连续采煤机毕业设计

1.前言
1.1.在我国发展连续采煤机的必要性及其所具有的特点
1)在我国发展连续采煤机的必要性
在我国的一些城市和村镇建筑物下、铁路下、水体下贮藏的煤量很大，据统计,仅生产矿井“三下”压煤量就已达到 137.9 亿吨，其中建筑物下压煤约 87.7 亿吨，占“三下”压煤量的 60％左右，可供28个年产量 500 万吨的大型矿井开采 100 年。

“三下”压煤问题造成回采工作面接续紧张、缩短矿区生产服务的年限，使矿区过早的就进入到衰老报废期，这样不但对国家造成极大浪费，还必将对整个社会的可持续发展产生很大的影响。

除“三下”压煤外，在矿井中还存在许多不规则的块段以及残采区，而这样的煤层区不能采用正规的长壁综采进行开采，包括在正规综采工作面回采后局部留下的一些不规则区段，位于矿井边界以及断层等地方所构造的附近煤炭。

随着矿区开采的不断进行，煤炭资源总量和适于长壁开采的储量比例在不断的减少。

利用连续采煤机配套运输设备的短壁机械化开采技术来解决“三下”采煤和边角煤回采问题是一条很好的技术途径，因此，在我国煤矿中具有很广泛的应用前景，这必将产生极大的经济和社会效益。

2)连续采煤机特点
a)连续采煤机是集截割、装运和行走于一体的大型连续采掘一体设备,用于长壁工
作面煤巷快速掘进和短壁工作面煤层的机械化开采。

b)连续采煤机主要由截割机构、装运机构、履带行走机构、液压系统、电控系统、
除尘系统及安全保护装置组成。

c)连续采煤机采掘合一，既可用于长壁工作面煤巷快速掘进又可用于短壁工作面
煤层的机械化开采，一机多用，投资少，效率高。

d)连续采煤机及配套设备行走自如、能快速移动，采煤工作面布置机动灵活，适
用于“三下”开采和不适宜布置长壁综采面的区域回采。

1.2.国内外连续采煤机使用状况
1)国内连续采煤机的使用主要分为两个阶段。

(1)上世纪 80 年代,我国先后引进了 30 多套连续采煤机进行了试验。

大同矿务局大
斗沟煤矿使用 JOY12CM-9B 型连续采煤机曾创造了月进 2187m 单巷掘进的全国
记录；山西雁北马口矿使用连续采煤机在小窖破坏区回收煤柱，当时年产达到 7
万吨；山西大同市姜家湾煤矿使用 JOY12CM-9B 型连续采煤机采煤，最高月产达
2.67 万吨。

由于没有考虑设备的成套性，虽然连续采煤机体现了采掘合一、机动
灵活的特点，但大多数设备使用效果不好,逐渐退役。

(2)1995 年起，神东矿区应用连续采煤机及配套设备进行巷道掘进和短壁开采，通过
几年的实践形成了具有神东特色的连续采煤机短壁机械化开采模式，实现了煤巷快
速掘进，工作面落煤、运输及回收煤柱等各工序的机械化作业，为不适合长壁机
械化开采的煤矿提供了一种安全、高效的采煤技术。

2002年神东矿区上湾矿连续
采煤机短壁化开采工作面年产达220 万吨，现仅神东矿区在用连续采煤机台数
30 多台。

2)国外连续采煤机使用状况
连续采煤机短壁机械化开采技术于1948年首先在美国应用。

在美国，采用连续采
机短壁机械化采煤法的产量一直在井工采煤中领先,20世纪80年代中期占井下产量
的 70％以上。

近年来,随着高产高效综采技术的发展，短壁机械化开采的产量有
所下降，但 1999 年美国采用短壁机械化采煤采出的煤量为 2.2 亿吨，仍占井下
煤产量的 53％。

目前,除美国外还有澳大利亚、南非、印度及加拿大等国广泛采
用连续采煤机短壁机械化采煤,取得了较好的经济效益。

1.3.国内外连续采煤机技术现状及发展趋势分析
1)国外连续采煤机技术现状
目前,美国为世界上连续采煤机研制水平最高的国家,连续采煤机的发展已有数十
年的历史, 拥有 12CM15 、12CM18 、12CM27 等众多适用于中厚煤层的机型,机
器均为全遥控控制，技术水平成熟。

但是现有机型主要用于煤层埋深较浅,顶底
板稳定,倾角小于 10°的中厚煤层,尚不能适应我国大多数的煤层赋存条件。

我国
连续采煤机的研制尚处于起步阶段，已取得了一定的研究成果，石家庄煤矿机械有
限责任公司、三一重装、太原煤科院均已有适用于中厚煤层的产品投入市场。

2)连续采煤机发展趋势分析连续采煤机目前主要用于煤层埋深较浅, 顶底板稳定,倾
角小于 10°的中厚煤层，尚不能适应我国大多数的煤层赋存条件。

今后,连续采煤
机必然要适应大多数煤层实际条件,并朝着掘、锚、采一体,集中控制、程序控制
的方向发展。

(1)发展新的连续采煤机品种以适应薄煤层和大倾角煤层。

(2)加大整机功率,研制高强度截割滚筒以适应半煤岩煤层。

(3)改进整机结构,便于解体及组装,以适应煤层埋深较深的竖井下井运输。

(4)增加锚护功能, 向掘、锚、采一体发展, 以适应顶、底板不稳定的煤层。

(5)集中控制、程序控制、故障诊断，朝着自动化方向发展。

3)连续采煤机在我国的应用前景与意义
目前, 我国连续采煤机的应用还不够广泛,这其中的原因除原有国外连续采煤机不
煤机短壁机械化开采是现有的“三下”采煤和边角煤回采技术中最先进、最高效的
一种开采技术。

随着国家能源的日趋紧张，只要有“三下”煤层和边角煤，就有连续
采煤机的用武之地。

而庞大的“三下”压煤量和大量的残采及边角煤必然要开采, 因
此连续采煤机在我国的应用前景将非常广泛且具有极大的经济效益和社会效益。

1.4.连续采煤机行走机构型式的选择
该种连续采煤机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种：
1)迈步式。

该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。

采用框架结构，使人员能自
由进出工作面，并可越过装载机构到达机器的后面。

使用支撑装置可起到掩护顶板、
临时支护的作用。

但由于向前推进时，支架反复交替地作用于顶板，掘进机对顶板
的稳定性要求较高，局限性较大，所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机，在煤巷、
半煤岩巷中也有应用。

2)导轨式。

将连续采煤机用导轨吊在巷道顶板上，躲开底板，达到冲击破碎岩石的目
的。

这就要求导轨具有较高的强度。

这种行走机构主要用于冲击式连续采煤机。

3)履带式。

适用于底板不平或松软的条件，不需修路铺轨。

具有牵引能力大，机动性
能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。

但其结构复杂、零部件磨损
4)较严重。

目前，连续采煤机通常采用履带式行走机构。

由于其工作环境差，用电动机驱动易受潮烧毁，最好选用液压马达驱动。

1.5.连续采煤机的基本结构特点：
连续采煤机按截割煤层厚度可分为薄、中、厚三种。

按截割煤的软硬程度又可分为中等、坚硬和特坚硬三种。

它们的共同特点归纳如下：
1)多电动机独立驱动;
2)连续采煤机采用横轴式较长的截割滚筒;
3)截割滚筒的截齿布置较简单，截线距离较大;
4)增强截割硬煤和夹矸的能力;
5)装运机构的传动布置已定型化，输送机链条结构均已标准化;
6)采用启动扭距高的直流串激电动机驱动行走履带机构;
7)连续采煤机的各主要传动系统多采用电动机驱动;
8)液压系统采用了齿轮油泵，多液压缸开式系统;
9)机器的自动控制、自动检测、安全装置较完善。

结语
连续采煤机短壁机械化开采技术是解决我国“三下”采煤和边角煤回采问题的一条很好的技术途径，在我国煤矿具有广泛的应用前景。

因此应加大力度开发和推广具有当代先进水平、适应国内煤层赋存条件的连续采煤机，为实现煤炭行业科技发展，解决国内能源紧张问题做出应有的贡献。

2.设计任务及相关的参数
本设计的参考机型为久益公司的12CM27型连续采煤机
1设计任务
本题目要求设计者认真查找该机的有关资料，学习、了解连续采煤机的工作条件；
工作方法。

掌握该机的工作原理；结构组成特点，以12CM15、12CM27型连续采煤机
为参考，以其主要参数为设计指标进行本课题的设计；
完成连续采煤机的总体设计（对参考的机型要有改进）；
对连续采煤机行走机构（行走履带、减速装置、等）进行设计；
单独对减速装置进行结构设计；
有能力可对减速装置进行有限元强度分析；
2设计时所采用12CM27的参数：
1)行走速度低 4.6m/min
中9.1m/min
高18.3m/min
2)行走部减速器直流串激电机的功率 37KW
3设计时所参考的参数
12CM27与其前身12CM12一样，适合同等的巷道尺寸，两种机型外观尺寸一样，不同
之处在于12CM27功率增大、重量增加，由于其功率和重量增大，牵引力更好，切割
性能得以改进。

大功率的12CM27装有较大的切割电机，提供了开采硬煤所要求的功率，其速度更快、且更稳。

1)一般规格
尺寸 5000001714
装煤率 17-32MT/min
截割头直径 1367mm
2)总体尺寸
机长： 11005mm
机宽： 3505mm
机高: 2657mm
总功率： 748kW
可经济截割煤岩硬度：60MPa
最大切割高度： 5052mm
最大可掘宽度： 3505m
适应巷道坡度：±15°
3)输送机
宽度 965mm
机架高度 305mm
链条间距 82mm
4)履带链条
宽度 560mm
间距 184mm
5)切割滚筒
切割宽度 3505mm
对地比压 234kPa
总机重量 74.7MT
最大切割高度 3765mm
最小切割高度 1560mm
（无除尘装置）
基础机架高度 1371mm
对地间隙 305mm
切入速度范围 0-7.6m/min
行走速度低 4.6m/min
中 9.1m/min
高 18.3m/min
切割速度 50HZ 46r/min
齿尖速度 50HZ 3.15m/s
电机（水冷式） 3300伏，50HZ
切割-2 205KW（260、235）
泵-1 40KW
装载部电机-2 45KW
牵引电机-2 37KW
集尘器风机 26KW
注意：
1)机器生产能力：生产能力是在标准输送机速度和输送机低端槽棒高度时正常获得
的满截面平均值，在选择高链速和输送机高端槽帮高度时为最大值，根据不同条
件实际性能有所差别。

2)最小截割高度：在此高度下，由于机器无切割间距，实际开采高度总要高一点，
该值依除尘装置选择也不同。

3)功率：为了达到最佳状态，在两倍于电机标定的额定负荷上应不低于90%的额定
电压。

3.连续采煤机的总体设计
3.1.连续采煤机的概述
1.特点：
12CM27连续采煤机的总体布局设计具有便于维护、运行可靠的特点。

具体表现为将各机构的电机、减速器及其控制装置全部安设在机架外侧，便于维护检修；将工作机构及其驱动系统分开，构成简单独立的模块式组合件，便于设备的拆运、安装、维护及故障处理，可以缩短停机时间，也有利于采煤机实现自动监控和故障诊断，使设备的运行可靠性得到提高。

连续采煤机的行走及装运机构连续采煤机一般只适用于煤巷的矩形断面的掘进，而此种悬臂式连续采煤机不仅可在煤巷中掘进，而且还可以在普氏系数f=6~8级半煤岩巷中掘进。

2.主要用途、适用范围：
连续采煤机用于房柱式采煤方法的开采，也可作为工作面运输、通风巷道的快速掘进设备。

20世纪40年代出现的截链式连续采煤机，采用截链式落煤机构和螺旋清煤装置，结构复杂，装煤效果差，截割头宽度窄，生产能力低。

50年代出现了摆动式截割头连续采煤机，采用带2~3个截齿环的摆动式截割头落煤机构和装煤臂清煤装置，生产能力高该连续采煤机主要是为我国神东大柳塔矿地质条件而生产的一种机械设备。

此种机型的连续采煤机还适用于条件类似的其它矿山及工程巷道的开采。

可采任意断面形状的巷道，适应巷道坡度±15°。

该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机，实现连续运输，以利于机器效能的发挥。

3.2.连续采煤机的组成
12CM27连续采煤机由截割机构、装运机构、牵引机构、电气系统、液压系统、冷却喷雾除尘系统等六个单元组成，总体布置如图所示，其总长度为11005毫米，总宽度为3300毫米，机器总重量为58.3吨。

1)截割机构
12CM27型连续采煤机的截割机构是有左右两台电动机、两套机械保护装置、两台
减速器、左、中、右截割滚筒和截割臂等组成。

两台260千瓦带限矩器的电动机
对称纵向布置在截割臂上方的左右两侧，将动力传送到减速器，带动左、中、右
截割滚筒的运动。

截割臂是钢板焊接构件，前端支撑固定电动机、减速器、左、。