【正文】 21 WBWB HHKK QN ?? (214) 式中 Q— 采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)率； K1— 功率利用系數(shù)，用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)取 1， 兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)時(shí)取 ； K2— 功率水平系數(shù)，與牽引速度調(diào)節(jié)方式 、 電機(jī)超載能力等 因 素有關(guān)，按表 27選取，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 超載能力是指最大轉(zhuǎn)矩 Mmax 與額定轉(zhuǎn)矩 MH 比值。 已知煤質(zhì)為硬煤，普性系數(shù) f＝ ，由表 23 查得截割阻抗系數(shù) A。采煤機(jī)牽引速度在零到某個(gè)值范圍內(nèi)變化， 選擇工作牽引速度時(shí)，應(yīng)考慮采煤機(jī)的負(fù)荷、生產(chǎn)能力，以及運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力。截割速度決定于截割部傳動(dòng)比、滾筒直徑和滾筒轉(zhuǎn)速，對(duì)采煤機(jī)的功率消耗、裝煤效果、煤的塊度和煤塵大小等有直接影響。采高對(duì)確定采煤機(jī)整體結(jié)構(gòu)有決定性的影響，它既規(guī)定了采煤機(jī)適用的煤層厚度，也是與支護(hù)設(shè)備配套的一個(gè)重要參數(shù)。 采煤 機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 初定如下 表 ： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 表 22 采煤 機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 參 數(shù) 尺 寸 采高范圍 ～ 3m 搖臂擺角 17176。表中列出在各種滾筒直徑和機(jī)身高度下的最大采高 H和機(jī)身過(guò)煤通道高度 B。 下面由圖 23討論計(jì)算采煤機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 尺寸 N 是從老煤壁到第一排立柱的距離與支架 頂梁 懸臂長(zhǎng)度之差，它決定了靠近煤壁的無(wú)支 護(hù)寬度，應(yīng)盡可能地縮小。上述任何一種布置方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。當(dāng)然，增大尺寸 D或縮小尺寸 A才能加大空隙 b。 確定主要尺寸 設(shè)計(jì)采煤機(jī)要從選取其決定性尺寸開(kāi)始。轉(zhuǎn)子慣性矩與轉(zhuǎn)子飛輪轉(zhuǎn)矩的關(guān)系是： Jp ＝gGD42 (28) 轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的總慣性矩： J＝2 (29) 轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的角加速度是變量，它與煤的機(jī)械性質(zhì)、煤層中有無(wú)堅(jiān)硬夾層及其堅(jiān)硬度、傳動(dòng)件剛度、工作機(jī)構(gòu)型式及截割參數(shù)等有關(guān)。 用功率相當(dāng)?shù)囊慌_(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 這種驅(qū)動(dòng)方式可以最充分地利用功率，因?yàn)橛行?qū)動(dòng)功率等于裝機(jī)功率 (k1 =)。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 這種驅(qū)動(dòng)方式的缺點(diǎn)是，作用在采煤機(jī)零件上的扭矩要加大一倍 ,相同功率的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的方式比較，在其余條件相同時(shí)，驅(qū)動(dòng)時(shí)作用在采煤機(jī)零件上的載荷加大一倍，這就使得設(shè)計(jì)機(jī)械和保證可靠性要復(fù)雜得多。裝煤工作主要由后隨滾筒承擔(dān)，但裝煤消耗的能量少，不要消耗很多功率。每種驅(qū)動(dòng)方式各有其 優(yōu)缺點(diǎn)。兩種驅(qū)動(dòng)方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以，在確定驅(qū)動(dòng)方式時(shí)應(yīng)考慮以下情況： 由公用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)，通常采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其尺寸也較小。采煤機(jī)工作時(shí)沿導(dǎo)軌移動(dòng)， 并依靠裝在底梁上的導(dǎo)向管導(dǎo)向。這樣可以縮短頂板懸露時(shí)間，減少頂板懸露面積，也就相對(duì)地減少頂板下沉量，降低頂板壓力，從而減少片幫和冒頂?shù)奈：Α? 截齒是采煤機(jī)上更換最頻繁的 一種零件。 為了更有效的滅塵，現(xiàn)代中厚煤層和厚煤層采煤機(jī)裝有吸塵器，這也是總體布置應(yīng)該考慮的。為此目的，常把工作機(jī)構(gòu)布置在機(jī)體的兩端。采煤機(jī)要開(kāi)采何種煤層，這一點(diǎn)影響著采煤機(jī)的形狀和尺寸。在進(jìn)行總體布置的同時(shí)，還要擬定采煤機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。電氣牽引結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，維修方便，能節(jié)省大量的液壓 油 ，故已成為采煤機(jī)牽引技術(shù)的發(fā)展方向。無(wú)鏈牽引的結(jié)構(gòu)形式很多，主要有齒輪－銷(xiāo)軌型、滾輪－齒軌型 、鏈輪－鏈軌型、復(fù)合齒輪齒條型 4 種。目前我國(guó)使用的雙滾筒采煤機(jī)，多采用圓環(huán)鏈牽引方式。但是機(jī)體和搖臂的總寬度卻較大，搖臂懸掛在機(jī)體上的條件較差 (因其支承跨度較小 )，搖臂殼體的斷面積和剛度較小?？梢曰夭烧麄€(gè)工作面，自切進(jìn)刀的工序少，無(wú)支護(hù)空間也最小。工作機(jī)構(gòu)是裝在兩端的固定下螺旋滾筒和裝在采煤機(jī)中部搖臂上的上螺旋滾筒。 4） 對(duì)稱(chēng)布置的雙螺旋滾筒采煤機(jī) 這種采煤機(jī)騎在工作面輸 送 機(jī)溜槽上。采煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這種采煤機(jī)是單向工作的，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 但是利用可以翻轉(zhuǎn)的掃煤裝置，也可進(jìn)行 雙向采煤。在這種條件下采用截冠采煤 機(jī)也未必合適。 在節(jié)理明顯、與頂?shù)装褰佑|面清楚以及礦山壓力引起強(qiáng)烈壓張現(xiàn)象的煤層中，最好采用帶垂直鼓形滾筒的采煤機(jī)。 考慮到這些要求和各種工作機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，可以認(rèn)為，開(kāi)采厚度小于 0． 8米的煤層時(shí)，河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 帶垂直轉(zhuǎn)軸的鼓形滾筒采煤機(jī)效果最好。在其他條件一樣而驅(qū)動(dòng)功率還有富裕時(shí)，加大截深可以提高每截一刀的產(chǎn)量，和減少主要生產(chǎn)工序的勞動(dòng)消耗量。截冠的嚴(yán)重缺點(diǎn)是，截深要隨著截冠直徑的減小而減小，因而用在薄煤層中難于保持它的長(zhǎng)處。 螺旋滾筒的缺點(diǎn)是：小直徑螺旋滾筒的運(yùn)煤能力有限，運(yùn)煤能力接近正比于滾筒直徑的平方，但不受螺旋滾筒長(zhǎng)度變化的影響；螺旋滾筒不能倒轉(zhuǎn)，這有時(shí)使往工作面輸送機(jī)裝煤的條件惡化。首先是由于截割速度較高和切屑斷面積較小 (因?yàn)榍行际窃卵佬蔚?)，工作機(jī)構(gòu)的不完善系數(shù)較大，煤炭的運(yùn)輸路程較長(zhǎng)和鼓形滾筒運(yùn)煤能力低，故煤炭破碎得厲害。要求頂板中等穩(wěn)定，底板起伏不大，不過(guò)于松軟，煤質(zhì)硬或中硬，也能截割一定的矸石夾層。 采煤機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 采煤機(jī)的使用條件 采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)取決于： （ 1） 礦山地質(zhì)條件的多樣性。在大量生產(chǎn)下，每個(gè)工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專(zhuān)用機(jī)床和工夾具，勞動(dòng)效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。 調(diào)查研究 調(diào)查研究的內(nèi)容一般包括有： （ 1）學(xué)習(xí)有關(guān)的 采煤 機(jī)設(shè)計(jì)的工作原理，了解使用功能，明確設(shè)計(jì)要求 ； （ 2）調(diào)查了解 現(xiàn)有生產(chǎn)條件 對(duì)新 采煤 機(jī)的要求； （ 3）詳細(xì)了解 現(xiàn)有 的設(shè)備條件、技術(shù)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)； （ 4）收集國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型 采煤機(jī) 的技術(shù)文獻(xiàn)和圖紙資料，注意了解新技術(shù)在同類(lèi)設(shè)備上的應(yīng)用情況； （ 5）對(duì)于新采用的工藝和結(jié)構(gòu)，必須先經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得足夠的數(shù)據(jù)后，才能應(yīng)用與設(shè)計(jì)。 （ 4） 有加大采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)功率及其生產(chǎn)率的趨勢(shì)?，F(xiàn)代 新型 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展的特點(diǎn)如下： （ 1） 研制騎在工作面輸 送 機(jī)溜槽上工作的淺截式采煤機(jī)。因?yàn)槲易龅闹饕?采煤 機(jī) 總體 部分的設(shè)計(jì)， 所以還要兼顧其他方面，這是個(gè)挑戰(zhàn)又是個(gè)機(jī)會(huì)，鍛煉了自己在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮問(wèn)題，認(rèn)真 分析機(jī)構(gòu)工作原理的能力。 “工欲善其事，必先利其器”。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論 機(jī)械制造業(yè)的現(xiàn)狀 機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在 高國(guó)富 老師的帶領(lǐng)和指導(dǎo)下完成的。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)還可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考，開(kāi)發(fā)思維和協(xié)調(diào)工作的能力，這對(duì)今后踏入社會(huì)以后能否盡快地適應(yīng)社會(huì)也有很大的幫助。本次設(shè)計(jì)從分析 采煤機(jī) 設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)開(kāi)始，介紹機(jī)械系統(tǒng)的組成，各組成部分之間的配置，選擇和結(jié)構(gòu)匹配性設(shè)計(jì)，以及進(jìn)行 采煤機(jī) 整體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮哪些問(wèn)題，目的是培養(yǎng)學(xué)生多樣性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新和整體設(shè)計(jì)的能力。四年的大學(xué)生活即將接近尾聲，進(jìn)行了為期近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 為了更好的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從三月底開(kāi)始，就不間斷的結(jié)合自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了 相關(guān)資料的收集 。 高 老師為我們的設(shè)計(jì)付出了巨大的心血，在此，我向 高國(guó)富 老師表示由衷的謝意！ 本次設(shè)計(jì)是 根據(jù) 生產(chǎn)實(shí)際的需要，設(shè)計(jì) 工作面采煤設(shè)備 —— 采煤 機(jī)， 以期不斷完善采煤設(shè)備，把綜采技術(shù)推向一個(gè)新的水平，使之達(dá)到高產(chǎn)、高效、安全、經(jīng)濟(jì)；向遙控及自動(dòng)控制發(fā)展，逐步過(guò)渡到無(wú)人工作面采煤；提高單機(jī)的可靠性，并使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。 培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用和鞏固擴(kuò)展所學(xué)知識(shí)，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力； 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運(yùn)用各種資料，手冊(cè)等科技文獻(xiàn)的能力； 培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究、正確熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)等工具書(shū)的能力； 使我們更加熟練的運(yùn)用 AUTOCAD、 Word 等計(jì)算機(jī)辦公軟件，提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力； 訓(xùn)練和提高機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論和技能； 1 培養(yǎng)我們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。由于采用淺截式采煤機(jī)，工作空間的頂板容易實(shí)現(xiàn)無(wú)支柱懸臂支護(hù)，采煤、管理頂板和移置工作面輸送機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低了。在有些國(guó)家里，采獲煤的塊度具有第一位的意義，因而研制了用截冠或截冠和螺旋滾筒做工作機(jī)構(gòu)的較復(fù)雜的采煤機(jī)。主要致力于詳細(xì)闡述 總體 結(jié)構(gòu)，分析各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選取正確的原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和確定解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題的途徑 。 制定工藝方案時(shí)，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類(lèi)型。 樣機(jī)試制和鑒定 對(duì)樣機(jī)要進(jìn)行試制和鑒定，合格后再進(jìn)行小批試制以考驗(yàn)工藝。因而它們需互相協(xié)調(diào)； （ 4） 在井下使用。 下面討論現(xiàn)代采煤機(jī)所用工作機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)： 帶水平轉(zhuǎn)軸的鼓形滾筒 其特點(diǎn)為：截割整個(gè)工作面表面，用截齒 截下月牙形切屑，碎落煤炭由下向上從工作空間運(yùn)出并落到特殊的裝煤裝置上，再在重力作用下沿著裝煤裝置的斜面裝到工作面輸送機(jī)上。因而可減少煤在裝運(yùn)過(guò)程中的破碎。 截冠 和前面幾種不同，它是先在煤層中截出深而窄的截縫，再把截縫間的煤柱擠碎，因而降低了工作機(jī)構(gòu)不完善系數(shù)。 在現(xiàn)代 采煤機(jī)上，很少用截盤(pán)；帶水平軸的鼓形滾筒也幾乎全部被螺旋滾筒替代了。應(yīng)該注意，開(kāi)采薄煤層時(shí)減少截深的效果特別不好，因?yàn)椴焕墓ぷ鳁l件限制了采煤機(jī)牽引速度的提高 (生產(chǎn)率的提高 )。截冠采煤機(jī)也比鼓形滾筒采煤機(jī)和螺旋滾筒采煤機(jī)復(fù)雜而昂貴。在這種情況下，因截割工作面不完全和工作機(jī)構(gòu)不完善系數(shù)降低采獲煤的塊度可能加大。 1） 單螺旋滾筒采煤機(jī) 這種采煤機(jī)是不對(duì)稱(chēng)布置的，騎在工作面輸送機(jī)的溜槽上工作。螺旋滾筒可以停在不同的高度上。 可以雙向采煤，但下螺旋滾筒超前工作時(shí)，裝出上螺旋滾筒碎落的煤有困難。其重要的缺點(diǎn)是要在工作面的一端準(zhǔn)備缺口。缺點(diǎn)是人員難于到達(dá)兩個(gè)下螺旋滾筒之間的空間。懸掛螺旋滾筒的方法有兩種：采用位于 機(jī)體側(cè)面的窄搖臂和采用作為機(jī)體延伸部分的寬搖臂。 由上述可見(jiàn)，中厚煤層采煤機(jī)采用大直徑螺旋滾筒，滾筒布置在采煤機(jī)兩端，窄搖臂和寬搖臂都可以采用。 （ 3）可實(shí)現(xiàn)工作面多臺(tái)采煤機(jī)同時(shí)工作，提高了產(chǎn)量。液壓牽引可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，變速、換向和停機(jī)等操作比較方便，保護(hù)系統(tǒng)完善， 并且能隨負(fù)載變化自動(dòng)地調(diào)節(jié)牽引速度。采煤機(jī)總體布置是最復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。不對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，一般至少要開(kāi)一個(gè)缺口才能回采整個(gè)工作面。有時(shí)采用穩(wěn)定支座來(lái)保證采煤機(jī)工作的穩(wěn)定，但若煤層厚度容許，還是完全騎座在輸送機(jī)上較好。此外，采煤機(jī)工作時(shí)要受很大的載荷，可能引起電動(dòng)機(jī)殼體產(chǎn)生不容許的變形以致?lián)p壞。 牽引機(jī)構(gòu)的布局也影響總體布置。一般說(shuō)來(lái)，煤層厚度決定采煤機(jī)的外型尺寸，傾角決定采煤機(jī)的類(lèi)型。為此要求：增大過(guò)煤空間，在采煤機(jī)靠上風(fēng)巷端增設(shè)大塊煤破碎裝置；采用刨式梭裝機(jī)和輸送機(jī)鏟煤板相配合，清掃片幫煤和采煤機(jī)采后的浮煤。 在蘇聯(lián)的近代 技術(shù)文獻(xiàn) 中 ，常用每分鐘噸數(shù)表示生產(chǎn)率。 總驅(qū)動(dòng)功率的 80～ 85％由工作機(jī)構(gòu)消耗掉。因?yàn)?，?qū)動(dòng)各組工作機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)，負(fù)載很 不平衡，而負(fù)載最重的電動(dòng)機(jī)是限制載荷提高的元件。確定采煤機(jī)生產(chǎn)率時(shí)應(yīng)該考慮這一情況。這就使得設(shè)計(jì)較為容易。 動(dòng)扭矩的一般式為： Md =dtd?J (27) 式中dtd?—— 轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的角加速度， J—— 轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量的當(dāng)量慣性矩。因而，工作機(jī)構(gòu)突然制動(dòng)時(shí)，要產(chǎn)生動(dòng)扭矩。圖中表示出決定性的配套尺寸。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 尺寸 E和 K決定工作面到支架第一排立柱的距離。電纜槽寬度 又 由鋪設(shè)電纜和水管的數(shù)量 (采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，電壓和控制系統(tǒng) )所決定。此外，當(dāng)在起伏較大的薄煤層中工作時(shí)，因?yàn)椴擅簷C(jī)機(jī)體與支架頂梁間的空隙 較小，縮短采煤機(jī)長(zhǎng)度就有利于其在頂梁下通過(guò)。在選用采煤機(jī)時(shí)，為了滿足采高的要求，需要合理地選擇滾筒直徑和機(jī)身高度，還要考慮挖底量要求。 ～ +41176。由已經(jīng)條件可知， 生產(chǎn)率為 800～ 1200t/h。本機(jī)要求達(dá)到的截深為 ～ 1m。本機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速初選 40r/min。 由于采煤機(jī)在截割和裝載過(guò)程中，受到很多因素的影響，所需電機(jī)功率大小，很難用理論方法精確計(jì)算，常采用類(lèi)比法或比能耗法來(lái)估算。WB 為 H39。21 WBWB HHKKQN ?? = )( 800 ????? =366kW 本機(jī)是 兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可按上式。時(shí) /噸） 表 26 煤層 截割阻抗 A 牛頓 /毫米 磨蝕性系數(shù) P 毫米 /千米 堅(jiān)硬夾雜物 % 脆韌性 采煤機(jī)械選型 級(jí)別 類(lèi)別 （脆性 煤層） 一級(jí) 1 類(lèi) （極軟） 60～ 120 ＜ 100 0 脆性 采高小于 米時(shí)優(yōu)先選用刨煤機(jī) 只含軟夾矸 2 類(lèi) （軟） 100～ 200 含軟的泥質(zhì)頁(yè)巖夾矸細(xì)碎雜物含量＜ % 韌性 3 類(lèi) （中硬） 120～ 180 韌性 （脆性韌性 煤層） 二級(jí) 4 類(lèi) （超中硬） 180～ 240 200～ 300 細(xì)碎硬夾雜物＜ 1% 韌性