矿山机械作业

矿山机械理论及应用

专业：__机械工程___

班级：__机械研13-4班_

学号：__471320113___

姓名：__刘晓东___

辽宁工程技术大学研究生考试题签。

13 － 14 学年第 2 学期课程名称矿山机械理论及应用

试卷类型** ，试题签页数 1 ，专业负责人签字。

作业名称：自选一种采煤及运输工艺（井工矿和露天矿均可），组成所需设备，并绘制设备布置示意图，选择一种设备说明它们的分类、工作原理、研究现状。

井工矿的采煤及运输工艺设备布置示意图：

1、采煤机结构简图。

1-右滚筒；2-右截割部；3-截割电机；4-右牵引部；5-冷却喷雾装置；

6-电器控制箱；7-泵站；8-牵引电机；9-左牵引部；10-左截割部；11-左滚筒。

2、采煤机的分类。

按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机）。

按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。

按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机、截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机和截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。

3、滚筒式采煤机各部分的工作原理。

以电牵引双滚筒采煤机为例。

3.1 截割部采煤机的截割部是由采煤机的工作机构和驱动工作机构的减速器所组成的部件。截割部还包括工作机构的调高机构和挡煤板及其翻转机构。

调高机构和翻转机构都是采用液压驱动及控制的。截割部的作用是破煤和装煤，由挡煤板、螺旋滚筒、摇臂减速器和截割部减速器等部件组成。螺旋滚筒是采煤机的工作机构，它应能适应煤层的地质条件和先进的采煤方法及回采工艺的要求。

还应具有落煤、装煤、自开工作面切口的功能。螺旋滚筒的优点是简单可靠，缺点是煤被过于破碎，产生的煤尘较大，截割比能耗较高。滚筒属于浅截式工作机构，切人煤壁的深度小于1m，可以充分利用煤层的压酥区，降低采煤比能耗。

为了保证螺旋叶片向运输机装煤，而不是向煤壁推煤，滚筒叶片的螺旋方向应与滚筒转向相适应。站在采空区一侧看滚筒，右螺旋滚筒应是顺时针方向转动，左螺旋滚筒应是逆时针方向转动。不论采煤机的牵引方向如何，都必须保持这个关系。

在螺旋叶片长度一定的条件下，螺旋头数少，螺旋升角大，装煤效果好。但叶片螺旋升角过大，增加循环煤量和粉尘的飞扬，因此，螺旋头数也不能太少。对采中厚煤层的采煤机多用两头螺旋。

当工作条件较稳定、釆煤机装机功率富余时，可采用三头螺旋滚筒。滚筒转速是一个比较重要的参数，它对于滚筒的截割和装载过程影响较大。滚筒转速过高则切屑太薄，将产生较多的粉煤，粉尘飞扬，比能耗较高。

同时，也会引起循环煤增多，带来不利的影响。但转速高可以提高滚筒的装载能力。截割部减速器的作用是向工作机构传递动力并使工作机构保持在适当的位置。

不同型号的采煤机，其截割部减速器的结构也不尽相同，但基本上都是采用齿轮传动。滚筒转速已呈现低速化的趋势，要使截割比能耗低和生产率高，必须是牵引速度要高，滚筒转速要低，齿数要少，即使煤的块度较大。采用棋盘式配置和大截齿就能达到比能耗低和生产率高的要求。

所以，提高截齿的质量和工作性能，正确选用和安装截齿，对于提高釆煤机的生产效率和降低生产成本有着重要的意义。 3.2 牵引部为了提高牵引力，在液压牵引方式中常采用双牵引方式，即液压泵向两个液压马达同时供油的方式。

能实现无级调速，随着采煤机外载荷的不断变化，要求牵引速度能随着载荷的变化而变化。在液压牵引采煤机中通过控制变量泵的流量来实现；在电牵引采煤机中则通过控制牵引电动机的转速来实现。能实现正反向牵引和停止牵引，在液压牵引采煤机中常采用单电动机，即截割和牵引使用1台电动机，因此牵引方向的改变或停止牵引往往通过液压泵供油方向的改变或停止供油来实现。

电牵引采煤机采用多电动机，截割电动机和牵引电动机是分开的，很容易实现牵引部正反向牵引和停止牵引。有完善可靠的安全保护由于采煤机的负载变化很剧烈，牵引部必须设有安全保护装置。在液压牵引采煤机中主要根据电动机的负荷变化和牵引阻力的大小来实现自动调速或过载回零，先进的采煤机还设有故障监测和诊断装置。

在电牵引采煤机中主要是对牵引电动机的监测和控制来保证牵引部的安全可靠运行。牵引部的组成及牵引方式牵引部由传动装置和牵引机构两大部分组成。传动装置的重要功能是进行能量转换，即将电动机的电能转换成传动主链轮或驱动轮的机械能。

牵引机构是协助采煤机沿工作面行走的装置。传动装置装在采煤机上是内牵引，装在采煤工作面两端为外牵引。绝大部分采煤机为内牵引，仅在薄煤层和急倾斜煤层的采煤机上才使用外牵引。

采煤机的牵引机构有有链牵引和无链牵引两种。目前大多数滚筒采煤机是采用锚链牵引。在采高较大的中厚以上煤层的采煤机上，广泛采用立链轮布置方式。

但随着采煤机功率的不断增大，对牵引链的强度要求也越来越高。由于使用了大直径的锚链后，节距越来越大，传动中牵引速度的周期性变化，产生脉动冲击负荷，对采煤机的运行不利。无链牵引提高了采煤机的可靠性和生产的安全性。

采用无链牵引后，工作面取消了牵引链，比较安全，采煤机牵引时无冲击负荷，受力情况得到了改善，同时也取消了工作面两端的张紧补偿装置，为工作面使用多台采煤机创造了条件。随着高产高效工作面的出现以及采煤机功率和牵引力的增大，同时也为了工作面更加安全可靠，无链牵引机构方式将逐渐取代有链牵引方式。

4、采煤机的整体工作原理。

截割部的截割电机通过减速器的减速传动最终带动滚筒旋转，完成截煤和落煤的工作，通过刮板输送机将落下的煤运走。调高系统完成摇臂的上下摆动，实现目标采高的动作，他是由辅助系统里的调高泵产生高压油从而推动油缸活塞杆，实现摇臂的升降。牵引部牵引电机通过减速器的减速最终带动行走机构上的销轨轮，通过与刮板输送机上的销排啮合完成行走的动作，实现采煤机的移动。

5、国内电牵引双滚筒采煤研究现状及发展趋势。

（1）煤科总院上海分院。

2023年煤科总院上海分院与波兰科玛克合作，率先研制成功国内第一台交流变频调速的mg344-pwd型薄煤层强力爬底板采煤机，随后，利用研制成功的交流变频调速技术对mg300和am500液压牵引采煤机进行了改造，改制成功mg300/ 680-wd型和mg375/ 830-wd型两种交流电牵引采煤机；同时，在国内首先开发研制成功了截割电机横向布置的mg200/ 500-wd型和mg250/ 600-wd型、mg300/ 700-wd型、mg400/ 920-wd型、mg450/ 1020-wd型等中厚煤层交流电牵引采煤机，以及用于较薄煤层的mg200/ 450-bwd型、mg250/ 550-wd型、mg250/ 600-awd型等交流电牵引采煤机，分别用于淮南、徐州、大同和晋城矿务局。至今，煤科总院上海分院开发的电牵引采煤机已基本形成系列，有13种机型，功率450~1020kw,采高1000~4600mm。代表机型mg450/1020-wd型电牵引采煤机装机功率达到1020kw,截割功率2@450kw,牵引功率2@50kw,牵引力700kn,滚筒截深可达1000mm,在国内最大。

开发的全中文界面的plc控制系统可以配置各种机型，可实现无线电遥控、端头站控制、电控箱面板控制和变频器箱面板直接控制，电机的温度监测和热保护，功率监测、恒功率控制和过载保护，牵引电机的电流监测和负荷控制，中文显示运行状态、故障跟踪记忆、开机提示。

2）西安煤矿机械制造厂。

西安煤矿机械制造厂2023年在原mxa-300/ 3.5型液压牵引采煤机基础上，配以eickhoff公司的ee-40型直流电牵引部和电控箱改装而成第一台mxb-380e/ 3.5型直流电牵引采煤机，总体结构保留原纵向布置方式。

在此基础上，同样采用ee-40型直流电牵引部和电控箱开发了单电机400kw,纵向布置的**机功率480kw的mxb-480型和双电机**机功率880kw的mxb-880型直流电牵引采煤机。具有恒功率、恒扭矩自动调速、过载保护、计算机故障诊断、显示等功能。

目前正准备开发交流电牵引采煤机和薄煤层电牵引采煤机。

3）太原矿山机器厂。

在与煤科总院上海分院合作将am500液压牵引采煤机改造成mg375/ 830-wd型交流电牵引采煤机后，与兖州矿务局合作，在引进英国elec-tra1000型直流电牵引采煤机技术基础上研制了mgty400/900-3.3d型交流电牵引采煤机。同时开发了mg250/ 600-1.

14d型交流电牵引采煤机。采用cpu作为控制核心，具有运行参数中文显示、故障诊断记忆及保护等功能。

4)鸡西煤矿机械制造厂。

在与煤科总院上海分院合作将mg2@300-w型液压牵引采煤机改造成mg300/ 680-wd型交流电牵引采煤机后，研制了mg200/ 463型、mg400/ 985型交流电牵引采煤机。具有运行参数显示、故障记忆及保护等功能。

5)无锡采煤机械厂。

与北京合作采用开关磁阻电动机开发了电牵引采煤机，该机正处于试制阶段。

6)辽源煤矿机械制造厂。

在与煤科总院上海分院合作生产mg344-pwd型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机后， 2023年开发了mg350-pwd型交流电牵引采煤机，2023年与邢台矿务局合作开发了电磁滑差调速采煤机。

与目前国外最先进的电牵引采煤机相比，国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适应范围还急待完善和提高，尤其是**监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器件等智能化技术与国外相比差距甚远。根据我国煤炭生产要求和采煤机技术发展趋势，以及针对国内电牵引采煤机存在的差距，未来开发的采煤机一定是高可靠性、高度自动化、具有很强适应性、能远程控制的产品。为了提高采煤机技术的进步，达到高产高效的目标，应该大胆采用先进技术，加大科技创新力度，在采煤机的设计上做足文章，加大研发力度，今后主要研究内容如下：

第。一、进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性，主要是完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能，让微机电气控制系统更加安全可靠。

第。二、研发适合我国复杂地形的四象限运行的电牵引采煤机，也不能一味的追求大功率，要将重点放在适合中厚煤层的中等功率的电牵引采煤机，提高采煤的数量和效率。

第。三、研究可靠的微机电气控制系统。重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。

第。四、加大对延长整机及关键部件使用寿命的研究。开展高强度长寿命壳体的研究，大功率采煤机需满足整机2000万吨采煤量寿命的总体设计，关键部件的使用寿命研究更是要不断提高，这样才能使采煤机的使用寿命整体达到高水平，节约采煤成本，提高采煤效率。

第。五、加大先进信号传输系统的研究。开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠实时传输的研究。让采煤机的工作更加智能化，提高工作效率。

第。六、向小型化的采煤电器设备方向发展。由于采煤机的各个部件众多，如果整机过于庞大，将影响采煤机的作业，也不能更好的适应各种采煤环境，及各种煤层的采煤需要，因此，为了使用性更强，应在研发小型采煤机的技术上加大功夫。

第。七、加大大功率采煤机的监测、诊断和控制系统的研究。采用机载计算机监测、故障诊断及自动控制系统，可以有效提高采煤机的安全可靠性，通过整体监测、故障诊断和维修管理专家系统，能让采煤机整体的工作效率大幅度提高，工作也更加安全可靠，是保证采煤工作顺利、有序、高校进行的重要途径。

第。八、适当的引用和借鉴是十分必要的。随着市场经济的不断发展和全球一体化进程的不断加快，国际间的技术交流也在不断深入。

对于采煤机的研发，我们也可以相互交流，相互借鉴，实现共同发展，重要的能在引进和借鉴的同时能有所创新，有自己的核心技术和创新部分，让我国的采煤机技术达到甚至超过世界先进水平。

通过上述研究，提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动化程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础；使我国电牵引采煤机研制技术达到国际90年代末期的先进水平；为我国双高综采工作面和双高矿井的建设，提供技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。

电牵引采煤机经过25年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术，成为具有人工智能的高自动化机电设备，代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下：

1)电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。

2)结构形式向多电机驱动横向布置发展。

3)监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。

4)性能参数向大功率、高参数发展。

5)综合性能向高可靠性和高利用率发展。

国内电牵引采煤机研制方向与国际发展基本一致，经过近15年的研究，已取得较大进展，但离国际先进水平，特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大差距，必须进行大量的技术和试验研究。

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