【正文】 特別是刨頭運(yùn)行 的控制保護(hù)裝置和過載保護(hù)裝置，而且提高刨速還會(huì)導(dǎo)致刨煤機(jī)成本增加，后期維護(hù)費(fèi)用增高，刨煤機(jī)配套的輸送機(jī)結(jié)構(gòu)和相關(guān)裝置結(jié)構(gòu)增大。 因此，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度考慮，必須確定合理的刨速，才能既保證用戶要遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 求的生產(chǎn)能力，又能降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 對(duì)于刨速如何確定，國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)沒有統(tǒng)一的理論推導(dǎo)。刨煤機(jī)對(duì)煤層和工作面頂板、底板的要求較高，刨煤機(jī)設(shè)計(jì)講求“個(gè)性化”，針對(duì)不同的煤層，設(shè)計(jì)不同功率、不同結(jié)構(gòu)形式的刨煤機(jī)，使刨煤機(jī)達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。 (3) 刨深 h的確 定 根據(jù)原始資料、鏈速、刨速以及輸送機(jī)裝載斷面積均勻化程度來確定刨深 h ，此外刨深的確定還必須滿足用戶所要求的生產(chǎn)能力。 因此確定刨深為 35～ 60mm。 井下生產(chǎn)實(shí)踐證明，以及根據(jù)各國(guó)煤炭領(lǐng)域科技工作者的研究發(fā)現(xiàn)，單刨頭穿梭式刨煤方式最為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。根據(jù)現(xiàn)有刨煤機(jī)的使用情況，刨煤機(jī)的工作方式主要可以分為以下五種，其特點(diǎn)分別是： （ 1）低速刨煤法 ( bsVV? ) 這種刨煤方式，刨速 bV 小于鏈速 sV 。并且鏈速 sV 、刨深 h 和刨速 bV 在刨頭上下行刨煤過程中不變。 （ 2）高速刨煤法（ bsVV? ） 這種刨煤方式，刨頭無論沿工作面哪個(gè)方向運(yùn)行，刨速 bV 總是大于鏈速 sV ，并且鏈速 sV 、刨深 h和刨速 bV 在刨頭上下行刨煤過程中不變。 （ 3）組合刨煤法 1 這種刨煤方式采用低速刨煤法與高速刨煤法相結(jié)合，采用兩種刨深 sh (上行刨深 )、 xh (下行刨深 )和兩種刨速。上行時(shí)， bsV （上行刨速） sV ；下行時(shí)， bxV（下行刨速） sV ；鏈速 sV 在刨頭上下行刨煤過程中不變。 （ 4）組合刨煤法 2 這種刨煤方式與組合刨煤式 1 類似 , 上行時(shí)， bsV sV ；下行時(shí)， bxV sV 。刨頭上下行刨煤過程中刨速不同，但采用一種鏈速 sV 和一種刨深 h 。 （ 5）組合刨煤法 3 這種刨煤方式采用兩種刨速和兩種鏈速。上行時(shí)， bsV ssV （上行鏈速）；下行時(shí)， bxV sxV劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 10 （下行鏈速），即刨頭上下行刨煤過程中，刨速和鏈速都改變，且采用兩種刨深 sh 、 xh 。 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)具體“刨頭－輸送機(jī)”的系統(tǒng)工況，并結(jié)合實(shí)際 設(shè)計(jì)的 生產(chǎn)能力，選擇二者之間具體的比值，選擇原則如下： (1).刨速不宜過高，否則會(huì)造成控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)很復(fù)雜；刨速也不可過低，否則為了滿足用戶要求的生產(chǎn)能力， 刨深會(huì)很大，造成刨頭、刨鏈的尺寸加大，設(shè)備費(fèi)用提高。 (2).在通常情況下，刨速應(yīng)盡量采用較大值。刨速提高，一方面可增強(qiáng)刨煤機(jī)刨硬煤的能力； 另一方面刨深相同的情況下，刨煤機(jī)的生產(chǎn)能力較大。 高速刨煤法工況中刨速與鏈速的確定 采用高速刨煤法，能夠提高刨煤機(jī)刨硬煤的能力。計(jì)算表明當(dāng)刨速等于或高于鏈速的三倍時(shí)，刨煤機(jī)與輸送機(jī)的能力能夠得到較大限度的利用。 針 對(duì) 高 速 刨 煤 法 ( bsVV? ) ， 刨 速 和 鏈 速 的 確 定 順 序 為 ：0,s s p v bV A Q k k V? ? ? ?。 按照上面的計(jì)算順序有： 設(shè) bv sVk V?，則 tpsQk Q? ????????????? ? （ 4－ 1） 0 2 (3 1)( 1)s v vvH h k k kA k? ? ? ?? ?????????? ? （ 4－ 2） 223 9 4 42p p pv k k k k k kk ? ? ?? ? ? ? ? ?? ??????? （ 4－ 3） 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 b v sV k V?????????????? ???? （ 4－ 4） 針 對(duì) 高 速 刨 煤 法 ( bsVV? ) ， 刨 速 和 鏈 速 的 確 定 順 序 為 ：0,s s p v bV A Q k k V? ? ? ?。 按照上面的計(jì)算順序有： tpsQk Q? ?????????????? ???? （ 45） 3600tbQ H h V ?? ? ? ? ??????????????? （ 46） 式中： H — 工作面采高， m ； h — 刨深， m ； bV — 刨速， /ms； ? — 煤的實(shí)體密度， 3/tm。 03600s s sQ A k V? ?? ? ? ? ?????????????? （ 47） 式中： 0A — 輸送機(jī)允許裝載斷面積， 2m ； 0 2 (3 1)( 1)s v vvH h k k kA k? ? ? ?? ????????????? ?? （ 48） k? — 輸送機(jī)溜槽充滿系數(shù)； sV — 輸送機(jī)鏈速， ms； sk — 煤的松散系數(shù)； s? — 煤的松散密度， 3tm。 k? — 輸送機(jī)溜槽充滿系數(shù)。 所以，0036003600t b bps s s s sQ V h H V h Hk Q A V k A V k??????? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?= 3 4 3 6 0 9 2 4 0 ????? 設(shè) bv sVk V?，則 2 1(3 1)vp vkk kk??? ??????????? ?? （ 49） 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 12 223 9 4 42p p pv k k k k k kk ? ? ?? ? ? ? ? ?? = 2 4134 ????????? b v sV k V??????????????? （ 410） 假定用戶要求的生產(chǎn)能力 Q ＝ 240 /th，則刨煤機(jī)的理論生產(chǎn)能力 tQ 應(yīng)該最小 等于 Q ＝ 240 /th。 假定輸送機(jī)溜槽充滿系數(shù) k? ＝ ，這個(gè)值可以根據(jù)實(shí)際工況有所變動(dòng)。 選擇鏈速 /sV m s? ， 輸送機(jī)允許裝載斷面積 0A ＝ 2m 。煤的實(shí)體密度? ＝ 3/tm，煤的松散系數(shù) sk ＝ ，則煤的松散密度 s? ＝ ＝ 3tm。 把上述各個(gè)參數(shù)代入公式得到： tp sQk Q?＝ ， vk ＝ ， vk ＝－ （舍去）。 所以， b v sV k V??＝ /ms。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 刨頭長(zhǎng)度的確定 刨頭的長(zhǎng)度應(yīng)由每節(jié)輸送機(jī)中部槽的長(zhǎng)度以及牽引系統(tǒng)（刨頭牽引部）的長(zhǎng)度來確定。假設(shè)輸送機(jī)中部槽的長(zhǎng)度為 zL ，考慮到刨頭穩(wěn)定性和為了減小摩擦阻力，以及刨頭運(yùn)行中可能被輸送機(jī)溜槽卡住，通常刨頭的長(zhǎng)度應(yīng)該在 zL 與2 zL 之間。 因此我設(shè)計(jì)的刨頭的長(zhǎng)度確定在 1500～ 3000mm，現(xiàn)取 2170mm。 刨頭寬度的確定 刨頭寬度，應(yīng)該由輸送機(jī)滑架寬度以及刨刀排列外形來確定，此外刨頭的寬度還應(yīng)該考慮到刨頭的穩(wěn)定性。 參照以往的刨煤機(jī)設(shè)計(jì)，選擇刨頭寬度為700cm。 刨頭高度的確定 此高度是能適應(yīng)最大和最小煤層厚度的刨頭高度。對(duì)于具體的刨煤機(jī)工作面，應(yīng)該根據(jù)工作面的實(shí)際采高，通過增加加高塊的數(shù)量來達(dá)到刨頭的工作高度。 根據(jù)我國(guó)煤層厚度，采高要求 ～ 和用戶需求 ， 選定刨頭高度為 。 minbH 刨頭是刨煤機(jī) 的刨煤和裝煤機(jī)構(gòu)，是刨煤機(jī)的一個(gè)重要組成部分。刨頭的最低高度 minbH 是指對(duì)應(yīng)某一具體工作面采高的最低高度。 minbH 按式（ 5— 1）計(jì)算。 m in m in m a H H h? ? ? ? ?????????（ 5— 1） =+ ??? = 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 14 考慮到刨刀刀底之間應(yīng)留有安裝間隙，取 minbH 為 73cm。 式中： minbH — 刨頭的最低高度， cm ； ZH — 刨頭裝煤高度（從煤層底板到滑架最上沿之間的距離）， cm 。取 ZH =。 minH — 工作面煤層的最小厚度， m ； 參照地質(zhì)條件 minH =。 maxh — 最大刨深， cm ； 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取 maxh =60mm。 ? — 刨頭刨刀座頂部刨刀的超高量，一般取 2～ 5cm 。 這里取 ?=5cm。 maxbH 刨頭的最大高度 maxbH 是指對(duì)應(yīng)于某一具體工作面采煤高度，刨頭應(yīng)該達(dá)到的最大高度值。 maxbH 可按式 (5－ 2)計(jì)算。 maxbH ＝ maxH － kH ????????????? （ 5－ 2) =15040 =110cm 考 慮 到 刨 刀 刀 座 之 間 應(yīng) 留 有 安 裝 間 隙 以 及 頂 刨 刀 的 超 前 量 ， 應(yīng) 該 取maxbH =120cm。 式中： maxbH — 刨頭的最大高度， cm ； maxH — 工作面煤層的最大厚度， cm 。 根據(jù)我國(guó)淺煤層分布情況確 定 maxH =150cm。 kH — 煤層自行垮落的高度。 查閱資料，確定 kH =40cm。 刨頭的設(shè)計(jì)高度是指刨頭在設(shè)計(jì)和制造時(shí)中所采用的高度。參考上面的計(jì)算結(jié)果和刨頭在設(shè)計(jì)、制造過程中需考慮的一些因素以及煤層的性質(zhì)，確定刨頭的最后設(shè)計(jì)高度。 刨頭的最大設(shè)計(jì)高度： maxbH =120cm。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 刨頭的最小設(shè)計(jì)高度： minbH =73cm。 刨刀間距 t 的確定 兩刨刀間的距離，即刨刀間距，應(yīng)保證刨刀刨削煤壁后，兩刨刀間不留下煤脊或煤槽，即必須把煤刨落下來。 對(duì)于各種不同的刨深 ih ，刨刀間距應(yīng)是各種刨深下間距 it 的平均值。 刨刀的排列方式 刨刀的排列方式見圖 5－ 1。 圖 5－ 1 刨刀的 排列方式 The Arrangement of planning tools 刨刀的排列方式對(duì)刨刀、刨頭受力有很大影響。此外，刨刀的排列方式?jīng)Q定著刨頭的裝煤效果，下面分別介紹三種不同形式的刨刀排列。 直線式 直線式排列是指所有刨刀的中心線相互平行，都平行于底板。刨刀之間距離基本相等，相鄰刨刀都在同一平面內(nèi)。這種排列方式，刨刀受力均勻，能耗比較低。 階梯式 階梯式排列是指相鄰刨刀中心線相互平行，在同一斜面上呈階梯狀，下排刨刀比上排刨刀超前，每把刨刀都受煤壁向下的側(cè)向力。這種排列方式，刨 頭不易飄刀，刨頭的重心較低，穩(wěn)定性較好。有實(shí)驗(yàn)表明比直線式排列的能耗高劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 16 約 17%。 混合式 混合式排列是指刨頭上的刨刀一部分按直線排列，一部分按階梯式排列。 刨刀階梯式排列的角度 δ 建議取 55～ 65176。 介于直線式和階梯式排列的好處，我選擇混合式刨刀排列。 直線式和階梯式排列刨刀的間距 it a. 直線式排列刨刀的間距 it 按式 (5－ 3)計(jì)算。 7 . 5 0 . 3 2 . . . .0 . 6 5ii i p xiht h b Kh??? ? ? ? ??????????????? (5－ 3) 頂部、底部刨刀間距： it = 5 5 6 ???????? ????? ?cm. 其余刨刀： it = ???????? ????? ? 刨刀間距不宜太大，也不宜太小。間距太大，刨刀不能將煤一次刨落；間距太小，將增加刨削的比能耗。因此，刨刀間距必然存在一個(gè)臨界值，刨刀間距的臨界值 jt 按式 (5－ 4)計(jì)算。 jt 2 tan( )pibh ??? ????????????? (5－ 4) jt ≤ +2 6? tan(? )=+2 tan? 40176。 = 式中 ： ih －最后確定的設(shè)計(jì) 刨深 ， cm ； 取 ih =6cm。 pb －刨刀刨削部 分的計(jì)算寬度 ， cm ； 頂部刨刀刨削部分的計(jì)算寬度 pb =，其余刨刀的 pb =。 xK － 刨槽的寬度系數(shù) ， 對(duì)于韌性煤 xK ＝ ， 對(duì)于脆性煤 xK ＝ ，對(duì)于特脆煤 xK ＝ 。 這里 xK 取 . ? －煤層截槽側(cè)面崩落角。 后面已求 ? =40176。 . b. 直線式和階梯式排列刨刀的平均間距 zbt 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 1 ............miizbttm??? .......................（ 5－ 5） =16120 = 式中 ： zbt － 平均間距 ， cm ； m －間距 it 的數(shù)量。 m =16. c. 刨頭最小和最大高度的截線數(shù) 刨頭最小截線數(shù) minn 按式 計(jì)算。 m i nm i n 1 ..........................bzbHn t?? ????????? （ 5－ 6） = ?? 刨頭的最大截線數(shù)按 式 計(jì)算。 m a xm a x 1