1、前 言随着科学技术的迅猛发展，综合机械化采煤得到广泛的应用，它应具有产量大、效率高、成本低，而且能减轻笨重的体力劳动、改善作业环境等优点，成为了煤炭工业技术的重要发展方向。经过多年发展，我国综采技术日趋成熟，生产水平、工艺水平均已进入世界先进行列。综合机械化采煤设备选择的是否合适，决定着设备能否正常运行、能否达到优越的技术经济效果以及能否获得良好的安全生产环境。为了更好地检验所学的专业知识，进一步提升自身根据已有数据进行设备选择设计的能力，在赵老师的正确指导下，我们进行了本次的设计，设计中，我们就已有的数据进行了如下几个方面的设计：一、机械化采煤工作面成套设备的配套，采煤机的选型设计具体步骤及
2、相关计算方法；二、支护设备的设计与选型。这在一定程度上提高了我们理论与实践结合的能力，同时也为我们即将的毕业设计做了铺垫，更重要的是，这一系列的设计计算与选型过程无形中培养了我们严谨的工作作风和求实的工作态度，我们更好地步入工作岗位奠定了坚实而有力地基础。在为期三个星期的设计中，我们积极查阅相关手册资料，并及时地与指导老师赵老师联系，确保了第一时间纠正偏差，为整个设计的圆满完成做了贡献。由于时间紧促，设计中难免还存在部分不足，肯请赵老师仔细批阅，重点指导，给予批评与指正。i目 录 前 言 .i第一章 采掘机械课程设计及相关要求 .1一、题 目：牛头刨床设计 .1二、工作原理 .1三、设计要求
3、.1四、设计数据 .1四、设计内容及工作量 .错误！未定义书签。第二章 连杆机构方案设计 .错误！未定义书签。方案一 .错误！未定义书签。方案二 .错误！未定义书签。第三章 机构运动尺寸计算 .错误！未定义书签。一、导杆机构尺寸 .错误！未定义书签。二、机构简图 .错误！未定义书签。第四章 导杆机构的运动分析 .错误！未定义书签。一、对曲柄“1”位置速度分析 .错误！未定义书签。二、对曲柄“1”位置加速度分析 .错误！未定义书签。第四章 凸轮机构设计 .错误！未定义书签。一、确定凸轮机构的基本尺寸 .错误！未定义书签。二、凸轮廓线的绘制 .错误！未定义书签。第五篇 心得体会 .2第六篇 参考文
4、献 .11山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书0第一章 采掘机械课程设计题目及相关要求一、题 目：3302 工作面综采设备选型设计：二、课程设计的目的通过设计，使学生对所学的理论和专业知识进行系统的总结，并结合实际加以综合运用，巩固和扩展所学知识，训练实践技能，提高分析问题和解决问题的能力。通过设计，使学生了解和熟悉煤炭工业生产、建设方面的方针、政策和有关技术规程、规范等技术文件，增强学生对有关技术和文献资料的查阅、收集、综合和整理的能力，锻炼学生综合运用所学知识分析、研究和解决煤矿机械在实际生产中存在的技术问题的能力。三、设计要求1）要求学生独立自主完成选型设计.2）提交设计说明书 1 份
5、，（设计说明书中要有，综采工作面布置图，采煤机组成图，采煤机滚筒调高液压系统图，液压支架组成图，液压支架工作原理图）3）说明书后应附有参考资料和书籍索引。四、原始数据3302 工 作 面 为 330 西 翼 采 区 首 采 工 作 面 ， 工 作 面 两 侧 均 为 实 炭 区 ， 工 作面 切 眼 西 距 F5 断 层 26m,停 采 线 东 距 330 西 翼 轨 道 大 巷 最 近 119m。 走 向 长度 （ m） ， 1107 倾 斜 长 度 （ m） 197， 煤 层 厚 度 （ m） 5.85 煤 层 倾 角 （ ）4， 顶 板 中 等 稳 定 。 工作面服务年限工作面的服务年限
6、 =可采推进长度/月设计推进长度=1107/（6.43080%）=7.2 月6.4日推进距离（m） ， （每天完成 8 个循环，每循环推进 0.8m，三班生产） ；30平均每月生产天数；80%正规循环率。山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书1第二章 采煤机选型设计第一节 采煤机的发展概况采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统，工作环境恶劣，如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断，造成巨大的经济损失。随着煤炭工业的发展，采煤机的功能越来越多，其自身的结构、组成愈加复杂，因而发生故障的原因也随之复杂。近年来,随着计算机技术的不断发展,煤矿生产的自动化程度也越来越高,这对煤矿企业的生产
7、也起到了很大的推动作用。电气自动化技术是保证煤矿企业信息化建设与运行的重要技术,只有在煤炭生产中不断加强对采、掘、运、装备等先进的自动化技术装备的应用,才能使电气自动化技术在第二节 采煤机的分类和组成第三节 机械化采煤类型第四节 采煤机的选型计算组成综合机械化采煤工作面的采煤机、输送机和液压支架有严格的配套要求，以实现高产高效。图 1-1 表示着是采煤工作面“三机”配套尺寸，对采煤机结构影响较大。过机高度 不得小于 100250mm ，以便伺机观察顶板起伏、煤层3h厚度变化等情况。机身高度 限制电动机可能具有的功率。过煤高度 限制输送机的装1 2h满程度和大块煤的通过能力，一般为 200450
8、mm。机身高度和过煤高度决定于采煤机的机型。山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书2图 1-1 综采工作面设备配套尺寸采煤机是综采工作面的最主要生产设备,选型时应考虑煤层赋存条件和对生产能力的要求，以及与输送机和液压支架的配套要求。一、影响采煤机选型的因素(一)根据煤的坚硬度选型采煤机适于开采 f45)。骑槽式或以溜槽支承导向的爬底板采煤机在倾角较大时应考虑防滑问题。当工作面倾角大于 15o 时，应使用制动器或安全绞车作为防滑装置。(四)根据顶板性质选型顶底板性质主要影响顶板管理方法和支护设备选择。 因此，选择采煤机时应同时考虑选择何种支护设备。如不稳定顶板，控顶距应尽量小，选用窄机身采煤机和
9、能超前支护的支架；底板松软，选用靠输送机支承和导向的滑行刨煤机、悬臂支承式爬底板采煤机、骑槽式采煤机和对底板接触比压小的液压支架。二、预选采煤机的型号（一）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 的一半，一般可按maxhD=（0.520.6） 选取，采高大时取小值，采高小时取大值。目前双滚筒maxh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。按式: D=0.63=1.8(m)根据计算,结合我国规定的滚筒直径系列 （教材 P53 页）取 D=1.8m。（二）截深的选择采煤机滚筒切入煤壁的深度称为截
10、深，与滚筒宽度相适应。截深决定着工作面每次推进的步距，是决定采煤机装机功率和生产率的主要因素，也是与支护设备配套的一个重要参数。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 0.6m0.8m，同时考虑到我国生产的采煤机大部分截深在 0.6m 左右，设计选取已知条件中的截深为 0.6m。（三）滚筒转速及截割速度山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书4滚筒上截齿齿尖的切线速度称为截割速度。截割速度决定于滚筒直径和滚筒转速。为减小滚筒截割时产生的粉尘，提高块煤率，出现滚筒低速化的趋势。滚筒转速对滚筒截割和装载过程的影响都比较大，但是对粉尘生成和截齿使
11、用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。截割速度一般为 3.55.0m/s，少数机型只有 2m/s 左右。滚筒转速是设计截割部的一项重要参数。新型采煤机滚筒直径 2m 左右的滚筒转速多为 2540r/min 左右，直径小于 1m 滚筒转速可达 80r/min。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 3050r/min 较为适宜。设计取 35r/min。滚筒直径为 1.8m，转速为 30r/min，根据式（2-1）则可计算出截割速度为2.826m/s。式（2
12、-1）式中： 选定的滚筒直径（m） ；D选定的滚筒转速（ r/min） 。n（四）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。采煤机的有效开机功率是指采煤机在一天或一班内有效工作时间与一天或一班占有时间的比值，他综合反映了设备可靠性、选型及组织管理水平。现今，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：式（2-2）式中：采煤机最小设计生产率
13、， t/h，minQW采煤工作面的日平均产量，5106.24t)/(60smnDVj4.02minWQ山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书50.2采煤机有效开机率。则： )/(9.5314.026.4min htWQ（五）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。（1）根据采煤机最小设计生产率 决定的牵引速度 ,minQ1Vm/min 式
14、（2-3）60i1BHV式中： 采煤机最小设计生产率， 531.9t/h，minQH采煤机平均采高，3m；B采煤机截深，0.6m；煤的实体密度，一般为 1.31.4 t/ ，这里取 1.35t/ 。 3m3m带入相关数据计算牵引速度： in)/(65.3.1036950min1BHQV（2）根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度 ，2V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 沿2V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 在月牙形中部，可用下式求出maxbmm 式（2-4）n102axV式中： 采煤机的牵引速度，m/mi
15、n；2V滚筒一条截线上安装的截齿数，一般情况下： =3；mm滚筒的转速， r/min，在这里为 30 r/min。n山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书6一般来说， 应小于截齿伸出齿座长度的 70，经查阅相关资料，国产径向截齿maxb0.7 为 4445mm,切向截齿 0.7 为 4152mm，根据国产采煤机的实际情况，a maxb取 0.7 =45mm,。mx则： m/min 式（2-5）10n7.max2V带入相关数据得： min)/(05.413.ax2b（3）按液压支架的推移速度决定牵引速度 3V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，取 4.02m
16、/s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 ，但应小于 ，并与 协调，使采煤机既能满足工作面生产能力的要123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 V4m/min（4）计算采煤机的理论生产率采煤机的牵引速度确定后，则采煤机的理论生产率 Q 为t/h 式（2-6）HBvQ60式中: H工作面的平均截割高度，3m；J截深，0.6m；采煤机截煤时最大的牵引速度，4m/min；qv为煤的实体密度，一般为 1.31.4t/m 3。一般取 1.35t/m3。采煤机的理论生产率，也就是最大生产率，是指在额定工况和最大参数条
17、件下工作的生产率，将上述确定的相关各值带入公式求得采煤机的理论生产率为 htHJvQqt /2.583.146.0360（5）技术生产率它是指除去采煤机必要的辅助工作（如调动机器，检查机器，更换截齿，自山西工程技术学院采掘机械课程设计说明书7开缺口等）和排除故障所占用的时间外的生产率。其计算公式为： htQkt /92.34.586.01式中： 采煤机技术上的可靠性和完备性有关的系数，一般为10.50.7（6）实际生产率它是采煤机工作面每小时的实际产量，其计算公式为： htQkm /952.0.346.02式中: 考虑由于工作面其他配套设备的影响（如采区运输系统衔接不良，2输送机和支护设备出现
18、故障等） ，处理顶底板事故，劳动组织不周等原因造成的采煤机被迫停机所占用时间的系数，一般为0.60.65。（六）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 200N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的XA比能耗 XH式（2-7）BXH式中 煤层截割比能耗，kWh/t，X煤层截割阻抗，300 N/mm，AA基准煤截割阻抗，取 200 N/mm，H基准煤比能耗，查阅相关资料知：当牵引速度为 4m/min 时，基准煤比能耗为 0.42 kWh/t。 （其中煤层截割阻抗和基准煤截割阻抗根据教材 P35综合确定）则： )/(63.042.3thkWABX 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 可由下式求得。XH
