買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計由一般設(shè)計和專題設(shè)計兩大部分組成，主要設(shè)計思想是以本機械專業(yè)知識為基礎(chǔ)的最優(yōu)化設(shè)計。 一般設(shè)計部分主要是對螺旋鉆采煤機的工作機構(gòu)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計，本文所設(shè)計的 旋鉆采煤機，首先通過對螺旋葉片的受力分析和鉆桿的輸送能力進(jìn)行的設(shè)計，建立了以螺旋鉆桿輸送能力最佳為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，對螺旋鉆的參數(shù)化進(jìn)行的設(shè)計，并且取得了非常好的效果，同時本文結(jié)合本機械專業(yè)知識和參考機械設(shè)計手冊，對鉆頭的轉(zhuǎn)動齒輪和推進(jìn)液壓缸進(jìn)行了設(shè)計。 專題部分的設(shè)計著眼于對螺旋鉆頭的設(shè)計，通過對煤層性質(zhì)的分析，以截煤 理論和力學(xué)知識為基礎(chǔ)，建立了鉆頭的運動學(xué)模型和動力學(xué)模型，本專題主要是對截齒的干涉和螺旋鉆頭的截煤能力進(jìn)行研究，并建立以截割能耗最底為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，對截齒的布置進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，通過計算機 程求得截齒的布置參數(shù)；同時在 軟件下對模型進(jìn)行了模擬，以觀察鉆頭的干涉情況。 關(guān)鍵詞 ： 螺旋鉆采煤機；螺旋鉆頭；干涉；優(yōu)化設(shè)計 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 is is is of my is on my is on to in of of up is of of of is on of on of is of of At in to 文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 1 緒論 煤機的發(fā)展史 20 世紀(jì) 40 年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C，這種采煤機是通過截鏈截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制出了用刨削方式落煤的刨煤機。 50 年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機，在這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾筒實現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎(chǔ)。 這種采煤機的主要缺點有二點：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層厚度及其變化適應(yīng)性差；其二是截 煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤機生產(chǎn)率的提高。 進(jìn)入 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。其一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性；其二是把圓筒形截割滾筒改進(jìn)成螺旋葉片式截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化采煤機械的基礎(chǔ)。 可調(diào)高螺旋滾筒采煤機或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送機配套，構(gòu)成綜合機械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設(shè)備成為各國地下開采 煤礦的發(fā)展方向。自 70年代以來，綜合機械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工礦自動檢測、故障診斷以及計算機數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機上的到應(yīng)用。 國采煤機的發(fā)展展望 依靠科技進(jìn)步，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高產(chǎn)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 煤炭科技發(fā)展的主攻方向，根據(jù)世界采煤機發(fā)展潮流和煤炭科技前沿最新消息，我國采煤機應(yīng)在以下方面進(jìn)行攻關(guān)研究，盡快趕上世界水平。 功率、大截深電牽引采煤機的進(jìn)一步研究 為了滿足高產(chǎn)高效礦井發(fā)展的需要，增 產(chǎn)減員，增產(chǎn)減面，實行合理化集中生產(chǎn)，擬研制截割功率 2總裝機功率1200500上，截深 高效電牽引采煤機；電機橫向布置，框架式結(jié)構(gòu)，無底托架，交流變頻調(diào)速，供電電壓 3300V 以上；強力型無鏈牽引系統(tǒng)，具有高牽引速度和牽引力；配用機載增壓水泵和吸塵滾筒，操作方便，控制、保護齊全，性能良好。 功率采煤機的工況監(jiān)測、故障診斷與控制系統(tǒng)的研究 高可靠性大功率采煤機是實現(xiàn)高產(chǎn)高效礦井合理集中生產(chǎn)的根本保證，采用機載計算機監(jiān)測，故障診斷及自動控制 系統(tǒng)是提高大功率采煤機可靠性和利用率的重要途徑，通過開發(fā)采煤機監(jiān)測傳感器和機載計算機系統(tǒng)，以及地面中心站的故障診斷和維修管理專家系統(tǒng)，實現(xiàn)多參數(shù)工況監(jiān)測和井下、地面兩極預(yù)報型故障診斷及維修管理專家系統(tǒng)等機電一體化技術(shù)，使采煤機的技術(shù)水平、工作能力得以大幅度提高，保證高效連續(xù)生產(chǎn)。 用高新技術(shù)，嚴(yán)格管理，提高可靠性 衡量一個國家的采煤機的技術(shù)水平，首先應(yīng)對其機械設(shè)備的先進(jìn)行、品種、質(zhì)量、可靠性、適應(yīng)程度以及壽命等加以分析。我國是一個發(fā)展中國家，改革開放以來，采煤機得到了很大的發(fā)展，但生產(chǎn)的質(zhì)量、壽 命、高新技術(shù)的應(yīng)用、科學(xué)管理等與世界煤炭工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，還存在較大的差距，國外采煤機有關(guān)部件的設(shè)計壽命是：齒輪 12500h，軸承 20000h 30000h，電機絕緣壽命 4400h，滾筒可產(chǎn)煤 300 萬噸。綜合工作面采煤機一般都裝有自動控制、診斷、數(shù)據(jù)傳輸、無線電遙控裝置，不僅操作方便，而且能通過診斷裝置預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障并及時排除。我國采煤機的齒輪、軸承、滾筒、電機等主要部件的設(shè)計壽命均低于國外水平。采煤機大部分不具有監(jiān)控、診斷保護買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 功能，不能預(yù)報診斷故障，不能保證采煤機經(jīng)常處于正常狀態(tài)。我國要求采煤機出 150 萬 t 200 萬 t 煤而不大修，實際上與要求還有距離。 為了滿足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤提高生產(chǎn)力的需要，克服液壓牽引的繁雜，電牽引采煤機是采煤機發(fā)展的一個趨勢。與目前最先進(jìn)國外采煤機相比，國內(nèi)電牽引采煤機在總體參數(shù)性能方面尚有較大差距，某些關(guān)鍵部件的性能、功能、適應(yīng)范圍還有待完善和提高，尤其是無線監(jiān)測、故障診斷及預(yù)報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術(shù)和機械部件的可靠性、壽命與國外相比差距甚大。根據(jù)我國煤炭生產(chǎn)要求和采煤機發(fā)展趨勢以及針對國內(nèi)電牽引采煤機存在的差距，今后主要研究內(nèi)容如下： 進(jìn)一步 完善和提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的可靠性。重點完善和提高系統(tǒng)裝置抗震、散熱和防潮性能； 研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng)，重點提高采煤機機電控制系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力； 開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能，重點研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電監(jiān)測與保護技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等； 開發(fā)四象限運行的礦用交流變頻調(diào)速裝置，使采煤機能適應(yīng)較大傾角煤層開采的需要； 開發(fā)單機功率 600裝機功率 1500大功率電牽引采煤機； 電牽引采煤機的可利用率、 可靠性和壽命的研究。 旋鉆采煤機的概述 螺旋鉆采煤法在我國剛剛起步，主要用于薄煤層開采，它屬于一種無人工作面開采方法。工人在支護條件良好的巷道中工作，徹底地改變了薄煤層回采工人在工作面內(nèi)爬行的工作狀況，安全有了可靠的保障。 螺旋鉆采煤機是在用于露天開采的螺旋鉆機的基礎(chǔ)上逐步改造成型的。自 20 世紀(jì) 70 年代開始，原蘇聯(lián)在這方面做了大量的研究試驗工作。烏克蘭買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 在原有的基礎(chǔ)上研制出 2種新型的螺旋鉆采煤機，并推備批量生產(chǎn)形成規(guī)模。 螺旋鉆采煤機可以從巷道兩側(cè)雙向鉆孔采煤，不需要輔助的轉(zhuǎn)載設(shè)備便可回收落煤。新汶礦 務(wù)局也準(zhǔn)備從國外進(jìn)口螺旋鉆采煤機，用于開采薄煤層。 螺旋鉆采煤法的關(guān)鍵設(shè)備是螺旋鉆采煤機。烏克蘭研制了 M 型螺旋鉆采煤機，在該機型基礎(chǔ)上又研制出 2 種新型的螺旋鉆采煤機。這 2 種型號螺旋鉆采煤機的工作原理、結(jié)構(gòu)和開采工藝基本相同，都采用電機主傳動、液壓推進(jìn)的工作方式，并由主機、鉆具、多功能操作臺、單軌吊、支撐液壓千斤頂、鉆機行走腰帶、接長和疊放螺旋鉆桿的裝置、液壓泵站和風(fēng)機等組成。 變量液壓泵，用于驅(qū)動鉆架座和退鉆座的移動機構(gòu)、鉆機固定機構(gòu)和定位機構(gòu)，以及移動和操縱鉆機。該機工作時，用設(shè)在機架四角 4 個液 壓千斤頂支撐在巷道的頂?shù)装彘g，用來支撐鉆機；另外用 2 個副向液壓千斤頂承受鉆進(jìn)時的推力。鉆機由履帶行走機構(gòu)在巷道內(nèi)移動。螺旋鉆采煤機的工作機構(gòu)是螺旋鉆具，它由鉆頭和成對的螺旋鉆扦組成。鉆具部分可根據(jù)不同的開采和地質(zhì)條件安裝 2鉆頭，平行地鉆進(jìn) 2鉆孔，并能部分地破碎各鉆孔間的煤枝。這樣鉆孔的寬度可從 整到 它的效率和煤炭資源回收率得以提高。鉆具上裝有 5 種傳感器，分別監(jiān)控鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛取@頭旋轉(zhuǎn)扭矩、鉆孔間的煤柱、鉆孔導(dǎo)向、鉆頭與煤層頂?shù)装鍘r層間隙等情況，并通過多功能控制裝置實現(xiàn) 集中控制，較好地解決了鉆孔的導(dǎo)向、孔內(nèi)的瓦斯稀釋和噴霧防塵等問題。在高瓦斯礦井，在鉆機推進(jìn)過程中螺旋鉆桿將通風(fēng)和噴水的軟管系統(tǒng)帶入鉆孔內(nèi)，并用單獨的局部扇風(fēng)機向孔內(nèi)壓入新鮮風(fēng)流，用噴水管在鉆孔內(nèi)噴霧，使鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛群头蹓m含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。 螺旋鉆桿包括頂端螺旋、直線螺旋和連接部分。螺旋鉆桿的最大螺旋葉片直徑為 480與直徑 625鉆頭相匹配。用直徑 725 和 825鉆頭時，在中間段的鉆桿上應(yīng)安裝可拆卸的刮板。裝設(shè)這些刮板后，在螺旋買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 鉆桿的葉片與孔壁之間存在間隙的情況下也能將煤從鉆孔中指出來。 螺旋鉆采煤機的工作效率除了與開機鉆孔時間有關(guān)外，還同鉆孔深度有關(guān)。影響螺旋鉆采煤機鉆孔深度的主要因素是推力、動力和鉆孔的傾斜。烏克蘭的科研人員將英國 煤機與螺旋鉆機結(jié)合起來 ,將 煤機的單鉆頭單鉆桿改為三鉆頭雙鉆桿；將非動力切割改為動力切割；在鉆頭與推桿間增加了調(diào)整油缸，使鉆頭能夠上下左右擺動，較好地解決了鉆孔傾斜問題；同時增大了螺旋鉆采煤機的推力和動力，使螺旋鉆采煤機的鉆進(jìn)深度由原來的 40m 提高到 70m。但由于鉆桿是由 1m2m 的短鉆桿連接而成，當(dāng)鉆孔深度超過 30m 后，鉆桿連接機 構(gòu)之間的間隙將會導(dǎo)致鉆桿的整體剛度降低，使鉆進(jìn)方向發(fā)生偏斜。為此，烏克蘭頓涅茨克煤炭科學(xué)研究所研制了一種導(dǎo)向裝置，可確保螺旋鉆采煤機比較穩(wěn)定地將鉆孔打到設(shè)計深度。這種導(dǎo)向裝置是在鉆桿上設(shè)計一套導(dǎo)向支撐管，可使鉆機在煤層的垂直和水平兩個方向?qū)崿F(xiàn)定向鉆進(jìn)。導(dǎo)向柱的伸縮量，可根據(jù)鉆頭的直徑選擇。 為了提高螺旋鉆采煤機的回收率，德國提出一種方法所示，它通過搖控裝置使鉆頭在鉆孔內(nèi)偏轉(zhuǎn)一定的角度，在回撤時使鉆頭可以繼續(xù)落煤。通過搖控裝置使鉆具的一個鉆頭偏轉(zhuǎn)一個角 度， 這樣可單向擴孔落煤。另一種方法是通過搖控裝置使 2 個鉆頭同時偏轉(zhuǎn)，與孔中心線成 角，便可雙向擴孔落煤。 螺旋鉆采煤機附帶有單軌吊，使鉆桿安裝、拆卸和搬運實現(xiàn)了機械化，減少了輔助時間，提高了它的有效利用率。 螺旋采煤機包括兩套分開的機組，螺旋鉆機和回收機組，在操作中，它們共同來規(guī)定螺旋鉆孔間煤柱的寬度。每臺機組均由防爆電機帶動液壓泵，它們在各個機組上獨立驅(qū)動所有液壓功能。這種螺旋采煤機結(jié)合了許多特點，包括：螺旋鉆采煤機鉆進(jìn)和螺旋機刮板回收同時作業(yè)，遙控操作螺旋 鉆機刮板的連接和拆開，液壓刮板轉(zhuǎn)換機構(gòu)在兩個機組間供刮板和截割頭使用，操作中隨機儲備三套螺旋鉆機刮板，液壓操作平衡和操縱制動塊及千斤買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 頂，液壓操作頂板千斤頂帶自動載荷控制裝置。 高度低于零點九米的超薄煤層，在理論上為不可采煤層。該項技術(shù)不僅具有用人少、勞動強度低、安全系數(shù)高、資源損失小且無需支護等特點。還使全國一千多億噸的薄煤層儲量有望得到開采，具有重要的經(jīng)濟和社會價值。 薄煤層螺旋鉆無人工作面開采是指回采工作面上無人，而是由螺旋鉆機全部完成工作面內(nèi)的破煤、裝煤、運煤等各個工序，工作面的設(shè)備檢修也都在工作面以 外的巷道中進(jìn)行。研制人員經(jīng)過對螺旋鉆機的進(jìn)一步改造，其爬坡、移機、調(diào)向、機組防滑等性能均有了重大改善，其安全性、穩(wěn)定性和先進(jìn)性在現(xiàn)場得到了充分驗證，工效比炮采提高了 10 倍，直接成本每噸降低了 大減輕了工人的勞動強度，改善了工人的作業(yè)環(huán)境 1。 該采煤法可廣泛地應(yīng)用于開采圍巖較穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層，并且可以用來開采邊角煤、三下壓煤和回收各種煤柱。近年來，國外許多產(chǎn)煤大國由于特厚煤層的開采儲量日益枯竭，對螺旋鉆機采煤產(chǎn)生了極大興趣，螺旋鉆采煤成了開采緩傾斜薄煤層最有發(fā)展前景的一種采煤方法，這項采 用螺旋鉆采煤的新技術(shù)用人少，工效高，可使平衡表外的儲量得到開采，提高了資源利用率，延長了礦井的服務(wù)年限。該項技術(shù)采用半煤巖掘進(jìn)機與螺旋鉆機配套，實現(xiàn)了前進(jìn)式采煤，利用掘進(jìn)出的矸石充填鉆孔，實現(xiàn)了潔凈開采，保證了煤質(zhì)，有利于環(huán)境保護。 螺旋鉆采煤方法科學(xué)，技術(shù)路線先進(jìn)，在薄煤層采用螺旋鉆無人工作面開采技術(shù)填補了國內(nèi)空白，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，可在類似煤層賦存條件下的礦井中推廣應(yīng)用，具有廣泛的發(fā)展前景。 旋鉆采煤機的市場價值 我國薄煤層可采儲量較大，約 6150M，占煤層總可采儲量的 19，特別是南方及需要 開采解放層的局礦和一些老礦井，薄及極薄煤層必須開采，而且薄煤層、極薄煤層的煤質(zhì)一般較好。如果仍采用傳統(tǒng)的勞動密集型方式開買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 采薄煤層，工人勞動強度大，安全威脅極大。所以應(yīng)針對不同條件選用不同的機械化生產(chǎn)，實現(xiàn)技術(shù)密集型，不斷降低工人勞動強度和減少勞動力，是薄煤層開采適應(yīng)市場經(jīng)濟的基本途徑。 1) 螺旋鉆機在國外已有 40 多年的歷史 ,隨著該技術(shù)的不斷改進(jìn) ,特別是 90 年代以來實時鉆孔導(dǎo)向和定位技術(shù)的革新 ,加大了鉆進(jìn)深度 ,提高了資源回收率。當(dāng)邊幫壓煤采用露天或井工開采難以實施或不經(jīng)濟時 ,該技術(shù)已經(jīng)顯示出巨大的優(yōu)勢。 2) 國外 螺旋鉆機的成功應(yīng)用為我國露天煤礦最終邊幫壓煤的回收開采提供了新的技術(shù)和方法。 3) 螺旋鉆機技術(shù)無論從資源回收率 ,還是生產(chǎn)成本皆優(yōu)越于國內(nèi)現(xiàn)有邊幫開采技術(shù)。該技術(shù)在北露天煤礦的引進(jìn) ,將為該技術(shù)在國內(nèi)的推廣起到示范作用。 4) 國內(nèi)不少露天煤礦已開采到或即將到最終邊幫 ,邊幫下壓煤數(shù)億噸。由于這些露天煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜且煤層頂?shù)装鍙姸容^低 ,不適宜采用國內(nèi)現(xiàn)有的邊幫開采方法 ,也不適合連續(xù)采煤機開采 ,而引進(jìn)螺旋鉆機技術(shù)使安全和經(jīng)濟的回收邊幫壓煤成為可能 ,因而該技術(shù)在我國露天煤礦有著廣闊的發(fā)展前景。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 2 設(shè)計要求及方案確定 本課題設(shè)計一臺旋旋鉆采煤機 M L 2 8 0 6 2 5 . 7 2 5 . 8 2 5 ，主要是應(yīng)用于薄煤層的開采，根據(jù)螺旋鉆采煤機工作情況可以確定設(shè)計要求和方案。 計要求 用條件 1、 采寬： 2、 采深：向上 85m，向下 45m。 3、 準(zhǔn)備巷道凈斷面不小于 m ，巷道坡度 3，臥底不小于 風(fēng)依賴于全礦井通風(fēng)負(fù)壓。 4、 煤層厚度： 層傾角 0 15，煤的切割的阻力不大于350KN/m。 5、 煤的硬度系數(shù) 6f 。 6、 技術(shù)特征表： 序號 參數(shù)名稱 單位 數(shù)值 1 向上采煤，采深至 85m ，切割阻力： 200 / m 以內(nèi) 350 / m 以內(nèi) 向下采煤，采深至 45m ，切割阻力： 200 / m 以內(nèi) 350 / m 以內(nèi) t/文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 2 煤層厚度 m 煤層傾角 0 15 4 防爆鉆頭直徑 25 725 825 5 鉆頭數(shù)量 個 3 6 鉆頭之間的軸距 40 7 采寬 905 2005 2105 8 鉆桿直徑 80 9 鉆桿轉(zhuǎn)速 r/5 或 60 10 鉆桿推進(jìn)速度 工作狀態(tài) 前進(jìn) 后退 調(diào)度狀態(tài) 前進(jìn) 后退 m/1 鉆進(jìn)推力 前進(jìn) 后退 390290 12 推進(jìn)機構(gòu)類型 液壓 13 液壓系統(tǒng)的油壓，不低于 a 16 14 操縱桿的作用力不低于 40 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 15 機組總功率 80 16 工作額定電壓（三相、交流） V 660 17 通風(fēng)和降塵系統(tǒng) 加壓的 18 通風(fēng)管 的直徑，不小于 25 19 噴水量，不小于 L/0 20 水管噴嘴的壓力，不小于 1 外型尺寸不大于： 長 寬 高 4840 3870 1884 22 機組重量，不大于 t 、 一次移動機組的距離（兩個鉆孔之間的距離）為 壓系統(tǒng) 1. 支撐液壓缸的行程： 1300 2. 推進(jìn)主液壓缸：直徑 125 徑 70 3. 副推進(jìn)液壓缸：直徑 90 徑 56 4. 推進(jìn)機構(gòu)的總行程： 1900 5. 導(dǎo)向滑道：直徑 210 2555 6. 風(fēng)管伸縮液壓缸：伸縮長度 +130 ）、 ）。 7. 油泵流量： 22L/ 8. 油箱容積： 350L,可波動 50L。 桿 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 1. 首節(jié)鉆桿：雙頭，直徑分別為 570670770 2. 中間鉆桿直徑： 480 3. 風(fēng)筒直徑： 320 4. 穩(wěn)定器鉆桿：直徑分別為 450 550 650 1540+50 570+50 5. 鉆桿的長度： 1570（加聯(lián)軸器節(jié) 30 ） 電系統(tǒng) 1、 鉆頭電機功率： 1322。 2、 液壓站電機功率： 15 3、 單軌吊功率： W 2。 4、 移動變壓站： 400 體方案的設(shè)計 本課題主要對采煤機推進(jìn)機構(gòu)的設(shè)計，整個推進(jìn)機構(gòu)在螺旋鉆機機架上，整個上機身是通過兩個導(dǎo)軌支撐的，上機可以在導(dǎo)軌上往復(fù)滑動，推進(jìn)機構(gòu)主要靠兩個液壓缸組來實現(xiàn)，每個液壓缸組由三個液壓缸組成，分別為兩個副推進(jìn)液壓缸和一個主推進(jìn)液壓缸，通 過液壓缸的往復(fù)運動實現(xiàn)其采煤掘進(jìn)過程，液壓缸組通過差動連接來實現(xiàn)其推進(jìn)行程要求，三個液壓缸通過一個夾板來固定以實現(xiàn)其聯(lián)動，主推進(jìn)液壓缸可以自由移動，兩側(cè)的輔助液壓缸的缸體一端固定在機架上。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 圖 進(jìn)機構(gòu) 推進(jìn)機構(gòu)的總沖程 1900導(dǎo)向器一個直徑為 210度為 2555 的厚管，傳動框架沿導(dǎo)向器進(jìn)行移動（其他尺寸見上圖）。 圖 計方案 在傳動架上裝了兩個一左一右的螺旋鉆桿，中間鉆頭由左螺旋鉆帶動，通過兩對齒輪實現(xiàn)等比傳動。 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 右螺旋鉆桿的軸承前及減速箱的輸出軸上裝了 3 個鉆頭，鉆頭軸之間的輸出距離為 640兩側(cè)的鉆頭按煤層厚度采用不同的直徑 625725 825 在各種條件下中間的鉆頭直徑 625 它的結(jié)構(gòu)由兩側(cè)鉆頭的不同而改變，所有鉆頭采用通用連接。 螺旋鉆桿之間通過連接套傳遞扭矩，螺旋鉆桿的根據(jù)工況條件通過優(yōu)化設(shè)計可以算出其各參數(shù)。 3 螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 近年來 ,國內(nèi)外已開始采用優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行螺旋鉆桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 ,采煤機鉆桿優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)是在滿足裝機功率、生產(chǎn)率、裝載能力及制造工藝的條件下 ,尋求最佳鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù) ,使采出的煤平均塊度最大 ,浮煤量和煤塵量最小 ,采煤機的單位能耗最低 ,同時鉆桿的載荷波動最小 ,壽命最長。但普通的優(yōu)化設(shè)計均未考慮到影響螺旋鉆桿結(jié)構(gòu) 參數(shù)各因素 ,因此設(shè)計方案難以更好地符合客觀實際。對采煤機螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 ,進(jìn)而求解。 本文選擇螺旋鉆桿裝煤生產(chǎn)率作為優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo) ,建立了其數(shù)學(xué)模型并確定了設(shè)計變量。通過選取煤壁破碎模式、鉆桿工作轉(zhuǎn)速、葉片螺旋升角、鉆桿強度等作為約束條件 ,使鉆桿參數(shù)的設(shè)計結(jié)果更能符合工作實際 ,從而提高采煤機的工作效率。 機螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立 本文在理論分析基礎(chǔ)上 ,以螺旋鉆桿裝煤生產(chǎn)率為目標(biāo)函數(shù) ,對影響其買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)等可變參數(shù)作為設(shè)計變量 ,在一定約束條件下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 ,并編程通過計算 機計算 ,得出影響鉆桿裝煤生產(chǎn)率的幾個主要可變參數(shù)的最優(yōu)值和在此情況下裝煤生產(chǎn)率的最大值 ,供鉆桿設(shè)計、制造及研究時參考。 旋鉆桿的裝煤生產(chǎn)率理論分析 煤塊在葉片上的運動學(xué)分析 2 如圖 當(dāng)螺旋鉆桿裝煤以轉(zhuǎn)速 n 旋轉(zhuǎn) (忽略煤自重和葉片與煤塊間的摩擦力 ) ,煤塊在葉片作用下獲得圓周速度 v 和沿葉片的滑動速度11v,兩速度合成使煤塊以即： 圖 煤在葉片上的運動分析 但是由于煤塊和葉片間的摩擦力 ,使11絕對速度方向偏離法向一個摩擦角 ,即0則在葉片平均處的速度 : 0s i ns i nc o s c o s c o sc p 將0 0 s i n c o sc o s c o sc p c cp c p c p c 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 圖 單頭螺旋葉片 鉆桿截面圖 為了準(zhǔn)確地計算出螺旋鉆桿的最大可能裝載面積 ,用 1平面 E 與內(nèi)、外螺旋線分別相交點 a 、 b、 c 、 d 可得鉆桿最大可能煤流斷面積。 221 14 c o sm y 外 緣內(nèi) 緣任 旋鉆桿裝煤生產(chǎn)率的計算 設(shè)螺旋鉆桿裝煤時 ,煤流的充滿系數(shù)為煤流實際斷面積11 Q， 因此可計算出鉆桿的裝煤生產(chǎn)率 2： 221 c o s ( )2c o c o y g CQ v Q D D L m n K 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 式中 : 螺旋葉片外徑 , m; 螺旋葉片內(nèi)徑 ,m; :為螺旋葉片厚度 ,m; m :為螺旋葉片頭數(shù)，取 m=12; n :為螺旋鉆桿轉(zhuǎn) 速 , r/ 螺旋鉆桿裝滿系數(shù)， :為煤塊與葉片表面摩擦角 , 16 ; L :為螺旋葉片導(dǎo)程 ,m; c:為螺旋葉片平均升角 , ( ) y:為螺旋葉片外緣升角 , ( ) g:為螺旋葉片內(nèi)緣升角 , ( ) 可知 ,影響 Q 的參數(shù)共有 9個 ,其中 m 為常數(shù) ; n 為已知量，C、 可由煤的機械物理性能、鉆桿結(jié)構(gòu)和煤的厚度確定 ; 、 L 、 y 、 g 、 為 4個不確定參數(shù) ,在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時 ,將其作為設(shè)計變量 ,則優(yōu)化設(shè)計變量 X 可表示為 : 1 2 3 4 y gX x x x x D L a a 還可知 ,螺旋鉆桿裝煤生產(chǎn)率 Q 是 此 ,可用如下形式構(gòu)造螺旋鉆桿裝煤生產(chǎn)率的等價目標(biāo)函數(shù) : 3422 341 2 5 c o s ( )2m i n ( ) c o c o D X X m X n 旋葉片設(shè)計及強度校核 根據(jù)牛頓第二定律，在垂直葉片和平行葉片方向上分解： 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 220m a 221 21c o s c o ss i n s i n 0 m g m g F 其 中 ： 21122F m 圖 螺旋葉片的受力分析 代 入 上 式 得 ： 22221221s i n c o ss i n c o ss i n s i f a r c t g f a r c t m g m y f a r c t 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 式中： P 螺旋葉片對鉆粉的支持力 N ； F 鉆粉的離心力， N ； m 微小段鉆粉的支持力 N ； g 重力角加速度， 2/ 1f 鉆粉與孔壁的摩擦力， N ； 2f 鉆粉與旋轉(zhuǎn)面的摩擦力， N ； 1u 鉆粉與孔壁的摩擦系數(shù)； 2u 鉆粉與旋轉(zhuǎn)面的摩擦系數(shù)； 鉆桿的旋轉(zhuǎn)角速度； v 鉆桿的推進(jìn)速度； y 鉆粉離旋轉(zhuǎn)軸在 y 軸的坐標(biāo)； 螺旋升角； 采煤的傾角，即鉆頭與水平方向的夾角； 由 21s i n s i nd p vg y f a r c t gd m y 得： 2 1s i n s i d p g y f a r c t g d 表 據(jù)本課題所提供的參數(shù)以及參考資料 1 v 0r/3.5 m/s 0 15 20 35 根據(jù)以上參數(shù)我們編制 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 m i 70 . 0 8y D m 時， m a x 2 5 4 6 . 4 N 圖 葉片的應(yīng)力分析 圖 螺旋葉片在半徑方向上的位置與受力關(guān)系 由上式我們可以得到在螺旋葉片危險截面在螺旋葉片與鉆桿的焊接處，買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 在設(shè)計時只須校核的強度滿足要求，那么整個鉆桿也就滿足強度要求，按文獻(xiàn) ，選擇埋弧焊，采用角焊逢方式，查機械設(shè)計手冊得 1 6 0 M ，強度校核公式 10： a將 m a 7 , , 1 0 0 %4 y D ga k k M M 強 度 焊 逢，代入上式： m a xm a 7 0 . 7440 . 8 0 0 6a 2 1 6 0 0 . 8 0 0 6 P a ，求得 14 ，焊逢寬度 12k 化約束條件的建立 (1) 鉆桿工作轉(zhuǎn)速的約束 5 6 螺旋鉆桿能將采下來的煤裝進(jìn)工作面輸送機 ,為了保證螺旋鉆桿在裝 煤過程中既不發(fā)生堵塞又不至于將煤拋過采空區(qū) ,螺旋鉆桿的轉(zhuǎn)速必須滿足如下關(guān)系 : 12n n n式中 : 1 01 224 ( ) c o s( ) ( c o s ) c o s ( )q p ly g c c cB v H k k L m 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 22 341 0 1 2 5344 ( ) c o s ( ) ( c o s )2c o s ( ) 02q p l x B v H k k H D x x m n 2 2( ) c o sc o s ( ) c o s 2 2 / 2c c ya b h D 342 2 2c o s ( ) c o s 2 2 / 2 ( ) c o s 02 x n x x H h D a b g B 為螺旋鉆桿截深 ,鉆桿的牽引速度 , m/ H 為采高 , m; 煤的松散系數(shù) , 1. 5 鉆桿的裝煤量系數(shù) 0 。 本文的鉆桿轉(zhuǎn)速根據(jù)工作情況，已經(jīng)給定 5 5 / m i n 6 0 / m i nn r r 或 。 (2) 葉片螺旋升角的約束 5 要 使裝煤的效果不至于太差 ,葉片螺旋升角的范圍， 33433 0 080g x xg x x 54644 0 02 5 0g x xg x x (3) 合理的鉆桿直徑 5 7 為保證螺旋葉片具有足夠的裝煤空間 ,防止堵塞或過多的循環(huán)煤量 ,在主軸結(jié)構(gòu)布置時盡量減小鉆桿直徑 ,使葉片直徑 般控制 : 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 71 02 . 5x x (4) 螺旋葉片厚度 的取值 8 85950 . 0 2 0 00 . 0 1 4 0g x xg x x (5)保證合理 螺旋葉片的螺距 8 9 螺距是相鄰兩螺線之間的軸向距離，在確定了導(dǎo)程和頭數(shù)以后，螺距即可求得。為了使兩葉片之間的空間能順利排煤而不被大快煤卡住，兩葉片間距應(yīng)為 c o s 4 0 0cL m m 。 1 0 21 1 2341 2 200 . 8 04 0 0 c o s 02x x Dg x D x x （ 6）等式約束： 2 外 緣內(nèi) 緣則： 1415( ) 0( ) 0x D g x D 根據(jù)以上條件，采煤機螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù) 學(xué)模型為： 3422 341 2 5 c o s ( )2m i n ( ) c o c o D X X m X n 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 1022 3 4 3 41 2 5342 2 2334354647185954 ( ) c o s( ) ( c o s ) c o s ( ) 022c o s ( ) c o s 2 2 / 22( ) c o s 03 0 0804 0 02 5 002 . 50 . 0 2 0 00 . 0 1 4q p x B v H k k Hx x x xD x x m x x n x x H h Da b gg x xg x xg x xg x x xg x xg x x 1 0 21 1 2341 2 21314000 . 8 00 . 4 c o s 02( ) 0( ) 0x x Dg x D x xg x D t g Lg x D t g L 型的求解 在 過計算機編程，求解得： 0 . 1 9 2 0 . 4 4 8 1 6 . 5 3 6 . 6 0 . 0 1 4 - 0 . 0 1 8 0即： 螺旋葉片的鉆桿直徑 192gD 旋葉片的導(dǎo)程 448L 螺旋升角 、 螺旋葉片的厚度 14 螺旋鉆桿的排煤量 30 8 ( / )Q m s 買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 = 2 6 . 5 52 螺旋采煤機的各種鉆桿通過以上模型，在 表 桿的設(shè)計參數(shù) 鉆桿名稱 ()yD 升角 導(dǎo)程 L gD 480 1 48 192 首節(jié)鉆桿 570 2 70 220 首節(jié)鉆桿 670 2 70 266 首節(jié)鉆桿 770 2 70 305 穩(wěn)定器鉆桿 450 2 52 192 穩(wěn)定器鉆桿 550 2 50 218 穩(wěn)定器鉆桿 650 2 50 258 桿軸及連接件的設(shè)計 表 幾種常用軸用材料的 及 軸 的材料 20 5 45 40538 N/ 21525 2035 2545 3555 A 140126 135112 126112 11297 本設(shè)計中軸的材料為 45號無逢鋼管，根據(jù)機械設(shè)計手冊（新版 1）206E G a， 7 9 選擇 =25，軸的彎扭合成強度計 算： 鉆桿設(shè)計為一空心軸，鉆桿傳遞的扭矩為 M ，軸的外徑徑度為 1570l ，空心軸的用料情況可用軸的截面積 22/4s D d，扭轉(zhuǎn)買文檔送全套 紙 Q 號交流 414951605 含 紙和論文 最新答辯完整資料 穩(wěn)定的臨界剪應(yīng)力 m a x 4416 ，扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定的臨界剪應(yīng)力 320 . 72 （ 材料的允許剪應(yīng)力也為 。 （ 1）軸上的輸出轉(zhuǎn)矩 T 6 1 3 2 0 . 9 9 1 . 59 . 5 5 1 0 9 5 5 0 0 0 0 3 1 1 9