滚筒式采煤机的摇臂设计毕业论文.doc
53页
. 滚筒式采煤机的摇臂设计毕业论文第1章 绪 论1.1 问题的提出现代采煤机都采用螺旋滚筒,兼有破煤和装煤两种功能滚筒安装在机械传动装置的输出轴上,机械传动装置把动力传递给螺旋滚筒滚筒采煤机还需具有随时调整滚筒截割高度〔又称调高〕的功能,以适应煤层厚度的变化及底板的起伏,这是通过摇臂来完成的摇臂是采煤机的重要组成部分,从最初的截割部与摇臂作为一个整体进行调高到后来的两者分开摇臂也随着采煤机的发展不断的进化本文就是要设计一种采煤机的摇臂,采用电动机轴与滚筒轴平行布置,电动机放置在固定箱中使摇臂调高时轴所承受的力减小,使摇臂的占地面积减小重量减轻可通过增加惰轮来增加摇臂的长度来达到调高的目的电动机单独放置便于维修,各机械传动系统各自独立1.2 设计的目的及意义早期的滚筒采煤机主要存在两个问题：⑴截煤滚筒的安装高度不能再使用中调整〔即所谓的固定滚筒〕对煤层厚度及变化的适应性能差⑵截煤滚筒的装煤效果不佳〔即所谓的圆形滚筒〕,限制了采煤机生产率的提高上述情况的发生会导致采煤机的采高适应性不好或影响采煤机滚筒的转速及载荷要求。
因此若使采煤机有高的生产效率,必须使滚筒采煤机摇臂结构更加合理我国经济发展对煤炭的需求量逐年增加,良好的采煤设备对于提高煤炭的生产率起到非常关键的作用目前,煤矿生产的安全性要求日益受到国家安全生产管理局的重视因此,大力发展"综采设备"是当前和今后的主流设计和生产经济合理的滚筒采煤机不但保证煤炭生产率,而且保证安全生产的重要方面设计的目的是通过设计熟悉采煤机摇臂的结构,掌握采煤机摇臂的设计规律,更好地为煤炭生产服务中厚煤层的煤炭储量占80%,设计和生产中厚煤层的采煤机很有现实意义此次设计意义是：⑴中型功率采煤机机动性能较好,便于中厚煤层的开采⑵这种采煤机摇臂结构简单,减少了它的尺寸⑶适合目前市场的使用需求1.3 采煤机的发展趋势1.3.1 国外采煤机械的发展趋势20世纪40年代末,美国利诺斯〔LEE-NORSE〕公司首先在装煤机机身上安装了一个可摆动的落煤截割头,实现了割煤、落煤和装煤工序的机械化连续作业,这就形成了采煤机的雏形历经半个多世纪的发展,采煤机已经日臻完善,其采掘工艺也走向成熟,不仅在美国,而且世界许多国家,在房柱式采煤、回收边角煤以及长壁开采的煤巷快速掘进中得到了广泛应用,其单产、单进作业创造出前所未有的水平,为采煤界所公认。
按照落煤机构来划分,采煤机的发展大体经历三个阶段：第一阶段,20世纪40年代,以利诺斯公司的CM28H 型和久益机械制造公司〔JOY MANUFACTURING COMPANY〕的 3JCM型和6CM型为代表的截链式采煤机,主要用于开采煤炭、钾碱矿、铝土矿、页岩以及永冻土等采煤机的生产能力低,且结构复杂,装煤效果差第二阶段,50年代,以久益公司的8CM型为代表的摆动式截割头采煤机,生产能力较高,装煤效果较好,但机器工作时振动大,维护费用高．第三阶段,60 年代至今,滚筒式连续采煤机高速发展,并日趋成熟从80年代开始,随着开采工艺的发展和开采条件的提高,采煤机不断向大功率、多功能、系列化和自动化方向发展,使其适用性和智能性增强,逐渐成为先进产煤大国的主要采煤设备第三代滚筒式连续采煤机,集破煤、落煤、装运、行走、电液系统及辅助装置为一体,达到了很高的制造水平,其中久益公司的12CM型、14CM型及17CM型系列产品代表了当前国际先进水平90年代初期,塔姆洛克奥钢联研制出了集安全、环保和人类工程学于一体的ABM20型带有锚杆机的连续采煤机．20XX久益公司开发的连续采煤机加大了机器的质量和功率,改进了技术性能,使其强度增加,同时提高了运行速度,降低了吨煤成本。
这种采煤机带有故障诊断装置并且具有标准的部件结构,有助于在生产过程中使停工事故降到最低程度20XX美国菲尔奇公司又开发了一种F525型连续采煤机锚杆机,集采、掘、落、装、行、钻眼和支护等功能于一体,使采煤机的应用有了重大突破国外十大煤炭企业中有美国的阿齐煤炭公司〔美国第二大煤炭公司〕、英国的R采矿XX〔欧洲最大的煤炭公司〕和南非的英格威煤炭公司等三家公司使用不同型号的采煤机进行开采,产煤量约占总产量的五分之一以上美国是使用采煤机最多、使用效果最好的国家．全国各大煤炭公司共有2000多台采煤机,其采用短壁机械化采煤法的产量在井工采煤中一直处于领先地位,80年代中期占井工产量的 70%以上近年来,由于长壁综采的发展,采煤机开采的产量有所回落,但 1999 年产煤量为2.21×109t,仍占井工煤炭总产量的53%在美国,采煤机掘进平均班进尺60m,日产煤2000t,有些高产工作面日进尺可达100m,月产量达105t英国井工开采一直以长壁为主,巷道掘进主要靠悬臂式掘进机,但自从 80 年代后期使用连续采煤机开采取得良好的效益以来,用采煤机掘进已经成为英国煤巷掘进的主要方法之一,约占总掘进量的65％。
南非和澳大利亚两国根据各自的煤层地质条件,在传统的房柱式开采基础上成功地开发出了旺格维利和西格玛两种短壁采煤方法,扩大了采煤机的应用范围,提高了资源回收率其中,南非全国约有 230 多台采煤机用于房柱式开采,其产量约占井工总产量的90％德国使用采煤机在海底煤层开采已有 40 多年的历史,效果显著,其中有 5 个工作面一直保持 200 万吨的年产量另外,印度和加拿大等国家使用采煤机进行短壁开采,也取得了很好的经济效益1.3.2 电牵引采煤机发展情况世界第一台直流电牵引<他励>采煤机是由德国艾柯夫公司1976年研制的EDW-150-2L型采煤机该采煤机于1976年5月在德国杜塞尔多夫展出,1976年11月15日在奥地利特里美卡尔姆矿首次试用成功,最高月产33 590t,工作面效率达41.1～48.6t/工；采完一个工作面<产煤150～200万t>才换一次电刷；故障率只是液压牵引采煤机的1/5,一开始就显示出电牵引的优越性I980年5月EDW-450L型电牵引采煤机在德国萨尔矿区恩斯多夫矿使用,平均日产8015t,比原来使用的EDW-300L型液压牵引采煤机的产量高50 ～7O 1980年生产的EDW-450/1000采煤机于1989年在澳大利亚尤兰矿创日产25978t的纪录,1995年8月8日在该矿又创日产34130t的纪录。
美国久益公司于1976年研制出1Is直流<串励>电牵引采煤机实际上久益公司早在1969年首次将直流调速技术用于连续采煤机和梭车以后陆续改进发展为2Is、3Is、4Is系列,1990年生产了6Is大功率采煤机I996年生产的6LS05型采煤机,其截割电动机功率为2×600kW,牵引电动机功率2×70kW ,总装机功率1530kW ,是乖、目前世界上功率最大的采煤机1988年3LS采煤机在美国米梯基矿创造了年平均日产11380t,月平均日产15854t,年产量250万t的世界最高纪录全矿318人<其中职员46人>,全员效率40 t,每班7人,一日三班采煤机可用率95 以上,出煤350万t大修一次4LS采煤机于1989年在美国肯德基州骧溪矿<煤层厚度1．7 m>创年产280万t的世界纪录6LS采煤机于1996年4月在美国西麋鹿矿
1994年塞浦路斯矿业公司的科罗拉多州2O英里矿,ELECTRA1000采煤机创年产408万t商品煤的世界最高纪录,其截煤牵引速度达25m/min1996年8月该矿又刨造了月产精煤893108 t的世界纪录1997年6月EI ECTRA3000<机载变频器>创1 100 401短t<约100万t>的世界纪录前苏联于l977年在井下使用了KIZ8H<2×200,41 kW>直流电牵引采煤机,1982年生产了直流电牵引<串励>KIJ/9采煤机,1987年生产了直流电牵引<他励>PKYH采煤机；1990年井下使用了电牵引采煤机231台,数量是世界上最多的国家近年来电牵引采煤机的使用日趋增多：1991年报导美国电牵引采煤机占采煤机总量的65,德国5l,澳大利亚46；1994年美国98．7,只有1台液压牵引采煤机
1990年我国鸡西煤机械厂生产了MG463DW 型直流电牵引采煤机；1994年XX煤矿机械厂同德国艾柯夫公司合作生产了MXA一380型直流电牵引采煤机,1996年生MXB一880型直流电牵引采煤机XX矿山机器厂从英国安德森公司引进和合作生产了El ECTRA1000型电牵引采煤机在电牵引采煤机的发展中,脒日本外,世界许多国家先是发展直流电牵引采煤机,因直流电牵引技术成熟近年来又逐步发展交流调速的电牵引采煤机直流电牵引技术能满足采煤机牵引特性<恒扭矩一恒功率>的要求,调速平稳,能四象限运行,适应大倾角工作面的运行,系统简单,但存在着火花、炭粉、更换电刷和换向器,过载能力较低以及机身较宽、较长等缺点实际使中性能好、工作可靠、生产率很高交流调速技术发展很快l971年德国西门子公司和美国提出矢量控制,后来德国又提出微机实现矢量控制,从而得到实际应用,达到了直流调速的技术水平,而且价格又呈下降趋势1985年德国Depenbrock教授又提出了转矩直接控制法,其动态性能又优于矢量控制,1989年已研制出样机,取得成功,德国、美国等许多国家已有产品,发展较快因此,交流调速已成为发展方向规模专用集成电路的PWM 模块,微机实现的PWM软件,解决了交流调速PWM 实现的关键技术,使系统简单,体积小,可靠性大大提高,成本也在不断降低。
交流调速在国内外正在代替直流调速,交流伺服系统已成为目前发展的主流方向自日本三井三池制作所于1986年研制出世界第一台MCLE4O0DR6868交流电牵引采煤机以来,相继研制的有日本的DR101101、DR102102；德国的EDW380/400I <1989年5月开始生产>、SL-500<1993年出厂>；英国的EI ECTRA750<1991年3月使用>和EL600；俄罗斯的K88<1991年>；法国的PANDA-E9<1995年>等交流电牵引采煤机我国于1990年起相继研制出MG344-PWD、MG300/680-WD、MG375/830WD等交流电牵引采煤机目前交流调速电牵引采煤机DR102102在日本、美国、中国等国使用5台EL600在英国、澳大利亚、南非、白俄罗斯、波兰等国使用,1996年底共使用l7台1.4 采煤机摇臂结构形式的发展现状摇臂是滚筒采煤机的重要组成部分,它安装在采煤机的两端,分别有两台交流电动机驱动与牵引传动箱铰接,摇臂由左、右之分,但除摇臂壳体、电机护罩、侧户板等外,其余零件均可以互换使用,截割电动机布置在摇臂的尾部,它通过摇臂传动系统减速后将动力传递给截割滚筒,驱动的升降有调高。
