【正文】 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結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從 20 世紀 70 年代主要靠進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步 。 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。 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。 在裝機功率方面，我國的液壓牽引采煤機裝機功率達到 800KW，電牽引采煤機裝機功率達到 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到 700KN，最大牽引速度達 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到 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 較高技術(shù)水平。 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。歸結(jié)起來，滾筒式采煤機有以下特征和發(fā)展趨勢： 1 .2 .4 國際上電牽引采煤機 整機結(jié)構(gòu)特點為機身 3 段式 , 兩邊傳動部分為鑄造箱體結(jié)構(gòu) , 中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu) , 搖臂為分體聯(lián)結(jié) , 左右對稱通用 , 可滿足不同的配套要求 。 牽引部電氣傳動系統(tǒng)采用兩直流電機他激并列 , 電樞采用微機控制 , 勵磁采用串聯(lián) , 既能滿足 四象限運行 , 又能滿足雙牽引 , 趨于負載均衡 , 目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國喬依公司從 3LS～ 7LS , 機身為 3 段焊接結(jié)構(gòu)形式 , 搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用 , 牽引部電氣傳動系統(tǒng)為 2電機串激串聯(lián) , 目前已開始投入使用 7LS 交流電牽引采煤機。日本三井三池公司 RD101101 和 RD102102 均為交流電牽引采煤機 , 其結(jié)構(gòu)形式為以前的截割電機布置在機身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 , 機械傳動和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜。 80 年代以來 , 世界各主要產(chǎn)煤國家 , 為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和實現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)的需要 , 積極采用新 技術(shù) , 不斷加速更新滾筒采煤機的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu) , 相繼研制出一批高性能、高可靠性的 “ 重型 ” 采煤機。其中 , 最具代表的是英國安德森的 Eiect ra 系列 , 德國艾柯夫的 SL 系列 , 美 國喬依的 LS 系列和日本三井三池的 MCL E2DR 系列電牽引采煤機。這些采煤機 , 體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機的最新發(fā)展方向。 電牽引采煤機的技術(shù)發(fā)展有如下幾個特點 : (1) 裝機功率和截割電動機功率有較大幅度增加 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要 , 不論是厚、中厚和薄煤層采煤機 , 均在不斷加大裝機功率 (包括截割功 率和牽引功率 ) 。裝機功率大都在 1000kW 左右 , 單個截割電機功率都在 375kW以上 , 最高達 600kW。直流電牽引功率最大達 2 56kW , 交流電牽引功率最大達 2 60kW。 (2) 電牽引采煤機已取代液壓牽引采煤機而成為主導(dǎo)機型 世界各主要采煤機廠商 20 世紀 80 年代都已把重點轉(zhuǎn)向開發(fā)電牽引采煤機 , 如德國艾柯 夫公司是最早開發(fā)電牽引采煤機的 , 80 年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機 , 研制出 EDW 系列電牽引采煤機 , 90 年代又研制成功交流直流兩 用的 SL300 , SL400 , SL500 型采煤機。美國喬依公司 70 年代中期開始開發(fā)多電機驅(qū)動的直流電牽引采煤機 , 80 年代先后推出 3LS , 4LS 和 6LS 3 個 新機型 , 其電控系統(tǒng)多次改進 , 更趨完善。英國安德森公司 80 年代中期先后開發(fā)了 EL ECTRA1000和 EL ECTRA 薄煤層電牽引采煤機。日本三井三池公司 80 年代中期著手開發(fā)高起點交流電牽引采煤機 , 最具代表的是 MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤機 , 為國際首創(chuàng)。法國薩吉姆公司 在 90 年代也已研制成功 Panda2E 型交流 電牽引采煤機。交流電牽引近幾年發(fā)展很快 , 由于技術(shù)先進 ,可靠性高、簡單 , 有取代直流電牽引的趨勢。自日 本 80 年代中期研制成功第 1 臺交流電牽引采煤機 ,至今除美國外 , 其它國家如德國、英國、法國等都先后研制成功交流電牽引采煤機 , 是今后電牽引采 煤機發(fā)展的新目標。 (3) 牽引速度和牽引力不斷增大 液壓牽引采煤機的最大牽引速度為 8m/ min 左右 , 而實際可用割煤速度為4 ～ 5m/ min , 不適應(yīng)快速割煤需要。電牽引采煤機牽引功率成倍增加 , 最大牽引速度達 15～ 20m/ min , 美國18m/ min 的牽引速度很普遍 ,美國喬依公司的 1 臺經(jīng)改進的 4LS 采煤機的牽引速度高達 2815m/ min。由于采煤機需要快速牽引割煤 , 滾筒截深的加大和轉(zhuǎn)速的降低 , 又導(dǎo)致滾筒進給量和推進力的加大 , 故要求采煤機增大牽引力 , 目前已普遍加大到 450～ 600kN , 現(xiàn)正研制最大牽引力為 1000kN 的采煤機。 1 .3 國內(nèi) 的 電牽引采煤機 我國從 20 世紀 80 年代末期 , 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發(fā)了我國第 1 臺 MG3442PWD薄煤層強力爬底板交流電牽引采煤機 , 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助 MG3442PWD 電牽引采煤機的電牽引技術(shù) , 對液壓牽引采煤機進行技術(shù)更新。第 1 臺 MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機是在雞西煤礦機械廠生產(chǎn)的 MG300 系列液壓牽引采煤機的基礎(chǔ)上改造成功 , 并于 1996 年 7 月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時 , 在太原礦山機器廠生產(chǎn)的 AM2500 液壓牽引采煤機上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造 MG375/8302WD 型電牽引采煤機。截止目前 , 我國已形成 5 個電牽引采煤機生產(chǎn)基地 , 雞西煤礦機械廠、太原礦山機器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機械廠生產(chǎn)交流電牽引采 煤機 , 西安煤礦機械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 我國近期開發(fā)的電牽引采煤機有以下特點 : (1) 多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā)展 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 70 年代中期僅有美國的 LS 系列采煤機、西德 EDW215022L22W 型采煤機采用多電機驅(qū)動 , 機械傳動系統(tǒng)彼此獨立 , 部件之間無機械傳動 , 取消了錐齒輪傳動副和復(fù)雜通軸 , 機械結(jié)構(gòu)簡單 , 裝拆方便。目前 , 這類采煤機既有電牽引 , 也有液壓牽引 , 既有中厚煤層用大功率 , 也有薄煤層的 , 有取代傳統(tǒng)的截割電動機縱向布置的趨勢。 (2) 滾筒的截深不斷增大 牽引速度的加 快 ,支架隨機支護也相應(yīng)跟上 , 使機道空頂時間縮短 ,為加大采煤機截深創(chuàng)造了條件。 10 年前滾筒采煤機截深大都是 630 ～ 700mm , 現(xiàn)已采用 800mm ,1000mm , 1200mm 截深 , 美國正在考慮采用 1500mm 截深的可能性。 (3) 普遍提高供電電壓 由于裝機功率大幅度提高 , 為了保證供電質(zhì)量和電機性能 , 新研制的大功率電牽引采煤機幾乎都提高供電電壓 , 主要有 2300V , 3300V , 4160V 和 5000V。美國現(xiàn)有長壁工作面中 , 45 %以上的電牽引采煤機供電電壓為≥ 2300V。 (4) 有完善的監(jiān)控系統(tǒng) 包括采用微處理機控制的工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動控制系統(tǒng) 。 就地控制、無線電隨機控制 , 并已能控制液壓 支架、輸送機動作和滾筒自動調(diào)高。 (5) 高可靠性 據(jù)了解美國使用的 EL ECTRA 1000 型采煤機的時間利用率可達 95 %～ 98 % ,采煤量 350 萬 t 以上 ,最高達 1000 萬 t 。 (6) 多電機驅(qū)動橫向布置電牽引采煤機。截割電機橫向布置在搖臂上 , 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 (7) 總裝機功率、牽引功率大幅度提高 , 供電電壓 (對單個電機 400kW 及以上 ) 由 1140V 升至 3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機性能。 (8) 電牽引采煤機以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位 , 部分廠商同時也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 (9) 主機身多分為 3 段 , 取消了底托架 , 各零部件設(shè)計、制造強度大大提高 , 部件間用高強度液壓螺母聯(lián)接 , 拆裝方便 , 提高了整機的可靠性。 (10) 電控技術(shù)研究和采煤機電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進了一大步 , 功能逐步齊全 , 無線電隨機控制研制成功 , 數(shù)字化、微機的電控裝置已進入試用階段。 (11) 在橫 向布置的截割電機上 , 設(shè)計使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸 ,改善了傳動件的可靠性 , 對提高采煤機的整體可靠性和時間利用率起到了積極作用。 (12) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究 , 推進了我國的滾筒及截齒制造技術(shù) ,開發(fā)研制的耐磨滾筒 ,可適用于截割 f = 3～ 4 的硬煤。具有使用中軸向力波動小 ,工作平穩(wěn)性好 ,塊煤率高 ,能耗低等優(yōu)點。 1 .4 采煤機的 結(jié)構(gòu)特征 和 工作原理 圖 雙滾筒采煤機 采煤機的工作原理 : 綜合機械化采煤工作面采用雙滾筒采煤機，通常采用雙向采煤。騎槽式采煤機運行的前滾筒貼著頂半截割， 本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 后滾筒貼著底板截割。爬底板式采煤機則相反，前滾筒貼底，后滾筒貼頂截割。滾筒的螺旋葉片把破落的煤裝進可彎曲的刮板輸送機，再經(jīng)刮板轉(zhuǎn)載機和可伸縮膠帶輸送機運出。滯后于采煤機的輸送機溜槽和液壓支架，可隨著向前推移。如此從工作面的一端到另一端往復(fù)進行采煤，每個行程結(jié)束后， 需要調(diào)換滾筒的上下位置，如果帶有弧形擋板，還應(yīng)將弧形擋板轉(zhuǎn)到滾筒的另一側(cè)，以便進行相反方向的采煤進程 。 1 .4 .1 截 割部 截割部是由機械傳動裝置 和螺旋滾筒 組成 。搖臂內(nèi)的齒輪傳動裝置將電動機的動力傳給螺旋滾筒軸，由滾筒軸帶動滾筒轉(zhuǎn)動進行落煤和裝煤。減速箱內(nèi)的液壓調(diào)高系統(tǒng)通過一對液壓調(diào)高油缸的動作帶動搖臂擺動來實現(xiàn)滾筒的升降，以適應(yīng)不同的采高和頂?shù)装迤鸱? 左右搖臂減速器除殼體不同外，其余零部件完全相同，可互換使用。 搖臂主要由截割電動機、搖臂殼、一軸組件、惰輪組件、二軸組件、三軸組件、拔叉組件、行星減速器，內(nèi)噴霧系統(tǒng)等組成。 搖臂直接由截割電動機拖動，經(jīng)三級直齒輪傳動和一級行星機構(gòu)傳動，將動力傳遞到 截割滾筒，實現(xiàn)了采煤機落煤和裝煤的作用。 特點 如下 ： （ 1）行星傳動內(nèi)齒圈采用座入搖臂殼內(nèi)結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)中不易松動，工作平穩(wěn)。 （ 2）采用彎搖臂形式，加大了裝煤口，提高裝煤效率，增加塊煤率。 （ 3）搖臂殼體采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，外殼有焊接的冷卻水套，用于冷卻和內(nèi)噴霧供水噴霧降塵。 （ 4）搖臂回轉(zhuǎn)采用小鉸軸結(jié)構(gòu)。 （ 5）搖臂齒輪減速器都是簡單的直齒傳動，精度高，傳動效率高 滾筒是采煤機工作機構(gòu)，擔(dān)負著破煤，裝煤的作用，主要由滾筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星減速器輸出軸采用方形聯(lián)結(jié)套聯(lián)接，聯(lián)接可靠，拆卸方便 。 滾筒是采煤機工作機構(gòu)，擔(dān)負著破煤，裝煤的作用，主要由滾筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星減速器輸出軸采用方形聯(lián)結(jié)套聯(lián)接，聯(lián)接可靠，拆卸方便。 滾筒體采用焊接結(jié)構(gòu)，三頭螺旋葉片，設(shè)有內(nèi)噴霧水道和噴嘴壓力水從噴嘴霧狀噴出，直接噴向齒尖，以達到冷卻截齒，降低煤塵和稀釋瓦斯的目的。為延長螺旋葉片的使用壽命，在其出煤口處采用耐磨材料噴煤處理。 1 .4. 2 牽引部 1 液壓制動器 液壓制動器是由螺塞、外殼、碟形彈簧、活塞、圓盤、壓盤、外摩擦片、內(nèi)摩擦片、底座、花鍵套等組成。當(dāng)采煤機在正常工況下工作時， 由調(diào)高泵輸出的壓力油經(jīng)集成塊和制動電磁閥進入液壓制動器的外接油口，活塞在油壓下壓緊碟形彈簧組，壓盤與內(nèi)外摩擦片脫離接觸，液壓制動器呈現(xiàn)自由空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)出制動信號時，制動電磁閥斷電復(fù)位，制動器內(nèi)的油腔與油池連通，使得活塞在碟形彈簧的作用下推動壓盤壓緊內(nèi)外摩擦片，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，花鍵套被抱閘，起到制動采煤機的作用。 2 右電牽引部 右電牽引部內(nèi)的傳動系統(tǒng)與左電牽引部完全相同，所不同的是其內(nèi)部還裝有調(diào)高電動機，雙聯(lián)齒輪泵、集成塊、過濾器、壓力表、制動電磁閥等元件。用于采煤機調(diào)高系統(tǒng)及液壓制動器的動力來源。 3 左電牽引部 左電牽引部由左電牽引部殼體、牽引電機、電機軸組、牽引二軸、制動軸、雙行星減速器、液壓制動器、行走輪組成等組成。 牽引電動機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)二級直齒圓柱齒輪和二級行星齒輪減速器減速后，由行星架輸出，通過驅(qū)動