采煤机截割部设计说明书.doc

编号字号 本科生毕业设计论文 采煤机截割部设计 题目 姓名学号 班级 摘要 采煤机各部分按组装可分为机身及牵引部,截割部,电气控制及调速设备,液压调高系统,冷却喷雾系统,辅助装置等。 本次毕业设计主要是针对采煤机截割部的设计,采煤机截割部主要是由一个减速箱和四级齿轮传动组成。截割部电机放在摇臂内横向布置,电动机输出的动力经由三级直齿圆柱齿轮和行星轮系的传动,最后驱动滚筒旋转。截割部采用四行星单浮动结构,减小了结构尺寸,采用大角度弯摇臂设计,加大了过煤空间,提高了装煤效果。 在设计过程中,对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部件进行了设计计算、强度校核和选用。本说明书主要针对主要部件的设计计算和强度校核进行了叙述和介绍。此外,此外文中还介绍了采煤机的发展现状和工作原理等。由于我国对中厚煤层开采不到位,所以设计大功率电牵引采煤机的截割部具有重要意义,使采煤机用于矿井中较厚层综采工作面,开采较硬煤质并能适应较复杂的顶底板条件。 关键词采煤机;截割部;行星轮系;传动齿轮;设计 ABSTRACT The coal mining machine parts assembly can be divided according to the airframe and traction, cutting part, electrical control, hydraulic control equipments and system, cooling system, auxiliary device spray. Calculate in design which cuts the cutting department of main introduction mining machine of this manual.It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the MG400/920-WD type mining machine cuts the cutting department, cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm, the power that the motor outputs leans on a round of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth, urge the cylinder to rotate finally. Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary s, have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve the rocker arm to design, have strengthened the space of coal, have improved the coal result of putting. In the course of designing, to cutting the axle of the cutting department, gear wheel of the transmission, parts such as the bearing and spline linking using,etc have designed to calculate, the intensity is checked and selected for use. This manual mainly designs for main part one calculating to check with the intensity have narrated and introduced.In addition,returning use for MG400/920-WD mining machine and maintenance proves,In order to be able to good full play perance of person who should mine, reach the best working result. Keyword Mining machine Cut the cutting department A department of planet Gearwheel of the transmission Design 目录 1 绪论 1 1.1选题背景及意义 1 1.2采煤机发展的历史 1 1.2.1国外采煤机的发展历史 1 1.2.2国内采煤机的发展历史 2 1.3国内外采煤机械的技术特点 4 1.4采煤机的类型、组成及工作原理 5 1.4.1采煤机的类型 5 1.4.2采煤机的组成 5 1.4.3采煤机的工作原理 6 2 采煤机总体方案的确定 8 2.1采煤机参数的确定 8 2.1.1主要技术参数确定 8 2.1.2防爆电动机的选择 12 2.2截割部特点及主要结构的确定 12 2.3截割部传动比的确定 15 2.3.1总传动比的确定 15 2.3.2传动比的分配 16 3 截割部的设计及计算 18 3.1各级传动的转速、功率、转矩 18 3.2截割部各齿轮的设计计算 19 3.3截割部行星机构齿轮的设计计算 30 4 轴的设计及校核 39 4.1截Ⅲ轴的设计与校核 39 4.2截Ⅳ轴的设计 44 4.3惰II、V、VI轴的设计 49 4.3.1惰Ⅱ轴的设计 49 4.3.2惰V轴的设计 50 4.4行星齿轮轴的设计与校核 51 4.5轴承的寿命校核 52 4.5.1截Ⅲ轴轴承寿命的计算 52 4.5.2截Ⅳ轴轴承寿命计算 53 4.6花键联接强度校核 54 4.6.1截Ⅰ轴花键校核 54 4.6.2截Ⅲ轴花键校核 54 4.6.3截Ⅳ轴花键校核 55 4.6.4太阳轮轴花键校核 56 5 弹性转矩轴的设计 57 5.1弹性转矩轴的性能及作用 57 5.2弹性转矩轴结构和参数设计 57 6 采煤机的使用和维护 60 6.1 采煤机安全操作和维护时的注意事项 60 6.2采煤机司机操作程序 60 6.2.1开机前的准备 60 6.2.2运行操作 61 6.2.3停机操作 61 6.3润滑及注油 62 6.3.1日常维护 62 6.3.2油液更换时的注意事项 62 6.4地面检查及试运转 62 6.4.1地面运转前检查的主要内容 62 6.4.2试运行 62 6.5井下运输 63 6.6采煤机的安装 63 6.7采煤机的调试 63 6.8采煤机的维护和检修 64 6.8.1维修工作的安全说明 64 6.8.2对特别危险种类的说明 64 总结67 参考文献 68 外文翻译 69 致谢75 1绪论 1.1选题背景及意义 当前以及今后一段时期是我国经济和社会发展的重要时期。石油、天然气、煤炭以及核能将继续发挥各自在各个领域中的作用,可再生能源如风能、水能、太阳能、地热能、海洋能等的开发利用,仍将受到重视并继续发展。但由于资源条件和能源科技发展水平限制,在未来的一段时期内,世界范围内新能源、可再生能源及核电的发展尚且无法取代矿物燃料的作用。因此,短期内煤炭燃料仍将是人类的主要能源。近年来我国经济的快速发展对煤炭需求大幅度增加,年产超过千万吨的高产高效工作面得到迅速发展,大功率采煤机的市场需求逐渐增多。“十一五”规划建议中进一步确立了“以煤为主、多元发展”的基本战略,为中国煤炭工业的后续发展奠定了基础。“十一五”期间需要新建煤矿规模3亿吨左右,其中投产2亿吨,结转“十二五”1亿吨。中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展态势,今后较长时期内,中国煤炭工业的发展前景都将非常广阔。 采煤机械化是煤炭工业增加产量、改善劳动条件、提高劳动效率、保障安全生产的必要技术手段,也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原件材料消耗的有效措施。因此,采煤机械的装备水平就成为煤矿技术水平的重要标志之一。随着煤炭生产逐渐向集约化方向发展,减轻体力劳动、提高安全性,达到高产量、高效率、低消耗成为煤炭行业发展的目标。 采煤机直接用于煤炭的地下开采,是煤炭生产中主要的机械设备之一,是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统。随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成也随之日益复杂,由于长期工作于地下,其工作环境恶劣,很容易出现故障,而一旦故障出现,将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失。因此,采煤机的设计至关重要。通过对采煤机截割部的设计过程,也能让本人对采煤机的结构性能有一定的了解,所以本人选择了采煤机截割部的设计作为毕业设计选题。 1.2采煤机发展的历史 1.2.1国外采煤机的发展历史 机械化采煤开始于二十世纪40年代,是随着采煤机械的出现而开始的。40年代初期,英国、苏联相继生产了采煤机,德国生产了刨煤机,使工作面落煤、装煤实现了机械化。但当时的采煤机都是链式工作机构,能耗大、效率低,加上工作面输送机不能自移,所以限制了采煤机生产率的提高。 50年代初期,英国、德国相继生产出滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱,大大推进了采煤机械化技术的发展。由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒,不能实现调高,因而限制了采煤机的适用范围,我们称这种固定滚筒采煤机为第一代采煤机。 60年代是世界综采技术的发展时期,第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现,解决了采高调整问题,扩大了采煤机的适用范围,特别是1964年第三代采煤机双摇臂滚筒采煤机的出现,进一步解决了工作面自开缺口的问题,再加上液压支架和可弯曲输送 机的不断完善等等,把综采技术推向了一个新水平,并且在生产中显示了综采机械化采煤的优越性高产、高效、安全和经济。 进入70年代,综采机械化得到了进一步的发展和提高,综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展。1970年采煤机无链牵引系统的研制成功以及1976年出现的第四代采煤机电牵引采煤机,大大改善了采煤机的性能,并扩大了它的使用范围。 80年代,德国、美国、英国都开发成功各种交、直流电牵引采煤机,同时把计算机控制系统用在采煤机上。并且开始重视系列化采煤机的开发工作,一种功率的采煤机可以派生出多种机型,主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用,这样不仅扩大了工作面的适应范围,而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是20世纪80年代采煤机发展中非常突出的特点。 至此,缓倾斜中厚煤层的综采机械化问题已经基本得到解决,专家开始对实现厚煤层、薄煤层、急倾斜及其它难采煤层开采的综采机械的研发,以适用不同的开采条件。 1.2.2国内采煤机的发展历史 我国采煤机发展始于20世纪70年代初期,煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干,研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机。70年代中后期,又制造出MLS3-170型双滚筒采煤机。那时我国采煤机的发展有以下特点⑴装机功率小;⑵有链牵引,输出牵引力小;⑶牵引速度低;⑷自开切口差;⑸工作可靠性较差。 到了20世纪80年代是我国采煤机发展的兴旺时期,当时世界主要采煤机生产国如英国、德国、法国、波兰、日本等都进入了中国市场,为我们深入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件,同时通过20世纪70年代自行研制采煤机的实践,获得了成功和失败的经验与教训,确立了我国采煤机的发展方向,即仿制和自行研制并举。 据初步统计,20世纪80年代我国自行开发和研制的采煤机品种有50余种,是我国采煤机收获的年代,基本满足我国各种煤层开采的需要,大量依靠进口的年代已一去不复返了。20世纪80年代采煤机的发展有如下特点 1.重视采煤机系列的开发,扩大使用范围 20世纪70年代开发的采煤机,一种类型只有一个品种,十分单一,覆盖面小,很难满足不同煤层开采需要。20世纪80年代起重视系列化采煤机的开发工作,一种功率的采煤机可以派生出多种机型,主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用,这样不仅扩大了工作面的适应范围,而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是20世纪80年代采煤机发展中非常突出的特点。 2.元部件攻关先行,促使采煤机工作可靠性的提高 总结20世纪70年代采煤机开发中的经验教训,元部件的可靠性直接决定采煤机开发的成功率,所以功关内容为主电机的攻关,以解决烧机的现象;齿轮攻关,从选择材质上,热处理工艺上着手,学习国内外先进技术成功经验,以德国齿轮为目标进行攻关,达到预期目的,解决了低速重载齿轮早失效的问题液压系统和液压元部件的攻关,主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作的可靠性,在20世纪80年代中期,把斜轴泵、斜轴马达、阀组和调速机构等都列入重点攻关内容。 3.无链牵引的推广使用,使采煤机工作平稳,使用安全 在引进大功率采煤机的同时,无链牵引技术传入中国,德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数,而且技术成熟。为此,我国研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢。仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。无链牵引使采煤机工作平稳,使用安全,承受的牵引力大,因此,得到用户的广泛欢迎,大功率采煤机都采用无链牵引系统。 随着煤炭生产向集约化方向发展,减员提效,提高工作面单产成为煤炭发展的主流,发展高产高效工作面势在必行,之后电牵引采煤机则应势而出。最早的也是世界第一台直流电牵引他励采煤机是由德国艾柯夫公司1976年研制的EDW-150-2L型采煤机,同年美国久益公司也研制出1LS直流串励电牵引采煤机。近年来电牵引采煤机的使用日趋增多1991年报导美国电牵引采煤机占采煤机总量的65,德国51,澳大利亚46; 1994年美国98.7,只有一台液压牵引采煤机。 我国也重视电牵引采煤机的发展,1987年从美国久益公司引进了3LS直流电牵引采煤机2台,在鹤岗矿务局兴安煤矿使用;1990年我国鸡西煤矿机械厂生产了MG463DW型直流电牵引采煤机1994年西安煤矿机械厂生产了MXA-380型直流电牵引采煤机,1996年生产了MXB-880型直流电牵引采煤机。目前,我国采煤机也以电牵引为主流,它具有如下优点 ⑴牵引特性较好 采煤机牵引负载特性在截割时多为恒转矩特性,所需动力机械特性为硬特性;调动时是恒功率特性,所需动力机械特性为软特性。这对于电动机或泵马达系统只有调速才能满足这种恒转矩恒功率的负载特性,这种特性是人为机械特性,即负载的变化按人规定的规律来变化。 ⑵机械传动效率高 电牵引没有能量多次转换问题,总效率可达0.9以上,而液压牵引一般在0.650.70。 ⑶牵引力大,牵引速度高 液压牵引性能指标的提高,必须采用大功率液压泵和液压马达,其寿命较短,可靠性较差,这也限制了截割功率进一步增大。目前电牵引采煤机的牵引力可达950kN;电牵引采煤机的牵引速度已达到截割时812m/min,最大可达25 m/min,装机总功率电牵引已达到1530kW,而液压牵引为900kW和1000kW。 ⑷工作可靠性提高 ELECTRA1000电牵引采煤机在美国、英国、一些矿的可用率为96 98;液压牵引采煤机的可用率一般在5060以下。 ⑸易于实现微机自动控制 由于微机控制的功能齐全、计算速度极快、与电牵引电控的电参数容易配合,因此,易于实现工况监测、机电保护、故障诊断、数据显示。特别是动态响应很快,德国EE23电牵引部的自动调整时间只需持30ms;而液压牵引的自动调整时间一般在1020s。 ⑹机械传动和结构较简单 电牵引采煤机采用了多电机和独立驱动、模块式结构设计,使传动系统和结构简化。特别是截割电动机横向布置,取消了寿命较短、传动效率较低、调整啮合间隙较复杂圆锥齿轮。 ⑺生产率显著提高 由于牵引力大、牵引速度高、截割电动机功率大,尤其是故障率非常低,因而使生产率大大提高。 1.3国内外采煤机械的技术特点 1牵引方式向电牵引方向发展。传统的液压牵引采煤机在国外仍然在使用和生产中,但已不占主要地位,由于电牵引采煤机的诸多优点,国外目前新研发的采煤机,特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。 2装机总功率不断加大。为适应煤矿生产实现高产高效的需要,国外采煤机的功率在不断提高,电机截割功率通常在400 kW以上,最近一段时期已达850 kW以上。牵引电机功率均在40 kW以上,大的甚至达到125kW。总装机功率通常超过1 000 kW,如EL3000型采煤机总装机功率高达2 000 kW,7LS5型采煤机达1 940 kW。牵引速度、牵引力也有很大提高,目前大功率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到1525 m/min,最大牵引速度达50 m/min,牵引力高达1000kN。牵引速度的加快,支架随机支护的实现,使工作面顶板空顶时间逐渐缩短,为加大支架步距和滚筒截深创造了条件。当前采用大截深滚筒已成为提高采煤机生产能力的一种重要手段,目前普遍采用的截深为10001200 mm,个别已达1500 mm。 3元部件可靠性大幅提高。为进一步提高采煤机的可靠性,降低故障率,采煤机齿轮的设计寿命已超过2000 h,轴承的寿命达到3 000 h以上,并且还有进一步提高的趋势。液压泵和液压马达的寿命已达10000 h。 4电牵引方式逐渐转向交流变频调速。电牵引采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可分为直流牵引和交流牵引,由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠、维护管理简单、价格低廉等诸多优点,近年来得到迅猛发展。20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引方式。交流牵引正逐步替代直流牵引,成为今后电牵引采煤机的主要方向。早期的交流电牵引均采用一拖二的牵引方式,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护功能无法达到最优。德国在开发SL300时,采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,使牵引的控制和保护性能得到进一步完善和加强。这种一拖一的牵引系统也正被越来越多的生产厂家所采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。 5无链牵引向齿轮一齿轨式演变。随着牵引力不断加大,销轮一齿轨式无链牵引已被逐渐淘汰,齿轮一链轨式无链牵引方式目前已很少使用,正逐步趋向于采用齿轮一齿轨式无链牵引。这是一种从齿轮一销轨式演变而来的无链牵引方式,圆柱销被齿轨所取代,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度加大,节距由125 mm增加到175mm。 6工作面采用中、高压供电。由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长达到300 m,整个工作面供电容量超过5000 kW。为了减少输电损耗,保证供电质量和电机性能的稳定,新研制的大功率电牵引采煤机几乎都采用中、高压供电。主要供电等级有以下几种2300,3300,4160,5000 V等。 7监控保护系统趋向智能化。新型的电牵引采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、在线监测和保护系统等功能,可实现交互式人机对话、就近与远方控制、无线电随机遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制等多种 特点,提高了采煤机的可靠性;并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采高等控制功能。 1.4采煤机的类型、组成及工作原理 1.4.1采煤机的类型 采煤机有不同的分类方法,一般我们按照工作机构的形式进行分类,可分为滚筒式、钻削式和链式采煤机;现在我们所说的采煤机主要是指滚筒采煤机,这种采煤机适用范围广,可靠性高,效率高,所以现在有很广泛的使用。 按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机,其中双滚筒采煤机应用最普遍。曾有过多滚筒采煤机,但由于其结构复杂,未获得应用。按行走机构形式分为钢丝绳牵引、链牵引和尤链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割主电动机纵向布置在机身上、布置在摇臂上的采煤机和截割主电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臀上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。 1.4.2采煤机的组成 采煤机主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成。 电动机采煤机电动机的作用是将电能转换成机械能,它通过两端输出轴从而驱动牵引部和截割部,满足采煤、装煤工作的需要。双滚筒采煤机的动力一般由两台相同功率的电动机来提供布置成左;右电动机,分别传动牵引部和左、右截割部。采煤机电动机一船多采用双鼠笼结构水冷却方式,其特点是结构简单,机械强度较高,坚固耐用,能适应矿井下面频繁起动的要求,运行安全可靠,维修方便,能满足高转速和大容量的要求,具有较大的启动力矩和过载能力。由于井下有瓦斯和煤尘,故要求采煤机的电动机必须隔爆。为了防止水和油的渗入,电动机轴承应具有较好的密封性能,密封装置要确保轴承溢出的油不进入电动机绕组部位。 牵引部采煤机牵引部是整台采煤机中的主要部件,是最重要和复杂的部分。目前主要采用交流变频调速牵引,通过摆线轮销轨无链牵引机构,使采煤机沿工作面移动,有体积小、调速范围广、牵引力大等优点。 滚筒是采煤机用来落煤和装煤的工作机构。它由螺旋叶片、端盘、齿座、喷嘴及筒毂等部分组成。叶片与端盘焊在筒毂上,筒毂与滚筒轴联接。齿座焊在叶片和端盘上,齿座中固定有用来落煤的截齿。螺旋叶片用来将落下的煤推向输送机。为防止端盘与煤璧相碰,端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜。由于端盘上的截齿深入煤体,工作条件恶劣,故截距较小,越往煤体外截距越大。端盘上截齿截出的宽度大约为80120mm。叶片上装有进行内喷雾用的喷嘴,以降低粉尘含量。喷雾水是由喷雾泵站通过回转接头及滚筒空心铀引入的。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果,滚筒一侧装有弧形挡煤板,它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。 破碎滚筒用于破碎片帮将要进入机身下的大块煤,安装在迎着煤流的机身端部使之顺利通过采煤机与输送机之间的过煤空间。 底托架托架是用来支撑、固定整个采煤机,并使其在刮扳输送机上沿导向装置平稳地移动。底托架还可以用来固定调高、调斜油缸支座、滑靴、导链管链轮轴等,固定和保护冷却、喷雾水管。一般采煤机的电动机、截割部、牵引部、控制箱等都组装成一个整体,并用螺栓和定位块固定在底托架上但也有不用底托架的采煤机,目的是为了增加过煤高度。底托架的高度要根据采高、滚筒直径、机面高度及卧底量等来确定。底托架与输送机的支撑导向部分的结构尺寸必须相匹配。底托架下应留有足够的过煤高度,保证煤流畅通。用来支承、安装各部件的托架采用框架结构,取代了传统采煤机的平板式托架。大的框架由三部分组成,它们之间用高强度液压螺栓副联接,结构简单、强度大、可靠,又便于拆装。 调高油缸可使摇臂连同滚筒升降,以调节采煤机的采高。 调斜油缸用于调整采煤机的纵向倾斜度,以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。 行走箱左右行走箱为独立的箱体,配套多种槽宽的输送机,只需选用行走箱及改变煤壁侧的滑靴便可,而主机不变。 中间控制箱内部装有各种电控元件,用于采煤机的各种电气控制和保护。 此外,为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水,喷嘴把压力水高度扩散,使其雾化,形成将粉尘源与外界隔离的水幕。雾化水能拦截飞扬的粉尘而使其沉降,并能冲淡瓦斯、冷却截齿、湿润煤层和防止截割火花等作用。采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置内,并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。 1.4.3采煤机的工作原理 采煤机的割煤是通过螺旋滚筒上的截齿对煤壁进行切割实现的。采煤机的装煤是通过滚筒螺旋叶片的螺旋面进行装载的,将从煤壁上切割下的煤运出再利用叶片外缘将煤抛到刮板输送机溜槽内运走。如图1.1 图1.1滚筒采煤机的工作原理 双滚筒采煤机工作时,前滚筒割顶部煤,后滚筒割底部煤。因此,双滚筒采煤机沿工作面牵引一次,可以进一刀;返回时,又可进一刀,即采煤机往返一次进二刀,这种采煤法称为双向采煤法,为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机、滚筒上螺旋叶片的螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应。对顺时针旋转人站在采空区侧看的滚筒,螺旋叶片方向必 须右旋;逆时针旋转的滚筒,其螺旋叶片方向必须右旋。或者归结为“左转左旋,右转占旋”,即人站在采空区侧从上面看滚筒,截齿向左的用左旋滚筒,向右的用右旋滚筒。 2采煤机总体方案的确定 2.1采煤机参数的确定 2.1.1主要技术参数确定 采高范围m 2.04.2 煤层倾角 ≤20 煤质硬度 中硬煤层f ≤4 滚筒转速r/min 30-40 截深mm 800 牵引速度m/min 08 1滚筒的直径 max D H α 式中 a 螺旋滚筒装煤效率;对小直径滚筒,0.590.63α;对大直径滚筒,0.560.59α。 max H 采高,计算时取最大采高,煤层取4.2m 。 则D 0.56 4.2 2.352m ⨯ 由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高,故滚筒直径D 应稍大于最大采高之半,即max D 1/2H ⨯。 目前采煤机滚筒直径已经系列化,分别为0.6m 、0.65m 、0.7m 、0.8m 、0.9m 、1.0m 、 1.1m 、1.25m 、1.4m 、1.6m 、1.8m 、 2.0m 、2.3m 、2.6m 。 计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后,最后确定滚筒直径。根据上述计算参数,并结合采煤机系列化标准,初步确定采煤机滚筒直径为2.3m 。 2滚筒的转速 类似滚筒直径一样,现代滚筒采煤机的每种型号都有几种滚筒转速供选择。采煤机滚筒转速的选择要兼顾截煤及装煤两种工艺,以适应不同的煤质情况,目前大部分厂家的采煤机基本都已匹配好的。 滚筒转速的取值直径为0.50.6m 的滚筒转速n80120r/min ;直径为1.82.0m 的滚筒转速n3040r/min 。大直径滚筒选用低档转速,小直径滚筒选用高档转速。为防止碎煤抛过筒缘循环的转速,一般认为滚筒转速为3050r/min 较适宜,目前滚筒转速有降低的趋势。根据上述所确定的采煤机滚筒直径为2.3m ,设计滚筒转速为38r/min 。 目前常用的截割速度j V 35m/s ,最好在4m/s 左右。j V 过高将使煤尘增多,大大降低截齿的寿命。 60000 n D V j ⋅⋅π 式中 D 选定的滚筒直径,2300mm ; n 选定的滚筒转速,38r/min 。 则 3.14230038 4.5/60000 j V m s ⨯⨯ 根据上述验算结果,截割速度为4.5m/s 符合要求。 3采煤机生产率 采煤机和其他工作面设备的基本功能就是按照所要求的生产率完成其生产过程。采煤机的生产率取决于矿山地质和矿山技术条件、机器工况和结构参数以及时间利用率等因素。因此采煤机的生产率分别以理论、技术和使用生产率表示。 1理论生产率 在给定条件下,以最大参数连续运行时的生产率称为理论生产率,理论生产率Q 的计算公式为 60q Q HJv ρ Q 理论生产率,t/h ; H 工作面平均采高,m ; J 滚筒有效截深,m ; q v 给定条件下可能的最大牵引速度,m/min ; ρ煤的密度,一般为1.31.4t/m 3。 则Q 60 3.10.861.351205t /h ⨯⨯⨯⨯ 采煤机的理论生产率是确定与其配套设备生产能力的依据,是由工作条件、机器工况和结构参数确定的。在实际工作中,只有与其配套的设备生产能力大于采煤机的生产能力时,采煤机才能达到给定的理论生产率。 2技术生产率 考虑根据循环图表而进行的辅助工作,如更换截齿、开切口、检查机器和排除故障所花费时间后的生产率称为技术生产率,技术生产率Q 的计算公式为 1Q Q k t 式中 Q 技术生产率,/t h ; 1k 采煤机技术上可能达到的连续工作系数,一般1k 0.50.7。 则t Q 12050.7843.5t /h ⨯ 3实际生产率 实际使用中,考虑了工作中发生的所有类型的停机状况,如处理输送机和支架的故障、处理顶底板事故等。使用生产率可由下列公式计算 2m Q Qk 式中 m Q 实际生产率,/t h ; 2k 采煤机在实际工作中的连续工作系数,一般2k 0.60.65。 则m Q 12050.65783t /h ⨯ 4采煤机允许的最大牵引速度 牵引速度是采煤机的一个重要参数,牵引速度直接决定了机器的生产能力。装机容量、移架速度、输送机生产能力等因素又限制了牵引速度的增长;从另一方面讲,牵引速度加大后,切屑厚度过大将导致齿座挤压煤体,造成截割阻力的急剧上升。 随着装机容量的加大,采煤机牵引速度已达813m/min ,国外有的采煤机牵引速度高达1520m/min 。然而增加装机容量,加大牵引速度,并不是增加工作面生产能力的唯一途径,综合机械化采煤是一个复杂的生产过程,除了需要解决和改进技术和装备上的问题外,尚需改进管理上存在的问题,其中首要的问题是提高采煤机的开机率。统计资料表明,即使年产百万吨的综采工作面,其生产班的平均开机率也不足50,而全国的平均水平仅为其一半,足见改进管理的潜力是很大的。 采煤机最大牵引速度用下式计算 max 0.7/1000q V l n m ⋅⋅⋅ 式中 max q V 牵引速度,m/min ; n 滚筒转速,r/min ; m 每条截线上的齿数,一般取13; l 滚筒的齿长若未知,可近似取刀型截齿l 65100mm ;镐型截齿l 6080mm 。 则max q V 0.770383/1000 5.6/min m ⨯⨯⨯ 5采煤机功率 1预计装机功率 采煤机的装机功率 max max w 060JH v N 3.6q H 式中 w H 采煤机截煤的单位能耗, MJ/m 3;一般取w H 1.1 4.4,硬煤及韧性煤取上限,软煤及脆性煤取下限。本次设计取2.9。 则0600.8 4.2 5.6 2.9N 909W 3.6 k ⨯⨯⨯⨯ 2截割功率 采煤机工作机构消耗的功率一般占装机功率的8085;故采煤机截割功率 j 0N 0.80.85N 0.85909772.65kW ⨯ 3牵引和辅助功率 牵引和辅助装置消耗装机功率的1520,其中,牵引系统消耗的功率占到90以上,故采煤机牵引功率 q 0N 0.90.150.2N 0.90.2909163.6kW ⨯⨯⨯ 辅助装置功率 f 0N 0.10.150.2N 0.10.239618 kW ⨯⨯⨯ 4装机功率 上述计算结果,要按采煤机配备电动机的标准功率进行圆整。则采煤机实际装机功率 j q f N N N N 80010020920kW 采煤机的装机功率是由生产能力决定的,生产能力为500700 t/h 时,装机功率约600750 kW 。国外一些采煤机的生产能力已达到15002000 t/h ,其装机容量也高达11001500 kW 。 采煤机的生产能力正比于采高,因此也可以根据采高估计装机功率的大小。对于硬煤,装机功率应加大一倍。 6采煤机牵引力 采煤机的牵引力与装机功率关系密切,装机功率150kW 时,牵引力为160180kN ;装机功率300kW 时,牵引力达250300kN 。牵引力与牵引机构的刚度系数、采煤机的质量、摩擦系数、牵引速度、截割阻力及载荷的不均衡性、机道形状等因素有关,很难精确计算,一般用经验公式确定。 P 0.5N 式中 P 牵引力,kN ; N 采煤机装机功率,kW 。 则P0.5920460kN 由上述计算结果可得采煤机的主要技术参数如下表2.1 2.1.2防爆电动机的选择 煤矿安全规程对井下工作用的电机的具体具体要求是,电机必须具有防爆和隔爆的性能,以保证在含有煤尘和瓦斯的空气中有爆炸危险情况下使用的绝对安全,而且要求电机工作要可靠,启动转矩大,过载能力强,效率高。在这里选择由抚顺煤矿电机厂生产的三相鼠笼异步防爆电动机,型号为YBCS 400─,主要参数如下 额定功率400kw ; 额定电压1140V ; 额定转速1470r/min ; 满载电流262A ; 满载效率0.925;质量 2925Kg ; 冷却方式水冷; 绝缘等级H ; 牵引电机 电机型号 2YBQYS 50B- 额定功率kw 50 额定电压V 1140 额定转速r/min 1470 调高电机 电机型号 YBRB 20- 额定功率kw 20 额定电压V 1140 额定转速r/min 1475 2.2截割部特点及主要结构的确定 截割机构是采煤机实现落煤、装煤的主要部件,它分别由左右截割部组成,每个截割部主要由截割部壳体、截割电机、齿轮减速装置、滚筒等组成,截割部内设有冷却系统、内喷雾等装置。 截割电机直接安装在截割部壳体内,齿轮减速装置全部集中在截割部壳体及行星减速器内,与传统的纵向布置的单电机采煤机相比没有通轴、螺旋伞齿轮、固定减速箱、摇臂回转套等结构,因此结构简单、紧凑,可靠性高。 两个截割部分别用阶梯轴同左、右牵引减速铰接,同时通过回转腿与调高油缸铰接,通过油缸的伸缩实现左、右截割滚筒的升降。 截割部有如下特点 1、截割部摇臂回转采用销轴结构,与其它部件间没有传动联接,回转部分的磨损与截割部传动齿轮啮合无关。 2、截割部齿轮减速都是简单的直齿传动,传动效率高。 3、截割电机和截割部一轴齿轮之间采用细长扭矩轴联接,电机和截割部一轴齿轮安装位置的小量误差不影响动力传递,便于安装,在受到较大的冲击载荷时对截割传动系统的齿轮和轴承起到缓冲作用。 4、高速轴油封线速度大大降低,提高了油封的可靠性和使用寿命。 5、截割机构减速箱内的传动件及结构件的机械强度设计有较大的安全系数。 6、截割部壳体采用弯摇臂结构形式,较直摇臂可以加大装煤口,提高装煤效率,增加块煤率。 截割部外壳上下有冷却水套,以降低摇臂内油池温度。输出端采用490490mm方形联接套和滚筒联接,滚筒采用三头螺旋叶片,其直径可根据煤层厚度在φ1.8m、φ2.0m、φ2.3m内选取,滚筒截深可采用630mm或800mm,输出转速可根据不同直径滚筒的线速度要求和媒质硬度在三档速度内选取。 截割部功用是将电动机的动力传递到滚筒上,以满足滚筒工作的需要。同时,传动装置还应适应滚筒调高的要求,使滚筒保持适当的工作高度。由于截割消耗采煤机总功率的8090,因