基于采煤機截割部的設計分析

【摘 要】通過對采煤機截割部各項內容的研究，可以為采煤機的具體設計以及功能的發揮提供一定的幫助作用。本文分析我國采煤機的發展歷程以及相關技術的研發，介紹了采煤機選擇搖臂的傳動方案，通過采煤機截割速度等相關數據論述了采煤機分配傳動比以及齒數，最后還分析了采煤機截齒結構及幾何參數、材料及制作工藝、截齒受力計算等內容，通過這些內容的介紹，對制定采煤機截割部的設計方案起到了一定的指導作用。

【關鍵詞】采煤機；截割部；設計；技術

采煤機截割部的設計具有一定的專業性，制定出科學、合理的設計方案，需要參考大量資料以及具體的計算公式，只有掌握科學的計算公式才能分析出采煤機的分配傳動比以及齒數；本文作者參閱了大量的采煤機設計方案，計算出了采煤機截割部各軸的轉速、轉矩以及傳遞功率，這些數據對提高采煤機截割部的設計質量有著促進作用，基于采煤機截割部的設計分析，也可以有效的提高我國的采煤機設計研發技術。

1.采煤機設計技術的研發

1.1大功率電力牽引技術的研發

我國的采煤機技術的研發時間并不長，對這項技術的研發是為了保證采煤工程的安全性以及高效性，通過研發先進的采煤機技術，可以煤礦企業實現增產的目標，而且還能簡化操作，降低人力成本，增加企業的經濟效益。較大功率的電力牽引技術，可以利用多個電機提供高于30000V的供電電壓，這種技術一般應用在框架式結構的電機中，其可以利用交流變頻的方式條件電壓的傳送速度，從而使功率較大的電機具有較大的牽引力，這種高電壓的的牽引力速度比較快，其牽引技術應用在吸塵滾筒以及增壓水泵中，可以有效的保護裝置配件，使這些設施的控制系統性能更加優越，從而提高采煤機的質量。

1.2大功率采煤機故障檢測技術的研發

采煤機是一種大型的機器，這種機器為了發揮更大的效用一般具有較大的功率，這樣才能帶動機器做功。大功率的采煤機可以帶動企業的生產，但是較大的功率也容易引起故障，為了使出現故障的機器盡快恢復生產工作，必須不斷的改進采煤機故障檢測技術，所以，大功率采煤機故障檢測技術的研發，可以有效的促進采煤企業的生產，加快采煤工程的開采進度。一般情況下，采煤企業的相關技術人員都是通過信號來對采煤機進行故障檢測，還要利用計算機監控技術以及控制技術保證采煤機的正常使用與檢修。只有不斷的加強這些技術，才能提高大功率采煤機的利用率，保證其在使用的過程中更加高效、可靠。計算機以及傳感器系統的研發，對采煤機故障診斷有一定的幫助作用，通過排除采煤機的故障問題，可以有效的提高采煤機采煤速度以及連續開采的能力。

采煤機截割部的設計需要遵循一定原則，要保證采煤機的開采效率以及使用壽命，還要采用先進的科技技術，不斷的改進開采技術以及開采質量，這樣才能提高采煤機設計的質量，促進煤礦開采行業的發展。

2.采煤機選擇搖臂的傳動方案

采煤機截割部的設計需要結合選擇搖臂的傳動方案，在選擇搖臂傳動方案時，要參照一定的技術參數，比如采高是3m，采煤機的主電機轉數為1470r/min等等，這些參數對傳動方案的質量以及可行性有著重要的影響作用。采煤機各軸的傳動如圖1所示。

圖1 采煤機各軸轉動圖

影響采煤機搖臂傳動方案質量的原因很多，比如搖臂與采煤機機體的連接技術、采高的參數是否達標、刮板尺寸大小等等，這些內容如果出現誤差，會影響搖臂傳功方案的實施，降低其可行性。采煤機主電機的轉速是1470r/min，如果轉速未達到這一數值，則無法進行行星傳動。

3.分配傳動比和齒數的確定

3.1分配傳動比

采煤機的截割速度一般為3.5～5.0m/s，而本搖臂的采高為3m，故選取滾筒直徑為1.5m，由截割速度公式可知滾筒轉速范圍為44.59～63.7r/min，而新型采煤機直徑是2m左右，滾筒轉速為25～40r/min左右，本滾筒直徑為1.5m，綜合考慮選取滾筒轉速為45r/min左右，搖臂的總傳動比約為32.67，在這里選取惰輪部分傳動比為1.67，則行星減速器部分傳動比為32.67/1.67=19.56，故采用二級行星傳動，并且使兩級傳動比大致相等即可。

3.2齒輪齒數確定

為滿足傳動比的需要，在設計之前先參照以往的采煤機設計資料和查機械設計手冊確定行星減速器齒數的各種配合條件等，將各齒輪的齒數初步確定，以保證設計程序的順利進行。參照本文電動機轉速以及采煤機截割部電動機的選用，選取電動機的功率為300kW。

4.采煤機截齒設計

4.1截齒的結構及幾何參數

采煤機上的截齒種類很多，基本上分為兩類：扁形截齒和鎬形截齒。根據煤層的性質及不同類型截齒的特點，這里選用扁形截齒中的屋脊狀前面截齒。

具體截齒參數為：截角-80°；刀尖角-72°；后結構角-8°；后角-10°；側角-10°；切削部寬度-15mm。

截齒在齒座上的伸長度必須符合截割工況，以防止齒座與煤體接觸而擠煤。截齒徑向伸出長度lp應大于工作時的最大煤屑厚度hmax，可按下式確定：

lp=khmax

式中：k-儲備系數，可取：對螺旋滾筒的徑向截齒k=1.3～1.6，切向截齒k=l～1.2；對鉆削頭k=1.8～2.5；對立滾筒k=1.2～1.4。

取k=1.44

則lp=1.44*73=105mm

通過查得相關資料，初次確定截齒尾部尺寸，長h=38mm，寬b=26mm，尾部長度為95mm

4.2截齒的材料及工藝

目前， 采煤機截齒均是采用焊接硬質合金刀頭工藝以提高其綜合性能。由于刀頭和齒體材料不同，導熱性也不同，影響了焊縫質量， 使截齒出現刀頭掉落、磨損不均的現象。根據截齒工作條件，本文選擇合理的滲硼工藝，通過正交試驗分析及試驗驗證得出最佳的滲劑配方及工藝條件。

4.3截齒的受力計算

切削力Z與煤的性質（截割阻抗，壓張情況，脆塑性），刀具幾何參數（截角，截刃寬度，前面形狀及安裝角度）及截割參數（切削厚度，截距，截割方式及刀具配置）有關。綜合上述分析：

此外，力X將引起變形和對O-O1軸的扭應力τmax=T/αhb2=Xa/αhb2=0.33*4914*37.5/（0.22*38*262）=10.76 Mpa﹤[τ]=40 Mpa。

5.結語

通過本文的論述可以得知，影響采煤機截割部設計質量的因素很多，而想要提高其設計的質量必要掌握科學的設計計算公式，這樣才能計算出正確的采煤機分配傳動比一級齒數等數據，優秀的采煤機截割部設計方案，還要掌握采煤機截齒結構、材料以及截齒受力計算等，這些數據對采煤機截割部的設計理論有一定的指導作用，只有保證計算結果的準確性，才能保證設計方案的有效性與可行性，從而提高采煤機的工作效率與采煤量。本文通過對采煤機截割部的研究以及截齒受力的計算，提升了采煤機的設計理念，對采煤機的設計與研究提供了一定的幫助作用。

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