縱向布置采煤機的牽引部和截割部合為一個部件、破碎機采用單獨電動機傳動 、改進(jìn)擋煤板傳動裝置、無底托架或不用整體底托架等新的結(jié)構(gòu)布置方式。 5）截割滾筒的革新和改進(jìn) 截割滾筒的改進(jìn)是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤率和提高壽命等目標(biāo)進(jìn)行的其主要改進(jìn)有增大截深、采用強力截齒、增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設(shè)計 CAD、高壓水射流噴霧降塵和助切、加固滾筒結(jié)構(gòu)等方面。 6）擴大采煤機的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機型 薄煤層、厚煤層、硬粘并有夾矸煤層、大傾角、破碎頂板等難采煤層的機型的發(fā)展有，開發(fā)出了 薄煤層、厚煤層、大傾角、短機身、窄機身等機型。 7）提高采區(qū)工作電壓 80 年代以前，各國采區(qū)工作面設(shè)備電壓多為 1000V左右。隨著綜采設(shè)備向大功率發(fā)展，目前采煤機最大功率達(dá) 1220kW ， 截割電機最大功率達(dá)6000kW，刮板輸送機最大功率達(dá) 1125kW，驅(qū)動電機最大功率達(dá) 525 kW，加上工作面長度的不斷增長，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國生產(chǎn)的大功率采煤機，其供電電壓一般為 2300、 3300、 4160 和 5000V等幾檔。 8） 采用微電子技術(shù)，實現(xiàn)機電液一體化的采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制 現(xiàn)代采煤機均裝有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制，這是代表采煤機水平的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代采煤機的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測，還可以對其采集信息進(jìn)