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山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書
1 引言
煤是重要的能源物質(zhì)，在我國有著很大的儲量。采煤一直以來都被人們看作一項非常危險的事情。在以前國內(nèi)有很多小型煤窯，由于規(guī)模小，技術落后，大部分都是靠人工進行挖煤、運輸煤。因此經(jīng)常出現(xiàn)各種事故，而且大量浪費了資源。大型的采煤機械的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到了改觀。采煤機作為采煤的主要工具是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機械化和現(xiàn)代化的重要設備之一。機械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。它對提高煤的采掘效率有著重要的影響。因此國內(nèi)外采煤機的設計、改進一直都在以較快的速度向前發(fā)展。
最早的滾筒采煤機出現(xiàn)在英國，它是把截煤機的減速箱部分改成允許安裝一根橫軸和截割滾筒。由于其水平軸截割滾筒的設計優(yōu)于截煤機，因此其改進型比刨煤機更適宜英國開采條件，但在20世紀50年代這種采煤機并非是唯一應用的采煤設備。另外有一種有競爭的采煤機是鉆削式采煤機。這種采煤機配有一個按螺鉆原理設計的主截割部，其應用范圍主要局限與薄煤層。
滾筒采煤機經(jīng)過多次改進設計而得到不斷的發(fā)展。最早設計的滾筒采煤機僅能單向采煤，輸送機和液壓支架在向前推移之前，留在軌道上采出的煤在回空段被裝載。后來又研發(fā)了雙向采煤的滾筒采煤機。然而由于這種采煤機受到調(diào)向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機應運而生。
20世紀60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM 系列的連續(xù)采煤機，它是現(xiàn)代這種機型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機。經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機的不斷改進、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開采中硬煤層的12CM12—10B、12CM18—10D和B型機，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機在采煤業(yè)中得到了廣泛的應用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機的應用始于70年代中期。那時主要靠引進外國的產(chǎn)品，80年代以前主要是引進單機。隨著國內(nèi)采煤機技術的發(fā)展到了90年代變成以配套引進為主。目前國內(nèi)在采煤機研發(fā)和設計方面和國外有很大的差距。煤炭科學研究總院太原分院早在1990年就開始進行連續(xù)采煤機的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機的設計、引進設備的國產(chǎn)化大修等工作。煤炭科學研究總院上海分院也承擔了一些項目。盡管國內(nèi)各大科研院所、生產(chǎn)廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機等技術的國產(chǎn)化研究，但均存在一些問題，仍沒有真正在煤礦上見到國產(chǎn)連采機的新產(chǎn)品。
我國引進連續(xù)采煤機早期使用效果不好的主要問題是：連續(xù)采煤機及其配套設備體積大、噸位高，我國老礦井條件受到限制，設備下井困難；缺乏支護、清道、除塵等配套設備，生產(chǎn)能力受到一定限制；引進的連續(xù)采煤機設備電氣防爆性能與我國防爆標準不一致；主要部件或零件在國內(nèi)買不到，備件進口渠道不暢通、價格昂貴；國內(nèi)沒有對連續(xù)采煤機開采的成套技術進行系統(tǒng)研究；對回采工藝，支護方式和工藝及煤巖柱控制等相關問題沒有得到閉，對通風管理不利；對有自然發(fā)火危險的礦井，煤體暴露多，帶來了安全隱患。因此我國需要自己對采煤機進行設計、改進使其適合我國的煤礦生產(chǎn)情況。
連續(xù)采煤機的特點是截割滾筒長，截割功率大，因此截割能力強，生產(chǎn)效率高，調(diào)動靈活，可控性好。尚需研究的主要內(nèi)容如下。
1 連續(xù)采煤機總體參數(shù)的研究。機器牽引力及速度的確定，滾筒長度、直徑、功率、轉(zhuǎn)速及切割牽引力大小和變化等研究。
2 整機截割穩(wěn)定性的研究。機器的重心位置、截割臂長度、截割速度、功率等切割參數(shù)對機器工作穩(wěn)定性的影響。
3 截割機構方式的研究。根據(jù)電機不同的安裝形式，其截割機構方式的確定須進行專項調(diào)查研究與分析對比。
4 切割技術的研究。截割滾筒上截齒排列對機器的截割效率、振動及截齒的壽命有著重要的影響，必須利用計算機進行截齒排列優(yōu)化設計和實驗室模擬試驗。
5 行走電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機工作時，需要頻繁調(diào)動；截割時，根據(jù)煤的硬度，行走速度在0～4m／rain之間自動調(diào)整，以適應截割電
動機的工作特性；調(diào)動時，需以20m／rain的行走速度實現(xiàn)快速調(diào)動。
6 機器的自動控制、工況檢測和故障診斷系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機常在環(huán)境惡劣、安全得不到保障的工況下工作，因此必須使機器具有自動化控制功能，裝設離機搖控系統(tǒng)。為了提高機器的可靠性，需研制工況檢測和故障診斷系統(tǒng)，使連續(xù)采煤機具有監(jiān)控電流、電壓、電機功率、油溫油位油壓等的自動監(jiān)測、存儲、顯示、報警及故障提示等功能。
7 機載集塵裝置的研究。需進行水噴霧集塵系統(tǒng)的試驗研究。
8 對專用電動機、傳感器、扭矩軸等特性元部件的研究。
我國在長期煤炭生產(chǎn)實踐中，也已陸續(xù)研制生產(chǎn)了一系列國產(chǎn)采煤機，并且在借鑒國外先進機型的基礎上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(總裝機功率達1 400KW 以上)，但是和國外先進的技術和設備相比較還有很大的差距。因此我們必須抓住機遇，加快采煤機的設計和改進步伐，加快縮短與國外技術和設備的差距。
關于采煤機的設計可以從以下方面著手進行改進設計：
1 橫向布置多個電動機。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機構設計成橫向布置方式。采用這種電動機布置方式，可將搖臂回轉(zhuǎn)傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結構，減少了薄弱環(huán)節(jié)和故障因素；可將傳動鏈中錐齒輪取消，消除了加工、裝配、維修錐齒輪的復雜工藝，提高了可靠性；各電動機傳動系統(tǒng)功能單一，無過軸、旁輪等多余饑件和交叉重疊環(huán)節(jié)，部件為自封閉，部件之間無饑械傳動， 只有管線等柔性聯(lián)接，故結構簡單、緊湊、機身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機時不需拆卸底托架和對口螺栓。
2 將機身設計成使部件可側面拉裝的整體箱式。即整個機身是個箱形結構的焊接件，根據(jù)需要分成若干個間隔室，安放變壓器電控部 電牽引部、液壓站等部分；而在采空區(qū)一側將其敞開，可以將上述具有自封結構的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機身兩端鉸接的截割部及其電動機也可以從采空區(qū)側拆裝。采用這種機身設計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實現(xiàn)整個機身無對口螺栓，也無底托架，強度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩可將機身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。
3 破碎機采用單獨電動機傳動。即將滾筒做成電動滾筒，由單獨電動機經(jīng)行星傳動機構驅(qū)動破碎滾筒。采用這種破碎機驅(qū)動方式，可以利用按鈕控制破碎機，操作方便，而且單獨電動機還便于控制和保護。
改進擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達，通過內(nèi)齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉(zhuǎn)臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達帶動長牙齒輪驅(qū)動柱銷翻轉(zhuǎn)擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結構更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅減少故障。
4 增大截煤深度。截深在750mm 以上方能稱為大截深，由于加大了截深，相應的滾筒軸、軸承和搖臂強度也應加大，同時適當增大螺旋葉片的升角(一般大于等于20)，以改善裝煤效果。采用強力截齒。由于速度加大，截齒的切削厚度增大， 可采用齒伸較長(120mm -l50mm 左右)、大斷面齒柄(30*50ram)、硬質(zhì)合金片厚度達l8ram以上的強力截齒，同時加大齒座尺寸和強度，這樣可減少截齒數(shù)、降低截齒消耗、增大塊煤率和降低煤塵。
5 增大塊煤率，減少煤塵生成。即采用雙行星傳動截割頭，適當降低滾筒轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速在22—24r／rain左右，以增大塊煤率，減少二次破碎；或減少截齒數(shù)，增大截距(60ram左右)以使塊煤率增加；滾筒結構上還可采用碟形端盤開窗口，輪轂采用錐形或指數(shù)曲線形，以使截落的煤快速排出，從而減少二次破碎；此外還可在螺旋葉片上采用盤形滾刀以及采用抽風和吸塵滾筒。加設高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達到l8MPa以上，流量達到140L／min以上，這樣可有效降低煤塵和防止截割時產(chǎn)生火花。
另外減少噴霧噴嘴的直徑(0．5—0．8ram)，可形成高壓射流，起到輔助切割作用，以減少截齒受力，降低能耗。同時還可加設流量壓力自動控制型水泵，使采煤機滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。
改進滾筒材質(zhì)和結構。即采用國際最新耐磨合金鋼板制造滾筒，以提高其剛度、強度和耐磨性，同時加大輪轂板厚度和葉片板厚度。在有條件的情況下，我國煤機廠可適當引進國外成型高強度滾筒。
由上述分析，我們確定了我國新型采煤機的設計的大方向以及在設計中應該注意的方面。下面我就對本次采煤機設計作一個總體的介紹。
本次采煤機設計采用電牽引，多電機橫向布置。該機具有電機橫擺、結構先進、運行可靠、可實現(xiàn)電液互換、大功率能力強等特點。截割電機、牽引電機的啟動、停止等操作采用旋轉(zhuǎn)開關控制外，其余控制如牽引速度調(diào)整、方向設定、左右搖臂的升降，急停等操作均由設在機身兩端操作站的按鈕進行控制，操作簡單、方便。 所有電機橫向布置。機械傳動都是直齒傳動。電機、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側抽出。故傳動效率 高，容易安裝和維護。采用強力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本?？赏ㄟ^更換電控部或液壓傳動部而成為交流變頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機以實現(xiàn)電液互換，而其它 部件通用。兩動力輸入部位可安裝液壓馬達，也可安裝40Kw牽引電機。兩種形式聯(lián)接尺寸相同。
2 技術任務書
2.1滾筒的數(shù)量和位置
滾筒采煤機有單滾筒和雙滾筒之分。由于滾筒直徑不宜過大，當煤層較厚
單滾筒采煤機往返截割兩個行程才能推進一個截深；雙滾筒采煤機每截割一個行程就可以推進一個截深，對煤層變化和頂板、底板的起伏，適應性也好。在滾筒采煤機的設計中雖然也曾出現(xiàn)過三滾筒或四滾筒，但因出煤碎、粉塵多、結構復雜，卻對提高采煤機性能無益，故不予考慮。綜上述本次設計采用雙滾筒。
對于雙滾筒可有兩種位置布置，一是對稱布置于兩端，另一種就是兩滾筒都布置于一端即采用不對稱布置。不對稱布置雖然設計相對簡單，但是其工作穩(wěn)定性不好。所謂工作穩(wěn)定性就是采煤機在工作過程中保持不翻轉(zhuǎn)、傾斜和不脫離導向物的能力。工作穩(wěn)定性好將有利于正常工作。而對稱布置的滾筒采煤機受到的外力基本是平衡的，因而工作穩(wěn)定性較好。因此采用雙滾筒對稱布置。
2.2 調(diào)高方式
本機采用搖臂調(diào)高，這種調(diào)高方式不僅調(diào)高范圍大，并且隨時可以調(diào)高。
2.3 搖臂
采用大角度彎搖臂。這樣可以加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大。
2.4 軸承
軸承主要有滑動軸承和滾動軸承。滑動軸承的潤滑和密封條件一般都比較差，軸承的磨損可能引起搖臂較大的徑向竄動。截割部主減速箱最后一級傳動不宜用圓錐齒輪，以免搖臂的徑向竄動嚴重影響齒輪的嚙合質(zhì)量。滾動軸承的密封和潤滑問題比較好解決，軸承的磨損也比較輕微。本機采用滾動軸承。
2.5 牽引方式
滾筒采煤機有各種不同的牽引方式。牽引部和截割部聯(lián)結成一個整體，在工作面上來回移動，稱為內(nèi)牽引。工作面上只有截割部，卻把牽引部設在工作面短頭上下順槽里，牽引部不跟截割部一起移動，只隨工作面向前推移，則為外牽引。外牽引只能為有鏈牽引，而內(nèi)牽引可以為有鏈條牽引和無鏈牽引。有鏈牽引有斷鏈和跳鏈的危險，鏈條的彈性振動和鏈傳動造成的速度脈動，使采煤機受到較大的動負荷，鏈條對于滾筒的裝載、運輸機和液壓支架的推移也有一定的妨礙，所以有鏈牽引有很多不足之處。而無鏈牽引和有鏈牽引相比具有很多優(yōu)點：
（1）采煤機移動比較平穩(wěn)，保證了采煤機的載荷比較穩(wěn)定；
(2) 提高了設備的可靠性和生產(chǎn)的安全；
（3） 采煤機移動所消耗的能量較少；
（4）采煤機的運轉(zhuǎn)噪音較低，有利于改善工作面的勞動條件；
（5） 提高了采煤機的爬坡能力；
（6） 在一個工作面上可能采用多臺采煤機同時作業(yè)，以提高工作面量。通過以上比較本機采用無鏈牽引中的液壓傳動。
2.6 驅(qū)動方式
采煤機驅(qū)動的方式有以下幾種：
1） 單驅(qū)動方式——用一臺電動機驅(qū)動采煤機的各個部分，包括牽引部、全部截割部及其他輔助裝置等
2） 分別驅(qū)動方式——各截割部由單獨的電動機驅(qū)動，牽引部和其他輔助裝置可以由截割部電動機驅(qū)動，或另設電動機驅(qū)動；
3） 聯(lián)合驅(qū)動方式——把兩臺電動機結合成整體，共同驅(qū)動采煤機的各部分。
分別驅(qū)動時，各電動機的功率一般相同。雙滾筒采煤機每臺截割部電動機的功率只有單機驅(qū)動和聯(lián)合驅(qū)動時的一半，截割部可以設計的較小，且結構簡單，可以取消易引起發(fā)熱等問題的橫貫牽引部的過軸。本次設計采用分別驅(qū)動方式，用兩個250KW的電機分別驅(qū)動兩個截割部，用兩個40KW的電動機驅(qū)動牽引部，也可用液壓馬達驅(qū)動牽引部。
2.7 采煤機的附屬設備
滅塵方式：采煤機在工作中會產(chǎn)生很多的粉塵，需要采取多方面的處理措施。主要有噴霧滅塵、泡沫滅塵和吸塵器捕塵。噴霧滅塵就是用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散，使其霧化，形成把粉塵源與外界隔離的水幕。泡沫滅塵雖然具有一定的優(yōu)點但是泡沫滅塵需要較復雜的設備，目前還不能大量生產(chǎn)高效、無毒和廉價的泡沫劑，因此在采煤機上未能得到推廣。吸塵器從粉塵源吸取塵空氣，排入捕塵器，利用擴散、碰撞或離心力等，使粉塵與空氣分離，沉積在捕塵器的殼體內(nèi)壁，然后用水沖洗排入運輸機，凈化空氣直接排出。通過吸塵器的粉塵約95%-98%，滅塵效率相當高。但是，吸風管口要靠近粉塵源，吸入的含塵空氣要多，否則含塵空氣在旁邊流走，就達不到凈化空氣的目的了。本機采用噴霧滅塵方式。噴霧滅塵有可分為內(nèi)噴霧滅塵和外噴霧滅塵，在這里我們選擇內(nèi)外噴霧結合滅塵。
3 設計計算說明書
3.1 采煤機的滾筒
本采煤機采用雙滾筒對稱布置，采用液壓缸調(diào)高，調(diào)高范圍：1.3~3.0（米）。由經(jīng)驗和理論基礎取滾筒水平中心距為10810mm、兩搖臂鉸接中心距為6700mm、兩牽引輪中心距為5591mm， 機身寬為1210mm。
3.2 采高和截深
采高為：1.6~3.2（米）。截深為 0.62m 0.66m。滾筒直徑分別為：1400m 1600m。牽引速度為0~8（米/分）
3.3 設計生產(chǎn)功率
設計生產(chǎn)功率：[1]
Q = 60·J·H·Vq·γ （3-1）
式中 J——滾筒的有效截深（米）J = 0.63；
H——采煤機的平均采高（米）H = 2.4；
Vq——采煤機的最大工作牽引速度（米/分）Vq =8；
γ = 1.35——煤的重率（噸/）。
Q = 60×0.63×2.4×8×1.35
= 979.7（噸/時）
= 979.7/60（噸/分）
3.4 裝機功率
裝機功率：[1]
（3-2）
式中 ——功率利用系數(shù)，以為該機的驅(qū)動方式為分別驅(qū)動所以=0.8。
——功率水平系數(shù)，由表3—1查得=0.9。
——后滾筒的工作條件系數(shù)，=0.8。
——采煤機的比能耗，由表3—2查得=0.44（KW.h/T）。
=
≈=300N/mm。
。
取 N = 591KW。
表3—1功率水平系數(shù)
電動機
自動調(diào)速
人工調(diào)速
2.0-2.2
0.90
0.80
2.2-2.4
0.95
0.85
2.4-2.6
1.00
0.90
表3—2螺旋滾筒采煤機比能耗
牽引速度 （米/分）
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
（KW.h/T）
0.50
0.44
0.42
0.40
3.5 搖臂和電動機
彎搖臂 2055.02mm，搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。 裝機功率P=591KW，機重36T。本機采用無鏈牽引，多電動機橫向布置同時驅(qū)動，可以電液互換。截割電機功率為：2×250 = 500KW。電牽引速度為0~8（m/min），液壓牽引速度為0~6.9（m/min）。滾筒轉(zhuǎn)速40~50（r/min）。滅塵方式：內(nèi)外噴霧。
3.6 滾筒采煤機截割部設計
3.6.1 螺旋滾筒設計 [1] [17] [12]
螺旋滾筒是一個帶有螺旋葉片的圓柱體，刀具裝在焊于螺旋葉片上的齒座中，工作時滾筒轉(zhuǎn)動并作徑向移動，截割破碎煤炭，再由螺旋葉片把煤沿滾筒的軸線方向推運出來，裝進工作面運輸機。通常所說的滾筒直徑是指刀尖所在的圓的直徑。齒座焊到葉片上后，螺旋葉片的最大回轉(zhuǎn)直徑，稱為葉片直徑。螺旋葉片的內(nèi)緣和筒彀相結合處的直徑稱為筒彀直徑。
3.6.2 螺旋葉片的表面是螺旋面，其上任意點的螺旋升角為
（4-1）
式中 、——該點所在螺旋線的直徑和螺距（采用多頭螺旋滾筒時則應為導程）。
3.6.3 切削厚度 [1]
（4-2）
式中 ——最大切削厚度；
m ——刀具同一條軌跡（截線）上安設的刀具數(shù)；
n ——滾筒的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
——牽引速度（米/分）。
刀具的平均切削厚度可用月牙形面積和截割長度相除而得：
式中 ——平均切削厚度。
3.6.4 螺旋滾筒的轉(zhuǎn)向
為了保證螺旋葉片向運輸機裝煤，而不是向煤壁推煤，滾筒葉片的螺旋方向應與滾筒轉(zhuǎn)向相適應。站在采空區(qū)一側看滾筒，右螺旋滾筒應是順時針方向轉(zhuǎn)動，左螺旋滾筒應是逆時針方向轉(zhuǎn)動。在采煤機往返采煤的過程中，滾筒轉(zhuǎn)向雖然不變，卻有兩種不同的情況：順轉(zhuǎn)時，刀具截割方向與碎煤下落方向相同；逆轉(zhuǎn)時，刀具截割方向與碎煤下落的方向相反。為了增強采煤機的工作穩(wěn)定性，避免兩個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機的兩個滾筒的轉(zhuǎn)向應該相反。兩滾筒的轉(zhuǎn)向有前順后逆和前逆和順兩種方案。滾筒直徑較大時，滾筒生產(chǎn)率大于運輸機生產(chǎn)率，確定滾筒轉(zhuǎn)向應偏重于節(jié)省能耗和提高工作穩(wěn)定性及操作安全的要求。前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，是采煤機騎座運輸機工作的一般情況，因此在該采煤機中滾筒采用前順后逆。
3.6.5 滾筒的三個直徑
雙滾筒采煤機一般要在每個行程中開采全部采高，滾筒直徑不宜小于采高的一半。根據(jù)保持兩滾筒裝煤量相同的要求確定滾筒的直徑，設滾筒直徑與采高H的比值為a，滾筒的裝載效率是η，則：
A·H = （1-a）·H + （1-η）ah （4-3）
aH和（1-a）H分別是兩個滾筒的截割高度，（1-η）ah是前滾筒丟剩的浮煤量，應由后滾筒裝走。整理即得
大直徑滾筒的裝載效率約為70~80%，所以a = 0.6。
= 0.6×H = 0.6×1.6~0.6×3.2
= 0.96~1.98（米）
由經(jīng)驗類比取兩滾筒的分別為1.4米和1.6米。
滾筒的最大切削厚度受到最大截距的限制：
（4-4）
式中 ——滾筒刀具的最大截距（厘米）；
b——刀具的截刃寬度（厘米）截刃寬一般取12~20mm，本機取b = 15mm=1.5cm；
——截槽側面的崩角，由表4—1取值。=38°。
表4—1截槽崩裂角與煤質(zhì)和切削厚度的關系
質(zhì)
裂
崩
煤
度
厚
削
切
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
8.0
10
15
20
25
脆性煤
82
77
73
71
68
65
61
58
55
52
49
43
38
34
韌性煤
69
63
58
55
52
49
45
42
41
38
36
32
29
25
整理得
=2×0·7813×7·75+1.5=13.6cm
為了避免螺旋葉片與截槽間殘留的煤棱相抵觸，滾筒的最大切削厚度不得超過刀具伸出刀座長度的70%，即
（4-5）
整理得
≦-22.15=1600-221.5 =1278.5mm
取=1.2m，
葉片直徑與筒彀直徑應保持適當?shù)谋壤?，大直徑滾筒應保持比值
大于或者等于2。因此?。?
m
3.6.6 滾筒升角
對于直徑為1.5米左右的滾筒，螺旋升角。
3.6.7 螺旋頭數(shù)
實驗研究證明：葉片螺旋頭數(shù)對滾筒裝煤過程的影響很小。但是為了調(diào)節(jié)滾筒葉片的螺旋升角常采用多頭螺旋。雙頭螺旋滾筒每條皆線上可以安裝1~2把刀。在設計時，應使葉片高度
和葉片間距保持適當?shù)谋壤?，應?
（4-6）
式中 ——螺旋線導程；
——螺旋頭數(shù)。
大直徑滾筒K=0.8，因此
==0.48m=48mm
取S=50mm。
3.6.8 截齒[11] [1]
采煤機滾筒設計的一個重要問題是截齒配置，基本要求是：采出的塊煤要多，產(chǎn)生的煤塵要小，截割阻力和牽引力要比較均衡地作用在滾筒上。這些要求若能實現(xiàn)，則采煤機使用壽命延長，同時也將提高煤的售價，保護了井下工作人員的身體健康。塊煤率的大小與截齒的尺寸、安裝數(shù)量以及排列方式都有較大的關系，加大截齒的伸出長度或減少截齒的數(shù)量都可以提高塊煤率，但這將會加劇整個采煤機的振動，影響采煤機的使用壽命。
圖4-1、采煤機滾筒端面結構圖
1.端盤端面截齒 2．端盤截齒3．葉片截齒
端盤截齒的作用是平衡軸向力與自開缺口。
(1)端盤截齒的工作條件接近為半封閉，截齒負荷大，消耗的功率占工作機構的1／3左右，端盤截齒消耗占滾筒截齒消耗的一半左右，故其截距要縮小，每條截線上安裝的截齒數(shù)要增多。。端盤端面安裝有6個端面截齒，以利于采煤機開缺口及防止端盤接觸煤壁，增加摩擦和磨損。端盤截齒截距從煤壁向外逐漸加大，即18mm一28mm一34mm — 40 mm。
(2)滾筒截齒在截煤過程中所產(chǎn)生的振動對采煤機截割部內(nèi)的各部件及整個采煤機的使用壽命和工作可靠性的影響都是極為嚴重的。產(chǎn)生振動的原因除了煤是脆性非均勻材料外，另一個較重要的因素是滾筒本身的結構。切槽斷面形狀不對稱是產(chǎn)生截齒側向力的根本原因 J，所有截齒的側向力之和就形成了沿滾筒軸向作用的滾筒側向力，這個力對采煤機的穩(wěn)定性起著決定性的作用，側向不平衡力大小的不斷變化導致了滾筒、搖臂以及整個采煤機沿著這個方向振動。因此在每組截齒中設置一個向采空區(qū)負傾斜截齒，用以平衡軸向力，以減輕采煤機的振動，提高采煤機的穩(wěn)定性。
(3)開道截齒采用零度齒，這樣對截割是最有利的，因為開道截齒是在半封閉一封閉截槽里工作，條件最差，當它開出一個自由面后，即為以后截齒開創(chuàng)了良好的工作條件。端盤的截割寬度為120 mm，與滾筒的有效截深630 mm相比只是很小的一個寬度，但對整個滾筒的影響卻是不能忽視的。
對截齒的基本要求是：
1)耐磨性要好；
2)截齒的幾何形狀要能適應不同的煤質(zhì)和截割條件，截割比能耗要低；
3)拆裝截齒要簡便迅速，安裝固定要可靠，以免截齒丟失；
4)截齒及其固定裝置的結構應盡量簡單，以利制造和維護。
滾筒采煤機采用的截齒基本可分為兩大類：扁截齒和鎬型截齒。該滾筒選用扁截齒。根據(jù)比較其他產(chǎn)品，去截角α=25°、前角β=90°-α=5°、后角γ=18°、側角=6°、尖角ω=3°。截刃b取15mm。
3.6.9 截齒的材料以及截齒的固定
為了保證截齒的強度和耐磨性，截齒齒身常用30~35CrMnSi，30~35SiMnV或者40Cr鋼制作，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為了減少截齒的丟失和更換截齒所消耗的時間，要求截齒裝拆方便而固定可靠。由于截煤過程中截齒受到的載荷較重，且有振動所以現(xiàn)代采煤機多采用彈性元件固定截齒。該機的滾筒采用彈簧鋼絲擋住柱銷來固定截齒。
3.7 截割部減速器傳動系統(tǒng)
截割部減速器要傳遞采煤機的絕大部分裝機功率，載荷重而不穩(wěn)定，工作條件惡劣，可靠性要求高，外形和尺寸卻受到工作環(huán)境的嚴格限制。截割部減速器的強度、剛度、潤滑、密封、效率和散熱等問題，都應予以著重考慮。
由以往的經(jīng)驗，以及原來采煤機的傳動系統(tǒng)可以了解到滾筒采煤機截割部減速器傳動系統(tǒng)都具有以下特點：
1） 由于滾筒軸和電機軸互相垂直，傳動系統(tǒng)中必須有一隊圓錐齒輪；
2） 截割部系統(tǒng)中還應該有一個離合器或者一個離合齒輪，當離合器或離合齒輪脫開時，調(diào)高泵應仍能獲得動力。
3） 為了操作輕便，離合器或離合齒輪不設在低速軸上；為了避免圓錐齒輪的模數(shù)過大，圓錐齒輪也不宜設在低速軸上。
3.7.1 截割部搖臂傳動系統(tǒng)
圖4-2、截割部傳動系統(tǒng)圖
3.7.2 截割部搖臂傳動系統(tǒng)齒輪
齒輪代號
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
Z10
Z11
Z12
齒數(shù)
19
33
34
25
（23、26）
34
（33、36）
17
28
28
39
25
14
66
模數(shù)
7
7
7
8
8
10
10
10
10
8
8
8
3.7.3各齒輪的基本尺寸及相關計算：[7]
由于采煤機齒輪采用較大的變位系數(shù)，齒輪的最小齒數(shù)一般為13或者14。但第一級齒輪轉(zhuǎn)速很高，齒數(shù)不宜太小。本傳動系統(tǒng)中齒輪的最小齒數(shù)取14，第一級齒輪的齒數(shù)取19。齒輪受到偏載常使齒輪端部折斷。為了避免偏載，特別是為了消除機殼剛度不足造成的偏載的影響，齒輪可沿齒寬方向進行鼓形修緣，修緣量為0.1~0.15mm。
1）Z1：Z = 19，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 133；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 147；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=115.5；
2）Z2： Z = 33，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 231；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 245；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=213.5；
3）Z3： Z = 34，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 238；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 252；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=220.5；
4）Z4： Z = 25，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 200；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 216；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=180；
5）Z5： Z = 34， m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 272；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 288；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=252；
6）Z7： Z = 28，m = 10；
齒距： P = πm = 31.4；
齒頂高： = m = 10；
齒根高： = 1.25m = 12.5；
齒高： h = 2.25m = 22.5；
分度圓直徑： d = mZ = 280；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 300；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=255；
7）Z9： Z = 39，m = 10；
齒距： P = πm = 31.4；
齒頂高： = m = 10；
齒根高： = 1.25m = 12.5；
齒高： h = 2.25m = 22.5；
分度圓直徑： d = mZ = 390；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 410；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=365；
8）Z11： Z = 14，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 112；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 128；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=92；
9）Z12： Z = 66，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 528；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 544；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=508；
圖4-3、齒輪結構
圖4-4、齒輪結構圖
3.7.4傳動比以及輸出轉(zhuǎn)速：
3.7.4.1 傳動比
高速傳動比i = 34/19×33/26×39/17×（1+66/14）=29.774；
中速傳動比i = 34/19×34/25×39/17×（1+66/14）=31.904；
低速傳動比 i = 34/19×36/23×39/17×（1+66/14）=36.718；
3.7.4.2 輸出轉(zhuǎn)速
采煤機電動機的額定轉(zhuǎn)速一般為1460~1475轉(zhuǎn)/分。本機采用YBCS4—250C型電機，功率為250KW，電壓1140V，轉(zhuǎn)速1476r/min。輸出轉(zhuǎn)速：
高速 n = 1476/i = 1476/29.774 = 49.6（r/min）；
中速 n = 1476/i = 1476/31.904 = 46.3（r/min）；
低速 n = 1476/i = 1476/36.718 = 40.2（r/min）；
3.7.5 各軸承選用的規(guī)格和代號
采煤機中普遍采用滾動軸承。適應采煤機載荷重而尺寸受到嚴格限制的特點，本采煤機采用調(diào)心滾子軸承和圓柱滾子軸承。
序號
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
軸承代號
NJ220E
22218C
NJ19
22219C
22224C
22222C
22222C
42136
22314C
22224C
3.7.6滾筒采煤機的搖臂 [14]
采煤機搖臂是采煤機的關鍵部件，結構復雜，不規(guī)則。它的一端聯(lián)接截割滾筒，一端接電機。電機經(jīng)過多級齒輪傳動，將動力傳給滾筒，齒輪軸通過軸承安裝在搖臂上。本機采用彎搖臂，搖臂長度為2055.02mm。搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。
4-5采煤機搖臂殼簡圖
1、2、3、4、5、6工藝基準塊
3.7.7 截割部減速器的潤滑
采用飛濺潤滑時，油面位置應適當，使?jié)櫥湍鼙晦D(zhuǎn)動的齒輪濺到嚙合面上，同時也甩到箱壁上，以利散熱，軸承也應獲得必要的潤滑。減速器的軸布置在同一水平或接近同一水平，潤滑效果一般較好。飛濺潤滑的優(yōu)點是：潤滑強度高，散熱快，對潤滑油的粘度變化和雜質(zhì)不敏感，也不要添加潤滑設備。但當采煤機在傾斜煤層中工作時，潤滑油集中在低處，位于高處的傳動件潤滑條件較差。為了保證正常的潤滑條件，應避免加速器過長，如不可避免，應將減速器內(nèi)腔分隔成幾個獨立油池。
搖臂減速器的潤滑是個特殊的問題。當搖臂下傾，滾筒截割底煤時，搖臂內(nèi)的潤滑油積在端頭；反之，上傾截割頂煤時，搖臂端頭的齒輪得不到良好的潤滑。為了解決這個問題，需設置回油裝置。
另外為了保證噴油潤滑系統(tǒng)能正常工作，需要設置過濾器、流量監(jiān)測元件和油位指示器等。采煤機搖臂和機頭減速箱連接處，支承搖臂套的軸承載荷重而運動速度很低，滾筒軸靠近煤壁處的軸承，載荷也很大，這些軸承最好與截割部減速器隔開，采用壓力注油器定期注入潤滑脂。經(jīng)過實踐證明大功率采煤機截割部應采用極壓工業(yè)齒輪油。這種油是在齒輪油中加入極壓添加劑，以改善油液的品質(zhì)，提高抗磨性和抗燒結性。本機在齒輪腔中加注N320硫磷工業(yè)齒輪油。
4 使用說明書
4.1 產(chǎn)品名稱
滾筒采煤機
4.2 產(chǎn)品的用途和使用范圍
此滾筒采煤機可采高：1.6~3.2（米）。截深 0.62m 0.66m。
4.3 主要結構
由截割部分 搖臂 軸承及其附件組成
4.4 使用維護和注意事項
注意定期檢查各部件的受損情況，保證機器的正常工作。還應該保持載荷在允許的范圍之內(nèi)，以達到實現(xiàn)延長使用壽命的目的。
5 標準化審查報告
5.1產(chǎn)品圖樣的審查
滾筒采煤機截割部分的設計及其工作圖樣符合ZB/TJ01035.1.9《產(chǎn)品圖樣的基本要求》的規(guī)定。
1. 產(chǎn)品圖樣完整、統(tǒng)一表達準確清楚、圖樣清楚. 符合GB4460-84、GB-83《機械制圖》的規(guī)定。
2. 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標準符合GB/T1800、3-1998的規(guī)定。
3. 產(chǎn)品圖樣形位公差的選擇與標準符合GB/T1184-1996的規(guī)定。
4. 產(chǎn)品圖樣的編號符合JB/T5054.5-2000《中華人民共和國機械行業(yè)標準》產(chǎn)品圖樣及設計的完整性。
5. 圖紙標題欄與明細欄符合GB/T10609.1-1989GB/T10690.2-1989的規(guī)定。
5.2產(chǎn)品技術文件審查
1 產(chǎn)品技術文件名詞、術語符合ZB/TJ01. 0351-90《產(chǎn)品圖樣及設計文件、術語》及有關標準規(guī)定。
2 量和單位符合中華人民共和國的國家標準GB3100～GB3102-93。
6 技術和經(jīng)濟分析
一直以來，采煤機的發(fā)展方向都是向大功率、高效率、采掘厚煤層方面發(fā)展。這符合國內(nèi)目前的煤炭采掘業(yè)的實際情況。在以前很多采煤機也已經(jīng)開始采用多電機驅(qū)動采煤機，以提高采煤機的功率。本機吸取了前人的實踐經(jīng)驗，采用多電機橫向布置電牽引。兩臺截割部分別由兩個250KW的電動機驅(qū)動，牽引部以及其他的輔助裝置由單獨的2個40KW的電動機或者液壓馬達驅(qū)動。另外，該機還可通過更換電控部及液壓傳動部面成為交流變頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機，并且可通過更換行走部和支承組件，形成1.1m和1.2m兩種機面高度，而其它部件通用。
本機機身矮，裝機功率大。截割電機容量調(diào)整范圍寬。為了加寬截割電機的功率調(diào)整范圍，采煤機截割部設計強度為300Kw，電機容量調(diào)整范圍為150～300Kw，通過調(diào)整截割電機容量，可實現(xiàn)一機多型。從而能夠更好地適應不同工作面煤質(zhì)變化要求。三種容量截割電機的聯(lián)接尺寸完全相同?？刹芍泻衿∶簩又械挠裁海遣筛叻秶?.5～3.2m 硬煤層選擇的理想機型。該采煤機可以根據(jù)各個煤礦企業(yè)煤層的不同，生產(chǎn)不同的機型以適應市場的要求，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性。另外也節(jié)約了研發(fā)設計的時間和資金。
該機機械傳動都是直齒傳動。電機、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側抽出。故傳動效率高，容易安裝和維護。截割機械傳動鏈設有扭矩軸過載保護裝置，并設有強制潤滑冷卻系統(tǒng)，提高了傳動件，支承件的使用壽命。保證可靠性及使用壽命，傳動系統(tǒng)中的軸承和高速端的油封采用進口件，齒輪材料選用國內(nèi)最好的鋼種 18Cr2Ni4WA（軍工材料）。雖然這些材料價格不便宜，但質(zhì)量優(yōu)異，能夠保證采煤機的正常工作時間，提高采煤機的生產(chǎn)效率。這就應了那句買的貴，用的便宜的俗語。
機器采用了強力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。為提高采煤機的維護性，液壓傳動各主要控制閥，均設于箱體以外，以便于調(diào)整。為進一步提高采煤機的可靠性，除設有電機過載，過熱保護之外，液壓傳動設有恒功率自動控制，高壓保 護和失壓保護，另外左右截割部（搖臂）高速端各設有機械離合，機身兩端和中間各設有急停開關。能夠很好的保證機器的正常工作。
7 總結
本次畢業(yè)設計，是對采煤機截割部進行設計。通過這次設計我對礦山機械和采掘機械都有了更進一步的認識和了解。滾筒采煤機作為煤炭采掘的重要工具之一，已經(jīng)經(jīng)歷了近百年的發(fā)展歷程，目前其設計技術也日趨成熟。本次設計主要是在前人的基礎上，對采煤機進行改進和革新。本次設計的采煤機采用了兩個250KW的大功率電動機分別驅(qū)動左右截割部，另外還還用了2個40KW的電動機驅(qū)動牽引部和采煤機的輔助設備。液壓系統(tǒng)設計采用集成閥塊結構，管路少，連接可靠；經(jīng)常調(diào)整的閥設在液壓箱體外，便于檢修和更換；
這次設計我主要制作截割部的設計，在這次設計中我對采煤機的滾筒、搖臂以及截割部傳動系統(tǒng)等做了技術分析和類比，對這些結構進行了革新設計。該機的滾筒采用強力耐磨滾筒，提高了割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。搖臂采用彎搖臂。傳動系統(tǒng)都采用直齒輪，在最后一級傳動中采用行星輪進行傳動。
本次所設計的采煤機截割功率大、適用于中厚煤層。，另外該機還可以通過調(diào)整截割電機的容量，還可以隨媒質(zhì)的變化實行一機多型。
通過這次畢業(yè)設計，使我對機械設計有了更深刻的認識。在以前的課程設計中我們大都是對一個機器中的一個小部件進行設計，工作量小、結構簡單。通過簡單的查點資料基本上就可以解決問題了。而這次畢業(yè)設計是對一個大型的機械進行設計，雖然我只做了截割部的設計，但工作量卻是以前的好幾倍。而且完全是按照實際工作中查找資料、調(diào)研、分析、方案論證、整體設計再到具體設計的步驟走下來的。這是一次獨立的設計的鍛煉，使我們設計的過程和步驟有了 更進一步的了解，將對我以后的工作產(chǎn)生深遠的影響。
另外在這次畢業(yè)設計中幾乎用到了大學四年所有的專業(yè)課知識，包括機械制圖、機械原理、材料成型、公差配合，機械設計和機械制造技術等等。這次設計使我們系統(tǒng)的總結了以前的理論知識，鞏固了所學的知識，加深了對那些知識的理解。使我們認識到了所學專業(yè)知識在實際生產(chǎn)中的應用方式以及在實際生產(chǎn)的作用。
再者通過這次畢業(yè)設計使我重新認識了機械設計的方法和設計思想。那就是在機械設計的過程必須在吸取前人經(jīng)驗的基礎上，大膽改進、大膽創(chuàng)新。自己設計的東西需要經(jīng)過各種各樣的理論和實踐的檢驗，一旦都合格了就可以應用于實際生產(chǎn)中，當然也有失敗的時候，但是不能怕失敗，因為前人的設計經(jīng)驗就是從不斷的失敗中慢慢摸索出來的。也就是說創(chuàng)新設計是設計的生命力的源泉。
最后這次畢業(yè)設計是我們離校前的一項重要任務，它是我們從學校步入生產(chǎn)的橋梁。我們通過這次設計對實際生產(chǎn)的過程有了進一步的了解，為我們即將開始的工作做一個心理的準備。這也應該是畢業(yè)設計的最大的意義。雖然在畢業(yè)設計中難免會出現(xiàn)很多的問題，但是這樣的接近實際生產(chǎn)的實習是非常必要的，它給我們提供了一個非常好的鍛煉機會。這樣的鍛煉很可能對我們以后的工作生活產(chǎn)生不可替代的影響。
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致謝
通過這次畢業(yè)設計我獲得了很多知識，不但理論知識得到了鞏固，而且對制圖軟件等方面有了更深的認識和理解。在這次設計中崔老師以她極其豐富的知識對我進行了精心的指導。崔老師給我提供了很多有價值的資料，并對我在設計中出現(xiàn)的問題耐心的給予糾正。在設計思想和設計方法中也得到了崔老師的指導和幫助，在此表示誠摯的感謝！
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