采煤机选型设计

辽宁工程技术大学
《采掘机械》综合训练题目：采煤机选型设计
班级：矿电11
*名：***
***师：***
完成日期：2014年12月9日
《采掘机械》综合训练
综合训练任务书
一、设计任务及要求
(1) 根据所给原始数据进行采煤机选型的详细计算；
(2) .编写综采工作面采煤机选型设计说明书；
(3) 采煤设备与工作面综采设备配套关系图
设计原始数据及条件：
(1) 设计图纸（综采工作面设备配套关系图）
(2) 设计说明书
三、进度安排(参考)
(1) 熟悉设计任务，收集相关资料
(2) 拟定设计方案
(3) 绘制图纸
(4) 编写说明书
(5) 整理及答辩
四、成绩评定
成绩：
教师
日期
《采掘机械》综合训练
目录
1机械化采煤工作面类型的确定 (1)
2采煤机性能参数的确定 (1)
2.1滚筒直径的选择 (1)
2.2截深的选择 (1)
2.3滚筒转速及截割速度 (2)
2.4采煤机最小设计生产率 (2)
2.5采煤机在截割时的牵引速度及生产率 (3)
2.5.1根据采煤机最小设计生产率决定的牵引速度V1 (3)
2.5.2根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2 (3)
2.5.3按液压支架的推移速度决定牵引速度V3 (4)
2.6采煤机所需电机功率 (4)
2.7采煤机牵引力 (5)
3初选采煤机及其配套设备 (6)
3.1初选采煤机 (6)
3.2防滑设备 (7)
4初选采煤机主要技术参数的校核 (9)
4. 1最大采高的校核 (9)
4. 2最小采高的校核 (9)
4.3卧底量校核 (10)
4.4采煤机最大截割速度的校核 (10)
4.5采煤机牵引力的估算 (11)
5采煤机、支护设备、输送机配套关系图 (11)
1机械化采煤工作面类型的确定
煤层最大厚度4.5m，煤层倾角20度，煤层截割阻抗A＝
205N/mm，顶板岩性：老顶为2级，直接顶为2类，工作面设计长度为210m，Ⅱ设计年产量万160t/a。

本矿煤层赋存条件较好，煤层为进水平煤层，煤层厚度适中，设计能力为1605万t/a，直接顶为2类中等稳定顶板，老顶为Ⅱ类顶板，周期来压强烈，要求工作面支护强度较大。

根据本矿工作面条件及我国目前采煤方法的类型及设备配套情况，设计确定工作面的方法为综采一次采全高。

2采煤机性能参数的确定
2.1滚筒直径的选择
根据目前我国采煤机生产现状及使用情况，设计选用双滚筒采煤机。

双滚筒采煤机滚筒直径应大于最大采高hmax的一半，一般可按D=（0.52～0.6）hmax选取，采高大时取小值，采高小时取大值。

目前双滚筒采煤机的滚筒直径也已经系列化，所以滚筒直径的选取选取和标准直径相近的数值。

D=0.52×4.5=2.34(m)
根据计算，设计取2.25m。

2.2截深的选择
截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响。

中厚煤层一般选取0.6m～0.8m，同时考
虑到我国生产的采煤机大部分截深在0.6m 左右，设计选取截深为0.6m 。

2.3滚筒转速及截割速度
滚筒转速的选择，直接影响截煤比能耗、装载效果、粉尘大小等。

转速过高，不仅煤尘产生量大，且循环煤增多，转载效率降低，截煤比能耗降低。

根据实践经验，一般认为采煤机滚筒的转速应控制在30～50转/分较为适宜。

设计取45转/分。

滚筒直径为2.25m ，转速为45转/分，则可计算出截割速度为5.3米/秒。

2.4采煤机最小设计生产率
采煤机最小设计生产率与采煤机有效开动率有关。

虽然综合机械化开采在我国中厚煤层一次采全高工作面的应用已经成熟，机械设备的生产加工技术也比较完善，设备可靠性也大大提高，但采煤工作面煤层潜在的变数及机械设备的检修等的各种因素均影响采煤机有效开动率，我国平均水平在40％左右。

设计取正常开动率为40％。

采煤机最小设计生产率由下式计算：
4.024min ⨯=
W Q
式中：
Qmin ——采煤机最小设计生产率，t/h ，
W ——采煤工作面的日平均产量，1600000÷300=5333（t ） 0.4——采煤机有效开动率。

则：
4.024min ⨯=
W
Q =555.6t/h
2.5采煤机在截割时的牵引速度及生产率
采煤机截割时牵引速度的高低，直接决定采煤机的生产效率及所需电机功率，由于滚筒装煤能力，运输机生产效率，支护设备推移速度等因素的影响，采煤机在截割时的牵引速度比空调时低得多，采煤机牵引速度在零到某个值范围内变化，选择截煤机时的牵引速度，要根据下述几个方面因素，综合考虑。

2.5.1根据采煤机最小设计生产率Qmin 决定的牵引速度V1,
γ···60min 1B H Q V =
m/min
式中：Qmin ——采煤机最小设计生产率，555.6t/h ， H ——采煤机平均采高，3.65m ， B ——采煤机截深，0.6m γ——煤的容重，1.35t/m3
γ···60min 1B H Q V =
=3.132m/min
2.5.2根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V2，
采煤机截割过程中，是滚筒以一定的转速n ，同时又以一定的牵引速度V2沿工作面移动，切削厚度呈月牙规律变化，如果滚筒一条截线上安装的截齿数为m ，则截齿最大的切削厚度hmax 在月牙中部，可用下式求出。

n 10002
max ⋅=
m V h mm
上式中，m 一般取3，n 根据上面的计算取45转/分。

一般来说，hmax 应小于截齿伸出齿座长度的70％，根据国产采煤机的实际情况，取45mm 。

则：
1000n max
2h m V '⋅⋅⋅=
m/min
式中：h ’max ——截齿在齿座上伸出长度的70％，取45mm 。

则：
1000n max
2h m V '⋅⋅⋅=
=6.075m/min
2.5.3按液压支架的推移速度决定牵引速度V3
一般讲支架的推移速度应大于采煤机的牵引速度较好，这样可保证采煤机安全生产。

截割时牵引速度V 应根据上述三方面情况综合分析后确定，其最大值应等于或大于V1，但应小于V2，并与V3协调，使采煤机既能满足工作面生产能力的要求，又可避免齿座或叶片参与截割，并能保证采煤机安全生产。

综上所述，采煤机的牵引速度取V ＝4m/min 采煤机的牵引速度确定后，则采煤机的生产率Q 为 Q ＝60·H ·B ·V ·γ t/h
将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为 Q ＝60×3.65×0.6×4×1.35＝709.56（t/h ）
2.6采煤机所需电机功率
由于采煤机在截割和装载过程中，受到很多因素的影响，所需电机功率大小，很难用理论方法精确计算，常采用类比法或比能耗法来估算。

采用比能耗法估算电机功率，是根据采煤机生产率和比能耗（截割单位体积煤所消耗电功率）试验资料来确定。

如果比能耗确定适当，计算值就比较合理。

本设计煤层截割阻抗为AX ＝205N/mm ，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗H ωX
B X
X H A A H ωω⋅=
式中：H ωX ——煤层截割比能耗，kW ·h/t ，
AX ——煤层截割阻抗，205 N/mm ， A ——基准煤截割阻抗，取190 N/mm ，
H ωB ——基准煤比能耗，基准煤比能耗为0.39 kW ·h/t 。

则：
B X
X H A A H ωω⋅=
=0.42
由于本设计采煤机为双滚筒采煤机，所以后滚筒的截割比能耗
X H ω
'可由下式求得。

X X H K H ωω
⋅='3
式中：K3——后滚筒工作条件系数，根据采煤机割煤方式，取0.8。

则：X X H K H ωω⋅='
3=0.34 采煤机所需电机功率为：
)4.06.0(2
1X X H H K K Q
N ω
ω'++=
式中：K1——功率利用系数，采煤机用一台电机驱动，取1， K2——功率水平系数，查表取0.95(牵引速度调节方式为自动调节，电机最大转矩和额定转矩的比值取2.2～2.4)
则：
)4.06.0(2
1X X H H K K Q
N ω
ω'++=
=141kw
由于国内采煤机的功率均以系列化，根据计算数值就近选取，设计选采煤机的功率为700kW 。

2.7采煤机牵引力
根据采煤机电动机的功率，可直接查表求得采煤机的牵引力。

查表：采煤机牵引力 300到500KN 。

3初选采煤机及其配套设备
3.1初选采煤机
根据采高，滚筒直径，截深，生产率，电机功率，牵引力及牵引速度，初步选择采煤机型号为MG300/700GWD采煤机主要技术参数见表1。

表1采煤机主要技术参数表
3.2防滑设备
骑在输送机上工作的采煤机，当煤层倾角大于10°时，就有下滑的危险。

特别是链牵引采煤机向上工作时，一旦断链，就会造成机器下滑的重大事故。

因此，煤矿安全规程规定：当倾角大于10°时，应设防滑装置。

防滑杆：最简单，这种防滑装置只用于中小型采煤机上。

抱闸式：结构比较复杂，不易调整，现并不常用。

制动器：目前大多数的采煤机都设有这种装置（采煤机自带）。

即防止采煤机下滑，又能防止“回链敲缸”，同时能起到低压保护作用。

对于链牵引采煤机，不能防断链下滑。

液压安全绞车：它可与各种采煤机配套使用，在一定的煤层倾角范围内防止下滑及断链跑车事故，保障人身设备安全。

配用本绞车后又可起辅助牵引作用，补充采煤机牵引力不足，更好地发挥采煤机的作用。

这种设备愈来愈广泛地被使用。

综上所述我选择制动器制动。

3.3采煤机喷雾供水装置
采煤机喷雾系统中，喷咀的数量选择应使一定水压下的总流量
等于计算耗水量水Q
：
水Q =q Q 〔 L/min 〕
式中：Q ------采煤机生产率，〔 t/min 〕
q ------单位耗水量，〔 L/min 〕
Q 值对于具体的工作面，可按采煤机最大实际生产率（前面已说明）计算，一般单位耗水量的确定与煤层条件有关。

q 可按表2来选取。

表2几种煤层条件下的单位耗水量
在表中q 的上限，用于煤含水量小雨3～5％，工作面风速大于2m/s 以及采煤机穿梭式工作时。

喷咀入口水压1～2MPa 。

同时为防止喷咀堵塞，不宜小于1 MPa 。

要根据管路的远近及管路的弯曲段数目等，在井下进行实际调整，保证喷咀入口水压1～2MPa （观看水压表或水的雾化情况）。

根据计算耗水量
水
Q 查表3来选择喷雾泵。

水Q =q
Q =111.1 〔 L/min 〕
因为计算耗水量为111.1〔 L/min 〕，所以选择XPB120/45。

4初选采煤机主要技术参数的校核
4. 1最大采高的校核
本设计最大采高hmax为4.5m，滚筒直径D为2.25m，采煤机高度A及所需底托架高度B可由下式计算：
A＝hmax＋
)
2
sin
(
2max
D
L
H
+
-α
B＝hmax－
)
2
sin
2
(
max
S
D
L
H
+
+
+α
式中：A——采煤机高度，m
hmax——工作面最大采高，4.5m
H——采煤机截割部减速箱高度，一般等于电机高度，0.6m
L——摇臂长度，1.19m
αmax——摇臂向上摆动最大角度60°，
D——滚筒直径，2.25m
S——运输机槽帮高度，0.220m
则：A＝hmax＋
)
2
sin
(
2max
D
L
H
+
-α
＝2.03（m）
B＝hmax－
)
2
sin
2
(
max
S
D
L
H
+
+
+α
=1.81（m）
4. 2最小采高的校核
采煤工作面最小采高hmin应大于采煤机高度A，支架顶梁高度
h1，过机高度h2，（顶梁与采煤机机身上平面之间的距离）三项之和，即采煤机与支护设备应能通过煤层变薄带，滚筒不割岩石。

hmin ＞A ＋h1＋h2
式中：h1——支架顶梁高度，0.33m
h2——过机高度，不应小于0.1～0.25m ，取0.15m ， 则：hmin ＞2.03＋0.033＋0.15=2.213m
工作面最小采高2.8m ，选型满足最小采高的要求。

4.3卧底量校核
最大卧底量Kmax 按下式计算：
Kmax ＝A －2sin 2
max D H -
-β 式中，βmax ——摇臂向下摆动最大角度，20°
Kmax ＝2sin 2
max D
H -
-β=260mm 采煤机卧底量一般为90～300mm ，最大卧底量为0.26m ，满足要求。

4.4采煤机最大截割速度的校核
运输机、采煤机、液压支架在结构性能之间有相应的配套要求。

运输机的生产能力一般应略大于采煤机的生产率，以便把煤及时运走，不出现堆煤现象。

根据此原则，可把运输机的运输能力看
成采煤机的最大生产率，此时采煤机截割的最大牵引速度V '为：
γ···60B H Q V '=
'
式中：Q '——运输机的运输能力，800t/h
H——平均采高，3.65m B——采煤机截深，0.6m γ——煤的实体容重，1.35t/m3
则：
γ·
·
·
60B
H
Q
V
'
='
=4.5m/min
设计选取得截割牵引速度为4m/min，计算值大于选取值，满足要求。

4.5采煤机牵引力的估算
采煤机移动时必须克服的牵引阻力T为：
T＝K2G＋fD（cosα－K2＋2K3）±Gsinα
式中：f——摩擦系数，取平均值0.18
K1——经验系数，取0.7
K2——估算系数，取0.2
K3——侧面导向反力对牵引阻力影响系数，导向板在采空区侧布置，煤层倾角倾角为6°，取0.402
最后一项，当向上牵引时，取正号，向下牵引时，取负号。

T＝K2G＋fD（cosα－K2＋2K3）±Gsinα=110000N±188110N 298.110KN<320KN所以符合要求
5采煤机、支护设备、输送机配套关系图
采煤机、输送机、支护设备均已系列化，选取设备时，应根据
计算参数选择相近参数的设备。

本次设计根据计算选择综采成套设
备MG300/700GWD,并根据设计的实际情况进行了适当的修改。

工作面设备配套关系图见附图。

参考文献
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