【正文】 置將采煤機(jī)電動機(jī)動力傳到主動鏈輪或驅(qū)動輪并實(shí)現(xiàn)高速。機(jī)械牽引是指全部采用機(jī)械傳動裝置的牽引， 其特點(diǎn)是工 作可靠，采煤機(jī)在早期采用的是 這種牽引方式，但由于不能做到無級調(diào) 速，缺乏可靠的過載保護(hù)裝置，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此被液壓牽引替代。但液壓元件加工精度高，對油質(zhì)要求嚴(yán)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，處理故障困難。電氣牽引結(jié)構(gòu)簡單，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。 就本設(shè)計(jì)來說，綜合考慮以上三種傳動方式，本采煤機(jī)設(shè)計(jì)采用液壓牽引傳動方式。這里要確定采煤機(jī)的外形和輪廓尺寸，確定工作機(jī)構(gòu)、減速器、電動機(jī)和其它部件的數(shù)量，它們在采煤機(jī)中的布局和聯(lián)系，并在所定決定性尺寸基礎(chǔ)上確定采煤機(jī)和工作面輸送機(jī)及機(jī)械化支架的結(jié)構(gòu)聯(lián)系。這里需要考慮許多不同程度影響總體布置的因素。在進(jìn)行總體布置的同時，還要擬定采煤機(jī)的傳動系統(tǒng)。對稱布置的采煤機(jī)對稱于其橫軸，其工作機(jī)構(gòu)的型式是單一的，或者均布于兩端，或者布置于中部 ； 不對稱布置采煤機(jī)兩端工作機(jī)構(gòu)的型式不同，或者集中布置于一端 （如圖 21） 。對稱布置時，可能不開缺口而回采整個工作面。 雙滾筒采煤機(jī)的兩個滾筒通常分別布置在兩頭，雖也有兩個滾筒 同時布置在一頭或中間的，或者一個在中間，另一個在一頭的，但總的來說是優(yōu)點(diǎn)少缺點(diǎn)多，所以本機(jī)采用的是分別布置在兩頭的方式。采煤機(jī)要開采何種煤層，這一點(diǎn)影響著采煤機(jī)的形狀和尺寸。采煤機(jī)的形狀隨煤層傾角而變化。騎在工作面輸送機(jī)上 (即使是部分騎座 )，并以它為煤層平面 和橫向平面內(nèi)的導(dǎo)向，是最好的方法。總體布置還在很大程度上與工作機(jī)構(gòu)的裝煤條件有關(guān)。為此目的，常把工作機(jī)構(gòu)布置在機(jī)體的兩端。為使采煤機(jī)能夠多裝走煤炭，要在工作機(jī)構(gòu)后面設(shè)置掃煤裝置，而這也會改變采煤機(jī)的形狀和長度。應(yīng)該考慮到電動機(jī)經(jīng)常要出毛病，換電動機(jī)不應(yīng)河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 發(fā)生困 難。因此，電動機(jī)懸臂布置是最合適的。 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。若煤塵尚未擴(kuò)散開來就被吸走，則同樣功率的吸塵器，吸塵效率就可以提高。吸塵管應(yīng)該裝在工作機(jī)構(gòu)后面，順氣流流向，盡量靠近工作機(jī)構(gòu)的地方。不對稱布置 采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)，通常設(shè)在和工作機(jī)構(gòu)相對的一端，以簡化機(jī)器結(jié)構(gòu)。 截齒是采煤機(jī)上更換最頻繁的一種零件。 總的來說，對于中厚煤層，采煤機(jī)總體的布置原則可歸納如下： 采煤機(jī)的總體布置應(yīng)符合適用、可靠和經(jīng)濟(jì)等基本原則。運(yùn)轉(zhuǎn)要經(jīng)濟(jì)可靠。 1)由于采高大，易出現(xiàn)片幫、冒頂。這樣可以縮短頂板懸露時間，減少頂板懸露面積，也就相對地減少頂板下沉量，降低頂板壓力，從而減少片幫和冒頂?shù)奈：Α? (3)利用采煤機(jī)的調(diào)斜位置將煤壁截割成約向里傾斜 10176。 2)厚煤層一次采全高，片幫和冒頂后，必須做好大塊煤的破碎以及片幫浮煤的清掃工作。 3)厚煤層采煤機(jī)由于采高 大、產(chǎn)量大，所以采煤機(jī)的功率一般在 300～ 400kw之間，有的甚至比此值還要大。采煤機(jī)工作時沿導(dǎo)軌移動，并依靠裝在底梁上的導(dǎo)向管導(dǎo)向。 驅(qū)動方式 采煤機(jī)可能達(dá)到的生產(chǎn)率是其技術(shù)水平高低的主要指標(biāo)。最簡單的辦法是用下式計(jì)算： Qt =60HBvq ? (21) 式中 Qt —— 理論生產(chǎn)率， t/h； H—— 工作面平均高度， m； B—— 截深， m； vq —— 采煤機(jī) 割煤時的最大牽引速度， m/min； ? —— 煤的實(shí)體密度， ? ＝ ～ ,一般取 t/m3 。但這是表示采煤機(jī)的理論可能性，而不是它實(shí)際保證的生產(chǎn)率，因?yàn)橛?jì)算小時生產(chǎn)率必須考慮工作過程中不可避免的由技術(shù)原因引起的停頓和間歇。兩種驅(qū)動方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以，在確定驅(qū)動方式時應(yīng)考慮以下情況： 由公用電動機(jī)驅(qū)動輔助機(jī)構(gòu)，通 常采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，其尺寸也較小。 提高生產(chǎn)率和增加輔助機(jī)構(gòu)，要求現(xiàn)代采煤機(jī)需有大的有效驅(qū)動功率。 因 而，有時需采河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 用多電動機(jī)驅(qū)動。因此，在設(shè)計(jì)過程中，確定工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式和選擇向其 傳遞功率的方法是主要的難點(diǎn)。每種驅(qū)動方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。從設(shè) 計(jì) 的角度看，這是最好的一種驅(qū)動方式。 但是，從有效利用裝機(jī)功率的角度看，這是最差的一種驅(qū)動方式。 理論研究和實(shí)踐都證明，在正常的工作條件下，雙螺旋滾筒采煤機(jī)中，驅(qū)動超前滾筒的電動機(jī)的負(fù)載，要比驅(qū)動后隨滾筒的電動機(jī)的負(fù)載大得多。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。兩臺電動機(jī)的負(fù)載可能相差懸殊達(dá) 1： 5，這就降低了有效驅(qū)動功率。 計(jì)算和在生產(chǎn)條件下測量功率的結(jié)果表明，采用兩臺電動機(jī)分別驅(qū)動的方式時，k1 =～ ，即有效驅(qū)動功率只有裝機(jī)功率的 60～ 100％，平均為 80％。 兩臺電動機(jī) 聯(lián)合 驅(qū)動 兩臺電動機(jī) 聯(lián)合 驅(qū)動時，可以進(jìn)行功率再分配。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 這種驅(qū)動方式的缺點(diǎn)是，作用在采煤機(jī)零件上的扭矩要加大一倍 ,相同功率的電動機(jī)分別驅(qū)動的方式比較，在其余條件相同時，驅(qū)動時作用在采煤機(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 。應(yīng)該根據(jù)兩臺電動機(jī)負(fù)載的不平衡程度確定限制扭矩的大小，當(dāng)負(fù)載比為 1： 5時，限制扭矩為： Mx =54 Me （ 23） 式中 Me—— 一臺電動機(jī)的額定扭矩。 2j ＝ 57 Mmax +Md （ 25） 也就是說，有效驅(qū)動功率保持不變時，和剛性聯(lián)系的情況相比，采用限制扭矩的傳動件可減小最大靜扭矩 30％，減小動扭矩 50％。 這樣，兩臺電動機(jī)的驅(qū)動功率就要減小，而使采煤機(jī)的生產(chǎn)率有所降低。 用功率相當(dāng)?shù)囊慌_電動機(jī)驅(qū)動 這種驅(qū)動方式可以最充 分地利用功率，因?yàn)橛行?qū)動功率等于裝機(jī)功率 (k1 =)。煤礦電壓提高到 1140伏，就可以制造功率達(dá) 300～350千瓦的電動機(jī)，并保證正常供電。 電動機(jī)功率加大一倍后的計(jì)算扭矩為： 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 M3j =2Mmax 十 (2～ 3)Md (26) 研究證明，采煤機(jī)工作時產(chǎn)生的扭矩很大，有時要超過電動機(jī)的最大靜扭矩好幾倍。 轉(zhuǎn)動質(zhì)量的慣性矩轉(zhuǎn)換到電動機(jī)軸上，可認(rèn)為約等于轉(zhuǎn)子慣性矩的 1． 1倍。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)動質(zhì)量 的總慣性矩： J＝2 (29) 轉(zhuǎn)動質(zhì)量的角加速度是變量，它與煤的機(jī)械性質(zhì)、煤層中有無堅(jiān)硬夾層及其堅(jiān)硬度、傳動件剛度、工作機(jī)構(gòu)型式及截割參數(shù)等有關(guān)。而工作機(jī)構(gòu)的角加速度也只能在具體條件下通過測量確定。 研究表明，現(xiàn)代采煤機(jī)工作時，其傳動件的扭矩有時要超過最大驅(qū)動扭 矩達(dá) 1． 5～ 2． 0倍?？烧J(rèn)為 M maxd ≈ 1． 5～ 2． 0Mmax 。 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始。它規(guī)定了工作機(jī)構(gòu)的采高調(diào)節(jié)范圍，牽引速度，牽引力和給出了最河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 小驅(qū)動功率。 圖 22為綜采工作面剖面示意圖。 圖 22 采煤機(jī)、輸送機(jī)和立架在工作面的配置圖 尺寸 A 和 D 決定采煤機(jī)機(jī)體與頂板 間 的空隙 b。當(dāng)然，增大尺寸 D 或縮小尺寸 A 才能加大空隙 b。壓縮尺寸 F，就要壓縮驅(qū)動電動機(jī)的高度，其結(jié)果則是降低其功率和采煤機(jī)的生產(chǎn)率。選取此尺寸的最小值時應(yīng)考慮： 工作機(jī)構(gòu)的型式 (截冠或螺旋滾筒 )及其相對于機(jī)體的位置 (布置在機(jī)體兩端或一側(cè) )； 采煤機(jī)的理論生產(chǎn)率 ； 采煤工藝 (開缺口或不開缺口 )； 在礦山壓力作用下煤的壓張情況及頂板穩(wěn)定程度 ； 輸進(jìn)機(jī)刮板鏈結(jié)構(gòu) (一 般鏈、三鏈 )。因此，應(yīng)盡可能地壓縮這兩個尺寸。上述任何一種布置方 法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。隨著加大現(xiàn)代采煤機(jī)的生產(chǎn)率，輸 送機(jī) 的生產(chǎn)率也要加大，因而溜槽寬度、溜槽高度和鏟煤板寬度都要加大。 尺寸 K 取決于電纜槽的寬度。 截 深 M應(yīng)盡可能增大。 尺寸 N 是從老煤壁到第一排立柱的距離與支架 頂梁 懸臂長度之差，它決定了靠近煤壁的無支護(hù)寬度，應(yīng)盡可能地縮小。在一般情況下，老煤壁到第一排立柱的正常距離，在采用單體 支 架的機(jī)組 設(shè) 備約為 1200毫米，在綜采設(shè)備約為 1400～ 1500毫米。如果采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)和采煤工藝要求開缺口，那么，縮短采煤機(jī)長度和工作機(jī)構(gòu)間的距離就 可 以減少開掘工作面兩端缺口的工作量，而當(dāng)機(jī)采全工作面 (無缺口 )時， 也 可以減少終端作業(yè)所消耗的 時間。 從分析可知，除了截深和最大采高以外，縮小采煤機(jī)的主要尺寸總能改善采煤機(jī)的技術(shù)特征。 下面由圖 23討論計(jì)算采煤機(jī)的主要結(jié)構(gòu)尺寸。對于雙搖臂滾筒采煤機(jī)，其最大采高一般不河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 超滾筒直徑的兩倍。如果需要在較大范圍內(nèi)改變采高，則必須改變滾筒的直徑，必要時還需相應(yīng)的改變機(jī)身的高度和改變搖臂長度及其擺角范圍。 參考現(xiàn)有采煤機(jī)技術(shù)條件，挖底量 取 Emax ＝ 400mm 在選用采煤機(jī)時，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。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)身過煤通道高度 B。綜合考慮表 21各參數(shù)，可取 機(jī)面高度： A＝ 1200mm 過煤高度： B＝ 600mm 滾筒直徑： D＝ 1600mm 表 21 雙滾筒采煤機(jī)采高范圍參數(shù) 機(jī)身高度A滾筒直徑D H B H B H B H B1000 2200 250 2400* 450* 2600* 600* 2800* 750*1200 2300 250 2500 450 2700* 600* 2900* 250*1400 2400 250 2600 450 2800 600 3000* 750*1600 2500* 250* 2700 450 2900 600 3100 7501800 2600* 250* 2800* 450* 3000 600 3200 750800 1000 1200 1400 注：表中數(shù)值的單位為毫米。 參考國內(nèi)外各型號采煤機(jī)，初選搖臂擺角為 17176。 。 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。 搖臂長度 1898mm 截深 700～ 1000mm 機(jī)面高度 1200mm 滾筒直徑 1600mm 挖底量 400mm 過煤高度 600mm 采煤機(jī)的工作參數(shù) 采煤機(jī)的工作參數(shù)規(guī)定了滾筒采煤機(jī)的適用范圍和主要技術(shù)性能，它們既是設(shè)計(jì)采煤機(jī)的主要依據(jù)，又是綜采成套設(shè)備選型的依據(jù)。技術(shù)特征給出的值是指可能的最大生產(chǎn)率，即理論生產(chǎn)率 Qt 應(yīng)大于實(shí)際生產(chǎn)率。 2）采高 采煤機(jī)的實(shí)際開采高度稱為采高。采高對確定采煤機(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)備配套的一個重要參數(shù)。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 在選用采煤機(jī)時，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，還要考慮挖底量的要求，這里最大挖底量取 400mm。它決定工作面每次推進(jìn)的步距，是決定采煤機(jī)裝機(jī)功率和生產(chǎn)率的主要因素，也是支護(hù)設(shè)備配套的一個重要參數(shù)。 取 。截割速度決定于截割部傳動比、滾筒直徑和滾筒轉(zhuǎn)速，對采煤機(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。滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒截割和裝載過程的影響都比較大，但是對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度，而不是滾筒轉(zhuǎn)速。滾筒轉(zhuǎn)速是設(shè)計(jì)截割部的一項(xiàng)重要參數(shù)，新型采煤機(jī)直徑 左右的滾筒轉(zhuǎn)速多為 25～40r/min，直徑小于 80r/min。截割速度可用下式計(jì)算： vj ＝ 60Dn? (212) 式中 vj —— 截割速度， m/s； D—— 滾筒直徑， m； n—— 滾筒轉(zhuǎn)速， r/min。采煤機(jī)牽引速度在零到某個值范圍內(nèi)變化， 選擇工作牽引速度時，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。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 故 m i n/ 100060 mHBQv tq ?????? ? 6）裝機(jī)功率 采煤機(jī)所裝備電動機(jī)的總功率，稱為裝機(jī)功率。滾筒采煤機(jī)總裝機(jī)功率 P 包括截割消耗功率 Pj 、牽引消耗功率Pq 、輔助泵站等消耗功率 Pf 三部分。采用比能耗法估算電機(jī)功率，是根據(jù)采煤機(jī)生產(chǎn)率和比能耗 (截割單位體積煤所消耗的功率 )實(shí)驗(yàn)資料來確定，如果比能耗值確定適當(dāng)，計(jì)算值就比較合 理。 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。 表 25 螺旋滾筒采煤機(jī)比能耗 HWB 牽引速度（米 /分） 2 3 4 5 6 HWB （千瓦 18