采煤機液壓系統(tǒng)設(shè)計

采煤機液壓系統(tǒng)設(shè)計,采煤,液壓,系統(tǒng),設(shè)計 遼寧工程技術(shù)大學 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 ) 題 目： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 作 者： 王 寧 指導教師： 毛 君 教授 專 業(yè)： 機械工程及自動化 (流體 傳動與控制 ) 時 間： 二零一 五 年六月 中文 題目： MG200/450-BWD采煤機 液壓系統(tǒng)設(shè)計 外文題目： THE HYDRAULIC SYSTEM DESIGN OF MG200/450-BWD SHEARER 畢業(yè)設(shè)計（論文）共 72頁（其中：外文文獻及譯文 16頁） 圖紙共 6張 完成日期 2015年 6月 答辯日期 2015年 6月 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）學生誠信承諾保證書 本人鄭重承諾：《 》畢業(yè) 設(shè)計（論文）的內(nèi)容真實、可靠，系本人在 指導教師的指導 下，獨立完成。如果存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔全部責任。 學生簽名： 年 月 日 遼寧工程技術(shù)大學 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）指導教師誠信承諾保證書 本人鄭重承諾：我已按學校相關(guān)規(guī)定對 同學的畢業(yè)設(shè)計 （論文）的選題與內(nèi)容進行了指導和審核，確認由該生獨立完成。如果 存在弄虛作假、抄襲的情況，本人承擔指導教師相關(guān)責任。 指導教師簽名： 年 月 日 I 摘要 采煤 機 是集截割、行走、裝載及運輸于一體的巷道掘進的綜合化機組，是井下巷道掘 進的主要產(chǎn)品。 采煤機 液壓系統(tǒng)作為 采煤機 控制系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一，其控制性能的優(yōu) 劣直接決定了 采煤機 整體性能的優(yōu)越與否。因此，對 采煤機 液壓系統(tǒng)的研究對推動我國 采 煤機 進機的發(fā)展具有重要的意義。 論文通過對 MG200/450-BWD 型采煤機 液壓系統(tǒng)進行分析與設(shè)計，詳細分析了其工況 特性，并對其液壓回路進行優(yōu)化設(shè)計，通過對工況分析所得參數(shù)對其各部分執(zhí)行元件的參 數(shù)進行合理的計算，經(jīng)過各個廠家液壓元件的優(yōu)缺點對比，合理的完成液壓系統(tǒng)所需的主 要液壓元件的選 型，再對所設(shè)計的液壓系統(tǒng)進行系統(tǒng)性能驗算，檢驗所設(shè)計的液壓系統(tǒng)的 合理性，并進一步完善設(shè)計上的不足，最終設(shè)計出一套帶 采煤機 液壓系統(tǒng)。此外，通過對 MG200/450-BWD 型采煤機 液壓系統(tǒng)進行分析與設(shè)計，明確液壓系統(tǒng)在整體控制中的作用 以及相互聯(lián)系，為整體控制系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。 關(guān)鍵詞： 采煤機 ；液壓系統(tǒng)；工況分析；選型；系統(tǒng)性能驗算 II Abstract Shearer is a cutting, walking, loading and transportation of tunneling in one integrated unit, is the underground tunneling main products. Shearer hydraulic system as the tunneling machine control system is one of the core technology, the control performance will directly determine the overall performance of Shearer superior or not. Therefore, the hydraulic system of Shearer research on the promotion of the development of TBM has important significance. Papers by MG200/450-BWD Shearer hydraulic system analysis and design, detailed analysis of its working conditions characteristic for constant power control, load sensing and pressure compensation control theory analysis and study, and to optimize the design of its hydraulic circuit through Engineering Analysis parameters obtained for each part of the implementation of its component parameters for a reasonable calculation, through the various advantages and disadvantages of hydraulic components manufacturer contrast, reasonable hydraulic system needed to complete the main hydraulic components selection, and then for the design of hydraulic system performance checking, testing the design of the hydraulic system is reasonable, and further improve the design deficiencies, and ultimately design a load sensing and pressure compensation with the boring machine hydraulic system. In addition, through the EBZ260 type Shearer hydraulic system analysis and design, specifically in the overall control of the hydraulic system and the role of linkages, the overall control system design to provide the basis. Keywords: boring machine; hydraulic system; Engineering Analysis; selection; system performance checking 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 目錄 Abstract ................................................................................................................... II 前言 ........................................................................................................................... 3 1 緒論 ..................................................................................................................... 5 1.1 采煤機概述 ................................................................................................... 5 1.2 國內(nèi)外采煤機的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 ....................................................... 6 1.2.1國外采煤機的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 ............................................................ 6 1.2.2 國內(nèi)采煤機的發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀 ............................................................. 8 1.3 選題意義 ..................................................................................................... 10 2 MG200/450-BWD型采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)分析 ................................................ 11 2.1 MG200/450-BWD型采煤機簡介 ...................................................................... 11 2.2 MG200/450-BWD型采煤機整機技術(shù)參數(shù) ...................................................... 11 2.3 MG200/450-BWD型采煤機的使用環(huán)境 .......................................................... 12 2.4 MG200/450-BWD型采煤機工作過程分析 ...................................................... 12 2.5 MG200/450-BWD 型采煤機液壓調(diào)高系統(tǒng)的工況分析 ............................ 16 2.5.1 采煤機整機的工況分析 ............................................................................. 16 2.5.2 采煤機滾筒調(diào)高系統(tǒng)的工況分析 ............................................................... 19 2.5.3 破碎機調(diào)高系統(tǒng)的工況分析 ..................................................................... 24 3 MG200/450-BWD型采煤機調(diào)高液壓回路設(shè)計 ................................................ 27 3.1 MG200/450-BWD型采煤機液壓系統(tǒng)額定壓力的確定 .................................. 27 3.2 MG200/450-BWD型采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)基本回路設(shè)計 ............................ 28 3.2.1 采煤機搖臂調(diào)高回路 ................................................................................. 28 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 2 3.2.2 破碎機調(diào)高回路 ......................................................................................... 29 3.2.3 擋矸回路 ..................................................................................................... 30 3.2.4 制動器回路 ................................................................................................... 31 4 MG200/450-BWD型采煤機液調(diào)高壓系統(tǒng)參數(shù)計算 ........................................ 32 4.1 調(diào)高液壓缸設(shè)計與參數(shù)計算 ....................................................................... 32 4.2.1 調(diào)高液壓缸設(shè)計與參數(shù)計算 ..................................................................... 32 4.2.2 破碎裝置液壓缸設(shè)計與參數(shù)計算 ............................................................. 35 4.2.3 擋矸裝置液壓缸設(shè)計與參數(shù)技術(shù) ............................................................. 38 4.2 液壓缸系數(shù)驗算 ........................................................................................... 41 5 MG200/450-BWD型采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)的元件選型 .................................... 42 5.1 液壓泵的選型 ................................................................................................. 42 5.2 泵站電機的選型 ............................................................................................. 44 5.3 油箱的設(shè)計 ..................................................................................................... 44 6 液壓系統(tǒng)性能驗算 ........................................................................................... 45 6.1 液壓系統(tǒng)壓力損失 ....................................................................................... 45 6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 ........................................................................... 46 6.2.1 計算液壓系 統(tǒng)的發(fā)熱功率 ....................................................................... 46 6.2.2 計算液壓系統(tǒng)的散熱功率 ....................................................................... 48 6.2.3 根據(jù)散熱要求計算油箱容量 ................................................................... 49 6.3 計算液壓 系統(tǒng)沖擊壓力 ............................................................................... 50 7 技術(shù)與經(jīng)濟性分析 ........................................................................................... 52 8 總結(jié) ................................................................................................................... 54 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 致謝 ......................................................................................................................... 55 參考文獻 ................................................................................................................. 56 附錄 A 譯文 ......................................................................................................... 57 附錄 B 外文文獻 ................................................................................................. 66 前言 20 世紀 40 年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈式采煤機，這種采煤機是通過截 鏈截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 4 出了用刨削方式落煤的刨煤機。 50 年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機，在 這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾筒實 現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎(chǔ)。 這種采煤機的主要缺點有二點：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層 厚度及其變化適應(yīng)性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤 機生產(chǎn)率的提高。 進入 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進。 其一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性；其二是 把圓筒形截割滾筒改進成螺旋葉片式截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。 這兩項關(guān)鍵的改進是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化采煤機械的基礎(chǔ)。可調(diào)高螺旋滾筒采煤機 或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送機配套，構(gòu)成綜合機械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進入 高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設(shè)備成為各國地下 開采煤礦的發(fā)展方向。自 70 年代以來，綜 合機械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方 向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進一步提高。工礦自動檢測、故障診斷以及 計算機數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機上的到應(yīng)用。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 1 緒論 1.1 采煤機 概述 世界上第 1 臺釆煤機是原蘇聯(lián)于 1952 年生產(chǎn)并開始使用的，我國于 1952 年購進并 使用， 而 此同時，雞西煤礦機械廠即開始進行仿制工作，于 1954 年制造出 中 國第 1 臺深 截式采煤機，即頓巴斯 -1 型釆煤康拜因，隨后批量生產(chǎn)。在頓巴斯 -1 型釆煤康拜因的基 礎(chǔ)上，經(jīng)過研究、改進和完善，設(shè)計制造了多種型式的采煤康拜因，這 一時期的釆煤機 稱為中國第 1 代采煤機 [1]。 20 世紀 60 年代初，在頓巴斯 -1 型釆煤康拜因的基礎(chǔ)上， 中 國開始自行研制生產(chǎn)釆 煤機， 1964 年生產(chǎn)出 MLQ-64 型， 1968 年生產(chǎn)出 MLQI-80 型淺截式單滾筒釆煤機，成 為 中 國第 2 代釆煤機， 中 國第 2 代釆煤機的特點是截割部滾筒釆用搖調(diào)高，牽引機構(gòu)也 為鋼絲繩牽引，通過應(yīng)用證明，釆用鋼絲繩牽引，繩筒磨損嚴重，使用壽命短，同時牽 引力較小，容易拉斷而導致傷人和機器下滑事故。該類型釆煤機釆用了液壓傳動，具有 無級調(diào)速和過載保護等特點。 中 國于 20 世紀 60 年代末 70 年代初開始研制第 3 代釆煤機即雙滾筒釆煤機。 1975 年生產(chǎn)的 M 鞏 -170 型釆煤機，實現(xiàn)了滾筒釆煤機由單滾筒向雙滾筒的飛躍。 M 鞏 -170 型釆煤機的 2 個可調(diào)高滾筒放在釆煤機的兩端，利用搖臂調(diào)高。牽引機構(gòu)釆用圓環(huán)鏈牽 引，提高了牽引力，但不適應(yīng)大傾角釆煤。 MXA-300 型系列釆煤機是西安煤礦機械廠 1983 年研制生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒釆煤機，釆用了三頭螺旋滾筒，滾筒轉(zhuǎn)速有所 降低，牽引機構(gòu)釆用齒輪 — 銷軌式，傳動平穩(wěn)，消除了鏈牽引的缺點，機器的使用壽命 延長，增設(shè)了副牽引部和可靠的液壓制動裝置，可用于大傾角 (40°~50°)煤層而不需要 設(shè) 防滑安全絞車，提高了工作效率，加大了生產(chǎn)能力。 MG132/320-W 新型液壓牽引釆煤機 是由泰山建能公司、煤炭科學研究總院、新漢礦業(yè)集團聯(lián)合研制完成的。該釆煤機釆用 滾筒式釆煤機發(fā)展趨勢的多電機橫向布置，液壓牽引系統(tǒng)打破常規(guī)，釆煤機牽引部泵箱 把長期使用的“濕腔”布置分離液壓元件改為“干腔”布置，實現(xiàn)了釆煤機液壓系統(tǒng)的 創(chuàng)新。該機在同類釆煤機設(shè)計中達到了國內(nèi)先進水平。 國外于 1976 年研制出第 1 臺電牽引釆煤機。 1991 年，由煤炭科學研究總院上海分 院與波蘭科瑪克公司合作，研制成功 中 國第 1 臺釆用交流變頻調(diào)速的 G344-PWD 型薄煤 層強力爬底板電牽引釆煤機，性能良好，電牽引釆煤機成為 中 國第 4 代釆煤機。 2005 年 煤炭科學研究總院上海分院又開發(fā)出總裝機功率達 1 815 kW 的大功率釆煤機。隨后，更 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 6 大功率的電牽引釆煤機 MG900/2215-GWD 也問世，該型釆煤機的控制達到了國際先進 水平，是目前國內(nèi)功率最大的釆煤機。如果釆用長搖臂，最大釆高可達到創(chuàng)記錄的 6m， 該型釆煤機完全能夠滿足國內(nèi)煤礦高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)需要。目前，國內(nèi)使用的交流 電牽引釆煤機的電牽引調(diào)速系統(tǒng)主要有 3 種 ： 即交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機調(diào)速 系統(tǒng) （ 簡稱 SRD） 、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速原理不盡相同，但基本上都可分為 控制部分和牽引電機部分。在這 3 種交流電牽引調(diào)速系統(tǒng)中，交流變頻調(diào)速技術(shù)由于具 有的諸多優(yōu)點，在大功率釆煤機的應(yīng)用已趨向成熟，并已成為目前釆煤機調(diào)速方式的主 流，其主要特點是 ： 啟動性能好，可直接實現(xiàn)軟啟動 ； 交流變頻調(diào)速屬轉(zhuǎn)差功率不變型 調(diào)速系統(tǒng)，故效率高。隨著計算機技術(shù)和大功率電子元器件的不斷發(fā)展，交流變頻調(diào)速 的調(diào)速性能和精度可與直流調(diào)速相比。 SRD 技術(shù)在采煤機上的應(yīng)用雖然起步不久，但具 有發(fā)展?jié)摿?，它有交流變頻調(diào)速電動機結(jié)構(gòu)簡單、無刷無整流子的優(yōu)點，也有直 流調(diào)速 系統(tǒng)調(diào)速性能好，控制電路簡單、價格低廉等優(yōu)勢，而且啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動電流小，這 種調(diào)速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的不可靠性問題，將更適合在煤礦井 下釆掘機械中使用。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速技術(shù)本身比較成熟，它屬于改變轉(zhuǎn)差率的交流 調(diào)速方式，釆用閉環(huán)系統(tǒng)能得到較大的調(diào)速范圍，可平滑調(diào)速，并具備交流調(diào)速和直流 調(diào)速的雙重優(yōu)點。隨著計算機技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電磁調(diào)速電動機電流的控制精 度和控制性能可以做得更適合釆煤機的使用，但它在釆煤機上的應(yīng)用也存在低速性能差、 電動機發(fā)熱等問題。 1.2 國內(nèi)外采煤機 的發(fā)展 趨勢 及 研究 現(xiàn)狀 1.2.1國外 采煤機的發(fā)展趨勢及研究 現(xiàn)狀 近年來，國外釆煤機的技術(shù)特點和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：牽引方式釆 用電牽引，傳統(tǒng)的液壓牽引釆煤機在國外雖然仍在生產(chǎn)和使用，但已不占主導地位，由 于電牽引釆煤機的諸多優(yōu)點，國外目前新開發(fā)的采煤機，特別是大功率采煤機基本上都 是釆用電牽引方式 [2-3]。 裝機總功率不斷增大，國外釆煤機的功率在不斷提高，電機截割功率通常在 400 kW 以上，功率大的已達 l 000 kW；牽引電動機功率均在 40 kW 以上，大的甚至達到 125 kW； 總裝機功率通常超過 l 000 kW，最高已達 2 000 kW 以上；牽引速度、牽引力也大幅提高， 目前大功率電牽引釆煤機的牽引速度普遍達到 15~25 m/min,牽引力達到 757 kN 以上。釆 用大截深滾筒已成為提高釆煤機生產(chǎn)能力的重要途徑。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 交流變頻成為主流調(diào)速方式由于交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)具有技術(shù)先進、可靠性高， 維護管理簡單和價格低廉等特點，近幾年發(fā)展很快，交流牽引正逐步替代直流牽引，成 為今后電牽引釆煤機的發(fā)展方向。釆用 2 個變頻器分別拖動 2 臺牽引電機的牽引系統(tǒng)， 可使牽引的控制和保護性能更加完善，這種 一 拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步釆用，成為電 牽引技 術(shù)發(fā)展的又一個特點。 普遍釆用中高壓供電 80 年代以來，由于裝機功率大幅度提高以及工作面的不斷加 長，整個工作面容量超過 5 000 kW，工作面長度達到 300 m。為減少輸電線路損耗，提 高供電質(zhì)量和電機性能，新一代大功率電牽引釆煤機乎都釆用中高壓供電。主要供電等 級有 2 300 V、 3 300 V、 4 160 V 和 5 000 V 等。 監(jiān)控保護系統(tǒng)的智能化現(xiàn)代電牽引釆煤機均具有建立在微處理機基礎(chǔ)上的智能化監(jiān) 控、監(jiān)測和保護系統(tǒng)，可實現(xiàn)交互式人機對話、遠近控制、無線電遙控、工況監(jiān)測及狀 態(tài)顯示、數(shù)據(jù)釆集存儲及傳輸、健康 （ 故障 ） 診斷及預警、自動控制、自動調(diào)高等多種 功能，以保證釆煤機最低的維護量和最高的利用率；并可實現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送 機的信息交互和聯(lián)動控制等功能。英國 Long-Airdox 公司在 EL 系列機型上裝置的 Im-pact 集成保護及監(jiān)控系統(tǒng)；德國 Eickhoff 公司的 Eickhoff-數(shù)據(jù)匯集技術(shù)系統(tǒng)；美國 JOY 公司 6LS 型電牽引釆煤機的 JNA 網(wǎng)絡(luò)信息中心等。監(jiān)控保護系統(tǒng)的智能化主要功 能可歸結(jié)為： 1. 負載控制 ： 通過截割電機電流的精確監(jiān)測，調(diào)整釆煤機的牽引速度，使釆煤機在 不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進行工作，從而 保證傳動系統(tǒng)不易受持續(xù)沖擊影響。 2. 工作面定位控制 ： 可以識別釆煤機在工作面的位置，在機頭、機尾可自動減速和 停止，與支架配合實現(xiàn)自動隨機移架 ,并可檢查支架是否正確支護。 3. 與工作面輸送機聯(lián)機的負荷控制 ： 通過輸送機的負荷監(jiān)測來調(diào)節(jié)釆煤機的釆煤 量，使釆煤機和輸送機的生產(chǎn)能力完全相匹配，既提高輸送機的可靠性，又充分發(fā)揮工 作面的生產(chǎn)能力。 4. 自動調(diào)高控制 ： 釆煤機每移動 1 m 就可精確地測量截割高度和角度 10 次，通過 自動算法與存儲數(shù)據(jù)進行比較校正，迅速對釆煤機進行最優(yōu)化的水平調(diào)整。該控制可最 大地減小底板的截割 臺階，實現(xiàn)平滑過渡，加快工作面設(shè)備的推進速度，提高設(shè)備的使 用壽命，使操作人員能盡量避開粉塵。 5. 運行狀態(tài)監(jiān)控和顯示 ： 釆煤機的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)可釆集大量各類機器參數(shù)，如 ： 輸 入電壓 ； 電機電流，軸承、繞組和冷卻水溫度 ； 控制電源 ； 潤滑油溫度、消耗 ； 液壓系 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 8 統(tǒng)油位、壓力、溫度 ； 冷卻和噴霧降塵水量 /水壓 ； 機器速度、方向 ； 搖臂的操作角度 ； 過載保護監(jiān)控等。 6. 數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控 ： 釆煤機上的雙向調(diào)制解調(diào)器可通過雙芯拖移電 纜輸送到順槽調(diào)制解調(diào)器，再通過雙向通訊線路傳送到地面調(diào)制解調(diào)器及協(xié)議控制器。 傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)過地面 監(jiān)控軟型號 。 1.2.2 國內(nèi) 采煤機的發(fā)展趨勢及研究 現(xiàn)狀 國內(nèi)電牽引采煤機代表機型在總體參數(shù)和性能方面已接近國外先進水平。但一些關(guān) 鍵部件及其總體性能、功能、適應(yīng)范圍等方面還有待進一步完善和提高。尤其是在線工 況監(jiān)測、故障診斷及預報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術(shù)與國外相 比還有較大的差距。因而國內(nèi)電牽引采煤機的智能化程度低 ， 設(shè)備可靠性、安全性和可 維護性較差 ， 今后國內(nèi)電牽引采煤機的主要研究方向如下： 1. 進一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性 。 重點是完善和提高系統(tǒng)裝置 的抗振、散熱和防潮等性能 。 2. 研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng)。重點是高采煤機電控系統(tǒng)抗干擾、抗熱效應(yīng)的能 力。 3. 開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。重點是研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測、 顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測與 保護技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等。 4. 開發(fā)可四象限運行的礦用交流變頻調(diào)速裝置 ， 使采煤機能適應(yīng)較大傾角煤層開采 的需要。 5. 開發(fā)裝機功率更大、采高更高的采煤機 ,提高煤炭產(chǎn)量及回采率。 6. 加強提高采煤機開機率和可靠性的研究。 7. 電器元件小型化的研究。由于裝機功率增大 ， 電動機、變壓器、變頻器等設(shè)備的 體積也相應(yīng)增大 ， 為滿足整機結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求 ， 必須研究設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。 隨著煤礦對高產(chǎn)、高效工作面要求，近年來采煤機的技術(shù)發(fā)展日新月異。一是采煤 機裝機功率不斷增加。為了滿足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤對采煤機的高強度、高性 能需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機，其裝機功率（包括截割功率和牽引功 率）均在不斷加大。二是控制系統(tǒng)日趨完善。采煤機電氣控制功能逐步齊全，可靠性不 斷提高，在通用性，互換性和集成化等方面已有較大進步。三是國內(nèi)從 20 世紀 90 年代 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 初已逐步停止研究開發(fā)液壓牽 引采煤機，并將研究重點轉(zhuǎn)向電牽引采煤機，后者已成為 國內(nèi)采煤機的研究重點。本文主要介紹國內(nèi)電牽引采煤機產(chǎn)品與技術(shù)的有關(guān)情況。 幾款國內(nèi)產(chǎn)品介紹 目前，天地科技股份有限公司、太原礦山機器集團有限公司、雞西煤礦機械有限公 司和無錫盛達機械制造有限公司等采煤機主要生產(chǎn)廠商推出了各種型號規(guī)格的電牽引采 煤機，從直流電牽引采煤機到交流電牽引采煤機，又到四象限電牽引采煤機。 天地科技股份有限公司研制的 MG250/600－ AWD 采煤機采用 PWM 變頻調(diào)速技術(shù)、 它由模塊式大功率晶體管和微機控制技術(shù)組成；采用擺線輪 －銷軌無鏈牽引系統(tǒng)，調(diào)速 范圍廣。截割電機橫向布置在整體彎曲搖臂上，搖臂和機身聯(lián)接沒有動力傳遞，減少了 傳動環(huán)節(jié)。采用兩級直齒輪，一級行星輪傳動，搖臂與機身采用鉸軸聯(lián)接，搖臂和調(diào)高 油缸支承力及牽引的反作用力均作用在牽引減速箱上，機身三段之間不受此力影響；采 用整體彎曲搖臂，增大了過煤空間。 太原礦山機器集團有限公司推出的 MGTY200/500-1.1D 電牽引采煤機適用于較薄煤 層高產(chǎn)效工作面，機身由左、右牽引部和中間箱體三部分組成，結(jié)合面采用燕尾槽、楔 鐵定位，偏心螺母連接，此結(jié)構(gòu)增加了過煤空間，縮短了機身 長度。采用彎搖臂結(jié)構(gòu)， 強度按 250kw 設(shè)計，可配用 200kw 和 250kw 截割電機。牽引方式為鏈輪銷軌式無鏈牽 引系統(tǒng)。采用機截式一拖一交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)對運行狀態(tài)隨時檢測顯 示，可配備無線遙控裝置實現(xiàn)離機操作。閥組裝配和水路系統(tǒng)的主要元件都集中在集成 塊上，調(diào)高油缸設(shè)計為近水平。 無錫盛達機械制造有限公司推出的 MWG200（ 250） /500（ 600）－ CD 開關(guān)磁阻電 機調(diào)速牽引采煤機，其截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身采用銷軸連接，取消螺 旋傘齒輪傳動結(jié)構(gòu)，機身主體分三段，取消了底托架，用 高強度液壓螺母聯(lián)接，緊固可 靠，各主要部件均可從采空處側(cè)抽出，更換方便。 雞西煤礦機械有限公司推出的 MG250/591-WD 電牽引采煤機主要特點為：機身三大 部件之間使用高強度 T 形螺栓和四個楔形啞鈴銷以及兩個 Φ150 定位銷連接和緊固。截 割電機、牽引電機的啟動、停止等操作采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制外，其余控制如牽引速度調(diào)整、 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 10 方向設(shè)定、左右搖臂的升降，急停等操作均由設(shè)在機身兩端操作站的按鈕進行。所有電 機橫向布置。機械傳動都是直齒傳動。電機、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側(cè)抽出。 可通過更換電控部或液壓傳動部而成為交流變 頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機以實現(xiàn)電 液互換，而其它部件通用。兩動力輸入部位可安裝液壓馬達，也可安裝 40Kw 牽引電機。 1.3 選題意義 煤炭是 中 國的主要能源 之一 。長期以來，煤炭在 中 國一次能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中一 直占 70℅以上，雖然近年來新能源和可再生能源快速發(fā)展，但 中 國能源資源的賦存特點 決定了在相當長的時期內(nèi)，以煤炭為主的能源格局很難改變。隨著 中 國煤炭資源開發(fā)強 度加大，煤礦開采深度增加，構(gòu)造相對復雜，自然災害增多， 易采煤區(qū)的不斷枯竭，釆 煤的難度不斷加大。為了保證我國煤炭能源的安全，同時也為了保證在難度大的采煤區(qū) 機械 保障較高的效率，就必須要在釆煤機械上下功夫，提高采煤機械化設(shè)備的使用效率， 以保證我國煤炭資源的戰(zhàn)略安全。要想達到這個目標， 現(xiàn)代化、高產(chǎn)、高效、安全可靠 的采煤機的研究相當重要，采煤機技術(shù)的創(chuàng)新有助于推動中國采煤機械裝備整體水平的 提高，有助于中國煤炭事業(yè)發(fā)展。 本文主要針對大功率電牽引采煤機 —— MG200/450-BWD 型的無鏈電牽引采煤機 的液壓系統(tǒng)進行設(shè)計，并對其工作裝置進行工況分析。目前，長壁工作面的煤炭機械 化開采主要應(yīng)用采煤機，而無鏈電牽引采煤機在煤礦的使用率最高，與國外先進的機 型相比，國產(chǎn)的設(shè)備在使用壽 命和可靠性上都有很大差距，智能化程度不高，本課題 旨在對采煤機對搖臂調(diào)高液壓系統(tǒng)進行設(shè)計計算，結(jié)合采煤機工作環(huán)境及工作要求， 力求液壓系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、性能優(yōu)越。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2 MG200/450-BWD型 采煤機 調(diào)高 液壓系統(tǒng)分析 2.1 MG200/450-BWD型 采煤機 簡介 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對能源的需求量將會日益增加。而作為我國傳統(tǒng)能源的 煤炭是推動我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的重要能源保障。我國目前煤礦大部分都已經(jīng)經(jīng)過了 多年的開采，而對一些薄煤礦由于技術(shù)的原因我們的開采還不到位，潛力很大，因此對 薄煤層采煤機的需 求量很大。所以說研制開發(fā)薄煤層采煤機有著長遠的社會效益。而目 前我國的薄煤層采煤機并不能滿足實際工況的需要，其中一個主要的原因是由于其截割 部的設(shè)計并不是很完善，而該設(shè)計正是在這樣一個背景下進行的，對薄煤層采煤機截割 部的設(shè)計就是為了滿足實際工況的需求，使其發(fā)揮更大的作用。 我國薄煤層資源豐富 ,1.3m 以下煤層可采儲量約占全部可采儲量的 20%。但由于薄 煤層開采煤層厚度薄 ,與中厚及厚煤層相比 ,薄煤層機械化開采存在著 :工作條件差 ,設(shè)備 移動困難 ;煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造對薄煤層設(shè)備生產(chǎn)性能影響大 ,以及投入產(chǎn)出 比高 ,經(jīng)濟效益不如厚與中厚煤層等特殊問題 ,造成薄煤層機械化開采技術(shù)發(fā)展速度相對 緩慢。發(fā)展機械化開采 ,是提高薄煤層工作面生產(chǎn)效率的唯一出路 ,而實現(xiàn)薄煤層工作面高 產(chǎn)高效的關(guān)鍵是要有高性能的薄煤層生產(chǎn)設(shè)備。滾筒采煤機由于具有截割效率高、破煤 巖能力強、適應(yīng)性好等優(yōu)點 ,必將成為薄煤層開采的主力設(shè)備。 2.2 MG200/450-BWD型 采煤機 整機技術(shù)參數(shù) 表 2-1 MG200/450-BWD 型 采煤機 的 主要參數(shù) Tab. 2-1 Main parameters of MG200/450-BWD Shearer 項 目 數(shù) 據(jù) 單 位 裝機功率 2*200+2*25 Kw 采高范圍 1.0---1.7 m 牽引調(diào)速方式 無鏈交流電牽引 牽引速度 0--6 m/min 牽引力 ?1000 --?1250 Kw 滾筒直徑 600 mm 滾筒轉(zhuǎn)速 44.7（ 40） r/min 截深 800 mm 機身布置方式 騎輸送機 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 12 機器重量 20 T 2.3 MG200/450-BWD型 采煤機 的使用環(huán)境 MG200/450-BWD 型采煤機 結(jié)構(gòu)緊湊 ,運轉(zhuǎn)靈活 ,重心低 ,工作穩(wěn)定；具有可靠性好、先 進性、適用 性、經(jīng)濟性、互換性等特點，但一般在下列條件下才可正常工作： 1) 海拔不超過 2000m； 2) 環(huán)境溫度 -20℃～ +40℃； 3) 周圍空氣相對濕度不大于 90%(+25℃ )； 4) 在有瓦斯、煤塵或其他爆炸性氣體環(huán)境礦井中； 5) 與垂直面的安裝斜度不超過 18°； 6) 無破壞絕緣的氣體或蒸氣的環(huán)境中； 7) 無長期連續(xù)漏水的地方； 8) 污染等級： 3 級； 9) 安裝類別：Ⅲ類。 2.4 MG200/450-BWD型 采煤機 工作過程分析 采煤機的功能有兩個，即對煤巖的截割破落和裝載。采煤機通過螺旋 滾筒上的截齒 對煤壁進行切割；通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進行裝載，將從煤壁上切割下來的煤運出， 在利用葉片外緣將煤拋到刮板輸送機中部槽內(nèi)運走。 單滾筒采煤機（見圖 1-5a、圖 1-5b）滾筒一般位于采煤機下端，以使?jié)L筒割落下的 煤不經(jīng)機身下部就運走，從而可降低采煤機機面（由底板到機身上表面）高度。單滾筒 采煤機上行工作（圖 1-5a）時，滾筒割頂部煤并把落下的煤裝入刮板輸送機，同時跟機 懸掛鉸接頂梁，割完工作面全長后，將弧形擋煤板翻轉(zhuǎn) 180° ；機器下行工作（圖 1-5b） 時，滾筒割底部煤及裝煤，并隨之推移刮板輸送機。這種采煤 機沿工作面往返一次進一 刀的采煤法稱為單向采煤法。 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 ( a ) ( b ) ( c ) 圖 1-5 滾筒采煤機的工作原理 Fig. 1-5 Working principle of drum shearer 雙滾筒采煤機（ 1-5c）工作時，前滾筒割頂部煤，后滾筒割底部煤。因此，雙滾筒 采煤機沿工作面牽引一次，可以進一刀，返回時，又可進一刀，即采煤機往返一次進兩 次刀，這種采煤法稱為雙向采煤法。 必須指出，為了使?jié)L筒落下的煤能裝入刮板輸送機，滾筒上螺旋葉片的螺旋方向必 須與滾筒旋轉(zhuǎn)方向相適應(yīng) ，對順時針旋轉(zhuǎn)（人站在采空區(qū)側(cè)看）的滾筒，螺旋葉片方向 必須右旋；逆時針旋轉(zhuǎn)的滾筒，螺旋葉片方向必須左旋，可歸結(jié)為“左轉(zhuǎn)左旋，右轉(zhuǎn)右 旋”。 當采煤機沿工作面雙向割煤時，每次割完工作面全長時，工作面就向前推進一個截深 的距離。在采煤機重新開始截割下一刀之前，首先要使?jié)L筒切入煤壁，推進一個截深，這 一過程稱為進刀。綜采工作面兩端巷道的斷面較大，刮板輸送機的機頭和機尾一般可伸進 巷道，當采煤機截割到工作面端頭時，其滾筒可截割至巷道，因此不需要人工預開切口， 而是由采煤機在進刀過程中自開切口。采煤機的進刀方式主要有斜切式進刀 和正切式進刀 兩種。 (1) 端部斜切法 利用采煤機在工作面兩端 25~30m 范圍內(nèi)斜切進刀稱為端部斜切法，如圖 7-2 所示。 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 14 1 2 1 2 采 煤 機 ~ 1 0 m 回 風 巷 輸 送 機 運 輸 巷 1 2 1 2 采 煤 機 ~ 2 0 m 回 風 巷 輸 送 機 運 輸 巷 ( a ) ( b ) 1 2 1 2 2 5 ~ 3 0 1 2 ( c ) ( d ) 圖 7-2 端部斜切進刀法 其操作過程如下： 1) 采煤機下行正常割煤時，滾筒 2 割頂部煤，滾筒 1 割底部煤（圖 7-2a），在離滾筒 1 約 10 m 處開始逐段移輸送機。當采煤機割到工作面運輸巷處（輸送機頭）時，將滾筒 2 逐漸下降，以割底部殘留煤，同時將輸送機移成如圖 7-2b 所示的彎曲行。 2) 翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒 1 升到頂部，然后開始上行斜 切（圖 7-2b 中虛線），斜切長度 約為 20m，同時將輸送機移直（圖 7-2c）。 3) 翻轉(zhuǎn)擋煤板并將滾筒 1 下降割煤，同時將滾筒 2 上升，然后開始下行截割（圖 7-2 中虛線），直到工作面運輸巷。 4) 翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒位置上下對調(diào)，由滾筒 2 割殘留煤（圖 7-2d），然后快速移過 斜切長度（ 25~30 m）開始上行正常割煤，隨即移動下部輸送機，直到工作面回風巷時又 反向牽引。重復上述進刀過程。 可見，端部斜切法要在工作面兩端近 20 m 地段使采煤機往返一次，翻轉(zhuǎn)擋煤板及對 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 調(diào)滾筒位置 3 次，所以工序比較復雜。這種進刀法適用于工 作面較長、頂板較穩(wěn)定的條件。 (2) 中部斜切法（半工作面法） 利用采煤機在工作面中部斜切進刀稱為中部斜切法，如 1 2 1 2 采 煤 機 回 風 巷 輸 送 機 運 輸 巷 ( a ) 1 2 1 2 ( b ) L L / 2 1 2 采 煤 機 回 風 巷 輸 送 機 運 輸 巷 ( c ) 回 風 巷 輸 送 機 采 煤 機 運 輸 巷 圖 7-3 中部斜切進刀法 其操作過程如下： 1) 開始時工作面是直的，輸送機在工作面中部彎曲（圖 7-3a），采煤機在工作面運輸 巷將滾筒 1 升起，待滾筒 2 割完殘留煤后快速上行至工作面中部，裝凈上一刀留下的浮煤， 并逐步使?jié)L筒斜切入煤壁（圖 7-3a 中虛線）；然后轉(zhuǎn)入正常割煤，直到工作面回風巷；再 翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒 1 下降割殘留煤，同時將下部輸送 機移直。這時工作面是彎的，輸送 機是直的（圖 7-3b）。 2) 將滾筒 2 升起，機器下行割掉殘留煤后，快速移到中部，逐步使?jié)L筒斜切入煤壁（圖 7.3b 中虛線），轉(zhuǎn)入正常割煤，直到工作面運輸巷；再翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒 2 下降，即完 成了一次進刀；然后將上部輸送機逐步完成圖 7-3c 所示狀態(tài)，即又恢復到工作面是直的， 輸送機是彎的位置。 3) 將滾筒 1 上升，機器快速移到工作面中部，又開始新的斜切進刀，重復上述過程。 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 16 2.5 MG200/450-BWD 型 采煤機 液壓 調(diào)高 系統(tǒng)的工況分析 2.5.1 采煤機整機的工況分析 （ 1） 正常截割工況 采煤機在正常截割工況下工作時，處于水平底板且煤層條件較理想，采煤機騎在刮 板輸送機上，有牽引電機經(jīng)過減速調(diào)節(jié)驅(qū)動采煤機前進，前滾筒處于升起狀態(tài)，截割頂 板以下部分，后滾筒與其相反，截割底板以上部分的煤。在采煤機推進過程中，受到牽 引力、推進阻力、截割阻力、軸向力等不同方向的作用力，根據(jù)工況需要，采煤機的液 壓系統(tǒng)需確定系統(tǒng)壓力及調(diào)高油缸的參數(shù)，保證采煤機截割部搖臂在工作過程中完成調(diào) 高和鎖死動作，提高采煤機的可靠性 [11]。 P z 1 P y 1 V q H 1 H 4 H 2 H 3 T N 3 N 1 N 2 N 4 f N 3 f N 2 G O f N 4 P z 2 P y 2 O z x y A 1 A 2 P y 2 P y 1 G B 1 B 2 B 3 B 4 N 1 ( N 2 ) N 3 ( N 4 ) N 5 ( N 6 ) A 1 A 2 P y 1 P y 2 f N 1 f N 1 f N 3 f N 4 f N 6 f N 5 N 5 O T L 1 L 2 L 3 L 4 L 3 L 5 N 6 f N 2 圖 3-1 采煤 機 的靜力學 分析 Fig. 3-1 Statics analysis of shearer 要準確進行受力分析是很難的，因此，應(yīng)對其進行簡化，并以采煤機實際工作中受 力最不利的工況進行分析 [12-13]。如圖 3-1 所示，采煤機所受的外負載和各支撐反力示意 圖，以水平工作、無鏈牽引為分析前提。圖中， iN 、 ifN 為滑靴、導向套支撐反力和對 應(yīng)的摩擦力， i =1，…， 6,N ； f 為摩擦系數(shù)； 1yP 、 2yP 為前、后滾筒的推進阻力， N ； 1zP 、 2zP 為前、后滾筒的截割阻力， N ； 1A 、 2A 為前、后滾筒的軸向力， N ； G 為采 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 煤機質(zhì)量， kg ； iL 、 iB 、 iH 為各受力點對應(yīng)的位置尺寸， m ； qv 、 T 為采煤機的牽引 速度、牽引力， m/min 、 kW 。 如圖 3-1 所示，沿 x 、 y 、 z 三個坐標軸列出力平衡方程， 0 xF ?? ， 0yF ?? ， 0zF?? ，即 1 2 3 4 5 6 1 1 2 3 4 2 5 6 3 N N N N N N K N N N N K N N K ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ?? (3-1) 以 O 點的三個坐標軸列出力矩平衡方程， 0oxM ?? ， 0oyM ?? ， 0ozM ?? ，即， 3 1 2 6 5 6 6 4 3 1 2 1 2 5 2 6 5 2 3 4 1 3 4 2 1 3 3 () ( ) ( ) ( ) ( ) B N N H N H N K fB N N L fB N fB N K L L fH N L fH N L N K ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? (3-2) 其中 ? ?1 1 2 s i n /yyK T P P G f?? ? ? ? 2 1 2c o s zzK G P P?? ? ? 3 1 2K A A?? 4 2 4 1 1 2 5 1 4c o szzK P B G A H A H P B?? ? ? ? ? 5 1 4 1 1 2 4 2 4( ) ( )yyK A L L P P B A L? ? ? ? ? 6 3 1 1 1 2 2 4 1 1 2 5 2( c o s ) / 2 ( ) s i nz z y yK T H L G P L L P L P H P H G H??? ? ? ? ? ? ? ? 式中 ? — 煤層傾角，（°）。 將式 3-1 和式 3-2 寫成矩陣 形式 11 22 33 3 3 6 6 44 3 3 1 2 2 55 2 3 4 3 4 1 66 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 00 0 0 ( ) ( ) ( ) 0 0 0 NK NK NK B B H H NK fB fB L fB fB NK L L fH L fH L NK ??? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ???? ???? ??? ? ??? ??? ??? ???? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ????? ? ??? ?? 即 AN K? （ 2）斜切開采工況 采煤機處于初始斜切階段時，由于前導向裝置已進入彎道，后導向裝置仍保持直線 王寧： MG200/450-BWD采煤機調(diào)高液壓系統(tǒng)設(shè)計 18 移動，隨著采煤機的推進，前導向裝置將對后導向裝置向煤壁側(cè)偏