搜索
1第1章绪论在石油、天然气、水力发电和核动力获得巨大发展的今天，煤炭仍然是我国一次能源的主体。采掘机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动生产率、改善生产条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和原材料消耗的有效技术措施。建国以来，我国煤矿采掘机械化从无到有，不断发展，日趋完善。生产技术从过去的手镐落煤和人力拉筐、背筐的生产方式发展为普通机械化和综合机械化采煤。国家正在实施大公司、大集团战略，争取形成5～6个年规模上亿吨的特大型企业，5～6个年产规模5000万t的大型企业。煤矿的根本出路在于机械化，我国采掘机械化与世界各主要产煤国家采掘机械化技术的发展过程相似，虽然起步较晚，但也经历了几个重要的发展阶段。20世纪50年代，是机械化采煤的初级阶段。采煤工作面使用截煤机和康拜因及模锻链刮板输送机，主要用木支柱支护顶板。1958年开始研制刨煤机和液压支架。掘进工作面使用IIM-1型后卸式铲斗装岩机、C-153型装煤机。20世纪60年代，采煤机械化得到初步发展。先后研制成功MLQ-64、MLQ-80型单滚筒采煤机、MLS1、MLS2双滚筒采煤机以及MBJ-1、MBJ-2型刨煤机，与圆环链可弯曲刮板输送机配套，采用金属摩擦支柱和金属铰接顶梁，形成普通机械化采煤工作面。掘进工作面推广使用耙斗装载机。20世纪70年代是采煤机械化的大发展时期。一方面，自行生产采煤机、刮板输送机、金属支柱等，实现普通机械化采煤成套设备配套；另一方面，研制综合机械化采煤设备。1974年，北京煤机厂、郑州煤机厂试制垛式液压支架，张家口煤机厂、西北煤机厂试制配套刮板输送机。1978年，组织专业化生产，重点发展三机（采煤机、输送机、掘进机）、一架（液压支架）、一装备（煤矿安全仪器及装备）及单体液压支柱。70年代末期，开始为煤矿提供成套中、厚煤层综合机械化采煤设备。1974年，从英国、原西德、法国、波兰、前苏联引进43套综采设备装备重点煤矿。1978年，从西德、英国、日本引进100套综采设备，同时引进部分关键元部件的制造技术和产品检验技术装备；此外，从美国、英国、日本、奥地利等国引进100台煤巷、半煤巷掘进机。20世纪80年代是采掘机械化的全面发展时期。以技贸结合方式引进了2AM500型采煤机、AM50型掘进机、S100型掘进机技术。国内采煤机形成MG、MXA、AM三大系列，总功率达750kW，理论生产能力达800t/h;工作面输送机以SGZ730H和SGZ764机型为主，装机功率达264～400kW，运输能力达700～1000t/h;液压支架主要有掩护式支架和支撑掩护式支架，针对厚煤层分层开采开发铺网液压支架。20世纪90年代初，采煤装备基本立足国内，形成比较完整的研究、设计、制造、测试、检修体系。一是在完善中强调综采的整体配套性，完成“八五”国家攻关项目“日产7000t综采成套设备的研制”。二是对工作面主要生产设备进行改造提高和更新换代。采煤机向大功率、电牵引、多电机、横向布置、大截深、快速牵引、微机工矿监测和故障诊断方向发展；工作面输送机向提高运输能力、实现交叉侧卸、采用封底溜槽和可控驱动装置方向发展；液压支架向优化架型设计、增大工作阻力、提高移架速度方向发展，开发成功手动快速移架系统和大流量供液系统，邻架智能和程序控制的电液系统完成工业性试验。三是完善系统配套和提高可靠性，开展综采工作面和采区地质保障系统、高效辅助运输系统、开采设备工况监测和故障诊断系统、安全保障系统、采区供电系统以及煤巷快速掘进和锚杆支护等攻关并取得进展。20世纪90年代我国综采发展中最具影响的创新成果是综采放顶煤技术的试验成功。综放开采技术实验研究始于1982年，1984年开始工艺与装备的工业性试验。80年代大体处于摸索试验阶段，主要是进行缓倾斜与急倾斜条件下综放开采工艺和高、中、低位综放支架的工业性实验。90年代前后综放技术开始在一批缓倾斜厚煤层采区推广应用以取代厚煤层分层开采。目前综放技术已在条件适宜的矿井推广应用。进入90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效、提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是：（1）大功率高参数的液压牵引采煤机：最具有代表性的机型是MG2×400-W型采煤机。（2）高性能电牵引采煤机：电牵引采煤机的研制从20世纪80年代开始起步，20世纪90年代全面发展，电牵引的发展存在直流交流两种途径。进入20世纪90年代后，交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用，上海分院先后开发成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和450/1020-WD等采煤机，交频调速箱可以是机载，也可以是非机载。另外派生出8种机型，都已投入使用，取得较好的效果。太原矿山机械厂在引进英国Electra1000直流电牵引全套技术的基础上，开发出MG400/900-WD3和250/600-WD型两种交流电牵引采煤机，鸡西煤机厂、辽源煤机厂也开发了交流电牵引采煤机。国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但性能和可靠上与世界先进国家的采煤机相比，还存在比较大的差距，所以一些有实力的矿雾局，在装备高产高效工作面时，把目光移向国外，进口国外最先进的电牵引采煤机。如神府华能集团公司引进美国的6LS、7LS电牵引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的SL-500型和日本的MCLE-DR102102型交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少。除了上述我国采煤机在总体水平上存在比较大的差距外，在采煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质性能与国外先进水平有较大的距离。因此，对于采煤机的研究是一个长期的工作。我所设计的是MG250/591-WD型电采煤机右摇臂壳体的加工工艺规程以及数控程序的编制。工艺的创新之处就是采用了数控加工替代传统机床加工，加工中涉及到数控加工中心的选用、加工工艺分析、MasterCAM自动编程等技术。4第2章MG250/591-WD型采煤机概述采煤机是机械化采煤作业的主要机械设备，其功能是落煤和装煤。采煤机械分为采煤机和刨煤机两大类。目前应用最广泛的采煤机械是滚筒采煤机。滚筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。双滚筒采煤机的类型很多，但基本组成部分大体相同。双滚筒采煤机由电动机、截割部、牵引部以及附属装置等部分组成。截割部包括机头减速箱、摇臂齿轮箱、截煤滚筒和挡煤板等部件。附属装置包括底托架、牵引链固定和张紧、拖缆、喷雾降尘和水冷、防滑以及大块煤破碎等装置。此外，为了实现滚筒调高，机身调斜，以及反转挡煤板，机器还装设有辅助液压装置。2.1MG250/591-WD型采煤机简介MG250/591-WD型电牵引采煤机是在鸡西煤机有限公司多年研制电牵引采煤机成功技术的基础上开发制造成功的，该机在广泛吸收国内外现有电牵引采煤机先进技术的基础上，针对我国目前煤机市场最新变化和需求而开发研制的，它具有电机横摆、结构先进、运行可靠、可实现电液互换、大功率能力强等特点。本机可通过更换电控部及液压传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机，并且其他部件通用。该机主要用于含有夹矸等中厚偏薄硬质煤质的综合机械化采煤工作面，又在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中使用。由于该机采用了先进的控制技术，可靠性高、性能先进，爬坡能力强，是目前高产高效综合机械化采煤的理想机型。采煤机截割电机容量的调整范围为150～300KW，通过调整截割电机容量，可实现一机多型。即MG150/391-WD，MG200/491-WD，MG250/591-WD三种采煤机型，从而能够更好地适应不同工作面煤质变化要求。三种容量截割电机的联接尺寸完全相同，可采较薄煤层中的硬煤，是较薄煤层采煤机更新换代的理想机型。MG250/591-WD型采煤机主要适用于采高1.5～3.2m，煤层倾角≤15°，煤质硬度f≤4的综采工作面。设计生产能力为1436吨/小时。2.2工作原理整机无底托架，左右牵引部分别与电控部的两端面干式对接。左、右行走部分别固定在牵引部上，构成了该机的机身部分。牵引部和电控部的单侧5对接面，主要用高强度的T形螺栓和4个锲形哑铃销以及两个Φ150定位销联接和紧固，提高了大部件之间联接的可靠性。截割部为整体摇臂结构：即截割部减速器，截割电机均设在摇臂上。其上的两组铰接副，一个与机身端头的牵引部铰接，形成主支撑；另一个与调高油缸铰接，实现截割部的调高。这种布置方式使的该机总体强度高；结构紧凑，合理；外形美观，对称。采煤机由煤壁侧的两只滑靴和老塘侧的两只导向滑靴分别支撑在工作面刮板输送机的铲煤板和销轨上。采煤机上的销轨轮（摆线齿轮）与销轨啮合。当销轨轮转动时，采煤机便沿工作面刮板输送机运动，实现左右牵引。同时截割电机通过机械传动带动滚筒旋转，完成落煤和装煤作业。2.3采煤机结构组成及其各部分的功用采煤机主要有截割部,牵引部，行走部，电控部（或液压传动部）四大部分及液压系统，喷雾冷却系统，电气系统等组成。2.3.1截割部截割部包括工作机构及其传动装置，是采煤机落煤、装煤的部分，其消耗的功率约占整个采煤机功率的80%—90%。工作机构是指滚筒和安装在滚筒上的截齿，而传动装置是指固定减速箱、摇臂齿轮箱，有时还包括滚筒内的传动装置。截割部是采煤机的重要工作机构，主要完成落煤和装煤作业，它由截割电机，摇臂，滚筒组成。两个截割机构分别布置在采煤机的左右两端，与牵引部铰接，除了机壳，电机护罩与润滑冷却组件外，其他零部件均可互换。滚筒是采煤机的工作装置，担负着落煤和装煤工作，主要有滚筒体，截齿和齿座组成。滚筒为焊接结构。外部是螺旋叶片，内部采用340340方轴形式，滚筒端盘呈盘形。为了增强滚筒的使用寿命，在叶片出煤等处，采用堆焊Fe-05合金等工艺，叶片和端盘设有多个内喷雾喷嘴，用以在煤尘生成处降尘。摇臂设有水套冷却系统，内外喷雾系统，润滑冷却组件，离合机构和机械过载保护装置。它作为一个重要的部件，主要有两个作用：一是在油缸的推动下支撑滚筒，使滚筒随时能调整工作精度，以适应煤层的变化，并且要承受滚筒上的各种载荷，因此它具有足够的强度。二是摇臂内有几级惰轮，将电机功率传递给滚筒，起到减速器的作用，为此还要有足够的刚度。因此6为了保证摇臂的两个作用，摇臂壳体的加工好坏，对以上两个作用起着关键的作用，如果摇臂壳体加工精度不高，直接影响采煤机的使用寿命及工作效率。2.3.2牵引部采煤机牵引部担负着移动采煤机、使工作机构连续落煤或调动机器的任务。牵引部主传动原理是牵引电机将功率输入，经过二级直齿轮和双行星减速器减速，然后将牵引功率输出给行走机构。采煤机有左右两个牵引部，除了机壳属对称结构不能互换外，内部零件均为左右通用。组成：主要有牵引电机，一轴，二轴，双行星减速器等组件，此外还有油针，放气阀等。机壳内分齿轮传动腔和干腔。齿轮传动腔装有各级齿轮传动组件和齿轮油；干腔可穿过液压管路，水管和电缆等，以及放置液压阀组和分水阀等。如果把牵引电机换成液压马达，电牵引部就可以变成液压牵引部。其他的组件都可通用。2.3.3行走部行走部主要由机壳和两个摆线齿轮（驱动轮，行走轮）心轴组件，滑靴等组成，它的传动原理是牵引动力由牵引部输出，通过行走部花键轴驱动驱动轮转动，带动行走轮与运输机销轨啮合运动，从而使采煤机在运输机上牵引行走。2.3.4液压传动部它主要由液压泵站，控制阀组，液压锁和管路等组成。作用是采煤机截割部的升降和刹车制动器的控制。2.3.5冷却喷雾系统它主要由主水阀，分水阀和管路等组成，作用是供各电机和电控箱冷却用水和内外喷雾灭尘。2.3.6电气系统该机的电控系统为鸡载式。除左右操作站分别设在机身两端，交流变频7器的编程站设在电控箱变压器腔前盖板上外，其他所有电气设备均安装在机身中间的电控箱内。电控箱分成四个腔室即：开关腔，变压器箱，主控箱和接线腔。2.4主要技术特点MG250/591-WD型电牵引采煤机具有如下特点：1）机身薄，装机功率大。截割电机容量调整范围宽。为了加宽截割电机的功率调整范围，采煤机截割部设