壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
摘要
煤炭是當(dāng)今重要的能源之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。采煤機(jī)械的設(shè)計(jì)與新產(chǎn)品的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化開采是當(dāng)今發(fā)展的必然趨勢。采煤機(jī)作為綜采的主要機(jī)械設(shè)備，其技術(shù)的先進(jìn)性與可靠性將直接影響煤礦的生產(chǎn)效率。
本文以大功率電牽引采煤機(jī)為研究對(duì)象，結(jié)合MG1000/2500-WD型采煤機(jī)的部分機(jī)械結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，基于理論分析的研究方法，通過查閱相關(guān)書籍和參考文獻(xiàn)，對(duì)比和分析目前廣泛使用的采煤機(jī)機(jī)型特點(diǎn)，對(duì)采煤機(jī)的截割部和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。
以雙滾筒采煤機(jī)的關(guān)鍵機(jī)械結(jié)構(gòu)——截割部作為機(jī)械部分的主要研究對(duì)象，基于采煤機(jī)螺旋滾筒成形的設(shè)計(jì)理論，依據(jù)本研究對(duì)象的使用條件和工作環(huán)境，設(shè)計(jì)計(jì)算采煤機(jī)螺旋滾筒的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)研究對(duì)象動(dòng)力系統(tǒng)橫向布置的特征，分析現(xiàn)有設(shè)備的截割部傳動(dòng)形式，設(shè)計(jì)本采煤機(jī)的截割部傳動(dòng)系統(tǒng)。
以采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，依據(jù)已知的整機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，結(jié)合采煤機(jī)的工作環(huán)境和使用條件，對(duì)采煤機(jī)搖臂調(diào)高系統(tǒng)的工況進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)采煤機(jī)整機(jī)、破碎機(jī)調(diào)高和擋矸支護(hù)等部分的工況進(jìn)行簡要分析。結(jié)合工況分析的結(jié)論，對(duì)比現(xiàn)有采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，設(shè)計(jì)和計(jì)算本采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的參數(shù)和形式，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，得到合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；截割部；液壓系統(tǒng)
Abstract
Coal is one of today's major energy and occupies a pivotal position in the national economy. Achieve comprehensive mechanized mining by designing of mining machinery and developing new products is the inevitable trend of development. Shearer as the main machinery and equipment of the mechanized mining will directly affect the efficiency of coal production for advanced nature and reliability of the technology.
Study on high-power electric haulage shearers in the paper. Both part of the mechanical structure and technical specifications of MG1000/2500-WD Shearer is considered. By research methods of theoretical analysis and instructor guidance and accessing to relevant books and references, comparing and analysising the feathures of the shearer that is extensive used today. Designed and calculated the shearer cutting unit and hydraulic system .
The key mechanical structure of double drum shearer is cutting unit as the main object of study of the mechanical parts. Based on design theory shaped of spiral drum shearer , the working environment and conditions of use on the study. designing and calculating parameters of the main structure of shearer spiral drum. According to the characteristics of?power system that transverse layout of research object, analysising the drive form cutting unit of existing equipment. Designing the driving system of the cutting unit.
Based on the design of cutting unit and the whole structure and motion parameters that is known, combining the working environment and conditions of use, analysising the condi- tions of the shearer rocker arm adjusting system indetail and the condition of the whole machine, crusher raised and blocking gangue support such as part in brief. Combining with the analysis of the working condition. Characteristics and advantages of the existing hydraulic system of Shearer is compared. Designing and calcultting parameters and form of the shearer hydraulic system. And calculating the results of design, get a reasonable design result.
Key words：shearer; cutting unit; hydraulic system
I
目 錄
目 錄 1
1 緒論 1
1.1 采煤機(jī)的發(fā)展概況 1
1. 2 國內(nèi)外采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 2
1.2.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 2
1.2.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 4
1.3 采煤機(jī)組成及其工作原理 4
1.3.1 采煤機(jī)的組成及總體布置 5
1.3.2 采煤機(jī)的工作方式 7
1.4 研究目標(biāo)及意義 11
2 采煤機(jī)的截割部設(shè)計(jì) 13
2.1 MG1000/2500-WD型交流電牽引采煤機(jī) 13
2.1.1 型號(hào)含義 13
2.1.2 工作環(huán)境及其適用范圍 13
2.1.3 MG1000/2550—WD型電牽引采煤機(jī)的主要參數(shù) 14
2.2 截割部設(shè)計(jì) 14
2.2.1 螺旋滾筒的設(shè)計(jì) 16
2.2.2 截割傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26
3 采煤機(jī)的工況分析 32
3.1 采煤機(jī)滾筒調(diào)高系統(tǒng)的工況分析 35
3.1.1采煤機(jī)滾筒調(diào)高系統(tǒng)工作過程分析 35
3.1.2 滾筒采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)受力分析 36
3.2 破碎機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的工況分析 41
3.3 擋矸裝置液壓缸的工況分析 42
4 采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 44
4.1 確定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 44
4.1.1 初選工作壓力 44
4.1.2 執(zhí)行元件的主要參數(shù)計(jì)算 46
4.2 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 49
4.2.1 采煤機(jī)負(fù)載敏感液壓系統(tǒng) 49
4.2.2 采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的回路設(shè)計(jì) 50
4.2.3 液壓系統(tǒng)原理圖的擬定 52
4.3 液壓元件選擇 53
4.3.1 液壓泵的選擇 53
4.3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 54
4.3.3 液壓閥的選擇 55
4.3.4 輔助元件的選擇 57
4.4 調(diào)高液壓缸的設(shè)計(jì) 60
4.4.1 缸筒 60
4.4.2 活塞桿 62
4.4.3 活塞 63
4.4.4 導(dǎo)向套和密封件 63
4.4.5 端蓋和缸底 65
4.5 驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的性能 66
4.5.1 液壓系統(tǒng)壓力損失的驗(yàn)算 66
4.5.2 系統(tǒng)溫升驗(yàn)算 67
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 69
5.1 技術(shù)分析 69
5.2 經(jīng)濟(jì)性分析 69
5.3 市場分析與展望 70
6 結(jié)論 71
致謝 72
參考文獻(xiàn) 73
附錄A 75
附錄B 84
1 緒論
1.1 采煤機(jī)的發(fā)展概況
世界上第1臺(tái)釆煤機(jī)是原蘇聯(lián)于1952年生產(chǎn)并開始使用的，我國于1952年購進(jìn)并使用，與此同時(shí)，雞西煤礦機(jī)械廠即開始進(jìn)行仿制工作，于1954年制造出中國第1臺(tái)深截式采煤機(jī)，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(jìn)和完善，設(shè)計(jì)制造了多種型式的采煤康拜因，這一時(shí)期的釆煤機(jī)稱為中國第1代采煤機(jī)[1]。
20世紀(jì)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(jī)，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(jī)，成為中國第2代釆煤機(jī)，中國第2代釆煤機(jī)的特點(diǎn)是截割部滾筒釆用搖調(diào)高，牽引機(jī)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(yán)重，使用壽命短，同時(shí)牽引力較小，容易拉斷而導(dǎo)致傷人和機(jī)器下滑事故。該類型釆煤機(jī)釆用了液壓傳動(dòng)，具有無級(jí)調(diào)速和過載保護(hù)等特點(diǎn)。
中國于20世紀(jì)60年代末70年代初開始研制第3代釆煤機(jī)即雙滾筒釆煤機(jī)。1975年生產(chǎn)的M鞏-170型釆煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了滾筒釆煤機(jī)由單滾筒向雙滾筒的飛躍。M鞏-170型釆煤機(jī)的2個(gè)可調(diào)高滾筒放在釆煤機(jī)的兩端，利用搖臂調(diào)高。牽引機(jī)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(jī)是西安煤礦機(jī)械廠1983年研制生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒釆煤機(jī)，釆用了三頭螺旋滾筒，滾筒轉(zhuǎn)速有所降低，牽引機(jī)構(gòu)釆用齒輪—銷軌式，傳動(dòng)平穩(wěn)，消除了鏈牽引的缺點(diǎn)，機(jī)器的使用壽命延長，增設(shè)了副牽引部和可靠的液壓制動(dòng)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(jī)是由泰山建能公司、煤炭科學(xué)研究總院、新漢礦業(yè)集團(tuán)聯(lián)合研制完成的。該釆煤機(jī)釆用滾筒式釆煤機(jī)發(fā)展趨勢的多電機(jī)橫向布置，液壓牽引系統(tǒng)打破常規(guī)，釆煤機(jī)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(shí)現(xiàn)了釆煤機(jī)液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新。該機(jī)在同類釆煤機(jī)設(shè)計(jì)中達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。
國外于1976年研制出第1臺(tái)電牽引釆煤機(jī)。1991年，由煤炭科學(xué)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(tái)釆用交流變頻調(diào)速的G344-PWD型薄煤層強(qiáng)力爬底板電牽引釆煤機(jī)，性能良好，電牽引釆煤機(jī)成為中國第4代釆煤機(jī)。2005年煤炭科學(xué)研究總院上海分院又開發(fā)出總裝機(jī)功率達(dá)1 815 kW的大功率釆煤機(jī)。隨后，更大功率的電牽引釆煤機(jī)MG900/2215-GWD也問世，該型釆煤機(jī)的控制達(dá)到了國際先進(jìn)水平，是目前國內(nèi)功率最大的釆煤機(jī)。如果釆用長搖臂，最大釆高可達(dá)到創(chuàng)記錄的6m，該型釆煤機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)，在大功率釆煤機(jī)的應(yīng)用已趨向成熟，并已成為目前釆煤機(jī)調(diào)速方式的主流，其主要特點(diǎn)是：啟動(dòng)性能好，可直接實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)；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(jì)算機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、無刷無整流子的優(yōu)點(diǎn)，也有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好，控制電路簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢，而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)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(jī)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(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)電流的控制精度和控制性能可以做得更適合釆煤機(jī)的使用，但它在釆煤機(jī)上的應(yīng)用也存在低速性能差、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱等問題。
1. 2 國內(nèi)外采煤機(jī)的發(fā)展趨勢
1.2.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展趨勢
近年來，國外釆煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：牽引方式釆用電牽引，傳統(tǒng)的液壓牽引釆煤機(jī)在國外雖然仍在生產(chǎn)和使用，但已不占主導(dǎo)地位，由于電牽引釆煤機(jī)的諸多優(yōu)點(diǎn)，國外目前新開發(fā)的采煤機(jī)，特別是大功率采煤機(jī)基本上都是釆用電牽引方式[2-3]。
裝機(jī)總功率不斷增大，國外釆煤機(jī)的功率在不斷提高，電機(jī)截割功率通常在400 kW以上，功率大的已達(dá)l 000 kW；牽引電動(dòng)機(jī)功率均在40 kW以上，大的甚至達(dá)到125 kW；總裝機(jī)功率通常超過l 000 kW，最高已達(dá)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(jī)的牽引速度普遍達(dá)到15~25 m/min,牽引力達(dá)到757 kN以上。釆用大截深滾筒已成為提高釆煤機(jī)生產(chǎn)能力的重要途徑。
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(jìn)、可靠性高，維護(hù)管理簡單和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，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(jī)的發(fā)展方向。釆用2個(gè)變頻器分別拖動(dòng)2臺(tái)牽引電機(jī)的牽引系統(tǒng)，可使?fàn)恳目刂坪捅Ｗo(hù)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(gè)特點(diǎn)。
普遍釆用中高壓供電80年代以來，由于裝機(jī)功率大幅度提高以及工作面的不斷加長，整個(gè)工作面容量超過5 000 kW，工作面長度達(dá)到300 m。為減少輸電線路損耗，提高供電質(zhì)量和電機(jī)性能，新一代大功率電牽引釆煤機(jī)乎都釆用中高壓供電。主要供電等級(jí)有2 300 V、3 300 V、4 160 V和5 000 V等。
監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化現(xiàn)代電牽引釆煤機(jī)均具有建立在微處理機(jī)基礎(chǔ)上的智能化監(jiān)控、監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)交互式人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)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(chǔ)及傳輸、健康（故障）診斷及預(yù)警、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)高等多種功能，以保證釆煤機(jī)最低的維護(hù)量和最高的利用率；并可實(shí)現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機(jī)的信息交互和聯(lián)動(dòng)控制等功能。英國Long-Airdox 公司在EL系列機(jī)型上裝置的Im-pact集成保護(hù)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(jī)的JNA網(wǎng)絡(luò)信息中心等。監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化主要功能可歸結(jié)為：
(1) 負(fù)載控制：通過截割電機(jī)電流的精確監(jiān)測，調(diào)整釆煤機(jī)的牽引速度，使釆煤機(jī)在不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行工作，從而保證傳動(dòng)系統(tǒng)不易受持續(xù)沖擊影響。
(2) 工作面定位控制：可以識(shí)別釆煤機(jī)在工作面的位置，在機(jī)頭、機(jī)尾可自動(dòng)減速和停止，與支架配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隨機(jī)移架,并可檢查支架是否正確支護(hù)。
(3) 與工作面輸送機(jī)聯(lián)機(jī)的負(fù)荷控制：通過輸送機(jī)的負(fù)荷監(jiān)測來調(diào)節(jié)釆煤機(jī)的釆煤量，使釆煤機(jī)和輸送機(jī)的生產(chǎn)能力完全相匹配，既提高輸送機(jī)的可靠性，又充分發(fā)揮工作面的生產(chǎn)能力。
(4) 自動(dòng)調(diào)高控制：釆煤機(jī)每移動(dòng)1 m就可精確地測量截割高度和角度10次，通過自動(dòng)算法與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較校正，迅速對(duì)釆煤機(jī)進(jìn)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(tái)階，實(shí)現(xiàn)平滑過渡，加快工作面設(shè)備的推進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和顯示：釆煤機(jī)的數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)可釆集大量各類機(jī)器參數(shù)，如：輸入電壓；電機(jī)電流，軸承、繞組和冷卻水溫度；控制電源；潤滑油溫度、消耗；液壓系統(tǒng)油位、壓力、溫度；冷卻和噴霧降塵水量/水壓；機(jī)器速度、方向；搖臂的操作角度；過載保護(hù)監(jiān)控等。
(6) 數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控：釆煤機(jī)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(hào)。
1.2.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展趨勢
國內(nèi)電牽引采煤機(jī)代表機(jī)型在總體參數(shù)和性能方面已接近國外先進(jìn)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(jìn)一步完善和提高。尤其是在線工況監(jiān)測、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸與采煤機(jī)自動(dòng)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(jī)的智能化程度低，設(shè)備可靠性、安全性和可維護(hù)性較差，今后國內(nèi)電牽引采煤機(jī)的主要研究方向如下：
(1) 進(jìn)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(diǎn)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(jī)電氣控制系統(tǒng)。重點(diǎn)是高采煤機(jī)電控系統(tǒng)抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。
(3) 開發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。重點(diǎn)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(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測與保護(hù)技術(shù)、搖臂自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)等。
(4) 開發(fā)可四象限運(yùn)行的礦用交流變頻調(diào)速裝置，使采煤機(jī)能適應(yīng)較大傾角煤層開采的需要。
(5) 開發(fā)裝機(jī)功率更大、采高更高的采煤機(jī),提高煤炭產(chǎn)量及回采率。
(6) 加強(qiáng)提高采煤機(jī)開機(jī)率和可靠性的研究。
(7) 電器元件小型化的研究。由于裝機(jī)功率增大，電動(dòng)機(jī)、變壓器、變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大，為滿足整機(jī)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。
1.3 采煤機(jī)組成及其工作原理
采煤機(jī)械是機(jī)械化采煤作業(yè)中最主要的機(jī)械設(shè)備，其功能是落煤和裝煤。采煤機(jī)械分為采煤機(jī)、刨煤機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)（亦稱掘采機(jī)），其中采煤機(jī)又包括滾筒采煤機(jī)和螺旋鉆采煤機(jī)，由于滾筒采煤機(jī)用途廣發(fā)，因此通常說的采煤機(jī)即指滾筒采煤機(jī)。
滾筒式采煤機(jī)是機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備，是典型的大型復(fù)雜機(jī)電液系統(tǒng)產(chǎn)品，直接決定著采煤效率和成本，具有大功率（300~2 400 kW）、大質(zhì)量（20~120 T）、高產(chǎn)量(100~1 000萬噸/年)等特點(diǎn)，在所有機(jī)械化采煤設(shè)備中的使用量占到 90% 以上。滾筒采煤機(jī)分為單滾筒采煤機(jī)和雙滾筒采煤機(jī)，單滾筒采煤機(jī)只有在薄煤層中使用，并且現(xiàn)在使用量很少，為此本文所闡述的滾筒采煤機(jī)主要指雙滾筒采煤機(jī)。雙滾筒采煤機(jī)可免開缺口，能適應(yīng)較復(fù)雜的頂、底板條件，適用于各種硬度煤層，能截割硬煤；且采高范圍大，調(diào)高方便，在緩斜煤層中采高為 0.65~6.0 m，采用無鏈牽引可在 35°~54° 的大傾角條件下工作。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，滾筒采煤機(jī)很快得到了廣泛使用，并且在結(jié)構(gòu)和性能方面不斷改進(jìn)和完善。
1.3.1 采煤機(jī)的組成及總體布置
釆煤機(jī)主要由牽引部、截割部、電氣系統(tǒng)、調(diào)高系統(tǒng)、破碎機(jī)和附屬裝置等部分組成（如圖1-1)。兩個(gè)滾筒對(duì)稱地布置在機(jī)器的兩端，采用搖臂調(diào)高。這樣布置不但有較好的工作特性，對(duì)頂板和底板的起伏適應(yīng)能力強(qiáng)，而且只要滾筒具有橫向切入煤壁的能力，就可以自開工作面切口。這類采煤機(jī)的截割部多采用齒輪傳動(dòng)，并且為了加大調(diào)高的范圍，多采用惰輪以增加搖臂的長度；電動(dòng)機(jī)和采煤機(jī)的縱軸相平行，采用單電機(jī)傳動(dòng)時(shí)，通常要用一根長軸穿過牽引部；采煤機(jī)的牽引部和截割部通常各自獨(dú)立[4]。
圖 1-1 電牽引雙滾筒采煤機(jī)
Fig. 1-1 Electric traction double drum shearer
滾筒采煤機(jī)常見的總體布置方式有兩種。
(1) 電動(dòng)機(jī)沿軸向（縱向）布置方式。有鏈牽引采煤機(jī)的總體布置方式如圖1-2,其中圖a單滾筒采煤機(jī)，圖b雙滾筒采煤機(jī)， 圖c雙滾筒雙電動(dòng)機(jī)采煤機(jī)。無鏈牽引采煤機(jī)的總體布置方式如圖1-3，其中圖a 雙滾筒單電動(dòng)機(jī)采煤機(jī)，圖b是雙滾筒單電動(dòng)機(jī)（牽截合一）采煤機(jī)，圖c為雙滾筒雙電動(dòng)機(jī)采煤機(jī)，而圖d是雙滾筒雙電動(dòng)機(jī)（牽截合一）采煤機(jī)。
圖 1-2 有鏈牽引采煤機(jī)的總體布置方式
Fig. 1-2. Overall?layout of chain haulage shearer
1-截割部；2-電動(dòng)機(jī)；3-牽引部；4-滾筒；5-搖臂
圖 1-3 無鏈牽引采煤機(jī)的總體布置方式
Fig. 1-3 Overall layout of chainless haulage shearer
1-截割部；2-電動(dòng)機(jī)；3-牽引部；4-滾筒；5-搖臂；6-行走部；7-行截合一截割部；8-電控箱
(2) 多電動(dòng)機(jī)橫向布置方式。多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的采煤機(jī)總體布置方式如圖1-4，其中圖a為雙滾筒多電動(dòng)機(jī)（有鏈液壓牽引）， 圖b是雙滾筒多電動(dòng)機(jī)（無鏈液壓牽引），圖c為電牽引。
圖 1-4 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)的總體布置方式
Fig. 1-4 Overall layout of shearer driven by multi-motor
1-電控箱；2-牽引部電動(dòng)機(jī)；3-牽引部；4-滾筒；5-搖臂；6-截割部電動(dòng)機(jī)；7-行走部；
8-行牽合一牽引部；9—變頻調(diào)速及電控箱
1.3.2 采煤機(jī)的工作方式
(1) 采煤機(jī)工作原理
采煤機(jī)的功能有兩個(gè)，即對(duì)煤巖的截割破落和裝載。采煤機(jī)通過螺旋滾筒上的截齒對(duì)煤壁進(jìn)行切割；通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進(jìn)行裝載，將從煤壁上切割下來的煤運(yùn)出，在利用葉片外緣將煤拋到刮板輸送機(jī)中部槽內(nèi)運(yùn)走。
單滾筒采煤機(jī)（見圖1-5a、圖1-5b）滾筒一般位于采煤機(jī)下端，以使?jié)L筒割落下的煤不經(jīng)機(jī)身下部就運(yùn)走，從而可降低采煤機(jī)機(jī)面（由底板到機(jī)身上表面）高度。單滾筒采煤機(jī)上行工作（圖1-5a）時(shí)，滾筒割頂部煤并把落下的煤裝入刮板輸送機(jī)，同時(shí)跟機(jī)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(jī)器下行工作（圖1-5b）時(shí)，滾筒割底部煤及裝煤，并隨之推移刮板輸送機(jī)。這種采煤機(jī)沿工作面往返一次進(jìn)一刀的采煤法稱為單向采煤法。
圖 1-5 滾筒采煤機(jī)的工作原理
Fig. 1-5 Working principle of drum shearer
雙滾筒采煤機(jī)（1-5c）工作時(shí)，前滾筒割頂部煤，后滾筒割底部煤。因此，雙滾筒采煤機(jī)沿工作面牽引一次，可以進(jìn)一刀，返回時(shí)，又可進(jìn)一刀，即采煤機(jī)往返一次進(jìn)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(jī)，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(duì)順時(shí)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(shí)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”。
(2) 采煤機(jī)的進(jìn)刀方式
當(dāng)采煤機(jī)沿工作面裝雙向采煤時(shí)，每次截割完工作面全長后，工作面就向前推進(jìn)一個(gè)截深的距離。在采煤機(jī)重新開始截割下一刀之前，首先要使?jié)L筒切入煤壁，推進(jìn)一個(gè)截深，這一過程稱為進(jìn)刀。綜采工作面兩端巷道的斷面較大，刮板輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾一般可伸進(jìn)巷道。當(dāng)采煤機(jī)截割到工作面端頭時(shí)，其滾筒可截割至巷道，因此不需要人工預(yù)開切口，而由采煤機(jī)在進(jìn)刀過程中自開切口。采煤機(jī)的進(jìn)刀方式主要有斜切式進(jìn)刀和正切式進(jìn)刀兩種[4]。
1) 端部斜切法
利用采煤機(jī)在工作面兩端25~30m范圍內(nèi)斜切進(jìn)刀稱為端部斜切法，如圖1-6所示。
圖 1-6 端部斜切進(jìn)刀法
Fig 1-6 Oblique end feed method
其操作過程如下：
a. 采煤機(jī)下行正常割煤時(shí)，滾筒2割頂部煤，滾筒1割底部煤（圖1-6a），在離滾筒1約10 m處開始逐段移輸送機(jī)。當(dāng)采煤機(jī)割到工作面運(yùn)輸巷處（輸送機(jī)頭）時(shí)，將滾筒2逐漸下降，以割底部殘留煤，同時(shí)將輸送機(jī)移成如圖1-6b所示的彎曲行。
b. 翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒1升到頂部，然后開始上行斜切（圖1-6b中虛線），斜切長度約為20m，同時(shí)將輸送機(jī)移直（圖1-6c）。
c. 翻轉(zhuǎn)擋煤板并將滾筒1下降割煤，同時(shí)將滾筒2上升，然后開始下行截割（圖1-6c中虛線），直到工作面運(yùn)輸巷。
d. 翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒位置上下對(duì)調(diào)，由滾筒2割殘留煤（圖1-6d），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(dòng)下部輸送機(jī)，直到工作面回風(fēng)巷時(shí)又反向牽引。重復(fù)上述進(jìn)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(jī)往返一次，翻轉(zhuǎn)擋煤板及對(duì)調(diào)滾筒位置3次，所以工序比較復(fù)雜。這種進(jìn)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(jī)在工作面中部斜切進(jìn)刀稱為中部斜切法，如
圖 1-7 中部斜切進(jìn)刀法
Fig. 1-7 Central oblique feed method
其操作過程如下：
a. 開始時(shí)工作面是直的，輸送機(jī)在工作面中部彎曲（圖1-7a），采煤機(jī)在工作面運(yùn)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1-7a中虛線）；然后轉(zhuǎn)入正常割煤，直到工作面回風(fēng)巷；再翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒1下降割殘留煤，同時(shí)將下部輸送機(jī)移直。這時(shí)工作面是彎的，輸送機(jī)是直的（圖1-7b）。
b. 將滾筒2升起，機(jī)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1.7b中虛線），轉(zhuǎn)入正常割煤，直到工作面運(yùn)輸巷；再翻轉(zhuǎn)擋煤板，將滾筒2下降，即完成了一次進(jìn)刀；然后將上部輸送機(jī)逐步完成圖2-7c所示狀態(tài)，即又恢復(fù)到工作面是直的，輸送機(jī)是彎的位置。
c. 將滾筒1上升，機(jī)器快速移到工作面中部，又開始新的斜切進(jìn)刀，重復(fù)上述過程。
中部斜切進(jìn)刀法有以下特點(diǎn)：
a. 每進(jìn)兩刀只改變牽引方向（包括翻轉(zhuǎn)擋煤板及對(duì)調(diào)滾筒位置）4次，工序比較簡單，節(jié)省了時(shí)間。
b. 采煤機(jī)快速移動(dòng)時(shí)可以裝凈上次進(jìn)刀留下的浮煤，裝備效果好。
c. 采煤機(jī)割煤時(shí)，輸送機(jī)機(jī)頭處于不移動(dòng)狀態(tài)，且有一半時(shí)間輸送機(jī)完全呈直線，故能延長輸送機(jī)壽命。
d. 采煤機(jī)每割1刀要多運(yùn)行1個(gè)工作面長度，但由于牽引速度高，因此所花費(fèi)的總時(shí)間仍不長。
e. 在滯后支護(hù)的條件下，采用中部斜切法，空頂?shù)拿娣e和時(shí)間要比端部斜切法大。
因此，中部斜切法適用于工作面較短、片幫嚴(yán)重的煤層條件。
3) 正切進(jìn)刀法（鉆入法）
正切進(jìn)刀法是在工作面兩端用千斤頂將輸送機(jī)及其上面的采煤機(jī)滾筒推向煤壁，利用滾筒端盤端面上的截齒鉆入煤壁，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀。正切進(jìn)刀法的操作過程如下：
a. 當(dāng)采煤機(jī)割到工作面一端后（圖1-8a），放下上滾筒，返回割一個(gè)機(jī)身長的底部煤，停機(jī)后，開始切口，則工作面如圖1-8b所示。
b. 開動(dòng)滾筒，并靠推溜千斤頂將輸送機(jī)連通采煤機(jī)強(qiáng)力推入煤壁。為便于鉆入，在推溜同時(shí)將采煤機(jī)在1 m距離內(nèi)往復(fù)牽引，直到鉆入下一個(gè)截深（見圖1-8c）。
c. 滾筒切入后，變換前、后滾筒高度，割去端面剩余殘煤（見圖1-8d），再轉(zhuǎn)入正常割煤狀態(tài)。
正切入刀法的優(yōu)點(diǎn)是工作面空頂面積小，切入時(shí)間短，可提高功效。但此法只適于用無擋煤板的采煤機(jī)。且千斤頂推力大，并要求輸送機(jī)、采煤機(jī)搖臂強(qiáng)度大，因此一般很少采用。
圖 1-8 正切進(jìn)刀法
Fig. 1-8 Tangential feed method
1.4 研究目標(biāo)及意義
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(fèi)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(diǎn)決定了在相當(dāng)長的時(shí)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(qiáng)度加大，煤礦開采深度增加，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，自然災(zāi)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(shí)也為了保證在難度大的采煤區(qū)機(jī)械保障較高的效率，就必須要在釆煤機(jī)械上下功夫，提高采煤機(jī)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(dá)到這個(gè)目標(biāo)，現(xiàn)代化、高產(chǎn)、高效、安全可靠的采煤機(jī)的研究相當(dāng)重要，采煤機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新有助于推動(dòng)中國采煤機(jī)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(duì)大功率電牽引采煤機(jī)——MG1000/2500-WD型的無鏈電牽引采煤機(jī)的截割部和液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其工作裝置進(jìn)行工況分析。目前，長壁工作面的煤炭機(jī)械化開采主要應(yīng)用采煤機(jī)，而無鏈電牽引采煤機(jī)在煤礦的使用率最高，與國外先進(jìn)的機(jī)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(duì)采煤機(jī)機(jī)械部分的關(guān)鍵部件（截割部）進(jìn)行研究，提高采煤機(jī)結(jié)構(gòu)的合理性；對(duì)搖臂調(diào)高液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合采煤機(jī)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。
2 采煤機(jī)的截割部設(shè)計(jì)
2.1 交流電牽引采煤機(jī)
本文以MG1000/2500-WD型采煤機(jī)為研究對(duì)象，該型號(hào)為多電動(dòng)機(jī)橫向布置無鏈交流電牽引采煤機(jī)，采用機(jī)載式交流調(diào)速的新型無鏈電牽引采煤機(jī)：
2.1.1 型號(hào)含義
M——采煤機(jī) W——無鏈牽引
G——滾筒式 D——電驅(qū)動(dòng)
1000/2500——單截割部電機(jī)功率(kW)/裝機(jī)總功率(kW)
2.1.2 工作環(huán)境及其適用范圍
(1) 工作環(huán)境：綜采工作面
采煤工作面是地下采煤的工作場所，隨著采煤的進(jìn)行，工作面不斷向前推進(jìn)，原來的采場即成為采空區(qū)。長壁工作面采煤的工序?yàn)槠泼?、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)及控頂?shù)任屙?xiàng)。以滾筒式采煤機(jī)為主，組成長壁工作面綜合機(jī)械化設(shè)備，可以完成五個(gè)主要工序，稱為綜合機(jī)械化采煤，簡稱綜采，此工作面稱綜采工作面。
圖 2-1 典型煤礦布局圖 圖 2-2 綜采工作面布置圖
Fig. 2-1 Layout of typical coal mine Fig. 2-2 Layout of fully mechanized working face
(2) 適用范圍
該機(jī)型適用于采高3.2~6.2 m，煤層傾角≤16°的厚煤層綜采工作面，要求煤層頂板中等穩(wěn)定，底板起伏不大，不僅適用于松軟，煤質(zhì)硬或中硬，也能截割一定的矸石夾層。可在有瓦斯、煤塵或其他爆炸性混合氣體的煤礦中使用，在長壁式采煤工作面與刮板輸送機(jī)、液壓支架等配套使用實(shí)現(xiàn)采、裝、運(yùn)的機(jī)械化。
圖 2-3 MG1000/2550-WD型交流電牽引采煤機(jī)
Fig. 2-3 MG1000/2550-WD type AC electric haulage shearer
2.1.3 MG1000/2550—WD型電牽引采煤機(jī)的主要參數(shù)
MG1000/2550-WD采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見下表：
表 2-1 MG1000/2550-WD型采煤機(jī)的主要參數(shù)
Tab. 2-1 Main parameters of MG1000/2550-WD Shearer
項(xiàng) 目
數(shù) 據(jù)
單 位
采高范圍
3.2~6.2
m
裝機(jī)功率
2 500
kW
供電電壓
3 300
V
滾筒直徑
Φ3 000
mm
截深
865
mm
牽引力
980~546
kN
牽引速度
0~15.6~28
m/min
搖臂水平時(shí)最大長度
16 910
mm
下切深度
600
mm
過煤高度
1 078
mm
主機(jī)重量
177
t
機(jī)身高度
10 360
mm
機(jī)面高度
2 805
mm
適合傾角
≤16°
mm
滾筒轉(zhuǎn)速
24
r/min
2.2 截割部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
采煤機(jī)截割部是采煤機(jī)完成落煤和裝煤的部件，其消耗的功率約占采煤機(jī)總裝機(jī)功率的80%~90%。截割機(jī)構(gòu)主要組成部分有：截割電動(dòng)機(jī)、搖臂減速箱、聯(lián)接塊、潤滑冷卻系統(tǒng)、內(nèi)外噴霧系統(tǒng)、離合裝置和滾筒（如圖2-4）等。還包括一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)傾角傳感器，用于檢測搖臂的溫度和擺角。其中搖臂用來支撐滾筒、調(diào)整滾筒高度及為滾筒傳遞動(dòng)力，滾筒（如圖2-5）分別通過裝在其上的螺旋葉片和截齒進(jìn)行裝煤和落煤。此外，采煤機(jī)截割部一般還包括調(diào)高油缸和提升托架等附屬裝置[5-6]。
圖 2-4 截割部的組成
Fig. 2-4 Component of cutting unit
圖 2-5 滾筒
Fig. 2-5 Roller
截割部傳動(dòng)裝置的功用是將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到滾筒，為滾筒割煤和裝煤提供動(dòng)力。電牽引采煤機(jī)截割部的部分傳動(dòng)裝置及截割電機(jī)都安裝在搖臂殼體內(nèi)，搖臂的作用相當(dāng)于一個(gè)減速箱，同時(shí)，搖臂還能上下擺動(dòng)來調(diào)整滾筒的高度，以適應(yīng)頂?shù)装迤鸱?、煤層厚度變化以及牽引方向改變時(shí)滾筒高度的改變。由于截割部消耗采煤機(jī)總功率的80%~90%，因此要求截割部應(yīng)具有高的強(qiáng)度、剛度和可靠性，良好的潤滑密封、散熱條件和高的傳動(dòng)效率。
采煤機(jī)截割部大多采用齒輪傳動(dòng)，主要有以下幾種傳動(dòng)方式：
1) 電動(dòng)機(jī)—機(jī)頭減速箱—搖臂減速箱—滾筒。DY150，MZS2-150，BM-100，SIRUS-400等型采煤機(jī)都采用這種傳動(dòng)方式。它的特點(diǎn)是傳動(dòng)簡單，搖臂從機(jī)頭減速箱端伸出，支承可靠，強(qiáng)度和剛度好，但搖臂下限位置受輸送機(jī)限制，臥底量較小。
2) 電動(dòng)機(jī)—機(jī)頭減速箱—搖臂減速箱—行星齒輪傳動(dòng)—滾筒，由于齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比較大，因此可使前幾級(jí)傳動(dòng)比較小，系統(tǒng)得以簡化，并使行星齒輪的齒輪模數(shù)較小。但行星齒輪的采用使?jié)L筒筒轂尺寸增加，因而這種傳動(dòng)方式適應(yīng)在中厚煤層以上工作的大直徑滾筒采煤機(jī)。這里搖臂從機(jī)頭減速箱側(cè)面伸出所以可獲得較大的臥底量。
3) 電動(dòng)機(jī)—機(jī)頭減速箱—滾筒。這種傳動(dòng)方式取消了搖臂，而靠電動(dòng)機(jī)、機(jī)頭減速箱和滾筒組成截割部來調(diào)高，使齒輪數(shù)大大減少，機(jī)殼的強(qiáng)度、剛度增大，可獲得較大的調(diào)高范圍，還可使采煤機(jī)機(jī)身長度大大縮短，有利于采煤機(jī)切口等工作。
4) 電動(dòng)機(jī)—搖臂—行星齒輪傳動(dòng)—滾筒。這種傳動(dòng)方式的主電動(dòng)機(jī)采用橫向布置，使電動(dòng)機(jī)軸與滾筒軸平行，取消了承載大、易損壞的錐齒輪，使截割部更為簡化。采用這種傳動(dòng)方式可獲得較大的調(diào)高范圍，并使采煤機(jī)機(jī)身長度進(jìn)一步縮短。為了適應(yīng)煤層厚度的變化，需要在煤層高度范圍內(nèi)調(diào)整滾筒位置，這個(gè)過程叫做調(diào)高。搖臂的調(diào)高主要由調(diào)高油缸來實(shí)現(xiàn)，搖臂的末端與采煤機(jī)的主機(jī)架鉸接，而油缸的活塞桿與殼體鉸接，油缸缸體與主機(jī)架鉸接，通過油缸活塞的伸縮來調(diào)整截割部滾筒的位置。為加長搖臂，擴(kuò)大調(diào)高范圍，搖臂內(nèi)常裝有一串惰輪，致使截割部齒輪數(shù)較多。
2.2.1 螺旋滾筒的設(shè)計(jì)
滾筒式采煤機(jī)的截割部一般包括割煤滾筒、搖臂、固定減速箱等工作機(jī)構(gòu)（不同的機(jī)型其截割部的組成不盡相同，如多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電牽引采煤機(jī)）。割煤滾筒承擔(dān)截煤和裝煤任務(wù)，是采煤機(jī)截割部主要部件之一。一個(gè)完善的割煤滾筒應(yīng)滿足以下要求：
1) 能適應(yīng)不同的煤層和有關(guān)地質(zhì)條件；
2) 能充分利用煤壁的壓張效應(yīng)，將底能耗，提高塊煤率，減少煤塵；
3) 能裝煤和自開切口；
4) 載荷均勻分布，機(jī)械效率高；
5) 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，拆裝、維修方便。
(1) 螺旋滾筒
螺旋滾筒是目前采煤機(jī)使用最廣泛的截割機(jī)構(gòu)。這種工作機(jī)構(gòu)簡單，工作可靠，但截煤的塊度小，煤塵較多[7]。
1) 基本結(jié)構(gòu)
螺旋滾筒的基本結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。在螺旋葉片的頂端及端盤周邊上裝有許多截齒，輪轂與滾筒軸固定在一起。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)截齒截割和剝落煤體，螺旋葉片將碎煤運(yùn)至滾筒的采空側(cè)，裝入輸送機(jī)。在葉片上和端盤上齒座的旁邊還裝有內(nèi)噴霧用的噴嘴。
大多數(shù)采煤機(jī)采用焊接滾筒，一般用20~30 mm厚的45Mn或16Mn鋼板鍛壓成螺旋葉片，再和齒座、輪轂、等焊接而成。若采用鑄造滾筒，則齒座是在加工后焊接到葉片上的。
圖 2-6 螺旋滾筒的結(jié)構(gòu)
Fig. 2-6 Structure?of spiral drum
1-端盤；2-螺旋葉片；3-齒座；4-噴嘴；5-筒轂
2) 滾筒的轉(zhuǎn)向
滾筒旋轉(zhuǎn)方向?qū)孛哼^程來說有順轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)兩種。
a. 順轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向和牽引方向相同，如圖2-7a所示。大部分煤被螺旋葉片從滾筒輪轂下面帶到滾筒后面，擋煤板把煤擋住，按自然安息角φ堆積。
b. 逆轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)向與牽引方向相反，如圖2-7b所示。截落的煤不斷被螺旋葉片向工作面輸送機(jī)推動(dòng)，大部分煤按自然安息角φ堆積在滾筒前半部。
圖 2-7 滾筒旋轉(zhuǎn)方向與裝煤關(guān)系
Fig. 2-7 Relationship of drum rotation direction with loading
順轉(zhuǎn)時(shí)，煤在裝煤在過程中二次破碎較嚴(yán)重，裝煤能耗較大。采煤機(jī)后面滾筒不僅擔(dān)負(fù)截割前滾筒余留的煤，而且要將這些煤連同前滾筒未裝出的煤全部裝入輸送機(jī)。為了有較好的裝煤效果，一般將后滾筒定為向上截煤的旋轉(zhuǎn)方向，而將前滾筒定為向下的截煤的旋轉(zhuǎn)方向。對(duì)于單滾筒采煤機(jī)，一般在左工作面用右螺旋滾筒，在右工作面左螺旋滾筒。
3) 滾筒與滾筒軸的連接方式
滾筒與滾筒軸的連接結(jié)構(gòu)有：錐形軸端與平鍵連接，內(nèi)齒輪副與錐形盤復(fù)合連接，軸端凸緣與楔塊連接，方頭連接（中、大功率的采煤機(jī)多用）等。
圖2-8所示為采煤機(jī)滾筒與滾筒軸的連接結(jié)構(gòu)。滾筒中部是圓錐套1，其內(nèi)孔有1:6的錐度，圓錐盤2由擋板6和螺釘5固定在滾筒軸上，并用卡環(huán)9和螺釘8將其與圓錐套1緊鎖在一起。圓錐盤2由內(nèi)齒輪3與滾筒軸連接。高壓水通過內(nèi)噴霧接口7和內(nèi)噴霧分流器4進(jìn)入噴嘴實(shí)現(xiàn)內(nèi)噴霧。由于配合圓錐較短，錐角和配合直徑都較大，故滾筒拆裝方便，連接可靠。
圖2-8 內(nèi)齒輪副與錐形盤復(fù)合連接結(jié)構(gòu)
Fig. 2-8 Composite connection structure of internal gear pair with a cone plate
1-圓錐套；2-圓錐盤；3-內(nèi)齒輪；4-內(nèi)噴霧分流器；5,8-螺釘；6-擋板；7-內(nèi)噴霧接口；9-卡環(huán)
4) 滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)
a. 滾筒的三個(gè)直徑
滾筒的3個(gè)直徑是指滾筒直徑、葉片直徑和筒轂直徑(如圖2-6)。
滾筒直徑。螺旋滾筒直徑是指螺旋滾筒安裝截齒后最高齒尖點(diǎn)所在的回轉(zhuǎn)圓直徑，其大小主要考慮開采煤層厚度狀況和用戶要求，并兼顧煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的螺旋滾筒系列，如0.50，0.55，0.60,0.70,0.75,0.80,0.85,0.90,0.95,1.00,1.10,1.25,1.40,1.60,1.80,2.00,2.30,2.60等。目前，采煤機(jī)的螺旋滾筒直徑最大已達(dá)到3.80m。
本文根據(jù)前后滾筒裝煤量相等的原則確定滾筒直徑?，F(xiàn)代采煤機(jī)大都采用雙滾筒兩端布置方式，一次截割煤層全高，因此，滾筒直徑應(yīng)不小于采高的一半，且按截割過程中前后滾筒的裝煤量性等原則，即
(2-1)
式中 H——采煤機(jī)開采煤層厚度，m；
a——螺旋滾筒直徑D與采高H的比值，即D=aH；
η——螺旋滾筒裝煤效率，小直徑螺旋滾筒η=60%~70%，大直徑螺旋滾筒η=70%~80%。
整理可得
取平均值有a≈0.6，即D=0.6H。
螺旋葉片直徑Dy。螺旋葉片直徑是指螺旋葉片外緣直徑。截齒的最大切削厚度hmax與最大截距tmax有如下關(guān)系
(2-2)
式中 b——鎬齒截齒的等效寬度，m；
φ——截槽崩落角，(°)。
截割過程中為了避免葉片邊緣與截槽間的煤棱干涉，hmax應(yīng)不超過截齒徑向外伸長度的70%，即2hmax≤0.7(D-Dy)。由此可得螺旋葉片直徑為
(2-3)
筒轂直徑Dg。筒轂直徑Dg愈大，筒轂與煤巖體之間形成的容煤空間愈小，碎煤在滾筒內(nèi)循環(huán)和被重復(fù)破碎的可能性也愈大。在滿足筒轂內(nèi)安裝軸承和傳動(dòng)齒輪的條件下，應(yīng)保持螺旋葉片直徑與筒轂直徑的適當(dāng)比例。對(duì)于D＞1 m的大直徑滾筒，Dy/D≥2 m；對(duì)于D＜1 m的小直徑滾筒，Dy/D≥2.5 m。
b. 滾筒寬度
滾筒寬度為端盤寬度和葉片導(dǎo)程之和，應(yīng)等于或大于采煤機(jī)的截深。滾筒的寬度一般為0.6~0.8 m。對(duì)于較薄的煤層，為了提高采煤機(jī)的生產(chǎn)率，滾筒寬度可為0.8～1.0 m；對(duì)于較厚的煤層，為了改善頂板的支護(hù)性能，滾筒寬度可取0.5 m。
c. 螺旋升角
單頭螺旋葉片及其展開后的形狀如圖2-9a、圖2-9b所示。和分別表示螺旋葉片的外徑和內(nèi)徑，為螺旋葉片的導(dǎo)程。不同直徑上的螺旋升角不同，螺旋葉片的外緣升角和內(nèi)緣升角分別為和。顯然，螺旋葉片在外緣的升角小于內(nèi)緣的升角，即
小于 (2-4)
圖2-9 葉片螺旋升角及其頭數(shù)
Fig. 2-9 Rise angle of the helical blade and its head number
螺旋升角的大小直接影響滾筒的裝煤效果。升角較大時(shí)，排煤能力強(qiáng)，裝煤速度快，但升角過大會(huì)把煤拋到溜槽的采空側(cè)；升角過小，煤在螺旋葉片內(nèi)循環(huán)，造成煤的重復(fù)破碎。國內(nèi)外對(duì)螺旋升角曾進(jìn)行過大量試驗(yàn)，中國一般認(rèn)為α=20°，30°~35° 時(shí)裝煤效果較好。對(duì)于雙頭螺旋葉片（圖2-9c），螺旋升角為
(2-5)
式中 n——螺旋頭數(shù)；
S——螺距。
螺距的大小應(yīng)保證煤從滾筒中順利排出，一般為0.25~0.4 m。螺旋葉片頭數(shù)主要是按截割參數(shù)的要求確定的。直徑<1.25 m的滾筒一般用單頭，<1.4 m的滾筒可用雙頭或三頭，<1.6 m的滾筒可用三頭或四頭。
(2) 截齒
截齒裝在螺旋滾筒上，是采煤機(jī)截煤的刀具[6]。由于煤質(zhì)軟硬不同和煤層所含夾矸情況，截齒截煤時(shí)受力就有所不同，采用的截齒幾何形狀和尺寸就應(yīng)有區(qū)別，對(duì)制造所用材料和工藝也有相應(yīng)的要求。對(duì)截齒的基本要求是；強(qiáng)度高，耐磨性好，截割比能耗低，能適應(yīng)較多的煤層條件，在齒座上安裝可靠，易于拆裝。
1) 截齒類型
目前采煤機(jī)使用的截齒主要有扁形齒和鎬形齒兩種。
扁形截齒的刀體是沿滾筒的半徑方向安裝的，故常稱為徑向截齒。這種截齒適用于截割各種硬度的煤，包括堅(jiān)硬煤和粘性煤，使用較多。其刀體端面呈矩形，固定方式如圖2-10所示。圖2-10a中，銷釘和橡膠套裝在齒座側(cè)孔內(nèi)，裝入截齒時(shí)靠刀體下端斜面將銷釘壓回，對(duì)位后銷釘被橡膠套彈回至刀體窩內(nèi)而將截齒固定；圖2-10b中，銷釘和橡膠套裝在刀體孔中，裝入時(shí)，銷釘沿著斜面壓入齒座孔中而實(shí)現(xiàn)固定；圖2-10c中，銷釘和橡膠套裝在齒座中，用卡環(huán)擋住銷釘并防止橡膠套轉(zhuǎn)動(dòng)，裝入時(shí)，刀體斜面將銷釘壓回，靠銷釘卡主刀體上缺口而實(shí)現(xiàn)固定。
圖 2-10 扁形截齒及其固定方式
Fig. 2-10 Flat cutter and a fixed way
1-刀體；2-齒座；3-銷釘；4-橡膠套；5-硬質(zhì)合金頭；6-卡環(huán)
鎬形截齒的刀體安裝方向接近于滾筒的切線，又稱為切向截齒。這種截齒一般在脆性煤和節(jié)理發(fā)達(dá)的煤層中具有較好的截割性能。工作時(shí)，截齒在截割阻力作用下可在齒座內(nèi)回轉(zhuǎn)，達(dá)到自動(dòng)磨銳齒尖的效果。其截齒形狀及固定方式如圖2-11所示。它的下部為圓柱形，上部為圓錐形（或帶有扁刃）。將截齒插入齒座后，只要在尾部環(huán)槽內(nèi)裝入彈簧圈即可固定。
2) 截齒在滾筒上的配置
螺旋滾筒上截齒的排列規(guī)律稱為截齒配置。基本要求是：截割塊煤多，煤塵少，截割比能耗小，滾筒受力較均衡，所受載荷變動(dòng)小，機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定。
截齒配置情況可用截齒配置圖來表示。截齒配置圖表示了截齒在工作機(jī)構(gòu)形成表面上的坐標(biāo)位置，螺旋滾筒上工作機(jī)構(gòu)的截齒配置圖是滾筒上截齒齒尖所在圓柱面的展開圖，如圖2-12所示。圖中水平線稱為截線，是截齒齒尖的運(yùn)動(dòng)軌跡；相鄰兩條界限之間的距離稱為截距，豎線表示截齒的位置坐標(biāo)。螺旋滾筒上的截齒配置包括如下3部分。
a. 端盤上的截齒配置
圖 2-11 鎬型截齒及其固定方式
Fig. 2-11 Pick shaped cutter and a fixed way
1-鎬型截齒；2-齒座；3-彈簧圈；4-硬質(zhì)合金頭；5-碳化鎢合金層；6-刀體
圖 2-12 雙頭螺旋滾筒截齒配置圖
Fig. 2-12 Pick arrangement diagram of double helical drum
端盤貼近煤壁工作，用以切出整齊的煤壁，為葉片工作開出自由面，并防止?jié)L筒端面與煤壁摩擦。煤壁出煤的壓張程度差，并處于半封閉截割條件，故工作條件惡劣，因此，端盤上齒密度大，截距小。端盤上的截距都是靠調(diào)節(jié)齒座傾角來獲得的，向煤壁傾斜用“+”號(hào)，向采空區(qū)傾斜用“-”號(hào)。截齒向兩側(cè)傾斜，可以抵消作用在滾筒上的側(cè)向力，安裝的平均截距t應(yīng)為葉片部分平均截距的一半。端盤上的截線數(shù)通常為4~7，端盤每條截線上的截齒數(shù)為m=m+(2~3) 個(gè)（m為葉片上每條截線上的截齒數(shù)）；貼近煤壁的截線上截齒可以更多，以減小截齒的磨損。截齒沿圓周方向應(yīng)均勻分布，以減小滾筒上的扭矩脈動(dòng)。端盤上的截齒一般分為2~4組，每組由0°、-5 °、+35 °、+20 °、+35 °、-15 °、0 °、+35 °、+20 °及+35 °10個(gè)齒組成。
端盤截割寬度一般為70~130 mm，最大傾角的截齒應(yīng)伸出端面35~50 mm。
b. 葉片上的截齒配置
葉片上截齒的截距t一般為32~65 mm，對(duì)硬、韌性煤，t可小于此值，但是t太小則煤太碎，截割比能耗增大；對(duì)脆性煤使用切向截齒時(shí)，t可大于此值。葉片上每條截線的截齒數(shù)m=1~3，可根據(jù)螺旋頭數(shù)選取。為使?jié)L筒上的載荷均勻，兩相鄰截齒沿圓周分布的角度（或距離）應(yīng)該相等。
根據(jù)每條截線上截齒數(shù)m與葉片頭數(shù)z的比值不同，截齒在葉片上的配置方式可分為一下4種（見圖2-13）。
圖 2-13 螺旋葉片上的截齒配置與切削斷面圖
Fig. 2-13 Pick configuration and the cutting section of spiral vane
順序配置（圖2-13d）。截割煤時(shí)截齒一個(gè)跟著一個(gè)。每個(gè)截齒截割的媒體呈單向裸露，截出的切削斷面如圖2-13右邊所示，故截齒上受到的側(cè)向力較大。順序配置時(shí)，m/z=1，葉片頭數(shù)與同一截線上的截齒數(shù)相等。這種配置方式用得最普遍，適用于硬煤。
交錯(cuò)（棋盤）配置（圖2-13a，圖2-13b）。截煤時(shí)，每個(gè)截齒在相鄰兩截齒超前開出半個(gè)切削厚度的媒體上工作，故截割條件好，截齒不受側(cè)向力。一般雙頭螺旋和四頭螺旋葉片可用這種配置方式。這種配置方式適用于脆性煤。
混合配置（圖2-13c、圖2-13e、圖2-13f、圖2-13g）。圖2-13c，圖2-13f中不同葉片上的截線組成一條與葉片螺旋線方向相反的螺旋線，其切削端面接近交錯(cuò)配置，但有側(cè)向力。三頭螺旋葉片在截脆煤時(shí)可用這種配置。圖2-13c中，葉片上每3個(gè)截齒按順序配置組成一組，而組與組之間按交錯(cuò)配置，所形成的切削厚度不等。在圖2-13g中，邊緣截齒數(shù)加多，故切削厚度小，其余截線上截齒截出接近交錯(cuò)配置的斷面。切屑斷面圖可以直觀地看出每個(gè)截齒的工作順序和切屑斷面形狀，從而判斷截齒配置是否合理。
不等截距配置前3種葉片上的截齒配置均采用等截距，故截齒沿圓周方向分布均勻，螺旋葉片的升角是保持不變的，幢煤效果不理想。而理想的截距應(yīng)從煤壁向外逐漸加大，即采用不等截距（圖2-14）。這種配置方式的截齒沿圓周均