【正文】 ,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(jié)構 ,提高薄煤層采煤的工作效率是當務之急。 薄煤層采煤機設計的目的及意義 在產(chǎn)品的總體方案設計階段，首先要明確產(chǎn)品必須實現(xiàn)哪些功能，還要明確用戶使用產(chǎn)品的各種條件和用戶對產(chǎn)品的要求和愿望。然后根據(jù)國家的技術經(jīng)濟政策，基于設計能力和產(chǎn)品制造技術水平，從宏觀 方面考慮所要求的功能。并能實現(xiàn)用戶要求的各種結(jié)構方精品文檔 值得下載 案，最后經(jīng)過技術經(jīng)濟評價，確定一種或兩種結(jié)構方案繼續(xù)進行結(jié)構設計。因此，通過總體結(jié)構的方案設計，不至于使產(chǎn)品結(jié)構方案出現(xiàn)大的失誤，也不至于從開始設計時就糾纏與具體的結(jié)構細節(jié)而忽略拉總體結(jié)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(chǎn)效率 . 對滾筒式采煤機的使用經(jīng)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。到本世紀末，我國原煤的產(chǎn)量必須超過十四億噸。才能滿足我國工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。為此必須加大煤炭生產(chǎn)機械化力度，大幅度提高煤炭生產(chǎn)率。這就要求我們不斷開采出技術先進，高效率并且可靠的新型采煤機，不僅滿足過內(nèi)生產(chǎn)之需，而且力爭打入國際市場。 雖然薄煤層采煤機的型號、規(guī)格有許多 ,但它的各主要組成部分大同小異，其區(qū)別主要在截割機構的傳動和截割部上 ,因此合理選擇薄煤層采煤機的截割部的參數(shù)，可以改善其工作性能和減少采煤比能耗。選擇這個題目就是要進一步熟悉薄煤層采煤機各部分的工作原理，對其進行更好的改進，并對它的截割部減速器進行細致分析設計，使其耐用并且省時省力容易裝修，使其在 工作中能夠有更好的經(jīng)濟效益。 邵啟飛 :薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計 8 2 薄煤層采煤機的總體結(jié)構方案的設計 實現(xiàn)采煤機基本功能的結(jié)構方案設計 用于走向長臂采煤法的采煤機應該具有的如下三種基本功能； （ 1） 把煤從煤煤壁上破碎下來的功能； （ 2）把破碎先來的煤裝在工作面輸送機上的功能； （ 3）采煤機能沿著工作面自移的功能； 一、實現(xiàn)破碎煤壁功能結(jié)構方案 銑削式結(jié)構方案 在鼓形滾筒的表面或在旋轉(zhuǎn)滾筒的葉片上安裝截齒，滾筒隨采煤機前移并自轉(zhuǎn)，截齒便用銑削的方式把煤從煤壁上截割下來，這就是銑削 式結(jié)構。 具體分為側(cè)銑和端銑兩種，側(cè)銑方式中螺旋滾筒結(jié)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(zhuǎn)軸調(diào)整滾筒高度方便，對不同的煤層厚度的適應性好；具有自開缺口的功能等。端銑式結(jié)構是在齒冠外側(cè)安裝大截齒當齒冠自轉(zhuǎn)并隨采煤機移動時，截齒實現(xiàn)破煤功能。這種結(jié)構的特點是截齒安裝的比較少， 煤的塊度大，機器能耗??；實現(xiàn)簡單，制造容易；負荷變化大，機器動特性較差。 精品文檔 值得下載 圖 21水平軸螺旋滾筒結(jié)構 圖 22 垂直軸滾筒結(jié)構 Horizontal axis roller spiral structure Verticalaxis roller structure 圖 23端銑式結(jié)構方案 Millingstructure programme 鉆削式結(jié)構方案 鉆削式結(jié)構在喚醒懸臂的前端安裝截齒，這種懸臂的內(nèi)表面上也安裝有截齒。這種結(jié)構被稱為鉆削頭，懸臂則被成為鉆削臂。當鉆削頭自轉(zhuǎn)并沿其 軸線方向推進時，首先在煤層中由鉆削頭截割出現(xiàn)截槽，而此環(huán)形槽所圍成的柱狀煤體則被鉆削頭內(nèi)的截齒所破碎。這種結(jié)構的優(yōu)點是結(jié)構簡單，制造方便；集落煤和裝煤功能于一體；煤的坡度大，機器能邵啟飛 :薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計 10 耗低。其缺點是這種結(jié)構應布置于采煤機的端面，機身必沿其鉆削出的空間前進，因此，機身長；這種結(jié)構不能自開缺口；為使地板平整還必須配有截割盤，沿頂板和地板截割煤層，因此使整個機器復雜化；此外這種結(jié)構對煤層厚度的適應性小。 滾壓式結(jié)構方案 滾壓式破煤結(jié)構是在螺旋筒的旋葉上和滾筒端面安裝滾演盤刀當 ,當滾筒前移并自轉(zhuǎn)時，盤刀壓向煤壁，其 刃部的擠壓和剪切作用達到破沒的目的。這種結(jié)構的優(yōu)點在于，彩霞煤的塊度大，煤塵明顯低；機器能耗??；盤刀壽命長。缺點在于機構復雜，成本高。 采煤機的落煤功能是采煤機的第一功功能，因此，現(xiàn)在把既有落煤功能的結(jié)構稱為采煤機的工作機構。在采煤機的設計中，工作機構設計的合適與否，對采煤機的工作占有舉足輕重的地位。 二、實現(xiàn)裝煤功能的設計方案 把煤從煤壁上破碎下來以后，還要裝在工作面輸送機里運到工作面之外。實現(xiàn)扎中裝煤功能的機構與落煤結(jié)構的種類有關。經(jīng)過淘汰和篩選，只有兩種類型的裝煤結(jié)構被廣泛應用。 一種是與落煤結(jié)構相結(jié) 合，不僅具有落煤功能而且兼有裝煤的功能。比如，螺旋滾筒式工作機構，采煤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。另一種是專門用于裝煤的機構，如裝煤犁，這是一種斜面結(jié)構 , 和犁地的犁一般，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(jié)構往往與沒有裝煤功能的工作機構配合。 三、實現(xiàn)采煤機自動移動功能的結(jié)構方案 采煤機沿工作面移動被稱為牽引，能使采煤機實現(xiàn)自移的結(jié)構有稱作牽引機構?，F(xiàn)在廣泛應用的牽引機構可以分為兩大類；既鏈牽引機構和無鏈牽引。 鏈牽引機構 鏈牽引機構是由圓環(huán)鏈、鏈輪、和緊鏈裝置組成。牽引鏈的兩端固定在緊鏈裝置上，并與采煤機的鏈輪嚙合。當鏈輪裝動時，由于鏈輪與圓環(huán)鏈的嚙合作用，采煤機便沿牽引鏈移動。 精品文檔 值得下載 圖 24 鏈牽引機構 Traction linked institutions 無鏈牽引機構 隨著采煤機功率的不斷加大，采煤機的總裝機容量已超過 1000KW。牽引鏈中的拉力也已增至 400800KN。因此牽引鏈機構已限制了采煤機功率的提高。無鏈牽引機構就隨之產(chǎn)生和發(fā)展起來了。無鏈牽引機構種類繁多，大體上可歸納為三類；主動 輪 — 齒條、閉合鏈 — 齒條和邁步油缸推進三類。其中主動輪 — 齒條無鏈牽引系統(tǒng)應用最廣。 實現(xiàn)采煤機輔助功能的結(jié)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。在實際中還要使用到一些輔助功能，有；適應煤層賦存狀況變化的功能、降塵和冷卻設備功能、自動托卷電纜功能等。 一、實現(xiàn)適應煤層賦存狀況變化功能的機構方案 煤層在地下賦存狀態(tài)的變化概括起來有三種；煤層厚度的變化、煤層走向波浪起伏以及存在斷層、煤層相對于水平面傾角的變化。 實現(xiàn)適應煤層厚度變化的功能的結(jié)構方案 當煤層厚度隨時變化時 ，兩個滾筒的工作高度應當變化，這就需要實現(xiàn)能適應煤層厚度變化的功能的結(jié)構，這種結(jié)構稱為采煤機的調(diào)高裝置。 適應煤層沿走向波浪起伏以及存在的斷層的功能的結(jié)構方案 采煤機在采空區(qū)安裝有調(diào)斜油缸，采空區(qū)側(cè)的滑靴安裝在活塞桿上。活塞桿伸縮就改變餓采煤機的傾斜角度。這種結(jié)構實現(xiàn)調(diào)斜功能得到普遍應用。 具有開采大傾角煤層功能的結(jié)構方案 當采煤工作面傾角大于 10176。 ，一旦及其牽引部失靈，采煤機有可能下滑，具體防滑裝邵啟飛 :薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計 12 置有： （ 1）抱閘式防滑裝置 （ 2）盤式制動器防滑裝置 （ 3）輔助牽引與防滑絞車 二、實現(xiàn)降塵和冷卻功 能的結(jié)構 實現(xiàn)降塵功能的方案 采煤機的滾筒在截割煤壁的同時，產(chǎn)生的煤塵嚴重污染井下空氣，威脅工人身體健康。因此降塵是采煤機的重要輔助功能。 降塵措施有很多種，歸納起來有； （ 1）提高采煤機牽引速度，降低截煤滾筒的轉(zhuǎn)速，增大碎煤塊度，能明顯降低煤塵。 （ 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，也能降低煤塵 （ 3）在可能條件下，減少滾筒上安裝截齒的數(shù)量增大碎煤的塊度，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，從而降低牽引速度，避免煤塵大量生成。 （ 5）吸入式降塵 機構，壓力水精油在滾筒軸內(nèi)的中心管送到噴嘴，有噴嘴噴出壓力水在水束周圍形成負壓區(qū)，含塵空氣被吸入負壓區(qū)并隨水束穿過滾筒內(nèi)部降塵后，重新進入截煤空間。空氣就這樣在滾筒內(nèi)循環(huán)被凈化，降塵效果比較好。 （ 6）用噴霧降塵，壓力水經(jīng)過噴嘴后霧化，極小的液滴充滿滾筒截煤區(qū)，液滴與粉塵相碰而被不捉。一般采煤機內(nèi)外噴霧都有，降塵效果很好。 （ 7）泡沫滅塵，有發(fā)泡劑的水自噴嘴噴出進入一個與噴嘴緊挨的罩體。大量的泡沫從罩體射出，籠罩了截煤滾筒的周圍，使煤塵源與周圍空氣隔絕，并使煤粉被泡沫捕捉。這種滅塵方式效果最佳。 實現(xiàn)冷 卻功能的方案 采煤機的冷卻功能是由 實現(xiàn)的。讓噴霧水首先流過需要冷卻的不見，實現(xiàn)冷卻功能，然后再被送到噴霧系統(tǒng)中。因此，冷卻與噴霧水是一個供水系統(tǒng)， 三、實現(xiàn)自動卷電纜功能的結(jié)構方案 采煤機是采煤工作面內(nèi)的移動機械，因此，對采煤機供電必須用橡膠電纜。當采煤機工作面很長時，被采煤機拖移的電纜很長，而且很重。如果采煤機直接拉引電纜本身，電纜容易被拉斷。因此要用專門的電纜拖移裝置。一般使用電纜尼龍夾板組成的夾板鏈，它精品文檔 值得下載 由框形夾板用鉚釘鏈接而成。每段長 ，各段之間再由銷軸連接。框行夾板在斷面為U形，在夾板鏈中 其開口朝向才空區(qū)側(cè)。夾板鏈終端借助于可回轉(zhuǎn)的彎頭懸掛于采煤機身上。板式鏈僅位于彎頭處，意在改善夾板鏈端受力狀況。其優(yōu)點在于，使電纜在采煤機折返工作中折曲靈活，不易側(cè)倒；而且有效的保證在采煤機牽引過程中使電纜免受拉力；朔料夾板重量輕，強度足夠，使電纜免受碰傷。 薄煤層采煤機的主要技術參數(shù)的確定 1) 截深 截深是指薄煤層采煤機工作機構完全按截入煤壁的深度，即采煤機沿工作面走向一次推進的距離。對于中厚和厚煤層，考慮到工作面輸送機的最大輸送能力以及充分利用頂板壓力對煤壁的予破壞效應，截深絕定為 。對于薄煤層，為保證工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)率，適當加大截深，取截深 ，截深取為 。 2) 采高 才高是指最大可能開采的高度，是由采煤機的機械結(jié)構決定的。對于單一煤層的開采，才高要與煤層厚度相當。當厚煤層分層開采時，按最大分層厚度約為最大才高的 9095%，最下煤層厚度約為最小采高的 110120%來確定采煤機的采高。薄煤層的厚度是在，此次設計的最大采高為 。這樣可以滿足要求。 3) 牽引速度 采煤機牽引速度由煤層厚度、截深、煤層物理機械性質(zhì)以及用戶對采煤機生產(chǎn)率的要求確定的。牽引速度即采煤機沿工作面移動的速度。由于煤層的機械力學性質(zhì)復雜多變，需要隨時調(diào)節(jié)牽引速度，使采煤機能在正常負載下工作。當用戶生產(chǎn)率已定，則當采高和截深加大牽引速度就減??；當采高和截深小，勢必加大牽引速度。當煤層中含矸量較大或煤層硬度較高，才么及的牽引速度也必須減低。我國采煤機的牽引速度在 圍，國外的可達 15m/ 15t/min 故由 QT =60HJVq ? 式中 H— 薄煤層采煤機采高， m。 J— 薄煤層采煤機截深， m。 Vq — 薄煤層采煤機可能達到的平均牽引速度， m/min。 ?— 煤的密度，一般為 ~邵啟飛 :薄煤層采煤機總體方案設計及截割減速器的設計 14 QT — 薄煤層采煤機理論生產(chǎn)率， t/h. 采高 H,薄煤層的厚度在 米。截深 J 也已設計給出為 。煤的密度由煤巖性質(zhì)取 。則 Vq =?HJQT60 （ 11） 這樣取牽引速度 0~。 4) 牽引力 采煤機的牽引力是采煤機克服牽引阻力的能 力。采煤機的牽引阻力取決于煤層的物理機械性質(zhì)、工作面傾角、采煤機自重以及導向裝置摩擦阻力等。在初定牽引力時，可按p=()N p— 采煤機牽引力， KN。 N— 采煤機總裝機功率， KW。 表 21采煤機裝機功率 Table 21 Shearer installed power 采煤機裝機功率（ KW） 采煤機牽引力（ KN） 50 100 100 100120 150