采煤機械教學教案講義
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1、第八章 采煤機械 第一節(jié) 概述 一、采煤機械的種類 把煤由煤層中采落下來的機械稱為采煤機械。采煤機械還應(yīng)具有裝煤機構(gòu)，在工作中能同時把煤裝入輸送機運出工作面。 各國已出現(xiàn)的采煤機械類型不少，但目前煤礦井下廣泛使用的采煤機械有三類：滾筒式采煤機、刨煤機和連續(xù)采煤機。 由于滾筒式采煤機的采高范圍大，對各種煤層適應(yīng)性強，能截割硬煤，并能適應(yīng)較復(fù)雜的頂?shù)装鍡l件，因而得到了廣泛的應(yīng)用。刨煤機要求的煤層地質(zhì)條件較嚴，一般適用于煤質(zhì)較軟不粘頂板、頂?shù)装遢^穩(wěn)定的薄煤層或中厚煤層。但刨煤機結(jié)構(gòu)簡單，尤其在薄煤層條件下勞動生產(chǎn)率較高。連續(xù)采煤機用于房柱式采煤方法開采，也可以作為工作面運輸、通風
2、巷道的快速掘進設(shè)備。適用于薄、中厚及厚煤層的開采。 采煤機有不同的分類方法：按工作機構(gòu)型式可分為滾筒式、鉆削式和鏈式，按工作機構(gòu)位置可分為端頭式和側(cè)面式；按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引，按牽引部位置可分為內(nèi)牽引和外牽引，按牽引部傳動方式可分為機械牽引、液壓牽引和電牽引。 二、對采煤機械的一般要求 對采煤機械的要求，是根據(jù)工作面的條件和采煤工藝的需求而提出的?，F(xiàn)代采煤機械必須滿足下列要求： （1）生產(chǎn)率滿足要求。 （2）采煤機工作機構(gòu)能適應(yīng)煤層厚度變化而工作；牽引機構(gòu)能在工作過程中隨時根據(jù)需要改變牽引速度，應(yīng)能實現(xiàn)無級調(diào)速，以適應(yīng)煤質(zhì)硬度的變化，發(fā)揮機器的效能。 （3）機身所占空間
3、較小，對薄煤層采煤機尤為重要。 （4）采煤機可拆成幾個獨立的部件，以便于井下運輸，也便于拆裝和檢修。 （5）所有電氣設(shè)備都應(yīng)具有防爆性能，采煤機能在有煤塵瓦斯爆炸危險的工作面內(nèi)安全工作。 （6）電動機、傳動裝置和牽引部應(yīng)具有超負荷安全保護裝置。 （7）具有防滑裝置，以防機器沿斜坡自動下滑。 （8）具有內(nèi)外噴霧滅塵裝置。 （9）工作穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，操作手把或按鈕盡量集中，日常維護工作少且容易。 三、滾筒式采煤設(shè)備的總體布置及采煤工藝 （一）單滾筒采煤機在普通機械化采煤工作面的工作情況 普通機械化采煤工作面的配套設(shè)備，有采煤機、可彎曲刮板輸送機和支護設(shè)備。因支護設(shè)備不同，
4、其機械化程度也不一樣。普通機械化采煤采用金屬支柱加鉸接頂梁；高檔普通機械化采煤采用單體液壓支柱加鉸接頂梁。 普通機械化采煤工作面設(shè)備布置如圖8-1所示。 其采煤方法說明如下：采煤機1為單滾筒采煤機，騎在工作面刮板輸送機2上，首先沿工作面傾斜向上移動，把靠近頂板的煤采落并裝入輸送機，采過后裸露出的巖石頂板，用金屬支柱3和金屬鉸接頂梁4支撐，以保護機器和工人的安全。采煤機采完全工作面頂部煤后，再返回下行采下部的余煤，并把所有落在底板的煤裝入輸送機。緊跟在機器后用千斤頂把輸圖8-1 普通機械化采煤工作面布置圖 1-單滾筒采煤機；2-刮板輸送機；3-金屬支柱；4-金屬鉸接頂梁；5-千斤頂 送
5、機推移至新的煤壁。推移距離等于采煤機滾筒截割深度，也稱為步距，一般為0.6～1.0m。同時把采空區(qū)后排支柱和鉸接頂梁拆除，讓頂板巖石冒落下來，這叫回柱放頂。沿工作面全長這一工作過程稱為一個工作循環(huán)。每個工作面的工作過程都是根據(jù)事先編制好的工作循環(huán)圖表、按照一定程序工作的。普采工作面也可用雙滾筒采煤機。 （二）雙滾筒采煤機在綜合機械化采煤工作面的工作情況 在工作面采煤、裝煤、運煤及支護等機械化的基礎(chǔ)上，進一步使工作面各個機械組成一個整體進行生產(chǎn)，在結(jié)構(gòu)上相互有機地結(jié)合，動作上相互協(xié)調(diào)地工作，這就是綜合機械化。 綜合機械化采煤工作面機械設(shè)備配套情況如圖8-2所示。 雙滾筒采煤機1，完成落煤
6、和裝煤，采煤機所騎的輸送機2，是一種可彎曲刮板輸送機，它將煤運出工作面，進入下順槽轉(zhuǎn)載機7，由轉(zhuǎn)載機將煤裝到順槽可伸縮膠帶輸送機9上運走。工作面用液壓支架3支護，它可自移，沿工作面全長布置。隨著采煤機采過后，液壓支架依次往前移，以支護新裸露的頂板，后面的頂板讓其自行垮落。由液壓支架的推移千斤頂，將輸送機推向新的煤壁。液壓支架所需的高壓乳化液，由安置在下順槽內(nèi)的乳化液泵站12供給。 圖8-2 綜合機械化采煤工作面機械配套情況 1-雙滾筒采煤機；2-輸送機；3-液壓支架；4-端頭支架；5-錨固支架； 6-巷道棚梁；7-轉(zhuǎn)載機；8-轉(zhuǎn)載機推移裝置；9-可伸縮膠帶機；10-控制臺；11-配電點
7、； 12-泵站；13-移動裝置；14-移動變電站；15-煤倉；16-絞車；17-單軌吊車 （三）采煤機的進刀方式 雙滾筒采煤機可在工作面兩端自開缺口。當采煤機沿工作面割完一刀后，需要重新將滾筒切入煤壁，推進一個截深，這一過程稱為“進刀”。常用的進刀方式有斜切進刀法和正切進刀法。 1．端部斜切法 利用采煤機在工作面兩端約 25~30 m的范圍內(nèi)斜切進刀稱為端部斜切法。如圖8-3所示。其操作過程如下： （1）采煤機下行正常割煤時，滾筒 2割頂部煤，滾筒 1割底部煤（圖 a），在離滾筒 1約10m處開始逐段移輸送機；當采煤機割到下順槽處時，將滾筒2逐漸下降，以割底部殘留煤，
8、同時將輸送機移成如圖b所示的蛇彎形。 （2）翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒1升到頂部，然后開始上行斜切（圖b中虛線所示），斜切長度為20m左右，同時將輸送機移直（圖c）。 （3）翻轉(zhuǎn)擋煤板，并將滾筒1下降割煤，同時將滾筒2上升，然后開始下行斜切（圖中C虛線所示），直到下順槽。 （4）翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒位置上下對調(diào)，如圖d所示，然后快速移過斜切長度開始上行正常割煤。隨即移動下部輸送機，直到上順槽時又重復(fù)上述進刀過程。 這種進刀方法工序較復(fù)雜，適用于工作面較長，頂板較穩(wěn)定的工作條件。 圖8-3 端部斜切進刀法 2．中部斜切法（半工作面法） 圖8-4 中部斜切進刀法 利用采煤機在工作面中
9、部斜切進刀稱之中部斜切法。如圖8-4所示， 其操作過程如下： （1）開始時工作面是直的，輸送機在工作面中部彎曲（圖a）；采煤機在下順槽將滾筒1升起，待滾筒2割完殘留煤后快速上行到工作面中部，裝凈上一刀留下的浮煤，并逐步使?jié)L筒斜切入煤壁（圖a中虛線）；然后轉(zhuǎn)入正常割煤，直到上順槽；再翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒下降割殘留煤，同時將下部輸送機移直，這時，工作面是彎的，輸送機是直的（圖b）。 （2）將滾筒2升起，機器下行割掉殘留煤后即快速移到中部，逐步使?jié)L筒切入煤壁（圖b虛線），轉(zhuǎn)而正常割煤，直到下順槽；再翻轉(zhuǎn)擋煤板，并將滾筒2下降，即完成了一次進刀；然后將上部輸送機逐段前移成圖c所示，即又恢復(fù)到工作面
10、是直的，輸送機是彎的位置。 （3）將滾筒1上升，機器又快速移到工作面中部，又開始新的斜切進刀，重復(fù)上述過程。 這種進刀法的特點是：每進二刀只改變牽引方向四次，故工序比較簡單，省時間；采煤機快速移動時可以裝凈上次進刀留下的浮煤，故裝煤效果好；采煤機割煤時，輸送機頭處于不移動狀態(tài)，且有一半時間完全呈直線，故能提高輸送機的壽命。 中部斜切進刀法適用于工作面較短，煤片幫嚴重的煤層條件。 3．正切進刀法（鉆入法）圖8-5 正切進刀法 正切進刀法是在工作面兩端用千斤頂將輸送機及其上面的采煤機滾筒推向煤壁，利用滾筒端盤面上的截齒鉆入煤壁，以實現(xiàn)進刀。正切進刀法的操作過程如下（圖8-5）：
11、（1）當采煤機割到工作面一端后（圖a），放下上滾筒，返回割一個機身長的底部煤，則工作面如圖b所示。 （2）開動滾筒，并靠推移千斤頂將輸送機連同采煤機強行推入煤壁。為便于鉆入，在推溜同時將采煤機在1m距離內(nèi)往復(fù)牽引，直到鉆入一個截深（圖c）。 （3）滾筒切入后，變換前后滾筒高度，割去端面殘余煤，再轉(zhuǎn)入正常割煤狀態(tài)。 正切法的優(yōu)點是工作面空頂面積小，切入時間短，可提高工效。但此法只適用于有門式擋煤板或無擋煤板的采煤機，且千斤頂推力要大，要求輸送機、采煤機搖臂強度高。因此，一般采用較少。 四 刨煤機圖8-6 刨煤機 1-煤刨；2-工作面輸送機； 3-推移千斤頂；4-牽引鏈；5-鏈輪；
12、 6-煤刨傳動裝置；7-輸送機傳動裝置 刨煤機是一種截深淺而牽引速度快的采煤機械，與工作面輸送機配合，可實現(xiàn)工作面落煤，裝煤和運煤的機械化。如圖8-6所示，刨煤機主要由煤刨1、傳動裝置6、牽引機構(gòu)（鏈輪5和牽引鏈4）和電氣控制裝置組成。煤刨的刨頭上安裝若干刨刀，其掌板兩端與牽引鏈連接，牽引鏈繞過兩端鏈輪形成無極鏈，鏈輪轉(zhuǎn)動后，通過牽引鏈拖動煤刨沿工作面輸送機槽運行，刨刀則將一定厚度的煤（30mm～100mm）破落下來，并由煤刨上的犁板將煤裝入輸送機槽內(nèi)，隨著煤刨的運行，推移裝置將輸送機推向新的煤壁。煤刨運行到工作面端頭后，由行程控制器使之停止牽引。電動機反轉(zhuǎn)時，鏈輪通過牽引鏈拖動煤刨反方
13、向運行進入下一刀刨煤作業(yè)。 上述刨煤機，由于刨頭上的所有刨刀幾乎同時截割煤壁，每把刨刀基本上都處于封閉截割狀態(tài)，以及刨煤機在工作面需往返換向采煤，只能開采松軟的煤層，并且限制了工作面單產(chǎn)和勞動生產(chǎn)率的提高。 新型的刨削式采煤機械——連續(xù)長壁采煤機（英文縮寫CLM），將采、裝、運功能集于一體，并且采取了合理的截割力分配原理和定向連續(xù)的采煤工作方式，在解決上述問題中取得了突破性的進展。如圖8-7所示，連續(xù)長壁采煤機由機頭和機尾的傳動裝置2、4，煤刨3、7，輸送機8，圓環(huán)鏈6，控制系統(tǒng)和推移系統(tǒng)等組成。 圖8-7 連續(xù)長壁采煤機的工作原理 1-轉(zhuǎn)載機；2、4-傳動裝置；3、7-煤刨；5、9
14、-導向體與斜置鏈輪；6-圓環(huán)鏈；8-輸送機 圓環(huán)鏈水平封閉鋪設(shè)，上面裝有刮板和2組煤刨，每組煤刨由若干刨頭組成（圖中為5個），個數(shù)依煤質(zhì)條件而定。2組煤刨的位置相差180o當一組在煤壁刨煤時，另一組在槽中運行。圓環(huán)鏈離開溜槽轉(zhuǎn)入煤壁側(cè)運行時，刨頭和刮板需由水平位置轉(zhuǎn)為垂直位置，通過具有空間曲線形狀的導向體和斜置鏈輪的特殊組合，可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)向并避免圓環(huán)鏈扭曲。 工作時，轉(zhuǎn)入煤壁側(cè)運行的煤刨實現(xiàn)采煤作業(yè)，首先由最前面的刨頭掏槽，后面的刨頭則在前面刨頭開出的截槽兩側(cè)截割，最后一個刨頭上安裝頂?shù)逗偷椎叮酝瓿烧麄€煤層厚度的截割，破碎下來的煤由安裝在刨頭上的鏟斗裝入輸送機。當煤壁側(cè)煤刨的最后一個刨
15、頭離開煤壁轉(zhuǎn)入輸送機時，位于輸送機中的煤刨的第一個刨頭剛好轉(zhuǎn)入煤壁側(cè)，從而實現(xiàn)了由下向上運行的定向連續(xù)采煤。 連續(xù)長壁采煤機適用于在硬而韌的薄煤層中使用，并能提高工作面單產(chǎn)和勞動生產(chǎn)率以及增加工作面長度。 第二節(jié) 滾筒式采煤機 一、采煤機的組成 現(xiàn)以雙滾筒采煤機為例，說明其組成。如圖8-8所示，主要由電動機、截割部、行走部和附屬裝置等組成。 電動機l是滾筒采煤機的動力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動兩個截割部和行走部。采煤機的電動機都是防爆的，而且通常采用定子水冷，以縮小電動機的尺寸。行走部2通過其主動鏈輪與固定在工作面刮板輸送機兩端的牽引鏈相嚙合，使
16、采煤機沿工作面移動。因此，行走部即是采煤機的行走機構(gòu)。左、右截割部固定減速箱4將電動機的動力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂5內(nèi)的齒輪，驅(qū)動滾筒6旋轉(zhuǎn)。滾筒是采煤機落煤和裝煤的工作機構(gòu)，滾筒上焊有端盤和螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機中。為提高采煤機的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來回翻180°。底托架8是固定和承托整個采煤機的底架，通過其下部的四個滑靴9將采煤機騎在刮板輸送機的槽幫上，其中采空區(qū)側(cè)兩個滑靴套在輸送機的導向管上，以保證采煤機的可靠導向。 圖8-8 雙滾筒采煤機 1-電動機；2-行走部；3-牽引鏈；4-截割部固定減速箱；5-
17、搖臂；6-滾筒；7-弧形擋煤板； 8-底托架；9-滑靴；10-調(diào)高液壓缸；11-調(diào)斜液壓缸；12-拖纜裝置；13-電氣控制箱 底托架內(nèi)的調(diào)高液壓缸10可使搖臂及其滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機的采高。調(diào)斜液壓缸11用于調(diào)整采煤機的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平時的截割要求。電氣控制箱13內(nèi)裝有各種電控元件，用于采煤機的調(diào)速控制、各種保護和故障診斷的控制、狀態(tài)顯示、報警裝置等。 此外，為降低電動機和減速器以及搖臂的溫度，并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機的電纜和水管夾持在拖纜裝置12內(nèi)，并由采煤機拉動在工作面刮板輸送機的電纜槽中卷起或展開。 采煤機可以裝設(shè)滾筒自動調(diào)高
18、系統(tǒng)，利用煤巖界面?zhèn)鞲衅骰蛴洃涰數(shù)装遄兓挠嬎銠C程序來自動調(diào)高，以適應(yīng)項底板變化和滾筒高度變化的一致性。 采煤機裝設(shè)的位置顯示器可以用于采煤機及液壓支架聯(lián)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)根據(jù)采煤機的位置，自動控制液壓支架的各種動作，使采煤機與液壓支架保持合理的步距，做到緊跟快移，以節(jié)省工時，提高生產(chǎn)率。 二、采煤機截割部 采煤機的截割部是由采煤機的工作機構(gòu)和驅(qū)動工作機構(gòu)的減速器所組成的部件。截割部消耗的功率占采煤機裝機總功率的80％～90％。工作機構(gòu)截割性能的好壞、減速器傳動質(zhì)量的好壞，都將直接影響采煤機的生產(chǎn)率、傳動效率、比能耗和使用壽命。生產(chǎn)率高和比能耗低主要體現(xiàn)在截割部。 （一)螺旋滾筒 螺旋滾
19、筒（簡稱滾筒）是采煤機落煤和裝煤的機構(gòu)，對采煤機的工作起決定性作用。螺旋滾筒的主要功能，首先是能適應(yīng)煤層的地質(zhì)條件和先進的采煤方法及回采工藝的要求。螺旋滾筒具有落煤、裝煤、自開工作面切口的功能。 螺旋滾筒最佳截割性能指標是比能耗小，生產(chǎn)率高，塊煤品級好，煤塵小，不引燃瓦斯。在這些指標中，比能耗最小決定著其他指標，因為能耗小伴隨著煤的塊度大、煤塵小、生產(chǎn)率高。螺旋滾筒在性能最佳條件下，工作可靠性也是非常重要的，直接影響著生產(chǎn)率的提高。 螺旋滾筒最主要的優(yōu)點是簡單可靠。主要缺點是煤過于破碎（大于50 mm的塊煤占10％左右），產(chǎn)生的煤塵較大，比能耗較高。 1．螺旋滾筒結(jié)構(gòu) 螺旋滾筒由螺旋葉
20、片1、端盤2、齒座3、噴嘴4、筒轂5及截齒6等部分組成，如圖8-9所示。葉片與端盤焊在筒轂上，筒轂與滾筒軸連接。齒座焊在葉片和端盤上，齒座中固定有用來落煤的截齒。螺旋葉片用來將落下的煤推向輸送機。為防止端盤與煤壁相碰，端圖8-9 螺旋滾筒 1-螺旋葉片；2-端盤；3-齒座； 4-噴嘴；5-筒轂；6-截齒 盤邊緣的截齒向煤壁側(cè)傾斜。由于端盤上的截齒深入煤體，工作條件惡劣，故截距較小，越往煤體外截距越大。端盤上截齒截出的寬度Bｔ≈80～100mm。葉片上裝有進行內(nèi)噴霧用的噴嘴，以降低粉塵含量。噴霧水由噴霧泵站通過回轉(zhuǎn)接頭及滾筒空心軸引入。 截齒是采煤機直接落煤的刀具，截齒的幾何形狀和質(zhì)量
21、直接影響采煤機的工況、能耗、生產(chǎn)率和噸煤成本。對截齒的基本要求是強度高、耐磨損、幾何形狀合理、固定可靠。 采煤機使用的截齒主要有扁截齒和鎬形截齒兩種，如圖8-10所示。 扁截齒［見圖8-10（a）］是沿滾筒徑向安裝在螺旋葉片和端盤的齒座中的，故又稱徑向截齒。這種截齒適用于截割各種硬度的煤，包括堅硬煤和粘性煤。 鎬形截齒［見圖8-10（b）］的刀體安裝方向接近于滾筒的切線，又稱為切向截齒。這種截齒一般在脆性煤和節(jié)理發(fā)達的煤層中具有較好的截割性能。鎬形截齒結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。從原理上講，截煤時截齒可以繞軸線自轉(zhuǎn)而自動磨銳。 截齒刀體的材料一般為40Cr、35CrMnSi、35SiMnV等合
22、金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理獲得足夠的強度和韌性。刀形截齒的端頭鑲有硬質(zhì)合金核或片，鎬形截齒的端頭堆焊硬質(zhì)合金層。硬質(zhì)合金是一種碳化鎢和鈷的合金。碳化鎢硬度極高，耐磨性好，但性質(zhì)脆，承受沖擊載荷的能力差。在碳化鎢中加入適量的鈷，可以提高硬質(zhì)合金的強度和韌性，但硬度稍有降低。截齒上的硬質(zhì)合金常用YG－8C或YG—11C。YG－8C適用于截割軟煤或中硬煤，而YG－11C適用于截割堅硬煤。 圖8-10 截齒及其固定方法 經(jīng)驗證明，改進截齒結(jié)構(gòu)，適當加大截齒長度，增大切屑厚度，可以提高煤的塊度，降低煤塵。近年來出現(xiàn)的新型螺旋滾筒的基本特點如下： （1）滾筒強力化，以適應(yīng)截割堅硬的煤和夾矸。 （2）滾筒配
23、備完善的除塵裝置，提高降塵效率。 （3）廣泛采用棋盤式截齒配置，截割比能耗低，塊煤率高，煤塵小，滾筒軸向力較小。 （4）滾筒筒轂呈錐狀擴散型，裝煤時煤流更暢通，減少裝煤時的二次破碎，與筒轂為圓柱面的滾筒相比，其粉煤率降低15％左右。 2．螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù) 螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：滾筒直徑、寬度（截深）和螺旋葉片參數(shù)等。它們對落煤、裝煤能力都有重要影響，選擇時必須重視。 (1)滾筒的三個直徑 滾筒的三個直徑是指滾筒直徑D、螺旋葉片外線直徑Dy及筒轂直徑Dg（見圖8－2－2）。 滾筒直徑D是指截齒齒尖處的直徑。目前采煤機的滾筒直徑都在0.65～2.6 m范圍內(nèi)。我國規(guī)定的滾筒直徑系
24、列為0.50，0.55，0.60，0.70，0.75，0.80，0.85，0.90，0.95，1.00，1.10，1.25，1.40，1.60，1.80，2.00，2.30和2.60（單位：m）。滾筒直徑應(yīng)根據(jù)煤層厚度（或采高）來選擇。 (2)滾筒寬度 滾筒寬度B是滾筒邊緣到端盤最外側(cè)截齒齒尖的距離。一般滾筒的實際截深小于滾筒的結(jié)構(gòu)寬度。為有效利用煤的壓張效應(yīng)，減小截深是有利的。但截深太小，則對采煤機生產(chǎn)率有影響。目前，采煤機常用截深為0.8m。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，也有加大截深到1.0～1.2m的趨勢。 (3)螺旋葉片參數(shù) 螺旋葉片參數(shù)包括螺旋升角、螺距、葉片頭數(shù)以及葉片在筒轂上的包角
25、，它們對落煤、特別是裝煤能力有很大影響。
螺旋葉片頭數(shù)主要是按截割參數(shù)的要求確定的，對裝煤效果影響不大。直徑D<1.25m的滾筒一般用雙頭，1.25
26、示截齒的位置坐標。圓圈表示0°截齒的位置，黑點表示安裝角不等于0°的截齒。截齒向煤壁傾斜為正方向，向采空區(qū)傾斜為負方向。葉片上截齒按螺旋線排列，屬順序式截槽。滾筒端盤截齒排列較密，為減少端盤與煤壁的摩擦損失，截齒傾斜安裝屬順序式配置，其方向與葉片上截齒排列的方向相反。緊靠被截煤壁的截齒傾角最大，屬半封閉式截槽?？坷镞叺拿罕谔庬敯鍓簭埿?yīng)弱，截割阻力較大，為了避免截齒受力過大，減輕截齒過早磨損，端盤截齒配置的截線應(yīng)加密，截齒應(yīng)加多。端盤截齒一般為滾筒總截齒數(shù)的一半左右，端盤消耗功率一般約占滾筒總功率的1／3。 4．螺旋滾筒的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 (1)滾筒的轉(zhuǎn)向 圖8-12 雙滾筒采煤機的滾筒轉(zhuǎn)向
27、 為向輸送機運煤，滾筒的轉(zhuǎn)向必須與滾筒的螺旋方向相一致。對逆時針方向旋轉(zhuǎn)（站在采空區(qū)例看滾筒）的滾筒，葉片應(yīng)為左旋；順時針方向旋轉(zhuǎn)的滾筒，葉片應(yīng)為右旋。即通常所說的“左轉(zhuǎn)左旋，右轉(zhuǎn)右旋”。 采煤機在往返采煤的過程中，滾筒的轉(zhuǎn)向不能改變，從而有兩種情況：截齒截割方向與碎煤下落方向相同時，稱為順轉(zhuǎn)；截齒截割方向與碎煤下落方向相反時，稱為逆轉(zhuǎn)。 圖8-13 切削深度變化 雙滾筒采煤機的滾筒轉(zhuǎn)向如圖8-12所示。當滾筒直徑較大時，兩個滾筒的轉(zhuǎn)向一般采用反向?qū)L［見圖8-12（a）］，此種方式裝煤效果好，滾筒不向司機甩煤。當滾筒直徑較小時，滾筒轉(zhuǎn)向正向?qū)L［見圖（8-12b）］，這時不經(jīng)搖臂下
28、面裝煤，有利于提高裝煤效率。 單滾筒采煤機，一般在左工作面用右螺旋滾筒，在右工作面用左螺旋滾筒。因此，當滾筒截割底部煤時，滾筒轉(zhuǎn)向總是順著碎煤下落的方向。截割下的煤通過滾筒下邊運向輸送機，運程較長，煤被重復(fù)破碎的可能性較大，但不受搖臂限制。 (2)滾筒的轉(zhuǎn)速 若采煤機滾筒以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，同時以牽引速度vq向前推進（見圖8-13），截齒切下的煤屑呈月牙形，其厚度從0~hmax變化，而且 cm (8-1) 式
29、中 vq——牽引速度，m／min； ——滾筒轉(zhuǎn)速，r／min； m——同一截線上的截齒數(shù)。 當滾筒直徑和轉(zhuǎn)速已知時，滾筒截割速度為 m/s (8-2) 式中 D——滾筒直徑，m。 由式（8-1）可見，當m一定時，切削深度與牽引速度成正比，與滾筒轉(zhuǎn)速成反比，即滾筒轉(zhuǎn)速愈高，煤的塊度愈小，并造成煤塵飛揚。滾筒轉(zhuǎn)速確定得適當，大塊煤產(chǎn)出率和裝煤效率能同時提高。大多數(shù)中厚煤層采煤機滾筒轉(zhuǎn)速在 30～40 r／min范圍內(nèi)較好。厚煤層采煤機滾筒直徑大于 1800～2 000 m
30、m時，轉(zhuǎn)速可低至 20～30r/min。當截割速度超過 3 m／s時，截齒摩擦發(fā)火的可能性增加，所以厚煤層采煤機降低滾筒轉(zhuǎn)速尤為重要。 對于薄煤層采煤機的小直徑滾筒來說，由于葉片高度低，滾筒內(nèi)的運煤空間小，必須加大滾筒轉(zhuǎn)速，以保證采煤機的生產(chǎn)率。小直徑滾筒的轉(zhuǎn)速可達 80～120 r／min。 (二)截割部傳動裝置 截割部傳動裝置的作用是將電動機的動力傳遞到滾筒上，以滿足滾筒工作的需要。同時，傳動裝置還應(yīng)適應(yīng)滾筒調(diào)高的要求，使?jié)L筒保持適當?shù)墓ぷ鞲叨取Ｓ捎诮馗钕牟擅簷C總功率的80％～90％，因此要求截割部傳動裝置具有高的強度、剛度和可靠性，并具有良好的潤滑密封、散熱條件和高的傳動效率。對
31、于單滾筒采煤機，還應(yīng)使傳動裝置能適應(yīng)左、右工作面的要求。 截割部減速器一般分為固定減速器和搖臂減速器。當截割電動機橫向布置時，電動機與搖臂減速器直接相連，即沒有固定減速器。當截割電動機縱向布置時，則兩個減速器都有，固定減速器內(nèi)有一對圓錐齒輪，以實現(xiàn)兩軸的相交傳動。 1．傳動方式 采煤機截割部都采用齒輪傳動，常見的傳動方式有以下幾種： （1）電動機-固定減速器-搖臂-滾筒。這種傳動方式應(yīng)用較多，其特點是傳動簡單，搖臂從固定減速器端部伸出（稱為端面搖臂），支撐可靠，強度和剛度好，但搖臂下降位置受輸送機限制，挖底量較小。 （2）電動機-固定減速器-搖臂-行星齒輪傳動-滾筒。這種傳動方式是在
32、滾筒內(nèi)安裝行星齒輪傳動，故可使前幾級傳動比減小，簡化了傳動系統(tǒng)，并使本級（行星齒輪）傳動的齒輪模數(shù)減小。由于滾筒內(nèi)裝行星齒輪，傳動后使筒轂尺寸增加，因而這種傳動方式適合于在中厚煤層以上工作的大直徑滾筒采煤機。大部分液壓牽引采煤機都采用這種傳動方式。這時，搖臂從固定減速器側(cè)面伸出（稱為側(cè)面搖臂），故可獲得較大的挖底量。 以上兩種傳動方式中都采用搖臂調(diào)高，以獲得較好的調(diào)高性能。但由于搖臂內(nèi)齒輪較多，要增加調(diào)高范圍，必須增加惰輪數(shù)。由于滾筒受力大，搖臂及與固定減速器的支承就成為采煤機的薄弱環(huán)節(jié)，所以設(shè)計時應(yīng)盡可能加大支撐距離，并保證搖臂的強度和剛度。 （3）電動機-減速器-滾筒。這種傳動方式取
33、消了搖臂，而靠電動機、減速器和滾筒組成的截割部來調(diào)高，使齒輪數(shù)大大減少，機體的強度和剛度增大，且可獲得較大的調(diào)高范圍，還可使采煤機機身長度大大縮短，有利于采煤機開切口等工作。 （4）電動機-搖臂-行星齒輪傳動-滾筒。這種傳動方式采用了縱向出軸的單獨電動機，使電動機軸與滾筒軸平行，因而取消了承載大、易損壞的錐齒輪，使截割部更為簡單。采用這種傳動方式可獲得較大的調(diào)高范圍，并使采煤機機身長度進一步縮短。電牽引采煤機多采用這種傳動方式。 2．傳動特點。 截割部傳動裝置具有以下特點： （1）采煤機的電動機都用四級電機，其輸出軸轉(zhuǎn)速為1 460 r／min左右，而滾筒轉(zhuǎn)速一般為30～50r/min
34、，因此截割部總傳動比為30～50，通常采用3～4級齒輪減速。由于采煤機機身高度受到嚴格限制，所以各級傳動比不能平均分配，一般前級傳動比較大，而后逐級減小，以保持尺寸均勻。各圓柱、圓錐齒輪的傳動比一般不大于3～4。當末級采用行星齒輪傳動時，其傳動比可達5～6。 （2）采煤機電動機輸出軸與滾筒輪垂直時，傳動裝置中必須裝有圓錐齒輪。為減小傳遞的轉(zhuǎn)矩和便于加工，圓錐齒輪應(yīng)放在高速級（第一級或第二級），并采用弧齒圓錐齒輪。應(yīng)當注意的是，弧齒圓錐齒輪的軸向力應(yīng)使兩齒輪推開，以增大齒側(cè)間隙，避免輪齒楔緊造成損壞?；↓X圓錐齒輪的軸向力方向取決于齒輪轉(zhuǎn)向和螺旋線方向。 （3）在采煤機電動機除驅(qū)動截割部外還要
35、驅(qū)動行走部時，截割部傳動系統(tǒng)中必須設(shè)置離合器，使采煤機在調(diào)動或檢修時將滾筒和電動機脫開。離合器一般放在高速級，以減小尺寸及便于操縱。 （4）為了適應(yīng)不同煤質(zhì)的要求，滾筒有兩種以上轉(zhuǎn)速，因此截割部應(yīng)有變速齒輪。沒有變速齒輪時，應(yīng)當設(shè)置變換齒輪，以獲得兩種以上轉(zhuǎn)速。 （5）采用搖臂調(diào)高是最常用的方法。為使搖臂長度符合要求，搖臂內(nèi)含有多個惰輪，通?？梢砸患墱p速。少數(shù)采煤機的搖臂齒輪可以兩級減速。 （6）由于行星齒輪傳動為多齒嚙合，傳動比大，效率高，可減小齒輪模數(shù)，故末級采用行星齒輪傳動可簡化前幾級傳動。 （7）采煤機齒輪大多經(jīng)過變位修正，故齒輪齒數(shù)較少，可達11～13。但在結(jié)構(gòu)允許且齒輪節(jié)圓
36、圓周速度不超過 10m／s時，采用較多齒數(shù)有利于傳動平穩(wěn)性。 (三)截割部的潤滑 采煤機截割部因傳遞的功率大而發(fā)熱嚴重，其殼體溫度可高達100℃，因此截割部傳動裝置的潤滑十分重要。 減速器中最常用的潤滑方式是飛濺潤滑。隨著現(xiàn)代采煤機功率的加大，采用強迫方式的潤滑也日漸增多，即用專門的潤滑泵將潤滑油供應(yīng)到各個潤滑點上。 飛濺潤滑是將一部分傳動零件浸在油池內(nèi)，靠它們向其他零件供油和濺油，同時油被甩到箱壁上，以利散熱，并使軸承獲得必要的飛濺潤滑。油面位置應(yīng)使齒輪副的大齒輪浸在油中l(wèi)／3～1／4直徑。減速器中的軸布置在同一水平或接近同一水平時，飛濺潤滑具有良好的效果。 設(shè)計減速器結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考
37、慮到采煤機經(jīng)常處于傾斜狀態(tài)下工作，所以必須保證能自然潤滑。在傾斜狀態(tài)下，由于潤滑油積聚在低處，高處傳動零件潤滑不好，因此應(yīng)避免油池太長，或人為地將油池分隔成幾個獨立油池，以保證自然潤滑。 采煤機搖臂齒輪的潤滑具有特殊性，它不僅承載重、沖擊大，而且截割頂煤或底部煤時，搖臂中的潤滑油集中在一端，使其他部位的齒輪得不到潤滑，因此在采煤機操作中一般規(guī)定：滾筒截割頂煤或挖底時，工作一段時間后，應(yīng)停止牽引，將搖臂下降或放平，使搖臂內(nèi)全部齒輪都得到潤滑后再工作。 根據(jù)采煤機截割部減速器和搖臂的承載特點，大都采用150～460cSt（40°C）的極壓（工業(yè)）齒輪油作為潤滑油，其中以N220和N320硫磷型
38、極壓齒輪油用得最多。 三、采煤機行走部 行走部又稱牽引部，是采煤機的重要組成部分。它不僅擔負著采煤機工作時的移動和非工作時的調(diào)動，而且牽引速度的大小對整機的生產(chǎn)率和工作性能產(chǎn)生很大影響。 行走部包括行走（牽引）機構(gòu)和驅(qū)動裝置兩部分。行走（牽引）機構(gòu)是直接移動機器的裝置，它分為鋼絲繩牽引、鏈牽引及無鏈牽引幾種。驅(qū)動裝置用來驅(qū)動牽引機構(gòu)，并實現(xiàn)牽引速度的調(diào)節(jié)。按傳動類型有機械傳動、液壓傳動和電傳動，分別稱為機械牽引、液壓牽引和電牽引。傳動裝置位于采煤機上的稱為內(nèi)牽引，位于工作面兩端的稱為外牽引。大部分采煤機都采用內(nèi)牽引，只有在某些薄煤層采煤機中，為了充分利用電動機功率來割煤并縮短機身，才采用
39、外牽引。隨著高產(chǎn)高效工作面的出現(xiàn)以及采煤機功率的增大，同時為了使工作面更加安全可靠，無鏈牽引機構(gòu)已逐漸取代了鏈牽引。 (一)對行走部的基本要求 為了滿足高產(chǎn)高效的要求，對采煤機行走部的性能有如下要求： （1）牽引力大； （2）傳動比大； （3）能實現(xiàn)無級調(diào)速； （4）不受滾筒轉(zhuǎn)向的影響； （5）能實現(xiàn)正反向牽引和停止牽引； （6）有完善可靠的安全保護； （7）操作方便。 (二)采煤機的牽引機構(gòu) 采煤機的牽引機構(gòu)有鋼絲繩牽引、鏈牽引、無鏈牽引三種形式。鋼絲繩牽引的牽引力小，易發(fā)生斷繩事故，并且斷裂后不易重新連接，故這種牽引機構(gòu)已被淘汰。目前液壓牽引采煤機上廣泛使用的是鏈牽引
40、，電牽引采煤機都采用無鏈牽引。 1．鏈牽引機構(gòu) 鏈牽引的工作原理如圖8-14所示，牽引鏈3繞過主動鏈輪1和導向鏈輪2，兩端分別固定在輸送機上、下機頭的拉緊裝置4上。當行走部的主動鏈輪轉(zhuǎn)動時，通過牽引鏈與主動鏈輪嚙合驅(qū)動采煤機沿工作面移動。 當主動鏈輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，牽引鏈從右段繞入，這時左段鏈為松邊，其拉力為P1，右段鏈為緊邊，拉力為P2，因而作用于采煤機上的牽引力為 P=P2－P1 圖8-14 鏈牽引的工作原理 1-主動鏈輪；2-導向鏈輪；3-牽引鏈輪；4-拉緊裝置 采煤機在此力作用下，克服阻力而向右
41、移動；反之，當主動鏈輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，則采煤機向左移動。 圖8-15 礦用圓環(huán)鏈和鏈接頭 1-半圓環(huán)；2-限位塊；3-彈簧插銷 根據(jù)鏈輪的安裝位置不同，有立式鏈輪和水平鏈輪兩種。立式鏈輪吐鏈方便，而水平鏈輪的牽引鏈容易堆積，造成牽引鏈在鏈輪處被卡死；另外，冒落的矸石也容易進入水平鏈輪，產(chǎn)生嚴重磨損和脫鏈現(xiàn)象。因此，在中厚煤層采煤機上，廣泛采用立式鏈輪布置形式。 鏈牽引機構(gòu)的組成包括礦用圓環(huán)鏈、鏈輪、鏈接頭和緊鏈裝置等。 (1)礦用圓環(huán)鏈和鏈接頭 采煤機和刨煤機的牽引鏈都采用高強度礦用圓環(huán)鏈［見圖8-15（a）］，它是用23MnCrNiMo。優(yōu)質(zhì)合金鋼經(jīng)編鏈成形后焊接而成的。圓環(huán)
42、鏈已標準化，GB／T 12718一91《礦用高強度圓環(huán)鏈》對圓環(huán)鏈的形式、基本參數(shù)和尺寸、技術(shù)要求、試驗方法等都做了規(guī)定。 為了制造和運輸方便，圓環(huán)鏈一般做成適當長度、由奇數(shù)個鏈環(huán)組成的鏈段，以便于運輸，使用時將這些鏈段用鏈接頭接成所需長度。處理斷鏈事故時也需用鏈接頭連接。 對鏈接頭的要求是，外形尺寸與圓環(huán)鏈相差不多，強度不低于鏈環(huán)，裝拆方便，運行中不會自行脫開。鏈接頭用65Mn等優(yōu)質(zhì)鋼制作，并經(jīng)嚴格的質(zhì)量檢驗。 (2)鏈輪 圓環(huán)鏈鏈輪的幾何形狀比較復(fù)雜，其形狀和制造質(zhì)量對于鏈環(huán)和鏈輪的嚙合影響很大。鏈輪形狀不正確會啃壞鏈環(huán)，加劇鏈環(huán)和鏈輪的磨損，或者使鏈環(huán)不能與輪齒正確嚙合而掉鏈。
43、 鏈輪通常用ZG35CrMnSi鑄造，齒面淬火硬度為HRC45～50。如果改為鍛造，齒形部分模鍛或電解加工，可以大大提高使用壽命。 圓環(huán)鏈纏繞到鏈輪上后，平環(huán)鏈棒料中心所在的圓稱為節(jié)圓（其直徑為D0），各中心點的連線在節(jié)圓內(nèi)構(gòu)成了一個內(nèi)接多邊形。若鏈輪齒數(shù)為Z，則內(nèi)接多邊形的邊數(shù)為2Z，邊長分別為（t+d）和（t-d），如圖8-16所示。因此鏈輪旋轉(zhuǎn)一周，繞入的圓環(huán)鏈長度為Z（t+d）+Z（t-d）= 2 Zt，所以采煤機的平均牽引速度為 m/min (8-3) 式中 vq——牽引速度，m／min； Z——鏈輪齒數(shù)；
44、 t——圓環(huán)鏈節(jié)距，mm； ns——鏈輪轉(zhuǎn)速，r／min。 圖8-16 鏈輪及其鏈速變化 鏈牽引的缺點是牽引速度不均勻，致使采煤機負載不平穩(wěn)。牽引速度的變化如圖［8-16（b）］所示，齒數(shù)越少，速度波動越大。主動鏈輪的齒數(shù)一般為5～8。 (3)牽引鏈的固定與張緊 通常，牽引鏈通過緊鏈裝置固定在輸送機兩端。緊鏈裝置產(chǎn)生的初拉力可使牽引鏈拉緊，并可緩和因緊邊轉(zhuǎn)移到松邊時彈性收縮而增大緊邊的張力。目前，采煤機的牽引鏈緊鏈裝置主要有彈簧緊鏈裝置和液壓緊鏈裝置。 液壓緊鏈裝置的工作原理如圖8-17所示。牽引鏈1繞過導向鏈輪2，通過連接環(huán)圖8-17 液壓緊鏈裝置原理圖
45、 1-牽引鏈；2-導向鏈輪；3-液壓缸；4-截止閥；5-減壓閥；6-單向閥；7-安全閥 和液壓缸3連接。如果采煤機由右向左開始工作，這時左端牽引鏈的張緊力使左端拉緊裝置的安全閥7大大超過調(diào)定值，使液壓缸全部縮回，而采煤機右端牽引鏈的預(yù)緊力（初 張力）由定壓減壓閥6的調(diào)定壓力值來決定，并使右端拉緊裝置的液壓缸活塞桿伸出。當采煤機繼續(xù)向左端牽引時，將使非工作邊張力逐漸增加，當右端液壓缸的壓力值增加到安全閥的調(diào)定值時，安全閥動作，液壓缸收縮，導向鏈輪2左移，用液壓缸的行程補償牽引鏈的彈性收縮，從而限制了非工作邊張力的增加。 液壓緊鏈裝置的優(yōu)點是非工作邊能保持恒定的張力，其初張力（預(yù)緊力）的大
46、小由定壓減壓閥的調(diào)定值決定。在工作過程中非工作邊的張力大小由安全閥的整定值決定。 彈性伸長量的存在，使采煤機移動時產(chǎn)生振動，其最大振幅可達5 0～8 0 mm，引起切屑斷面的急劇變化，從而導致采煤機載荷發(fā)生大的變化，使零部件承受較大的動載荷，這是鏈牽引的最大缺點。因此，近年來廣泛使用了無鏈牽引的采煤機。 2．無鏈牽引機構(gòu) 隨著采煤機向強力化、重型化及大傾角方向發(fā)展，其電動機功率已增大到750～1000kW，牽引力已達到600～1000kN。對于這樣大的牽引力，目前使用的圓環(huán)鏈已不能滿足要求，而且牽引鏈一旦斷裂，其儲存的彈性能被釋放，將嚴重危及人身安全。為此，取消了固定在工作面兩端的牽引鏈
47、，而采用了無鏈牽引機構(gòu)。 （1）無鏈牽引的優(yōu)點及應(yīng)注意的問題 無鏈牽引的主要優(yōu)點是： 1）取消了工作面的牽引鏈，消除了斷鏈和跳鏈傷人事故，工作安全可靠； 2）在同一工作面內(nèi)可以同時使用兩臺或多臺采煤機，從而可降低生產(chǎn)成本，提高工作效率； 3）牽引速度的脈動比鏈牽引小得多，使采煤機運行較平穩(wěn)。鏈軌式雖然也是鏈條，但強度余量較大，彈性變形對牽引速度的影響較小； 4）牽引力大，能適應(yīng)大功率采煤機和高產(chǎn)高效的需要； 5）取消了鏈牽引的張緊裝置，使工作面切口縮短。對底板起伏、工作面彎曲、煤層不規(guī)則等的適應(yīng)性增強； 6）適應(yīng)采煤機在大傾角（可達54°）條件下工作，利用制動器還可使采煤機的防
48、滑問題得到解決。 但是，對無鏈牽引，還應(yīng)重視以下幾個問題： 1）必須加強輸送機本身的結(jié)構(gòu)，并在使用和管理中保持其有一定的平直度； 2）齒輪、齒軌或銷軸，不僅在嚙合傳動中傳遞很大的力，而且還起支點的作用，磨損加快，因此，在材質(zhì)和熱處理方面要求較高，在結(jié)構(gòu)上也要求能快速更換； 3）為了適應(yīng)采煤機在推移中水平和垂直方向的傾斜，仍能保證正確的嚙合，在銷軸座或齒軌之間的連接方式上要注意可調(diào)性，同時還要注意溜槽的連接強度。 4）無鏈牽引機構(gòu)使機道寬度增加了約100 mm，所以提高了對支架控頂能力的要求。 （2）無鏈牽引機構(gòu)的類型 無鏈牽引機構(gòu)的類型很多，主要有以下幾種： 1）齒軌式
49、無鏈牽引機構(gòu) 齒軌式無鏈牽引機構(gòu)的原理是采用齒輪齒軌的嚙合傳動原理。為了適應(yīng)采煤機牽引力大的要求，齒軌的模數(shù)很大，一般為40～60mm。 齒軌式無鏈牽引機構(gòu)分為滾輪-齒軌式和齒輪-齒軌式無鏈牽引機構(gòu)兩種類型。 圖8-18 滾輪-齒軌式無鏈牽引機構(gòu) 滾輪-齒軌式（又稱銷輪齒軌式）無鏈牽引機構(gòu)如圖8-18所示。其齒軌安裝在采空側(cè)的輸送機擋煤板上。其齒軌分為長齒軌和短齒軌兩種形式。長齒軌固定在輸送機擋煤板上，隨溜槽一起彎曲。短齒軌又稱調(diào)節(jié)齒軌，活裝在兩節(jié)長齒軌之間。長齒軌兩端各有一個橢圓形孔，短齒軌兩端的銷軸裝在此孔中。這種結(jié)構(gòu)形式既保證了中部溜槽彎曲的要求，又限制
50、了齒軌的彎曲角度，有利于保證滾輪與齒軌的嚙合特性。這種無鏈牽引系統(tǒng)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造和維修的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。 齒輪-齒軌式無鏈牽引機構(gòu)的齒軌位于煤壁側(cè)的鏟煤板上，與鏟煤板焊接在一起，既是輸送機鏟煤板，又是無鏈牽引的嚙合齒軌。這種無鏈牽引機構(gòu)通常與爬底板式采煤機配套。其特點是結(jié)構(gòu)高度低，適用于薄煤層，但制造困難，無調(diào)節(jié)短齒軌，對輸送彎曲度適應(yīng)性較差。 2）銷軌式無鏈牽引機構(gòu) 銷軌式無鏈牽引機構(gòu)分為齒輪-銷軌式和鏈條-銷軌式兩種類型。 齒輪一銷軌式無鏈牽引機構(gòu)如圖8-19所示，它是通過驅(qū)動齒輪經(jīng)齒軌輪與鋪設(shè)在輸送機溜槽上的圓柱銷排式齒軌相嚙合而使采煤機
51、移動的。銷軌由兩側(cè)板固定，齒軌輪不會脫軌，剛性也好；銷軌長度是溜槽長度的l／2，銷軌接口與溜槽接口相互錯開，一節(jié)固定在擋煤板的軌座上，另一節(jié)活裝在開有長孔的軌座上。這樣當溜槽在垂直方向彎曲角時，銷軌間只彎曲／2。這種銷軌結(jié)構(gòu)簡單，傳動性較好，在我國使用比較廣泛。 圖8-19空、