高壓水射流采煤機(jī)切割裝置設(shè)計(jì)【DY—150型采煤機(jī)】【說(shuō)明書(shū)+CAD】,DY—150型采煤機(jī),說(shuō)明書(shū)+CAD,高壓水射流采煤機(jī)切割裝置設(shè)計(jì)【DY—150型采煤機(jī)】【說(shuō)明書(shū)+CAD】,高壓,水射流,采煤,切割,裝置,設(shè)計(jì),dy,說(shuō)明書(shū),仿單,cad 目 錄 　　　　 1水射流采煤綜述..................................................... 1 1.1 高壓水射流概述....................................................1 1.2 刀具采煤的弊端................................................... 2 1.3 DY---150采煤機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)及水射流的優(yōu)點(diǎn)..........................2 2水射流性能簡(jiǎn)介....................................................4 2.1 非淹沒(méi)式水射流 .................................................．4 2.2 非淹沒(méi)射流的動(dòng)力特性.............................................5 2.3 射流參數(shù)與計(jì)算．..................................................8 3水射流與機(jī)械刀具聯(lián)合切割機(jī)理..................................9 3.1 聯(lián)合切割機(jī)理.....................................................9 3.2 水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合兩方法.......................................9 3.3 水射流與刀具聯(lián)合破煤的特點(diǎn)．....................................10 3.4 校核參數(shù)條件...................................................11 4高壓水射流采煤機(jī)控制系統(tǒng).......................................13 4.1 閥控水路系統(tǒng).....................................................13 4.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容.....................................................16 5高壓旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu).................................................17 5.1 幾種密封裝置.....................................................17 5.2 本設(shè)計(jì)的高壓旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu)．．.....................................21 6高壓水射流噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................... 23 6.1 噴嘴作用．．.....................................................23 6.2 連續(xù)高壓水射流噴嘴種類.........................................．23 6.3 結(jié)噴嘴的質(zhì)量要求.................................................23 6.4 噴嘴設(shè)計(jì)原理，小孔出流基本理論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 6.5 噴嘴的基本結(jié)構(gòu)和材質(zhì)．．．．．．．．．．．...........．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 6.6 噴嘴各參數(shù)對(duì)水射流性能的影響................．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.7 失效形式．.....................................................28 6.8 本設(shè)計(jì)中的噴嘴 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 7滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù).....................................................30 8截齒和噴嘴布.....................................................33 8.1截齒的配置.....................................................33 8.2噴嘴在滾筒上的布置................................................36 結(jié)束語(yǔ) .....................................................38 參考文獻(xiàn) .....................................................39 中國(guó)礦大成教院2007畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘 要： 高壓水射流技術(shù)是近三十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，在采礦、冶金、石油、建筑、化工、市政建設(shè)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并取得可喜的成果。從原理上講，它與世隔絕我國(guó)煤礦中使用已久的水力采煤技術(shù)基本相同，都是把具有一定壓力的水通過(guò)直徑較小的噴嘴形成射流，將這股射流作為工具進(jìn)行切割、破碎和清洗物料。所不同的只是高壓水射流的水壓更高、噴嘴直徑更細(xì)而已。水力采煤中使用的水壓通常為5~15MP，水槍出口直徑為15~30mm；而高水射的水壓一般在30MP以上，有的高達(dá)數(shù)百兆帕，噴嘴直徑則在2mm以下，最小的可達(dá)0.1mm。因此高壓水射流可以在很小的區(qū)域內(nèi)集中極大的能量，例如100MP的高壓水射流的能量束密度可以與激光束相匹敵。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是水射流采煤機(jī)切割裝置設(shè)計(jì)。主要闡述了高壓水射流技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用之背景，優(yōu)缺點(diǎn)和所需要解決的問(wèn)題等方面的內(nèi)容。 高壓水射流和采煤機(jī)聯(lián)合進(jìn)行破煤是一門(mén)新技術(shù)，需要解決的問(wèn)題還很多。本設(shè)計(jì)主要是關(guān)于噴嘴在滾筒上的布置，水路控制系統(tǒng)和高壓旋轉(zhuǎn)密封等方面作初步的嘗試。設(shè)計(jì)了一種用高壓水射流控制水路，水射流輔助截齒破煤的滾筒結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：水射流； 截齒； 噴嘴； 滾筒 1 水射流采煤綜述 1.1高壓水射流概述 煤炭作為我國(guó)一次能源的主體,它的持續(xù)、穩(wěn)定和協(xié)調(diào)發(fā)展,無(wú)疑具有重大意義。采掘機(jī)械的技術(shù)水平則是發(fā)展煤炭工業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。加強(qiáng)采掘機(jī)械的科學(xué)技術(shù)研究工作是煤炭工業(yè)增產(chǎn)、節(jié)約能源消耗、保障工人安全、高效率等方面的發(fā)展的重要技術(shù)手段。 高壓水射流技術(shù)是近幾十年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。它的應(yīng)用發(fā)展日趨成熟和廣泛。在這種形式下，人們?cè)囃緦⒏邏核淞骷夹g(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)械中，特別是采掘機(jī)械中，已經(jīng)取得初步成果。這必將推動(dòng)煤炭工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 高壓水射流的基本原理是將具有一定的壓力水通過(guò)直徑較小的噴嘴形成的射流，并將這股射流作為工具進(jìn)行破碎、切割和清洗等工作。一般水壓在30MP以上，而噴嘴的直徑僅在2mm以下。這樣形成的水射流具有極高的能量，從而具有很強(qiáng)的打擊力。高壓水射流系統(tǒng)一般有如下幾部分組成： 壓力源、噴嘴及其控制裝置和連接它們的高壓管以及其它。其附示意圖如下： 圖1-1 圖中，低壓泵2產(chǎn)生的低壓水在增壓器3中壓力增大到指定壓力值后，經(jīng)過(guò)高壓膠管的傳送到噴嘴4形成高壓水射流。數(shù)控箱6操作噴嘴移動(dòng)，從而完成各種切割工作。切割后的廢液經(jīng)回收處理后排放。 高壓水射流在礦山機(jī)械中的應(yīng)用，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和研究，已經(jīng)取得了初步的成果。特別是在水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合切割破碎煤巖方面有深入研究。實(shí)驗(yàn)證明，水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合切割破碎煤巖比單純采用機(jī)械刀具破碎，切割具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。是解決目前機(jī)械刀具采煤中所遇到的問(wèn)題的有效嘗試。 1.2刀具采煤的弊端 目前刀具采煤法面臨的問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面。 1）機(jī)械設(shè)備變得龐大而笨重。為了大幅度提高生產(chǎn)能力，采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是提高傳動(dòng)裝置功率，從而使得機(jī)械設(shè)備越來(lái)越笨重。如AM-500型采煤機(jī)，其功率是2*375KW，兩個(gè)滾筒中心距離達(dá)10m,總重量為32噸。不難想像，這么笨重的龐然大物在井下有限的空間里工作，對(duì)于巷道要求、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)确矫嬗绊懯呛艽蟮摹? 2）其次是截割阻力較大，機(jī)械的穩(wěn)定性和傳動(dòng)零件強(qiáng)度儲(chǔ)備下降，造成了維護(hù)和檢修上的較大困難。 3）消耗量上升。大多數(shù)工作面，即使在正常工作條件下，每采1千噸煤消耗截齒達(dá)40~60個(gè)，因此截齒不能及時(shí)更換，變鈍了的截齒使采煤機(jī)比能耗上升，生產(chǎn)能力下降。機(jī)器動(dòng)載荷加大，出現(xiàn)很高的事故率。 4）勞動(dòng)環(huán)境惡劣。機(jī)械刀具切割破碎煤炭，造成的礦塵污染十分嚴(yán)重。雖然采取了噴霧滅塵等措施，但其效果并不理想。井下工人的塵肺病發(fā)生率是比較高的。還可能造成的問(wèn)題是，截齒摩擦生熱引起燃燒或煤塵、瓦斯等爆炸災(zāi)害也時(shí)有發(fā)生。 以上幾個(gè)問(wèn)題在水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合切割破碎中，可以得到緩解。這在后面的還將提到。 1．3 DY---150采煤機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)及水射流的優(yōu)點(diǎn) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是將高壓水射流應(yīng)用于滾筒采煤機(jī)上，高壓水射流引入到滾筒采煤機(jī)之上和截齒配合破碎煤層。如圖所示： 1 噴嘴 2截齒座 3高壓管 圖1-2 4相位閥 設(shè)計(jì)基本要求和參數(shù)： 噴嘴數(shù)：2個(gè) 高壓水射流壓力：30MP 噴嘴直徑：d=1．5mm 采煤機(jī)型號(hào)：DY—150 DY—150型采煤機(jī)基本參數(shù)： 采高：1.3~2.5m 截深：0.6m 滾筒直徑：1.25m ，1.40m 滾筒轉(zhuǎn)速：63r/min 牽引速度：0~6m/min 牽引力：120KN 裝機(jī)功率：150KW 機(jī)重：12．5T 主要特征：?jiǎn)螡L筒，液壓有鏈牽引。 水射流采煤機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1） 由于水射流的輔助破碎作用，截齒受力可顯著降低，因而降低了截割部的電機(jī)功率。一般功率可降低30%~60%，其生產(chǎn)能力可提高35%~40%。 2） 射流對(duì)煤體的濕潤(rùn)和對(duì)截齒的冷卻作用，極大地提高了截齒的使用壽命，以及采煤機(jī)的工作效率。 3） 射流具有明顯的降塵作用，比噴霧滅塵等措施降塵效果要好得多，大大地改善了采煤工作面的環(huán)境。并且水射流還能抑制截齒切割時(shí)因夾矸而導(dǎo)致的產(chǎn)生火花現(xiàn)象。從而有利于安全生產(chǎn)。 4） 射流的輔助破碎作用避免了切割刀具對(duì)煤體的大量粉碎性破壞，從而大大提高了煤質(zhì)的塊度。這對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提高有很大意義。因?yàn)槊旱膲K度越大，其銷售價(jià)格越高。通常6nm以下的粒徑的碎煤占總量的35%~40%，如果引入高壓水射流進(jìn)行聯(lián)合破碎切割，可使之降到15%左右。 以上是從優(yōu)點(diǎn)方面說(shuō)起，不過(guò)凡事有利必有弊。水射流技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)畢竟還處于起步階段。很多問(wèn)題急待解決。如高壓管路的拖曳，高壓旋轉(zhuǎn)密封的耐壓能力和使用壽命，比能耗較大等等。 高壓水射流技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必將使上述問(wèn)題得到有效解決。從而使水射流技術(shù)更加廣泛地應(yīng)用于礦山機(jī)械領(lǐng)域，為我國(guó)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化作出重要的貢獻(xiàn)。 2 水射流性能簡(jiǎn)介 2．1 非淹沒(méi)式水射流 這里簡(jiǎn)要介紹一下采煤機(jī)上應(yīng)用的非淹沒(méi)連續(xù)式水射流性能。所謂非淹沒(méi)式即指水射流在大氣中工作，也稱作氣水兩相射流。 一、氣水兩相射流的水動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)如下圖，氣水兩相射流有三個(gè)部分組成： 圖2--1 1---噴嘴 2---噴嘴內(nèi)主流 3---噴嘴內(nèi)邊界層 4---射流初始段 5---射流主體段 6---正激波陣 7---打擊區(qū) 8---卸 載 波 陣 9---膨 脹 區(qū) 10---靶 體 Ⅰ 部分是射流的上游，即噴嘴內(nèi)部的流動(dòng)； Ⅱ 部分是非淹沒(méi)自由射流； Ⅲ 部分是射流在靶體表面上的流動(dòng)圖形。用以描述射流和靶體之間的相互作用。 二、下圖是射流的水動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。 圖2--2 2.2 非淹沒(méi)射流的動(dòng)力特性 水射流動(dòng)壓P=，是射流內(nèi)單位體積的流體所攜帶的能量。它含有密度和速度兩個(gè)參數(shù)，綜合體現(xiàn)了射流速度衰減以及卷吸空氣量的變化規(guī)律。動(dòng)壓是水射流最基本的也是最重要的參數(shù)。 1 ）射流在噴嘴出口處的動(dòng)壓 P0= ---噴嘴出口和入口動(dòng)壓 ---速度系數(shù) 由上可知,由于水射流在噴嘴內(nèi)部流動(dòng)的能量損失使得噴嘴出口壓力小于噴嘴入口壓力。 2）射流基本段上的動(dòng)壓分布： 由實(shí)驗(yàn)可以證明：射流基本段上各截面的動(dòng)壓分布可用下式表示其規(guī)律： f（η）=（1-η1。5）2 式中 上式也可以用于初始段之內(nèi)，只是把核心段邊界作為計(jì)算徑向距離的起點(diǎn)即可。 3）射流軸心動(dòng)壓的衰減 射流軸心上的動(dòng)壓在核心段內(nèi)保持不變，只是越過(guò)核心段以后才開(kāi)始衰減。為了簡(jiǎn)化研究，一般有以下五種假設(shè)： （1） 不存在水射流卷吸作用引起的氣水混合； （2） 射流邊界及截面上的靜壓為大氣壓； （3） 射流在噴嘴處（出口處）為均勻流； （4） 不存在影響射流的外力，重力忽略； （5） 射流與周圍氣體之間不存在能量損失。 根據(jù)上述理想假設(shè)，我們可以通過(guò)射流動(dòng)量守恒來(lái)分析軸心上射流動(dòng)壓分布衰減規(guī)律，并可以求出初始段長(zhǎng)度。在噴嘴出口處和基本段內(nèi)各取截面分析，兩截面處動(dòng)量守恒。 J0=Jx J0= Jx=2 引入無(wú)量綱徑向距離： 注：d---射流直徑; X---離開(kāi)噴嘴處距離; k---系數(shù)，和噴嘴有關(guān)0.12~0.18. 則可得到： 射流初始段長(zhǎng)度XC,揭示了水射流內(nèi)在規(guī)律,簡(jiǎn)化了水射流特性研究.由以下諸式不難求出: 2．3 射流參數(shù)與計(jì)算 1）水力參數(shù)計(jì)算：水力參數(shù)主要有驅(qū)動(dòng)壓力、流量、功率等等；其中對(duì)任何水射流工藝系統(tǒng)來(lái)講，合理地選擇驅(qū)動(dòng)壓力是一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。 當(dāng)壓力確定后，可以根據(jù)水力學(xué)公式計(jì)算其它的水力參數(shù)。一般有： P---射流驅(qū)動(dòng)壓力，MPa D---噴嘴出口直徑，cm Q---噴嘴流量，l/min W---射流功率,KW μ---射流的初始速度，m/s 射流的反噴力可估算出來(lái): F=2PA*102N A---噴嘴出口截面積(A=) 2）切割參數(shù)計(jì)算: 根據(jù)具體的射流工藝系統(tǒng),有如下切割參數(shù): (1) 靶距:指噴嘴出口截面到工件表面之間的垂直距離,通常由實(shí)驗(yàn)確定之。一般不能使噴嘴離切割目標(biāo)致太遠(yuǎn)。 (2) 進(jìn)給速度：指噴嘴與工件之間的相對(duì)速度，噴嘴和工件（切割目標(biāo)）之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。一般有：平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、振動(dòng)等等。一般可直接測(cè)出或根據(jù)工作條件等計(jì)算出來(lái)。 (3) 切深（切寬）：指射流一次切割工件的浸深或切割寬度，可以測(cè)出。 (4) 射流打擊力：射流對(duì)工件的打擊力，與靶距有關(guān)。 (5) 破碎體積：V=bhv cm3/s b---切割寬度,cm h---切深, cm v---進(jìn)給速度,cm/s (6) 比能耗：切割或破碎單位體積材料所消耗的能量。即E=N/V J/CM3 比能是水射流工藝的綜合質(zhì)量指標(biāo)。它反映了水射流系統(tǒng)的合理性及技術(shù)水平。 根據(jù)以上公式，現(xiàn)將本設(shè)計(jì)有關(guān)計(jì)算列出： 3 水射流與機(jī)械刀具聯(lián)合切割機(jī)理 3．1 聯(lián)合切割機(jī)理 原始采煤方法，是手工辦法 后來(lái)發(fā)展到炮采，隨著技術(shù)進(jìn)一步提高，現(xiàn)在較普遍的是機(jī)械化采掘。用機(jī)械刀具破煤。如刨媒機(jī)，鏈?zhǔn)降毒叩慕孛簷C(jī)和滾筒采煤機(jī)等。又有液壓支架等頂板支護(hù)設(shè)備和運(yùn)煤 裝煤的刮板輸送機(jī)等?？傊?，采煤工作面的綜合機(jī)械化發(fā)展水平已經(jīng)比較先進(jìn)了。 不過(guò)刀具采煤法所面臨的問(wèn)題是比較多的，這在第一章已有表述。現(xiàn)在人們嘗試用水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合破碎切割煤炭，已經(jīng)取得初步成果。試驗(yàn)證明，高壓水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合進(jìn)行切割破碎煤巖等堅(jiān)硬、脆性材料的有效辦法。 巖石通常被認(rèn)為是一種具有微裂紋或不連續(xù)而構(gòu)造特殊的物質(zhì)。很容易受到縫隙水壓力的影響。當(dāng)具有高壓力梯度的水流作用后，水會(huì)滲于孔隙之中而急劇影響到巖石的應(yīng)力場(chǎng)，從而削弱巖石的強(qiáng)度。當(dāng)高壓水射流侵入刀具作用后產(chǎn)生的巖石裂紋后，射流的動(dòng)壓將轉(zhuǎn)化為靜壓，使巖石裂紋擴(kuò)展。因此這種作用不同于一般水流的沖蝕作用，而直接與巖石抗拉強(qiáng)度建立函數(shù)關(guān)系。這樣所需水射流壓力很小。反之，如果單純采用水射流切割破巖，往往耗能較大，不夠經(jīng)濟(jì)。所以一般采用水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合的辦法 3．2 水射流和機(jī)械刀具聯(lián)合兩方法 根據(jù)不同結(jié)合方式和各自特點(diǎn)，可分為兩種辦法： 一、水射流輔助截齒破碎法： 這種辦法一般是水射流和截齒之間有一定距離。水射流破煤過(guò)程不受截齒影響，而截齒則是在水射流進(jìn)行預(yù)切割之后，擔(dān)當(dāng)破煤的主要任務(wù)。水射流的功能僅僅是進(jìn)行預(yù)切割，只為截齒破碎創(chuàng)造有利條件。如下圖所示： 3 1 2 4 5 圖3--1 1、噴嘴 2、水射流切槽 3、圓盤(pán)滾刀 4、破碎塊 5、未完全擴(kuò)展裂紋 二、水射流與截齒結(jié)合破碎法 這種辦法是水射流和截齒同時(shí)截割破碎煤層，兩者一般相距較近，在1~2mm之內(nèi)。兩者的破碎溶為一體。當(dāng)截齒的作用使得微裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展到宏觀裂紋時(shí)，水射流搶先一步進(jìn)入裂紋，作用在裂紋內(nèi)的靜壓力迫使裂紋撕開(kāi)，煤巖得到破碎。由此可見(jiàn)，水射流作用已不是單純怕預(yù)切割了，而是利用水楔作用，進(jìn)一步降低截齒切割阻力。水射流和截齒相互依賴，共同完成碎煤過(guò)程。 這兩種辦法，從切割效果講，后者要強(qiáng)。不過(guò),結(jié)合破碎方法要求射流和刀具作用點(diǎn)很近,使得截齒,噴嘴設(shè)計(jì)比較困難.輔助法則比較簡(jiǎn)單,特別噴嘴數(shù)量要求可少些,這對(duì)于結(jié)構(gòu)布置提供方便。因此本設(shè)計(jì)采用輔助破碎之法。 3．3水射流與刀具聯(lián)合破煤的特點(diǎn) 高壓水射流切割煤體的特點(diǎn)，特別是水射流與刀具聯(lián)合破煤的特點(diǎn)可概括如下： 1）明顯的降塵效果。高壓水射流的降塵機(jī)理包括兩個(gè)方面。一方面是水射流對(duì)煤體的滲透濕潤(rùn)，減少了刀具截煤時(shí)粉塵生成量。另一方面是水射流依靠擴(kuò)散，反彈產(chǎn)生水霧，射流流量集中，壓力高速度大，使截割區(qū)的相對(duì)濕度達(dá)到100%，這些水霧可捕捉空氣中的粉塵。下面是效果統(tǒng)計(jì)表： 表3--1水射流與刀具聯(lián)合落煤降塵效果表 礦井名稱 機(jī)組名稱 射流壓力 kg/cm2 最大粉塵含量（mg/m3） 平均粉塵含量 淮南謝一礦 MLQ-80 350 27 12．3 美國(guó)匹茲堡 F6--A 220~650 8．8 4．2 礦井名稱 K3—3M 300 18 12．8 棗莊八一礦 旋擺式水機(jī)落煤器 500 小于10 2）機(jī)器重量輕，體積小，穩(wěn)定性好。 水射流落煤裝置沒(méi)有復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。零件少，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。另外即是射流落煤時(shí)，反作用力極小，由于第二章可知：反作用力F=2PA，如果射流壓力是35MPa，噴嘴直徑2mm，那么F只有30公斤力左右。因而機(jī)器的穩(wěn)定性極好。采用機(jī)械式落煤，由于受到反作用力很大，不得不將機(jī)器做得笨重粗大，以增加工作穩(wěn)定性。 3）大塊煤率高。高壓水射流在煤體中切割出一定數(shù)量的裁縫后，煤體被分割成若干懸臂煤柱而大塊垮落。難以垮落的煤則截齒輔助切割，這時(shí)刀具受力小，因而粉煤和碎煤較少。 4）能耗小，比能低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好。在試驗(yàn)初期，水射流耗能較大，但近幾年來(lái)已有所改善，大量研究和實(shí)驗(yàn)證明，水射流破碎煤巖的能量損耗不一定比刀具高。 3．4 校核參數(shù)條件 水射流有效切割水射流參數(shù)是有條件的,一般有以下幾個(gè)方面須得到滿足： 1）足夠的射流壓力：一般可以計(jì)算出來(lái)。 ① 求出射流對(duì)打擊物形成有效破碎坑必需的速度V0： V0≥ 單位: m/s V0—射流流速， m/s δ—煤的單向抗壓強(qiáng)度 N/S2 γ__沖擊時(shí)煤的強(qiáng)化系數(shù) γ=1.3左右 ρ0___水的密度 ρ0=1000kg/m3 C0____靜止水中聲速 C0=1500m/s ρ2____煤的密度 ρ2=1300kg/m3左右 C2—煤中的聲速， C2=1127~1619m/s 取C2=1300m/s K0—水的倍增系數(shù)，k0=2 當(dāng)煤的普氏硬度f(wàn)=1時(shí)， 求出射流壓力值,由伯努利方程： 相當(dāng)于55MPa。 同樣可以計(jì)算出f=0.5時(shí),P=27MPa左右。 本設(shè)計(jì)取P=30MPa,適合于f=0.5～1之間的煤。 ②水量:水量受功率和煤水比等限制。為了降低功率,盡量應(yīng)降低水量,同時(shí)煤中含水量也不可過(guò)大。 ③水射流移動(dòng)速度: 水射流有效作用時(shí)間為2—5毫秒，超過(guò)此時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生所謂“水墊”現(xiàn)象，切割效果降低。為此確定一個(gè)合理的水射流和煤體之間的相對(duì)速度，提高落煤效率是很重要的。一般取 12～4.8m/s。 由DY—150型滾筒轉(zhuǎn)速等參數(shù)： 可計(jì)算出 V= 可見(jiàn)基本上合格,滿足要求。 4 高壓水射流采煤機(jī)水路控制系統(tǒng) 4．1 閥控水路系統(tǒng) 高壓水射流破煤時(shí)，容易浪費(fèi)能量。只要射流從噴嘴噴射出來(lái)，不管是否切割煤壁，也不管它與煤壁之間距離多大，它總是經(jīng)額定功率運(yùn)行，不象刀具破煤那樣，如果刀具不工作，那么“空運(yùn)轉(zhuǎn)”時(shí)消耗的能量是很小的。為此，采用水射流切割煤體，應(yīng)避免“空運(yùn)轉(zhuǎn)”，即當(dāng)沒(méi)有進(jìn)行切割破碎時(shí)，射流不噴射。同時(shí)為了工人的安全起見(jiàn)，也要求水射流只能朝著煤壁方向噴射。 為了以上所述的目的,必須對(duì)水路加一控制系統(tǒng),一般是通過(guò)閥來(lái)控制射流的噴射。一般有三種閥: 1）半圓周相位配水閥 這種制控方法一般是利用凸輪驅(qū)動(dòng)截齒閥——滑閥或錐閥的開(kāi)啟與閉合。使?jié)L筒上的水射流只能在半圓周內(nèi)噴射。使用這類配水閥必須嚴(yán)格保證閥芯的運(yùn)動(dòng)和滾筒的旋轉(zhuǎn)完全匹配，并且要對(duì)每一個(gè)水射流噴嘴進(jìn)行單獨(dú)控制。 見(jiàn)下圖所示： 圖4--1 2）截割力控制閥：這種控制方法一般是利用截齒破碎煤巖的切割阻力來(lái)控制供水閥的開(kāi)啟，也就是說(shuō)只有截齒在切割煤巖時(shí)，它附近的水射流才向外噴射。 如圖所示：這兩種方法一般來(lái)講，安全性不是太高，現(xiàn)在本設(shè)計(jì)用的是電磁閥控制，同時(shí)通過(guò)感應(yīng)截齒來(lái)控制電路的閉合。 圖4--2 3）電磁閥控制：當(dāng)感應(yīng)截齒受到一定阻力時(shí)，就會(huì)接通電路，從而使電磁閥打開(kāi)，水射流就噴射。原理圖如下： 圖4--3 當(dāng)從外面引入電源時(shí)，由于滾筒是旋轉(zhuǎn)的。這樣就存在著如何從靜止電源引入到到旋轉(zhuǎn)部件上去的問(wèn)題，受到直流電機(jī)原理的啟發(fā)，這里采用了一種電刷裝置。如下圖所示： 圖4--4 圖中絕緣套和軸一起旋轉(zhuǎn)，電刷不動(dòng)。具體可參看裝配圖。 4．2設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)中用到的電磁閥，開(kāi)關(guān)按鈕等沒(méi)有產(chǎn)品，需要特制才行。特別是電磁閥，要求耐壓值很高。這些產(chǎn)品還需一定的壽命，一般要經(jīng)過(guò)壽命試驗(yàn)合格才能用。總之，本設(shè)計(jì)中須解決的問(wèn)題可以歸納為以下幾個(gè)方面： 1）需要各種高壓泵。 2）需要能滿足相應(yīng)壓力的高壓橡膠軟管。 這兩點(diǎn)問(wèn)題都不太大。主要是下面兩個(gè)問(wèn)題。 3）高壓回轉(zhuǎn)接頭是關(guān)鍵部件。要求耐壓高，而且密封性能好，壽命長(zhǎng)。這不容易做到。 4）研制簡(jiǎn)單，實(shí)用可靠的自動(dòng)噴射裝置。要求體積小，密封性好，耐壓和動(dòng)作靈敏，壽命長(zhǎng)。象本設(shè)計(jì)中用到的電磁閥——感應(yīng)截齒控制系統(tǒng)，效果還不太理想。 5 高壓旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu) 5．1 幾種密封裝置 當(dāng)被連接的兩個(gè)高壓元件之間有相對(duì)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，需用到高壓旋轉(zhuǎn)接頭。就是將高壓水引入到旋轉(zhuǎn)部件的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)是將高壓水引入到旋轉(zhuǎn)的滾筒之中。高壓旋轉(zhuǎn)接頭要求耐壓高，密封性能好，壽命長(zhǎng)。首先要解決的是如何在高壓力且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況下的密封問(wèn)題。 下面介紹幾種密封結(jié)構(gòu)，從而探討各自的原理。 一、KQJ—1型礦車清洗機(jī)中的高壓旋轉(zhuǎn)接頭 KQJ—1型礦車清洗機(jī)中的高壓旋轉(zhuǎn)接頭，其工作壓力是15MPa，相對(duì)旋速是200~300rPm。為了降低旋轉(zhuǎn)軸和橡膠密封圈之間的摩擦阻力，提高使用壽命，在它們之間加了一個(gè)聚四氟乙烯滑套。工作原理：在液壓作用下”O(jiān)”型密封圈產(chǎn)生變形，并擠壓滑套，使它貼緊轉(zhuǎn)軸，從而起到密封作用。 這種結(jié)構(gòu)用于壓力不太高的情況下，下面介紹一種相對(duì)高一點(diǎn)的壓力下的旋轉(zhuǎn)接頭。 圖5--1 1---O型密封圈 2---旋轉(zhuǎn)軸 3---聚四氟乙烯滑套 二、RH—25型半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)旋轉(zhuǎn)接頭 RH—25型半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)上使用的旋轉(zhuǎn)接頭，其工作壓力70MPa，旋轉(zhuǎn)速度50rPm。使用壽命可達(dá)1000小時(shí)。工作原理：在液壓作用下，中間的支承墊向外側(cè)滑動(dòng)，使鼓形密封圈受擠壓，產(chǎn)生徑向變形，起到密封作用。這種密封作用能夠自動(dòng)補(bǔ)償徑向磨損間隙。 在超高壓系統(tǒng)中，廣泛采用金屬組合密封。下面介紹的就是一種這樣接頭。 圖5--2 1. --------- 腔體 2. ---------端盤(pán) 3. ---------彈簧 4. ---------支承墊圈 5. ---------鼓形密封圈 6. ---------墊片 7. ---------O型密封圈 8. ---------固定螺栓 9. ---------旋轉(zhuǎn)軸 10. ---------擋板 三、金屬組合密封。 這種密封的特點(diǎn)是；摩擦阻力小。而且金屬密封圈與旋轉(zhuǎn)軸之間可以自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。其結(jié)構(gòu)原理圖所示: 圖5--3 1. ---------腔體 2. ---------旋轉(zhuǎn)軸 3. ---------靜密封 4. ---------高壓管 5. ---------密封套 在液壓力的下?！癓”型金屬密封圈向外移動(dòng)壓縮橡膠密封圈，橡膠密封圈的變形使”L”型金屬密封圈始終緊貼轉(zhuǎn)軸，起到密封作用。 羅賓斯73－114型巖石掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)作用的高壓水旋轉(zhuǎn)接頭原理和上面所述相同。如圖所示； 圖5--4 1. ---------固定件 2. ---------擋圈 3. ---------O型密封圈 4. ---------金屬密封圈 5. ---------擋圈 圖中1是固定件,其它是旋轉(zhuǎn)件. 其工作壓力近400MPa,高壓水產(chǎn)生的推動(dòng)力，通過(guò)滾柱軸承傳給固定件。2、3.4.5構(gòu)成組合式自緊密封。 四、雙錐密封 如圖，這種密封工作壓力可達(dá)700MPa. 圖5--5 1. ---------止推軸承 2. ---------壓力釋放孔 3. ---------放水孔 4. ---------殼體 5. ---------軸環(huán) 6. ---------雙錐密封 7. ---------防松螺帽 8. ---------高壓管 9. ---------直角配件 10. ---------固定螺釘 擰緊固定螺釘，通過(guò)止推軸承和軸環(huán)將力傳給軸，使之壓在雙錐密封上，因而殼體和軸之間形成密封。在高壓水作用下，軸和殼體與雙錐密封體之間產(chǎn)生分離作用,從而減少了密封摩擦。由于雙錐體是硬金屬制造的，摩擦系數(shù)較小，使用壽命較長(zhǎng)，分離作用造成的附加軸向力由止推軸承承受。若發(fā)現(xiàn)有少量泄漏，可適當(dāng)調(diào)節(jié)固定緊螺釘。 5.2 本設(shè)計(jì)的高壓旋轉(zhuǎn)密封結(jié)構(gòu) 通過(guò)以上幾種高壓旋轉(zhuǎn)密封接頭的結(jié)構(gòu)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)其工作原理都是相似的。一般都是利用高壓水產(chǎn)生的壓力使密封件貼緊旋軸，壓力水的壓力越大，這種貼緊力也越大，從而解決了壓力水的壓力越大越易泄漏的矛盾。不過(guò)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題就是摩擦問(wèn)題，一般是通過(guò)利用摩擦力小的材料制成密封件來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。如聚四氟乙烯，各種合金等。 受到這些原理的啟發(fā)，本設(shè)計(jì)用的高壓旋轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)如下圖所示；由于本設(shè)計(jì)的工作壓力只有30MPa，因此設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不必太復(fù)雜。如圖所示： 圖5--6 1、 ---------外殼 2、 ---------O型密封圈 3、 ---------金屬擋圈 4、 ---------聚四氟乙烯滑套 5、 ---------擋圈 6、 ---------旋轉(zhuǎn)軸 6 高壓水射流噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6．1 噴嘴作用 噴嘴是高壓水射流發(fā)生裝置的執(zhí)行元件。噴嘴的作用是通過(guò)噴嘴內(nèi)孔橫截面的收縮，將高壓水的壓力能聚集起來(lái)，并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后以高速水射流的形式向外噴出，用以對(duì)工件進(jìn)行作業(yè)。噴嘴又是射流切割、破碎與清洗工藝的執(zhí)行元件。一個(gè)連續(xù)水射流噴嘴，例如水力采煤、船體清洗、高壓噴射鉆井等場(chǎng)合使用的噴嘴，它傳輸?shù)拈L(zhǎng)時(shí)功率高達(dá)102至103KW。而脈沖水射流噴嘴所傳輸?shù)乃矔r(shí)功率則是104至105KW。因此，噴嘴的能量傳輸效率始終是水射流切割、破碎與清洗工藝的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題。 6．2 連續(xù)高壓水射流噴嘴種類。 按噴嘴內(nèi)孔橫截面的形狀，可分為圓錐收斂型噴嘴，圓錐帶圓柱出口段型噴嘴和流線型噴嘴。 圓錐收斂型噴嘴,比較容易加工,但射流的密集性較差,常用于對(duì)水射流射程要為不高的場(chǎng)合. 流線型噴嘴雖然流量系數(shù)較大,能量損失小,但加工困難,很難達(dá)到原設(shè)計(jì)要求的形狀。目前仍處于實(shí)驗(yàn)階段，很少應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)。 圓錐帶圓柱出口段型噴嘴是在圓錐收斂型噴嘴的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，圓柱出口段的增加，能提高其流量系數(shù)，改善射流性能，是目前最常用的一種。 6．3 對(duì)噴嘴的質(zhì)量要求 噴嘴質(zhì)量的好壞，直接影響水射流的品質(zhì)和效率。一般對(duì)水射流噴嘴有如下要求： （1） 保證射流具有適當(dāng)?shù)墓δ埽? （2） 射流的密集性比較好，保證射流具有較遠(yuǎn)的射程； （3） 應(yīng)具有一定的壽命； （4） 拆卸，維護(hù)方便； （5） 成本低。 6．4噴嘴設(shè)計(jì)原理，小孔出流基本理論。 1） 薄壁孔口出流 如圖所示：水箱中的水從四面八方向孔中匯集流出，由于流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性，當(dāng)繞過(guò)孔口邊緣時(shí)流線不能折角改變方向，只能漸漸彎曲，于是水流經(jīng)過(guò)孔口斷面后仍繼續(xù)彎曲向中縮。 圖6--1 實(shí)驗(yàn)證明,在距孔口 處(d為孔口直徑),流束斷面收縮至最小。利用伯努利方程可以求出斷面C處的流速VC和流量QC。 Vc= QC=ΜQ0 速度系數(shù),孔口出流時(shí)取0.97~0.98; 流量系數(shù),孔口出流時(shí)取0.60~0.62; 流速斷面收縮系數(shù),一般為0.62~0.64; 理想流出量; 由此可見(jiàn)，薄壁小孔出流的速度系數(shù)較高，但由于出流斷面收縮，其流量系數(shù)過(guò)小。 2） 短管出流 如圖所示，在孔口處接一個(gè)長(zhǎng)L=（3~4）d的圓柱形短管。這樣，流入短管的水流首先產(chǎn)生斷面收縮，而后流束將逐漸擴(kuò)大，至管出口處將充滿短管而流出。 通過(guò)水力學(xué)計(jì)算可以得到：速度系數(shù) =0.82 圖6--2 流量系數(shù)μ= =0.82。這是因?yàn)槎坦艹隹跒闈M流無(wú)法斷面收縮?？梢?jiàn)，短管出流流量系數(shù)比薄壁孔口出流高。 3） 噴嘴出流 在高壓水射流系數(shù)中，噴嘴直徑很小，而高壓管路直徑比較大。如果把噴嘴與高壓管路直徑連起來(lái)，會(huì)使噴嘴出口前阻力損失加大，從而降低了噴嘴出口處的壓力，同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)如短管出流圖中所示的旋渦低壓區(qū)。這個(gè)旋渦低壓區(qū)的壓力低于大氣壓，形成一定的真空度。由流體力學(xué)可知，真空度隨著水壓增大而增大。當(dāng)真空度過(guò)大時(shí)，會(huì)從出口處吸入空氣，破壞了流束狀態(tài)。因此，用一定形狀的噴嘴，使高壓管路截面連續(xù)均勻地過(guò)渡到出口面積。顯然，最佳噴嘴形狀是流線型的。但由于難以加工，目前工程中使用的水射流噴嘴多是出口帶圓柱段的錐形收斂形噴嘴。 4）噴嘴出口速度，流量及速度，流量及直徑計(jì)算公式： 已知P和Q,則 6．5 噴嘴的基本結(jié)構(gòu)和材質(zhì) 如圖所示：這是噴嘴的基本結(jié)構(gòu) 圖6--3 流量系數(shù)和圓錐角2密切相關(guān)?？捎们€表示如下： 流量系數(shù)和圓錐角關(guān)系曲線 圖6--4 由圖可見(jiàn)流量系數(shù)的最大值相應(yīng)于2=132 ，一般取2=12~14。 噴嘴的材質(zhì)選擇要根據(jù)不同條件而變化。如用于清洗，切割的水射流噴嘴，壓力很低。一般可采用成本較低，容易加成形的材料，如銅、不銹鋼、軸承鋼、滲碳鋼等。而對(duì)于那些精密切割，超高壓系統(tǒng)中的水射流噴嘴，由于噴嘴要支稱高壓和高速水流的作用，要噴嘴具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，以及耐腐蝕性。一般采用碳化鎢硬質(zhì)合金，金剛石或人造寶石等材料。 6．6 噴嘴各參數(shù)對(duì)水射流性能的影響 1）圓錐段收縮角大量的試驗(yàn)表明：當(dāng)噴嘴的收縮角很小時(shí)，射流密集性比較差，而且噴嘴的軸向尺寸很長(zhǎng)。隨著收縮角的加大，出口邊界層厚度減小，因此射流的密集性是隨著收縮角的增加而減小。由此可見(jiàn)，為了保證射流的切割能力，收縮角有一個(gè)最佳值。 另外,由于噴嘴的收縮作用,當(dāng)加速因子達(dá)到一定值時(shí),噴嘴內(nèi)的阻力會(huì)下降,出現(xiàn)類似層流的阻力現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為層流化現(xiàn)象。加速因子k為： k=dy/dx k---加速因子 r---流體運(yùn)動(dòng)粘度 v0---噴嘴內(nèi)核心區(qū)速度 v---邊界層中流體流動(dòng)速度 x---射流離開(kāi)噴嘴出口的距離 考慮以上諸因素,一般取收縮角為：13~14之間為好。 2）噴嘴出口圓柱段長(zhǎng)度： 通過(guò)大量試驗(yàn)分析表明：隨著圓柱段長(zhǎng)度的增加，出口速度隨之增加，而射流的密集性的長(zhǎng)度卻隨之而減小。因此噴嘴出口圓柱段長(zhǎng)度也存在著一個(gè)最佳值。 另外，噴嘴圓柱段收縮角的大小及流體流動(dòng)條件，對(duì)圓柱段的最佳長(zhǎng)度是有一定影響的。考慮到這些因素，一般取圓柱段長(zhǎng)度為噴嘴出口直徑的2.5~3倍最合適。 3）噴嘴內(nèi)孔表面的粗糙度 噴嘴內(nèi)孔表面的粗糙度是決定射流品質(zhì)和噴嘴的壽命的重要因素。噴嘴內(nèi)孔表面微小的凸凹不平,會(huì)導(dǎo)致射流產(chǎn)生較大的初始擾動(dòng),這種擾動(dòng)將引起流體的壓力波動(dòng)。在高速射流中，這種壓力波會(huì)引起嚴(yán)重的局部空穴現(xiàn)象，如果噴嘴的材料硬度不足，噴嘴將遭到破壞。 對(duì)噴嘴內(nèi)孔加工粗糙度的分析其變化情況表明： 隨著粗糙度的增加，射流出口邊界厚度增加，出口速度減小，加速因子減小，同時(shí)噴嘴內(nèi)產(chǎn)生分離的可能性增大，層流化的可能性變小，射流的密集性和切割能力變差。因此，噴嘴內(nèi)孔表面是越光滑越好。 對(duì)于鋼制噴嘴和碳化鎢噴嘴，圓錐內(nèi)表面的粗糙度最大允許值為0.2um，圓柱段內(nèi)表面的最大允許粗糙度為0.1um。 6．7失效形式： 噴嘴的失效形式主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1）在一定的靶距上，射流的打擊力下降超過(guò)允許值； 2）在一定的靶距上，射流的擴(kuò)散超過(guò)允許值，即射流發(fā)生了散射； 3）噴嘴破裂。 高壓水流經(jīng)過(guò)噴嘴斷加速，由于噴嘴內(nèi)表面的影響，水流邊界發(fā)生撓動(dòng)，待流到高速區(qū)時(shí)，逐漸形成渦流，同時(shí)由于噴嘴出口的收斂作用，在噴嘴出口圓柱段內(nèi)也將產(chǎn)生渦流區(qū)，這些都能使高速水流產(chǎn)生氣穴，并對(duì)噴嘴口內(nèi)壁產(chǎn)生氣蝕。隨著氣蝕作用的不斷發(fā)展，使噴嘴出口內(nèi)表面的粗糙度不斷增大，同時(shí)橫斷面積增加，以致出現(xiàn)嚴(yán)重磨損狀況。 從噴嘴噴射出的高壓水射流，由于在噴嘴內(nèi)部受到某種干擾，加之在噴嘴出口處又卷入了部分空氣，將使水射流發(fā)生擴(kuò)散。隨著氣蝕損傷的發(fā)展，加劇了射流的擴(kuò)散作用，且主射流的擴(kuò)散超過(guò)允許值。這時(shí)噴嘴出口往往出現(xiàn)單邊磨損的現(xiàn)象，加速了噴嘴的失效過(guò)程。 噴嘴磨損以后，不僅使射流發(fā)生散射，而且在流量不變的情況下，將使射流噴射壓力降低，從而減小了射流的打擊力。這樣也會(huì)導(dǎo)致失效。 有時(shí)，噴嘴受到的液體腐蝕作用也不可忽視。 6．8 本設(shè)計(jì)中的噴嘴 由于本設(shè)計(jì)中噴嘴工作壓力不大，并且數(shù)量較小，考慮這些因素，材料可用不銹鋼。但最好用碳化鎢合金。雖然價(jià)格貴些，但數(shù)量為多。 2=13 d=1.5mm圓圓柱柱出口段長(zhǎng)度L=4mm 考慮到具體工作環(huán)境,結(jié)構(gòu)如下： （和基本結(jié)構(gòu)稍有不同） 圖6--5 7 滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù) 螺旋滾筒一般有葉片，端盤(pán)，筒轂三部分組成。 對(duì)螺旋滾筒一般有如下要求： 1）比能耗低； 2）滾筒所受阻力幅值變動(dòng)量??； 3）具有一定的可靠性； 4）自行切入煤壁之能力； 5）截齒裝拆方便，且不易丟失。 滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)有如下幾個(gè)方面： 一、 滾筒的三個(gè)直徑： 1）滾筒直徑D：指從滾筒截齒尖測(cè)量。滾筒直徑D有一定系列：0.5、0.55、0.60、0.65、……1.00、1.10、1.25、1.40、1.60、1.80、2.00、2.30、2.60m。 其選擇原則： （1）對(duì)于單滾筒：D H（煤厚）一次采全高 　　　　D0.55~0.6H.往返采全高 （2）對(duì)于雙滾筒：D0.55H 2）葉片直徑Dy：截齒的最大切屑厚度受截距tmax限制。 Hmax= Hmax___最大切屑厚度 tmax____最大截距 b,___截齒截刃寬度和截槽崩裂角。 一般有如下規(guī)定：2 Hmax0.7(D—Dy) 所以, DyD—1.43(tmax—b)ctg 3）筒轂直徑Dg: 筒轂直徑Dg愈大,則滾筒內(nèi)容納碎煤的空間愈小,碎煤在滾筒內(nèi)循環(huán)和被破碎的可能性愈大。 一般規(guī)定：D>1m時(shí),DY/Dg2 D1m時(shí), DY/Dg>2.5 二、滾筒的寬度B： 滾筒結(jié)構(gòu)寬度B一般大于實(shí)際截深。我國(guó)的滾筒寬度系列為：500、600、630、700、750、800、900和1000mm。 三、螺旋葉片升角 螺旋葉片頭數(shù)主要是按截割參數(shù)的要求確定。 D〈1250時(shí)，用雙頭；D〈1400時(shí)，用雙頭或3頭；D〉1600時(shí)，用3頭或4頭。 根據(jù)葉片的旋向，分為左旋，右旋滾筒。 左旋：頭數(shù)為2 圖7--1 右旋：頭數(shù)為2 圖7--2 葉片升角ai=arctg( L__導(dǎo)程 Di__任意直徑 則ay=arctg(,ay稱之為螺旋滾筒的名義升角。由ay可計(jì)算出每個(gè)葉片對(duì)滾筒的圍包角： By= By___葉片占有滾筒的寬度 雙頭螺旋滾筒的葉片圍包角取210,三頭時(shí)取140,四頭時(shí)取105.一般ay=8~30 四、端盤(pán)： 端盤(pán)一般為錐形，厚度約40~50mm,傾角15~30。端盤(pán)和筒轂、葉片是焊為一體的。 8 截齒和噴嘴的布置 8．1 截齒的配置 在設(shè)計(jì)滾筒時(shí)，合理選擇其工作參數(shù)，特別是合理選擇截齒的配置方式，對(duì)于提高煤的塊度，降低比能耗有著重要意義。另外對(duì)滾筒的受力也有影響，盡量使之受載荷變動(dòng)較小，從而增加機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。 截齒在螺旋滾筒上的布置，一般用截齒配置圖來(lái)表示。以MLS3—170采煤機(jī)為例：見(jiàn)下圖。 圖8--1 圖為截齒尖所在圓柱面的展開(kāi)圖。水平直線表示齒尖的運(yùn)動(dòng)軌跡，即截線。相鄰兩截線之間的距離為截距t。小圓圈代表0齒的位置；小黑點(diǎn)代表安裝角不為0，所謂0齒指的是安裝角為0，截齒斜向煤壁為正方向，而向采空區(qū)方向傾斜則為負(fù)方向。 螺旋葉片和端盤(pán)上的截齒分別約占滾筒截齒數(shù)的80%和20%。由于工作條件的不同，它們配置原則也可以不同。 一、 葉片截齒的配置 一般根據(jù)煤的性質(zhì)和采煤機(jī)的參數(shù)不同而確定截齒的配置方式、截距和每條截線上截齒數(shù)。 葉片上截齒常見(jiàn)的配置方式有交錯(cuò)式和順序式。 1． 交錯(cuò)式。這種配置方式的特點(diǎn)是：切屑厚度大，切屑斷面形狀對(duì)稱，截槽兩側(cè)受力基本平衡，每條截線配置齒數(shù)只有一個(gè)。見(jiàn)下圖所示： 圖8--2 2．順序式。這種配置方式的特點(diǎn)是：切屑斷面形狀不對(duì)稱，截槽兩側(cè)受力不平衡，存在著側(cè)向力。每條截線配置兩個(gè)齒。 圖8—3 兩者的配置方式比較起來(lái)，在相同的牽引速度下，截齒數(shù)和每個(gè)截齒的切屑厚度相差一倍。根據(jù)切屑參數(shù)的不同，各有其適用范圍。 一般和切屑厚度h和截距t有關(guān),可參見(jiàn)下圖: 圖8—4 如圖中所示: A適用順序式. B適用交錯(cuò)式。 端盤(pán)截齒的配置 端盤(pán)的最靠近煤壁的邊緣截線上的截齒，一般其安裝角在53~55之間。這樣有利于滾筒斜切入煤壁。這條邊緣截線上的截齒工作條件最差，因此配置的截齒數(shù)目是最多的。其靠煤壁側(cè)的截刃一般傾斜角度在 8~10之間，與煤壁之間留有間隙。端盤(pán)上的截線之間距離比較小。平均截距大約是葉片截齒的一半。每條截線上的截齒數(shù)一般應(yīng)比葉片上的截線布置的截齒數(shù)要多2~3個(gè)截齒。端盤(pán)截齒一般分為2~4組，每組有一個(gè)0截齒，2~6個(gè)傾斜安裝的截齒，傾角應(yīng)隨著滾筒轉(zhuǎn)向從小到大的順序排列。截距應(yīng)從煤壁逐漸向外增大，每組截齒中還可設(shè)一個(gè)向采空區(qū)傾斜20~30的截齒，以抵消一部分滾筒的軸向力。端盤(pán)截齒的配置也是極其重要的。 8.2噴嘴在滾筒上的布置 根據(jù)噴嘴數(shù)目，以及噴嘴和截齒聯(lián)合破煤方式之不同，可分為兩種情況。 1)噴嘴數(shù)量較少，其配置和截齒無(wú)關(guān)。 2)水射流噴嘴與截齒進(jìn)行對(duì)應(yīng)布置。 第一種情況見(jiàn)于輔助法之中，噴嘴數(shù)可有2個(gè)，4個(gè)，6個(gè)等；第二種情況則常見(jiàn)于結(jié)合法之中，所需噴嘴數(shù)目較多，加工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較困難。 總之，回顧高壓水射流技術(shù)發(fā)展概況，大體上可分為四個(gè)階段。即60年代初期的探索試驗(yàn)階段，主要為低壓水射流采礦；60年代初至70年代初為基礎(chǔ)設(shè)備研制和攻關(guān)階段，主要研制高壓泵、增壓器和高壓管件及推廣高壓水射流清洗技術(shù)；70年代初至80年代初為工業(yè)試驗(yàn)及工業(yè)應(yīng)用階段，主要特點(diǎn)是大量的高壓水射流采煤機(jī)、切割機(jī)、清洗機(jī)相繼問(wèn)世并進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，其應(yīng)用領(lǐng)域也由采礦發(fā)展到其他領(lǐng)域；80年代以來(lái)是高壓水射流技術(shù)迅速發(fā)展階段，主要特點(diǎn)是高壓水射流技術(shù)的研究進(jìn)一步深化，磨料射流、空化射流等新型水射流發(fā)展更快，許多產(chǎn)品已達(dá)到商品化。一個(gè)能夠根據(jù)實(shí)際需要自如地控制高壓水射流技術(shù)特性，為人類服務(wù)的新時(shí)代即將到來(lái)。 結(jié) 束 語(yǔ) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是水射流采煤機(jī)切割裝置。經(jīng)過(guò)自己的努力和指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，我繪制出了DY-150采煤機(jī)滾筒裝配圖，旋轉(zhuǎn)密封裝置圖和旋轉(zhuǎn)密封內(nèi)軸圖，及箱體分布圖。領(lǐng)會(huì)到了切割系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用，使我的專業(yè)基礎(chǔ)得到一次全面的訓(xùn)練與鞏固。 在設(shè)計(jì)高壓水射流噴嘴過(guò)程中，擬訂旋轉(zhuǎn)密封裝置原理圖時(shí)，我不僅要根據(jù)滾筒對(duì)噴嘴的要求，而且要注意到系統(tǒng)安全可靠性。在繪制裝配圖時(shí)，體會(huì)很多。要畫(huà)滾筒裝配圖，得認(rèn)真全面的考慮每個(gè)細(xì)節(jié)，在選擇液壓元件時(shí)，注意到元件的材料、成本、實(shí)用等方方面面?？傮w上還要注意結(jié)構(gòu)的合理布置，以便于安裝與維護(hù)。 這次設(shè)計(jì)使用了CAD電子圖板畫(huà)圖，從中體會(huì)到這種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)在畫(huà)圖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己制圖的薄弱處，經(jīng)過(guò)畫(huà)圖、看書(shū)的反復(fù)練習(xí)，自己在畫(huà)圖方面收獲很大，領(lǐng)悟到熟能生巧道理。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，自己的專業(yè)基礎(chǔ)水平得到一次很好的鍛煉。。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做畢業(yè)設(shè)計(jì)是要真真正正用心去做的一件事情，是自己的一種鍛煉，在鍛煉中讓我不斷進(jìn)步。 參考文獻(xiàn) [1] 陸宏圻著《射流泵技術(shù)的理論及應(yīng)用》水利電力出版社，1987年 [2]周榮 、嚴(yán)萬(wàn)生編著《礦山固定機(jī)械手冊(cè)》煤炭工業(yè)出版社，1986年 [3] 戴紹誠(chéng)、李世文、李芬等編著《高產(chǎn)高效、綜合機(jī)械化采煤技術(shù)與裝備》。上篇 煤炭工業(yè)出版社，1998年 [4] 胡非、陳更林編《礦山壓氣設(shè)備》中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994年 [5] 徐灝主編《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社，1991年 [6] 張利平主編《液壓站設(shè)計(jì)與使用》海洋出版社，2004年 [7] 崔謨慎、孫家俊編《高壓水射流技術(shù)》煤炭工業(yè)出版社，1993年 [8] 孫家俊主編《水射流切割技術(shù)》中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992年 [9]王啟廣、李炳文、黃嘉興編《采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備》中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2006年 [10]張景松 編著《流體機(jī)械》中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005年 [11]章宏甲、黃誼主編《液壓傳動(dòng)》機(jī)械工業(yè)出版社，2005年 [12]陶馳東：《采掘機(jī)械》，煤炭工業(yè)出版社，1985年 [13]王曉敏等譯：《高壓水射流技術(shù)譯文集》，煤炭工業(yè)出1982年 [14]《高壓水射流》，徐州，高壓水射流情報(bào)中心站，總1~46期，1979年~1992年 [15]能源部編《煤礦安全規(guī)程》北京：煤炭工業(yè)出版社，1992年 [16]容觀海編《煤礦電工手冊(cè)》（第四分冊(cè)）北京：煤炭工業(yè)出版社，1980年 40