煤矿采掘机电技术员培训讲义.docx

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煤矿采掘机电技术员培训讲义

煤矿采掘机电技术员培训讲义

第一章     采掘机械  

 第二章     运输机械

 第三章     矿井提升设备

 第四章     流体机械

              第一章采掘机械

   采掘机械包括：

采煤机械、回采工作面支护设备、掘进机械。

              第一节 采煤机械

一、采煤机械的种类

     煤矿井下广泛使用的采煤机械有两类：

滚筒式采煤机和刨煤机。

     由于滚筒式采煤机的采高范围大，对各煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，因而得到了广泛应用。

刨煤机要求的煤层地质条件教严，一般适用于煤质较软不粘顶板、顶底板较稳定的薄煤层或中厚煤层，故应用范围较窄。

但是刨煤机机构简单，尤其在薄煤层条件下劳动生产率较高。

     采煤机的分类方法：

主要有按牵引方式分链牵引和无链牵引；按牵引部位分內牵引和外牵引；按牵引传动方式分机械牵引、液压牵引和电牵引。

     采煤机电牵引的实现方式，目前主要有三种:

1、变频器调速；2、开关磁阻调速；3、（电磁）滑差调速。

     变频器调速：

简单说就是改变电动机定子供电频率，而达到调速的目的。

优点：

变频调速技术成熟可靠；调速范围宽；适合多电机拖动系统；控制精度高、系统保护全；交流异步电动机结构简单、运行可靠；效率高节能。

开关磁阻调速：

通过控制器的逻辑电路及功率开关器件，改变施加在磁阻电动机定子绕组上的电压和电流，实现调速和稳速的目的。

改变绕组的通电相序，既可改变电动机的转向，控制激磁电流的大小和通断时间，可以改变转距和转速。

优点：

控制精度高；控制技术新；调速范围宽、较稳定；开关磁阻电动机专用；效率高、节能。

（电磁）滑差调速：

滑差离合器调速系统，国外称VS电机或HC电机，它是由异步电动机、电磁转差离合器、控制装置，并且有松动反馈系统。

异步电动机为原动机以恒速带动电磁离合器电枢转动，通过对电磁离合器励磁电流的控制，来实现对磁极的速度调节的目的。

优点：

控制系统简单；调速器件、滑差离合器结构简单；调速范围略窄；效率低。

我们目前采用的都是变频器调速方式。

二、对采煤机械的一般要求

对采煤机械的要求，是根据工作面的条件和采煤工艺的需求而提出的。

现代采煤机必须满足下列要求：

（1）生产率满足要求。

（2）采煤机工作机构能适应煤层厚度变化；牵引机构能在工作过程中随时根据需要改变牵引速度，应能实现无级调速，以适应煤质硬度的变化，发挥机器的效能。

（3）机身所占空间较小，对薄煤层采煤机尤为重要。

（4）采煤机可拆成几个独立的部件，以便下井和运输，也便于拆装和检修。

（5）所有电气设备都应具有防爆性能，采煤机能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面安全工作。

（6）电动机、传动装置和牵引部应具有超负荷安全保护装置。

（7）具有防滑装置，以防机器沿斜坡自动下滑。

（8）具有内外喷雾灭尘装置。

（9）工作稳定可靠，操作简单方便，操作手把或按钮尽量集中，维护方便。

三、采煤机选型原则

（1）适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数合理，有较大的适用范围。

（2）满足工作面开采生产能力要求，采煤机实际生产能力大于工作面设计生产能力。

（3）采煤机技术性能良好，工作可靠性高，各功能完善。

（4）采煤机使用、检修、维护方便。

四、采煤机的参数

1、采煤机的生产率

（1）理论生产率  它是采煤机的最大生产率，是在所给工作面条件下，以最大参数运行时的生产率，其计算公式为

Qt=60B×H×Vq×ρ    （t/h）

Qt---采煤机理论生产能力   t/h

B---滚筒的有效截深 m

Vq---给定条件下滚筒采煤机最大牵引速度 m/min

H---工作面的平均采高 m

ρ---煤的实体密度，一般为1.3～1.4  t/m3

采煤机的理论生产率是选择采煤机配套的工作面输送机、转载机、皮带输送机生产能力的依据。

一般，工作面输送机的生产率应略大于采煤机的理论生产率。

（2）技术生产率   它是指除去采煤机必要的辅助工作（如调动机器、检查机器、更换截齿、自开缺口等）和排除故障所占用的时间外的生产率。

                     Q=Qt×k1          （t/h）

      K1----与采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一                       般为0.5—0.7.

（3）实际生产率   它是采煤机工作面每小时的实际产量，其计算公 式为  

           Qm=Q×K2      （t/h）

      Qm---采煤机实际生产能力   t/h

     K2----工作面其他配套设备影响、处理顶底板、劳动组织等被迫停机所占用的时间系数，一般为0.6～0.65

采煤机的实际生产率应当满足工作面的日产能力的要求。

也可用工作时间利用系数直接计算采煤机的实际生产能力：

      Qt=60B×H×Vq×ρ×K    （t/h）

 K---工作时间利用系数（要实测）统计资料K=0.3～0.45

2、滚筒直径和截深

滚筒直径是指截齿齿尖的直径。

滚筒直径大小应按煤层厚度来选择。

薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机，滚筒直径按下式选取：

         D=Hmin-（0.1～0.3）    （m）

    Hmin---煤层最小厚度，m；

   （0.1～0.3） ---考虑到割煤后的顶板下沉量，防止滚筒割支架顶梁。

中厚煤层单滚筒采煤机，如果上行割顶部煤，下行割底煤并清理余煤，即往返进一刀，完成一个循环，其滚筒直径为：

              D＝（0.55～0.6）Hmax      （m）

             Hmax----煤层最大厚度。

双滚筒采煤机一般都是一次采全高，滚筒直径应稍大于最大采高的一半。

滚筒直径已系列化：

0.6，0.65，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1，1.25，1.4，1.6，1.8，2.0，2.3，2.6m。

滚筒宽度即截深，是指滚筒外缘到端盘外侧截齿齿尖的距离。

中厚和厚煤层采煤机常用0.6（或0.63）m；薄煤层采煤机为了提高生产率，截深较大，一般为0.75～1.0m。

采煤机的截深应当与液压支架的推移步距相同，与金属铰接顶梁的长度成整倍数。

3、牵引速度、牵引力

4、滚筒转速和转向

滚筒转速高，则切削厚度小，截割能耗大，粉煤量大，煤尘飞扬严重；转速过低则切削厚度增大，受到截齿伸出长度的限制。

一般认为滚筒转速以30～50r/min为宜。

薄煤层采煤机，由于滚筒支架小，装煤效果差，为加快每的排运，滚筒转速较高，一般为60～100r/min。

薄煤层双滚筒采煤机应采用两滚筒正向对滚的旋转方向；中厚和厚煤层双滚筒采煤机两滚筒转向都采用反向对滚的旋转方向。

5、装机功率

采煤机装机功率的大约85％用于截煤和装煤，用在牵引的功率只有一小部分。

为了防止电动机经常处于过载状态，一般电动机都有一定的富余量。

6、采煤机的质量

采煤机的质量太小，会影响机器的稳定性；太大又要增大牵引力。

常用采煤机的质量M（t）与电动机功率N（kw）之间有如下关系:

           M=（0.07～0.1）N       （t） 

                MG250/600-WD1型电牵引采煤机

                           第一章 整机

1.概述

   MG250/600-WD1型电牵引采煤机如图1-1、图1-2所示，是一种多电机驱动，电机横向布置，交流变频调速无链双驱动电牵引采煤机。

总装机功率587.5，机面高度1422.5mm，适用于采高1.30～3.20m，煤层倾角≤40°的中厚煤层综采工作面，要求煤层顶板中等稳定，底板起伏不大，不过于松软，煤质硬或中硬，也能截割一定的矸石夹层。

工作面长度以150～200m为宜。

   该采煤机的电气设备符合矿用防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中使用，并可在海拔不超过2000m、周围介质温度不超过40℃，空气湿度不大于95%（在+25℃时）的情况下可靠地工作。

   该采煤机适用于与相应的液压支架，各种型号工作面运输机配套，实现综合机械化采煤或放顶煤综采。

   采煤机机械传动、液压、冷却喷雾、润滑各系统图见图1-3至图1-6。

2.主要技术特征

（1）适用煤层

         采高范围                  1.30～3.20m

         煤层倾角                   ≤40°

         煤质硬度                  硬或中硬

（2）整机主要参数

         机面高度                  1422.5mm

         滚筒直径           Φ1800mm     Φ2000mm

         最大采高          3200mm         3400mm

         卧 底 量        300mm           400mm

         过煤高度                  688mm

         装机功率              2×250＋2×40＋7.5kW

         摇臂摆动中心距            6046mm

         截      深        630mm      800mm

 （3）电动机:

       截割电机        牵引电机           调高电机

         型 号  YBC－250D2     YBQYS-40（B）         YBC-7.5

         功 率     200kW          40kW               7.5kW

         电 压     1140V           380V              1140V

         转 速    1470r/min       0-2470r/min         1470r/min

         冷却水量  25L/min          18L/min             7L/m 

       冷却水压    1.5Mpa         1.5Mpa         1.5Mpa

   （4）牵引:

        型   式        交流变频调速、电机驱动齿轮销轨式无链牵引

        牵引力          500～300kN

        牵引速度        0～8.3～13.9m/min

        牵引部总减速比  198.94

（5）截割:

        摇臂长度             1950mm

        摇臂摆角             -20.7°～＋31.4°

        总减速比              40.92

        滚筒直径             Φ1800      Φ2000

        滚筒线速度          3.38m/s      3.76m/s

        滚筒转速             35.92r/min

   （6）调高泵箱

        调高泵型号：

   26005-RZA（美国伊顿公司）

        工作压力：

       20MPa（最高压力23Mpa）

        控制油压力：

     2MPa

        理论排量：

       13.8ml/r

        工作转速：

       1470r/min

        滚筒全行程升起时间：

  56s

        滚筒全行程下降时间      34s

 （7）操纵方式:

        中部手控（开停机、停运输机、调速换向）

        两端电控（停机、调速换向、调高）

        无线摇控（停机、调速换向、调高）

   （8）主电缆:

       拖缆方式       自动拖缆

       主电缆规格    二根 UCPQ3×95＋1×25＋4×10

   （9）冷却和喷雾:

       冷 却   各电机、变压器箱、变频器箱、摇臂分别冷却。

       喷 雾      内外喷雾

       供水压力              3.0MPa

       供水流量              250l/min

       供水管直径            Φ32mm

   （10）机器重量:

              45t

3.主要组成部分及工作原理：

MG250/600-WD1型交流电牵引采煤机主要由以下部件组成：

（1）左牵引部

（2）右牵引部（3）左摇臂（4）右摇臂（5）调高泵箱（6）联接框架（7）高压开关箱（8）变频器箱（9）变压器箱（10）行走箱（两件）（11）机身联接件（12）冷却喷雾系统（13）电气外部连接件（14）拖缆装置（15）左、右滚筒（16）各部件电动机

   工作原理及主要结构：

采煤机由老塘侧的两个导向滑靴和煤壁侧的两个平滑靴分别支承在工作面刮板运输机销轨和铲煤板上。

当行走机构的驱动轮转动时，驱动齿轨轮转动，齿轨轮与销轨啮合，采煤机便沿运输机正向或反向牵引移动，滚筒旋转进行落煤和装煤，沿工作面长截割一刀即进尺一个截深，见图1-1,1-2所示。

采煤机由左、右牵引部,电控箱三段组成主机身，该三段主要采用液压拉杠联结，无底托架，机身两端铰接左右摇臂，左、右摇臂的小支臂与调高油缸铰接。

两个行走箱左右对称布置在牵引部的老塘侧，由两台40KW电机分别经左右牵引部减速箱驱动实现双向牵引。

采用销轨式牵引系统，导向滑靴和齿轨轮中心重合骑在运输机销轨上，可保证采煤机不掉道，同时保证齿轨轮和销轨柱销有良好的啮合性能。

   机身中段为一整体联接框架，高压开关箱、变频器箱两个独立的电气部件分别从老塘侧装入联接框架。

 调高泵箱、变压器箱两个独立的部件分别自老塘侧装入左右牵引部的一段

框架内。

   摇臂采用弯摇臂结构形式，左右摇臂输出端采用410x410mm的方形出轴与滚筒联结。

滚筒直径规格可根据煤层厚度选取，建议选用1800mm直径的滚筒。

滚筒叶片和端盘上装有截齿，滚筒旋转时靠截齿落煤，再通过螺旋叶片将煤输送到工作面刮板运输机上。

   机器的操作可以在采煤机中部电控箱上或两端左右牵引部上的按钮箱进行，也可以用无线遥控器控制。

采煤机中部可进行开停机、停运输机、牵引调速换向和调高操作，采煤机两端和无线遥控均可进行停机、牵引调速换向和滚筒的调高操作。

4.结构特点：

   MG250/600-WD1型交流电牵引采煤机采用多电机传动，电机横向布置的总体设计，其结构简单可靠，各大部件之间只有联接关系，没有传动环节，其主要特点如下:

（1）所有电机横向装入每个独立的机箱内，为抽屉式型式，各部件均有独立的动力源，省略了复杂的螺旋伞齿轮传动及过轴系统，各大部件之间无力的传递，故障点、漏油点减少，维护、维修方便。

（2）三个独立的电气箱部件和一个独立的调高泵箱部件分别从老塘侧装入中间联接框架内和左右牵引部的一段框架内，均为抽屉式结构型式，该四个独立部件不受力，拆装运、维修方便。

   （3）机身由三段组成，采用液压拉杠和高强度螺栓联结为一个刚性整体，无底托架，增加了过煤空间高度。

摇臂支承座受到的截割阻力、调高油缸支承座受到的支反力、行走机构的牵引反力均由牵引部箱体承受，省略了传统底托架结构复杂的对接螺栓和地脚螺栓，联结简单可靠、拆装方便。

机身短，对工作面适应性好，通过工作面三机配套，可以方便地调整采煤机总宽度，能适应与各种工作面运输机配套和不同综采工作面的需要。

 （4）采用弯摇臂，加大了装煤空间，摇臂行星头采用四组行星轮结构，齿轮强度和轴承寿命高，行星头外径尺寸小，可配套的滚筒直径范围大。

摇臂设有齿式离合器及扭矩轴机械保护装置，以实现离合滚筒及电机、机械传动系统过载保护。

摇臂行星头油池和摇臂身油池隔离，为两个独立的润滑油池，可以保证滚筒位于任何位置时，行星机构部分都能得到良好的润滑。

同时，在摇臂身中部设置了强迫润滑装置，保证摇臂身中部的齿轮也都能得到良好的润滑。

   （5）调高系统控制液压元部件均集成安装于调高泵箱上平面，液压元件均采用成熟定型的产品，系统简单、管路少、可靠性高。

 （6）采用销轨式无链牵引系统，牵引部与行走箱为两个独立的箱体，煤壁侧的平滑靴采用一支撑板与牵引部机壳联结，与工作面运输机配套性能好，适用范围广。

   （7）牵引电气拖动采用一拖一，即由二台变频器分别拖动二台牵引电机，技术领先。

   （8）电气拖动系统具有四象限运行的能力，采煤机可用于大倾角工作面，并采用电阻能耗制动，简单而可靠。

   （9）采用的水冷式变频器，技术领先、可靠性高、占用空间小。

   （10）采用PLC控制,全中文液晶显示系统，易于熟悉掌握；具有简易智能监测系统，保护齐全、查找故障方便。

   （11）控制系统完备，具有手控、电控、无线遥控多种操作方式，可以在采煤机中部或两端操作，可单人操作或双人同时操作。

 第二章 牵引机构

1.概述

   MG250/600-WD1型交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成，位于机身的左右两端，是采煤机行走的动力传动机构。

左、右两个牵引部内各有一台用于采煤机牵引的40kW交流电机，其动力通过二级直齿轮传动和二级行星齿轮传动减速传至驱动轮，驱动轮驱动齿轨轮，使采煤机沿工作面移动。

   左右两个牵引部内部传动元、组件完全相同。

两个行走箱内部传动元、组

件完全相同，可互换。

2.牵引机构的机械传动

2.1牵引机构的传动系统（见图1-3）

   牵引电机出轴外花键与电机齿轮轴内花键相联，将电机输出转矩通过齿轮

Z1、Z2、Z3、Z4、Z5两级齿轮减速传给双级行星机构，经双级行星减速后由行星架输出，传给驱动轮至齿轨轮与销轨啮合，使采煤机来回行走。

一轴同时与液压制动器联接，以实现采煤机的制动。

（1）牵引机构的总传动比

      i=（Z3÷Z1）×（Z5÷Z4）×（1+Z8÷Z6）×（1+Z11÷Z9）

       =（47÷36）×（80÷18）×（1+66÷14）×（1+70÷14）

       =198.94

      牵引机构的传动齿轮及支撑轴承参数及规格见图1-3

（2）采煤机的最大牵引速度

      驱动轮转速：

n驱=2470÷198.94=12.41r/min

      最大牵引速度：

v=Z驱×n驱×t=9×12.41×0.125=13.96m/min

   （3）采煤机的最大牵引力

   驱动轮输出扭矩：

M驱=Mo×i×η机=259.86×198.94×0.9=46526.9Nm

     最大牵引力：

F=2×（M驱÷R驱）=2×（46526.9÷0.179055）≈519kN

2.2主要结构

   牵引部由机壳、牵引电机、液压制动器、电机齿轮轴、惰轮组、牵引轴、中心齿轮组、行星减速器及油位标尺等主要零部件组成（见图形2-1a、2-1b）。

左右行走机构由底壳、面板、驱动轮、联结花键轴、齿轨轮组、导向滑靴等组成（见图2-2）。

牵引部有如下特点：

（1）牵引力大，是机器重量的1.2倍。

（2）制动采用液压制动器,制动力大，使采煤机在较大倾角条件下采煤，有可靠的防滑能力。

   （3）采用双级行星减速机构，减速比大，结构简单。

行星减速器采用四行星轮结构使轴承寿命和齿轮强度裕度大、可靠性高。

行星减速机构为双浮动

结构，即第一级太阳轮、行星架浮动，第二级太阳轮、内齿圈浮动，以补偿制

造和安装误差，使各行星轮均匀承担载荷。

 （4）平滑靴通过一更换方便的支撑板与牵引部机壳联接，易于与工作面运

输机配套。

   （5）导向滑靴回转中心与齿轨轮中心同轴，保证齿轨轮与销轨的正常啮合。

   （6）机壳采用铸、焊结构，强度高。

左牵引部机壳的右端和右牵引部机壳

的左端为一箱体框架，独立的调高泵箱部件和变压器箱部件分别装入左右牵引部的箱体框架内。

   （7）左、右两个牵引部采用对称设计。

2.2.1电机齿轮轴（见图2-3）

   电机齿轮轴为轴齿轮，一端为内花键，与牵引电机出轴外花键联接，将牵引电机的动力传至轴齿轮，另一端通过平键、轴齿轮与液压制动器相联，以实现采煤机制动。

轴两端用两个42217E轴承支承，两端分别用油封座、油封将电机和液压制动器与牵引部油池隔离。

2.2.2惰轮组（见图2-4）

   惰轮组由轴、齿轮（m4、z39）及两个42509E轴承组成，是根据结构需要传递动力而设置的。

2.2.3牵引轴（见图2-5）

   牵引轴由轴齿轮（m5、z18）、齿轮（m4、z47）、轴承（42219E、53520）、距离套、端盖等组成。

齿轮轴与齿轮通过渐开线花键联接，安装时可成组或分步从机壳后端装入。

2.2.4中心齿轮组（见图2-6）

   中心齿轮组由大齿轮（m5、z80）、太阳轮和两个42128轴承等组成，大齿轮两端由两个42128轴承支撑，太阳轮通过花键与大齿轮相连，将动力传递给行星减速器，在安装时应先成组安装好后再装入机壳。

2.2.5行星减速器（见图2-1a）

   牵引行星减速器采用双级行星减速机构，两级均为四个行星轮，这样使整个减速机构齿轮和轴承的寿命大为提高，两级行星减速机构各有一段内齿圈，第一级行星架和太阳轮采用浮动结构，行星架两端无轴承支承，第二级太阳轮和内齿圈采用浮动结构，这种双浮动结构具有良好的均载特性，运动受力时可自动补偿偏载，使各齿轮受力均恒，有利于提高零部件寿命。

   结构上由行星齿轮组Ⅰ（图2-7）、行星齿轮组Ⅱ（图2-8）、联接套、轴承座、挡环等组成。

第一级行星机构速比为1+（66÷14）=5.71。

第二级行星机构速比为

1+（70÷14）=6.0

 行星齿轮组Ⅰ（图2-7）主要由行星架、行星齿轮、行星轮轴和轴承、内齿圈、联接第二级行星机构的太阳轮等组成。

行星齿轮组Ⅱ（图2-8）主要由行星架、行星齿轮、行星轮轴和轴承、支承行星架的两个轴承、内齿圈、行星架出轴端轴承座、油封等组成。

行星架出轴端是内花键，通过行走机构的花键轴将动力传递给驱动轮。

   安装时，行星齿轮组Ⅰ、Ⅱ成组依次装入机箱内。

2.2.6行走机构（图2-2）：

   如图2-2所示，主要由行走箱壳、驱动轮、齿轨轮组、齿轨轮轴、导向滑靴、与牵引部行星机构出轴联接的花键轴、支承驱动轮和齿轨轮的轴承及密封件等组成。

驱动轮为轴齿轮，通过轴承支承在箱壳上，驱动轮通过内花键与花键轴一端相联，花键轴另一端与牵引行星减速器行星架内