采煤机螺旋滚筒设计规范

采煤机螺旋滚筒的研究作者：孙福宝来源：《装饰装修天地》2017年第21期摘要：本文概要阐述螺旋滚筒的结构，通过对滚筒叶片头数、叶片升角、截齿的配置形式的合理选择，使采出的块煤多，能耗小，同时提高滚筒的装煤效果和使用寿命。

关键词：采煤机；螺旋滚筒；叶片升角；截齿1 螺旋滚筒的结构及旋向1.1 滚筒的结构螺旋滚筒是采煤机的主要工作机构，用于破煤和装煤，其性能直接影响采煤机生产效能和煤炭生产质量。

采煤机螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆柱体，截齿装在焊于螺旋叶片上的齿座套中，工作时滚筒转动并作径向移动，截割破碎煤炭，再由螺旋叶片把煤沿滚筒的轴线方向推运出来，装进工作面运输机。

螺旋滚筒的结构如图1所示。

1.2 滚筒的旋向（1）单滚筒采煤机。

单滚筒采煤机的滚筒应位于采煤机机身的下顺槽侧。

其优点是煤不经机身下的输送机运输以免堵塞煤流。

左工作面使用右旋滚筒；右工作面使用左旋滚筒。

（2）双滚筒采煤机。

薄煤层采煤机或小直径滚筒时：滚筒的转向为“前逆后顺”（又称内旋，即两滚筒向采煤机内侧旋转）。

这样可以提高前滚筒的装煤效率，同时也可增加采煤机的稳定性。

大直径滚筒时：滚筒的转向为“前顺后逆” （又称外旋，即两滚筒向采煤机外侧旋转）。

其优点：煤尘较少，碎煤不易抛出伤人，装煤的能耗较低，装煤和截煤的效率都比较高。

2 截齿的选择采煤机螺旋滚筒采用的截齿分为扁形截齿（又称刀形截齿）和锥形截齿（又称镐形截齿）两类。

目前绝大多数螺旋滚筒采用镐形截齿。

镐型截齿的优点是：齿身强度大不易折断，耐磨；截齿在割煤时可以自转自修刃，截齿损耗低；工作时截角较小，齿身受到的弯矩较小，有利于降低比能耗；形状简单，制作方便。

但在少数煤质韧性和粘性较大的煤层中，还适合选用刀形截齿。

3 螺旋滚筒主要参数的确定3.1 滚筒直径单滚爬底板筒采煤机滚筒直径约等于煤层平均厚度。

3.2 滚筒截深目前多数采煤机采用的截深为0.63或0.7m。

在薄煤层中，滾筒直径较小，为了提高的生产率，在工作面条件允许时，可选用截深0.8～1.0m。

采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计张守柱;陶嵘【摘要】针对滚筒的叶片设计、齿座与截齿的结构形式、截齿的排列等问题进行了技术探讨,根据多年实践分析得出结论:滚筒体上主叶片与装载叶片均应向装载面方向倾斜;推荐与滚筒径向成45°的截齿安装方式及圆柱形齿柄结构;为最大限度地降低能耗和粉尘,提高块煤率,应从改变截割机理着手,根据不同的煤质合理地选择破煤方式不同的截齿;最佳的截齿排列方式为截齿在滚筒圆周上均匀分布.分析结果可为采煤机工作机构螺旋式滚筒的设计提供参考.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】3页(P5-7)【关键词】主叶片;装载叶片;新型齿座;截齿排列【作者】张守柱;陶嵘【作者单位】天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030;天地科技股份有限公司上海分公司,上海200030【正文语种】中文【中图分类】TD421.6+10 引言煤矿采煤机的锥型截齿滚筒的主要特点是锥型齿有其固有的技术特性与优点，但挤压张力的破碎机理又为其带来固有的缺点：密实核连续地形成与爆破，使粉尘大的问题无法解决；同时每把截齿都会形成一个连续的破碎带,故无法大幅度提高块煤率。

煤岩的抗压强度远大于抗剪切及抗拉强度。

如何以最少的能耗获取更多的能源,这是值得思考的问题。

螺旋式滚筒是采煤机区别于其他矿用机械设备的一种特殊的专用工作机构，由滚筒体、齿座及截齿组成。

滚筒体由筒毂、联接盘、螺旋式叶片及截齿组件组焊而成。

本文针对采煤机滚筒的叶片、齿座、截齿排列等问题进行设计探讨。

1 螺旋式叶片设计为提高装载能力，螺旋叶片可分固定齿座的主叶片和装载叶片。

1) 主叶片设计。

经多年现场经验证明，主叶片应向其装载面方向前倾5°～8°组焊较好,一是有助于抵御截齿截割阻力所产生的力矩，二是可抑制因滚筒旋转产生的离心力而将剥落的煤岩抛向滚筒后方的机道。

2) 装载叶片设计。

装载叶片应与倾斜的主叶片再前倾8°～10°,其外径应大于主叶片，二者的外缘应呈封闭的坡形结构，以避免滚筒外缘形成破碎带。

摘要螺旋滚筒式采煤机是迄今为止综采面最重要的工作机器,滚筒作为滚筒式采煤机的关键机构和工作设备,其工作性能和生产效率决定采煤机功能。

因此，建立了螺旋滚筒模型和刀齿模型，而且对螺旋滚筒载荷的分析，还有对螺旋滚筒参数优化设计具有十分重要的意义。

本论文采用理论分析、研究的方法，对滚筒式采煤机截割性能和截割动、力学性质进行了分析研究。

本论文以采煤机截煤理论为依据，建立煤岩特性数学模型、螺旋滚筒模型、镐型截齿模型以及截割载荷模型，研究了煤的性质、镐型截齿参数、螺旋滚筒结构参数和运动参数对螺旋滚筒扭矩、比能耗、块煤率的影响，进一步得到了相关参数间的表达式和规律；以理论数据为依据，以MATLAB为工具，对截割载荷进行了分析，得到了截齿载荷变化的波形和随煤岩性质不同的变化趋势；同时，描述了切割破碎煤负载变化滚筒的过程中，破碎煤模型和动态力学模型滚筒建立切割煤岩的基础上得到采煤机的约束。

本论文对单齿载荷模型和单齿破煤负荷分布的分析，在此基础上的理论，采用随机理论，建立了单齿随机载荷的典范。

在直角坐标系下,对滚筒采煤机滚筒受力进行理论分析,进而建立了随机三向力系和随机三向力矩系的模型,以MATLAB软件做为研究平台,编写了每个随机载荷的理论模拟程序。

在螺旋滚筒基本尺寸给定和特定煤层形式情况下,以滚筒的截齿和螺旋叶片布置形式为设计变量,以降低载的荷波动为目的,并利用MATLAB进行优化计算。

关键词：滚筒式采煤机；截割理论；采煤机滚筒；滚筒截割性能；载荷;AbstractAt present,shearer is the uppermost work equipment in fully-mechanized coal working face ,the screw drum is shearer`s pivotal part and working framework,Its capability stand or fall decide shearer`s work performance and production efficiency.so it is significant to establish pick screw drum`s load model,simulate screw drum`s load, and optimize design for parameters of the screw drum.With regard to this, the theoretical analysis, simulation and experiment are combined to investigate the cutting performance shearer drum and dynamic characteristic of the cutting system in this thsis . According to the shearer cutting theory, Mathematical Model for the coal characteristic , the drum, the pick and the cutting load are built. The influence of the coal characteristic, pick structure parameters and drum structure parameters on the drum cutting torque, cutting specific consumption and lump coal percentage are investigated, and the relationship expression and variation laws are acquired.According to the experiment date and talking the wavelet theory as guidance . Regard MATLAB software as the platform , the detail wave of the load change and the change trend of load along with the coal characteristic change are obtained. And the influence laws of the coal-rock interface form on the cutting system frequency are acquired , too.the load variation is described . Based on the built constitutive model of catastrophe and dynamic model , the cusp catastrophic model of the drum cutting coal is established,and the rigidity and energy conditions are acquired for the shearer cutting availably. On the foundation of the theory which is about the single pick`s average load, analyzed loads`s probability distribution and relevance when a single pick cuts various coal rock, on this basis, utilizing the stochastic process theory, set up the mathematical model about the single pick`s stochastic loads. Under the coordinate of Descartes, analyzed the loads of continuous mine`s cutting drum, and set up the mathematical model about drum`s stochastic strength and moment which include three direction. Regard MATLAB software as the platform, write each stochastic loads`s simulationprogramme. Analyzed the spectrum of simulated load in frequency field, time field and amplitude field ,studied load`s desity of probability distribution, since(or mutual) relevance, since(or mutual) desity of the power spectrum. And analyzed each parameter`s influence to base wave frequency and other main frequency of loads. Set up the fuzzy optimize models which regard reducing the loads fluctuation as the goal function, and regard assigned form of pick and blade , rotational speed of cutting drum, swing speed of rocker arm as designed variable, and optimized the parameters using corresponding optimize function in MTALBA`s optimization toolbox.Keywords: shearer; cutting theory; shearer drum; drum cutting performance目录1绪论 (1)1.1滚筒式采煤机概述 (1)1.2国内外采煤机研究现状 (2)1.3本课题的研究目的和意义 (3)1.4本课题的研究内容和方法 (4)2滚筒式采煤机截煤理论 (5)2.1 煤的特性 (5)2.1.1 煤的结构特性 (5)2.1.2 煤的物理机械性质 (6)2.2 截齿破煤理论分析 (10)2.2.1 截齿破煤过程 (10)2.2.2 截齿截煤截割力模型的建立 (11)2.3 滚筒截煤理论分析 (13)2.3.1 滚筒受力分析 (14)2.3.2滚筒运动学分析 (16)3采煤机螺旋滚筒结构设计与参数分析 (18)3.1采煤机螺旋滚筒参数的计算 (18)3.2 截齿结构设计及参数确定 (23)3.2.1 齿尖夹角及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (24)3.2.2齿身锥角及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (25)3.3螺旋滚筒结构设计及参数确定 (26)3.3.1截深的选定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (27)3.3.2截齿排列的设计及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (27)3.3.3截线距的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (29)3.3.4螺旋升角的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响 (31)3.4端盘结构设计及其参数确定 (31)3.5螺旋滚筒运动参数确定 (32)3.5.1运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的理论分析 (33)3.5.2运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的结论 (34)4 MATLAB优化方法和优化程序设计 (35)4.1MATLAB中的M文件 (36)4.1.1 M文件的组成 (36)4.1.2 M文件编辑器 (36)4.1.3 M文件的编写 (37)4.2 优化程序设计 (39)参考文献 (41)致谢 (42)1绪论1.1滚筒式采煤机概述机械化采矿工程年中的重要设备是螺旋滚筒式采煤机，螺旋滚筒式采煤机是典型的机电和液压系统，直接决定着采煤的效率，有大质量(20~200T) 、大功率(300~2400kW)和高产量(100~1000万吨/年)等的特点，在机械化采矿设备中，使用量占到 90%以上。

采煤机螺旋滚筒现场评审专用要求（试行）注册资金不少于 50 万元 生产规模 生产能力应不少于 50台套/年技术力量 应具有至少 2 名获得或相当于（机械类）中级及以上专业技术职称的在册人员，且从事本专业 3 年以上。

关键零（元）部件的要求必须具备卷筒、叶片、端盘、连接盘的加工及检验能力。

必须具备的 引用标准 GB/T228 金属材料 室温拉伸试验方法GB/T699 优质碳素结构钢GB/T1591低合金高强度结构钢GB/T1800.4 极限与配合GB/T1804 一般公差 未注公差的线性和角度尺寸的公差GB/T2651 焊接接头拉伸试验方法GB/T11352 一般工程用铸造碳钢件GB/T12469 焊接质量保证 钢熔化焊接头的要求和缺陷分级GB/T13813 煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则AQ1043 矿用产品安全标志标识MT113 煤矿井下用聚合物制品阻然抗静电性通用试验方法和判定规则规范 MT/T84 滚筒采煤机 型式和基本参数MT246 采掘机械用截齿MT247 采掘机械用截齿座MT/T662 滚筒采煤机喷雾降尘用喷嘴 基本尺寸安标配套件 /安标受控零（元）部件齿座、截齿、固定截齿元件、喷嘴、喷嘴座（以审核备案的技术文件为准）主要生产设备 切割机、车床、镗铣床、卷板机、摇臂钻床、退火炉或振动仪、压力机、焊接设备等主要工装设备 车、钻、铣、刨、镗等夹具，叶片成型机加工模具，深孔钻模具，叶片、端盘压模，齿座、喷嘴焊接定位模具。

主要工位器具 转序箱进 厂 检 验序号 零（元）部件名称 进厂检验项目 检验设备 备注1 齿座 外形尺寸、硬度试验游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺、硬度计2 截齿 外形尺寸、硬度试验游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺、硬度计3 齿套 外形尺寸、硬度试验游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺、硬度计4 喷嘴座 外形尺寸 游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺等5 喷嘴 外形尺寸 游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺等6 各类固定件 外形尺寸 游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺等出 厂 检 验序号 出厂检验项目 检验设备名称 备注1 外观质量检查目测2 内喷雾水路耐压及畅通试验压力表、秒表3 元件拆装检查目测4 滚筒主要尺寸检查游标卡尺、高度游标卡尺、钢直尺、直角尺、组合角度尺、卷尺5 齿座定位角检测组合角度尺6 焊接质量检查游标卡尺。

摘要对中厚煤层的开采在煤矿生产中有重大的经济利益，而采煤机的滚筒在开采过程中有相当重要的作用，其好坏直接影响到采煤的效率，基于此，本文对MG500/1130—WD交流电牵引双滚筒采煤机的滚筒进行了实际分析与设计。

本篇论文通过查阅相关文献资料、寻求毕业设计指导老师的帮助以及与同学商量、探讨的方式，对采煤机的整体结构、截割部结构设计进行了阐述，重点介绍了截割部的滚筒。

论述了截割方向、速度、截距，煤层特性与比能耗之间的关系，分析了地质环境以及机械结构对滚筒寿命的影响，并针对某一地质环境，重点对滚筒的螺旋叶片、截齿配置，滚筒的制造工艺，进行了优化分析设计，同时对采煤机滚筒在工作时的受力情况进行了分析。

通过上述工作的整合，得出在这一地质环境下采煤机滚筒的优化值，并通过Autocad画出了滚筒主要部件的图形。

从而基本完成了毕业设计论文的要求，较为圆满的完成了任务。

关键词：滚筒；螺旋叶片；截齿配置AbstractIn the mining of thick coal seam in coal mine production is a major economic benefit, while the roller in the mining of coal mining machinery in the process to have very important function, its direct influence on the efficiency of coal mining, and based on this, the paper to MG500/1130—WD electric traction shearer drum of the analysis and design. In this thesis, with the way of literature study，ask for the help of the teacher of graduation design and discussing with my students。

毕业设计说明书题目名称：采煤机滚筒设计说明书院系名称：机械设计制造及其自动化班级：学号：学生姓名：指导教师：2015年10月采煤机滚筒的设计摘要采煤机是煤矿综采工作中的关键机械设备之一，大功率、高强度、高可靠性是现代采煤机发展方向。

本论文完成了采煤机滚筒的设计，对滚筒中的组成部件都做了具体分析计算，重点对滚筒的结构进行了优化设计。

包括滚筒的布局设计及三维建模。

文中主要介绍了目前国内外采煤机的研究现状及未来发展趋势，同时介绍了采煤机滚筒的类型、工作原理和主要组成，还介绍了采煤机滚筒的具体结构。

本文运用大学所学的知识，提出了采煤机滚筒的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了采煤机滚筒总的指导思想，从而得出了该采煤机滚筒的优点是高效，经济，并且运行平稳的结论。

关键字采煤机滚筒；结构；组成；结论The design of shearer drumAbstractThe shearer is a medium-low power electric haulage shearers mining medium-thick seam, for coal seam thickness , mining height ,coal bed pitch less than it, it can be used for hard coal mining.This paper completed the design of shearer rocker arm, including the layout and three-dimensional modeling of speed reducer, it described the current status of domestic and international coal mining research and future development trends, the type of shearer, working principles and main components，it also introduced the specific structure of shearer rocker.In the design process, completed the calculation and design of the reducer drive scheme and related components. First, completed the rocker reducer transmission ratio , speed and transfer power distribution calculation. Secondly, the completion of the design and check of five shafts and the shaft driving gears inside the rocker arm shell,simply introduced the assembly relationships and intensity checking of the planetary gear train. Thirdly, the completion of the selection and check the spline for connection. Finally, the three-dimensional modeling.Key words:pneumatic manipulator; cylinder ;pneumatic loop ;degrees目录摘要 (1)Abstract (2)1.绪论 (4)1.1课题的来源与研究的目的和意义 (5)1.2采煤机概述 (7)1.3滚筒采煤机的工作原理 (7)1.4设计思路的提出 (9)1.5本课题研究的内容 (9)1.6 Solidworks设计基础 (10)1.6.1草图绘制 (11)1.6.2基准特征，参考几何体的创建 (12)1.6.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建 (12)1.6.4工程图的设计 (13)1.6.5装配设计 (15)2.采煤机滚筒总体结构的设计 (17)2.1采煤机滚筒的总体方案图 (17)2.2采煤机滚筒的工作原理 (18)2.3截齿的配置 (18)2.4截齿的材料以及截齿的固定 (19)2.5采煤机年产量的计算 (19)3.各主要零部件强度的校核 (19)3.1轮毂强度的校核与计算 (20)3.2螺栓强度的校核计算 (21)4.采煤机滚筒主要零件的三维建模 (21)4.1轮毂的三维建模 (21)4.2连接套的三维建模 (21)4.3采煤机滚筒的三维建模 (21)5.三维软件设计总结 (26)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1引言1.1 课题的来源与研究的目的和意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。

3.2：截割比能耗优化：比能耗的大小，标志着生产率的高低。

因此在此次优化设计时比能耗是最重要的考察指标。

采煤机截割部消耗整机功率的80%-90%，比能耗主要是指截割部的，而且还应包括装载比能耗，但是由于装载的比能耗很小，而且当v变化时能耗值变化不大，因此忽略了装载时的能耗。

滚筒截割所消耗的比耗能wH为：H w=P60BHV(kw∙h∕m3)式中：P-功率(KW) ;B-截割深度；(m)H-采高(m) V-采煤机牵引速度(m∕min)（1）滚筒的直径(D)a）螺旋滚筒直径（D c）D c =αH ma x式中：α——螺旋滚筒装煤效率；对小直径滚筒，α=0.59～0.63；对大直径滚筒，α=0.56～0.59。

H max——采高，计算时取最大采高，取3.3m。

则：D c =0.56×3.3=1.84m由于综采工作面双滚筒采煤机一般都是一次采全高，故滚筒直径D应稍大于最大采高之半，即D c＞1/2×H max。

目前采煤机滚筒直径已经系列化，分别为0.6m、0.65m、0.7m、0.8m、0.9m、1.0m、1.1m、1.25m、1.4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.3m、2.6m。

计算结果要按照滚筒系列化标准进行圆整后，最后确定滚筒直径。

根据上述计算参数，并结合采煤机系列化标准，初步确定采煤机滚筒直径为1.80m。

（2）滚筒的截深(B)截深是指采煤机一次循环的推进量，选择滚筒的截深要与现有的滚筒系列和选定支架等设备配套。

为有效地利用煤层的压张效应，现代采煤机的截深都小于1m 。

截深过小，采煤机生产率受到影响，但加大截深，会使支架的步距加大，顶梁长度和千斤顶行程也要加大；同时也使采煤机电机功率及运输机的输送能力加大。

为了顶板管理和劳动组织的方便，截深应略小于液压支架推移千斤顶的行程，这样便于调整支架。

因此，要综合权衡利弊，选用合理截深。

目前采煤机的截深有：0.5，0.6，0.7，0.75，0.8，0.9及1.0m 等几种。