采煤机设计原理

第五章行走部行走部担负采煤机工作时的移动和非工作时的调动。行走部包括行走机构(牵引机构)和行走驱动装置。第五章行走部行走机构是直接移动采煤机的装置，分钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引。行走驱动装置用来驱动行走机构，并实现牵引速度的调节。按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动，分别称机械牵引、液压牵引和电牵引。行走驱动装置位于采煤机上的称内牵引，位于工作面两端的称外牵引。第一节对行走部基本要求对牵引部要求：1)牵引力大2)传动比大传动装置的总传动比在300左右。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)操作方便第二节液压牵引系统行走驱动装置按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动(机械牵引、液压牵引和电牵引)。液压牵引部是利用容积式液压传动的调速特性来实现调速性能的行走部。液压牵引系统通过液压泵排出的压力油，驱动液压马达，液压马达经齿轮传动或直接带动驱动轮。改变液压泵的流量和排油方向(或利用换向阀改变油流方向)来改变液压马达的转速和转向，从而实现牵引速度的调节和牵引方向的变换。第二节液压牵引系统根据q和p选用或设计主液压泵，根据qm和p1选用或设计液压马达。液压牵引部总效率一般只有60%～65%。设计时验算管路压力损失和整个液压系统的热平衡，保证液压马达得到需要的工作压力和足够的油箱容积。必要时装备冷却设备，使系统温升不超过限度。采煤机液压牵引部油箱的热平衡温升不应超过45℃，最高工作温度不超过75℃。第三节电牵引系统电牵引部由专用牵引电动机经传动装置带动驱动轮，利用电气调速装置改变电动机的旋转方向和旋转速度，实现牵引方向的变换和牵引速度的调节。德国Eickhoff公司于1976年制造出第一台电牵引采煤机。电牵引采煤机代表采煤机的发展方向，近年来高产高效的世界记录都是电牵引采煤机创造的。电牵引采煤机优点：①具有良好牵引特性采煤机前进时提供牵引力；采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②可用于大倾角煤层牵引电动机轴端装停机时防止采煤机下滑的制动器。设计制动转矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，电牵引采煤机可用在40°倾角的煤层。第三节电牵引系统③运行可靠，使用寿命长电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它件无磨损→使用可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。④反应灵敏，动态特性好电子控制系统能将多种信号快速传递到调节器中，以便及时调整各参数，防止机器超载运行。⑤效率高电牵引采煤机将电能转化为机械能只做一次转换，效率可达0.9；液压牵引由于能量的几次转换，再加上存在的泄漏损失、机械摩擦损失和液压损失，效率只有0.65～0.7左右。第三节电牵引系统⑥结构简单机械传动系统结构简单，尺寸小，重量轻。⑦有完善的检测和显示系统采煤机在运行各参数如电压、电流、温度、速度等均可检测和显示。当某些参数超过允许值时，便会发出报警信号，严重时可以自行切断电源。按电气调速传动的类型不同分直流调速和交流调速、电磁滑差调速、开关磁阻调速。①直流电牵引采用直流调速传动，通过直流调速装置来改变直流电动机电枢电压及励磁电压的大小和方向，从而调节电动机的转速和变换转向。直流电动机分串激直流电动机和他激直流电动机，以他激电动机应用最多。第三节电牵引系统②交流电牵引采用交流调速传动广泛应用交流变频调速技术，依靠交流变频调速装置改变交流电动机的供电频率和供电相序，实现电动机转速的调节和转向的变换。一、直流他激电动机的牵引调速特性直流他激电动机的电枢绕组和励磁绕组分别供电、分别控制，其机械特性是硬特性。直流他激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI第三节电牵引系统esKIRUnM=KmKeφIn电动机转速；M电动机转矩；U电枢端电压；I电枢电流；Rs电枢电阻；φ励磁磁通；Km，Ke电动机常数。利用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的导通与截止来调节电枢电压U，以此来调节电动机转速n；同时保持磁通φ和电枢电流I不变，实现恒转矩自动调速特性。若调节磁通φ来调节电动机转速n，同时保持U和I不变，并使M和n乘积不变，实现恒功率自动调速特性。第三节电牵引系统二、直流串激电动机的牵引调速特性直流串激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI方程与直流他激电动机的机械特性方程一样，但电枢绕组和励磁绕组是串联的。励磁磁通φ随电枢电流I变化，当电枢电压U一定，负载转矩增大时，磁通增大，电动机转速n下降；当负载转矩下降时，磁通减弱，转速n上升。M和n的乘积变化不大→直流串激电动机调速属于恒功率调速，其特性属软特性，特性曲线为双曲线。第三节电牵引系统直流串激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI直流串激电动机的软特性具有起动转矩大，过载能力强，电路简单的特点。截割功率增大时，牵引力随之增大，同时牵引速度急剧下降，负载功率随着下降，有利于过载保护。串激电动机空载时牵引速度急剧升高，易出现“飞车”危险，但采煤机空运行负载也不小，不会出现此现象。直流串激电动机采用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的调速系统，其调电枢电压U的方法与直流他激电动机基本一样。第三节电牵引系统三、交流电动机的牵引调速特性交流电动机转速方程)1(60spfnf定子电源频率，Hz；p电动机的磁极对数；s转差率。调节供电频率f就可调节转速n。f在工频以下变化时，气隙磁通φq为fUKqU定子端电压。第三节电牵引系统fUKqf升高，若U不变→φq下降，导致电动机转矩下降。为保持φq不变，通常采用同时调节U和f，并使压频比恒定fU常数φq基本不变，转矩基本不变。在工频以下属压频比恒定、恒转矩的调频调速控制。第三节电牵引系统在频率f很低时，U(定子端电压)并不与E(电动势)基本近似相等，而是E下降更多，使φq减少，保持不了φq恒定→电动机的转矩M和Mmax下降。为提高低频的转矩，采用提高U来提高M→U与f比值增大，不是原先恒定的比值，属于提高电压、补偿低频的调频调速控制，以提高电动机在低频时的M和Mmax。提高电压不能超过电动机的允许范围。当电压为恒定值后，转为恒功率调速。fUKq第三节电牵引系统调压调频(VVVF)是交流电动机的变频调速控制的基本原理。为实现VVVF变频调速，多采用交—直—交变频器。采用二极管整流将交流变成直流，再采用SPWM正弦脉宽调制逆变器，将直流变成可调频率的交流，以实现交流电动机的频率调速控制。SPWM控制可采用微机软件实现或大规模PWM集成块实现。采煤机上广泛采用微机软件实现。四、开关磁阻调速电动机原理开关磁阻调速电动机(简称SRD)主要由开关磁阻电动机（简称SRM）、功率变换器、转子位置检测器和控制器组成。第三节电牵引系统开关磁阻调速电动机(简称SRD)是80年代推出的新型无级变速系统，主要由开关磁阻电动机(简称SRM)、功率变换器、转子位置检测器和控制器组成。第四节链牵引机构牵引链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。主动链轮转动，通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。主动链轮逆时针方向旋转时，牵引链从右段绕入——左段链拉力F1，右段链拉力F2，采煤机牵引力F=F2-F1采煤机F力作用下，克服阻力向右移动。当主动链轮顺时针方向旋转时，采煤机向左移动。第四节链牵引机构根据链轮安装位置不同，分立式链轮和水平链轮。立式链轮吐链方便，水平链轮的牵引链容易堆积，造成牵引链在链轮处被卡死，冒落矸石易进入水平链轮，产生严重磨损和脱链现象——广泛采用立式链轮。链牵引特点：①强度高，承载能力大，满足采煤机增大牵引力和提高牵引速度的要求。②链牵引依靠链轮齿和链环相啮合，工作较可靠。③牵引链使用寿命长，一般可用6个月以上。断链后用连接环连接，十分方便。④牵引链节距较大，当链轮作等速运转时，牵引链相对链轮的移动周期性变化→产生动载荷。第四节链牵引机构牵引链的固定与张紧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，并可缓和因紧边链转移到松边时弹性收缩而增大紧边的张力。牵引链紧链装置：弹簧紧链装置和液压紧链装置。第四节链牵引机构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-安全阀工作原理：牵引链1绕过导向链轮2，通过连接环和液压缸3连接采煤机向右工作，右端牵引链张紧力使安全阀7超过调定值→液压缸缩回。采煤机左端牵引链的预紧力(初张力)由定压减压阀5的调定压力值决定，并使左端液压缸活塞杆伸出。液压紧链装置第四节链牵引机构采煤机继续向右端牵引，非工作边张力逐渐增加，当左端液压缸的压力值增加到安全阀调定值时，安全阀动作，液压缸收缩，导向链轮2右移，用液压缸的行程补偿牵引链的弹性收缩——限制非工作边张力增加。液压紧链装置优点：非工作边保持恒定张力，初张力(预紧力)大小由定压减压阀调定值决定。工作过程中非工作边张力由安全阀整定值决定。采煤机向强力化、重型化及大倾角发展，装率增大到2000kW，牵引力达到600～1000kN——牵引链不能满足要求，且牵引链一旦断裂，其储存的弹性能被释放，严重危及人身安全→无链牵引机构。第五节无链牵引机构无链牵引优点：①取消工作面牵引链，消除断链和跳链伤人事故，工作安全可靠；②同一工作面可同时使用多台采煤机，降低生产成本，提高工作效率；③牵引速度脉动比链牵引小，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，利用制动器使采煤机防滑问题得到解决。第五节无链牵引机构问题：①加强输送机本身结构，使用和管理中保持平直度；②齿轮、齿轨或销轴在啮合传动中传递力很大，且起支点作用，磨损加快——材质和热处理要求较高，结构上要能快速更换；③为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注意可调性，同时注意溜槽的连接强度；④无链牵引机构使机道宽度增加约100mm，提高了对支架控顶能力的要求。无链牵引机构类型：齿轨式无链牵引机构、销轨式无链牵引机构、链轨式无链牵引机构。第五节无链牵引机构第五节无链牵引机构一、齿轨式无链牵引机构按行走轮形式不同分为销轮-齿轨式和齿轮-齿轨式无链牵引机构。销轮-齿轨式无链牵引机构齿轨分长齿轨和短齿轨。长齿轨固定在输送机挡煤板上，随溜槽弯曲。短齿轨(调节齿轨)活装在两节长齿轨之间。长齿轨两端各有椭圆形孔，短齿轨两端的销轴装在此孔中。第五节无链牵引机构二、销轨式无链牵引机构齿轮-销轨式和链条-销轨式。销轨长度=溜槽长度/2，销轨接口与溜槽接口相互错开。当溜槽在垂直方向弯曲α角时，销轨间只弯曲α/2。第五节无链牵引机构三、链轨式无链牵引机构1-采煤机行走部；2-驱动链轮；3-牵引链；4-链轨架；5-挡板；6-导向滚轮；7-底托架采煤机行走部传动装置1出轴上的驱动链轮2与铺设在输送机采空区侧挡板或铲煤板5内链轨架4上的不等直径不等节距牵引链3啮合而驱动采煤机。与链轮2同轴的导向滚轮6支承在链轨架4上导向。第六节采煤机防滑装置设计防滑装置用于煤层倾角大于采煤机自滑坡度的工作面。煤矿安全规程规定，工作面倾角在15o以上时，必须有可靠的防滑装置。无链牵引采煤机在全工作面滚轮始终与齿条或齿轨啮合，且牵引部设有制动装置，采煤机不会下滑→优先选用无链牵引采煤机。第六节采煤机防滑装置设计链牵引采煤机在工作面倾角15o以上应配备安全绞车防滑。安全绞车是防止采煤机因电源突然被切断或行走机构意外损坏而失控下滑的专用绞车。主要与采煤机配合应用在煤层倾角较大的走向长壁采煤工作面。安全绞车应能与采煤机的牵引速度自动保持同步，且使安全钢丝绳始终处于张紧状态。安全绞车组成：泵站、绞车、锚固装置、钢丝绳和导绳装置等。泵站和绞车设置在工作面回风巷，由锚固装置固定。引出的钢丝绳通过导绳装置上的导向轮进入工作面，绳端与采煤机联接，导绳装置锚固