采掘机械课件.第四章

阳泉职业技术学院

采掘机械第三篇支护设备第三篇采煤机械第四章滚筒采煤机的原理及总体结构第五章典型滚筒采煤机第六章其他类型采煤机械第七章采煤机的选择、使用和维护第四章滚筒采煤机的原理及总体结构

主要内容：第一节滚筒采煤机的原理及参数第二节滚筒采煤机的类型及总体结构第三节滚筒采煤机截割部第四节滚筒采煤机牵引部第五节滚筒采煤机的附属装置重点：采煤机的工作方式、基本参数、总体结构、使用与维护。难点：滚筒采煤机的总体结构。

滚筒采煤机是目前国内外采煤机械的主要类型。它与刨煤机相比有许多优点：采高范围大，对各种煤层的适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，还有利于实现综采设备配套和自动控制。现代滚筒采煤机总体结构应具有以下特征：装机功率应能满足采煤机生产率的要求；截割机构能适应煤层厚度变化而可靠工作；牵引机构能在工作过程中随时调节并实现无级调速；机身所占空间尽量小；可拆成几个独立的部件，便于运输和检修；所有电气设备都具有防爆性能，能在有煤尘瓦斯爆炸危险的矿井工作；电机、传动装置牵引部等有超负荷安全保护装置；具有防滑装置，以防止采煤机沿煤层倾向自动下滑；具有内外喷雾灭尘装置；工作稳定可靠，操作简便。第一节滚筒采煤机的原理及参数一、滚筒采煤机的构成

如图4-1所示，双滚筒采煤机主要由电动机、截割部、牵引部、电气控制系统及附属装置等部分构成。图4-1双滚筒采煤机的结构原理1-电动机；2-牵引部；3-牵引链；4-截割部减速箱；5-摇臂；6-滚筒；7-弧形挡煤板；8-底托架；9-电气控制箱；lO-摇臂调高油缸；11-机身调斜油缸；12-滑靴；13-拖缆装置

采煤机用于机械化采煤，采煤过程主要包括落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空区等工序。按照采煤工作面设备配备情况划分，机械化采煤工作面分为普采（普通机械化采煤）和综采（综合机械化采煤）两种类型。二、滚筒采煤机的工作方式

1、普采工作面主要设备配置及采煤过程1）普采工作面设备布置如图4-2所示。2）采煤过程：（1）采煤机的滚筒进入下切口，开始由下向上截割上部煤，截割下的煤由滚筒上的螺旋叶片装入刮板输送机槽中，通过输送机运出。（2）紧随采煤机之后清理顶板，挂顶梁。（3）当采煤机行走至工作面上切口后，采煤机开始返回，采下部余煤并清扫浮煤。（4）在采煤机后面清出新机道，并在距采煤机10～15m处开始推移刮板输送机。推移距离等于采煤机滚筒截割深度，也称为步距，一般为O.6～1.0m。（5）当输送机移到新机道之后，在悬挂的顶梁下面支撑金属支柱或单体液压支柱。同时把采空区后排支柱和铰接顶梁拆除，让顶板岩石冒落下来，这个过程叫回柱放顶。图4-3综采工作面设备布置1、7-端头支架；2-液压安全铰车；3-喷雾泵站；4-液压支架；5-刮板输送机；6-双滚筒采煤机；8-集中控制台；9-配电箱；10-乳化液泵站；11-移动变电站；12-轨道；13-带式输送机；14-转载机2、综采工作面主要设备配置及采煤过程1）综采工作面设备布置如图4-3所示。2）采煤过程：（1）双滚筒采煤机6骑在可弯曲刮板输送机5上，自工作面一端开始向另一端采煤。滚筒上的螺旋叶片将落煤装入输送机内，由输送机运出工作面，进入下顺槽转载机14，再由转载机将煤装到顺槽可伸缩胶带输送机13上运走。（2）随采煤机行走之后移动液压支架，及时支护顶板。（3）在采煤机后面一定距离10～15m处，推移工作面刮板输送机。图4-3综采工作面设备布置1、7-端头支架；2-液压安全铰车；3-喷雾泵站；4-液压支架；5-刮板输送机；6-双滚筒采煤机；8-集中控制台；9-配电箱；10-乳化液泵站；11-移动变电站；12-轨道；13-带式输送机；14-转载机3）端部斜切法（又称拉锯法）

：如图4-4所示，采煤机从工作面一端行走之前，先把输送机溜槽推移至在离采煤机约20m范围逐渐弯曲，而其余部分则紧贴煤壁（图a）。翻转挡煤板，将前滚筒升起，后滚筒放下，然后采煤机开始行走，在输送机的引导下，滚筒逐渐切入煤壁达一个截深（图b），斜切长度约20m。随后将输送机推直(图c)，翻转挡煤板，并将前滚筒放下，后滚筒升起，前滚筒变后滚筒，后滚筒变前滚筒，反向斜切入煤壁，直到工作面端头。然后再次翻转挡煤板，对调滚筒上下位置(图d)，开始一个采煤行程。当采煤机到达工作面另一端后，用同样方法斜切进刀，进行反方向的采煤行程。图4-4端部斜切法进刀方式4）中部斜切进刀法（又称半工作面法）

：如图4-5所示，采煤机停在工作面一端时（图a），把离它较远的右半个工作面输送机全部推向煤壁，调整好滚筒主挡煤板位置后，快速牵引采煤机清理底煤和浮煤。到达工作面中部时（图b），降低行走速度，滚筒先斜切进刀，达到一个截深后，便开始右半个工作面采煤，液压支架随采煤机之后也向前推移一个步距。采煤机到达工作面端头后，把输送机溜槽推直，调整好滚筒和挡煤板位置（图c），用类似方法进行反向采煤行程。行程结束后，再推移右半个工作面输送机溜槽（图d），准备下一个采煤过程。图4-5中部斜切进刀方式三、综采设备的配套关系1、一般综采设备的配套关系1）采煤机、刮板输送机和液压支架（简称“三机”）组成的综采设备，有严格的配套要求，如图4-6所示。2）配套关系：（1）采煤机的采高与支架高度相适应；（2）采煤机机身宽度与输送机溜槽宽度相适应；（3）采煤机的截深与移架步距相适应；（4）采煤机牵引速度与支架的移架速度相适应；（5）采煤机的生产率与输送机的生产率相适应。图4-6综采工作面的配套尺寸2、高产高效综采设备的配套四、滚筒采煤机的基本参数1、采高采高是采煤机的实际开采高度，不一定与煤层厚度相同。采高决定了采煤机的使用范围，对确定采煤机的总体结构有决定性的影响，也是与支护设备配套的重要参数。2、截深截深是采煤机工作机构（如滚筒）切入煤壁的深度，是决定采煤机生产率和装机功率的主要因素，也是与支护设备配套的一个重要参数。滚筒采煤机的最大截深一般为0.5～1.0m,我国通常采用0.6m，大功率电牵引采煤机的截深通常为0.85m。3、截割速度截割速度即滚筒截齿齿尖的切线速度。它是采煤机截割部减速器设计的一个重要参数，并对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘等有直接影响。截割速度取决于滚筒转速和滚筒直径，一般为3.5～5.0。4、牵引速度

牵引速度是采煤机沿工作面移动的速度。它直接决定采煤机生产率和电动机负载，是牵引部的重要设计参数。目前采煤机的最大牵引速度为20左右。5、牵引力

牵引力是指采煤机行走时牵引机构所需要承受的载荷。它是采煤机牵引部的重要设计参数。6、装机功率装机功率是采煤机电动机的总功率。采煤机的功率主要消耗在截煤上，牵引只占10%～20%。7、设计生产率

采煤机的设计生产率可按下式计算：，t/h

第二节滚筒采煤机类型及总体结构1、按滚筒数目分类

一、采煤机的分类

2、按牵引方式分类钢丝绳牵引

锚链牵引

无链牵引

单滚筒采煤机

双滚筒采煤机

滚筒采煤机一般由电动机、截割部、牵引部、电气系统和附属装置等几部分组成。常见的总体布局有两种，即电机沿轴向（纵向）布置方式和多电机横向布置方式。二、采煤机的总体布局结构

1、电机沿轴向布置方式单滚筒采煤机的布局结构（如图4-7a)

双滚筒采煤机单电机的布局结构（如图4-7b)

双滚筒采煤机多电机的布局结构（如图4-7c)

链牵引无链牵引双滚筒采煤机单电机的布局结构（如图4-8a)

双滚筒单电机牵截合一的布局结构（如图4-8b)

双滚筒采煤机双电机的布局结构（如图4-8c)

双滚筒双电机牵截合一的布局结构（如图4-8d)

图4-7链牵引采煤机的轴向布置方式

1-截割部固定减速器；2-电动机；3-牵引部；4-滚筒；5-摇臂图4-8无链牵引采煤机的轴向布置方式

1-截割部固定减速器；2-电动机；3-牵引部；4-滚筒；5-摇臂；6-行走机构；7-牵截合一箱；8-电控箱图a为双滚筒单电机的一般布局结构；图b为双滚筒单电机牵截合一的布局结构；图c为双滚筒双电机布局结构；图d为双滚筒双电机牵截合一的布局结构。2、多电动机横向布置方式双滚筒多电机驱动的有链液压采煤机(如图4-9a)双滚筒多电机驱动的无链牵引采煤机(如图4-9b)无链电牵引采煤机(如图4-9c)三、滚筒布置

双滚筒采煤机滚筒一般对称布置在机身两端，但也有集中布置(不对称布置)在机身一端的，见图4-10所示。图4-10滚筒在一端布置的采煤机1-截割部减速箱；2-摇臂；3、4-滚筒；5-电动机；6-牵引部；7-控制箱；8、9-调斜油缸；10-调高油缸图4-9多电机横向布置方式1-电控箱；2-牵引部电机；3-牵引部；4-滚筒；5-摇臂；6-截割部电机；7-行走机构；8-行走部；9-变频调速及电控箱四、调高与调斜

1.调高的目的：调整滚筒位置的高低，避免滚筒截割顶板或底板，同时还要防止丢弃过厚的顶煤或底煤，以保证工作面运输机和液压支架能够正常地向前推移。2、调高的方式摇臂调高(如图4-11a)截割部机身整体调高(如图4-12)3、调高油缸的设置调高油缸设置在采煤机底托架下面(如图4-11a)调高油缸设置在固定减速器端头(如图4-11b)调高油缸设置在固定减速器内(如图4-11c)

图4-11摇臂调高方式1-调高油缸；2-小摇臂；3-摇臂轴；4-摇臂图4-12机身调高方式（MXP-240型采煤机）

1-调高油缸；2-机身；3-托架4、调斜目的：调整滚筒轴相对于顶板和底板(或机身相对于煤层走向)的倾斜角度，适应顶扳或底板在煤层走向方向的起伏为了避免滚筒截割运输机铲煤板或支架顶梁。，

调斜的方法：在采煤机机身下靠采空区的一侧，设置两个同步伸缩的调斜油缸，使采煤机机身可绕靠煤壁侧的支撑摆动一个角度。五、驱动方式1.单机驱动方式：用一台电动机驱动采煤机的各部分，包括牵引部、截割部及其它辅助装置等。2.分别驱动方式：每台截割部由单独的电动机驱动，牵引部和其它辅助装置可以由截割部电动机带动，或另设电动机驱动。3.联合驱动方式：把两台电动机结合成整体，共同驱动采煤机的各部分。第三节滚筒采煤机截割部

采煤机的截割部主要由工作机构及传动装置两部分组成。工作机构指螺旋滚筒及安装在滚筒叶片上的截齿，其功能是截煤和装煤。传动装置指的是截割部固定减速器、摇臂齿轮箱以及滚筒内的传动齿轮，其功能是将采煤机电动机的动力传递到工作机构上，以满足工作机构转速及扭矩的需要，同时还要满足调高的要求，使工作机构保持在合适的位置工作。一、采煤机的工作机构

1、工作机构应满足的要求（一）采煤机的工作机构（1）适应先进的采煤方法和采煤工艺的要求；（2）煤层厚度变化时能够调整高度；（3）能实现装煤和自开切口；（4）截割下的煤块大，煤尘小；（5）载荷比较均匀，机械效率高；（6）单位能耗低；（7）结构简单，拆装和维修方便；（8）工作可靠，生产率高。2、工作机构的类型

链式、螺旋滚筒式、钻削式、截楔式（二）螺旋滚筒的结构及参数1、螺旋滚筒由筒毂、端盘、螺旋叶片、齿座和喷嘴组成，如图4-13所示。2、参数1）．滚筒直径：滚筒直径指截齿齿尖的截割园直径，应根据煤层厚度(或采高)来确定。2）．滚筒宽度：滚筒宽度是滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离，也就是采煤机的截深。3）．螺旋升角：指螺旋线的切线与垂直螺旋轴心平面的夹角。4）．螺旋叶片的导程和头数5）．滚筒的旋向和转向：螺旋滚筒的螺旋方向有左旋和右旋之分。右旋滚筒应顺时针旋转，左旋滚筒逆时针旋转，才能保证正确的排煤方向。

逆转：截齿截割方向与碎煤下落方向相反（图4-15a）；

顺转：截齿截割方向与碎煤下落方向相同时(图4-15b)。双滚筒采煤机的滚筒转向如图4-16所示。前顺后逆（图a）；前逆后顺（图b）。

6．滚筒转速：确定滚筒转速主要考虑切屑厚度。单滚筒采煤机滚筒直径较小，装煤能力差，为了保证必要的生产率，一般滚筒转速为40～60r/min。双滚筒采煤机滚筒直径较大，滚筒转速较低，通常为30～40r/min。

图4-13螺旋滚筒1-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座；4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿

图4-15滚筒的顺转与逆转图4-16双滚筒采煤机转向

（三）截齿与截齿配置1、截齿扁型截齿（图4-19a）：刀杆是沿滚筒半径方向安装的，又称径向截齿，适用于截割各种硬煤，包括坚硬煤和粘性煤。镐型截齿（图4-19b）：刀杆安装方向接近滚筒的切线，又称切向截齿，一般用在脆性煤和节理发达的煤层中。截齿刀身的材料：一般为40Cr、35CrMnSi、35CrMnV等合金钢。截齿的端头镶有硬质合金，其材料常用YG-8C或YG-11C（Y表示钨，G表示钴，C表示粗粒度）。1、截齿配置截齿在滚筒上的分布情况通常用截齿配置图来表示，如图4-20所示。配置的一般原则是：截齿应均匀布在滚筒上，使同时截煤的齿数基本上保持不变，以保证采煤机负荷比较均匀。图4-19截齿及其固定方法图4-20截齿配置图二、截割部减速器1、截割部传动方式（1）电动机-固定减速箱-摇臂-滚筒（图4-21a）。（2）电动机-固定减速箱-行星齿轮传动-摇臂-滚筒（图4-21b）。（3）电动机-减速箱-滚筒（图4-21c）。（4）电动机-摇臂-行星齿轮传动-滚筒（图4-21d）。2、截割部传动特点（1）采煤机的电动机都采用四极电机，一般要经过3～5级齿轮减速。（2）采煤机电动机轴线与滚筒轴线垂直时，传动系统中必须有圆锥齿轮传动。（3）采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动牵引部时，截割部传动系统中必须设置离合器，使采煤机在调动工作或检修时将滚筒与电动机脱开，离合器一般也放在高速级，以减小尺寸及便于操纵。（4）为了适应不同煤层要求，滚筒有两种以上转速，因此截割部应有变速齿轮。（5）为加长摇臂，扩大调高范围，摇臂内常有3～5个惰轮，致使截割部齿轮数较多。（6）末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。采煤机中一般采用2K-H行星传动系统，即用两个中心轮(太阳轮)及一个系杆H，若干个行星轮进行传动。（7）采煤机承受很大的冲击载荷，为保护传动部件，某些采煤机的传动系统中设置了安全剪切销。当外载荷达到3倍额定载荷时，剪切销剪断，滚筒停止工作。剪切销应放在高速级，并应便于更换。

图4-21截割部传动方式1-电动机；2-固定减速箱；3-摇臂；4-滚筒；5-行星齿轮传动；6-泵箱；7-机身及牵引部3、截割部的润滑

1）飞溅润滑：将部分传动零件浸在油池内，靠它们向其它零件溅油，同时油被甩到箱壁上，以利于散热，并使轴承获得必要的飞溅润滑。

飞溅润滑的优点是：润滑强度高，工作零件散热快，不需润滑设备，对润滑油的油质和粘度降低不敏感。

2）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，有时需要人为地将油池分隔成几个独立区域，以保证自然润滑。

3)强迫润滑：由润滑泵供油，其吸油口必须能保证在最低位置时能浸在油中。强迫润滑能保证向各润滑点供油。

4)特殊润滑：常规定滚筒割顶煤一段时间后，应停止牵引，将摇臂下降，以润滑端部齿轮，然后再升起滚筒继续工作。第四节滚筒采煤机牵引部牵引部主要由牵引机构和牵引部传动装置两部分组成。传动装置的重要功能是进行能量传递和转换，即将电动机的电能转换成机械能并传递给主链轮或驱动轮。牵引机构则是直接驱动采煤机沿工作面行走的装置。一、对牵引部的工作要求（1）要有足够大的牵引力。（2）牵引速度一般为～20m/min，因此传动装置的总传动比应大于300。（3）能够实现无级调速。（4）牵引部应有可靠、完善的自动调速系统和完善的保护装置（5）操作方便。牵引部应有手动操作、离机操作及自动调速等装置。（6）零部件应有高的强度和可靠性。二、牵引机构1、链牵引机构

1)组成：链牵引机构由矿用圆环链、链轮、链接头及拉紧装置等组成，如图4-22所示。

2)液压紧链器：如图4-23，它是利用液压支架泵站提供的乳化液来工作的，高压液经截止阀6、减压阀5、单向阀4进入紧链缸3，使连接在活塞杆端的导向轮2伸出而张紧牵引链。2、无链牵引机构

1)齿轮-销轨式无链牵引机构：如图4-24所示。2)滚轮-齿轨式无链牵引机构：如图4-25所示。

4)复合齿轮-齿条式无链牵引机构：如图4-27所示。

5)无链牵引机构的优点是：采煤机移动平稳，振动小，故障少，使用寿命长；可采用多级牵引，牵引力大大提高（可达400～600kN），能够在大倾角条件下工作（应装设制动器）；可实现工作面多台采煤机同时工作，提高工作面产量；消除了断链事故，增加了安全性。其缺点是：对输送机的弯曲和底板的起伏要求高，对煤层地质条件的变化适应性差，机道宽度增加加长了支架的控顶距离。3)链轮-链轨式无链牵引机构：如图4-26所示。图4-22锚链牵引装置1-主链轮；2-导链轮；3-锚链；4-拉紧装置

图4-23液压紧链器原理图1-牵引链；2-导向轮；3-紧链缸；4-单向阀；5-减压阀；6-截止阀；7-安全阀图4-24齿轮-销轨式无链牵引机构

图4-25滚轮-齿轨式无链牵引机构图4-26链轮-链轨式无链牵引机构1-驱动链轮；2-传动装置；3-圆环链；4-导向滚轮；5-链轨架；6-侧挡板；7-底托架图4-27复合齿轮-齿条式无链牵引机构1-牵引部；2-双四齿交错齿轮；3-双六齿交错齿轮；4-交错齿条图4-28牵引部传动系统分类三、牵引部传动系统（一）牵引部传动类型采煤机牵引部传动装置的功能是将电动机的动力传到主动链轮或驱动轮并实现调速。根据调速原理的不同，采煤机牵引部传动装置可分为机械牵引、液压牵引和电牵引三种形式，如图4-28所示。（二）机械牵引机械牵引是指全部采用机械传动装置的牵引。其特点是工作可靠，但只能实现有级调速，并且结构复杂，目前已经很少采用，（三）液压牵引1、主回路形式：液压牵引部都采用容积调速系统，并且大多采煤机采用变量泵-定量马达系统，机械传动方案如图4-29

2、补油热交换回路：图4-30为单向泵补油系统。热交换回路采用热交换阀将马达排出的部分热油引出，经背压阀及冷却器流回油箱，与补油回路配合，实现冷热油交换。

3、保护回路：（1）高压保护：如图4-31（2）低压保护：如图4-324、牵引部的调速与换向：如图4-33（1）液压伺服机构：如图4-34（2）手动调速。（3）液压自动调速。（4）电动机功率自动调速。图4-29牵引部机械传动系统方案图4-30液压牵引主回路和热交换回路1-主液压泵；2-液压马达；3-辅助泵；4、5、12-单向阀；6-整流阀；7-背压阀；8-冷却器；9、10-滤油器；11-堵塞指示器；13-低压安全阀

图4-31液压牵引高压保护回路图4-32液压牵引低压保护回路图4-33液压牵引采煤机调速换向系统图4-34液压伺服机构工作原理1-随动阀；2-随动杠杆；3-变量油缸；4-变量泵

（四）电牵引电牵引是用调速电机来驱动采煤机的牵引部，并利用电气调速装置改变电动机的旋转方向和转速，以实现牵引方向的变换和牵引速度的调节。电牵引采煤机具有结构简单、运行可靠、反应灵敏、效率高、动态特性好等特点，并有完善的检测和显示系统，可用于大倾角煤层。1、类型直流可控硅调速交流变频调速开关磁阻电动机调速电磁滑差离合器调速2、调速特性(1)直流他激电动机的调速特性(2)直串激电动机的牵引调速特性(3)交流电动机的牵引调速特性(4)开关磁阻调速电动机原理：如图4-37图4-37SRD基本框图第五节滚筒采煤机的附属装置《煤矿安全规程》:倾角大于12°时，采煤机应设防滑装置。简单的办法是在采煤机底托架下面顺着煤层倾斜向下的方向装设防滑杆，它可利用手把操纵。采煤机上行时，防滑杆放下，万一断链下滑，防滑杆即顶在刮板上，只要及时停止输送机，即可防止机器下滑；下行采煤时，由于滚筒顶住煤壁机器不会下滑，因而可将防滑杆抬起。无链牵引的采煤机中，利用液压力松闸、弹簧力抱闸的摩擦制动器，以有效地防止机器下滑。一、防滑装置二、底托架底托架的结构：焊接底托架:由钢板焊成2-4段框架，用螺栓联接而成，它的刚性较差。铸造底托架: