第三章 - 采煤机械 - 图文

图,它是截齿齿尖所在圆柱面的展开图。

图8-11 截齿配置图 水平直线表示齿尖的运动轨迹(截线),相邻截线之间的距离就是截距。竖线表示截齿的位置坐标。圆圈表示0°截齿的位置,黑点表示安装角不等于0°的截齿。截齿向煤壁倾斜为正方向,向采空区倾斜为负方向。叶片上截齿按螺旋线排列,属顺序式截槽。滚筒端盘截齿排列较密,为减少端盘与煤壁的摩擦损失,截齿倾斜安装属顺序式配置,其方向与叶片上截齿排列的方向相反。紧靠被截煤壁的截齿倾角最大,属半封闭式截槽。靠里边的煤壁处顶板压张效应弱,截割阻力较大,为了避免截齿受力过大,减轻截齿过早磨损,端盘截齿配置的截线应加密,截齿应加多。端盘截齿一般为滚筒总截齿数的一半左右,端盘消耗功率一般约占滚筒总功率的1/3。

4.螺旋滚筒的转速和转向 (1)滚筒的转向

为向输送机运煤,滚筒的转向必须与滚筒的螺旋方向相一致。对逆时针方向旋转(站在采空区例看滚筒)的滚筒,叶片应为左旋;顺时针方向旋转的滚筒,叶片应为右旋。即通常所说的“左转左旋,右转右旋”。

采煤机在往返采煤的过程中,滚筒的转向不能改变,从而有两种情况:截齿截割方向与碎煤下落方向相同时,称为顺转;截齿截割方向与碎煤下落方向相反时,称为逆转。

双滚筒采煤机的滚筒转向如图8-12所示。当滚筒直径较大时,两个滚筒的转图8-12 双滚筒采煤机的滚筒转向 向一般采用反向对滚[见图8-12(a)],此种

方式装煤效果好,滚筒不向司机甩煤。当滚筒直径较小时,滚筒转向正向对滚[见图(8-12b)],这时不经摇臂下面装煤,有利于提高装煤效率。

单滚筒采煤机,一般在左工作面用右螺旋滚筒,在右工作面用左螺旋滚筒。因此,当滚筒截割底部煤时,滚筒转向总是顺着碎煤下落的方向。截割下的煤通过滚筒下边运向输送机,运程较长,煤被重复破碎的可能性较大,但不受摇臂限制。

图8-13 切削深度变化 (2)滚筒的转速

若采煤机滚筒以转速n旋转,同时以牵引速度vq向前推进(见图8-13),截齿切下的煤屑呈月牙形,其厚度从0~hmax变化,而且

hmax?式中 vq——牵引速度,m/min; n——滚筒转速,r/min; m——同一截线上的截齿数。

当滚筒直径和转速已知时,滚筒截割速度为

v?100vqmn cm (8-1)

?Dn60 m/s (8-2)

式中 D——滚筒直径,m。

由式(8-1)可见,当m一定时,切削深度与牵引速度成正比,与滚筒转速成反比,即滚筒转速愈高,煤的块度愈小,并造成煤尘飞扬。滚筒转速确定得适当,大块煤产出率和装煤效率能同时提高。大多数中厚煤层采煤机滚筒转速在 30~40 r/min范围内较好。厚煤层采煤机滚筒直径大于 1800~2 000 mm时,转速可低至 20~30r/min。当截割速度超过 3 m/s时,截齿摩擦发火的可能性增加,所以厚煤层采煤机降低滚筒转速尤为重要。

对于薄煤层采煤机的小直径滚筒来说,由于叶片高度低,滚筒内的运煤空间小,必须加大滚筒转速,以保证采煤机的生产率。小直径滚筒的转速可达 80~120 r/min。

(二)截割部传动装置

截割部传动装置的作用是将电动机的动力传递到滚筒上,以满足滚筒工作的需要。同时,传动装置还应适应滚筒调高的要求,使滚筒保持适当的工作高度。由于截割消耗采煤机总功率的80%~90%,因此要求截割部传动装置具有高的强度、刚度和可靠性,并具有良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。对于单滚筒采煤机,还应使传动装置能适应左、右工作面的要求。

截割部减速器一般分为固定减速器和摇臂减速器。当截割电动机横向布置时,电动机与摇臂减速器直接相连,即没有固定减速器。当截割电动机纵向布置时,则两个减速器都有,固定减速器内有一对圆锥齿轮,以实现两轴的相交传动。

1.传动方式

采煤机截割部都采用齿轮传动,常见的传动方式有以下几种:

(1)电动机-固定减速器-摇臂-滚筒。这种传动方式应用较多,其特点是传动简单,摇臂从固定减速器端部伸出(称为端面摇臂),支撑可靠,强度和刚度好,但摇臂下降位置受输送机限制,挖底量较小。

(2)电动机-固定减速器-摇臂-行星齿轮传动-滚筒。这种传动方式是在滚筒内安装行星齿轮传动,故可使前几级传动比减小,简化了传动系统,并使本级(行星齿轮)传动的齿轮模数减小。由于滚筒内装行星齿轮,传动后使筒毂尺寸增加,因而这种传动方式适合于在中厚煤层以上工作的大直径滚筒采煤机。大部分液压牵引采煤机都采用这种传动方式。这时,摇臂从固定减速器侧面伸出(称为侧面摇臂),故可获得较大的挖底量。

以上两种传动方式中都采用摇臂调高,以获得较好的调高性能。但由于摇臂内齿轮较多,要增加调高范围,必须增加惰轮数。由于滚筒受力大,摇臂及与固定减速器的支承就成为采煤机的薄弱环节,所以设计时应尽可能加大支撑距离,并保证摇臂的强度和刚度。

(3)电动机-减速器-滚筒。这种传动方式取消了摇臂,而靠电动机、减速器和滚筒组成的截割部来调高,使齿轮数大大减少,机体的强度和刚度增大,且可获得较大的调高范围,还可使采煤机机身长度大大缩短,有利于采煤机开切口等工作。

(4)电动机-摇臂-行星齿轮传动-滚筒。这种传动方式采用了纵向出轴的单独电动机,使电动机轴与滚筒轴平行,因而取消了承载大、易损坏的锥齿轮,使截割部更为简单。采用这种传动方式可获得较大的调高范围,并使采煤机机身长度进一步缩短。电牵引采煤机多采用这种传动方式。

2.传动特点。

截割部传动装置具有以下特点:

(1)采煤机的电动机都用四级电机,其输出轴转速为1 460 r/min左右,而滚筒转速一般为30~50r/min,因此截割部总传动比为30~50,通常采用3~4级齿轮减速。由于采煤机机身高度受到严格限制,所以各级传动比不能平均分配,一般前级传动比较大,而后逐级减小,以保持尺寸均匀。各圆柱、圆锥齿轮的传动比一般不大于3~4。当末级采用行星齿轮传动时,其传动比可达5~6。

(2)采煤机电动机输出轴与滚筒轮垂直时,传动装置中必须装有圆锥齿轮。为减小传递的转矩和便于加工,圆锥齿轮应放在高速级(第一级或第二级),并采用弧齿圆锥齿轮。应当注意的是,弧齿圆锥齿轮的轴向力应使两齿轮推开,以增大齿侧间隙,避免轮齿楔紧造成损坏。弧齿圆锥齿轮的轴向力方向取决于齿轮转向和螺旋线方向。

(3)在采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动行走部时,截割部传动系统中必须设置离合器,使采煤机在调动或检修时将滚筒和电动机脱开。离合器一般放在高速级,以减小尺寸及便于操纵。

(4)为了适应不同煤质的要求,滚筒有两种以上转速,因此截割部应有变速齿轮。没有变速齿轮时,应当设置变换齿轮,以获得两种以上转速。

(5)采用摇臂调高是最常用的方法。为使摇臂长度符合要求,摇臂内含有多个惰轮,通常可以一级减速。少数采煤机的摇臂齿轮可以两级减速。

(6)由于行星齿轮传动为多齿啮合,传动比大,效率高,可减小齿轮模数,故末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。

(7)采煤机齿轮大多经过变位修正,故齿轮齿数较少,可达11~13。但在结构允许且齿轮节圆圆周速度不超过 10m/s时,采用较多齿数有利于传动平稳性。

(三)截割部的润滑

采煤机截割部因传递的功率大而发热严重,其壳体温度可高达100℃,因此截割部传动装置的润滑十分重要。

减速器中最常用的润滑方式是飞溅润滑。随着现代采煤机功率的加大,采用强迫方式的润滑也日渐增多,即用专门的润滑泵将润滑油供应到各个润滑点上。

飞溅润滑是将一部分传动零件浸在油池内,靠它们向其他零件供油和溅油,同时油被甩到箱壁上,以利散热,并使轴承获得必要的飞溅润滑。油面位置应使齿轮副的大齿轮浸在油中l/3~1/4直径。减速器中的轴布置在同一水平或接近同一水平时,飞溅润滑具有良好的效果。

设计减速器结构时,应考虑到采煤机经常处于倾斜状态下工作,所以必须保证能自然润滑。在倾斜状态下,由于润滑油积聚在低处,高处传动零件润滑不好,因此应避免油池太长,或人为地将油池分隔成几个独立油池,以保证自然润滑。

采煤机摇臂齿轮的润滑具有特殊性,它不仅承载重、冲击大,而且截割顶煤或底部煤时,摇臂中的润滑油集中在一端,使其他部位的齿轮得不到润滑,因此在采煤机操作中一般规定:滚筒截割顶煤或挖底时,工作一段时间后,应停止牵引,将摇臂下降或放平,使摇臂内全部齿轮都得到润滑后再工作。

根据采煤机截割部减速器和摇臂的承载特点,大都采用150~460cSt(40°C)的极压(工业)齿轮油作为润滑油,其中以N220和N320硫磷型极压齿轮油用得最多。

三、采煤机行走部

行走部又称牵引部,是采煤机的重要组成部分。它不仅担负着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对整机的生产率和工作性能产生很大影响。

行走部包括行走(牵引)机构和驱动装置两部分。行走(牵引)机构是直接移动机器的装置,它分为钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引几种。驱动装置用来驱动牵引机构,并实现牵引速度的调节。按传动类型有机械传动、液压传动和电传动,分别称为机械牵引、液压牵引和电牵引。传动装置位于采煤机上的称为内牵引,位于工作面两端的称为外牵引。大部分采煤机都采用内牵引,只有在某些薄煤层采煤机中,为了充分利用电动机功率来割煤并缩短机身,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的增大,同时为了使工作面更加安全可靠,无链牵引机构已逐渐取代了链牵引。

(一)对行走部的基本要求

为了满足高产高效的要求,对采煤机行走部的性能有如下要求: (1)牵引力大; (2)传动比大;

(3)能实现无级调速; (4)不受滚筒转向的影响;

(5)能实现正反向牵引和停止牵引; (6)有完善可靠的安全保护; (7)操作方便。

(二)采煤机的牵引机构

采煤机的牵引机构有钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引三种形式。钢丝绳牵引的牵引力小,易发生断绳事故,并且断裂后不易重新连接,故这种牵引机构已被淘汰。目前液压牵引采煤机上广泛使用的是链牵引,电牵引采煤机都采用无链牵引。

1.链牵引机构

链牵引的工作原理如图8-14所示,牵引链3绕过主动链轮1和导向链轮2,两端分别固定在输送机上、下机头的拉紧装置4上。当行走部的主动链轮转动时,通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。

当主动链轮逆时针方向旋转时,牵引链从右段绕入,这时左段链为松边,其拉力为P1,右段链为紧边,拉力为P2,因而作用于采煤机上的牵引力为 P=P2-P1

采煤机在此力作用下,克服阻力而向右移动;反之,当主动链轮顺时针方向旋转时,则采煤机向左移动。

根据链轮的安装位置不同,有立式链轮和水平链轮两种。立式链轮吐链方便,而水平链轮的

图8-15 矿用圆环链和链接头 图8-14 链牵引的工作原理 1-半圆环;2-限位块;1-主动链轮;2-导向链轮;3-牵引链轮;4-拉紧装置 3-弹簧插销

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