礦山機械采掘機械部分

礦山機械是采礦工程和礦山機電專業的一門重要專業課，課程的任務是使學生掌握采掘機械、運輸機械、提升機械、流體機械等礦山機械設備的用途、工作原理、結構性能和選型計算方法，為今后從事礦山工作打下良好的基礎。礦山機械是一門實踐性很強的專業課程，在學習本課程之前，學生應有從事礦山機械方面的實踐經驗，或在學習中圍繞本課程參加一定的生產實踐。采掘機械主要講述煤礦井下采煤機械、支護設備和掘進機械的結構特點、工作原理、性能參數、適用條件、設計方法以及選型原則和配套關系。

采掘機械采掘機械主要講解內容：1.采掘裝備國內外發展現狀、特點及發展趨勢；2.滾筒式采煤機的組成、工作原理和基本特征,連續采煤機和刨煤機結構及特點；3.支護設備的結構類型特點、工作原理、組成及液壓系統；4.鉆孔機械、裝載機械、掘進機械的結構與特點；5.綜采工作面設備選型配套技術。采掘機械第一章采掘裝備現狀與發展趨勢本章教學的重點與難點重點：理解采煤機、液壓支架、掘進機械等裝備的發展現狀難點：對于工作面機電設備和掘進機械結構的理解本章教學的目的與要求了解：現代采掘裝備目前發展趨勢掌握：采掘裝備技術研究現狀第一章采掘裝備現狀與發展趨勢第一節采掘裝備現狀第一節采掘裝備現狀

目前，我國絕大多數高產高效礦井是在以厚煤層開采為主的生產條件下實現的，厚煤層開采方法主要有綜采放頂煤開采和大采高綜采2種，放頂煤開采雖然己經在我國發展成為一種厚煤層高產高效采煤方法，但仍有許多難以解決的技術難題(如上覆巖層運動及破壞、頂煤破壞、基本頂巖層平衡、巷道礦壓、瓦斯、自燃和工作面煤塵等安全問題)。對于4～9m的穩定厚煤層，大采高綜采具有更好的技術經濟優勢。厚煤層大采高綜采配套裝備發展現狀為：

(1)新型大功率電牽引采煤機總功率達到3000kW以上，裝備了采用先進的信息處理技術和傳感技術的控制和故障診斷系統。

德國Eickhoff公司的SL系列采煤機采高范圍3.0～8.0m，最大牽引力可達1114kN，最大牽引速度可達29m/min，可以截割f≤10的煤和巖石。美國JOY公司的LS系列采煤機截高范圍3.0～9.0m，最大牽引力可達1620kN，最大牽引速度可達30m/min。國內研制成功MG1000/2500-WD、MG1100/2760-WD和MG1150/3000-WD等大采高、大功率、智能化控制的交流電牽引采煤機。整機為無底托架積木式組合結構，CAN總線結構、DSP處理器的嵌入式控制系統，實現網絡分布式信號處理，基于智能化專家系統的采煤機運行信息分析及故障診斷技術。第一節采掘裝備現狀

(2)工作面刮板輸送機向著大運量、軟啟動、高強度、重型化、高可靠性方向發展。最大運量達6000t/h，裝機功率4×1200kW或3×1600kW。中部槽的槽間連接強度己達到4500kN，鏈環直徑最大達2×?56mm。

研制成功SGZ1400/3×1600型刮板輸送機，高可靠性鑄焊式2050mm長的整體加工中部槽，大功率摩擦限矩器、自動伸縮機尾、輸送機綜合監測傳輸系統、雙向對稱模鍛刮板、高強度一次大卸載口交叉側卸機頭架、雙聯接鏈輪組件和大節距整體模鍛銷軌。研制成功SZZ1550/700型轉載機、PLM6500破碎機，適用于大功率、寬體式錘式破碎機的大型整體錘體；新型的錘頭固定技術，帶防偏沉機構的皮帶機機尾自移裝置。第一節采掘裝備現狀

(3)液壓支架向高工作阻力的兩柱掩護式支架發展，支護工作阻力達6000～26000kN，支護高度4.0～8.8m，支架立柱缸徑360～650mm，支架中心距達到2.35m，支架控制方式為電液控制與環形供液，支架的降、移、升循環時間小于8s，支架的壽命試驗高達63000次以上。

開發了ZY18800/38/83D、ZY26000/40/88D等系列大采高液壓支架，首創了新型三級護幫、微隙四連桿機構和高強度結構鋼混合氣體保護焊及時效消除焊接應力新工藝；成功開發了650mm大缸徑雙伸縮立柱和新型密封結構；研制成功了國產支架電液控制系統。第一節采掘裝備現狀

(4)在實現單機工況實時監測的基礎上，研究開發了基于振動信息和采高—位置自動控制的采煤機滾筒自動調高技術、液壓支架電液控制技術，工作面巷道集中控制中心通過采用位置紅外傳輸、速度檢測和計算機集中控制軟件程序，使采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備自動完成割煤、運輸、液壓支架移架和頂板支護等生產流程，實現了工作面智能化和自動化生產。

工作面巷道計算機集中控制中心實時監測工作面頂板壓力、供電、供液系統、工作面巷道膠帶系統、煤倉料位等設備運行工況，并通過礦井通訊光纖等介質經網絡與礦井及上部管理層實現信息交流與通訊控制。第一節采掘裝備現狀第二節采掘裝備發展趨勢第二節采掘裝備發展趨勢

(1)綜采工藝科學化

通過繼續優化工藝參數，合理加大工作面長度，提高裝備的自動化程度，使工作面單產水平繼續提高。

(2)兩柱掩護式液壓支架具有結構上及自動化控制方式的優勢，其配套設備與工藝的試驗應用已經取得成功，將作為世界采煤業中關鍵技術裝備而得到推廣和應用。(3)設備能力大型化

為滿足礦井大規模集中化生產的需要，大功率、高性能的設備將推動大型礦井技術進步和生產發展。最新科研成果的推廣和應用，將大幅度提高技術與裝備的生產能力、可靠性和自動化程度。第二節采掘裝備發展趨勢(4)提高設備可靠性和壽命

隨著綜采技術的發展，工作面單產不斷提高，礦井生產日益集中化，綜采設備的適應性和可靠性顯得尤為重要。(5)安全措施標準化、系列化以及解決由于綜采帶來的一系列理論和實際問題

樹立“大安全”觀念，積極推行系列標準和先進管理方法，建立健全安全管理體系，提高礦井防范事故的能力。一、雙滾筒采煤機

以電牽引取代液壓牽引，向多電動機、大功率、機電一體化方向發展，既提高了截割牽引速度和截深，大幅度提高單產，又增強了運行可靠性，且操作簡易安全，維修方便。

電牽引采煤機采用多電動機的設計方案，優點是截割電動機橫向布置，減少了傳動齒輪副，簡化了機械、傳動系統，提高傳動效率，為大幅度提高采煤機裝機總功率創造了有利條件。第二節采掘裝備發展趨勢一、雙滾筒采煤機

例如：美國久益公司生產的7LS8型電牽引采煤機裝機總功率2925kW(其中截割電動機2×1100kW，牽引電動機2×200kW，液壓泵電動機55kW，破碎機電動機270kW)，最大牽引力可達2000kN，最大牽引速度可達30m/min。適用于采高4000～8800mm，煤層傾角≤15°，年產1500萬噸左右的高產高效工作面。

電牽引采煤機的另一主要特點是裝備了以微型電子計算機為核心的電控系統，該系統采用先進的信息處理技術和傳感技術，實現了機電一體化。第二節采掘裝備發展趨勢二、液壓支架

液壓支架控制系統改為電液控制系統，加快了工作面推進速度，并向掩護式、支護強度高、工作阻力大、中心距寬、穩定性好和整機重量輕、使用壽命長等方向發展。掩護式液壓支架對煤層頂板適應性較強，防止矸石進入工作面的密封性能好。同時為滿足中厚煤層一次采全高的需要，支撐高度已增加到9m，支護強度已到1.8MPa；工作阻力最高已達26000kN。為了改善支撐高度加大后的穩定性，液壓支架的寬度已增加到2.35m。液壓支架采用電液控制系統，實現了液壓支架鄰架自動控制和成組控制，并能按照采煤機運行位置和方向實現全工作面液壓支架的自動控制，提高了移架速度。第二節采掘裝備發展趨勢三、工作面可彎曲刮板輸送機

采用交叉側卸式機頭，配備大功率雙速電動機，提高了運煤轉載效率，并向大運量、軟起動、高強度、重型化、堅固耐用方向發展。刮板輸送機采用交叉側卸機頭的優點是轉載效率高，卸煤高度低，節省運輸功率。目前刮板輸送機運輸能力已達到6000t/h，裝機總功率已達4800kW；中部槽的內寬發展到1400mm，結構還發展了整鑄槽幫焊接中板，增加了封底板，保證過煤量達到600萬t以上，中部槽長度向2.35m發展；刮板鏈多選用雙中鏈，鏈環直徑已超過?56mm；鏈環斷面改為橢圓斷面或扇形斷面，以增加鏈環耐磨強度和降低中部槽的高度，刮板鏈增加了機尾自動液壓張緊裝置；驅動裝置的減速器采用兩級行星齒輪結構，以縮小機頭、機尾的體積，與電動機的聯接方式多為CST和變頻系統，以實現刮板輸送機的軟起動。第二節采掘裝備發展趨勢四、工作面電氣設備

采用了高電壓、大容量的干式變壓器和組合式自動調節控制開關，各類設備均裝備有功能齊全的工況參數監測監控系統，正向半自動化和自動化發展。電動機的供電電壓等級已由1140V上升到3.3kV或4.16kV，有的甚至達到5kV。移動變電站容量一般為2×1500kVA+1×1250kVA，最大為2×2500kvA+1×1500kVA，一次電壓6~10kV，二次電壓一般為1.1~3.3kV，也有1.1~4.16kV或1.1~5kV。第二節采掘裝備發展趨勢五、掘進機械

隨著綜采工作面的推進速度不斷加快，為保證正常接續，對工作面運輸巷和回風巷的快速掘進提出了較高要求，日產萬噸的綜采工作面一般要求掘進速度為30~50m/d左右，日產2萬t

則要求掘進速度為60~100m/d，部分斷面掘進機很難達到這樣的速度，掘進機械的改革勢在必行。目前除對部分斷面掘進機加以改進，增加裝機功率，提高掘進速度外，還開發了新的掘錨聯合機組，平均班進35m以上，是部分斷面掘進機的3~4倍。高產高效工作面由于產量大，通風量也就大，運輸巷和回風巷勢必采取雙巷制或三巷制，這就為應用連續采煤機提供了條件，所以多數礦井都應用連續采煤機進行運輸巷和回風巷的掘進。連續采煤機的掘進速度很高，開掘2.5×6m的煤巷，平均日進80~100m，是部分斷面掘進機的6~8倍，最高達到班進210m,因此連續采煤機是高產高效工作面接續的最佳掘進機械之一。第二節采掘裝備發展趨勢礦山機械第二章采煤機械

本章教學的重點與難點重點：采煤機結構與工作原理，采煤機截煤理論難點：電牽引采煤機、連續采煤機、刨煤機結構本章教學的目的與要求了解：切割破巖機理與沖擊破巖機理，截割刀具類型與截齒截割阻力的特點；螺旋滾筒設計參數與截齒配置；連續采煤機螺旋滾筒的結構及截齒配置形式、裝載運輸機構形式。掌握：機械化采煤的類型、工作面所需要的設備、MG750/1800-WD型電牽引采煤機工作原理、作用、類型、組成及總體參數；煤巖物理性質以及機械性質；采煤機截割部傳動系統的結構與組成；無鏈牽引的優點以及牽引機構的分類及特點；連續采煤機與刨煤機的工作原理和基本組成。第二章采煤機械第一節概述

采掘工程立體圖采掘工程平面圖第一節概述礦井巷道及生產系統立體圖1—主井；2—副井；3—井底車場；4—主要運輸石門；5—階段運輸石門；6—風井；7—主要回風石門；8—回風大巷；9—采區運輸石門；10—采區下部車場底板繞道；11—采區下部車場；12—采區煤倉；13—行人進風巷；14—采區運輸上山；15—采區軌道上山；16－采區通風上山；17—上山絞車房；18—采區回風石門；19—采區上部車場；20—采區中部車場；21—區段運輸平巷；22—區段回風平巷；23—聯絡巷；24—區段回風平巷；25—開切眼；26—采煤工作面；27—采空區第一節概述第一節概述

采煤機械定義：在煤礦機械化回采工作面采煤，首先把煤由煤層中采落下來，成為可運輸的塊度，然后裝入刮板輸送機運出工作面，再經順槽的皮帶輸送機運走。這種把煤由煤層中采落下來的機械稱為采煤機械。

采煤機械用于實現回采工作面落煤和裝煤過程的機械化，是機械化采煤工作面的關鍵設備。一、采煤機械的類型類型：滾筒采煤機、刨煤機、連續采煤機和螺旋采煤機。應用廣泛的是雙滾筒式采煤機。(一)滾筒式采煤機

組成：截割部、牽引部、電控裝置和輔助裝置。

優點：具有功率大，煤層適應性強、調高方便、自開缺口、采高范圍大，能截割硬煤，適應較復雜的頂板條件和各種硬度、采高為0.65~8.8m的緩傾斜煤層，可在35°~54°的大傾角條件下工作，對地質條件要求不高。缺點：結構復雜、價格昂貴、破碎的煤塊度小，粉塵含量多，單位體積的能量消耗較大。第一節概述1.按滾筒個數分類(1)單滾筒采煤機：因只有一個工作滾筒，故采煤機結構簡單，重量輕。單滾筒采煤往返運行一次，只能完成一個工作循環。此類采煤機適于在煤層厚度變化不大的條件下使用。MG2×40/120-TBW(2)雙滾筒式采煤機：雙滾筒采煤機機身兩端各有一個工作滾筒，故調高范圍大，適應性強，效率高，可在大部分煤層地質條件下工作。第一節概述2.按牽引機構分類

(1)鏈牽引采煤機：該類采煤機牽引力不足，僅適于緩傾斜、傾斜煤層使用。

(2)無鏈牽引采煤機：該類采煤機結構簡單、維護及檢修方便，牽引力大，制動能力強，且安全性能好，適于緩傾斜和大傾角的工作面使用。3.按牽引部傳動及調速方式分類(1)機械牽引采煤機：采用機械傳動，其優點是操作、維護、檢修方便，適應性強。(2)液壓牽引采煤機：控制、操作簡便，可靠；調速性能好，具有多種功能，適應于各種地質條件。MG100/240-BW

(3)電牽引采煤機：控制操作簡單、傳動效率高。MG100/240-BWD第一節概述(二)刨煤機

刨煤機是一種截深很小而牽引速度又很快的采煤機械。刨煤機主要由刨頭、傳動裝置和工作面輸送機兩大部分組成，與工作面輸送機組成具有落煤、裝煤和運煤功能的機組。優點：截深小，可充分利用礦壓落煤，刨削力和落煤的單位能耗小，出煤塊度大，煤塵少，結構簡單，工作可靠，維護工作量小。缺點：對地質條件的適應性差，適用于煤質較軟不粘頂板，頂板較穩定的薄煤層或中厚煤層，調高比較困難，刨頭與輸送機和底板的摩擦阻力大，電機功率的利用率低。按刨削方式分為靜力刨煤機和動力刨煤機兩類。靜力刨煤機根據其結構不同又有拖鉤刨煤機、滑行刨煤機和刮斗刨煤機等。第一節概述(三)連續采煤機

連續采煤機是房柱式采煤法的主要設備，適應于截高0.8~8.8m的煤層，主要在美國、南非、印度等國使用，近幾年我國開始引進用于采煤和快速掘進。連續采煤機在結構上類似于巷道掘進機，它具有截割、裝載、轉載、調動行走和噴霧防塵等多種功能。按滾筒軸旋向與機身推進方向的關系分為橫滾筒和縱滾筒二類，以橫滾筒居多。按開采煤層厚度分為薄煤層系列和中厚煤層系列。薄煤層系列采高為0.8～1.3m；中厚煤層系列采高為1.3～3.5m和3.5～8.8m。房柱式采煤法示意圖1—房；2-煤柱；3—采柱第一節概述二、對采煤機的要求對采煤機械的要求是根據工作面的賦存條件和采煤工藝的需求而提出的，其基本要求是高產、高效、經濟、安全和可靠，具體要求為：1.生產率方面

采煤機械的生產率應能滿足采煤工作面的產量要求。采煤機的生產能力應與礦井井型、采區及工作面條件相適應，具有較高的生產率及較低的截割比能耗。2.功能方面

采煤機械要適應工作面地質條件(煤層厚度、煤層傾角、底板起伏不平等)，達到較好的使用效果。采煤機要適應所開采煤層的物理性質，根據煤的硬度，含矸量的變化，牽引機構能在工作過程中實現無級調速，以適應煤層硬度變化，充分發揮機器的效能。

第一節概述3.結構方面

機身占空間宜小，特別是高度和寬度受工作條件的限制。機器的體積尺寸要小，并可拆成幾個獨立的部件，便于井下巷道運輸和檢修。4.安全方面

采煤機械所有電氣設備應具有防爆性能，能在存在煤層瓦斯爆炸危險的工作面內安全工作。采煤機械各部分要有良好的防潮、防塵密封，外殼要承受頂板落下的巖塊打擊，具有防止過載和防止下滑的保護與除塵裝置；工作穩定可靠，操作簡單方便，操縱手把或按鈕集中，日常維護工作少且容易。5.可靠性方面由于井下維修困難，采煤機開機率的高低會對工作面甚至礦井的產量直接發生影響，因而對采煤機械要求有較高的使用可靠性，以滿足礦井集約化生產和高產高效的要求。

第一節概述第二節采煤機組成及工作原理

一、采煤機組成(一)采煤機型號采煤機的產品型號由產品系列代號和派生機型代號兩部分組成。型號用阿拉伯數字和漢語拼音字母混合編制，其排列方式如下圖所示。

第二節采煤機組成及工作原理

采煤機型號如表所示，M表示采煤機，特征代號G表示滾筒式。序號用途及結構特征代號1適用于薄煤層B適用于中厚煤層以上省略2適用于煤層傾角35°以下省略適用于煤層傾角35°~55°（大傾角）Q3基型省略高型G矮型A4雙滾筒省略單滾筒T5騎槽式省略爬底板式P（省略B）6搖臂擺角小于120°省略搖臂擺角大于120°（短壁式）N（省略T）7牽引鏈或鋼絲繩牽引省略無鏈牽引W8內牽引省略外牽引F9液壓調速牽引省略電氣調速牽引D

例MG2×160/728-AWD型采煤機，A表示機身為矮型，W表示無鏈牽引機構，D表示電牽引，G表示滾筒式，M表示采煤機，采煤機總裝機功率為728kW，2×160kW表示一個截割部由2個160kW的電機驅動。第二節采煤機組成及工作原理(二)基本結構采煤機主要由截割部、牽引部、電控裝置、附屬裝置等組成。第二節采煤機組成及工作原理

截割部包括截割部齒輪減速箱和螺旋滾筒。主要作用是將電動機的動力傳至滾筒，由滾筒將煤壁上的煤截割下來，并裝入工作面刮板輸送機。

牽引部由牽引部齒輪減速箱和無鏈牽引機構組成。利用電動機的動力來牽引，采煤機沿工作面全長移動。電牽引采煤機都采用無鏈牽引機構，以適應大功率采煤機對牽引性能和可靠性的要求，以及工作面傾角較大時可能下滑的安全要求。第二節采煤機組成及工作原理

電控裝置包括電動機、電牽引調速的控制系統，各種保護和故障診斷的控制、狀態顯示、報警裝置等。滾筒位置顯示器，給出采煤機提供滾筒位置高低的信息。有的采煤機裝有自動調高系統，利用煤巖界面傳感器或記憶頂底板變化的計算機程序來自動調高，以適應頂底板變化和滾筒高度變化的一致性。采煤機位置顯示器主要用于采煤機及液壓支架聯控系統，根據采煤機的位置，自動地控制液壓支架的各種動作，使采煤機與支架保持合理的步距，做到緊跟快移。

附屬裝置是用于保證采煤機工作更加可靠、性能更加完善的一些裝置。包括采煤機機身調斜液壓缸、滾筒調高液壓缸、采煤機導向裝置以及搖臂的冷卻系統、噴霧降塵系統等。第二節采煤機組成及工作原理二、采煤機工作原理(一)采煤工作面設備布置及工作方法長壁工作面的采煤過程主要有落煤、裝煤、運煤和頂板支護及管理四大工序。按照這些工序的機械化程度不同，分為普通機械化采煤即普采、高檔普采和綜合機械化采煤即綜采三種機械化采煤類型。

普通機械化采煤是用單滾筒采煤機或刨煤機的截齒落煤，借助滾筒的螺旋葉片或煤刨的斜面將碎落的煤炭推運并裝入刮板輸送機，再由刮板輸送機將煤炭運出工作面，工作面采用金屬摩擦支柱和金屬鉸接頂梁支護和管理。

高檔普通機械化采煤是用功率較大的采煤機或刨煤機落煤、裝煤，用運輸量和功率較大的刮板輸送機運煤，頂板支護和管理采用單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁。第二節采煤機組成及工作原理

綜合機械化采煤是采用大功率雙滾筒采煤機落煤、裝煤，重型可彎曲輸送機運煤，液壓支架支護管理頂板和推移刮板輸送機，使采煤工作面的落、裝、運、支各工序全部實現了機械化。且隨著工作面向前推進，自移式液壓支架能依靠本身具有的液壓裝置移至新的位置。綜合機械化采煤工作面采煤機械的設備布置如圖所示。

雙滾筒采煤機1完成落煤和把煤裝入可彎曲刮板輸送機2，運到下回采巷道轉載機5上，由轉載機將煤裝到可伸縮皮帶輸送機6上，運到采區煤倉14內。隨著工作面的推進，可伸縮皮帶輸送機可由推進裝置進行整體移動。工作面的支護機械是一種可自移的液壓支架3，沿工作面全長排列，支護著頂板，隨著采煤機后面液壓支架一架一架前移，以支護裸露出的頂板，支架后的頂板則讓其垮落。第二節采煤機組成及工作原理液壓支架內的推溜千斤頂將刮板輸送機推進到新的煤壁，支架所需高壓液體，由安置在回采巷道的液壓泵站9供給。端頭支架4用來支護工作面兩端的頂板，絞車12是運送材料和設備用的。采煤機的割煤是通過裝有截齒的螺旋滾筒旋轉和采煤機牽引運行的作用進行切割的，從煤壁上切出月牙狀的煤屑。采煤機裝煤是通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進行裝載的，將從煤壁上切割下的煤運出，再利用葉片外緣將煤拋至工作面刮板輸送機溜槽內運走。第二節采煤機組成及工作原理第二節采煤機組成及工作原理第二節采煤機組成及工作原理(二)采煤機進刀方式雙滾筒采煤機在工作面內的工作方法是一次采全高穿梭式采煤，并在兩端自開缺口。當采煤機沿工作面割完一刀后，需要重新將滾筒切入煤壁，推進一個截深，這一過程稱為“進刀”。采煤機進刀方式，也就是自開切口的方法，常用的進刀方式有斜切進刀法和正切進刀法。所謂斜切就是首選將刮板輸送機變斜，采煤機斜切一刀，然后刮板輸送機變直，再返回斜切一刀，形成一個切口，采煤機就可進入切口，接著反向截煤。1.端部斜切法利用采煤機在工作面約25～30m的范圍內斜切進刀稱為端部斜切法，如圖所示。第二節采煤機組成及工作原理(a)(b)(c)

(1)采煤機下行正常割煤時，滾筒2割頂部煤，滾筒1割底部煤(圖a)，在離滾筒1約10m處開始逐段移輸送機；當采煤機割到下順槽處時，將滾筒2逐漸下降，以割底部殘留煤，同時將輸送機移成如圖b所示的蛇彎形。

(2)將滾筒1升到頂部，然后開始上行斜切(圖b虛線所示)，斜切長度為20m左右，同時將輸送機移成直線(圖c)。第二節采煤機組成及工作原理

(3)將滾筒1下降割煤，同時將滾筒2上升，然后開始下行斜切(圖c中虛線所示)，直到下順槽。

(4)將滾筒位置上下對調，如圖d所示，然后快速移過斜切長度開始上行正常割煤。隨即移動下部輸送機，直到上順槽，又重復上述進刀過程。這種進刀方法工序復雜，適用于工作面較長，頂板較穩定的條件。2.中部斜切法利用采煤機在工作面中部斜切進刀稱為中部斜切法。第二節采煤機組成及工作原理(c)(d)(a)(b)(1)開始時工作面是直的，輸送機在工作面中部彎曲(圖a)；采煤機在下順槽將滾筒1升起，待滾筒2割完殘留煤后快速上行到工作面中部，裝凈上一刀留下的浮煤，并逐步使滾筒斜切入煤壁(圖a中虛線)；然后轉入正常割煤，直到上順槽；將滾筒下降割殘留煤，同時將下部輸送機移直，這時，工作面是彎的，輸送機是直的(圖b)。(2)將滾筒2升起，機器下行割掉殘留煤后即快速移到中部，逐步使滾筒切入煤壁(圖b虛線)，轉而正常割煤，直到下順槽；并將滾筒2下降，即完成了一次進刀；然后將上部輸送機逐段前移成圖c所示，即又恢復以工作面是直的，輸送機是彎的位置。第二節采煤機組成及工作原理(c)(3)將滾筒1上升，機器又快速移到工作面中部，又開始新的斜切進刀，重復上述過程。

中部斜切進刀法的特點是：每進兩刀只改變行走方向4次，和端部斜切進刀法比較，工序比較簡單，節省時間；采煤機快速移動時可裝干凈上次進刀留下的浮煤，裝煤效果好；采煤機割煤時，刮板輸送機機頭處于不移動狀態，且有一半時間完全呈直線，延長了刮板輸送機的壽命。

缺點是在滯后支護條件下，采用中部斜切法，空頂的面積和時間要比端部斜切法大。因此，中部斜切法適用于工作面較短、片幫嚴重的煤層條件。

3.正切進刀法(鉆入法)鉆入法是在工作面兩端用千斤頂將輸送機及其上面的采煤機滾筒推向煤壁，利用滾筒端盤面上的截齒鉆入煤壁，以實現進刀。第二節采煤機組成及工作原理(a)(b)(c)

(1)當采煤機割到工作面一端后(圖a)，放下上滾筒，返回割一個機身長的底部煤，則工作面如圖b所示。(2)開動滾筒，并靠推移千斤頂將輸送機連同采煤機強行推入煤壁。為便于鉆入，在推溜同時將采煤機在1m距離內往復牽引，直到鉆入一個截深(圖c)。(3)滾筒切入后，變換前后滾筒高度，割去端面殘余煤，再轉入正常割煤狀態。正切進刀法工作面空頂面積小，切入時間短，適用于頂板破碎的工作面，但要求輸送機和采煤機能承受較大的橫向推力，輸送機、采煤機搖臂強度高。第二節采煤機組成及工作原理第三節采煤機截煤理論

第三節采煤機截煤理論采煤機的工作對象是煤和巖石，滾筒破碎煤巖體的效果主要取決于滾筒的質量。截煤理論主要研究截割刀具和滾筒截割破碎煤巖體的方法、機理、載荷、參數、動力學等的基本規律。研究截煤理論，優化截煤機制，才能創造出比能耗小、煤塵少、塊煤率高的新型滾筒與截割刀具。由于煤層是脆性固體，表現在構造的非均質、裂隙性，應力的各向異性，載荷的隨機性，機械破碎煤巖體有擠壓、沖擊、彎折、劈裂和研磨等多種方法，在破落過程中，是多種破落方法共同起作用。因此不能采用彈性理論和塑性理論，而采用能量方法來描述煤巖破碎特征更為合適。一、煤巖堅固性堅固性是表示煤巖破碎難易程度的綜合指標，是煤巖體抵抗拉壓、剪切、彎曲和熱力等作用的綜合表現，反映了各種采掘作業的難易程度。

堅固性系數又稱普氏系數，表示煤巖的堅固性大小，可以用搗碎法測量堅固性系數，也可以根據煤巖的極限抗壓強度近似確定。一般f<4為煤，4≤f<8為中等堅固巖石，f≥8為堅固巖石。煤分三級，f<1.5為軟煤，1.5≤f≤3為中硬煤，f>3為硬煤。二、截割阻抗

截割阻抗綜合反映了煤的物理力學性質、地壓及包裹體等因素的影響。截割阻抗A又叫截割阻力系數、抗截割強度，即單位切削深度的截割阻力。對某一種煤巖而言，用結構參數確定的刀具進行截割，單位截割深度的截割阻力大體為常數。截割阻抗是在現場測定的，測量信號是刀具的截割阻力，根據截割深度得出截割阻抗A。為得到一個工作面的截割阻抗，需在工作面接近頂板、底板、截高中間處及沿煤層傾斜方向不同部位進行多次測量，取其平均值作為該工作面的截割阻抗。第三節采煤機截煤理論三、截割機理關于截割破落煤巖的過程，流行的機理學說主要有楔裂說、剪裂說、密實核說、斷裂力學說和剪切變形說等。密實核截割機理如下圖所示。截齒刀刃接觸煤體時產生集中應力，當達到極限值時，煤巖體會被局部粉碎成末，形成處于體積壓縮狀態的核，稱為密實核。密實核位于緊貼刀具前面的煤巖體內，使煤巖體受到向自由表面作用的拉伸力。刀具繼續向前移動，使密實核內的壓強逐漸增大。當達到一定程度時，小塊1崩落而使煤巖體表面形成缺口。密實核中的少量粉末沿著刀具的前面高速噴出，使密實核的體積縮小，壓強降低。刀具繼續向前移動，密實核又重新發育，其體積和壓強又逐漸增大，導致小塊2崩落。如此反復多次，崩落的塊漸漸變大，最后沿著裂紋崩落大塊4，使密實核消失。第三節采煤機截煤理論對應的力學特性為以壓應力對密實核起壓碎作用，以剪應力產生裂縫，以拉應力擴大裂縫，直到塊煤飛出，具有脆性破碎的特性。

截割破碎煤巖的過程中由于密實核的發育變化，對應的截割阻力呈鋸齒形變化。該阻力是變載荷，屬動載荷中的隨機載荷。密實核形成的原因是截齒排屑時前刃面上的摩擦力大于排屑力，阻礙排屑而形成密實核。若密實核的體積與同時被破碎的體積之比達到最小，破碎過程即為最優。采用低速強力截割采下足夠大的塊煤就是符合這一要求的破碎過程。如果能夠充分利用煤巖的裂縫和抗拉最弱的特點進行截割，則是比能耗較小、煤的塊度較大、煤塵少，截割性能最佳的截割煤巖方法。第三節采煤機截煤理論四、截齒的幾何形狀截齒由齒體和硬質合金頭兩部分組成。截齒的幾何形狀和質量直接影響采煤機的工況、能耗、生產率和噸煤成本，丟失截齒將增大采煤機的功率、牽引力和振動。新型截齒的要求是強度高、耐磨性好、幾何形狀合理、截割比能耗低、煤屑塊度大、在齒座上安裝可靠、易拆裝、壽命長、能適應較多的煤層條件。截齒齒頭按幾何形狀不同分扁形截齒(刀形截齒、矩形截齒)和鎬形截齒(錐形截齒)，按截齒安裝方式的不同分徑向截齒和切向截齒。扁形截齒可以徑向安裝(圖a和圖b)，也可以切向安裝(圖c)。鎬形只能切向安裝(圖d)，在齒座中能轉動。截齒上部是齒頭，鑲嵌有硬質合金齒尖；截齒下部是齒桿(柄)，裝在齒座之中。固定截齒的方法較多，要求固定牢靠，拆裝方便而迅速。第三節采煤機截煤理論橢圓形和楔形的扁形截齒截割阻力、進刀力、比能耗、煤塵降低，密實核小，截齒強度高。同時切向扁形截齒比徑向截齒的截割性能優越，截角小、阻力小，截割阻力的合力大致沿截齒齒桿軸線，彎矩小、強度高；截齒前面空間大，煤流暢通，煤塵少，塊煤率較高。扁形截齒適應性好，適用于截割各種硬度的煤，包括硬煤和粘性煤。鎬形截齒落煤時靠齒尖的尖劈作用楔入煤體而將煤碎落，切削深度較小，齒尖易被截槽包住，增大摩擦阻力，造成切削阻力大，磨損快。在脆性堅硬或磨蝕性強及裂隙多的煤巖中，鎬形截齒的自轉使截齒磨損均勻，比扁形截齒壽命長。在截割韌性煤和切屑較大時，鎬形截齒的截割力和比能耗增大。1-截齒；2-齒套；3-齒座；4、5-彈性擋圈鎬形截齒第三節采煤機截煤理論第四節電牽引采煤機

一、電牽引采煤機的發展

世界第一臺直流電牽引（他勵）采煤機是由德國艾柯夫公司1976年研制的EDW-150-2L型采煤機，1976年5月在德國杜塞爾多夫展出，1976年11月15日在奧地利特里美卡爾姆礦首次試用成功，最高月產33590t，故障率只是液壓牽引采煤機的1/5。1980年5月EDW-450L型電牽引采煤機在德國薩爾礦區恩斯多夫礦使用，平均日產8015t。1980年生產的EDW-450/1000采煤機于1989年在澳大利亞尤蘭礦使用，1995年8月8日在該礦創日產34130t的紀錄。

美國JOY公司于1976年研制出1LS直流（串勵）電牽引采煤機。以后陸續改進發展為2LS、3LS、4LS系列，1990年生產了6LS系列直流電牽引采煤機，2011年生產了8LS系列大功率采煤機，總裝機功率已超過3000kW，是目前世界上功率最大的采煤機。1988年3LS系列采煤機在美國米梯基礦創造了年平均日產11380t，月平均日產15854t，年產量2.5Mt的世界最高紀錄；采煤機開機率95%以上，出煤3.5Mt大修一次。4LS系列采煤機于1989年在美國肯德基州狼溪礦（煤層厚度1.7m）創年產2.8Mt的世界紀錄。第四節電牽引采煤機

英國1984年生產了第一臺ELECTRA550直流（復勵）電牽引采煤機。ELECTRAl000采煤機于1990年5月在美國伊利諾依州老本25號礦使用，產煤336萬t，1990年7月在美國雅木帕礦使用，班(10h)產16204t，創造了月產和班產的世界最高紀錄；1994年在美國塞浦路斯礦業公司(CYPRUSAMAXMinerals)使用，最高日產76573t和最高月產478564t商品煤；1994年塞浦路斯礦業公司科羅拉多州20英里礦使用，創年產4.08Mt商品煤的世界最高紀錄。1997年6月，使用ELECTRA3000型電牽引采煤機創約1Mt的世界紀錄。

前蘇聯于1977年在井下使用了K128Π(2×200，41kW)直流電牽引采煤機，1982年生產了直流電牽引（串勵）ΚЩЭ采煤機，1987年生產了直流電牽引(他勵)РΚУΠ采煤機；1990年井下使用了電牽引采煤機231臺。

我國于1987年從美國JOY公司引進了3LS系列采煤機2臺，用于鶴崗礦務局興安煤礦；1992年從德國引進EDW－450/1000L型電牽引采煤機，用于古書院礦；1994年從英國引進ELECTRAl000采煤機，在常村礦使用；1996年從美國JOY公司引進6LS直流電牽引采煤機，在神府公司大柳塔礦使用，1996年3月19日班產煤11869t，達到國際先進水平。第四節電牽引采煤機

1990年我國雞西煤礦機械廠生產了MG463DW型直流電牽引采煤機；1994年西安煤礦機械廠生產了MXA-380型直流電牽引采煤機，1996年生產了MXB-880型直流電牽引采煤機。太原礦山機器廠從英國安德森公司引進和合作生產了ELECTRAl000型電牽引采煤機。在電牽引采煤機的發展中，除日本外，世界許多國家先是發展直流電牽引采煤機。直流電牽引技術能滿足采煤機牽引特性（恒扭矩－恒功率）的要求，調速平穩，能四象限運行，適應大傾角工作面的運行，系統簡單，但存在過載能力較低以及機身較寬、較長等缺點。

交流調速技術發展很快，1971年德國西門子公司和美國提出矢量控制，后來德國又提出微機實現矢量控制，從而得到實際應用，達到了直流調速的技術水平，而且價格又呈下降趨勢。1985年德國又提出了轉矩直接控制法，其動態性能又優于矢量控制，1989年研制出樣機，取得成功，而且發展迅速，因此交流調速成為發展方向。同時，大規模專用集成電路PWM模塊的使用，使系統簡單，體積小，可靠性高，成本不斷降低。第四節電牽引采煤機

自日本三井三池制作所于1986年研制出世界第一臺MCLE400-DR6868交流電牽引采煤機以來，相繼日本研制了DR101101型、DR102102型、1989年5月德國開始生產EDW380/400L型、1993年出廠SL-500型、英國1991年3月使用ELECTRA750型、EL600型、1991年俄羅斯生產K889型、1995年法國生產PANDA-E型交流電牽引采煤機。我國于1990年起相繼研制出MG344-PWD型、MG375/830-WD型等交流調速電牽引采煤機。二、電牽引采煤機的優點1.具有良好的牽引特性

采煤機牽引負載特性在截割時多為恒轉矩特性，所需動力機械特性為硬特性；調動時是恒功率特性，所需動力機械的機械特性為軟特性。對調速特性來講，速度剛度越大，其調速過程或工作速度就越平穩。第四節電牽引采煤機

液壓牽引的機械特性除了受負載影響外，還受油液的泄漏、粘度、溫度和清潔度和維修質量的影響，特性曲線慢慢變軟。但電動機特性除了受負載影響外，就沒有像液壓傳動那樣受多種因素的影響，因此，電牽引的牽引特性好，調速平穩性好，牽引特性曲線可長時間的保持穩定。2.機械傳動結構簡單、傳動效率高電牽引采煤機采用了多電機和獨立驅動、模塊式結構設計，使傳動系統和結構簡化。電牽引采煤機將電能轉換為機械能只作一次轉換，效率可達0.9以上；而液壓牽引由于能量的幾次轉換，再加上存在的泄漏損失，機械摩擦損失和液壓損失，效率只有0.65～0.7。3.牽引力大、牽引速度高、可用率高電牽引采煤機的牽引力可達1620kN，牽引速度截割時為12～16m/min，裝機總功率已超3000kW，其牽引速度和可用率都明顯高于液壓牽引的采煤機。電牽引采煤機的可用率可達96%～98%，而液壓牽引采煤機的可用率一般在50%～60%以下。第四節電牽引采煤機4.生產率高

由于牽引力大，牽引速度高，截割電動機功率大，尤其是故障率非常低，因此生產率高。三、電牽引采煤機布置形式我國煤礦地質條件變化較大，各礦井的具體情況也不同，需要適應各種條件的采煤機。采煤機的總體結構大致相似，但有不同的布置方式，呈多樣化趨勢發展。1.橫向多電動機驅動交流電牽引采煤機采用橫向多電動機布置的總體結構，結構簡單，性能可靠，各大部件之間只有連接關系，沒有傳動環節。其主要結構特點是：(1)整機為多電動機橫向布置，抽屜式框架結構，機身由3段組成，無底托架。采用液壓拉杠和高強度螺栓聯接為一個剛性整體。第四節電牽引采煤機

(2)3個獨立的電氣箱部件和1個獨立的調高泵箱部件分別從采空區側裝入中間連接框架內以及左、右行走部的一段框架內，所有部件均可從采空區側抽出，該4個獨立部件不受力，拆裝運輸、維修方便。

(3)采用直搖臂，左右可互換，左右行走部對稱，結構完全相同。機身較短，對工作面適應性好，可以方便地調整采煤機寬度，能適應與各種工作面輸送機配套和不同綜采工作面的需要。

(4)搖臂支承座受到的截割阻力、調高液壓缸支承座受到的支反力、行走機構的牽引反力均由行走部箱體承受，各大部件之間無力的傳遞。(5)行走部電氣驅動系統具有四象限運行的能力，可用于大傾角工作面，采用回饋制動，并采用了“一拖一”(即兩臺變頻器分別拖動兩臺行走電動機)，提高了采煤機行走的可靠性。(6)搖臂行星頭為雙級行星傳動結構，末級采用四行星輪結構，行星頭外徑尺寸小，可以配套的滾筒直徑范圍大。搖臂設有齒式離合器及扭矩軸機械保護裝置，以實現離合滾筒及電動機、機械傳動系統的過載保護。第四節電牽引采煤機(7)調高系統液壓元部件均集成安裝于調高泵箱上平面，液壓元件均采用成熟定型的產品，系統簡單、管路少、可靠性高。(8)采用銷軌式無鏈牽引系統，行走部與行走箱為兩個獨立的箱體，煤壁側的平滑靴采用一支撐板與行走部機殼連接，與工作面輸送機配套性能好，適用范圍廣。

其缺點不能在左右截割部和行走部之間進行功率分配；電控系統復雜。2.縱向單電動機驅動電動機縱向布置在采煤機中部機身上，主要用在液壓牽引的滾筒采煤機上。對于雙滾筒采煤機，電動機兩端輸出軸分別驅動左右兩個截割部、牽引部，截割部和牽引部為各自獨立的部件，安裝在底托架基體上；對于單滾筒采煤機，電動機兩端輸出軸的一端驅動截割部，另一端驅動牽引部。如MG150、MG300系列以及國外的AM-500型、EDW-300型等。縱向單電動機驅動方式能在左右截割部和牽引部之間進行功率合理分配，電動機臺數少，控制系統簡單、便于操作；但機身高度大，運輸和裝拆不便。第四節電牽引采煤機3.縱向多電動機驅動縱向多電動機驅動布置方式的優點是兩滾筒分別由兩臺縱向電動機經減速箱驅動，使機身長度縮短，截割部結構大為簡化，搖臂與牽引部兩端鉸接，支撐簡單，可靠性高；搖臂繞牽引部調高，調高范圍大。其缺點是整機重心比一般采煤機高，穩定性較差，機身不能調斜，不能橫向切入煤壁；調高部分重量大，需配強力調高液壓缸。這種布置方式無底托架，機身較短，搖臂可調高，截割部由各自的電動機驅動，牽引部由一臺電動機驅動。第四節電牽引采煤機四、電牽引采煤機基本參數1.牽引速度和牽引力

牽引速度與生產率、塊煤率、煤塵、電動機功率等近似地成正比，與比能耗近似地成反比。截割時的牽引速度和牽引力能否大幅度提高，是高產高效綜采的突破口。

液壓牽引采煤機在截割時的牽引速度一般可達6m/min左右，而電牽引采煤機牽引速度一般為10m/min以上，最高可達54.5m/min。這么高的牽引速度，必須有相應的更大的牽引力。

目前7LS8型電牽引采煤機的牽引力可達1620kN，而液壓牽引采煤機的最大牽引力為600kN。第四節電牽引采煤機2.滾筒的轉速和截割速度

滾筒轉速已呈現出低速化的趨勢，最低轉速已達22~25r/min。滾筒轉速若再降低，其裝煤效果將明顯變差，甚至發生裝煤時滾筒被堵塞的現象。

為避免截割時磨損齒座和螺旋葉片，截齒伸出量應大于最大切削深度hmax，如最大切削深度hmax為70~75mm時，對應徑向截齒的伸出量為105mm，對應切向截齒的伸出量為160mm。

要使截割比能耗低和生產率高，必須提高牽引速度，降低滾筒轉速，減少一線齒數，使煤的塊度較大，采用棋盤式配置和大截齒就能達到比能耗低和生產率高的要求。第四節電牽引采煤機3.截割電動機和牽引電動機的功率

電牽引提高了牽引速度、牽引力和生產率，這必須由增大截割和牽引電動機的功率來保證。

在功率增大的同時，必須考慮比能耗的降低。為提高生產率、增大滾筒的截深，必然增大電動機功率。

截割電動機的功率直接反映截齒的單刀截割力。當牽引速度大幅提高時，切削深度也相應增大，所需的單刀力也增大。

大功率液壓采煤機單刀力可達1600kN左右，而電牽引采煤機的單刀力可達3000kN左右。第四節電牽引采煤機五、截割部截煤部包括工作機構及其傳動裝置，消耗的功率約占整個采煤機功率的80～90%。

(一)螺旋滾筒螺旋滾筒是采煤機落煤和裝煤的工作機構，能適應煤層的地質條件和先進的采煤方法及采煤工藝，具有落煤、裝煤、自開切口的功能。1.基本結構筒轂與滾筒軸固定在一起。螺旋葉片用來將截落的碎煤推至滾筒的采空側，裝入刮板輸送機。

端盤緊貼煤壁工作，以切出新的整齊的煤壁，為防止端盤與煤壁相碰，端盤邊緣的截齒向煤壁側傾斜，端盤上截齒截出的寬度為80～120mm。齒座孔中安裝截齒，葉片上兩齒座間布置有內噴霧噴嘴。1-螺旋葉片；2-端盤；3-齒座；4-噴嘴；5-筒轂；6-截齒螺旋滾筒第四節電牽引采煤機端盤緊靠煤壁側，其外圓按截齒截割順序焊裝齒座，齒座有的向煤壁側傾斜，也可向采空區側傾斜，傾角為10°~30°。螺旋葉片是滾筒的部件，用來將落下的煤裝入刮板輸送機，滾筒上通常焊有2-4條螺旋葉片。筒轂是滾筒與截割部機械傳動裝置輸出軸連接的部件，以帶動滾筒旋轉。其連接方式有方軸、錐軸和錐盤。筒轂一般為圓柱狀，也可以做成圓錐狀和半球狀。為實現噴霧降塵，滾筒都設有由內噴嘴座、噴嘴、U形管卡、O形密封圈及噴霧供水水路等組成的內噴霧裝置。內噴霧供水水路由連接法蘭盤中的通水孔槽、端盤板和葉片內緣的環形水槽、端盤、葉片中的徑向孔連通，由噴嘴實現內噴霧。第四節電牽引采煤機2.滾筒的結構參數滾筒的結構參數包括滾筒的3個直徑、滾筒寬度、螺旋葉片參數。針對不同煤層賦存條件選擇合理的結構參數，才能充分發揮采煤機的落煤、裝煤能力。1)滾筒的3個直徑滾筒的3個直徑，即滾筒直徑D，螺旋葉片外緣直徑Dy和筒轂直徑Dg。滾筒直徑是指滾筒上截齒齒尖的截割圓直徑，滾筒直徑尺寸已成系列，可根據煤層厚度選擇。第四節電牽引采煤機1-螺旋葉片；2-端盤；3-齒座；4-噴嘴；5-筒轂；6-截齒螺旋滾筒對于薄煤層雙滾筒采煤機或一次采全高的單滾筒采煤機，滾筒直徑按下式選取式中Hmin―最小煤層厚度，m。對于中厚煤層滾筒采煤機，后滾筒的截割高度一般小于滾筒直徑。因截割高度為0.84D時平均切削厚度最大，因此滾筒直徑D應按下式選取式中H―截割高度，m。

筒轂直徑Dg越小，螺旋葉片的運煤空間越大，有利于裝煤。筒轂直徑Dg越大，則滾筒內容納碎煤的空間越小，碎煤在滾筒內循環和重復破碎的可能性越大。第四節電牽引采煤機2)滾筒寬度滾筒寬度B是滾筒邊緣到端盤最外側截齒齒尖的距離，即采煤機的理論截深。滾筒寬度應等于或大于采煤機的截深。目前采煤機的截深從0.6～1.0m有多種，其中以0.8m用得最多。滾筒寬度一般為0.8m。對于較薄的煤層，為提高采煤機生產率，滾筒寬度可為1.0m；對于較厚的煤層，為改善頂板支護性能，寬度可取0.6m。3)螺旋葉片參數螺旋葉片的參數主要包括葉片旋向、導程、升角、葉片頭數等。滾筒的螺旋葉片有左旋和右旋之分，如圖所示。螺旋葉片第四節電牽引采煤機對單頭螺旋葉片來說，如果用Dy和Dg分別表示螺旋葉片的外徑和內徑，L為螺旋葉片的導程，螺旋葉片的外緣升角αy和內緣升角αg分別為螺旋升角大小直接影響滾筒的裝煤效果，升角較大時，排煤能力強，裝煤速度快。但升角過大會把煤拋到中部槽的采空區；升角過小，煤在螺旋葉片內循環，造成煤的重復破碎。對于雙頭螺旋葉片，螺旋升角為式中n—螺旋頭數；s—螺距。

螺旋葉片的頭數一般為2～4頭。以雙頭用得最多，三、四頭只用于直徑較大的滾筒或用于開采硬煤。第四節電牽引采煤機3.滾筒的轉向和轉速1)滾筒轉向為了向輸送機運煤，滾筒的轉向必須與滾筒的螺旋方向一致。對逆時針方向旋轉的滾筒，葉片應為左旋；順時針方向旋轉的滾筒，葉片應為右旋。即“左轉左旋，右轉右旋”。采煤機在往返采煤的過程中，滾筒的轉向不能改變，從而有順轉和逆轉。順轉，截齒截割方向與碎煤下落方向相同；逆轉，截齒截割方向與碎煤下落方向相反。為了使兩個滾筒的截割阻力能相互抵消以增加機器的工作穩定性，必須使兩個滾筒的轉向相反。滾筒的轉向分為正向對滾(圖a)和反向對滾(圖b)。

采用正向對滾時，割頂部煤的前滾筒順轉，煤塵較少，碎煤不易拋出傷人。采用反向對滾時，前滾筒產生的煤塵多，碎煤易傷人，但煤流不被搖臂擋住，裝煤口尺寸大。第四節電牽引采煤機2)滾筒轉速滾筒轉速首先要保證裝載生產率的要求。中厚和厚煤層采煤機滾筒轉速一般為25~40r/min。滾筒轉速為25r/min時裝煤效果較好，滾筒轉速在20r/min左右時就出現裝煤效果很差或滾筒堵塞現象。滾筒轉速的計算公式為式中v－牽引速度，m/min；hmax－滾筒最大切削深度，cm；m－同一截線上的截齒數。4.滾筒的裝載性能螺旋滾筒先是由葉片產生的軸向推力和速度，將煤塊由煤壁向刮板輸送機輸送，然后由葉片產生的裝煤力和裝載速度向中部槽裝煤。裝載性能指標主要包括裝載效率、滾筒內循環煤量、裝載功率及比能耗、裝載阻力矩等。影響裝載性能的參數有滾筒轉速、滾筒轉向、螺旋升角、出煤口斷面、搖臂形狀、煤的塊度等。第四節電牽引采煤機1)滾筒轉速對裝載性能的影響

裝載量Q與轉速n成正比，n>30~80r/min時，轉速越大，裝載量越小，但變化并不大，隨著轉速的增加循環煤量增多。滾筒內若有一部分煤沒有被裝走，則在筒轂上循環后被滾筒排出。產生循環煤量Q'的因素主要是滾筒里充滿程度、牽引速度、滾筒轉速、葉片升角、煤塊與筒轂的摩擦系數等。隨著這些因素的增長，循環煤量增加。牽引速度的增大，導致充滿系數和循環系數的更快增加。

葉片升角為18°~23°時循環煤量Q‘最小，如右圖所示。英國紐卡斯爾大學試驗葉片升角α與Q'關系第四節電牽引采煤機2)滾筒轉向對裝載性能的影響

滾筒有兩種轉向，即從底到頂截割的轉向和從頂板到底板截割的轉向。從底到頂截割轉向的裝載生產率高，裝載效率達0.9左右，但循環煤量有所增加，雙滾筒采煤機后滾筒的轉向就是此轉向。從頂到底截割轉向的裝載效率達0.6，但循環煤量較少，此轉向在雙滾筒中用于前滾筒。薄煤層采煤機后滾筒采用從頂到底截割的轉向，此轉向裝載效率高，阻力小，煤被破碎次數少。根據對轉速和轉向、循環煤量、臨界轉速的分析，對裝煤而言，滾筒轉速n的合理值應為n1＜n＜n2

式中n1、n2－滾筒內最大、最小循環煤量對應的滾筒轉速。第四節電牽引采煤機3)螺旋升角對裝載性能的影響

螺旋升角α是影響裝載性能的關鍵因素之一。螺旋滾筒裝載量Q與升角α的關系近似于雙曲線，如圖所示。最佳升角反映裝煤量最多、比能耗最小、循環煤量最小等，當然要同時達到最佳值是不可能的。英國紐卡斯爾大學為18°，英國礦業研究院18°(轉速大于35r/min)和26°(轉速小于35r/min)，德國埃森采礦研究院是30°~35°(Q最大)。近年來為了使阻力矩平穩，葉片之間具有重疊角，設計時較難達到α=30°~35°，況且α>30°后循環煤量劇增，因此電牽引采煤機最佳升角為16°~22°。英國紐卡斯爾大學試驗曲線第四節電牽引采煤機

5.滾筒裝煤的動力特性隨著轉速的增加，循環煤增多，對裝載量來講，裝載量是隨牽引速度的增加而增加，且比較明顯，而裝載量隨轉速的增加而增加并不明顯。根據螺旋滾筒截割和裝載性能的分析，螺旋滾筒具有截割和裝載合二為一的特點，截割和裝載性能的共性如下:(1)滾筒轉速的降低使截割和裝載的比能耗同時呈雙曲線下降。

(2)隨著牽引速度的提高使截割和裝載的功率同時增加，比能耗呈雙曲線下降。(3)對截割來講，轉速降低和牽引速度增高可使切削深度增大，使塊煤率增加；對裝載來講，轉速降低可使循環煤量減少。降低轉速、提高牽引速度可使采煤機具有最佳截割和裝載性能。第四節電牽引采煤機6.截齒的配置

1)端盤上的截齒配置

端盤截齒齒尖應排成弧形，最邊緣截線上截齒安裝角為53°-55°，以利斜切煤壁。最邊緣截線上的截齒工作條件最差，故配置的截齒最多。靠煤壁側的截刃最好傾斜為8°～10°，與煤壁間留有間隙。端盤截距較小，而且越貼近煤壁，截距越小，平均截距約比葉片上截線截距小1/2。由圖可見，端盤部分的截齒較密，每條截線上的截齒數一般比葉片上多2～3個截齒。端盤截齒一般分為2～4組，每組有一個0°齒，2～6個傾斜安裝的截齒。傾角應順滾筒轉向從小到大順序排列，截距應從煤壁向外逐漸增大。每組截齒中還可設幾個向采空區傾斜20°～30°的截齒，以抵消一部分滾筒軸向力。

截齒配置圖第四節電牽引采煤機

2)葉片上的截齒配置

葉片上截齒的截距一般為32～65mm，葉片上每條截線上的截齒數m=1~3，截齒在葉片上的配置方式分為三種，如圖所示。

(1)順序配置(圖a)。截割煤時，截齒上受到的側向力較大。葉片頭數與同一截線上的截齒數相等。

(2)交錯(棋盤)配置(圖b)。截煤時每個截齒在相鄰兩截齒超前開出半個切屑厚度的煤體上工作，截割條件好，截齒不受側向。

(3)混合配置(圖c、d)。切屑斷面接近交錯配置，有側向力，形成的切屑厚度不等。3)端面上的截齒配置采用正切進刀法時滾筒要鉆入煤壁，端盤端面必須裝有截齒，且應有排煤口。端面截齒配置有阿基米德螺旋線、弧線式及直線輻條三種方式。葉片不同截齒配置的切削圖(a)順序配置；(b)交錯配置；(c)、(d)混合配置第四節電牽引采煤機(二)截割部傳動裝置截割部傳動裝置的功能是將電動機的動力傳遞到滾筒上，以滿足滾筒工作的需要，同時還應適應滾筒調高的要求，使滾筒保持適當的工作位置。由于截割消耗采煤機總功率的80%～90%，因此要求傳動裝置具有高強度、剛度和可靠性，良好的潤滑密封、散熱條件和較高的傳動效率。1.傳動方式采煤機截割部都采用齒輪傳動，常見的傳動方式有以下幾種：1)電動機—固定減速箱—搖臂—滾筒這種傳動方式的特點是傳動簡單，搖臂從固定減速箱端部伸出，支撐可靠，強度和剛度好。但搖臂下降的最低位置受刮板輸送機限制，臥底量較小。第四節電牽引采煤機2)電動機—固定減速箱—搖臂—行星齒輪傳動—滾筒這種方式在滾筒內裝了行星齒輪傳動，前幾級傳動比減小，簡化了傳動系統，但增大了筒轂尺寸，故這種傳動方式適用于中厚煤層采煤機。3)電動機—減速箱—滾筒

這種傳動方式取消了搖臂，靠由電動機減速箱和滾筒組成的截割部來調高，使齒輪數大大減少，機殼的強度、剛度增大，且調高范圍大，采煤機機身也可縮短，有利于采煤機開缺口工作。4)電動機—搖臂—行星齒輪傳動—滾筒

這種傳動方式的電動機軸與滾筒軸平行，取消了容易損壞的錐齒輪，使傳動更加簡單。而且調高范圍大，機身長度小，電牽引采煤機都采取這種傳動方式。第四節電牽引采煤機2.傳動系統特點

(1)采煤機電動機轉速為1460r/min左右，而滾筒轉速一般為30～50r/min，因此截割部總傳動比一般為30～50，通常有3～5級齒輪減速；

(2)傳動系統中設置離合器，使采煤機在檢修時將滾筒與電動機脫開，以保證安全作業。(3)為適應破碎不同性質煤層的需要，有的采煤機備有兩種滾筒轉速，利用變換齒輪變速；

(4)為了擴大調高范圍，加長搖臂，搖臂內常裝有一串惰輪；

(5)截割部承受很大的沖擊載荷，為保護傳動零件，截割部中設有專門的安全保險銷。第四節電牽引采煤機3.截割部傳動的潤滑采煤機截割部傳動功率大，傳動件的負載很大，還受沖擊，因此傳動裝置的潤滑十分重要。最常用的方法是飛濺潤滑，即將一部分傳動零件浸在油池內，靠它們向其他零件供油和濺油，同時將部分潤滑油甩到箱壁上，以利散熱。隨著現代化采煤機功率的加大，采取強迫潤滑的方法日益增多，即以專門的潤滑泵將潤滑油供應到各個潤滑點上。潤滑的另一種方式是油脂潤滑，就是用壓力注油器定期向一些相對運動速度不大的傳動件注入油脂。第四節電牽引采煤機六、牽引部采煤機牽引部擔負著移動采煤機使工作機構連續落煤的任務，牽引部包括牽引機構和傳動裝置。牽引機構是直接移動采煤機的裝置；傳動裝置用來驅動牽引機構并實現牽引速度的調節。(一)牽引機構電牽引采煤機采用無鏈牽引機構，以采煤機牽引部的驅動輪與鋪設在輸送機槽幫上的導軌相嚙合，從而使采煤機沿工作面移動。無鏈牽引的優點：①取消了工作面的牽引鏈，提高了安全性；②對底板起伏、工作面彎曲、煤層不規則的適應性增強；③采煤機移動平穩，振動小，減少了故障率，延長了機器使用壽命；④適用工作面的煤層厚度和傾角范圍廣。第四節電牽引采煤機

1.銷輪齒條式無鏈牽引機構如圖所示，銷輪由5根圓柱銷焊在2塊圓形側板之間，轉動時圓柱銷與齒條相嚙合。齒條與中部槽長度相等，用螺栓固定在中部槽采空區側的槽幫上。1－電動機；2－牽引部泵箱；3－牽引部傳動箱；4－齒條式導軌；5－銷輪銷輪齒條式無鏈牽引機構銷輪齒條式無鏈牽引存在以下幾個問題：

(1)導軌允許彎曲角度是所有無鏈牽引機構中最小的，適應工作面起伏和彎曲變化的性能較差。

(2)齒條加工是切割的，其加工精度較差，由于齒條體積較大熱處理難以進行，因此強度和耐磨性受到限制。(3)實際使用中齒條磨損較突出。第四節電牽引采煤機2.齒輪銷排式無鏈牽引機構齒輪銷排式無鏈牽引機構傳動原理與銷輪齒條式相同，都屬于齒軌式牽引。1－驅動齒輪；2－齒軌輪；3－銷軌；4－行走部；5－刮板輸送機齒輪銷排式無鏈牽引機構齒輪銷排式無鏈牽引具有如下特點：

(1)導軌銷排由兩側板固定和夾住，齒輪軌不會脫軌，剛性強。

(2)銷軌長度是中部槽長度的1/2，銷軌接口與中部槽接口相互錯開。銷排式嚙合副的齒廓曲線常采用擺線齒輪―圓柱銷導軌、漸開線齒輪―漸開線柱銷導軌兩種。這兩種嚙合原理與漸開線齒輪和針輪擺線齒輪的嚙合計算方法相同，能實現共軛傳動。第四節電牽引采煤機3.鏈軌式無鏈牽引機構采用銷軌式或齒軌式牽引機構后，由于輸送機中部槽的偏轉受到限制，降低了采煤機對底板起伏的適應能力。德國研制的柔性鏈軌式牽引機構采用不等直徑和不等節距的圓環鏈與鏈輪相嚙合，如圖所示。該牽引機構鏈條破斷力達1450kN，且撓曲性較好：水平±3°，垂直±6°，對工作面的起伏變化具有較強的適應性。英國雷波公司生產的圓環鏈式導軌與德國柔性鏈軌不同之處在于立鏈環是模鍛，其斷面呈橢圓形，兩端圓弧段的端面是圓柱面；鏈輪有7齒，齒廓由幾段圓弧組成，用圓弧替代齒廓的共扼曲線，增大了接觸面積。這種結構加工簡單、加工精度和嚙合準確度高。第四節電牽引采煤機德國柔性鏈軌式牽引機構圓環鏈式導軌牽引機構(二)牽引部傳動裝置1.傳動裝置類型牽引部傳動裝置的功用是將采煤機電動機的動力傳到主動鏈輪或驅動輪并實現調速。依據傳動形式，牽引部傳動裝置可分為機械牽引、液壓牽引和電牽引。機械牽引是指全部采用機械傳動裝置的牽引部，目前已被淘汰。液壓牽引是利用液壓傳動來驅動的牽引部。液壓調速一般采用變量泵―定量馬達容積調速系統，通過改變液壓泵的排量、供液方向來調節牽引速度和改變牽引方向，能隨負載變化自動地調節牽引速度，目前很少采用。電牽引是指直接對電動機調速以獲得不同牽引速度的牽引部。其優點是牽引部傳動簡單，故障少，傳動效率高，對外載變化反應靈敏，能自動調速。電牽引傳動目前廣泛應用交流變頻調速技術，依靠交流變頻調速裝置來實現電動機轉速的調節和轉向的變換。第四節電牽引采煤機2.傳動系統由于采煤機復雜惡劣的工作環境及煤巖體的不同性質，導致采煤機牽引部傳動裝置經常受到沖擊載荷作用，因此采煤機牽引部傳動裝置需要有較高的抗沖擊能力。在電牽引采煤機中，采煤機的速度調節和方向控制均由傳動裝置中的電動機來完成，使牽引部的結構和傳動大為簡化。為了增大扭矩，在傳動系統中仍采用機械傳動，一般傳動比采用四級，總傳動比為200~300，為了增大傳動比，常采用行星齒輪減速系統，也有采用雙級行星輪減速系統。第四節電牽引采煤機3.機械結構牽引部機械結構包括兩部分，第一部分是由機殼組、牽引電動機、液壓制動器、電動機齒輪軸、惰輪組、牽引軸、中心齒輪組、行星減速器等組成的動力機構；第二部分是由機殼、驅動輪、花鍵軸、齒軌輪組、導向滑靴和銷軌等組成的行走機構。如圖所示為MG750/1800WD采煤機牽引部的機械結構。第四節電牽引采煤機牽引部七、采煤機的附屬裝置(一)滅塵裝置

噴霧滅塵是用噴嘴把壓力水高度擴散，使其霧化，形成將粉塵源與外界隔離的水幕。霧化水能攔截飛揚的粉塵而使其沉降，并能沖淡瓦斯、冷卻截齒、濕潤煤層和防止截割火花等作用。噴嘴裝在滾筒葉片上，將水從滾筒里向截齒噴射，稱為內噴霧；內噴霧時噴嘴離截齒近，降塵效果好，耗水量小，但供水管要通過滾筒軸和滾筒，需要可靠的回轉密封，噴嘴容易堵塞和損壞。噴嘴裝在采煤機機身上，將水從滾筒外向滾筒及煤層噴射，稱為外噴霧。外噴霧的噴嘴離粉塵源較遠，粉塵容易擴散，因而耗水量較大，但供水系統的密封和維護比較容易。第四節電牽引采煤機(二)調高調斜裝置

為了適應煤層厚度的變化，在煤層高度范圍內上下調整滾筒位置稱為調高。采煤機的調高有搖臂調高和機身調高兩種類型。用搖臂調高時，大多數調高液壓缸裝在采煤機機架內，通過小搖臂與搖臂軸使搖臂升降。

為了使下滾筒能適應底板沿煤層走向的起伏不平，使采煤機機身繞縱軸擺動稱為調斜。調斜通常用靠采空側的兩個支承滑靴上的液壓缸來實現。(三)防滑裝置騎在輸送機上工作的采煤機，當煤層傾角大于10°時就有下滑的危險，因此當煤層傾角大于10°時，采煤機應設防滑裝置。常用的防滑裝置有防滑桿、制動器、液壓安全絞車等。第四節電牽引采煤機(四)電纜托移裝置采煤機上下采煤時需要收放電纜和水管。通常把電纜和水管裝在電纜夾里，由采煤機拖著一起移動。電纜夾由框形鏈環用鉚釘連接而成，各段間用銷軸連接。鏈環朝采空區側是開口的，電纜和水管從開口放入并用擋銷擋住。電纜夾的一端用可回轉的彎頭固定在采煤機的電氣接線箱上。為了改善靠近采煤機機身這一段電纜夾的受力情況，在電纜夾的開口一邊裝有一條節距相同的板式鏈，使鏈環不致發生側向彎曲或扭絞。第四節電牽引采煤機第五節MG750/1800-WD型電牽引采煤機

一、概述MG750/1800-WD型電牽引采煤機為多電機橫向抽屜式布置的主機架框架結構，牽引方式為機載式交流變頻調速銷軌式無鏈牽引。采用PLC可編程控制器進行各種動作控制；監測系統實現恒功率自動控制、數據記錄、回放和處理，并顯示各種參數和運行工況。(一)主要用途及適應范圍MG750/1800-WD型電牽引采煤機適用于緩傾斜、中硬煤層長壁式綜采工作面，采高范圍為2.6～5m。在采煤工作面可實現采、裝、運的機械化，達到綜采的高產高效。第五節MG750/1800-WD型電牽引采煤機(二)型號的組成及其代表意義MG750/1800-WD型電牽引采煤機M—采煤機；G—滾筒式；750—截割電機功率；1800—裝機總功率，包括2臺750kW的截割電動機，2臺90kW的牽引電動機，1臺35kW的泵站電動機，一