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[图文]采煤机螺旋滚筒的技术改造 |
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| 采煤机螺旋滚筒的技术改造 |
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作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2011-5-12 16:37:47  |
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摘 要 本文结合工作实践，根据煤质状况，分析影响采煤机滚筒使用效果的设计参数，对提高截割块率、装煤效果、结构强度和延长使用寿命进行优化改造。
关键词 螺旋滚筒；技术改造；采煤比能耗
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，装进工作面输送机。对螺旋滚筒的技术改造的基本要求是：采出的块煤要多，产生的煤尘要少，即截割比能耗要低，截割阻力和牵引阻力要比较均衡地作用在滚筒上。这些要求若能实现，采煤机的生产率就可以提高。
1螺旋滚筒技术改造的理论基础
影响滚筒截割块率的因素很多，除煤质本身的性能特点外，主要受滚筒设计方面的截齿数量（m）、截距（t）和工作过程中切削厚度（h）影响，造成采煤的一次破碎。另外，滚筒在装煤过程中，由于煤炭的相互挤压，容易造成二次破碎。因此在螺旋滚筒的设计中，应从这两个方面进行考虑，通过优化设计和改造，选择逼近理想的参数，才能达到提高块率，提高装煤效果的目的。
1）截距的影响。在切削厚度保持不变的条件下，当增大截距时，由于切削断面增大，而相邻截槽的相互影响减弱，截割阻力（Z）随着增大。当截距增大到（5～6）h后，相邻截槽的影响已减弱到可以忽略，截距再增大，截割阻力也增加得很小。截割比能耗（HW）在截距为（1～1.4）h时最小，这个截距（topt）被认为是最佳截距。当截距小于最佳截距时，由于切削断面太小，截割比能耗较高，且截距越小，截割比能耗越高。当截距大于最佳截距时，因相邻截槽的相互影响减弱，截割阻力增大，故截割比能耗反而增大，并趋于某个极限值。
2）采煤比能耗与切削厚度的关系。当截距为对应最佳截距时，截割比能耗与切削厚度的关系如图1中的曲线Ⅱ。因为具体滚筒的截距是固定的，不可能随着切削厚度改变，因此其截割比能耗曲线Ⅱ只能在某一点上与曲线Ⅰ重合，在其它切削厚度时截割比能耗将大于曲线Ⅰ的对应值。同时，当平均切削厚度增大时，由于循环煤增多，装煤比能耗也相应增多（曲线Ⅲ）。曲线Ⅱ与曲线Ⅲ的叠加，即是滚筒采煤比能耗 （曲线Ⅳ）。采煤比能耗和极限切削厚度一般由滚筒的结构和参数所决定。受截齿伸出长度和采煤机稳定性的限制，平均切削厚度小于极限切削厚度，采煤比能耗则大于理论的最佳值。
平均切削厚度
2技术改造的几点做法
2.1提高截割块率的措施
针对采煤机螺旋滚筒，在要求提高采煤块率的设计时，主要应从截齿形状的选择、截齿的数量和截线距三个方面加以考虑。
1）截齿的选择。采煤机螺旋滚筒采用的截齿，基本可以分为两大类：扁截齿和镐型截齿。扁截齿前面是平的，截刃是直的，虽然硬质合金片镶焊的比较牢固，但因截刃和侧刃不锋利，截割阻力较大，齿身受到的弯矩较大，采煤块率低，生成粉尘较多。镐型截齿的优点是：齿身不易折断，齿座与叶片的连结长度较大，故强度好；内喷雾时截齿前面能得到有效的喷射，有利于灭尘；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。因此，选用镐型截齿。经井下实际使用，在提高块率和降低粉尘方面取得了较好的效果。
2）减少采煤机滚筒的截齿数量，增大截距。采煤机滚筒截齿由原来的32齿减少到24齿，端盘12齿，其截齿安装倾斜角度分别为45°齿5个，30°齿3个，15°齿1个，10°齿1个，0°齿 1个，-5°齿1个。三个螺旋叶片上每片 4齿，12个齿中-5°齿2个，-10°齿10个。叶片上截齿的负角度安装用来平衡滚筒割煤时的轴向力。同时该方式可以造成滚筒在进给时，截齿两侧的截割阻力不平衡，产生转动，截齿自转自锐，可以减少齿尖被磨偏而早期失效。将叶片截距由原来的34mm增大到40mm，以提高滚筒原煤开采块率。
3）采煤机滚筒截齿布置采用一线一齿的方式。采用该方式可增大单齿截割面积，提高滚筒截割块率。为解决叶片齿与端盘在滚筒圆周方向上重叠，影响滚筒和工作平衡性的矛盾。采用截齿在滚筒圆周上的均布，叶片非均布，则可解决这一矛盾，这种结构可使滚筒切向力波动系数降低，能最大限度地减少滚筒截齿数，减少截割过程中煤的一次破碎率。
2.2提高装煤效果的优化措施
装煤的基本过程是螺旋叶片将煤沿滚筒轴向推至输送机旁，然后利用螺旋叶片末端将煤抛到输送机内。根据相关资料的分析，影响滚筒装煤效果的主要因素有：滚筒转速、牵引速度、螺旋叶片升角、滚筒外径和筒体直径等。参照电牵引采煤机滚筒结构，经论证后，将原滚筒筒体的直径由980mm减小到780mm，从而增大螺旋叶片的过煤空间高度和过煤量，提高滚筒的装煤效果，减小了煤炭相互挤压造成的二次破碎。
根据理论公式：
式中：Q为螺旋滚筒装煤量；D1，D2为叶片直径和筒毂直径；s为螺距；m为螺旋头数；n为滚筒转速，r/min；γ为散体煤容量；ψ为螺旋有效断面的充填系数；K为考虑由螺旋实际装入输送机的煤量的系数。
经计算，理论上可增加滚筒装煤量约15.4%。优化设计完成后，滚筒的部分技术参照数如表1。
2.3提高结构强度和延长使用寿命的优化改造措施
为了保证产品质量，达到部颁标准，制造中完善了工艺措施和工艺装备，主要有以下几点：①采用CO2气体保护焊，具有热量集中、熔池深、焊接强度高的特点。要求螺旋滚筒上的主要承载焊缝必须采用CO2气体保护焊。②螺旋叶片、滚筒端盘采用专用胎具压制而成。为了增加强度，端盘与筒体焊接处，加焊加强筋板。③对截齿、齿座、齿靴等外购件在使用前必须严格检验，把好质量关。为了延长截齿的使用寿命，用于除尘的内喷雾喷嘴位置设计为正对每个齿尖，用来达到冷却截齿的目的。④齿座组焊在专用的胎具上施焊，并及时利用样板截齿检测齿座的焊接位置。焊接时要求对齿座焊缝周围的母体进行预热200℃左右，以减少焊接应力。⑤装载叶片的出口端堆焊90#高铬耐磨焊条，要求硬度达到HRC50左右，增加耐磨性。⑥滚筒焊接完成后，及时利用TZ-21型震动时效装置进行时效处理，以消除或减少焊接应力。
3结论
①本次优化后的螺旋滚筒主要特点是截齿少，单齿截割面积大，并经工业生产试验证明达到了预期的效果。但也存在着弱点，第一个是由于截齿少，单齿负荷较大。另一个弱点是由于其截线距较大，当叶片上的截齿有一个损掉，而没有及时安装新的截齿时，容易将齿套磨损，所以使用过程中应及时检查截齿是否处于完好状态。②在确定采煤机螺旋滚筒的参数时，应根据所开采的煤层地质条件，煤质特性，有针对性地采取优化措施，提高螺旋滚筒的生产使用性能，充分发挥采煤机综合性能。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,1997.
[2]魏同.总工程师工作指南[M].北京:煤炭工业出版社,1990.
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