【正文】 章 采煤機(jī)的使用與維護(hù) ............................................................. 56 采煤機(jī)使用過(guò)程中常見(jiàn)故障與處理 ........................................................ 56 大功率采煤機(jī)截割部溫升過(guò)高現(xiàn)象及解決方法 ................................... 57 采煤機(jī)軸承的維護(hù)及漏油的防治 ............................................................ 58 煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效的改進(jìn)途徑 ........................................................ 60 硬齒面齒輪的疲勞失效及對(duì)策 ............................................................... 64 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁(yè) 第一章 概述 采煤機(jī)發(fā)展的歷史 20 世紀(jì) 40 年代初， 英國(guó)和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。這種采煤機(jī)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(shí)德國(guó)研制出了 用刨削方式落煤的刨煤機(jī)。 50 年代初，英國(guó)和德國(guó)相繼研制出了滾筒式采煤機(jī)，在這種采煤機(jī)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(shí)現(xiàn)落煤和裝煤。這種 采煤機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開(kāi)采機(jī)械化的基礎(chǔ)。這種采煤機(jī)的主要缺點(diǎn)有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對(duì)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(jī)生產(chǎn)率的提高。進(jìn)入60 年代，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)和前蘇聯(lián)先后對(duì)采煤機(jī)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(duì)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(xiàng)關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機(jī)稱為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)。 可調(diào)高螺旋滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)與液壓支架和可彎曲輸送機(jī)配套，構(gòu)成綜合機(jī)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(jī)械化采煤設(shè)備朝著大功 率、遙控、遙測(cè)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(dòng)檢測(cè)、故障診斷以及計(jì)算機(jī)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(jī)上得到應(yīng)用。 我國(guó)現(xiàn)行 采煤機(jī)搖臂殼體的設(shè)計(jì)基本上都采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 :根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和以往設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)人員在紙面上設(shè)計(jì)所需的產(chǎn)品 ,根據(jù)小功率采煤機(jī)搖臂尺寸適當(dāng)加大來(lái)設(shè)計(jì)更大功率的采煤機(jī)搖臂 ,如果出現(xiàn)問(wèn)題或不滿足預(yù)定設(shè)計(jì)要求的情況 ,就要修改設(shè)計(jì) ,這在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中確實(shí)出現(xiàn)了許多的問(wèn)題。隨著采煤機(jī)裝機(jī)功率越來(lái)越大 ,單純依靠經(jīng)驗(yàn) ,根據(jù)小型機(jī)器設(shè)計(jì)大功率機(jī)器 和加大安全系數(shù)的方法 ,往往使設(shè)計(jì)產(chǎn)品的尺寸越來(lái)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(guò)對(duì)采煤機(jī)搖臂進(jìn)行有限元分析 ,可以得出采煤機(jī)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(xiǎn)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(shí)還可以對(duì)搖臂殼體固有頻率、各階振型、動(dòng)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(jì)階段預(yù)測(cè)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(kāi)發(fā)周期 ,進(jìn)而降低開(kāi)發(fā)成本 ,提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 我國(guó)采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 20 世紀(jì) 70 年代是我國(guó)綜合機(jī)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(jī)，另一方面改進(jìn)普采配 套的DY100 型、 DY150 型單滾筒采煤機(jī)； 70 年代中后期，制造出 MLS3170 型雙滾筒采煤機(jī)。 20 世紀(jì) 70 年代我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)： 1．裝機(jī)功率小 例如， MLS3170 型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 170KW； KD150 型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 150KW； DY100 和 DY150 型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 100KW 和 150KW。 2．有鏈牽引，輸出牽引力小 此時(shí)期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動(dòng)，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(jì)的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過(guò) 6m /min 。 4． 自開(kāi)切口差 由于雙滾筒采煤機(jī)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(jī)更是如此 . 5．工作可靠性較差 我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱 ,元部件質(zhì)量較差 ,反映在采煤機(jī)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(guó)采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期 20 世紀(jì) 70 年代后期，我國(guó)總共引進(jìn) 143 套綜采成套設(shè)備。世界主要采煤機(jī)生產(chǎn)國(guó)如英國(guó)、德國(guó)、 法國(guó)、波蘭、日本等都進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，其技術(shù)也展示在中國(guó)人的面前，為我們深入了解外國(guó)技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時(shí)通過(guò) 20 世紀(jì) 70 年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，確立了我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 解決難采煤層的問(wèn)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(jī)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(kāi)采問(wèn)題，短煤臂采煤機(jī)的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計(jì)， 20 世紀(jì) 80 年代自行開(kāi)發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有 50 余種，中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 是我國(guó)采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國(guó)各種煤層開(kāi)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(jī)的發(fā)展有如下特點(diǎn)： 1． 重視采煤機(jī)系列的開(kāi)發(fā)，擴(kuò)大使用范圍 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)的采煤機(jī)，一種類型只有一個(gè)品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開(kāi)采需要。 20 世紀(jì) 80 年代起重視系列化采煤機(jī)的開(kāi)發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型 ，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)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(jī)系列化是 20 世紀(jì) 80 年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。 2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高 總結(jié) 20 世紀(jì) 70 年代采煤機(jī)開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機(jī)開(kāi)發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī)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(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)，以德國(guó)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(wèn)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(jī)構(gòu)等都列入重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。 3．無(wú)鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全 在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時(shí)，無(wú)鏈牽引技術(shù)傳入中國(guó)，德國(guó)艾柯夫公司的銷軌式無(wú)鏈牽引和英國(guó)安德森公司的齒軌式無(wú)鏈牽引占絕大 多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國(guó)研制采煤機(jī)的無(wú)鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)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(jī)更是如此。無(wú)鏈牽引使采煤機(jī)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(jī)都采用無(wú)鏈牽 引系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 90 年代至今是我國(guó)電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)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(shì)在必行，此采煤機(jī)開(kāi)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(jī)：最具代表性的機(jī)型是 MG2X400－ W 型采煤機(jī)。 （ 2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)的研制從 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)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(jī)中推廣使用，上海分院先后開(kāi)發(fā)成功 MG200/500WD 、 MG200/450BWD、MG250/600WD、 MG400/920WD 和 MG450/1020WD 等采煤機(jī)，變頻調(diào)速中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 箱可以是機(jī) 載，也可以是非機(jī)載。另外派生出 8 種機(jī)型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機(jī)械廠在引進(jìn)英國(guó) Electra1000 直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出 MG400/900WD 和 MG250/600WD 型兩種電牽引采煤機(jī)，雞西煤機(jī)廠、遼源煤機(jī)廠也開(kāi)發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。 國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)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(guó)家的 I 采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實(shí)力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時(shí)，把目光移到國(guó)外，進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國(guó)的 7LS、 6LS 電牽引采煤機(jī)；兗 州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國(guó)的 SL500 型和日本的 MCLEDR102 型交流電牽引采煤機(jī)，但由于價(jià)格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少， 90 年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)如下： 1．多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為 電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流 我國(guó)開(kāi)發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)彼 此獨(dú)立，無(wú)動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，因而有取代電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。 2． 我國(guó)采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小 在裝機(jī)功率方面，我國(guó)的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 800KW，電牽引采煤機(jī)裝機(jī)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(duì)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(jī)的工礦監(jiān)測(cè)、故障顯示、無(wú)線電離機(jī)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(kāi)發(fā)研究取得成功 采煤機(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動(dòng)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(jī)中得到推廣應(yīng)用， 防松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問(wèn)題。 回顧這 30 多年我國(guó)采煤機(jī)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(guó)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(jī)來(lái)滿足我國(guó)生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)占我國(guó)整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 80 年代以來(lái)，滾筒式采煤機(jī)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(lái)，滾筒 式采煤機(jī)有以下特征和發(fā)展趨勢(shì)： 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(jī)均在不斷增大裝機(jī)功率和生產(chǎn)能力。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 2）電牽引采煤機(jī)已成為主導(dǎo)機(jī)型 目前電牽引采煤機(jī)已成為德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、日本和法國(guó)等主要生產(chǎn)國(guó)的主導(dǎo)機(jī)型。 3）增大牽引速度和牽引力，并改進(jìn)無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) 為了適應(yīng)綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機(jī)的牽引速度和牽引力都有較大的增大。 4）機(jī)器的結(jié)構(gòu)布置有新的發(fā)展 近年來(lái)不斷發(fā)展和研制出了多機(jī)橫向布置、部件可側(cè)面拉裝的整機(jī)箱式機(jī)身、縱向布置采煤機(jī)的牽引部和截割部合為一個(gè)部件、破碎機(jī)采用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 、改進(jìn)擋煤板傳動(dòng)裝置、無(wú)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(qiáng)力截齒、增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設(shè)計(jì) 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(kuò)大采煤機(jī)的使用范圍，不斷開(kāi)發(fā)難采煤層的機(jī)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(jī)型的發(fā)展有，開(kāi)發(fā)出了 薄煤層、厚煤層、大傾角、短機(jī)身、窄機(jī)身等機(jī)型。 7）提高采區(qū)工作電壓 80 年代以前，各國(guó)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(jī)最大功率達(dá) 1220kW ， 截割電機(jī)最大功率達(dá)6000kW，刮板輸送機(jī)最大功率達(dá) 1125kW，驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大功率達(dá) 525 kW，加上工作面長(zhǎng)度的不斷增長(zhǎng)，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國(guó)生產(chǎn)的大功率采煤機(jī)，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(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化的采集、工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和自動(dòng)控制 現(xiàn)代采煤機(jī)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(cè)、故障診斷和自動(dòng)控制，這是代表采煤機(jī)水平的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代采煤機(jī)的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測(cè)，還可以對(duì)其采集信息進(jìn)