采煤机结构和工作原理.docx

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采煤机结构和工作原理

采煤机结构和工作原理

山西晋能装备产业有限公司王峰山

一、背景介绍

煤炭是我国的主要能源，煤炭工业为国民经济发展做出了重大贡献。

但是煤炭工业面临着许多困难和问题，主要包括产业结构不合理，生产投入不足，劳动条件差等方面的问题。

它在一定程度上解决了这些方面的问题，采煤机械化是最终发展的必然。

所以如何提高采煤效率以满足我国现代化建设中迅猛发展的经济对能源的需要就成了十分迫切的要求。

按煤层赋存的条件，对煤炭的开采可以分为露天开采和地下开采。

采煤方法不同，所使用的采煤机械也不同。

在地下开采中，我国所采用的采煤方法基本上以走向长壁式方法为主。

在走向长壁式采煤方法中，有可以分为前进式、后退式、全部垮落式和填充式等。

目前国内外采用这些采煤方法的国家所用采煤机械，绝大多数是滚筒式采煤机、刨煤机和掘进机，只有少数先进的煤矿采用薄煤层采煤机等设备。

20世纪40年代初，英国和前苏联相继研发了链式采煤机，这种采煤机是用截链截落煤，在截链上安装有被称截齿的专用截煤刀具，其工作效率低，同地德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。

50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。

这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。

这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，参煤层厚度及其变化适应性差，其二是截煤滚筒的装煤效果不佳，限制了采煤机生产率的提高。

进入60年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒作出了两项革命性改进。

其一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度，完全解决对煤层赋存条件的适应性；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。

这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。

二、采煤机的整体结构

采煤机的类型很多，但基本上以双滚筒采煤机为主，其基本组成部分也大体相同。

各种类型的采煤机一般都由下列部分组成。

1—电动机；2—牵引部；3—牵引链；4—截割部减速器； 5—摇臂；6—滚筒；7—弧形挡煤板；8—底托架；9—滑靴； 10—调高油缸；11—调斜油缸；12—拖缆装置；13—电气控制箱 

（1）截割部 

截割部的主要功能是完成采煤工作面的截煤和装煤，由左、右截割电机，左、右摇臂减速箱，左、右滚筒，冷却系统，内喷雾系统和弧形挡板等组成。

截割部耗能占采煤机装机总功率的80%-90%，因此，研制生产效率高和比能耗低的采煤机主要体现在截割部。

传动装置：

截割部传动装置的作用是将采煤机电动机的动力传递到滚筒上，以满足滚筒转速及转矩的要求；同时，还应具有调高功能，以适应不同煤层厚度的变化。

截割部的传动方式主要有一下几种：

a）、电动机-摇臂减速箱-行星齿轮减速箱-滚筒 

b）、电动机-固定减速箱-摇臂减速箱-滚筒 

c）、电动机-固定减速箱-摇臂减速箱-行星齿轮减速箱-滚筒 d）、电动机-摇臂减速箱-滚筒  螺旋滚筒：

螺旋滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，对采煤机工作起决定性作用，消耗总装功机率的80%-90%。

早期的螺旋滚筒为鼓型滚筒，现代采煤机都采用螺旋滚筒。

螺旋滚筒能适应煤层的地质条件和先进的采煤方法及采煤工艺的要求，具有落煤、装煤、自开切口的功能。

近些年来出现了一些新的截割滚筒，诸如滚刀式滚筒、直线截割式三角形滚筒、截楔盘式滚筒等。

滚筒由螺旋叶片由螺旋叶片、端盘、齿座、喷嘴、筒毂及截齿组成。

（2）牵引部 

采煤机的牵引部是采煤机的重要组成部分，它不但负担采煤机工作时的移动和非工作时的调动，而且牵引速度的大小直接影响工作机构的效率和质量，并对整机的生产能力和工作性能产生很大的影响。

牵引部由牵引传动装置和牵引机构两大部分组成。

传动装置的重要功能是进行能量转换，即将电动机的电能转换为传动主链轮或者驱动轮的机械能。

牵引机构是协助采煤机沿采煤工作面行走的装置。

传动装置装于采煤机本身为内牵引，装在采煤机工作面两端的为外牵引。

绝大部分的采煤机采用内牵引，仅在薄煤层中为了缩短机身长度才采用外牵引。

随着高产高效工作面的出现以及采煤机功率和牵引力的增大，为了工作面更加安全可靠，无链牵引机构逐渐取代了有链牵引。

（3）电气系统 

电气系统包括电动机及其箱体和装有各种电气元件的中间箱（连接筒）。

该系统的主要作用是为采煤机提供动力，并对采煤机进行过载保护及控制其动作。

（4）辅助（附属）装置 

辅助装置包括挡煤板、底托架、电缆拖曳装置、供水喷雾冷却装置，以及调高、调斜等装置。

该装置的主要作用是同各主要部件一起构成完整的采煤机功能体系，以满足高效、安全采煤的要求，改善采煤机的工作性能。

MG500/1130-WD 型电牵引采煤机，属多部电机横向布置形式。

整机由左、右牵引部，左、右截割部，左、右行走部及电控箱组成，电气控制系统、液压传动系统及喷雾冷却系统组成机器的控制保护系统。

左、右牵引部、电控箱通过一组连接丝杠，形成刚性联接，左、右牵引部分别与电控部的左、右端面干式对接。

两行走部分别固定在左、右牵引部的箱体上。

牵引部与电控部对接面用圆柱销定位，高强度T形螺栓和螺母联接。

截割部为整体弯摇臂结构，即截割电机、减速器均设在截割机构减速箱上，与牵引部铰接和调高油缸铰接，油缸的另一端铰接在牵引部上，当油缸伸缩时，实现摇臂升降。

支承组件固定在左、右牵引部上，与行走箱上的导向滑靴一起承担整机重量。

三、采煤机的工作原理 

单滚筒采煤机的滚筒一般位于采煤机下端，以使滚筒割落下的煤不经机身下部运走，从而可降低采煤机机面（由底板到电动机上表面）高度。

单滚筒采煤机上行工作时，如下图所示，滚筒割顶部煤并把落下的煤装入刮板输送机，同时跟机悬挂铰接顶梁，割完工作面全长后，将弧形挡煤板翻转180°；接着，机器下行工作，如下图，滚筒割底部煤及装煤，并随之推移工作面输送机。

这种采煤机沿工作面往返一次进一刀的采煤法叫单向采煤法。

双滚筒采煤机工作时，如下图所示，前滚筒割顶部煤，后滚筒割底部煤。

因此双滚筒采煤机沿工作面牵引一次，可以进一刀；返回时又可以进一刀，即采煤机往返一次进二刀，这种采煤法称为双向采煤法。

滚筒的旋转方向：

采煤机滚筒的旋转方向的确定原则是有利于装煤和机器的稳定性。

 为了输送机推运煤，滚筒的旋转方向必须与滚筒的螺旋线方向一致。

对逆时针（站在采空区侧看滚筒）旋转的滚筒，叶片应为左旋；顺时针旋转的滚筒，叶片应为右旋。

即符合“左转左旋，右转右旋”的规律。

对于单滚筒采煤机，使用在左工作面的滚筒，应顺时针旋转，使用右旋滚筒，如下图所示（图中B表示煤流方向）。

使用在右工作面的滚筒，应逆时针旋转，使用左旋滚筒，如下图所示。

对于双滚筒采煤机，为了保证采煤机的工作稳定性，双滚筒采煤机两个滚筒的旋转方向应相反，以使两个滚筒受的截割阻力相互抵消，因此，两个滚筒必须具有不同的螺旋方向。

两个转向相反的滚筒有两种布置方式：

一是前顺后逆，如图2-4（a）所示。

采用这种方式，采煤机的工作稳定性较好，但滚筒易将煤甩出打伤司机，且煤尘较大，影响司机正常操作。

二是前逆后顺，如图2-4（b）所示。

采用这种方式，采煤机的工作稳定性较差，易振动，但装煤效果好，煤尘少。

对机身较重的采煤机，机器振动影响不大。

因此，大部分采煤机都采用“前逆后顺”的方式，即左滚筒为左旋叶片，逆时针旋转；右滚筒为右旋叶片，顺时针旋转。

四、薄煤层采煤机的分类、结构及其特点

我国薄煤层采煤机的研究始于60年代。

60年代初,在顿巴斯-1型采煤机基础上,我国开始自行研制生产采煤机。

这类薄煤层滚筒采煤机主要有MLQ系列采煤机,如1964年生产的MLQ-64型,1980年生产的MLQ-80型浅截石单滚筒采煤机,另外还有MLQ3-100型采煤机。

70年代至80年代初期,我国自行研制开发了中小功率薄煤层滚筒采煤机。

比较典型的有山东煤研所和淄博矿务局研制的ZB2-100型单滚筒骑输送机采煤机。

ZB2-100型采煤机装机功率100kW,链牵引,牵引传动方式为液压调速加齿轮减速。

牵引力90kN,牵引速度0～214m/min,采高0175～113m、煤质硬度为中硬以下的缓倾斜薄煤层。

80年代,我们在引进了德国、英国等采煤机生产技术的基础上,自主开发和制造适应我国不同的煤层条件的滚筒式采煤机系列产品,并在90年代中期初步完成了主导机型,由液压牵引采煤机向电牵引采煤机升级换型工作。

1980年,黑龙江煤矿机械研究所和鸡西煤矿机械厂共同开发出BM系列骑输送机滚筒采煤机,其中BM-100型双滚筒采煤机,性能良好,能自开缺口、强度高、工作可靠,在我国薄煤层采煤中广泛应用。

但是用双滚筒采薄煤层,结构较复杂,机身又长,所以使用不便,于是又生产出更加简化的BMD-100型单滚筒薄煤层采煤机。

进入90年代以来,为了满足厚薄煤层薄煤层作为解放层开采矿井的迫切需要,并代中厚煤层滚筒采煤机技术,1997年,由务局、煤科总院上海分院联合研制了MG200/450-BWD型薄煤层采煤机,该采用多电机驱动、交流变频调速、无链牵引总装机功率达450kW,其中截割功率2×牵引功率2×25kW,牵引力400kN,牵引速6m/min。

采用骑输送机布置方式,可用于110～117m的薄煤层综合机械化工作面。

样机于1997年12月在晋华宫煤矿9#层83面投入使用,取得了最高月产量916万吨、产量5300吨的好成绩。

由于受到煤层厚度的限制，薄煤层采煤机分为骑溜子式和爬底板式两类。

骑溜子式采煤机的机身骑在刮板输送机上，并靠其支撑和导向。

当电动机功率为100KW时，电动机高度h=350mm，国美空间高度至少为C=140~160mm，输送机中部槽高度为180~190mm，则机面高度至少达到A=600~650mm.考虑到顶梁厚度，顶板下沉厚度以及过机空间高度Y（通常Y=90~200mm），则骑溜子薄煤层采煤机只能适用于0.75~0.95m以上的煤层（小值对单滚筒，大值对双滚筒）。

如果电动机功率加大，则电动机高度相应增大，因而最小采高还要加大。

爬底板式采煤机，机身位于机道内，因而机面高度降低，使过煤空间高度及过机空间高度增大（

240mm），这不仅改善了机器性能，而且可使采煤机在0.6~0.8m的及薄煤层中工作。

采用机身在煤壁侧机道内的爬底板式采煤机的工作面通风断面大，提高了工作的安全性。

因此，爬底板采煤机是当前薄煤层采煤机主要的发展方向。

下面是国内几种类型薄煤层采煤情况比较见表。

表1-1我国几种类型薄煤层采煤机基本情况比较

型号采高范围/M牵引力/KN牵引方式生产年代

BM-1000.75-1.3120（液压）锚链牵引70

5MG200-B0.8-1.5160（液压）锚链牵引70

MG344-PWD1.0-1.8180（液压）锚链牵引70

MG250-BW0.9-1.6350/262（交流）齿轮—销轨式无链牵引80

MG200/450-BWD0.85-1.5440（液压）无链牵引80-90

MG250/550-BWD1.0-1.7440（交流）无链牵引90

我国薄煤层采煤机经过40多年的发展,技术已趋成熟。

但一个突出的问题是:

目前我国薄煤层采煤机为方便设计,在行走机构上均采用中厚煤层采煤机所用的相关参数,例如销排节距,一般大都采用126mm。

这样做虽能保证其正常运行,但其强度余量过大。

近几年来,我国薄煤层采煤机得到了很大的发展,但在质量和寿命和高新技术应用等方面与国内大型采煤机,特别是与国外采煤机相比,还存在较大的差距。

因此我们还需要进一步的改进和更新。

五、采煤机技术发展方向

80年代以来，滚筒式采煤机在结构、性能参数、可靠性和易维修性上都有很大的改进。

归结起来，滚筒式采煤机有以下特征和发展趋势：

（1）增大功率和能力

为了适应综采工作面高产、高效和在不同地质条件下快速截割煤岩的需要，不论厚、中厚和薄煤层的采煤机均在不断增大装机功率和生产能力。

（2）电牵引采煤机已成为主导机型

目前电牵引采煤机已成为德国、英国、美国、日本和法国等主要生产国的主导机型。

（3）增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构

为了适应综采高产高效的要求，近代采煤机的牵引速度和牵引力都有较大的增大。

（4）机器的结构布置有新的发展

近年来不断发展和研制出了多机横向布置、部件可侧面拉装的整机箱式机身、纵向布置采煤机的牵引部和截割部合为一个部件、破碎机采用单独电动机传动、改进挡煤板传动装置、无底托架或不用整体底托架等新的结构布置方式。

（5）截割滚筒的革新和改进

截割滚筒的改进是围绕增大截深、减低煤尘、增大块煤率和提高寿命等目标进行的式主要改进有增大截深、采用强力截齿、增大块煤率和减少煤尘生成、滚筒设计CAD、高压水射流喷雾降尘和助切、加固滚筒结构等方面。

（6）扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型

薄煤层、厚煤层、硬粘并有夹矸煤层、大倾角、破碎顶板等难采煤层的机型的发展有，开发出了薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机身等机型。

（7）提高采区工作电压

80年代以前，各国采区工作面设备电压多为1000V左右。

随着综采设备向大功率发展，目前采煤机最大功率达1220kW，截割电机最大功率达6000kW，刮板输送机最大功率达1125kW，驱动电机最大功率达525kW，加上工作面长度的不断增长，所以必须提高采区的供电电压，目前各国生产的大功率采煤机，式供电电压一般为2300、3300、4160和5000V等几档。

（8）采用微电子技术，实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断和自动控制

现代采煤机均装有功能完善的用微处理器控制的数据采集、工况监测、故障诊断和自动控制，这是代表采煤机水平的重要标志。

现代采煤机的微处理系统除了工况监测，还可以对式采集信息进行分析处理，再输出显示、存储、控制和传输等，以实现检测、预警、保护、健康诊断、事故查询、维修指导和调度分析等多种功能。

（9）贯彻标准化、系列化和通用化原则，加速开发适合不同地质条件的新机型

目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则，将采煤机各主要部件制定标准，各部件间的连接尺寸一致。

这样，就可以根据不同的地质条件的要求，很容易将各部件组合成新机型，扩大采煤机的系列。