【正文】 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 引言 我國(guó)薄煤層儲(chǔ)量豐富，分布廣泛。在全國(guó)重點(diǎn)煤炭基地中有 85%以上都賦存有薄煤層。而且隨著近幾年的開采，厚煤層已經(jīng)沒有，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，薄煤層的回采產(chǎn)量?jī)H占總產(chǎn)量的 10%左右，而且這個(gè)比例還有逐步下降的趨勢(shì)，中厚煤層和薄煤層的開采比例嚴(yán)重失調(diào)。造成這種現(xiàn)象的原因就是機(jī)械化的 程度比較低，適于薄煤層開采的機(jī)械比較少。尋找一種高產(chǎn)、高效、一直是眾望所歸之事。 刨煤機(jī)作為一種落煤、裝煤和運(yùn)煤聯(lián)合進(jìn)行的采煤機(jī)械，四十多年來改進(jìn)和發(fā)展的經(jīng)歷充分證明了它是一種開采薄煤層及中厚煤層和薄煤層下 限的經(jīng)濟(jì)、高效的采煤機(jī)械。并且 刨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，裝煤效果好，塊煤率高，煤塵少等 優(yōu) 點(diǎn)；尤其是刨煤機(jī)的截深淺，使煤層中瓦斯瀉出均勻，不易集聚，在開采瓦斯大，易突出的煤層中有其特殊的作用。 全套圖紙，加 153893706 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 2 刨煤機(jī)是一種外牽引的淺截式采煤機(jī) ,可與工作面刮板輸送機(jī)一起組成刨煤機(jī)組 ,實(shí)現(xiàn)薄煤層的機(jī)械化開采 .與采煤機(jī)相比 , 刨煤機(jī)與其他淺煤層機(jī)組相比有很多優(yōu)點(diǎn) : (1) 刨煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,維修方便 ,易于操作等優(yōu)點(diǎn) .(2)人員不需跟機(jī)操作 ,容易實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化管理 .(3) 刨煤機(jī)靠切削落煤 ,煤塊率高 ,粉塵量少 ,提高礦井的效益 .(4)截深小 ,工作面煤壁壓力釋放和瓦斯?jié)B出量比較均勻 ,適合高瓦斯礦井開采 ,充分利用地壓 ,采煤能耗低 .(5)刨頭不帶動(dòng)力 ,靠?jī)啥?電動(dòng)機(jī)牽引 ,所以電纜不需要進(jìn)工作面 ,為開采創(chuàng)造了方便工作條件 . 刨煤機(jī) 的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù) 刨煤機(jī) 的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。 ： (1).煤層厚度：刨煤機(jī)特別適用于開采層在 以下的薄煤層，對(duì)厚度在 以下的極薄煤煤層的開采更為有利，但亦可用于中厚煤層。 (2).煤質(zhì)硬度：目前使用較多的靜力式刨煤機(jī)主要用于煤的抗壓強(qiáng)度小于 25Mpa的煤層，不適于開采硬 度較大的煤層。 (3).煤層傾角：在煤層傾角 15 度以下的緩傾斜煤層中工作，刨煤機(jī)不會(huì)產(chǎn)生下滑。但在傾角較大的煤層中使用，刨煤機(jī)在上行刨煤時(shí)，截煤阻力及輸送機(jī)自身容易使機(jī)組整體下滑，所以，刨煤機(jī)對(duì)緩傾斜煤層的適應(yīng)性較好 (4).頂?shù)装鍡l件：穩(wěn)定頂板有利于刨煤機(jī)的使用，但在支持技術(shù)發(fā)展以后，特別是采用液壓支架后，頂板并不是使用刨煤機(jī)的限制條件，刨煤機(jī)對(duì)煤層底板條件也無嚴(yán)格要求，只要底板起伏不大，斷層發(fā)育較好，底板硬度大于煤層硬度，即可使用刨煤機(jī)。 (5).瓦斯含量：刨煤機(jī)的截深小，工作面瓦斯的涌出均勻，因而更適 合在高瓦斯礦井遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 和有瓦斯突出危險(xiǎn)的礦井中使用，在這類礦井中亦可用刨煤機(jī)開采中厚煤層。 (6).地質(zhì)構(gòu)造：刨煤機(jī)不適宜在含水量大，斷層較發(fā)育，底板起伏大的礦井中使用，若有斷層，其落差不能超過煤層厚度，底板褶曲不能影響輸送機(jī)和機(jī)組運(yùn)行。 總之，刨煤機(jī)主要用于中硬煤層以下，底板起伏不大，斷層不發(fā)育，傾角較小，含水量少的刨煤機(jī)開采，在瓦斯含量的中厚度煤層也是可以考慮的。 ： 按刨頭與煤體的相互作用，刨煤機(jī)分為靜力式和動(dòng)力式兩類。動(dòng)力式刨煤機(jī)尚處在研究階段，目前所使用的主要是靜力式刨煤機(jī)。按刨煤與輸送機(jī)的 支承方式不同，靜力刨煤機(jī)又有拖鉤式、滑行式和拖鉤－滑行式三種。分別有不同的特點(diǎn)和使用條件。 后牽引拖鉤式刨煤機(jī) 這種刨煤機(jī)的牽引鏈設(shè)在輸送機(jī)的采空區(qū)側(cè)，用掌板帶動(dòng)刨頭實(shí)現(xiàn)刨煤，掌板直接在底板上滑行。其優(yōu)點(diǎn)有：運(yùn)行、穩(wěn)定性能好，刨道較窄，有利于頂板管理，牽引鏈和導(dǎo)架的安裝維護(hù)方便。 缺點(diǎn)：運(yùn)行速度低，牽引鏈和刨頭間的距離較大，牽引鏈抗力使刨頭在煤層平面內(nèi)有偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，造成刨煤機(jī)和輸送機(jī)溜槽及導(dǎo)向機(jī)構(gòu)間產(chǎn)生劇烈的摩擦和磨損，再加上掌板和底板間較大的摩擦和摩擦，使得刨煤機(jī)的運(yùn)行阻力高，消耗功率多。另外， 刨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，位于輸送機(jī)溜槽和底板之間的掌板會(huì)迫使輸送機(jī)溜槽上下浮動(dòng)，不僅加劇了摩擦，而且容易引起輸送機(jī)下滑。這種機(jī)型主要在地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層傾角較小，硬度較小，底板較硬，較平整的礦井中使用。 前牽引滑行式刨煤機(jī) 這種刨煤機(jī)的牽引鏈設(shè)在輸送機(jī)的靠煤壁側(cè)（前方），刨頭在封閉的導(dǎo)軌滑架上運(yùn)行，運(yùn)行阻力小，牽引機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，刨頭可高速運(yùn)行，上下浮動(dòng)量小。由于取消了掌板，牽引阻力和摩擦力小，消耗功率小，對(duì)底板的適應(yīng)性能好。但由于牽引鏈和導(dǎo)架設(shè)在煤壁側(cè)，安裝和維護(hù)不方便，運(yùn)行穩(wěn)定性也較差。這種機(jī)型主要用于硬度和 底板起伏較大的煤層。 后牽滑行－拖鉤式刨煤機(jī) 這是一種帶掌板的滑行式刨煤機(jī)，用了拖鉤刨和滑行刨的優(yōu)點(diǎn)，不僅運(yùn)行阻力小，而且穩(wěn)定好，但結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，造價(jià)較高，這種機(jī)型利于開采薄煤層，對(duì)于煤層地質(zhì)條件適應(yīng)性好，但選用時(shí)也應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 4 根據(jù)設(shè)計(jì)工況要求選擇前牽引的滑行式刨煤機(jī)。 ： 刨煤機(jī)分為刨煤部分、輸送部分、液壓推進(jìn)系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和輔助裝置六個(gè)基本部分。 刨煤部分主要包括兩套刨頭傳動(dòng)裝置、刨頭、刨鏈、導(dǎo)鏈架、緩沖裝置等。拖鉤刨煤機(jī)和滑行拖溝刨煤機(jī)的刨頭底部有拖板 。刨頭上安裝長(zhǎng)、短刨刀和底刨刀，刀位可由調(diào)節(jié)限位偏心軸分別獲得，以得到不同截深和飄刀。 A、緩沖器安裝在刨煤機(jī)兩端機(jī)頭機(jī)尾處，與終端限位裝 置配合使用，以吸收刨頭沖擊能量。輸送部分的工作原理及結(jié)構(gòu)與可彎曲刮板輸送機(jī)類似。 B、液壓推進(jìn)系統(tǒng)主要包括乳化液泵、乳化液箱和推進(jìn)液壓缸等。拖鉤刨煤機(jī)一般采用定量推進(jìn)式，滑行和滑行拖鉤刨煤機(jī)均采用定壓拖進(jìn)方式。噴霧系統(tǒng)中的噴霧頭安裝在擋煤板上，由噴霧泵供水，自動(dòng)噴霧采用電磁閥控制。 C、刨頭是刨煤機(jī)的主要工作結(jié)構(gòu)，選用時(shí)要考慮以下要求：第一，刨頭的高度可調(diào)，而且高度的調(diào)整 方便，以適應(yīng)煤層厚度的變化。第二，刨頭在刨煤中各種刨刀可以讓刀，以減少非工作側(cè)的磨損，刨刀要便于拆裝，材質(zhì)要耐磨。第三，刨刀的排列應(yīng)能實(shí)施梯形或者楔形截割，負(fù)荷較大的底刀應(yīng)設(shè)置在刨頭的中部，刨頭的前后部應(yīng)有超前刀。第四，刨頭底部的裝煤性能更好，刨頭要求工作面兩端的缺口尺寸盡量小。 D、刨頭牽引鏈傳動(dòng)部件是向刨頭傳遞動(dòng)力的機(jī)構(gòu)，選用時(shí)候應(yīng)考慮第一，減數(shù)器尺寸應(yīng)盡量小，以利于縮小缺口尺寸，第四，刨鏈輪傳動(dòng)要平穩(wěn)，材料耐磨。第三，應(yīng)有可靠的斷鏈保護(hù)裝置，以保護(hù)安全。第四，刨鏈要有足夠的耐磨性和強(qiáng)度，并要有調(diào)鏈裝置 。 E、導(dǎo)護(hù)鏈裝置用以引導(dǎo)和保護(hù)刨鏈，選用的要求：第一，最好選用后牽引方式，以保護(hù)刨鏈平穩(wěn)運(yùn)行。第二、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，工作應(yīng)可靠。第三、導(dǎo)護(hù)鏈裝置以滾動(dòng)摩擦為好，以減少磨損。第四，導(dǎo)護(hù)鏈裝置間的連接應(yīng)有利于加強(qiáng)輸送機(jī)中部槽的連接。 刨煤機(jī) 多采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)可采用聯(lián)合驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī) 機(jī)身和機(jī)尾 ，在驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)同時(shí)，間接地以輸送機(jī)構(gòu)機(jī)尾為主動(dòng)軸帶動(dòng)刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。這樣傳動(dòng)系統(tǒng)中元件少、機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但裝載與輸送機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動(dòng)相牽連，相互影 響大。由于該位置空間較小布置較困難。 輸送機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器的一端，通過遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 減速裝置驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。但由于傳動(dòng)裝置和動(dòng)力元件較多，故障點(diǎn)有所增加。 目前，這兩種輸送機(jī)構(gòu)均有采用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)酌情確定。一般常采用與裝載機(jī)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)方式。 噴霧泵站給 刨煤機(jī)提供一定壓力的噴霧水，以減少或者降低煤塵、巖塵的飛揚(yáng)，防止煤塵爆炸。噴霧泵與乳化液泵基本相同，大多采用臥式三柱塞泵，工作壓力為 Pa。 這種除塵方式有以下兩種： ① 外噴霧降塵。是在工作機(jī)構(gòu)的懸臂上裝設(shè)噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。由于噴嘴距粉塵源較遠(yuǎn)，粉塵容易擴(kuò)散，除塵效果較差； ② 內(nèi)噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對(duì)著截齒噴射。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。但噴嘴容易堵塞和損壞，供水管路復(fù)雜，活動(dòng)聯(lián)接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內(nèi)外噴霧相結(jié)合的辦法，并且和截割電機(jī)、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結(jié)合起來考慮，將冷卻水 由噴嘴噴出降塵。 ： 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度： 180m 生產(chǎn)能力： 80～ 290 t/h 煤層厚度： ～ 煤層硬度： f≤ 煤層傾角：＜ 25176。 截 深： 35～ 60mm 刨 速： ～ 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 6 2刨煤機(jī)系統(tǒng)原始資料和工況參數(shù) 原始資料和工況參數(shù)是刨煤機(jī)設(shè)計(jì)必不可少的內(nèi)容，是影響刨煤機(jī)設(shè)計(jì)的主要因素。刨煤機(jī)設(shè)計(jì)合理與否與原始資料和工況參數(shù)的確定有直接關(guān)系。 刨煤機(jī)系統(tǒng)不論采取何種工作方式，都必須提前確定原始資料。刨煤機(jī)系統(tǒng)的原始資料主要有：用戶要求的生產(chǎn)能力，刨煤機(jī)系統(tǒng)工作方式，煤層抗截強(qiáng)度，工作面煤層厚度變化范圍，煤的脆塑性，煤的實(shí)體密度，煤的松散系數(shù)等，具體內(nèi)容如表 2－ 1 所示。 表 2— 1 刨煤機(jī)系統(tǒng)原始資料 Tab21 the original data of plow system 名稱 符號(hào) 單位 用戶要求的生產(chǎn)能力 Q 240 /th 工作面煤層的厚度 最大厚度 maxH 最小厚度 minH 刨煤機(jī)系統(tǒng)工作方式 單刨穿梭式刨煤 煤層抗截強(qiáng)度 A 225Ncm 煤的脆塑性 脆性煤 韌性煤 特脆煤 韌性煤 輸送機(jī)允許裝載斷面積 0A 2m 煤的實(shí)體密度 ? 3tm 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 煤的松散系數(shù) sk 對(duì)于具體煤層的物理機(jī)械性質(zhì)、煤層可刨性、煤層夾矸的情況以及工作面煤層的厚度變化范圍，都應(yīng)到井下實(shí)地測(cè)定。需要指出的是 ：在井下工作面實(shí)地測(cè)定煤層的各種物理機(jī)械性能有一定的困難，可取煤巖試樣在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。這種設(shè)計(jì)方法才是真正采用了“從刨刀到電動(dòng)機(jī)”和“量體裁衣”的原則。 刨煤機(jī)工況參數(shù)，即刨煤機(jī)工作參數(shù)，是根據(jù)原始資料并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的。整個(gè)刨煤機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本都是根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行的。因此，這些基本參數(shù)的確定對(duì)刨煤機(jī)設(shè)計(jì)有決定性影響。需確定的基本參數(shù)見表 2－ 2。 表 22 基本參數(shù) Tab22 basic parameters 名稱 符號(hào) 單位 輸送機(jī)理 論輸送能力 sQ th 刨煤機(jī)理論生產(chǎn)能力 tQ th 刨煤機(jī)速度 （以下簡(jiǎn)稱刨速） 最大刨速 maxbV ms 最小刨速 minbV ms 刮板輸送機(jī)鏈速 （以下簡(jiǎn)稱鏈速） 最大鏈速 maxsV ms 最小鏈速 minsV ms 刨削深度 （以下簡(jiǎn)稱刨深） 最大刨深 maxh cm 最小刨深 minh cm （ 1）輸送機(jī)理論輸送能力 sQ 輸送機(jī)的理論輸送能力 sQ 是根據(jù)刨煤機(jī)的理論生產(chǎn)能力 bQ ，并結(jié)合井下工作面煤層的垮落情況、實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及井下生產(chǎn)制度等確定的。輸送機(jī)單位小時(shí)理論輸送能力 sQ 按式（ 2－ 1） 劉霞：刨煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及刨頭設(shè)計(jì) 8 03600s s sQ A k V? ?? ? ? ? ??????????? （ 2－ 1） 式中： 0A — 輸送機(jī)允許裝載斷面積， 2m ； k?— 輸送機(jī)溜槽充滿系數(shù)； sV — 輸送機(jī)鏈速， ms； s? — 煤的松散密度， 3tm。 式（ 2－ 1）表明，輸送機(jī)理論輸送能力 sQ 主要受 0A 和 sV 的限制。根據(jù)實(shí)際工況和用戶要求的生產(chǎn)能力 Q ，可以選擇鏈速 sV 和 0A 。 （ 2） 刨煤機(jī)理論生產(chǎn)能力 tQ 刨煤機(jī)的理論生產(chǎn)能力 tQ 是根據(jù)用戶要求的生產(chǎn)能力 Q、輸送機(jī)理論輸送能力 sQ 以及井下工作面的具體布置情況和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)制度等確定的。刨煤機(jī)理論生產(chǎn)能力 tQ 按式 (2－ 2)計(jì)算。 3600tbQ H h V ?? ? ? ? ???????????? (2－ 2) 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。 由式（ 2－ 2）可知，在其它條件相同的情況下，刨速 bV 越大，刨煤機(jī)理論生產(chǎn)能力 tQ 越大，但刨速提高后，為保證刨頭穩(wěn)定運(yùn)行，必須提高刨頭、刨鏈、導(dǎo)護(hù)鏈裝置、傳動(dòng)裝置以及輸送機(jī)中部槽等部件的強(qiáng)度。此外還要求機(jī)組其它各種保護(hù)裝置齊全可靠，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