采煤机选型设计.doc

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姓名：冷文韬指导教师：师建国完成日期：2014年12月9日综合训练任务书一、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：煤层厚度截割阻抗A（N/mm）煤层倾角顶板条件工作面长度（m）设计产量（万T/a）生产安排HmaxHmin老顶直接顶4.52.8205202级级2101601.一年工作日按300天计算2.实行三班工作制，两班采煤，一班准备，每天生产16小时。二、上交材料(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22采煤机性能参数的确定22.1滚筒直径的选择22.2截深的选择22.3滚筒转速及截割速度32.4采煤机最小设计生产率32.5采煤机在截割时的牵引速度及生产率42.5.1根据采煤机最小设计生产率决定的牵引速度V142.5.2根据截齿最大切削厚度决定的牵引速度V242.5.3按液压支架的推移速度决定牵引速度V352.6采煤机所需电机功率52.7采煤机牵引力63初选采煤机及其配套设备73.1初选采煤机73.2防滑设备84初选采煤机主要技术参数的校核104. 1最大采高的校核104. 2最小采高的校核104.3卧底量校核114.4采煤机最大截割速度的校核114.5采煤机牵引力的估算125采煤机、支护设备、输送机配套关系图12采掘机械综合训练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A205N/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，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=（0.520.6）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=0.524.5=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0.6m0.8m，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3050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：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，1600000300=5333（t） 0.4采煤机有效开动率。则：=555.6t/h2.5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, 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 煤的容重，1.35t/m3=3.132m/min2.5.2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。 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： m/min式中：hmax截齿在齿座上伸出长度的70，取45mm。则：=6.075m/min2.5.3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V4m/min采煤机的牵引速度确定后，则采煤机的生产率Q为Q60HBV t/h将上述确定的直带入公式求得采煤机的生产率为Q603.650.641.35709.56（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AX205N/mm，根据下述公式可求得采煤机截割时的比能耗HX式中：HX煤层截割比能耗，kWh/t， AX煤层截割阻抗，205 N/mm， A基准煤截割阻抗，取190 N/mm， HB基准煤比能耗，基准煤比能耗为0.39 kWh/t。则：=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可由下式求得。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：=0.34采煤机所需电机功率为：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2.22.4)则：=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。型号滚筒直径 mm最大采高 mm卧底量 mm采高范围 mmMG300/700GWD225045002602.8-4.5机器重量 t机面高度 mm牵引力KN牵引速度m/min摇臂形式5521003200-7弯摇臂摇臂长度 mm上摆角下摆角滚筒转速r/min降尘喷雾方式1717602045内外电动机型号电机转速 r/min最大摆角 mm降尘水量L/min冷却水量L/minYSKBC300型147225120左右各30 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：= L/min式中：-采煤机生产率， t/min-单位耗水量， L/min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。可按表2来选取。表2几种煤层条件下的单位耗水量采用喷雾的煤层条件单位耗水量 L/T无烟煤2025烟 煤层厚0.7m1520层厚0.71.5m2040层厚1.5m3040在表中的上限，用于煤含水量小雨35，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12MPa。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12MPa（观看水压表或水的雾化情况）。根据计算耗水量查表3来选择喷雾泵。= =111.1 L/min表3 XPB型喷雾泵技术特征型号额定压力MPa额定流量 L/min电机功率kw外形尺寸mmXPB250/555.5250301680800700XPB200/555.5200301680800700XPB160/555.5160221680800700XPB120/454.5120132000850755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：AhmaxBhmax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 max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：Ahmax2.03（m） Bhmax=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。hminAh1h2式中：h1支架顶梁高度，0.33mh2过机高度，不应小于0.10.25m，取0.15m，则：hmin2.030.0330.15=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：KmaxA式中，max摇臂向下摆动最大角度，20Kmax=260mm采煤机卧底量一般为90300mm，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为：式中：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 煤的实体容重，1.35t/m3则：=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：TK2GfD（cosK22K3）Gsin式中：f摩擦系数，取平均值0.18K1经验系数，取0.7K2估算系数，取0.2K3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。TK2GfD（cosK22K3）Gsin=110000N188110N298.110KN<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1李晓豁.采掘机械M.北京:冶金工业出版社,20132 徐永忻.煤矿开采学.徐州：中国矿业大学出版社，19993 林在康、左秀峰.矿业信息及计算机应用. 徐州：中国矿业大学出版社，20024 邹喜正、刘长友.安全高效矿井开采技术.徐州：中国矿业大学出版社，20075 张宝明、陈炎光：中国煤炭高产高效技术，徐州：中国矿业大学出版社，20016 钱鸣高、石平五.矿山压力及岩层控制. 徐州：中国矿业大学出版社，20037 于海勇.放顶煤开采的基础理论. 北京：煤炭工业出版社，19958 王省身.矿井灾害防治理论与技术. 徐州：中国矿业大学出版社，19899 .中国煤炭建设协会。煤炭工业矿井设计规范. 北京：中国计划出版社，200513