畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-薄煤層采煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及截割減速器設(shè)計(jì)

遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1前言按煤層賦存的條件，對(duì)煤炭的開(kāi)采可以分為露天開(kāi)采和地下開(kāi)采。采煤方法不同，所使用的采煤機(jī)械也不同。在地下開(kāi)采中，我國(guó)所采用的采煤方法基本上以走向長(zhǎng)壁式方法為主。在走向長(zhǎng)壁式采煤方法中，有可以分為前進(jìn)式、后退式、全部垮落式和填充式等。目前國(guó)內(nèi)外采用這些采煤方法的國(guó)家所用采煤機(jī)械，絕大多數(shù)是滾筒式采煤機(jī)、刨煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)，只有少數(shù)先進(jìn)的煤礦采用薄煤層采煤機(jī)等設(shè)備。煤炭是我國(guó)的主要能源，煤炭工業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。但是煤炭工業(yè)面臨著許多困難和問(wèn)題，主要包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)投入不足，勞動(dòng)條件差等方面的問(wèn)題。它在一定程度上解決了這些方面的問(wèn)題，采煤機(jī)械化是最終發(fā)展的必然。所以如何提高采煤效率以滿足我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)中迅猛發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的需要就成了十分迫切的要求。1）開(kāi)采順序和方法對(duì)于傾角10以上的煤層一般分水平開(kāi)采，每一水平又分為若干采區(qū)，先在第一水平依次開(kāi)采各采區(qū)煤層，采完后再轉(zhuǎn)移至下一水平。開(kāi)采近水平煤層時(shí)，先將煤層劃分為幾個(gè)盤(pán)區(qū)，立井于井田中心到達(dá)煤層后，先采靠近井筒的盤(pán)區(qū)，再采較遠(yuǎn)的盤(pán)區(qū)。如有兩層或兩層以上煤層，先采第一水平最上面煤層，再自上而下采另外煤層，采完后向第二水平轉(zhuǎn)移。按落煤技術(shù)方法，地下采煤有機(jī)械落煤、爆破落煤和水力落煤三種，前二者稱為旱采，后者稱為水采，我國(guó)水采礦井僅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者為主。壁式采煤法工作面長(zhǎng)，一般100200m，可以容納功率大，生產(chǎn)能力高的采煤機(jī)械，因而產(chǎn)量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般630m，由于工作面短，頂板易維護(hù)，從而減少了支護(hù)費(fèi)用，主要缺點(diǎn)是回采率低。2)生產(chǎn)系統(tǒng)邵啟飛:薄煤層采煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及截割減速器的設(shè)計(jì)2包括采煤系統(tǒng)、掘進(jìn)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等。采煤系統(tǒng)包括工作面的落煤、裝煤，將煤由工作面運(yùn)往井底車(chē)場(chǎng)，直到提升至地面。主要井巷包括采煤工作面，采區(qū)順槽、采區(qū)上山、水平運(yùn)輸大巷、石門(mén)等。主要設(shè)備有采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械，支護(hù)設(shè)備及提升機(jī)等。掘進(jìn)系統(tǒng)是為了保證生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，即在當(dāng)前生產(chǎn)同時(shí)，要開(kāi)掘出新的工作面、采區(qū)及生產(chǎn)水平以備接替。其包括掘進(jìn)工作面、矸石運(yùn)至井底車(chē)場(chǎng)由副井提升后送至堆放地。主要設(shè)備包括掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸、提升等所用的設(shè)備以及風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、空氣壓縮機(jī)及其管路等。通風(fēng)系統(tǒng)由進(jìn)風(fēng)井巷、回風(fēng)井巷、通風(fēng)機(jī)和井下通風(fēng)設(shè)施如風(fēng)橋、風(fēng)門(mén)等構(gòu)成。排水系統(tǒng)由巷道中的水溝、水倉(cāng)、水泵峒室、水泵及排水管路組成。供電系統(tǒng)要求不得中斷、以保安全，因此供電電流為雙回路，同時(shí)進(jìn)入采區(qū)和回風(fēng)道的電器設(shè)備都必須采用礦用防爆型，防止瓦斯爆炸。輔助運(yùn)輸系統(tǒng)包括人員上下和材料，設(shè)備的運(yùn)輸。安全系統(tǒng)包括預(yù)防瓦斯爆炸、瓦斯突出，以及井下火災(zāi)和水災(zāi)所需要的救治設(shè)備、設(shè)施、器材、儀表和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。3)采掘工作面采煤工作面是地下采煤的工作場(chǎng)所，隨著采煤的進(jìn)行，工作面不斷向前推進(jìn)，原來(lái)的采場(chǎng)即成為采空區(qū)。長(zhǎng)壁工作面采煤的工序?yàn)槠泼骸⒀b煤、運(yùn)煤、支護(hù)及控頂?shù)任屙?xiàng)；短壁工作面只有前四個(gè)工序。以滾筒式采煤機(jī)為主，組成長(zhǎng)壁工作面綜合機(jī)械化設(shè)備，可以完成五個(gè)主要工序，稱為綜合機(jī)械化采煤，簡(jiǎn)稱綜采，此工作面稱綜采工作面。掘進(jìn)工作面是井巷掘進(jìn)的工作場(chǎng)所，分為巖巷、煤巷和半煤巖巷三種。掘進(jìn)工序分破巖、裝運(yùn)和支護(hù)三項(xiàng)。掘進(jìn)方法分兩種，一為鉆爆法，二為使用掘進(jìn)機(jī)。前者應(yīng)用范圍廣但機(jī)械化程度低，后者包括全斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)及懸臂式掘進(jìn)機(jī)兩種。煤礦一般廣泛使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)，包括掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和支護(hù)設(shè)備共同組成掘進(jìn)綜合機(jī)械化，完成三道主要工序，稱為綜掘。4）采煤機(jī)械化分級(jí)按中國(guó)煤礦的地質(zhì)情況及實(shí)際生產(chǎn)狀況，將機(jī)械化分為三級(jí)：普通機(jī)械化采煤，簡(jiǎn)稱普采，采煤工作面裝有采煤機(jī)、可彎曲鏈板輸送機(jī)和摩擦式金屬支柱、金屬頂梁設(shè)備，可完成前三工序機(jī)械化，但功率較小，一般工作面年產(chǎn)量1520萬(wàn)噸。高檔普通機(jī)械化采煤，簡(jiǎn)稱高檔普采。采煤工作面裝有采煤機(jī)，可彎曲鏈板輸送機(jī)，液壓支柱和金屬頂梁，遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3可使前三工序機(jī)械化。由于有液壓支柱，因此頂板維護(hù)狀況良好，支護(hù)和控頂雖為手工操作，但勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕，功率亦較大，年產(chǎn)量為2030萬(wàn)噸。1緒論1.1國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)械的發(fā)展及其現(xiàn)狀采煤機(jī)設(shè)計(jì)模型及手段可以反應(yīng)現(xiàn)代化采掘機(jī)械的技術(shù)水平；裝機(jī)總功率2000kW、牽引速度達(dá)30m/mim、生產(chǎn)能力2000t/h、截割高度6.0m、滾筒壽命大于500萬(wàn)噸；具有建立在微機(jī)基礎(chǔ)上的智能化監(jiān)測(cè)、監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)；實(shí)現(xiàn)交互式人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)程控制，具有工況監(jiān)測(cè)及運(yùn)行狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存及傳輸、故障診斷及預(yù)警、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)高等多種功能技術(shù)；實(shí)現(xiàn)液壓支架、輸送機(jī)的信號(hào)交流和聯(lián)動(dòng)控制等功能及整個(gè)工作面自動(dòng)化技術(shù)，井下、地面兩級(jí)故障診斷及維修管理系統(tǒng)機(jī)電一體化技。把煤從煤層上截落下來(lái)并運(yùn)出采煤工作面，這個(gè)煤炭生產(chǎn)的兩個(gè)主要工序。使用刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)煤的運(yùn)輸，而把煤從煤層截落下來(lái)并裝入輸送機(jī)，則是由采煤機(jī)來(lái)完成。采煤機(jī)完成了洛美和裝煤的這兩個(gè)主要工序，就實(shí)現(xiàn)了煤炭開(kāi)采的機(jī)械化。本世紀(jì)四十年代初，英國(guó)和原蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。這種采煤機(jī)是用截鏈截煤落煤，在截鏈上安裝被稱為截齒的專用截五煤刀具，這種采煤機(jī)工作效率低。五十年到初，英國(guó)和德國(guó)相繼研制除了滾筒采煤機(jī)。才這種采煤機(jī)上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上裝有截齒，用截煤滾筒實(shí)現(xiàn)截煤和裝煤。這種采煤機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開(kāi)采機(jī)械化的基礎(chǔ)。這種采煤機(jī)的兩個(gè)缺點(diǎn)也是決定它更新的得點(diǎn)使得采煤機(jī)不斷更新和完善，進(jìn)入六十年代，英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)以及前蘇聯(lián)先后對(duì)采煤機(jī)的截割滾筒做出兩項(xiàng)革命性改進(jìn)。其一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)節(jié)起高度，完全解決對(duì)煤層賦予田間的適用性；第二項(xiàng)是把圓筒形截煤滾筒改進(jìn)成螺旋葉片式截煤滾筒或螺旋滾筒，極大的提高了裝煤的效果。這兩項(xiàng)改進(jìn)稱為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)。六十年代以后，刨煤機(jī)也有了長(zhǎng)足的改進(jìn)，滑行刨的研制成功，使刨煤機(jī)成為與采煤機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的采煤機(jī)設(shè)備。可調(diào)高螺旋滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)與液壓支架和可彎曲輸送機(jī)設(shè)備，構(gòu)成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全、和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展階段。從此，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備成為各國(guó)地下開(kāi)采煤礦的發(fā)展方向。自七十年代以來(lái)，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測(cè)方向發(fā)展，其性能日邵啟飛:薄煤層采煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及截割減速器的設(shè)計(jì)4益完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工況自動(dòng)監(jiān)測(cè)，故障診斷以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機(jī)上的到應(yīng)用，現(xiàn)代采煤機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為高科技機(jī)電一體化產(chǎn)品。我國(guó)在地下開(kāi)采煤礦紅應(yīng)用采煤機(jī)械始于五十年代初。當(dāng)時(shí)從蘇聯(lián)引進(jìn)鏈?zhǔn)浇忝脵C(jī)和鏈?zhǔn)铰?lián)合采煤機(jī)，并進(jìn)行組織自行生產(chǎn)。由于這種采煤機(jī)械生產(chǎn)率低，沒(méi)能在我國(guó)普遍推廣使用。六十年代，我國(guó)從波蘭引進(jìn)了滾筒式采煤機(jī)，并組織自行制造同類機(jī)械。七十年代初，我國(guó)從英國(guó)、德國(guó)、波蘭和法國(guó)等國(guó)家大量引進(jìn)雙滾筒可調(diào)高采煤機(jī)，并組織制造同類型設(shè)備，我國(guó)開(kāi)始大規(guī)模研制和生產(chǎn)現(xiàn)代化采煤設(shè)備。自七十年代初至今，經(jīng)過(guò)幾十年的引進(jìn)和開(kāi)發(fā)相結(jié)合的發(fā)展過(guò)程，現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)能自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)適合于各種煤層賦予條件的滾筒式采煤機(jī)。為了更好的發(fā)展必須加大煤炭生產(chǎn)機(jī)械化力度，大幅度提高煤炭生產(chǎn)率。這就要求我們不斷開(kāi)發(fā)出技術(shù)先進(jìn)、高效并可靠的新型采煤機(jī)，不僅滿足國(guó)內(nèi)生產(chǎn)之需，而且力爭(zhēng)打入國(guó)際市場(chǎng)。1.2薄煤層采煤機(jī)的分類及其特點(diǎn)由于受到煤層厚度的限制，薄煤層采煤機(jī)分為騎溜子式和爬底板式兩類。騎溜子式采煤機(jī)的機(jī)身騎在刮板輸送機(jī)上，并靠其支撐和導(dǎo)向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率為100KW時(shí)，電動(dòng)機(jī)高度h=350mm，國(guó)美空間高度至少為C=140160mm，輸送機(jī)中部槽高度為180190mm，則機(jī)面高度至少達(dá)到A=600650mm.考慮到頂梁厚度，頂板下沉厚度以及過(guò)機(jī)空間高度Y（通常Y=90200mm），則騎溜子薄煤層采煤機(jī)只能適用于0.750.95m以上的煤層（小值對(duì)單滾筒，大值對(duì)雙滾筒）。如果電動(dòng)機(jī)功率加大，則電動(dòng)機(jī)高度相應(yīng)增大，因而最小采高還要加大。爬底板式采煤機(jī)，機(jī)身位于機(jī)道內(nèi)，因而機(jī)面高度降低，使過(guò)煤空間高度及過(guò)機(jī)空間高度增大（240mm），這不僅改善了機(jī)器性能，而且可使采煤機(jī)在0.60.8m的及薄煤層中工作。采用機(jī)身在煤壁側(cè)機(jī)道內(nèi)的爬底板式采煤機(jī)的工作面通風(fēng)斷面大，提高了工作的安全性。因此，爬底板采煤機(jī)是當(dāng)前薄煤層采煤機(jī)主要的發(fā)展方向。1.3薄煤層采煤機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用情況我國(guó)薄煤層采煤機(jī)的研究始于60年代。60年代初,在頓巴斯-1型采煤機(jī)基礎(chǔ)上,我國(guó)開(kāi)始自行研制生產(chǎn)采煤機(jī)。這類薄煤層滾筒采煤機(jī)主要有MLQ系列采煤機(jī),如1964年生產(chǎn)的MLQ-64型,1980年生產(chǎn)的MLQ-80型淺截石單滾筒采煤機(jī),另外還有MLQ3-100型采煤機(jī)。70年代至80年代初期,我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)了中小功率薄煤層滾筒采煤機(jī)。比較典型的遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5有山東煤研所和淄博礦務(wù)局研制的ZB2-100型單滾筒騎輸送機(jī)采煤機(jī)。ZB2-100型采煤機(jī)裝機(jī)功率100kW,鏈牽引,牽引傳動(dòng)方式為液壓調(diào)速加齒輪減速。牽引力90kN,牽引速度0214m/min,采高0175113m、煤質(zhì)硬度為中硬以下的緩傾斜薄煤層。80年代,我們?cè)谝M(jìn)了德國(guó)、英國(guó)等采煤機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,自主開(kāi)發(fā)和制造適應(yīng)我國(guó)不同的煤層條件的滾筒式采煤機(jī)系列產(chǎn)品,并在90年代中期初步完成了主導(dǎo)機(jī)型,由液壓牽引采煤機(jī)向電牽引采煤機(jī)升級(jí)換型工作。1980年,黑龍江煤礦機(jī)械研究所和雞西煤礦機(jī)械廠共同開(kāi)發(fā)出BM系列騎輸送機(jī)滾筒采煤機(jī),其中BM-100型雙滾筒采煤機(jī),性能良好,能自開(kāi)缺口、強(qiáng)度高、工作可靠,在我國(guó)薄煤層采煤中廣泛應(yīng)用。但是用雙滾筒采薄煤層,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,機(jī)身又長(zhǎng),所以使用不便,于是又生產(chǎn)出更加簡(jiǎn)化的BMD-100型單滾筒薄煤層采煤機(jī)。進(jìn)入90年代以來(lái),為了滿足厚薄煤層薄煤層作為解放層開(kāi)采礦井的迫切需要,并代中厚煤層滾筒采煤機(jī)技術(shù),1997年,由務(wù)局、煤科總院上海分院聯(lián)合研制了MG200/450-BWD型薄煤層采煤機(jī),該采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流變頻調(diào)速、無(wú)鏈牽引總裝機(jī)功率達(dá)450kW,其中截割功率2牽引功率225kW,牽引力400kN,牽引速6m/min。采用騎輸送機(jī)布置方式,可用于110117m的薄煤層綜合機(jī)械化工作面。樣機(jī)于1997年12月在晉華宮煤礦9#層83面投入使用,取得了最高月產(chǎn)量916萬(wàn)噸、產(chǎn)量5300噸的好成績(jī)。國(guó)內(nèi)幾種類型薄煤層采煤情況比較見(jiàn)表。表1-1我國(guó)幾種類型薄煤層采煤機(jī)基本情況比較SeveraltypesofthinseamofChina'sbasicsituationcomparedShearer型號(hào)采高范圍/M牽引力/KN牽引方式生產(chǎn)年代邵啟飛:薄煤層采煤機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及截割減速器的設(shè)計(jì)6BM-1000.75-1.3120(液壓)錨鏈牽引705MG200-B0.8-1.5160(液壓)錨鏈牽引70MG344-PWD1.0-1.8180(液壓)錨鏈牽引70MG250-BW0.9-1.6350/262(交流)齒輪銷軌式無(wú)鏈牽引80MG200/450-BWD0.85-1.5440(液壓)無(wú)鏈牽引80-90MG250/550-BWD1.0-1.7440(交流)無(wú)鏈牽引90我國(guó)薄煤層采煤機(jī)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展,技術(shù)已趨成熟。但一個(gè)突出的問(wèn)題是:目前我國(guó)薄煤層采煤機(jī)為方便設(shè)計(jì),在行走機(jī)構(gòu)上均采用中厚煤層采煤機(jī)所用的相關(guān)參數(shù),例如銷排節(jié)距,一般大都采用126mm。這樣做雖能保證其正常運(yùn)行,但其強(qiáng)度余量過(guò)大。近幾年來(lái),我國(guó)薄煤層采煤機(jī)得到了很大的發(fā)展,但在質(zhì)量和壽命和高新技術(shù)應(yīng)用等方面與國(guó)內(nèi)大型采煤機(jī),特別是與國(guó)外采煤機(jī)相比,還存在較大的差距。因此我們還需要進(jìn)一步的改進(jìn)和更新。1.4薄煤層采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)機(jī)器局限性我國(guó)薄煤層資源分布廣泛,113m以下煤層可采儲(chǔ)量約占全部可采儲(chǔ)量的20%。在一些省、區(qū)薄煤層儲(chǔ)量比重很大,如四川省占60%,山東省54%,黑龍江省占51%,貴州省占37%。特別是在南方地區(qū),有些省份薄煤層凈占50%以上,而且薄煤層分布廣,煤質(zhì)好。但由于其開(kāi)采煤層厚度薄,與中厚和厚煤層相比,薄煤層機(jī)械化開(kāi)采存在著工作條件差,設(shè)備移動(dòng)困難,煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造,對(duì)薄煤層設(shè)備生產(chǎn)性能影響大,以及投入產(chǎn)出比高、經(jīng)濟(jì)效益不如厚與中厚煤層等特殊問(wèn)題,造成薄煤層機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展速度相對(duì)緩慢。另外,對(duì)一些薄、厚煤層并存的煤礦,由于薄煤層開(kāi)采速度緩慢,使其下部的中厚煤層長(zhǎng)期得不到及時(shí)開(kāi)采,以至影響工作面的正常接替,而有的就只能被迫丟失一些薄煤層資源。隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開(kāi)采比較多,使得資源越來(lái)越少,所以薄煤層的開(kāi)采已列入日程。因此,研制適合我國(guó)實(shí)際國(guó)情的薄煤層采煤機(jī),以適應(yīng)不同的煤層結(jié)構(gòu),提高薄煤層采煤的工作效率是當(dāng)務(wù)之急。1.5薄煤層采煤機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義在產(chǎn)品的總體方案設(shè)計(jì)階段，首先要明確產(chǎn)品必須實(shí)現(xiàn)哪些功能，還要明確用戶使用產(chǎn)品的各種條件和用戶對(duì)產(chǎn)品的要求和愿望。然后根據(jù)國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，基于設(shè)計(jì)能力和產(chǎn)品制造技術(shù)水平，從宏觀方面考慮所要求的功能。并能實(shí)現(xiàn)用戶要求的各種結(jié)構(gòu)方遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7案，最后經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，確定一種或兩種結(jié)構(gòu)方案繼續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，通過(guò)總體結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)，不至于使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案出現(xiàn)大的失誤，也不至于從開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就糾纏與具體的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)而忽略拉總體結(jié)構(gòu)的合理性，甚至照成設(shè)計(jì)的返工而浪費(fèi)時(shí)間。在此基礎(chǔ)上再對(duì)薄煤層采煤機(jī)的截割部進(jìn)行細(xì)致設(shè)計(jì)使其有更高的生產(chǎn)效率.對(duì)滾筒式采煤機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)表明只有按照“量體裁衣”的原則來(lái)設(shè)計(jì)采煤機(jī)，這樣的采煤機(jī)才能在煤炭開(kāi)采中滿足要求。到