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采掘机械第1篇3章

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采掘机械第1篇3章 采掘机械第1篇
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第三章 螺旋滚筒 螺旋滚筒(简称滚筒)是采煤机落煤和装煤的机构 。消耗装机总功率的80%~90%。 螺旋滚筒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,具有落煤、装煤、自开工作面切口 的功能。 螺旋滚筒设计要求: ①降低比能耗; ②降低滚筒阻力矩幅值的变动量,滚筒的转矩变化系 数不应超过3%~5%; ③可靠性。主要失效形式是齿座和叶片开焊、齿座磨 损、叶片和端盘变形等。 ④自行切入的功能; ⑤截齿装拆方便,不易丢失; ⑥滚筒的落煤和装煤能力协调一致。 第三章 螺旋滚筒 滚筒最佳截割性能指标: 比能耗小、生产率高、块煤率高、煤尘小、装煤效 率高、运转平稳、使用寿命长、不引燃瓦斯。 比能耗最小决定着其它指标,因为能耗小伴随着煤 的块度大、煤尘小、生产率高。截割滚筒在性能最佳条 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。 滚筒优点:简单可靠。 缺点:煤过于破碎(大于50mm的块煤占10%左右) ,产生的煤尘较大,比能耗较高。 第三章 螺旋滚筒 第一节 螺旋滚筒 结构 焊接结构 组成: 1-螺旋叶片、2-端 盘、3-齿座、4-喷嘴 、5-筒毂及6-截齿等 。 端盘置于滚筒靠煤壁侧,焊装齿座。 为防止端盘与煤壁相碰,端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜 。端盘截齿截距较小。 端盘厚度40~50mm(大直径强力滚筒端盘厚度60~ 70mm),倾角10o~30o。 端盘厚钢板热压成型或铸造加工。端盘与筒毂、叶片焊 成一体。 为使端盘与煤壁间的碎煤及时排出,在端盘板 上开有排煤孔,甚至取消端盘。 第一节 螺旋滚筒 结构 DR100100型 采煤机滚筒 第一节 螺旋滚筒 结构 螺旋叶片:滚筒排运煤的构件。 2~4条螺旋叶片。螺旋叶片通常由低碳碳素钢或低 合金钢的钢板压制成形。 按叶片旋向分: 左旋滚筒,右旋滚筒。 按叶片头数分: 二头螺旋滚筒,三头螺旋滚筒,四头螺旋滚筒,其他 头数螺旋滚筒 第一节 螺旋滚筒 结构 齿座:安装和固定截齿的座体 按夹持截齿类型分扁形截齿齿座和锥形截齿齿座。其 结构与截齿齿柄形状及固定方式、喷嘴安装位置有关。 齿座按截齿配置顺序焊装在端盘和螺旋叶片上,通常 用低碳铬镍钼钢、中碳铬锰硅钢锻制而成,经加工和热 处理,具有足够的强度、冲击韧性和耐磨性。 截齿 齿套 齿座 第一节 螺旋滚筒 结构 截齿:用来截割煤体的刀具,其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。 第一节 螺旋滚筒 结构 经验证明,改进截齿结构,适当加大截齿长度 ,增大切削深度,可以提高煤的块度,降低煤尘。 采煤机使用的截齿有扁形截齿和锥形截齿两种。 MG300/680-WD型采煤机截割滚筒 第一节 螺旋滚筒 结构 1-筒毂; 2-螺旋叶片; 3-端盘; 4-法兰; 5-水管导板; 6-齿座; 7-截齿; 8-喷嘴; 9-法兰盘内孔 新型截割滚筒,如滚刀式滚筒、直线截割式三角形滚 筒、截楔盘式滚筒。 新型螺旋滚筒基本特点: 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,轴向 力较小。 ④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,较圆柱面筒毂粉煤率降低15%左右 强力滚筒强化措施:增大螺旋叶片厚度;改进齿座 形状,增大焊缝长度;径向截齿和齿座的背部都有一斜 面肩部,提高截齿齿身根部的抗弯强度;叶片根部焊一 角钢,以提高强度和刚度,在叶片的抛煤外缘处堆焊一 层碳化钨耐磨层。 第一节 螺旋滚筒 结构 第二节 螺旋滚筒主要参数 一、结构参数 滚筒直径、宽度(截深)和螺旋叶片参数等。 对落煤、装煤能力有重要影响。 1. 滚筒的三个直径 滚筒直径D、螺旋叶片外缘直径Dy和筒毂直径Dg D Dg Dy 滚筒直径D:滚筒绕其轴线旋转时,叶片截齿齿尖所 形成的轨迹圆柱面的直径。 滚筒直径系列: 0.5~2.6m 滚筒直径选取 薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机 D = Hmin – (0.1~0.3) m Hmin为最小煤层厚度,(0.1~0.3)m是考虑到割煤后顶板的下沉 量,以防止采煤机返回装煤时滚筒截割顶梁。 中厚煤层双滚筒采煤机一次采全高,后滚筒的截割高 度一般小于滚筒直径。 ①根据前后滚筒装煤量相等原则确定滚筒直径: 第二节 螺旋滚筒主要参数 H——采煤机开采煤层的厚度; a——滚筒直径与截割高度的比值; η——滚筒装煤效率,大直径滚筒η=70%~80%,小直径滚筒η=60%~ 70%。 整理得 ②平均切屑厚度最大确定滚筒直径: 截割高度为0.84D时平均切屑厚度最大。 滚筒直径D = H / (1+0.84) = 0.543H 。 若截割高度范围为Hmin~Hmax,比值Hmax/Hmin≈1.45~ 1.65,应使Hmin ≥ D ≥ Hmax / (1.45~1.65) 。 第二节 螺旋滚筒主要参数 为避免螺旋叶片抵触截槽间的煤棱,hmax应不超过截 齿径向外伸长度的70%,即2hmax ≤ 0.7 ( D – Dy )。得叶 片外缘直径 Dy ≤ D – 1.43 ( tmax – b ) ctgφ 第二节 螺旋滚筒主要参数 最大切削深度hmax 受最大截距 tmax 的 限制: b截齿截刃宽度;φ截槽崩裂角。 筒毂直径Dg愈大,滚筒内容纳碎煤的空间愈小,碎煤在 滚筒内循环和被重复破碎的可能性愈大。 在满足筒毂内安装轴承和传动齿轮的条件下,应保持叶 片直径与筒毂直径的适当比例。 滚筒D >1m,Dy/Dg≥2;滚筒D ≤ 1m,Dy/Dg≥2.5。 第二节 螺旋滚筒主要参数 D Dg Dy 2.滚筒宽度 滚筒两端最外边缘截齿齿尖的轴向距离。 为有效利用煤的压张效应,减小截深有利。截深太小 ,对采煤机生产率有影响。 滚筒宽度系列(mm):500,600,630,700,750,800 ,900和1000。 截深0.8m。趋势:加大到1.0~1.2m。 第二节 螺旋滚筒主要参数 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 叶片在筒毂上的围包角,对落煤、特别是装煤能力有很 大影响。 根据叶片旋向分左旋、右旋截割滚筒。 第二节 螺旋滚筒主要参数 任意直径Di圆柱面上螺旋叶片的升角: αi = arctg(L/πDi) L为螺旋线导程 Ditgαi=常数 D > Dy > Dg→叶片外缘的螺旋升角αy < 叶片内缘的 螺旋升角αg αy是截割滚筒的名义升角 第二节 螺旋滚筒主要参数 当截割滚筒转过φ角时,叶片的轴向推移量 紧贴叶片的微层煤相应的 轴向位移hm为: 第二节 螺旋滚筒主要参数 ρm—煤与叶片的摩擦角 叶片最佳升角: 在最佳升角下,滚筒转过φ角,碎煤沿滚筒轴线方 向的位移最大。αg取为最佳升角,截齿齿尖的螺旋线升 角为: 第二节 螺旋滚筒主要参数 小直径滚筒运煤空间小,必须考虑从端盘至装煤侧运 煤量越来越大的情况。 采用逐渐增大螺旋导程的小直径滚筒,比用固定升角 的滚筒装煤能力提高60%。 直径 1000mm的螺旋滚筒,其导程可以不变。 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。 通常螺旋叶片头数为Z=2~4。直径D<1.25m的滚筒 一般用双头,D<1.40m的滚筒用双头或三头,D> 1.60m的滚筒用三头或四头。 第二节 螺旋滚筒主要参数 导程:螺旋线转一周的轴向距离(L=ZS)。 从运煤条件出发,当滚筒转一周时,螺旋叶片应能将 煤推出一个叶片宽度By L≥By 在L ≥ By时,螺旋头数必须满足 否则滚筒圆周上将有一部分没有叶片,使滚筒无法顺 利运煤。 第二节 螺旋滚筒主要参数 第二节 螺旋滚筒主要参数 叶片之间应有适当的衔接, 否则,在截煤过程中 叶片交替时,滚筒载荷有突变,影响运行的稳定性。 每个叶片对滚筒的围包角: 4.端盘 端盘置于滚筒靠煤壁侧,其外围按截齿配置顺序焊 装齿座,也可在其端面焊装齿座。 螺旋滚筒多采用锥形端盘。 第二节 螺旋滚筒主要参数 DR100100型 采煤机滚筒 第二节 螺旋滚筒主要参数 二、截割滚筒的转向和转速 1. 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(站在采空区侧看滚筒)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。 第二节 螺旋滚筒主要参数 前进 第二节 螺旋滚筒主要参数 采煤机在往返采煤的过程中,滚筒的转向不能改变, 有两种情况: 顺转——截齿截割方向与碎煤下落方向相同; 逆转——截齿截割方向与碎煤下落方向相反。 第二节 螺旋滚筒主要参数 顺转 逆转 双滚筒采煤机为使两个滚筒的截割阻力能相互抵消, 增加机器的工作稳定性,两个滚筒的转向相反。 滚筒转向方式: 反向对滚和正向对滚。 第二节 螺旋滚筒主要参数 第二节 螺旋滚筒主要参数 a)反向对滚 b)正向对滚 单滚筒采煤机,在左工作面用右螺旋滚筒,在右工 作面用左螺旋滚筒。 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,但装煤效果好。 第二节 螺旋滚筒主要参数 2. 滚筒转速 采煤机滚筒以转速n旋转,以牵引速度vq向前推进,截 齿切下的煤屑呈月牙形,厚度从0~hmax变化 第二节 螺旋滚筒主要参数 m—同一截线上的截齿数 平均切削厚度 求极值,得φu=0.74π或截割高度为0.84D时,平均切削 厚度达极大值,为2.28hmax/π。 滚筒截割速度 第二节 螺旋滚筒主要参数 当m一定时,切屑厚度与牵引速度成正比,与滚筒转 速成反比→转速愈高,煤的块度愈小,并造成煤尘飞扬。 多数中厚煤层采煤机滚筒转速在30~40r/min范围内。 厚煤层采煤机滚筒直径大于1800~2000mm时,转速可低 至20~30r/min。 当截割速度超过3m/s时,截齿摩擦发火的可能性增加。 薄煤层采煤机叶片高度低,滚筒内运煤空间小,加大 滚筒转速,以保证采煤机生产率。小直径滚筒转速可达80 ~120r/min。 第二节 螺旋滚筒主要参数 第三节 截齿配置 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,采煤机运行稳定。 截齿配置原则: ①保证把被截割煤全部破落下来。 ②截割下来的煤块度大、煤尘少、比能耗小。 ③滚筒载荷均匀,动负荷和振动较小,采煤机运行平 稳。 第三节 截齿配置 截齿配置图:截齿齿尖所在圆柱面的展开图。 截线:水平直线表示齿尖的运动轨迹。 截距:相邻截线之间的距离。 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。 第三节 截齿配置 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,方向与叶片上截齿排列的方向相反。 紧靠煤壁的截齿倾角最大,属半封闭式截槽,端盘截线 加密,端盘截齿为滚筒总截齿数的1/2左右,端盘消耗功 率约占滚筒总功率的1/3。 第三节 截齿配置 1.叶片截齿配置 按其产生切屑图的顺序形状分:顺序式、棋盘式 和畸变的棋盘式,畸变的棋盘式又分为畸变1和畸变2 的排列模式。 四种采煤机滚筒的截齿排列模式: 2头螺旋叶片的滚筒截齿排列模式有棋盘式和顺序式 ; 3头的有畸变1、畸变2和顺序式; 4头的有畸变1、畸变2、棋盘式和顺序式。 顺序式配置切屑图 第三节 截齿配置 棋盘式配置切屑图 第三节 截齿配置 畸变1配置切屑图 畸变2配置切屑图 第三节 截齿配置 2. 端盘截齿配置 端盘截齿配置原则: ①端盘截齿布置多些,其数量主要取决于煤质硬度 和滚筒直径; ②端盘截齿的排列应保证各截齿受力尽量均衡,以 免过多发生掉齿现象; ③端盘截齿在圆周方向上的间距要尽量均衡,使之 与螺旋叶片的截齿相匹配。 第三节 截齿配置 端盘截齿齿尖应排成弧形,第一条截线上截齿安装 角53°~55°,以利斜切煤壁,截齿截刃最好倾斜8°~10° ,与煤壁间留有间隙。端盘截齿一般分为2~4组,每组 有一个0°齿,2~6个倾斜安装的截齿,倾角应顺滚筒转 向从小到大顺序排列,截线距应从煤壁向外逐渐增大。 每组截齿中可设1个向采空区倾斜20°~30°的截齿,以抵 消部分滚筒轴向力。 第四节 螺旋滚筒的装载性能 滚筒装煤过程的准确计算很难,同一台采煤机用在 不同工作面其装煤效果差异也相当大。 多用装载试验及井下效果分析研究。 滚筒的装载性能主要指装载效率、滚筒内循环煤量 、装载功率及比能耗、装载阻力等。 影响装载的参数有滚筒转速、牵引速度、螺旋叶片 外缘升角、滚筒转向、出煤口断面、摇臂形状、煤的块 度及湿度等。 (自阅) 截齿截割煤岩的载荷是随机的,具有平稳随机函数的 性质。 截割阻力和推进阻力的分布函数和分布密度属Г分布 ,侧向力属于正态分布。 截割滚筒的载荷谱是随机的,当同时截割的截齿数≥8 时,总载荷属正态分布。截割阻力、推进阻力、侧向力 的数学期望值(均值)、方差、相关系数和变差系数,可 按概率统计方法进行分析。 一、截齿受力计算 单齿截割阻力公式从Z=Ah基本公式出发,考虑影响 因素,乘以影响系数。 第五节 螺旋滚筒载荷计算 二、截割滚筒受力分析 前滚筒 第i个截齿所受到的截割阻力、推进阻力和侧向力分别 为Zi、Yi、Xi,Rx、Ry、Rz分别表示滚筒所有参加截割的 截齿受力沿x、y、z坐标轴的分力之和 第五节 螺旋滚筒载荷计算 第五节 螺旋滚筒载荷计算 滚筒截割阻力矩 滚筒截割消耗功率 滚筒截割比能耗 第五节 螺旋滚筒载荷计算 三、滚筒优化设计 建立数学模型 对煤层结构、煤质特征、落煤和装煤过程、截齿配 置、参数选择等进行研究和试验。 目标函数选择: ①比能耗最小,块度最大 ②工作平稳性最好(载荷变差系数最小) ③比能耗最小 ④比能耗最小,载荷变差系数最小 ⑤比能耗最小,载荷变差系数最小,块度最大
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