采煤機設(shè)計原理

1、第五章 行走部,行走部擔負采煤機工作時的移動和非工作時的調(diào)動。 行走部包括行走機構(gòu)(牽引機構(gòu))和行走驅(qū)動裝置。,第五章 行走部,行走機構(gòu)是直接移動采煤機的裝置，分鋼絲繩牽引、鏈牽引及無鏈牽引。 行走驅(qū)動裝置用來驅(qū)動行走機構(gòu)，并實現(xiàn)牽引速度的調(diào)節(jié)。按調(diào)速傳動方式有機械傳動、液壓傳動和電傳動，分別稱機械牽引、液壓牽引和電牽引。 行走驅(qū)動裝置位于采煤機上的稱內(nèi)牽引，位于工作面兩端的稱外牽引。,第一節(jié) 對行走部基本要求,對牽引部要求： 1)牽引力大 2)傳動比大 傳動裝置的總傳動比在300左右。 3)能實現(xiàn)無級調(diào)速 4)不受滾筒轉(zhuǎn)向的影響 5)能實現(xiàn)正反向牽引和停止牽引 6)有完善可靠的安全保護 7)

2、操作方便,第二節(jié) 液壓牽引系統(tǒng),行走驅(qū)動裝置按調(diào)速傳動方式有機械傳動、液壓傳動和電傳動 (機械牽引、液壓牽引和電牽引)。,液壓牽引部是利用容積式液壓傳動的調(diào)速特性來實現(xiàn)調(diào)速性能的行走部。 液壓牽引系統(tǒng)通過液壓泵排出的壓力油，驅(qū)動液壓馬達，液壓馬達經(jīng)齒輪傳動或直接帶動驅(qū)動輪。 改變液壓泵的流量和排油方向(或利用換向閥改變油流方向)來改變液壓馬達的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)牽引速度的調(diào)節(jié)和牽引方向的變換。,第二節(jié) 液壓牽引系統(tǒng),根據(jù)q和p選用或設(shè)計主液壓泵，根據(jù)qm和p1選用或設(shè)計液壓馬達。 液壓牽引部總效率一般只有60%65%。 設(shè)計時驗算管路壓力損失和整個液壓系統(tǒng)的熱平衡，保證液壓馬達得到需要的工作

3、壓力和足夠的油箱容積。必要時裝備冷卻設(shè)備，使系統(tǒng)溫升不超過限度。 采煤機液壓牽引部油箱的熱平衡溫升不應超過45，最高工作溫度不超過75。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),電牽引部由專用牽引電動機經(jīng)傳動裝置帶動驅(qū)動輪，利用電氣調(diào)速裝置改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)牽引方向的變換和牽引速度的調(diào)節(jié)。 德國Eickhoff公司于1976年制造出第一臺電牽引采煤機。電牽引采煤機代表采煤機的發(fā)展方向，近年來高產(chǎn)高效的世界記錄都是電牽引采煤機創(chuàng)造的。,電牽引采煤機優(yōu)點： 具有良好牽引特性 采煤機前進時提供牽引力；采煤機下滑時進行發(fā)電制動，向電網(wǎng)反饋電能。 可用于大傾角煤層 牽引電動機軸端裝停機時防止采煤機下滑的制

4、動器。設(shè)計制動轉(zhuǎn)矩為電動機額定轉(zhuǎn)矩的1.62.0倍，電牽引采煤機可用在40傾角的煤層。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),運行可靠，使用壽命長 電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外，其它件無磨損使用可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。,反應靈敏，動態(tài)特性好 電子控制系統(tǒng)能將多種信號快速傳遞到調(diào)節(jié)器中，以便及時調(diào)整各參數(shù)，防止機器超載運行。 效率高 電牽引采煤機將電能轉(zhuǎn)化為機械能只做一次轉(zhuǎn)換，效率可達0.9；液壓牽引由于能量的幾次轉(zhuǎn)換，再加上存在的泄漏損失、機械摩擦損失和液壓損失，效率只有0.650.7左右。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單 機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。 有完善的檢測和顯示系統(tǒng)

5、采煤機在運行各參數(shù)如電壓、電流、溫度、速度等均可檢測和顯示。當某些參數(shù)超過允許值時，便會發(fā)出報警信號，嚴重時可以自行切斷電源。,按電氣調(diào)速傳動的類型不同分直流調(diào)速和交流調(diào)速、電磁滑差調(diào)速、開關(guān)磁阻調(diào)速。 直流電牽引采用直流調(diào)速傳動，通過直流調(diào)速裝置來改變直流電動機電樞電壓及勵磁電壓的大小和方向，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和變換轉(zhuǎn)向。 直流電動機分串激直流電動機和他激直流電動機，以他激電動機應用最多。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),交流電牽引采用交流調(diào)速傳動 廣泛應用交流變頻調(diào)速技術(shù)，依靠交流變頻調(diào)速裝置改變交流電動機的供電頻率和供電相序，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)向的變換。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),M = KmKe

6、I,n電動機轉(zhuǎn)速；M電動機轉(zhuǎn)矩；U電樞端電壓；I電樞電流；Rs電樞電阻；勵磁磁通；Km，Ke電動機常數(shù)。,利用晶閘管整流和觸發(fā)電路控制晶閘管的導通與截止來調(diào)節(jié)電樞電壓U，以此來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速n； 同時保持磁通和電樞電流I不變，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩自動調(diào)速特性。 若調(diào)節(jié)磁通來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速n，同時保持U和I不變，并使M和n乘積不變，實現(xiàn)恒功率自動調(diào)速特性。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),二、直流串激電動機的牽引調(diào)速特性 直流串激電動機的機械特性方程,M = KmKeI,方程與直流他激電動機的機械特性方程一樣，但電樞繞組和勵磁繞組是串聯(lián)的。 勵磁磁通隨電樞電流I變化，當電樞電壓U一定，負載轉(zhuǎn)矩增大時，磁通增大，電動機

7、轉(zhuǎn)速n下降；當負載轉(zhuǎn)矩下降時，磁通減弱，轉(zhuǎn)速n上升。 M和n的乘積變化不大直流串激電動機調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，其特性屬軟特性，特性曲線為雙曲線。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),直流串激電動機的機械特性方程,M = KmKeI,直流串激電動機的軟特性具有起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，電路簡單的特點。 截割功率增大時，牽引力隨之增大，同時牽引速度急劇下降，負載功率隨著下降，有利于過載保護。 串激電動機空載時牽引速度急劇升高，易出現(xiàn)“飛車”危險，但采煤機空運行負載也不小，不會出現(xiàn)此現(xiàn)象。 直流串激電動機采用晶閘管整流和觸發(fā)電路控制晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)電樞電壓U的方法與直流他激電動機基本一樣。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),三

8、、交流電動機的牽引調(diào)速特性 交流電動機轉(zhuǎn)速方程,f定子電源頻率，Hz；p電動機的磁極對數(shù)；s轉(zhuǎn)差率。,調(diào)節(jié)供電頻率f就可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),f升高，若U不變q下降，導致電動機轉(zhuǎn)矩下降。為保持q不變，通常采用同時調(diào)節(jié)U和f，并使壓頻比恒定,常數(shù),q基本不變，轉(zhuǎn)矩基本不變。 在工頻以下屬壓頻比恒定、恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)頻調(diào)速控制。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),在頻率f很低時，U(定子端電壓)并不與E(電動勢)基本近似相等，而是E下降更多，使q減少，保持不了q恒定電動機的轉(zhuǎn)矩M和Mmax下降。 為提高低頻的轉(zhuǎn)矩，采用提高U來提高M U與f比值增大，不是原先恒定的比值，屬于提高電壓、補償?shù)皖l的調(diào)頻調(diào)速控制

9、，以提高電動機在低頻時的M和Mmax。 提高電壓不能超過電動機的允許范圍。當電壓為恒定值后，轉(zhuǎn)為恒功率調(diào)速。,第三節(jié) 電牽引系統(tǒng),調(diào)壓調(diào)頻(VVVF)是交流電動機的變頻調(diào)速控制的基本原理。 為實現(xiàn)VVVF變頻調(diào)速，多采用交直交變頻器。采用二極管整流將交流變成直流，再采用SPWM正弦脈寬調(diào)制逆變器，將直流變成可調(diào)頻率的交流，以實現(xiàn)交流電動機的頻率調(diào)速控制。 SPWM控制可采用微機軟件實現(xiàn)或大規(guī)模PWM集成塊實現(xiàn)。采煤機上廣泛采用微機軟件實現(xiàn)。,四、開關(guān)磁阻調(diào)速電動機原理 開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(簡稱SRD) 主要由開關(guān)磁阻電動機（簡稱SRM）、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制器組成。,第三節(jié) 電牽引

10、系統(tǒng),開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(簡稱SRD)是80年代推出的新型無級變速系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電動機(簡稱SRM)、功率變換器、轉(zhuǎn)子位置檢測器和控制器組成。,第四節(jié) 鏈牽引機構(gòu),牽引鏈3繞過主動鏈輪1和導向鏈輪2，兩端分別固定在輸送機上下機頭的拉緊裝置4上。主動鏈輪轉(zhuǎn)動，通過牽引鏈與主動鏈輪嚙合驅(qū)動采煤機沿工作面移動。,主動鏈輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，牽引鏈從右段繞入左段鏈拉力F1，右段鏈拉力F2，采煤機牽引力 F=F2 - F1 采煤機F力作用下，克服阻力向右移動。 當主動鏈輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，采煤機向左移動。,第四節(jié) 鏈牽引機構(gòu),根據(jù)鏈輪安裝位置不同，分立式鏈輪和水平鏈輪。 立式鏈輪吐鏈方便，水平鏈輪的

11、牽引鏈容易堆積，造成牽引鏈在鏈輪處被卡死，冒落矸石易進入水平鏈輪，產(chǎn)生嚴重磨損和脫鏈現(xiàn)象廣泛采用立式鏈輪。,鏈牽引特點： 強度高，承載能力大，滿足采煤機增大牽引力和提高牽引速度的要求。 鏈牽引依靠鏈輪齒和鏈環(huán)相嚙合，工作較可靠。 牽引鏈使用壽命長，一般可用6個月以上。斷鏈后用連接環(huán)連接，十分方便。 牽引鏈節(jié)距較大，當鏈輪作等速運轉(zhuǎn)時，牽引鏈相對鏈輪的移動周期性變化產(chǎn)生動載荷。,第四節(jié) 鏈牽引機構(gòu),牽引鏈的固定與張緊 牽引鏈通過緊鏈裝置固定在輸送機兩端。緊鏈裝置產(chǎn)生的初拉力可使牽引鏈拉緊，并可緩和因緊邊鏈轉(zhuǎn)移到松邊時彈性收縮而增大緊邊的張力。,牽引鏈緊鏈裝置： 彈簧緊鏈裝置和液壓緊鏈裝置。,第四

12、節(jié) 鏈牽引機構(gòu),1-牽引鏈；2-導向鏈輪； 3-液壓缸；4-截止閥；5-減壓閥；6-單向閥；7-安全閥,工作原理： 牽引鏈1繞過導向鏈輪2，通過連接環(huán)和液壓缸3連接 采煤機向右工作，右端牽引鏈張緊力使安全閥7超過調(diào)定值液壓缸縮回。 采煤機左端牽引鏈的預緊力(初張力)由定壓減壓閥5的調(diào)定壓力值決定，并使左端液壓缸活塞桿伸出。,液壓緊鏈裝置,第四節(jié) 鏈牽引機構(gòu),采煤機繼續(xù)向右端牽引，非工作邊張力逐漸增加，當左端液壓缸的壓力值增加到安全閥調(diào)定值時，安全閥動作，液壓缸收縮，導向鏈輪2右移，用液壓缸的行程補償牽引鏈的彈性收縮限制非工作邊張力增加。,液壓緊鏈裝置優(yōu)點：非工作邊保持恒定張力，初張力(預緊力)

13、大小由定壓減壓閥調(diào)定值決定。工作過程中非工作邊張力由安全閥整定值決定。,采煤機向強力化、重型化及大傾角發(fā)展，裝率增大到2000kW，牽引力達到6001000kN牽引鏈不能滿足要求，且牽引鏈一旦斷裂，其儲存的彈性能被釋放，嚴重危及人身安全無鏈牽引機構(gòu)。,第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),無鏈牽引優(yōu)點： 取消工作面牽引鏈，消除斷鏈和跳鏈傷人事故，工作安全可靠； 同一工作面可同時使用多臺采煤機，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率； 牽引速度脈動比鏈牽引小，采煤機運行較平穩(wěn)。鏈軌式雖然也是鏈條，但強度余量較大，彈性變形對牽引速度影響較小； 牽引力大，能適應大功率采煤機和高產(chǎn)高效的需要； 取消鏈牽引的張緊裝置，使工作面切口

14、縮短。對底板起伏、工作面彎曲、煤層不規(guī)則等適應性增強； 適應采煤機在大傾角(可達54)條件下工作，利用制動器使采煤機防滑問題得到解決。,第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),問題： 加強輸送機本身結(jié)構(gòu)，使用和管理中保持平直度； 齒輪、齒軌或銷軸在嚙合傳動中傳遞力很大，且起支點作用，磨損加快材質(zhì)和熱處理要求較高，結(jié)構(gòu)上要能快速更換； 為適應采煤機在推移中水平和垂直方向的傾斜，仍能保證正確的嚙合，在銷軸座或齒軌之間的連接方式上注意可調(diào)性，同時注意溜槽的連接強度； 無鏈牽引機構(gòu)使機道寬度增加約100mm，提高了對支架控頂能力的要求。,無鏈牽引機構(gòu)類型： 齒軌式無鏈牽引機構(gòu)、銷軌式無鏈牽引機構(gòu)、鏈軌式無鏈牽引機構(gòu) 。

15、,第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),一、齒軌式無鏈牽引機構(gòu),按行走輪形式不同分為銷輪-齒軌式和齒輪-齒軌式無鏈牽引機構(gòu)。,銷輪-齒軌式無鏈牽引機構(gòu),齒軌分長齒軌和短齒軌。長齒軌固定在輸送機擋煤板上，隨溜槽彎曲。短齒軌(調(diào)節(jié)齒軌)活裝在兩節(jié)長齒軌之間。長齒軌兩端各有橢圓形孔，短齒軌兩端的銷軸裝在此孔中。,第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),二、銷軌式無鏈牽引機構(gòu) 齒輪-銷軌式和鏈條-銷軌式。,銷軌長度=溜槽長度/2，銷軌接口與溜槽接口相互錯開。當溜槽在垂直方向彎曲角時，銷軌間只彎曲/2。,第五節(jié) 無鏈牽引機構(gòu),三、鏈軌式無鏈牽引機構(gòu),1-采煤機行走部；2-驅(qū)動鏈輪；3-牽引鏈； 4-鏈軌架；5-擋板；6-導向滾輪；7-底托架,采煤機行走部傳動裝置1出軸上的驅(qū)動鏈輪2與鋪設(shè)在輸送機采空區(qū)側(cè)擋板或鏟煤板5內(nèi)鏈軌架4上的不等直徑不等節(jié)距牽引鏈3嚙合而驅(qū)動采煤機。與鏈輪2同軸的導向滾輪6支承在鏈軌架4上導向。,第六節(jié) 采煤機防滑裝置設(shè)計,防滑裝置用于煤層傾角大于采煤機自滑坡度的工作面。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定，工作面傾角在15o以上時，必須有可靠的防滑裝置。 無鏈牽引采煤機在全工作面滾輪始終與齒條或齒軌嚙合，且牽引部設(shè)有制動裝置，采煤機不會下滑優(yōu)先選用無鏈牽引采煤機。