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中原工學(xué)院調(diào)研報告
前言
引言
滾筒式采煤機(jī)是綜合機(jī)械化采煤工作而的主要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)劣直接關(guān)系到煤碳產(chǎn)量及人身安全、設(shè)備安全。自20世紀(jì)50年代初滾筒式采煤饑問世以來，其研究、生產(chǎn)大致經(jīng)歷了四代，即固定滾筒采煤饑、單搖臂滾筒采煤機(jī)、雙搖臂滾筒采煤機(jī)、電牽引采煤機(jī)。我國在長期煤炭生產(chǎn)實(shí)踐中，也已陸續(xù)研制生產(chǎn)了一系列國產(chǎn)采煤機(jī)，并且在借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(jī)(總裝機(jī)功率達(dá)1 400KW 以上)。通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)滾筒采煤機(jī)尚有很多需要改進(jìn)的地方。我們主要就滾筒采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)布置、滾筒改進(jìn)、自動控制、液壓系統(tǒng)的改進(jìn)、旋滾筒的優(yōu)化設(shè)計等方面進(jìn)行設(shè)計、改進(jìn)以提高滾筒采煤機(jī)的工作效率。
實(shí)習(xí)目的
本次實(shí)習(xí)在理論教學(xué)之后進(jìn)行，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生“完成設(shè)計工作者的基本訓(xùn)練”的重要環(huán)節(jié)，其目的是：
a. 鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)的理論知識，使理論更好的結(jié)合實(shí)際，通過參觀和學(xué)習(xí)，對機(jī)械設(shè)計建立全面的系統(tǒng)概念，補(bǔ)充理論教學(xué)的不足；
b. 通過仔細(xì)了解和自己畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程（機(jī)床的布局，各零部件的加工工藝過程，零部件組裝成成品的裝配過程等等），來熟悉工廠的生產(chǎn)加工過程（零件設(shè)計過程，零件工藝設(shè)計過程，裝配設(shè)計過程）；
c. 通過對和自己畢業(yè)設(shè)計有關(guān)產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)以及各零部件的結(jié)構(gòu)的了解認(rèn)識，為畢業(yè)設(shè)計（論文）收集資料，使自己的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成；
d. 通過親身感受工廠的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)管理等，為即將走上工作崗位積累感性認(rèn)識；
e. 通過在工廠參觀實(shí)習(xí)，了解現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理，零件的加工工藝過程及其各種機(jī)床的加工特點(diǎn)，為今后走向工作崗位奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。
實(shí)習(xí)過程
本次實(shí)習(xí)我們主要參觀了河北神風(fēng)重型機(jī)械有限公司和鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責(zé)任公司。河北神風(fēng)重型機(jī)械有限公司是由原峰峰集團(tuán)所屬的機(jī)械總廠、馬頭機(jī)械廠、機(jī)電設(shè)備廠整合改制而成的有限責(zé)任公司，地處晉冀魯豫四省交匯處的歷史名城——邯鄲市。公司現(xiàn)有員工 2200 余人，各類專業(yè)技術(shù)人員 300 余人，高級工程師 35 人，工人技師 50 余人，注冊資金 1.2 億元，年銷售超過 4.8 億元，年生產(chǎn)能力突破 4 萬噸，以強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)備開發(fā)、制造和配套能力而首推于冀南豫北大地 , 形成了“天擇”牌煤炭和冶金兩大系列的主導(dǎo)產(chǎn)品?，F(xiàn)是全國煤炭行業(yè)機(jī)電配件定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)，全國煤礦綜機(jī)配件定點(diǎn)生產(chǎn)單位，中國質(zhì)量檢驗(yàn)協(xié)會團(tuán)體會員單位，全國煤機(jī)協(xié)會常務(wù)理事單位。多次獲得省重合同、守信用單位，河北省十大優(yōu)秀發(fā)明創(chuàng)造單位，中國誠信單位，中國標(biāo)準(zhǔn)計量質(zhì)量技術(shù)，全國煤炭機(jī)械工業(yè)優(yōu)秀企業(yè)等榮譽(yù)稱號。 在相繼通過 ISO9002質(zhì)量體系認(rèn)證、ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證、ISO14001環(huán)境認(rèn)證后，2006年2月順利通過GB/T19001-2000質(zhì)量管理體系、GB/T24001-2004環(huán)境管理體系、GB/T28001-2001職業(yè)健康安全管理體系“三合一”體系認(rèn)證。??煤炭系列產(chǎn)品：主要以綜采成套設(shè)備設(shè)計、制造為主， 是我國目前唯一生產(chǎn)“三機(jī)（ 采煤機(jī)、刮板機(jī)、液壓支架） 配套”產(chǎn)品的廠家，可對 30 萬～ 150 萬噸礦井采煤工作面進(jìn)行配套，并配有相應(yīng)的順槽裝載機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、輔助絞車、單體支柱等設(shè)備，覆蓋了整個采煤工作面的生產(chǎn)和運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備；“三機(jī)”配套產(chǎn)品與多廠家產(chǎn)品配套相比有不可比擬的優(yōu)勢， 可實(shí)現(xiàn)礦井采掘工作面設(shè)計、設(shè)備制造、安裝、技術(shù)服務(wù)指導(dǎo)等一條龍配套服務(wù) 。目前我公司生產(chǎn)成套的“三機(jī)”配套設(shè)備已裝備了有五十多個工作面，包括峰峰集團(tuán)所屬十三個礦、河北省磁縣六合工業(yè)有限公司、河南省濟(jì)源煤業(yè)有限公司、山西長治三荊溝煤礦、山西襄垣上良煤礦、內(nèi)蒙棋盤井礦業(yè)有限責(zé)任公司等礦井，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 煤炭系列主導(dǎo)產(chǎn)品有： MG150(200)/375(475) 、 MG200 液壓采煤機(jī)、 MG150(200)/365(465) 、 MG150 （ 200 ） /350 （ 450 ）電牽引采煤機(jī)、 MG132/300 薄煤層采煤機(jī)、 LMG900 以下露天采煤機(jī)、 SGZ764/400 以下各種系列刮板運(yùn)輸機(jī)、各種類型阻力的液壓支架、 MRB400 以下乳化液泵站及各種型號的絞車、 1.6M 以下帶式輸送機(jī)、單體液壓支柱等。
?冶金系列產(chǎn)品：主要進(jìn)行冷熱成套生產(chǎn)線的設(shè)計、設(shè)備制造、安裝、服務(wù)等一條龍服務(wù)。 目前我公司成套生產(chǎn)線已裝備了有二十多條，包括河北卓立 1050 mm 冷軋薄板、河北三河 60 萬噸 500mm 帶鋼、河北鹿泉 35 萬噸角鋼、新興鑄管 35 萬噸螺紋鋼、寧夏石嘴山 60 萬噸棒材、河北武安興華 350H 型鋼等成套生產(chǎn)線。主導(dǎo)產(chǎn)品有： 1250mm 以下冷熱軋帶鋼、 350mm 以下 H 型鋼、Φ 850 輥徑以下線棒材、Φ 250mm 以下無縫鋼管、 450mm 以下 H 型鋼等成套生產(chǎn)線以及非標(biāo)人字齒輪座、軋機(jī)、卷曲機(jī)、矯直機(jī)、冷床、飛剪、冷剪、重型齒輪箱、硬齒面減速機(jī)等各種機(jī)械設(shè)備、零部件等。
鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責(zé)任公司，位于河南省鶴壁市山城區(qū)車站路3號，東臨京廣鐵路、京珠高速公路、107國道，地理位置十分優(yōu)越。
公司技術(shù)力量雄厚，擁有一支專業(yè)素質(zhì)優(yōu)良的技術(shù)隊伍。其中，高級工程師3名、工程師11名、技師9名。具有新工藝新材料的研究開發(fā)能力；可利用CAD和PRO/E進(jìn)行二維和三維設(shè)計；能夠應(yīng)用“華鑄CAE/InteCAST鑄造工藝分析系統(tǒng)”對鑄造工藝進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步優(yōu)化鑄造工藝。
公司鑄造設(shè)備先進(jìn)、齊全。擁有3噸三相電弧煉鋼爐三臺;2.5t/hr及3t/hr沖天爐各一臺；575kg中頻爐一臺；2500kg中頻爐兩臺；S116混砂機(jī)5臺；30kg、10kg、3kg碗型樹脂砂混砂機(jī)各一臺；SH－300雙攪拌樹脂砂混砂機(jī)一臺；橋式起重機(jī)20臺，其中，最大起重能力為20噸；Q7710型拋、噴聯(lián)合清理設(shè)備一臺；Q365C臺車式拋丸清理機(jī)；熱處理設(shè)備有450KW、480Kw大型電阻箱式熱處理爐各一臺；15噸煤氣發(fā)生爐一臺；40噸燃煤大型熱處理爐一臺。
公司檢測設(shè)備完備，可進(jìn)行著色、磁粉、超聲波等無損探傷；能進(jìn)行多種元素的化驗(yàn)及機(jī)械性能、物理性能的測定，配備有爐前檢測室及中心化驗(yàn)檢測室。
公司先后為四川東方汽輪機(jī)廠、北京重型電機(jī)廠、武漢汽輪機(jī)廠、錦州汽輪機(jī)廠、四川樂山汽輪機(jī)廠等廠家生產(chǎn)了大量耐高溫、耐高壓、優(yōu)質(zhì)合金鋼鑄件；為北京航天部、上海冶金礦山機(jī)械廠、上海澎浦機(jī)器廠、上海良工閥門廠、上海第二石油機(jī)械廠、中原油田、上海煤炭科學(xué)研究院、中核蘇閥等單位生產(chǎn)了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄鋼件；通過外貿(mào)公司，先后生產(chǎn)了多批出口鑄鋼件、鑄銅件。公司于于2001年5月獲得鑄件進(jìn)出口權(quán)；2006年1月通過了ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。
國內(nèi)最大品種的采煤機(jī)搖臂殼體，材質(zhì)ZG25Mn2。
1 課題調(diào)研
1.1、滾筒采煤機(jī)發(fā)展概況和發(fā)展趨勢
最早的滾筒采煤機(jī)出現(xiàn)在英國，它是把截煤機(jī)的減速箱部分改成允許安裝一根橫軸和截割滾筒。由于其水平軸截割滾筒的設(shè)計優(yōu)于截煤機(jī)，因此其改進(jìn)型比刨煤機(jī)更適宜英國開采條件，但在20世紀(jì)50年代這種采煤機(jī)并非是唯一應(yīng)用的采煤設(shè)備。另外有一種有競爭的采煤機(jī)是鉆削式采煤機(jī)。這種采煤機(jī)配有一個按螺鉆原理設(shè)計的主截割部，其應(yīng)用范圍主要局限與薄煤層。
滾筒采煤機(jī)經(jīng)過多次改進(jìn)設(shè)計而得到不斷的發(fā)展。最早設(shè)計的滾筒采煤機(jī)僅能單向采煤，輸送機(jī)和液壓支架在向前推移之前，留在軌道上采出的煤在回空段被裝載。后來又研發(fā)了雙向采煤的滾筒采煤機(jī)。然而由于這種采煤機(jī)受到調(diào)向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
20世紀(jì)60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM 系列的連續(xù)采煤機(jī)，它是現(xiàn)代這種機(jī)型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎(chǔ)上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機(jī)。經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機(jī)的不斷改進(jìn)、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開采中硬煤層的12CM12—10B、12CM18—10D和B型機(jī)，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(jī)(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機(jī)在采煤業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機(jī)的應(yīng)用始于70年代中期。那時主要靠引進(jìn)外國的產(chǎn)品，80年代以前主要是引進(jìn)單機(jī)。隨著國內(nèi)采煤機(jī)技術(shù)的發(fā)展到了90年代變成以配套引進(jìn)為主。目前國內(nèi)在采煤機(jī)研發(fā)和設(shè)計方面和國外有很大的差距。煤炭科學(xué)研究總院太原分院早在1990年就開始進(jìn)行連續(xù)采煤機(jī)的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機(jī)的設(shè)計、引進(jìn)設(shè)備的國產(chǎn)化大修等工作。煤炭科學(xué)研究總院上海分院也承擔(dān)了一些項(xiàng)目。盡管國內(nèi)各大科研院所、生產(chǎn)廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機(jī)等技術(shù)的國產(chǎn)化研究，但均存在一些問題，仍沒有真正在煤礦上見到國產(chǎn)連采機(jī)的新產(chǎn)品。
1.2、滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)布置設(shè)計的改進(jìn)方向
1.2.1、橫向布置多個電動機(jī)。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機(jī)構(gòu)設(shè)計成橫向布置方式。采用這種電動機(jī)布置方式，可將搖臂回轉(zhuǎn)傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結(jié)構(gòu)，減少了薄弱環(huán)節(jié)和故障因素；可將傳動鏈中錐齒輪取消，消除了加工、裝配、維修錐齒輪的復(fù)雜工藝，提高了可靠性；各電動機(jī)傳動系統(tǒng)功能單一，無過軸、旁輪等多余饑件和交叉重疊環(huán)節(jié)，部件為自封閉，部件之間無饑械傳動， 只有管線等柔性聯(lián)接，故結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、機(jī)身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機(jī)時不需拆卸底托架和對口螺栓。
1.2.2、將機(jī)身設(shè)計成使部件可側(cè)面拉裝的整體箱式。即整個機(jī)身是個箱形結(jié)構(gòu)的焊接件，根據(jù)需要分成若干個間隔室，安放變壓器電控部 電牽引部、液壓站等部分；而在采空區(qū)一側(cè)其敞開，可以將上述具有自封結(jié)構(gòu)的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機(jī)身兩端鉸接的截割部及其電動機(jī)也可以從采空區(qū)側(cè)拆裝。采用這種機(jī)身設(shè)計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實(shí)現(xiàn)整個機(jī)身無對口螺栓，也無底托架，強(qiáng)度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩，可將機(jī)身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。
1.2.3、將采煤機(jī)的截割部與牽引部合為一個部件。即截牽合一，縱向布置的主電動機(jī)可直接驅(qū)動煤壁側(cè)的截割部件，牽引部件(電牽引或液壓牽引)則放在采空區(qū)側(cè)，以合理利用空間。采用這種合并方式，可減少部件聯(lián)接對口數(shù)，縮短機(jī)身縱向長度，取消泵通過牽引部傳遞電動機(jī)全功率的過軸及齒輪，簡化_f結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率。這樣雖使機(jī)身略寬，但由于大功率采煤機(jī)所配套的輸送機(jī)溜槽也寬，所以對機(jī)身整體無大影響。
1.2.4、改進(jìn)擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達(dá)，通過內(nèi)齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉(zhuǎn)臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達(dá)帶動長牙齒輪驅(qū)動柱銷翻轉(zhuǎn)擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結(jié)構(gòu)更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅減少故障。
1.2.5、取消底拖架或不用整體底拖架。即采用上述的部件可側(cè)面拉裝的整體箱式機(jī)身，在電動機(jī)、截割牽引部．高壓水泵和電控箱之間用若干個M4 0以上螺栓聯(lián)接，再輔之以2~4根液壓助力梁聯(lián)接，使聯(lián)接更可靠。采用無底托架的設(shè)計方案，其最大特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)就是克服了傳統(tǒng)底托架聯(lián)接螺栓多、加工困難、拆裝維修困難的缺點(diǎn)。
1.3、滾筒采煤機(jī)截割滾筒設(shè)計改進(jìn)方向
1.3.1、增大截煤深度。截深在750mm 以上方能稱為大截深，由于加大了截深，相應(yīng)的滾筒軸、軸承和搖臂強(qiáng)度也應(yīng)加大，同時適當(dāng)增大螺旋葉片的升角(一般大于等于20。)，以改善裝煤效果。
1.3.2、用強(qiáng)力截齒。由于速度加大，截齒的切削厚度增大， 可采用齒伸較長(120 mm—l50 mm 左右)、大斷面齒柄(30*50mm)、硬質(zhì)合金片厚度達(dá)l8mm以上的強(qiáng)力截齒，同時加大齒座尺寸和強(qiáng)度，這樣可減少截齒數(shù)、降低截齒消耗、增大塊煤率和降低煤塵。
1.3.3、增大塊煤率，減少煤塵生成。即采用雙行星傳動截割頭，適當(dāng)降低滾筒轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速在22—24r／min左右，以增大塊煤率，減少二次破碎；或減少截齒數(shù)，增大截距(60mm左右)以使塊煤率增加；滾筒結(jié)構(gòu)上還可采用碟形端盤開窗口，輪轂采用錐形或指數(shù)曲線形，以使截落的煤快速排出，從而減少二次破碎；此外還可在螺旋葉片上采用盤形滾刀以及采用抽風(fēng)和吸塵滾筒。
1.3.4、加設(shè)高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機(jī)上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達(dá)到l8MPa以上，流量達(dá)到140L／min以上，這樣可有效降低煤塵和防止截割時產(chǎn)生火花。另外減少噴霧噴嘴的直徑(0．5—0．8mm)，可形成高壓射流，起到輔助切割作用，以減少截齒受力，降低能耗。同時還可加設(shè)流量壓力自動控制型水泵，使采煤機(jī)滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。
1.4、采煤機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)
1.4.1、電牽引采煤機(jī)液壓系統(tǒng)存在的問題
(1)液壓系統(tǒng)的高、低壓都是靠一個調(diào)高泵來完成的，這樣壓力極不穩(wěn)定，對液壓元件產(chǎn)生沖擊和震動，影響液壓元件的使用壽命；
(2)牽引電機(jī)的啟停和剎車制動器的啟停不同步，經(jīng)常有燒毀剎車制動器的現(xiàn)象。
1.4.2、電牽引采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)措施
(1)調(diào)高泵換成雙聯(lián)齒輪泵，這樣可以把系統(tǒng)的高、低壓回路分隔開，分別供壓，不用一個回路，高壓就不會對低壓產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的壓力相對比較穩(wěn)定，這樣采煤機(jī)工作穩(wěn)定、可靠，不會對液壓元件產(chǎn)生沖擊。
(2)在液壓系統(tǒng)的低壓回路中串聯(lián)一個電液壓力繼電器(如圖1所示)；它一端通過主控器與牽引電機(jī)相連，另一端串聯(lián)在低壓回路中，電液壓力繼電器可以設(shè)定壓力，當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)不到給定的壓力值時，制動器打不開，牽引電機(jī)啟動不起來，從而防止燒毀制動器。
1.5、課題提出
通過以上所述，我們可以看出國內(nèi)在采煤機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)方面和國外先進(jìn)技術(shù)相比還有很大的差距，我們必須自力更生，加快國產(chǎn)采煤機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)的改進(jìn)，縮小和國外先進(jìn)技術(shù)的差距。在采煤機(jī)的設(shè)計中我們必須充分考慮上述采煤機(jī)設(shè)計的改進(jìn)方向。我該次畢業(yè)設(shè)計的題目就是滾筒采煤機(jī)的設(shè)計，希望自己能夠在設(shè)計技術(shù)方面所突破。
實(shí)習(xí)總結(jié)
通過這次實(shí)習(xí)我們開闊了眼界，對所要進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計的題目有了感性的認(rèn)識。在這次參觀實(shí)習(xí)中我們認(rèn)真觀察了工廠的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝。對各種機(jī)加工過程有了更深入的了解和認(rèn)識，對各種機(jī)床的應(yīng)用和設(shè)備的布置有了一個感觀的認(rèn)識。另外對工廠的管理方法和生產(chǎn)方式以及工作的規(guī)章制度有了初步的認(rèn)識，為我們即將開始的工作提供一個心理準(zhǔn)備。
通過這次實(shí)習(xí)我們對采煤機(jī)的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)工藝有了深入的認(rèn)識，加之各方面資料的收集我們對采煤機(jī)的設(shè)計和制造原理、設(shè)計步驟等都有了一定的理解。通過對各方面資料的篩選，我們對采煤機(jī)的設(shè)計方案進(jìn)行了分析和論證。在這次實(shí)習(xí)中我們通過和師傅們的交流，加深了理論和實(shí)際的聯(lián)系。鞏固了我們以前所學(xué)過的理論知識。
通過這次實(shí)習(xí)，我更能體會到一個做工程人員的責(zé)任，我想我一定會更加努力學(xué)習(xí)，將來認(rèn)真對待工作的每一個細(xì)節(jié)，做一個合格的工程人員。這次實(shí)習(xí)是我們畢業(yè)設(shè)計前的關(guān)鍵一環(huán)，也是我們大學(xué)四年的必要環(huán)節(jié)。不但可以對我們的畢業(yè)設(shè)計有很大的幫助，而且對我們以后的工作也會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。感謝學(xué)校和老師給我們提供了這么好的實(shí)習(xí)機(jī)會。
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