1、毕业设计（论文）题目采煤机总体方案及螺旋滚筒设计副标题学院名称专业班级学生学号学生姓名指导教师教务处制采煤机是煤矿开采的关键机械设备之一，大功率、高强度、高可靠性是现代采煤机的发展方向。本文完成了采煤机整体方案以及滚筒的设计，对滚筒中的组成部件都做了具体分析计算，重点对滚筒的结构进行了优化设计。包括滚筒的布局设计及三维建模。文中主要介绍了目前国内外采煤机的研究现状及未来发展趋势，同时介绍了采煤机滚筒的类型、工作原理和主要组成，还介绍了采煤机滚筒的具体结构。本文运用大学所学的知识，提出了采煤机滚筒的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了采煤机滚筒总的指导思
2、想，从而得出了该采煤机滚筒的优点是高效，经济，并且运行平稳的结论。关键词采煤机滚筒；结构；组成；结论目录1弓I言31.1研究的目的和意义31.2 研究现状31.3 采煤机概述51.4 滚筒采煤机的工作原理错误!未定义书签。1.5 设计思路的提出错误!未定义书签。2滚筒式采煤机截煤理论62.1 煤的特性62.2 截齿破煤理论分析82.3 滚筒截煤理论分析113薄煤层采煤机的总体结构方案的设计133.1 实现采煤机基本功能的结构方案设计133.2 实现采煤机辅助功能的结构方案153.3 薄煤层采煤机的主要技术参数的确定16101引言1.1 研究的目的和意义决定产品设计总体方案阶段，首先明确产品必须
3、实现的功能是第一要务，而后要明确产品使用条件和环境等信息，并尽可能满足用户对产品的要求和期待。其次基于从宏观方面基于国家的技术经济政策及法律法规，从现有设计制造水准出发考虑要求及功能，并实现用户需求与期待。最后，所有的设计制造都是要面向市场的，要有几种设计方案，经历技术经济评价后最终敲定。对滚筒采煤机的使用实际证明了，只有通过“具体问题具体分析”为原则设计的采煤机才能经受得住时间的考验。为满足我国农业生产发展，本世纪末我国煤产量必须超过14亿吨。所以我们需要不断开发技术先进且高效可靠的采煤机以加大煤炭生产机械化力度，提高煤炭开采率，在满足内需的前提下进军国际市场，可以为“机械强国”做出贡献。采
4、煤机螺旋螺旋滚筒工作环境较为恶劣，具有多种对采煤机工作不利的因素，容易引起机器的振动和磨损，这对滚筒工作稳定性、可靠性及使用寿命都有影响，因此对螺旋滚筒进行优化设计及研究对采煤机技术性和经济性都具有很强的现实意义。1.2 研究现状20世纪中后期，英国和前苏联都对采煤机螺旋滚筒进行了改造。包括实现螺旋滚筒能使用过程中调高以提高对煤层的适应性；以及把圆形筒体改成螺旋叶片截割滚筒，以提高了装煤效率。这次改造奠定了现代化螺旋滚筒采煤机械的基础。目前，国内外应用的主要是可调高的双滚筒采煤机，这是长期改良和和革新的成果。最早的螺旋滚筒式采煤机源于用于煤底部掏煤槽的长壁采煤法中的采煤机，这里姑且称之为“旧式
5、采煤机”。在这种“旧式采煤机”的基础之上，改进减速箱，变成一根水平轴与截割滚筒，从而演变为今天的螺旋滚筒式采煤机。螺旋滚筒采煤机配套刮板输送机，为矿山机械的进步奠定基础。然而，螺旋滚筒采煤机的发展并非一蹴而就，早期的采煤机螺旋滚筒有种种缺陷，这里归结为三点：一，采煤滚筒为固定滚筒，其安装高度在在使用中无法调节，对煤层厚度适应性较差；二，采用的圆形滚筒装煤效果较差，影响采煤机生产效率。三，我国滚筒的尺寸系列难以达到要求。前苏联、英国等世界采矿大国都地对采煤机螺旋式滚筒及其载荷都进行了研究,在20世纪中叶取得傲人成绩。前苏联作为重工业大国，对煤矿开采及滚筒的研究成绩斐然，开了采煤机滚筒研究的先河。
6、如对煤层的机械特性、抗切削强度理论研究和对截齿破煤载荷理论计算等应用计算机模拟技术研究分析采煤机螺旋滚筒截煤的负荷理论。而英国则通过大量的破煤实验和研究，为破煤理论的革新做出贡献。70年代后期，两国利用数字计算机对滚筒及镐型截齿的负荷进行了模拟，并总结成理论。20世纪中后期，中国主要依靠进口满足国内采煤机各种需求，对采煤机各种理论的研究处于萌芽阶段。我国采煤机械从是主要靠进口采煤机满足我国的生产需求，对采煤机的理论研究处于萌芽时期，大部分是引进、再到仿制阶段。近些年来，有关于滚筒采煤机的文献和试验研究越来越多，有较多以采煤机机械实验系统的模型为基础，从力学、运动学、煤层力学的角度，对采煤机性能
7、进行了研究和探讨。例如，适应半煤岩采煤机的研制和开发；增大块煤率的螺旋滚筒无级调速理论研究；电牵引采煤机的水介质调高和高压喷雾灭尘系统理论研究；利用工作面乳化液作为传动介质的调高系统理论研究；特殊环境下采煤机的理论研究。如螺旋钻采煤机开发、工况的监测、故障的诊断、显示和自动的控制也自动调高系统开发等。薄煤层机械化开采存在着一些问题：(1)空间狭小，工作条件差，设备安装维护困难；(2)煤层厚度变化、断层等地质构造对薄煤层设备生产性能影响大；(3)投入产出比高，经济效益不如厚与中厚煤层；(4)薄煤层采煤机受结构尺寸限制，设计难度大等。诸多原因造成一段时间内薄煤层采煤机技术发展速度相对缓慢。随着各煤
8、矿企业不断加大对薄煤层的开采力度，市场对薄煤层采煤机的需求逐渐增加，要求也越来越高。因而国内外各采煤机生产厂家均加强了对薄煤层采煤机的研发力度，相继推出了各种型号的大功率薄及较薄煤层采煤机，主要有:天地科技上海分公司的MG2X200/890-WD系列采煤机、西安煤机厂的MG2X200/925-AWD型采煤机、原鸡西煤机厂的MG400/951-WD型采煤机、原美国JOY公司的7LS0型采煤机以及波兰KOPEX公司的“黑龙系统”。上述采煤机中，天地上海分公司的890采煤机及西安煤机厂的925采煤机均采用正常机身布置加双电机联合驱动截割部的结构形式，该结构形式因其运行稳定、适应性强等优点，已成为国内
9、大功率薄煤层采煤机的标准设计结构。KOPEX的“黑龙系统”是滚筒采煤机和刨煤机结合的产物，采用链牵引方式，一个截割电机驱动左右两个滚筒，采高仅能靠支撑油缸微调，该结构形式的优点是机身短，适应工作面起伏能力强，且可端部直接进刀，但缺点是采用链牵引，可靠性较齿轨式低，采高范围调整幅度小，其仅适应工作面倾角不大，采高稳定的特定煤层开采。该系统在波兰已有应用案例，近期国内某煤炭公司订购了一套，使用效果有待验证。虽然各厂家采用的结构布置方式不尽相同，但采煤机的总装机功率基本都达到了800-900kW,较之前400500kW有了大幅度的提升。究其原因主要有两点：一是薄煤层地质条件复杂，加大功率有利于提高采
10、煤机的过断层能力，减少采煤机的故障率，减轻煤矿工人的劳动强度；二是薄煤层由于采高低，想产生效益必须实现高产高效开采，而加大采煤机功率是最有效的途径之一。因此，为了实现薄煤层的高产高效开采，加大采煤机功率是必然之势。此外，大功率薄煤层采煤机的最低采高都在1.3m左右，接近薄煤层定义的上限，因此在加大功率的同时，需要进一步降低采煤机机面高度，实现更低煤层的开采。综合来看，发展矮机身大功率薄煤层采煤机成为了未来薄煤层采煤机的主要发展方向。业内专家提出未来矿山机械将朝着以下几个方向发展：矿山机械采煤机采用低能耗及减轻重量的设计原则，在实际生产中使用低环境污染材料，尽可能不使用氟利昂、含石棉等有害材料,
11、零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。目前，对于螺旋滚筒采煤机的环保需求也要符合环保要求，将更注重绿色环保理念。在生产中通过节能节电等降低能耗，减少污染并使废料资源有效再利用。此外，零部件解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收，也是绿色环保的新方向。1.3采煤机概述采煤机有不同的分类方法：按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和链式采煤机；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引采煤机；按牵引部位置可分为内牵引和外牵引；按牵引部动力可分为机械牵引、液压牵引与电牵引；按工作机构位置可分为额面式与侧面式；还可以按层厚和倾角来分类。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
12、范围广，可靠性高，效率高，所以现在使用很广泛。滚筒采煤机的组成如图1.1所示。现代采煤机基本上都使用模块化设计，采用多电机横向布置，结构取消了螺旋伞齿轮，各主要部件通过高强度液压螺栓联接，之间没有动力传递，结构简单，传动效率高，传动可靠，维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高，不会出现断链事故工作更安全。1 2451.左滚筒2 .左摇臂 3 ,左牵引部 4.中间控制箱5 .右牵引部6 .右摇臂7 ,右滚筒图IT滚筒采煤机Fig.1-1Rollershearer2滚筒式采煤机截煤理论煤岩作为滚筒的截割对象，直接影响着螺旋滚筒的受力、比能耗、功率及生产效率等重要参数，为提
13、高采煤效率，必须对煤岩的结构性质、物理性质有了解。并且本章要探讨采煤机截割机理，包括对镐型截齿的破煤理论、螺旋滚筒的力学性质和运动性质进行分析研究。这对后期设计内容是一个奠基。2.1 煤的特性2.1.1 煤的结构特性通常用节理、层理和非均质性等概念描写原生性构造特点。即煤岩层在沉积过程中形成的分层面称为层理，地压使煤破碎而形成的裂面称为节理，使煤的性质不尽同，即煤是一种各向异性非均质性的脆性的产品。2.1.2 煤的机械特性(二)煤岩的机械特性定义：是煤岩体受到所施加的外力时表现出来的抵抗外力的能力特性。于本论文相关的煤的机械特性主要有：(1)煤的坚固性系数它由前苏联学者普罗托季雅柯诺夫于20世
14、纪初提出，所以又叫作普氏系数。也称煤坚硬度。常由字母f表示。其综合反映煤强度、硬度、塑性因素，作为衡量煤被破碎的难易程度的重要指标。我国利用坚固性系数对煤层分类，从而区分采煤机适用范围，规定：f1.5的煤为软质煤；f=1.53的煤为中硬质煤；f=34的煤为硬质煤(2)煤的截割阻抗从大量的实践中，技术人员逐渐得出规律：用同一种结构参数截齿对同一种煤岩进行破煤,截割深度的阻抗大致为某一固定值；而用同一种截齿对不同地区至不同煤岩层破煤，测量单位深度阻力非定值。从这些经验总结中，前苏联学者制作了一种截割宽度为20mm,截角为40。，后角为10。的专业截齿，称为“标准截齿”。利用这种截齿进行实验获得单位
15、截割厚度煤作用在镐形截齿上的阻力值被定义为截割阻抗，用字母Z表示。即2=皿(N/mm)(2-1)式中F截齿所受截割阻力，N；h一切削厚度，mmo煤的截割阻抗绝大部分集中在30420N/mm范围内，根据这一指标也可将没分为三类：名称截割阻抗ZN/mm设计注意软质煤30-180设计采煤机滚筒可选小功率，大截线距中硬质煤层180-240根据煤层是韧性煤或脆性煤，进一步计算采煤机滚筒与截齿布置硬质煤240-420选择大功率采煤机，减小截线距，提高滚筒破煤力表2-1根据截割阻抗对煤的分类Table2-1.Classificationofcoalaccordingtothecut-offimpedance
16、2.2截齿破煤理论分析镐形截齿是采掘机械当中常用的截割和破煤设备，它与煤岩直接接触并对其进行破碎，工作环境恶劣，极易损耗。截齿性能好可直接提高破煤机构质量，可以降低比能耗、提高使用寿命、提高截割效率、降低成本等。因此要研究采煤机破煤理论，有必要分析截齿截割机理。2.2.1截齿破煤过程要进行破煤理论分析并建立截齿力学模型，首先要了解破煤过程。破煤的过程如图2-1所示。截割速度V截煤岩，集中在很接触面小区域内会产生较高压力。压力达到极限应力值时,质脆的煤岩局部被压裂，从而形成煤粉状密实核结构，煤粉状密实核部会随着截齿深入而以很高的速度沿截齿齿身面射出，并不断随着压碎区域不断扩大而扩大，核内煤粉受挤
17、压积聚能量,并向其周围施加压力，截齿截割力也随之加大。当密实核扩大到煤和截齿前刀面接触点D时，此处煤小块脱离，密实核区域II的煤粉受到强烈压缩进而高速射出，放出积聚的能量，也导致截割阻力骤然减小。高速喷出的煤粉与截齿齿身面发生强烈摩擦致使齿尖形成聚集物区域I,其粘上齿尖并与截齿共同运动，也对煤体产生的楔入作用。截齿继续前进至再次发生小块煤体剥离和煤粉喷出，截割阻力再次减小。截齿到了B点，密实核内部压力相当大，使得煤岩体剪切裂，并随截齿破煤的进行扩散至煤体上表面，此时截割阻力也达到了最大值。煤块BCD沿BC剥离，密实核消失，截割阻力降到最小。由此可见，截齿截煤过程是截入、密实核形成、跃进破碎的过
18、程。图2-1截齿破煤过程Fig.2-1Coalbreakingprocesswithpicks2.2.2截齿截煤截割力模型的建立采煤机螺旋滚筒上的截齿安装角分为：倾斜角、冲击角、歪斜角。冲击角是截齿轴线即齿尖所在的螺旋滚筒的横截面内，齿尖和中心点之间的连线，和螺旋滚筒的径向线夹角，在滚筒横截面内（如图2-2）。螺旋滚筒横截面是过齿尖且垂直于螺旋滚筒轴线的平面。倾斜角是截齿的轴线面，即通过截齿的轴线和齿座的底面中心线的平面，绕齿尖处的滚筒的切线旋转某角度后与螺旋滚筒横截面所成二面角（如图2-3）。歪斜角为截齿的轴线面以中齿尖处螺旋滚筒的径向线做为旋转轴，旋转一定角度后和螺旋滚筒的横截面形成的二面
19、角，它是截齿的轴线面绕螺旋滚筒的横截面中过截齿的齿尖的径向线旋转而得到的，制造过程中，它以齿尖为基准。螺旋叶片上冲击角非零，其余两角为零，这时正是螺旋滚筒的径向面与截齿的轴线面重合。端盘上三个角随截齿在端盘上周向位置变化而变化。但无论如何，滚筒上所有截齿冲击角总是相等的。而端盘截齿总数占总截齿数一半左右，建立力学模型不可忽略端盘上截齿倾斜角及歪斜角。图2-2截齿安装图图2-3截齿组装图Figure2-2InstallationinstallationFigure2-3Cut-offtoothassemblydiagram螺旋滚筒截齿以转速n绕螺旋滚筒轴线转动，以牵引速度v截割煤体。其绕滚筒旋转
20、一周,有一半的时间都在截割煤体。破煤的厚度也随滚筒的不断运行从零到最大值，再从最大值到零。（如图2-4）黑色月牙形区域为单个截齿旋转一周切割的煤体。H是螺旋滚筒旋转一周的进给量，值为H=1000v/n,它和截齿切削厚度最大值%1ax与h之间的关系为：hmax=,z每条截线上的截齿数。综上，截齿截割阻力会随着截齿的安装角的增大而以指数形式不断增大，却会因为截齿的冲击角的增大而以指数形式不断减小。且随截齿倾斜角和歪斜角的增大，安装角增大，也会使齿的截割阻力和进给阻抗与侧向力以指数的形式不断的增大。因此，可以得出截齿安装角度不同，其三向力也随之不同，且倾斜角和歪斜角加大使截齿受阻抗力加大，磨损加剧。
21、图2-4单齿切割过程Fig. 2-4 Single-tooth cutting process2. 3滚筒截煤理论分析图2-5采煤机滚筒截煤过程Fig.2-5Shearerdrumcoalinterceptionprocess滚筒采煤机沿工作面以牵引速度%行进，并同时以转速n破煤。（如图2-5）在破煤过程中，滚筒消耗采煤机总功率8090%以上，主要用于截齿破煤和叶片运煤。采煤机螺旋滚筒受力情况和运动参数匹配是否最优，直接影响采煤机使用寿命。因此分析螺旋滚筒受力与运动情况。2.3.1滚筒受力分析图2-6滚筒上的作用力分布Fig.2-6Forcedistributiononthedrum螺旋滚筒接
22、个过程受载荷是所有参与截煤的截齿负荷的共同作用结果，包括螺旋滚筒受三向力和力矩。螺旋滚筒截入煤岩体，同一截齿所处在的位置以及参与破煤的截齿总数量都会因螺旋滚筒转过角度不同而变化。II为得到螺旋滚筒的力矩，将坐标系从螺旋滚筒的端面移到螺旋滚筒的中心，可得螺旋滚筒的合力矩沿三个坐标的方向分力矩。参与截割的截齿数量与位置对采煤机螺旋滚筒扭矩每个分量的大小与性质均有影响。即便作用在截齿上截割力不变，各负荷分量也会因螺旋滚筒转动参与截割的截齿的数量和位置而改变。同时，采煤机螺旋滚筒的运动参数、结构参数、截齿参数对煤岩体强度性质对扭矩每个分量都有一定影响。233薄煤层采煤机的总体结构方案的设计2.1 实现
23、采煤机基本功能的结构方案设计采煤机的基本功能至少有如下三种：1 .破煤功能，将岩煤从煤壁上破碎下来；2 .装煤功能，将破碎的岩煤装入刮板输送机；3 .自移功能，采煤机可沿着工作面自移；3. 1.1实现破煤功能的结构方案1、铳削式结构方案在鼓形滚筒的表面或在旋转滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿便用铳削的方式把煤从煤壁上截割下来，这就是铳削式结构。铳削主要有分侧铳和端铳。侧铳方式普遍应用螺旋滚筒结构，它具有同时实现破煤和装煤的功能，水平旋转轴可调滚筒高度，对不同煤层具有良好适应性，可以自开缺口。端铳是在齿冠外侧安装大截齿当齿冠自转并随采煤机移动时，截齿实现破煤功能，破碎的煤块较大
24、，制造容易但机动特性差。图3-1水平轴螺旋滚筒结构匚匚匚匚匚图3-2垂直轴滚筒结构Fig. 3-1HorizontalaxisrollerspiralstructureFig.3-2Vertical-axisroller图3-3端铳式结构方案Fig.3-3Milling-structureprogramme2、滚压式结构方案滚压式破煤结构是在螺旋筒的旋叶上和滚筒端面安装盘刀，滚筒前移并自转时，盘刀压向煤壁，其刃部的挤压和剪切作用达到破没的目的。这种结构所破煤块大，煤尘少且使用寿命长。但制造难度大，成本高。3、钻削式结构方案在悬臂的前端安装截齿，同时内表面上也安装截齿，称为钻削头。悬臂则被成为钻
25、削臂。当钻削头自转并沿其轴线方向推进时，在煤层中截割出现截槽，再由钻削头破碎形成的柱状煤体。该结构制造方便，可同时破煤、装煤。但机身长、结构复杂，对煤层适应性差，不可自开缺口。通过分析，本机采用铳削式结构方案，钻具为垂直滚筒。其优点是：1）结构简单，制造方便；2）破碎煤层时，截齿沿层理运动，截齿所受截割阻力小，采煤机能耗比较低。4. 1.2实现装煤功能的设计方案确定破煤方案后，就要确定装煤方案了。装煤机构按照能否与破煤机构结合分两种：一种是可以与落煤结构相结合，兼具破煤功能与装煤功能。如本文讨论的螺旋滚筒，采煤下来的碎煤被螺旋叶片自煤壁向采空区方向输送，并装到工作面输送机里。另一种是专门用于装
26、煤的机构，如装煤犁。这是一种斜面结构，被单独的牵引机构牵引，通过在工作面往返运行把碎落在底板上的煤装入输送机里。5. 1.3实现采煤机自移功能的结构设计方案（一）能实现采煤机沿工作面自移的结构叫做牵引机构，主要有链牵引机构和无链牵引两大类。1、链牵引机构链牵引机构是由圆环链、链轮、和紧链装置组成。当链轮转动时，链轮与牵引链的啮合作用带动采煤机沿牵引链移动。2、无链牵引机构随着采煤机的不断发展，对采煤机的功率也提出了更高要求。由物理知识可知，这要使牵引链承受很高的拉力，牵引链往往无法满足。所以无链牵引机构发展起来。大体分为三类：主动轮与齿条、闭合链与齿条和迈步油缸推进三类。其中主动轮与齿条无链牵
27、引系统应用最广。虽然链牵引机构存在不足，但在薄煤层工作面等特定条件下，本采煤机决定采用链牵引机构中的水平链轮的牵引机构。（二）牵引部传动装置的功用是将采煤机电动机的能量传到主动链轮或驱动轮并实现调速,有机械牵引、液压牵引、电牵引三类。考虑牵引部传动装置的功用，本采煤机采取电气传动来驱动牵引部。其优点是：1）调速、换向、过载保护等功能都通过电气系统得以实现，简化了机械传动部分，减小体积和重量。2）调速范围广，调速特性好，传动效率高。3. 2实现采煤机辅助功能的结构方案如果将采煤机比喻为画作，那完成基本功能的采煤机只能算是绘制好了底稿，还需要上色和润色，对应的也就是采煤机的各种辅助功能。4. 2.
28、1实现降尘和冷却功能的结构1、实现降尘功能的方案采煤机滚筒在工作过程中会产生煤尘，会污染空气且对工人健康有害。因而对采煤机进行降尘机构设计。降尘措施有很多种，归纳起来有：其一，对采煤机自身装置进行处理。如提高牵引速度、采用立滚筒、尽可能减少滚筒截齿数等。其二，吸入式降尘。其三，利用喷雾降尘。其四，泡沫灭尘。本方案采用内外喷雾降尘方式，压力水经过喷嘴后雾化，极小的液滴充满滚筒截煤区以捕捉煤尘，降尘效果很好。2、实现冷却功能的方案采煤机的冷却功能是由喷雾水实现的。让喷雾水流过需要冷却的部件，实现冷却功能，然后再被送到喷雾系统中。3. 2.2实现自动卷电缆功能的结构方案前文提到过，采煤机是在工作面内
29、自移的机械，对其供电要用到橡胶电缆。当长距离移动之时，需要拖移长而重的电缆线，若直接拉曳，容易造成断裂。因而使用电缆拖移装置。一般使用由框形夹板用硼钉链接而成的电缆尼龙夹板组成的夹板链，每段长0.71m,各段之间再由销轴连接。框形夹板断面为U形，夹板链终端借助可回转的弯头悬挂在采煤机上。板式链仅位于弯头处，意在改善夹板链端受力状况。其优点在于：1)电缆在采煤机工作时可灵活曲折，不易侧倒。2)保证采煤机电缆免受拉力，避免其折损、碰伤。3.3薄煤层采煤机的主要技术参数的确定3.3.1采局采高是指最大可能开采的高度，是由采煤机的机械结构决定的，要与煤层厚度相当。查阅资料可知，最大分层厚度约为最大采高
30、的90-95%,最下煤层厚度约为最小采高的110-120%。本次设计采高为定为0.91.3米。3.3.2设计生产功率Q=60JHVqy(3-1)式中J一一滚筒的有效截深(m)J=0.63；H采煤机的平均采高(m)H=1.1；Vq采煤机的最大工作牵引速度(m/min)Vq=8；y=1.35煤的重率(t/m2)oQ=60X0.63X2.4X8X1.35=979.7(t/h)=16.33(t/min)3.3.3装机功率N=-(0.6Hwbx+0,4Hwbx)K1K2(3-2)=竺山-(0.6+0.4K3)KWKi*2式中Ki一一功率利用系数，以为该机的驱动方式为分别驱动所以Ki=0.8。K2功率水平
31、系数，由表31查得出=0.90K3后滚筒的工作条件系数，K3=0.80Hwb采煤机的比能耗，由表32查得“wb=0-44(KW-h/T)o_AxHwbx=Hwb彳AxA=300N/mmHwbx=wb=0-44(KW-h/T)Hwbx=3-Hwbx60x979.760x0.8x0.9x (0.6 + 0.4 x 0.8)=550(KW)取N=591KW。电动机Mnax/M”自动调速人工调速2.02.20.900.802.22.40.950.852.42.61.000.90表31功率水平系数占Table3-1PowerLevelCoefficient/c2牵引速2.0度(m/min)3.04.05
32、.06.0Hwb0.50(KW-h/T)0.440.420.40表32螺旋滚筒采煤机比能耗HwbTable3-2ComparativeenergyconsumptionofspiraldrumshearerHWB3. 3.4该机的主要技术特征1)适用条件采高m0.91.3倾角35韧性煤坚固性系数2）截割部3滚筒直径mm6800截深mm6680滚筒数输出转速r/min驱动方式91双电机驱动调高方式摇臂弯摇臂mm摇臂上摆角2055.0236.3摇臂下摆角3）牵引部17.3传动方式牵引速度m/min齿轮传动0-8牵引力KN250牵引轮中心距mm55914）电动机功率KW500电压V1140/660转
33、速r/min14605）防尘方式内外喷雾滚筒中心mm10810机身宽mm1210质量t36电气调速方式4采煤机滚筒总体结构的设计4. 1采煤机滚筒的总体方案图本次设计的采煤机滚筒采取的方案是：在采煤机滚筒的轮毂上面焊接有围绕轮毂做圆周分布的螺旋叶片，连接座焊接在内套里面，从而通过螺纹连接与采煤机截割部相连，采煤机滚筒的螺旋叶片上面安装有截齿连接件，截齿安装在截齿连接件里面，这样，当采煤机滚筒转动,就带动了上面的截齿一起转动，从而实现了采煤机滚筒采煤的作用，其具体方案布局图如下:4.2采煤机滚筒的加工原理本次设计的采煤机滚筒的工作原理为：在采煤机滚筒的轮毂上面焊接有围绕轮毂做圆周分布的螺旋叶片，
34、连接座焊接在内套里面，从而通过螺纹连接与采煤机截割部相连，采煤机滚筒的螺旋叶片上面安装有截齿连接件，截齿安装在截齿连接件里面，这样，当采煤机滚筒转动，就带动了上面的截齿一起转动，这就是采煤机滚筒的工作原理。4. 3螺旋滚筒设计要求（1）降低比能耗。（2）降低滚筒阻力矩值的变动量，转矩变化系数不超过3%5吼（3）优化参数，提高可靠性。（4）自动切入功能。（5）截齿装拆方便，不易丢失。4.4截齿选型采煤机滚筒设计的一个重要问题就是截齿的配置问题，基本要求是：采出的块煤多，产生的煤尘要小，截割阻力和牵引力要比较均衡地作用在滚筒上。这些要求若能实现，则采煤机使用寿命延长，同时也将提高煤的售价，保护了井
35、下工作人员的身体。块煤率的大小与截齿的尺寸、安装数量以及排列方式都有较大的关系，加大截齿的伸出长度或减少截齿的数量都可以提高块煤率，但这将会加剧整个采煤机的振动，影响采煤机的使用寿命。对截齿的基本要求是：1）耐磨性要好。2）截齿的集合形状要能适应不同的煤质和截割条件，截割比能耗要低。3）拆装截齿要简便迅速，安装固定要可靠，以免截齿丢失。4）截齿及其固定装置的结构应尽量简单，以利制造和维护。分析镐型截齿的不同结构的参数对螺旋滚筒性能的影响，对采煤机截齿的选型具有指导意义。采煤机的截齿原本有镐型截齿和楔型截齿，楔型截齿的截割硬煤的能力远不如镐形截齿而被彻底取代。故本论文所选择的也是镐形截齿。镐型截
36、齿有两种型式：阶梯型与锥型，（如图3-1）,本论文主要研究齿身锥角、齿尖合金头直径和齿尖夹角对采煤机螺旋滚筒截割性能影响。图3-1截齿结构Fig.3-1interceptstructure4.4.1齿尖夹角及其对螺旋滚筒截割性能的影响（1）对截割阻力和除尘的影响截齿齿尖的夹角越大，截割阻力也会越大，齿尖处被压实煤岩体面积加大，降低截割效率增加煤尘。（2）螺旋滚筒扭矩截齿齿尖夹角越大越容易导致截齿齿身与煤岩体干涉，摩擦阻力也将变大，导致扭矩的增大。因此螺旋滚筒的扭矩随截齿的齿尖夹角增大而增大，且成指数变化。3） ）截割块煤率采煤机的螺旋滚筒的截割块煤率随截齿的齿尖夹角的增大而减小，是指数关系。因
37、此,在研究范围内截齿的齿尖夹角越大将会对于提高煤岩块煤率不一定有利。本论文采用锥角锥度为1:1.5的硬质合金齿尖。图3-2锥形截齿Fig.3-2taperedcutteeth4.4.2齿身锥角设计与其对螺旋滚筒截割性能的影响截齿的齿身锥角的作用是便于截齿截入煤岩层，起楔入的作用，使煤岩体崩裂，提高破碎的效率。从这个理论出发，截齿齿身的锥角过大其实不利于截入煤岩，反而加重磨损；但锥角过小虽然有利于截入煤岩层，但不利于破煤。由于载荷的波动性随截齿齿尖夹角增大而增大但牵引速度随之减小，即截割阻力随之增大克制截割时不同的截齿齿身锥角截割扭矩随着截齿齿身锥角的增大而不断线性增大。截割比能耗和块煤率都随着
38、截齿齿身锥角的增大而增大，且呈指数关系。综上所述，综合考虑螺旋滚筒各指标影响，协调齿尖锥度和满足截割性能考虑，确定截齿锥度为1：5o4） 4.3截齿的材料以及截齿的固定为了保证截齿的强度和耐磨性，截齿的齿身常用SKD61高速工具钢制作，并经调质处理。为了减少截齿的丢失和更换截齿所消耗的时间，要求截齿拆装方便而固定可靠。由于截煤过程中截齿收到的载荷较重，且有振动，所有现代采煤机多采用弹性元件固定截齿。该机的滚筒采用弹簧丝挡住柱销来固定截齿。4.5螺旋滚筒结构设计及其参数确定图3-3采煤机滚筒Fig.3-3Shearerdrum如图3-3,螺旋滚筒参数主要包含滚筒直径（De）、筒毂直径（DR叶片直
39、径（D。）、滚筒截深（B）、截齿布置方式、截线距（S）、螺旋叶片外升角（%）。本设计螺旋滚筒的直径是确定的。而筒毂直径值越大则会压缩叶片输煤空间，导致碎煤岩在滚筒叶片之间循环、重复的破碎，增大煤尘，加大降尘难度。为此，在满足螺旋滚筒和摇臂行星头装配的尺寸的条件下，尽力的减小筒毂的直径，保证叶片的直径和筒毂的直径的合适比例。4.5.1截齿排列的设计与其对螺旋滚筒截割性能的影响截齿排列方式就是截齿在螺旋滚筒上的排列规律，几何意义就是截齿的齿尖在螺旋滚筒展开图中的相应位置。截齿排列对滚筒各项指标有重要影响。截齿排列方式可用截齿平面排列图，即带有截齿齿尖位置的滚筒圆柱展开图表示。图3-4为一个右旋4头
40、叶片的滚筒展开图，叶片截割宽度By=900mm,端盘截割宽度Bd=100mm。图中截齿的齿尖所在的水平线称截线，是截齿运动的轨迹；相邻的截线的距离称截线距。螺旋滚筒上的截齿排列包括端盘的截齿排列和螺旋叶片的截齿排列。图3-4螺旋滚筒展开图(1)端盘截齿的排列滚筒工作时端盘紧贴煤壁，截割出新的工作面供螺旋叶片截割，载荷大且条件恶劣。因此加大端盘截齿密度，可以增加接近煤壁截齿数量，减小齿尖直径和截线距，这可以通过调节截歪斜角和齿倾斜角来做到。并尽可能让齿尖落在同一圆弧上。端盘截线数为37条，平均截距约为叶片平均截距的一半，每条截线上的截齿数比螺旋叶片上的多23个，且越靠近煤壁截线上的截齿越多，利于
41、减轻磨损。为了减小螺旋滚筒的截割扭矩的波动，均匀螺旋滚筒载荷，需要周向均匀布置端盘截齿。端盘的截齿一般分为28组，其中包括角度齿和零度齿，最外面的截齿倾斜角不超过50%本论文优化的滚筒端盘3条截线，每条截线7个齿，第一条截线(最先接触煤壁的)上的截齿安装角为+25。，第二条截线0。，第三条接线-25。叶片截齿排列有下列配置方式：一，顺序式配置，螺旋头数与同一截线上的截齿数相等。应用普遍，硬煤适用。二，棋盘式配置，截割条件好，一般用于双头螺旋和四头螺旋。三，畸变式配置，每条截线上只有一个截齿，每三个为一组，截齿受侧向力，三头螺旋叶片在脆性煤层中可用这种配置。本论文优化的是四头螺旋，因此选择棋盘式
42、配置。(a)顺序式(c)畸变式图3-5截齿排列图Fig.3-5Pickarrangement4. 5.2截线距的确定与其对螺旋滚筒截割性能的影响截线距指两条截线之间的间距，截线距的不同将会导致镐型截齿的截割形式和截割槽面积形状的不同。(1)顺序式截割。特点是被截割的煤岩体单向裸露,相邻两截齿在破煤方向上都不会超前,煤向两侧崩离脱落，镐型截齿受来自非裸露煤岩层的侧向压应力。当截齿采用顺序式排列时,得到了这种破煤的形式。(2)棋盘式截割。相邻两截齿在破煤方向上互相交错、一后一前并且超前一个截线距的截割方式称棋盘式截割，侧向力较平衡，当螺旋滚筒截齿采用这种配置时，得到此种破煤岩形式。(b)棋盘式截割
43、(a)顺序式截割图3-6典型截割形式下的截槽形状Fig.3-6Blockgrooveshapeinatypicalcutform综上，截线距不同使截割的形式不同并影响截割比能耗、截割力的大小、块煤率和载荷的波动性。对采煤机螺旋滚筒上相邻的镐型截齿截线距的分布情况可分为三种情况：(a)截线距较小(过分破碎)(b)理想截线距(成块破碎)(c)较大截线距(截槽间形成脊梁)图3-7截齿截线距Figure3-7Cutintercept螺旋滚筒的截割扭矩随截线距的增大而增大，和截线距显现指数关系；随截线距的增大载荷波动也随之增大；对于同一个型号的螺旋滚筒，增大截线距块煤率增大的同时截割阻力和载荷波动也将会
44、增大。对截线距和截割比能耗的关系，当切削厚度在一定的情况下，随截线距的增大，截割比能耗先是减小而后增大，存在一个最理想截线距。综合考虑结构要求和性能需求本论文计算得出截线距为30mm,为优化滚筒的最佳截线距。4. 5.3螺旋升角的确定对螺旋滚筒截割性能的影响(1)螺旋滚筒的扭矩值和螺旋升角显现抛物线规律变化，有最大值。(2)螺旋滚筒截割比能耗与螺旋升角显现抛物线规律变化，有最小值。(3)螺旋滚筒的装煤效率与螺旋升角显现抛物线形式变化，有最大值。因而综合考虑三个的影响得到了最合适的螺旋外升角，为20度。4.5.4螺旋滚筒的转向为了保证螺旋叶片向运输机装煤，而不是向煤壁推煤，滚筒叶片的螺旋方向应与
45、滚筒转向相适应。站在采空区一侧看滚筒，右螺旋滚筒应是顺时针方向转动，左螺旋滚筒应是逆时针方向转动。在采煤机往返采煤的过程中，滚筒转向虽然不变，却有两种不同的情况：顺转时，刀具截割方向与碎煤下落方向相同；逆转时，刀具截割方向与碎煤下落的方向相反。为了增强采煤机的工作稳定性，避免两个滚筒受到的截割阻力方向相同，双滚筒采煤机的两个滚筒的转向应该相反。两滚筒的转向有前顺后逆和前逆和顺两种方案。滚筒直径较大时，滚筒生产率大于运输机生产率，确定滚筒转向应偏重于节省能耗和提高工作稳定性及操作安全的要求。前滚筒截煤量大于后滚筒，后滚筒装煤量大于前滚筒，是采煤机骑座运输机工作的一般情况，因此在该采煤机中滚筒采用
46、前顺后逆。4. 6端盘结构设计对其截割性能的影响端盘位于滚筒端部，工作时与煤壁相对。常见的端盘结构有平端盘和蝶形端盘，平端盘与煤壁之间几乎没有容煤空间，摩擦大，很少使用。本论文设计的端盘为整体蝶形端盘，整体蝶形端盘是焊接在筒毂上以在端部形成更多容煤空间。但工作时该空间的煤不易排出，不断与端盘和煤壁摩擦，加剧磨损且增大了滚筒的轴向力，为避免这种现象，在端盘上开排屑槽，根据螺旋头数而定减小，因此本论文研究的端盘开四个排屑槽。图3-8蝶形端盘Fig. 3-8 a butterfly-shaped end disc在截割过程中，端盘工作在全封闭的条件下，截割工况差，煤岩与端盘摩擦剧烈，使端盘、截齿、齿座磨损严重，采煤机截割功率损耗大。为了改善端盘的截割条件，提高块煤率，减小截割比能耗，减小单齿受力，减小轴向力，所以本论文才装设角度齿，装6组角度齿，每组以+25度、0度、-25度三个截齿出现。如3-3滚筒展开图所示。4.7螺旋滚筒主要参数计算4.7.1“三直径”计算螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆柱体，刀具装在焊接在螺旋叶片的齿座上。通常，所说滚筒直径以是指刀尖所在圆直径，叶片直径Dy指叶片最大回转直径，筒毂直径与指螺旋滚筒叶片内缘和和筒毂相结合处的直径。本设计取2=800mm切削厚度hmax=含,100（cm）（式3-1）式中心年一最大切削
