谈采煤机截割滚筒旋叶的双升角如何提高装煤效果

谈采煤机截割滚筒旋叶的双升角如何提高装煤效果摘要:在已知采煤机牵引速度和滚筒直径、转速、截深的条件下，确定滚筒叶片双升角以提高装煤效果。

关键词:牵引速度圆周速度轴向速度旋叶升角摩擦角

目前，薄和极薄煤层采煤机截割滚筒装煤效果差，已成普遍问题，这是影响和制约薄和极薄煤层采煤机发展和开采的一个主要因素之一。以往人们主要从煤岩参数、采煤机工作参数来设计滚筒截煤和装煤，但如何保证滚筒装煤一直是摆在滚筒设计的一个难题，尤其是极薄煤层滚筒装煤效果很差。滚筒装煤主要是由螺旋叶片来完成，因此如何保证装煤效果好，就从旋叶升角想办法。

采煤机截割滚筒螺旋叶片展开应为曲线［1］，如图1中Ⅰ所示，装煤效果非常理想，这是因为不等距排齿，可做到里密外疏、圆周均布配置截齿，使截齿受力均匀，尤其可做到旋叶最外侧升角较大，保证装煤效果，靠煤壁最里侧升角较小，截割阻力小，对截落下的煤向老塘侧推力大，也可提高装煤效果;但是展开旋叶是曲线，很难制作;如果我们采用折线如图1中Ⅱ所示代替曲线，即做到截煤、装煤具有近似曲线功能，又便于制造。

1 设计滚筒时，确定旋叶升角应考虑的因素

1.1 滚筒截煤时不要被叶片表面粘住

当滚筒叶片以圆周速度υy运动的一瞬，煤块对叶片有作用力P，且力P的方向与圆周速度υy平行如图2所示，力P对煤作用角β大于煤与叶片的摩擦角φ，所以煤不能被粘在叶片的表面上。

1.2 煤块以最短时间从滚筒里被推出滚筒截煤时煤块运动速度分解如图3所示，煤块运动的绝对速度υ1，将υ1与圆周速度υy均投影到叶片法线方向n—n 上有:

υy sinα=υ1cosφ

υ1沿滚筒轴线方向的速度分量为υx，则有:

υx=υ1cos(α+φ)

所以有:υx=υysinαcos(α+φ)/cosφ

把一块煤自滚筒里端推移到外端的时间t为:

t = B/υx=Bcosα/υysinαcos(α+φ)

B为是滚筒的截深；

α为是滚筒的旋叶升角；

φ为是动摩擦角。

t有最小值，由上式求得α:α=(90°-φ)/2

为使旋叶受到较小的运动阻力，α值应有:

α≤(90°—φ)/2

该式说明叶片材料与被截割煤质一定后，旋叶升角的取值范围。

1.3 滚筒截煤时煤不应被推向滚筒内

滚筒截煤时若排煤口处有煤堆，且越来越大，此时滚筒中的煤也能正常排出，不能被推向滚筒里部;由图4可知，滚筒外侧煤堆对滚筒叶片作用力P的作用角β恒小于静摩擦角γ，所以煤不能被推向滚筒里部。

2 旋叶双升角的确定

采煤机截割滚筒将截落下的煤能否装到刮板输送机上，关键取决于老塘侧旋叶外升角αy。

2.1 老塘侧旋叶外升角αy的确定

D为滚筒直径m；B为截深m；υq为牵引速度m/min；λ为煤的松散系数取1.5～1.7

n为滚筒转速r/min；ψ为滚筒允许装满系数取0.2～0.5；D2y为滚筒叶片外圆直径m;D2g为筒圈外圆直径m;Z为滚筒头数S为叶片导程;αy为旋叶外升角;δ为叶片厚度m;满足:Q2≥Q1要求。

2.2 煤壁侧旋叶升角αn的确定

理论上煤壁侧旋叶升角αn越小，滚筒截煤越省力，消耗截割功

率越少，截割电动机消耗电能越少;由上图1不等截距、圆周均布配置截齿图可知，旋叶展开为曲线装煤效果好的原理，一般αy确定后取其一半左右为αn值即可。

2.3 各段旋叶长度确定

对于薄和极薄滚筒旋叶头数一般取为双头，老塘侧旋叶外升角αy 的确定后，其旋叶展开长度形成的围包角γw，应满足下式为合适:γw≥(2π+π/3)/Z［2］(Z为旋叶头数)。

3 注意的问题

当薄和极薄滚筒直径较小，截深较大时，如下图5，易出现煤壁侧旋叶与端盘空间狭小，影响滚筒容煤排煤效果，将该旋叶缩短可在两者之间加一个旋叶升角αd略大于煤壁侧旋叶升角αn的旋叶，以保证薄和极薄滚筒容煤与排煤顺畅。

参考文献

[1] 李锋，主编．现代采掘机械[M]．北京:煤炭工业出版社，2007.

[2] 李贵轩，主编．采煤机械设计[M]．沈阳:辽宁大学出版社，1994.