采煤机械教学教案讲义.doc

第八章 采煤机械第一节 概述 一、采煤机械的种类把煤由煤层中采落下来的机械称为采煤机械。采煤机械还应具有装煤机构，在工作中能同时把煤装入输送机运出工作面。各国已出现的采煤机械类型不少，但目前煤矿井下广泛使用的采煤机械有三类：滚筒式采煤机、刨煤机和连续采煤机。由于滚筒式采煤机的采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，因而得到了广泛的应用。刨煤机要求的煤层地质条件较严，一般适用于煤质较软不粘顶板、顶底板较稳定的薄煤层或中厚煤层。但刨煤机结构简单，尤其在薄煤层条件下劳动生产率较高。连续采煤机用于房柱式采煤方法开采，也可以作为工作面运输、通风巷道的快速掘进设备。适用于薄、中厚及厚煤层的开采。采煤机有不同的分类方法：按工作机构型式可分为滚筒式、钻削式和链式，按工作机构位置可分为端头式和侧面式；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引，按牵引部位置可分为内牵引和外牵引，按牵引部传动方式可分为机械牵引、液压牵引和电牵引。二、对采煤机械的一般要求对采煤机械的要求，是根据工作面的条件和采煤工艺的需求而提出的。现代采煤机械必须满足下列要求：（1）生产率满足要求。（2）采煤机工作机构能适应煤层厚度变化而工作；牵引机构能在工作过程中随时根据需要改变牵引速度，应能实现无级调速，以适应煤质硬度的变化，发挥机器的效能。（3）机身所占空间较小，对薄煤层采煤机尤为重要。（4）采煤机可拆成几个独立的部件，以便于井下运输，也便于拆装和检修。（5）所有电气设备都应具有防爆性能，采煤机能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作。（6）电动机、传动装置和牵引部应具有超负荷安全保护装置。（7）具有防滑装置，以防机器沿斜坡自动下滑。（8）具有内外喷雾灭尘装置。（9）工作稳定可靠，操作简单方便，操作手把或按钮尽量集中，日常维护工作少且容易。三、滚筒式采煤设备的总体布置及采煤工艺（一）单滚筒采煤机在普通机械化采煤工作面的工作情况普通机械化采煤工作面的配套设备，有采煤机、可弯曲刮板输送机和支护设备。因支护设备不同，其机械化程度也不一样。普通机械化采煤采用金属支柱加铰接顶梁；高档普通机械化采煤采用单体液压支柱加铰接顶梁。普通机械化采煤工作面设备布置如图8-1所示。其采煤方法说明如下：采煤机1为单滚筒采煤机，骑在工作面刮板输送机2上，首先沿工作面倾斜向上移动，把靠近顶板的煤采落并装入输送机，采过后裸露出的岩石顶板，用金属支柱3和金属铰接顶梁4支撑，以保护机器和工人的安全。采煤机采完全工作面顶部煤后，再返回下行采下部的余煤，并把所有落在底板的煤装入输送机。紧跟在机器后用千斤顶把输图8-1 普通机械化采煤工作面布置图1-单滚筒采煤机；2-刮板输送机；3-金属支柱；4-金属铰接顶梁；5-千斤顶送机推移至新的煤壁。推移距离等于采煤机滚筒截割深度，也称为步距，一般为0.61.0m。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，这叫回柱放顶。沿工作面全长这一工作过程称为一个工作循环。每个工作面的工作过程都是根据事先编制好的工作循环图表、按照一定程序工作的。普采工作面也可用双滚筒采煤机。（二）双滚筒采煤机在综合机械化采煤工作面的工作情况在工作面采煤、装煤、运煤及支护等机械化的基础上，进一步使工作面各个机械组成一个整体进行生产，在结构上相互有机地结合，动作上相互协调地工作，这就是综合机械化。综合机械化采煤工作面机械设备配套情况如图8-2所示。双滚筒采煤机1，完成落煤和装煤，采煤机所骑的输送机2，是一种可弯曲刮板输送机，它将煤运出工作面，进入下顺槽转载机7，由转载机将煤装到顺槽可伸缩胶带输送机9上运走。工作面用液压支架3支护，它可自移，沿工作面全长布置。随着采煤机采过后，液压支架依次往前移，以支护新裸露的顶板，后面的顶板让其自行垮落。由液压支架的推移千斤顶，将输送机推向新的煤壁。液压支架所需的高压乳化液，由安置在下顺槽内的乳化液泵站12供给。图8-2 综合机械化采煤工作面机械配套情况1-双滚筒采煤机；2-输送机；3-液压支架；4-端头支架；5-锚固支架；6-巷道棚梁；7-转载机；8-转载机推移装置；9-可伸缩胶带机；10-控制台；11-配电点；12-泵站；13-移动装置；14-移动变电站；15-煤仓；16-绞车；17-单轨吊车（三）采煤机的进刀方式 双滚筒采煤机可在工作面两端自开缺口。当采煤机沿工作面割完一刀后，需要重新将滚筒切入煤壁，推进一个截深，这一过程称为“进刀”。常用的进刀方式有斜切进刀法和正切进刀法。1端部斜切法 利用采煤机在工作面两端约 2530 m的范围内斜切进刀称为端部斜切法。如图8-3所示。其操作过程如下： （1）采煤机下行正常割煤时，滚筒 2割顶部煤，滚筒 1割底部煤（图 a），在离滚筒 1约10m处开始逐段移输送机；当采煤机割到下顺槽处时，将滚筒2逐渐下降，以割底部残留煤，同时将输送机移成如图b所示的蛇弯形。（2）翻转挡煤板，将滚筒1升到顶部，然后开始上行斜切（图b中虚线所示），斜切长度为20m左右，同时将输送机移直（图c）。（3）翻转挡煤板，并将滚筒1下降割煤，同时将滚筒2上升，然后开始下行斜切（图中C虚线所示），直到下顺槽。（4）翻转挡煤板，将滚筒位置上下对调，如图d所示，然后快速移过斜切长度开始上行正常割煤。随即移动下部输送机，直到上顺槽时又重复上述进刀过程。这种进刀方法工序较复杂，适用于工作面较长，顶板较稳定的工作条件。图8-3 端部斜切进刀法2中部斜切法（半工作面法）图8-4 中部斜切进刀法利用采煤机在工作面中部斜切进刀称之中部斜切法。如图8-4所示，其操作过程如下：（1）开始时工作面是直的，输送机在工作面中部弯曲（图a）；采煤机在下顺槽将滚筒1升起，待滚筒2割完残留煤后快速上行到工作面中部，装净上一刀留下的浮煤，并逐步使滚筒斜切入煤壁（图a中虚线）；然后转入正常割煤，直到上顺槽；再翻转挡煤板，将滚筒下降割残留煤，同时将下部输送机移直，这时，工作面是弯的，输送机是直的（图b）。（2）将滚筒2升起，机器下行割掉残留煤后即快速移到中部，逐步使滚筒切入煤壁（图b虚线），转而正常割煤，直到下顺槽；再翻转挡煤板，并将滚筒2下降，即完成了一次进刀；然后将上部输送机逐段前移成图c所示，即又恢复到工作面是直的，输送机是弯的位置。（3）将滚筒1上升，机器又快速移到工作面中部，又开始新的斜切进刀，重复上述过程。这种进刀法的特点是：每进二刀只改变牵引方向四次，故工序比较简单，省时间；采煤机快速移动时可以装净上次进刀留下的浮煤，故装煤效果好；采煤机割煤时，输送机头处于不移动状态，且有一半时间完全呈直线，故能提高输送机的寿命。中部斜切进刀法适用于工作面较短，煤片帮严重的煤层条件。3正切进刀法（钻入法）图8-5 正切进刀法正切进刀法是在工作面两端用千斤顶将输送机及其上面的采煤机滚筒推向煤壁，利用滚筒端盘面上的截齿钻入煤壁，以实现进刀。正切进刀法的操作过程如下（图8-5）：（1）当采煤机割到工作面一端后（图a），放下上滚筒，返回割一个机身长的底部煤，则工作面如图b所示。（2）开动滚筒，并靠推移千斤顶将输送机连同采煤机强行推入煤壁。为便于钻入，在推溜同时将采煤机在1m距离内往复牵引，直到钻入一个截深（图c）。（3）滚筒切入后，变换前后滚筒高度，割去端面残余煤，再转入正常割煤状态。正切法的优点是工作面空顶面积小，切入时间短，可提高工效。但此法只适用于有门式挡煤板或无挡煤板的采煤机，且千斤顶推力要大，要求输送机、采煤机摇臂强度高。因此，一般采用较少。四 刨煤机图8-6 刨煤机1-煤刨；2-工作面输送机；3-推移千斤顶；4-牵引链；5-链轮；6-煤刨传动装置；7-输送机传动装置刨煤机是一种截深浅而牵引速度快的采煤机械，与工作面输送机配合，可实现工作面落煤，装煤和运煤的机械化。如图8-6所示，刨煤机主要由煤刨1、传动装置6、牵引机构（链轮5和牵引链4）和电气控制装置组成。煤刨的刨头上安装若干刨刀，其掌板两端与牵引链连接，牵引链绕过两端链轮形成无极链，链轮转动后，通过牵引链拖动煤刨沿工作面输送机槽运行，刨刀则将一定厚度的煤（30mm100mm）破落下来，并由煤刨上的犁板将煤装入输送机槽内，随着煤刨的运行，推移装置将输送机推向新的煤壁。煤刨运行到工作面端头后，由行程控制器使之停止牵引。电动机反转时，链轮通过牵引链拖动煤刨反方向运行进入下一刀刨煤作业。上述刨煤机，由于刨头上的所有刨刀几乎同时截割煤壁，每把刨刀基本上都处于封闭截割状态，以及刨煤机在工作面需往返换向采煤，只能开采松软的煤层，并且限制了工作面单产和劳动生产率的提高。新型的刨削式采煤机械连续长壁采煤机（英文缩写CLM），将采、装、运功能集于一体，并且采取了合理的截割力分配原理和定向连续的采煤工作方式，在解决上述问题中取得了突破性的进展。如图8-7所示，连续长壁采煤机由机头和机尾的传动装置2、4，煤刨3、7，输送机8，圆环链6，控制系统和推移系统等组成。图8-7 连续长壁采煤机的工作原理1-转载机；2、4-传动装置；3、7-煤刨；5、9-导向体与斜置链轮；6-圆环链；8-输送机圆环链水平封闭铺设，上面装有刮板和2组煤刨，每组煤刨由若干刨头组成（图中为5个），个数依煤质条件而定。2组煤刨的位置相差180º当一组在煤壁刨煤时，另一组在槽中运行。圆环链离开溜槽转入煤壁侧运行时，刨头和刮板需由水平位置转为垂直位置，通过具有空间曲线形状的导向体和斜置链轮的特殊组合，可以实现这种转向并避免圆环链扭曲。工作时，转入煤壁侧运行的煤刨实现采煤作业，首先由最前面的刨头掏槽，后面的刨头则在前面刨头开出的截槽两侧截割，最后一个刨头上安装顶刀和底刀，以完成整个煤层厚度的截割，破碎下来的煤由安装在刨头上的铲斗装入输送机。当煤壁侧煤刨的最后一个刨头离开煤壁转入输送机时，位于输送机中的煤刨的第一个刨头刚好转入煤壁侧，从而实现了由下向上运行的定向连续采煤。连续长壁采煤机适用于在硬而韧的薄煤层中使用，并能提高工作面单产和劳动生产率以及增加工作面长度。第二节 滚筒式采煤机 一、采煤机的组成 现以双滚筒采煤机为例，说明其组成。如图8-8所示，主要由电动机、截割部、行走部和附属装置等组成。 电动机l是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和行走部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。行走部2通过其主动链轮与固定在工作面刮板输送机两端的牵引链相啮合，使采煤机沿工作面移动。因此，行走部即是采煤机的行走机构。左、右截割部固定减速箱4将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5内的齿轮，驱动滚筒6旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘和螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高采煤机的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡煤板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻180°。底托架8是固定和承托整个采煤机的底架，通过其下部的四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。图8-8 双滚筒采煤机1-电动机；2-行走部；3-牵引链；4-截割部固定减速箱；5-摇臂；6-滚筒；7-弧形挡煤板；8-底托架；9-滑靴；10-调高液压缸；11-调斜液压缸；12-拖缆装置；13-电气控制箱底托架内的调高液压缸10可使摇臂及其滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜液压缸11用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱13内装有各种电控元件，用于采煤机的调速控制、各种保护和故障诊断的控制、状态显示、报警装置等。此外，为降低电动机和减速器以及摇臂的温度，并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置12内，并由采煤机拉动在工作面刮板输送机的电缆槽中卷起或展开。采煤机可以装设滚筒自动调高系统，利用煤岩界面传感器或记忆顶底板变化的计算机程序来自动调高，以适应项底板变化和滚筒高度变化的一致性。采煤机装设的位置显示器可以用于采煤机及液压支架联控系统。此系统根据采煤机的位置，自动控制液压支架的各种动作，使采煤机与液压支架保持合理的步距，做到紧跟快移，以节省工时，提高生产率。二、采煤机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。截割部消耗的功率占采煤机装机总功率的8090。工作机构截割性能的好坏、减速器传动质量的好坏，都将直接影响采煤机的生产率、传动效率、比能耗和使用寿命。生产率高和比能耗低主要体现在截割部。（一)螺旋滚筒螺旋滚筒（简称滚筒）是采煤机落煤和装煤的机构，对采煤机的工作起决定性作用。螺旋滚筒的主要功能，首先是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。螺旋滚筒具有落煤、装煤、自开工作面切口的功能。螺旋滚筒最佳截割性能指标是比能耗小，生产率高，块煤品级好，煤尘小，不引燃瓦斯。在这些指标中，比能耗最小决定着其他指标，因为能耗小伴随着煤的块度大、煤尘小、生产率高。螺旋滚筒在性能最佳条件下，工作可靠性也是非常重要的，直接影响着生产率的提高。螺旋滚筒最主要的优点是简单可靠。主要缺点是煤过于破碎（大于50 mm的块煤占10左右），产生的煤尘较大，比能耗较高。1螺旋滚筒结构螺旋滚筒由螺旋叶片1、端盘2、齿座3、喷嘴4、筒毂5及截齿6等部分组成，如图8-9所示。叶片与端盘焊在筒毂上，筒毂与滚筒轴连接。齿座焊在叶片和端盘上，齿座中固定有用来落煤的截齿。螺旋叶片用来将落下的煤推向输送机。为防止端盘与煤壁相碰，端图8-9 螺旋滚筒1-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座；4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜。由于端盘上的截齿深入煤体，工作条件恶劣，故截距较小，越往煤体外截距越大。端盘上截齿截出的宽度B80100mm。叶片上装有进行内喷雾用的喷嘴，以降低粉尘含量。喷雾水由喷雾泵站通过回转接头及滚筒空心轴引入。截齿是采煤机直接落煤的刀具，截齿的几何形状和质量直接影响采煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。对截齿的基本要求是强度高、耐磨损、几何形状合理、固定可靠。采煤机使用的截齿主要有扁截齿和镐形截齿两种，如图8-10所示。扁截齿见图8-10（a）是沿滚筒径向安装在螺旋叶片和端盘的齿座中的，故又称径向截齿。这种截齿适用于截割各种硬度的煤，包括坚硬煤和粘性煤。镐形截齿见图8-10（b）的刀体安装方向接近于滚筒的切线，又称为切向截齿。这种截齿一般在脆性煤和节理发达的煤层中具有较好的截割性能。镐形截齿结构简单，制造容易。从原理上讲，截煤时截齿可以绕轴线自转而自动磨锐。截齿刀体的材料一般为40Cr、35CrMnSi、35SiMnV等合金钢，经调质处理获得足够的强度和韧性。刀形截齿的端头镶有硬质合金核或片，镐形截齿的端头堆焊硬质合金层。硬质合金是一种碳化钨和钴的合金。碳化钨硬度极高，耐磨性好，但性质脆，承受冲击载荷的能力差。在碳化钨中加入适量的钴，可以提高硬质合金的强度和韧性，但硬度稍有降低。截齿上的硬质合金常用YG8C或YG11C。YG8C适用于截割软煤或中硬煤，而YG11C适用于截割坚硬煤。图8-10 截齿及其固定方法经验证明，改进截齿结构，适当加大截齿长度，增大切屑厚度，可以提高煤的块度，降低煤尘。近年来出现的新型螺旋滚筒的基本特点如下：（1）滚筒强力化，以适应截割坚硬的煤和夹矸。（2）滚筒配备完善的除尘装置，提高降尘效率。（3）广泛采用棋盘式截齿配置，截割比能耗低，块煤率高，煤尘小，滚筒轴向力较小。（4）滚筒筒毂呈锥状扩散型，装煤时煤流更畅通，减少装煤时的二次破碎，与筒毂为圆柱面的滚筒相比，其粉煤率降低15左右。2螺旋滚筒的结构参数螺旋滚筒的结构参数包括：滚筒直径、宽度（截深）和螺旋叶片参数等。它们对落煤、装煤能力都有重要影响，选择时必须重视。(1)滚筒的三个直径滚筒的三个直径是指滚筒直径D、螺旋叶片外线直径Dy及筒毂直径Dg（见图822）。滚筒直径D是指截齿齿尖处的直径。目前采煤机的滚筒直径都在0.652.6 m范围内。我国规定的滚筒直径系列为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和2.60（单位：m）。滚筒直径应根据煤层厚度（或采高）来选择。(2)滚筒宽度滚筒宽度B是滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离。一般滚筒的实际截深小于滚筒的结构宽度。为有效利用煤的压张效应，减小截深是有利的。但截深太小，则对采煤机生产率有影响。目前，采煤机常用截深为0.8m。随着综采技术的发展，也有加大截深到1.01.2m的趋势。(3)螺旋叶片参数螺旋叶片参数包括螺旋升角、螺距、叶片头数以及叶片在筒毂上的包角，它们对落煤、特别是装煤能力有很大影响。螺旋叶片头数主要是按截割参数的要求确定的，对装煤效果影响不大。直径D<1.25m的滚筒一般用双头，1.25<D<l.40 m的滚筒用双头或三头，D>1.60 m的滚筒用三头或四头。3螺旋滚筒的截齿配置截齿在螺旋滚筒上的配置直接影响滚筒截割性能的好坏。合理配置截齿可使块煤率提高，粉尘减少，比能耗降低，滚筒受力平稳，机器运行稳定。截齿在螺旋滚筒上的配置情况常用截齿配置图来表示。图8-11为某型采煤机截齿配置图，它是截齿齿尖所在圆柱面的展开图。图8-11 截齿配置图水平直线表示齿尖的运动轨迹（截线），相邻截线之间的距离就是截距。竖线表示截齿的位置坐标。圆圈表示0°截齿的位置，黑点表示安装角不等于0°的截齿。截齿向煤壁倾斜为正方向，向采空区倾斜为负方向。叶片上截齿按螺旋线排列，属顺序式截槽。滚筒端盘截齿排列较密，为减少端盘与煤壁的摩擦损失，截齿倾斜安装属顺序式配置，其方向与叶片上截齿排列的方向相反。紧靠被截煤壁的截齿倾角最大，属半封闭式截槽。靠里边的煤壁处顶板压张效应弱，截割阻力较大，为了避免截齿受力过大，减轻截齿过早磨损，端盘截齿配置的截线应加密，截齿应加多。端盘截齿一般为滚筒总截齿数的一半左右，端盘消耗功率一般约占滚筒总功率的13。4螺旋滚筒的转速和转向(1)滚筒的转向图8-12 双滚筒采煤机的滚筒转向为向输送机运煤，滚筒的转向必须与滚筒的螺旋方向相一致。对逆时针方向旋转（站在采空区例看滚筒）的滚筒，叶片应为左旋；顺时针方向旋转的滚筒，叶片应为右旋。即通常所说的“左转左旋，右转右旋”。采煤机在往返采煤的过程中，滚筒的转向不能改变，从而有两种情况：截齿截割方向与碎煤下落方向相同时，称为顺转；截齿截割方向与碎煤下落方向相反时，称为逆转。图8-13 切削深度变化双滚筒采煤机的滚筒转向如图8-12所示。当滚筒直径较大时，两个滚筒的转向一般采用反向对滚见图8-12（a），此种方式装煤效果好，滚筒不向司机甩煤。当滚筒直径较小时，滚筒转向正向对滚见图（8-12b），这时不经摇臂下面装煤，有利于提高装煤效率。单滚筒采煤机，一般在左工作面用右螺旋滚筒，在右工作面用左螺旋滚筒。因此，当滚筒截割底部煤时，滚筒转向总是顺着碎煤下落的方向。截割下的煤通过滚筒下边运向输送机，运程较长，煤被重复破碎的可能性较大，但不受摇臂限制。(2)滚筒的转速若采煤机滚筒以转速n旋转，同时以牵引速度vq向前推进（见图8-13），截齿切下的煤屑呈月牙形，其厚度从0hmax变化，而且 cm (8-1) 式中 vq牵引速度，mmin； 滚筒转速，rmin； m同一截线上的截齿数。当滚筒直径和转速已知时，滚筒截割速度为 m/s (8-2) 式中 D滚筒直径，m。由式（8-1）可见，当m一定时，切削深度与牵引速度成正比，与滚筒转速成反比，即滚筒转速愈高，煤的块度愈小，并造成煤尘飞扬。滚筒转速确定得适当，大块煤产出率和装煤效率能同时提高。大多数中厚煤层采煤机滚筒转速在 3040 rmin范围内较好。厚煤层采煤机滚筒直径大于 18002 000 mm时，转速可低至 2030r/min。当截割速度超过 3 ms时，截齿摩擦发火的可能性增加，所以厚煤层采煤机降低滚筒转速尤为重要。对于薄煤层采煤机的小直径滚筒来说，由于叶片高度低，滚筒内的运煤空间小，必须加大滚筒转速，以保证采煤机的生产率。小直径滚筒的转速可达 80120 rmin。(二)截割部传动装置截割部传动装置的作用是将电动机的动力传递到滚筒上，以满足滚筒工作的需要。同时，传动装置还应适应滚筒调高的要求，使滚筒保持适当的工作高度。由于截割消耗采煤机总功率的8090，因此要求截割部传动装置具有高的强度、刚度和可靠性，并具有良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。对于单滚筒采煤机，还应使传动装置能适应左、右工作面的要求。截割部减速器一般分为固定减速器和摇臂减速器。当截割电动机横向布置时，电动机与摇臂减速器直接相连，即没有固定减速器。当截割电动机纵向布置时，则两个减速器都有，固定减速器内有一对圆锥齿轮，以实现两轴的相交传动。1传动方式采煤机截割部都采用齿轮传动，常见的传动方式有以下几种：（1）电动机-固定减速器-摇臂-滚筒。这种传动方式应用较多，其特点是传动简单，摇臂从固定减速器端部伸出（称为端面摇臂），支撑可靠，强度和刚度好，但摇臂下降位置受输送机限制，挖底量较小。（2）电动机-固定减速器-摇臂-行星齿轮传动-滚筒。这种传动方式是在滚筒内安装行星齿轮传动，故可使前几级传动比减小，简化了传动系统，并使本级（行星齿轮）传动的齿轮模数减小。由于滚筒内装行星齿轮，传动后使筒毂尺寸增加，因而这种传动方式适合于在中厚煤层以上工作的大直径滚筒采煤机。大部分液压牵引采煤机都采用这种传动方式。这时，摇臂从固定减速器侧面伸出（称为侧面摇臂），故可获得较大的挖底量。 以上两种传动方式中都采用摇臂调高，以获得较好的调高性能。但由于摇臂内齿轮较多，要增加调高范围，必须增加惰轮数。由于滚筒受力大，摇臂及与固定减速器的支承就成为采煤机的薄弱环节，所以设计时应尽可能加大支撑距离，并保证摇臂的强度和刚度。（3）电动机-减速器-滚筒。这种传动方式取消了摇臂，而靠电动机、减速器和滚筒组成的截割部来调高，使齿轮数大大减少，机体的强度和刚度增大，且可获得较大的调高范围，还可使采煤机机身长度大大缩短，有利于采煤机开切口等工作。（4）电动机-摇臂-行星齿轮传动-滚筒。这种传动方式采用了纵向出轴的单独电动机，使电动机轴与滚筒轴平行，因而取消了承载大、易损坏的锥齿轮，使截割部更为简单。采用这种传动方式可获得较大的调高范围，并使采煤机机身长度进一步缩短。电牵引采煤机多采用这种传动方式。2传动特点。截割部传动装置具有以下特点：（1）采煤机的电动机都用四级电机，其输出轴转速为1 460 rmin左右，而滚筒转速一般为3050r/min，因此截割部总传动比为3050，通常采用34级齿轮减速。由于采煤机机身高度受到严格限制，所以各级传动比不能平均分配，一般前级传动比较大，而后逐级减小，以保持尺寸均匀。各圆柱、圆锥齿轮的传动比一般不大于34。当末级采用行星齿轮传动时，其传动比可达56。（2）采煤机电动机输出轴与滚筒轮垂直时，传动装置中必须装有圆锥齿轮。为减小传递的转矩和便于加工，圆锥齿轮应放在高速级（第一级或第二级），并采用弧齿圆锥齿轮。应当注意的是，弧齿圆锥齿轮的轴向力应使两齿轮推开，以增大齿侧间隙，避免轮齿楔紧造成损坏。弧齿圆锥齿轮的轴向力方向取决于齿轮转向和螺旋线方向。（3）在采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动行走部时，截割部传动系统中必须设置离合器，使采煤机在调动或检修时将滚筒和电动机脱开。离合器一般放在高速级，以减小尺寸及便于操纵。（4）为了适应不同煤质的要求，滚筒有两种以上转速，因此截割部应有变速齿轮。没有变速齿轮时，应当设置变换齿轮，以获得两种以上转速。（5）采用摇臂调高是最常用的方法。为使摇臂长度符合要求，摇臂内含有多个惰轮，通常可以一级减速。少数采煤机的摇臂齿轮可以两级减速。（6）由于行星齿轮传动为多齿啮合，传动比大，效率高，可减小齿轮模数，故末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。（7）采煤机齿轮大多经过变位修正，故齿轮齿数较少，可达1113。但在结构允许且齿轮节圆圆周速度不超过 10ms时，采用较多齿数有利于传动平稳性。(三)截割部的润滑采煤机截割部因传递的功率大而发热严重，其壳体温度可高达100，因此截割部传动装置的润滑十分重要。减速器中最常用的润滑方式是飞溅润滑。随着现代采煤机功率的加大，采用强迫方式的润滑也日渐增多，即用专门的润滑泵将润滑油供应到各个润滑点上。飞溅润滑是将一部分传动零件浸在油池内，靠它们向其他零件供油和溅油，同时油被甩到箱壁上，以利散热，并使轴承获得必要的飞溅润滑。油面位置应使齿轮副的大齿轮浸在油中l314直径。减速器中的轴布置在同一水平或接近同一水平时，飞溅润滑具有良好的效果。设计减速器结构时，应考虑到采煤机经常处于倾斜状态下工作，所以必须保证能自然润滑。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，或人为地将油池分隔成几个独立油池，以保证自然润滑。采煤机摇臂齿轮的润滑具有特殊性，它不仅承载重、冲击大，而且截割顶煤或底部煤时，摇臂中的润滑油集中在一端，使其他部位的齿轮得不到润滑，因此在采煤机操作中一般规定：滚筒截割顶煤或挖底时，工作一段时间后，应停止牵引，将摇臂下降或放平，使摇臂内全部齿轮都得到润滑后再工作。根据采煤机截割部减速器和摇臂的承载特点，大都采用150460cSt（40°C）的极压（工业）齿轮油作为润滑油，其中以N220和N320硫磷型极压齿轮油用得最多。三、采煤机行走部行走部又称牵引部，是采煤机的重要组成部分。它不仅担负着采煤机工作时的移动和非工作时的调动，而且牵引速度的大小对整机的生产率和工作性能产生很大影响。行走部包括行走（牵引）机构和驱动装置两部分。行走（牵引）机构是直接移动机器的装置，它分为钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引几种。驱动装置用来驱动牵引机构，并实现牵引速度的调节。按传动类型有机械传动、液压传动和电传动，分别称为机械牵引、液压牵引和电牵引。传动装置位于采煤机上的称为内牵引，位于工作面两端的称为外牵引。大部分采煤机都采用内牵引，只有在某些薄煤层采煤机中，为了充分利用电动机功率来割煤并缩短机身，才采用外牵引。随着高产高效工作面的出现以及采煤机功率的增大，同时为了使工作面更加安全可靠，无链牵引机构已逐渐取代了链牵引。(一)对行走部的基本要求为了满足高产高效的要求，对采煤机行走部的性能有如下要求：（1）牵引力大；（2）传动比大；（3）能实现无级调速；（4）不受滚筒转向的影响；（5）能实现正反向牵引和停止牵引；（6）有完善可靠的安全保护；（7）操作方便。(二)采煤机的牵引机构采煤机的牵引机构有钢丝绳牵引、链牵引、无链牵引三种形式。钢丝绳牵引的牵引力小，易发生断绳事故，并且断裂后不易重新连接，故这种牵引机构已被淘汰。目前液压牵引采煤机上广泛使用的是链牵引，电牵引采煤机都采用无链牵引。1链牵引机构链牵引的工作原理如图8-14所示，牵引链3绕过主动链轮1和导向链轮2，两端分别固定在输送机上、下机头的拉紧装置4上。当行走部的主动链轮转动时，通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。当主动链轮逆时针方向旋转时，牵引链从右段绕入，这时左段链为松边，其拉力为P1，右段链为紧边，拉力为P2，因而作用于采煤机上的牵引力为 P=P2P1图8-14 链牵引的工作原理1-主动链轮；2-导向链轮；3-牵引链轮；4-拉紧装置采煤机在此力作用下，克服阻力而向右移动；反之，当主动链轮顺时针方向旋转时，则采煤机向左移动。图8-15 矿用圆环链和链接头1-半圆环；2-限位块；3-弹簧插销根据链轮的安装位置不同，有立式链轮和水平链轮两种。立式链轮吐链方便，而水平链轮的牵引链容易堆积，造成牵引链在链轮处被卡死；另外，冒落的矸石也容易进入水平链轮，产生严重磨损和脱链现象。因此，在中厚煤层采煤机上，广泛采用立式链轮布置形式。链牵引机构的组成包括矿用圆环链、链轮、链接头和紧链装置等。(1)矿用圆环链和链接头采煤机和刨煤机的牵引链都采用高强度矿用圆环链见图8-15（a），它是用23MnCrNiMo。优质合金钢经编链成形后焊接而成的。圆环链已标准化，GBT 12718一91矿用高强度圆环链对圆环链的形式、基本参数和尺寸、技术要求、试验方法等都做了规定。为了制造和运输方便，圆环链一般做成适当长度、由奇数个链环组成的链段，以便于运输，使用时将这些链段用链接头接成所需长度。处理断链事故时也需用链接头连接。对链接头的要求是，外形尺寸与圆环链相差不多，强度不低于链环，装拆方便，运行中不会自行脱开。链接头用65Mn等优质钢制作，并经严格的质量检验。(2)链轮圆环链链轮的几何形状比较复杂，其形状和制造质量对于链环和链轮的啮合影响很大。链轮形状不正确会啃坏链环，加剧链环和链轮的磨损，或者使链环不能与轮齿正确啮合而掉链。链轮通常用ZG35CrMnSi铸造，齿面淬火硬度为HRC4550。如果改为锻造，齿形部分模锻或电解加工，可以大大提高使用寿命。圆环链缠绕到链轮上后，平环链棒料中心所在的圆称为节圆（其直径为D0），各中心点的连线在节圆内构成了一个内接多边形。若链轮齿数为Z，则内接多边形的边数为2Z，边长分别为（t+d）和（t-d），如图8-16所示。因此链轮旋转一周，绕入的圆环链长度为Z（t+d）+Z（t-d）= 2 Zt，所以采煤机的平均牵引速度为m/min (8-3)式中 vq牵引速度，mmin； Z链轮齿数； t圆环链节距，mm； ns链轮转速，rmin。图8-16 链轮及其链速变化 链牵引的缺点是牵引速度不均匀，致使采煤机负载不平稳。牵引速度的变化如图8-16（b）所示，齿数越少，速度波动越大。主动链轮的齿数一般为58。(3)牵引链的固定与张紧通常，牵引链通过紧链装置固定在输送机两端。紧链装置产生的初拉力可使牵引链拉紧，并可缓和因紧边转移到松边时弹性收缩而增大紧边的张力。目前，采煤机的牵引链紧链装置主要有弹簧紧链装置和液压紧链装置。液压紧链装置的工作原理如图8-17所示。牵引链1绕过导向链轮2，通过连接环图8-17 液压紧链装置原理图1-牵引链；2-导向链轮；3-液压缸；4-截止阀；5-减压阀；6-单向阀；7-安全阀和液压缸3连接。如果采煤机由右向左开始工作，这时左端牵引链的张紧力使左端拉紧装置的安全阀7大大超过调定值，使液压缸全部缩回，而采煤机右端牵引链的预紧力（初张力）由定压减压阀6的调定压力值来决定，并使右端拉紧装置的液压缸活塞杆伸出。当采煤机继续向左端牵引时，将使非工作边张力逐渐增加，当右端液压缸的压力值增加到安全阀的调定值时，安全阀动作，液压缸收缩，导向链轮2左移，用液压缸的行程补偿牵引链的弹性收缩，从而限制了非工作边张力的增加。液压紧链装置的优点是非工作边能保持恒定的张力，其初张力（预紧力）的大小由定压减压阀的调定值决定。在工作过程中非工作边的张力大小由安全阀的整定值决定。弹性伸长量的存在，使采煤机移动时产生振动，其最大振幅可达5 08 0 mm，引起切屑断面的急剧变化，从而导致采煤机载荷发生大的变化，使零部件承受较大的动载荷，这是链牵引的最大缺点。因此，近年来广泛使用了无链牵引的采煤机。2无链牵引机构随着采煤机向强力化、重型化及大倾角方向发展，其电动机功率已增大到7501000kW，牵引力已达到6001000kN。对于这样大的牵引力，目前使用的圆环链已不能满足要求，而且牵引链一旦断裂，其储存的弹性能被释放，将严重危及人身安全。为此，取消了固定在工作面两端的牵引链，而采用了无链牵引机构。（1）无链牵引的优点及应注意的问题无链牵引的主要优点是：1）取消了工作面的牵引链，消除了断链和跳链伤人事故，工作安全可靠；2）在同一工作面内可以同时使用两台或多台采煤机，从而可降低生产成本，提高工作效率；3）牵引速度的脉动比链牵引小得多，使采煤机运行较平稳。链轨式虽然也是链条，但强度余量较大，弹性变形对牵引速度的影响较小；4）牵引力大，能适应大功率采煤机和高产高效的需要；5）取消了链牵引的张紧装置，使工作面切口缩短。对底板起伏、工作面弯曲、煤层不规则等的适应性增强；6）适应采煤机在大倾角（可达54°）条件下工作，利用制动器还可使采煤机的防滑问题得到解决。但是，对无链牵引，还应重视以下几个问题：1）必须加强输送机本身的结构，并在使用和管理中保持其有一定的平直度；2）齿轮、齿轨或销轴，不仅在啮合传动中传递很大的力，而且还起支点的作用，磨损加快，因此，在材质和热处理方面要求较高，在结构上也要求能快速更换；3）为了适应采煤机在推移中水平和垂直方向的倾斜，仍能保证正确的啮合，在销轴座或齿轨之间的连接方式上要注意可调性，同时还要注意溜槽的连接强度。4）无链牵引机构使机道宽度增加了约100 mm，所以提高了对支架控顶能力的要求。（2）无链牵引机构的类型无链牵引机构的类型很多，主要有以下几种： 1）齿轨式无链牵引机构 齿轨式无链牵引机构的原理是采用齿轮齿轨的啮合传动原理。为了适应采煤机牵引力大的要求，齿轨的模数很大，一般为4060mm。 齿轨式无链牵引机构分为滚轮-齿轨式和齿轮-齿轨式无链牵引机构两种类型。图8-18 滚轮-齿轨式无链牵引机构 滚轮-齿轨式（又称销轮齿轨式）无链牵引机构如图8-18所示。其齿轨安装在采空侧的输送机挡煤板上。其齿轨分为长齿轨和短齿轨两种形式。长齿轨固定在输送机挡煤板上，随溜槽一起弯曲。短齿轨又称调节齿轨，活装在两节长齿轨之间。长齿轨两端各有一个椭圆形孔，短齿轨两端的销轴装在此孔中。这种结构形式既保证了中部溜槽弯曲的要求，又限制了齿轨的弯曲角度，有利于保证滚轮与齿轨的啮合特性。这种无链牵引系统具有工作可靠、结构简单、易于制造和维修的特点，因而得到广泛应用。 齿轮-齿轨式无链牵引机构的齿轨位于煤壁侧的铲煤板上，与铲煤板焊接在一起，既是输送机铲煤板，又是无链牵引的啮合齿轨。这种无链牵引机构通常与爬底板式采煤机配套。其特点是结构高度低，适用于薄煤层，但制造困难，无调节短齿轨，对输送弯曲度适应性较差。2）销轨式无链牵引机构销轨式无链牵引机构分为齿轮-销轨式和链条-销轨式两种类型。 齿轮一销轨式无链牵引机构如图8-19所示，它是通过驱动齿轮经齿轨轮与铺设在输送机溜槽上的圆柱销排式齿轨相啮合而使采煤机