薄煤层采煤机课程设计.docx

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薄煤层采煤机课程设计

薄煤层采煤机设计说明书

课程名称：

机械系统设计

*******

班级：

机械09-2班

组员：

陈安林0910430201陈占营0910430202韩浩0910430203贺兆阳0910430204蒋立辉0910430205李天意0910430206

一、设计背景

煤炭是我国的主要能源。

充分发挥煤炭资源优势，立足煤炭、立足国内，是我国能源工业发展的现实和必然选择。

薄煤层是指地下开采时厚度1.3m以下的煤层；露天开采时厚度3.5m以下的煤层。

采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。

采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。

机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。

采煤机分锯削式、刨削式、钻削式和铣削式四种：

采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,工作环境恶劣,如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断,造成巨大的经济损失.随着煤炭工业的发展,采煤机的功能越来越多,其自身的结构、组成愈加复杂,因而发生故障的原因也随之复杂。

我国薄煤层开采一般采用长壁采煤法，由于开采煤层厚度小，与中厚及厚煤层相比，工作面存在有以下问题：

①采高低、工作条件差、设备移动困难。

薄煤层机械化采煤，尤其是综采工作面，当最小采高降到1.0m以下时，人员出入工作面及作业非常困难。

薄煤层采煤机械和液压支架受空间尺寸限制，设计难度大。

液压支架立柱通常要双伸缩甚至三伸缩，增加了采煤成本。

②采掘比大，采煤工作面接替紧张。

工作面推进速度加快，但由于薄煤层工作面回采巷道为半煤岩巷。

③煤层厚度变化、断层等地质构造对薄煤层长壁工作面生产影响大，造成薄煤层长壁综采或机采工作面布置困难。

④薄煤层机械化采煤工作面的投入产出比高。

经济效益远远不如开采厚及中厚煤层工作面。

薄煤层综采工作面的设备投资大而设备装机功率、支架工作阻力相当的中厚煤层综采工作面差不多，但薄煤层综采工作面的单产和效率一般只有中厚煤层综采工作面一半左右。

因此，高度机械化采煤，是实现薄煤层开采高产高效的主要途径。

综上所述，需要针对薄煤层的特点设计专门的薄煤层采煤机。

二、设计任务

设计安全，%有自行移动的能力，可以切割硬岩，维修方便，体积小，切割煤层深度0.9-0.4m,生产规模200台的采煤设备。

薄煤层工作面采高低,要求采煤机机身矮,且要有足够的功率,通常功率不应低于100～200kW;机身尽可能短,以适应煤层的起伏变化;要有足够的过煤和过机空间高度;尽可能实现工作面不用人工开切口进刀;有较强破岩过地质构造能力;结构简单、可靠,便于维护和安装。

三、薄煤层采煤机总体方案设计

在产品的总体方案设计阶段，首先要明确产品必须实现哪些功能，还要明确用户使用产品的各种条件和用户对产品的要求和愿望。

然后根据国家的技术经济政策，基于设计能力和产品制造技术水平，从宏观方面考虑所要求的功能。

并能实现用户要求的各种结构方案，最后经过技术经济评价，确定一种或两种结构方案继续进行结构设计。

因此，通过总体结构的方案设计，不至于使产品结构方案出现大的失误，也不至于从开始设计时就纠缠与具体的结构细节而忽略拉总体结构的合理性，甚至照成设计的返工而浪费时间。

在此基础上再对薄煤层采煤机的截割部进行细致设计使其有更高的生产效率。

根据文献【1】p20,据分析，用黑箱法来表达设计任务。

如下表所示：

物料

能量

信息

外界的影响

输入量

煤层

水能

驱动能

控制信号

煤层厚度倾角

液压支架与输送机的制约

岩石的切割阻力

煤的质量

空气气体质量与浓度

输出量

煤块

煤粉

岩石杂质

显示信号

粉尘

废水

废气

黑箱法示意图

将薄煤层采煤机的总共能进行分解，如下图所示：

1）破碎煤壁子系统

把煤从煤煤壁上破碎下来的功能，需要考虑到薄煤层的特点选择合适的切割方式。

2）自行移动子系统

采煤机沿工作面移动被称为牵引，能使采煤机实现自移的结构称作牵引机构。

需要考虑到井下的特殊环境和防爆等要求。

3）辅助功能子系统

辅助功能包括降尘、冷却等功能

1、实现破碎煤壁功能结构方案

一、现行薄煤层开采技术及特点：

（1）用刨煤机开采薄煤层；刨煤机是一种采用刨削法落煤的采煤机械，它的截深较浅，是薄煤层机械化开采的有效途径，刨煤机动力部位于巷道中，机构简单，操作安全。

最适合开采薄煤层。

（2）滚筒采煤机开采薄煤层；薄煤层滚筒采煤机筒直径小,在所需的螺旋角下使叶片在滚筒体上绕的角度较大,并且叶片的高度小,滚筒容纳、输送碎煤的空间小,煤就不容易被螺旋叶片沿轴线推出;而且滚筒转速高,由于薄煤层采煤机的设计空间受限,传动比较小,滚筒转速较高,使煤流受到较大离心方向和圆周方向的合力,把相当数量的煤从滚筒的切线方向甩出,使其滞留在机道上。

（3）螺旋钻机采煤法；实现了薄煤层单巷前进式开采,减少巷道掘进率;减少了开采过程矸石采出量，提高了煤质;把回采工艺的采、装、运、支、处五大工序合并，工作面开采工艺过程简单;占用设备少，设备故障率低;

（4）连续采煤机巷柱式采煤法；随着开采工艺的发展和开采效率的提高，随着适于长壁开采的煤层逐渐减少，在开采不规则煤、边角煤、“三下”煤以及掘进工作面巷道等方面，连续采煤机逐渐成为现代化高产高效矿井生产的重要机械设备。

连续采煤机的工作机构承担着截割煤岩的工作，它设计的好坏直接影响着机器工作的稳定性、可靠性、煤炭的品质、粉尘量的多少以及吨煤成本。

经每个小组成员评价，得出各薄煤层开采方案的得分表：

用刨煤机开采

滚筒采煤机开采

螺旋采煤机开采

连续采煤机开采

最差方案

Sk

Vk

用刨煤机开采

0

1

0.5

1

1

3.5

0.35

滚筒采煤机开采

0

0

0

0

1

1

0.1

螺旋采煤机开采

0.5

1

0

0.5

1

3

0.3

连续采煤机开采

0

1

0.5

0

1

2.5

0.25

最差方案

0

0

0

0

0

0

0

因此，本采煤机选用刨煤机开采薄煤层。

二煤刨的设计：

刨煤机破碎煤壁的方式为刨削煤层，煤刨的示意图如下：

刨刀特点：

（1）三面体型，强度高，锋利，能轻易破碎煤层；

（2）上下对称分布，破碎煤层时产生对称应力，增加了煤刨的稳定性。

左右对称，可往复切削；

（3）刨刀分布均匀，可把煤层切削成大小均匀的煤块。

2、自行移动功能

采煤机沿工作面移动被称为牵引，能使采煤机实现自移的结构有称作牵引机构。

现在广泛应用的牵引机构可以分为两大类；既链牵引机构和无链牵引。

（1）链牵引机构

链牵引机构是由圆环链、链轮、和紧链装置组成。

牵引链的两端固定在紧链装置上，并与采煤机的链轮啮合。

当链轮装动时，由于链轮与圆环链的啮合作用，采煤机便沿牵引链移动。

（2）无链牵引机构

随着采煤机功率的不断加大，采煤机的总装机容量已超过1000KW。

牵引链中的拉力也已增至400-800KN。

因此牵引链机构已限制了采煤机功率的提高。

无链牵引机构就随之产生和发展起来了。

无链牵引机构种类繁多，大体上可归纳为三类；主动轮—齿条、闭合链—齿条和迈步油缸推进三类。

其中主动轮—齿条无链牵引系统应用最广。

3、降尘

矿尘的危害主要有煤尘爆炸和矿工尘肺病。

煤尘爆炸造成的重大灾难性事故为大家所共知，而矿尘引起的尘肺病造成的伤亡不被大多数人重视。

殊不知，不流血的“白伤”远远大于流血的“红伤”，死于尘肺病的患者是矿难和其他工伤事故死亡人数三倍多。

本设计薄煤层采煤机采用内喷雾系统和外喷雾系统。

利用设置在综采工作面回风巷，由高压泵、供水自动控制水箱组成的高压泵站，将低压水转换成高压水并沿工作面敷设的高压胶管输送到布置在采煤机上的机身降尘器或端头降尘器和喷雾装置，使降尘器的雾流屏障、风流净化、阻尘扩散等降尘机理有机结合，实现采煤机降尘。

4、冷却

薄煤层采煤机的冷却功能是由水冷实现的。

让喷雾水首先流过需要冷却的部件，实现冷却功能，然后再被送到喷雾系统中，因此，冷却与喷雾水是一个供水系统。

由【1】p24页，建立薄煤层采煤机地形态学矩阵如下表所示：

分功能

解法

1

2

3

4

5

6

A（动力源）

电动机

汽油机

柴油机

蒸气透平

液动机

气动马达

B（实现破碎功能的结构方案）

铣滚筒采煤机开采

螺旋采煤机开采

连续采煤机开采

刨削式

D（实现采煤机自移功能的结构方案）

液压传动

电气传动

机械传动

E（牵引结构）

链牵引机构

无链牵引机构

F（截割部传动）

动力源-固定减速器-摇臂-滚筒

动力源-固定减速箱-摇臂-行星齿轮传动-滚筒

动力源-减速箱滚筒

动力源-摇臂-行星轮传动-滚筒

动力源-煤刨

G（实现降尘功能的方案）

吸入空气式降尘机构

用喷雾灭尘

用泡沫灭尘

H（实现冷却功能的方案）

水冷

油冷

由上表可能的组合方案数位N=6×4×3×2×5×3×2=4320种

选出最优方案A1+B4+C3+D1+E1+F5+G2+H1薄煤层采煤机

虽然薄煤层采煤机的型号、规格有许多,但它的各主要组成部分大同小异，其区别主要在截割机构的传动和截割部上,因此合理选择薄煤层采煤机的截割部的参数，可以改善其工作性能和减少采煤比能耗。

本方案中将薄煤层采煤机进行功能分解并将各分功能进行优化组合，使采煤机各个子功能系统能够达到优化的结构设计，同时增加各个执行构件的协调性。

四、总结

在这次机械系统学的课程设计薄煤层采煤机的设计过程中，我们组的所有成员分工合作，共同努力，经过查资料，设计计算与写作，顺利的完成设计过程。

在设计过程中我们把郝老师上课讲授的知识运用到我们的实际设计过程中，培养了我们的专业素养，增加了我们对机械系统学的认识，激发了我们的兴趣。

五、参考文献

[1]朱龙根主编.机械系统设计.北京：

机械工业出版社，2001

[2]郑光相，栗成杰.采煤机负压降尘装置的研究与应用[J].煤矿机械，2007，（11）：

120-122

[3]罗凤利，周广林，李光煜主编.矿山机械.徐州：

中国矿业大学出版社，2009.8

组员分工：

陈安林：

在图书馆查阅相关资料并记录总结；设计任务抽象化，分解总功能

陈占营：

上网查阅相关资料并记录总结；实现破碎煤壁功能结构方案设计

韩浩：

查阅采煤机实物相关资料并记录总结；自行移动功能设计

贺兆阳：

向老师及学长请教并记录总结；降尘冷却功能设计

蒋立辉：

向老师及学长请教并记录总结；设计背景、设计任务、及总结

李天意：

上知网查阅相关论文期刊并记录总结；功能解法组合和评价