CN105134206B - 一种薄煤层采煤机滚筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄煤层采煤机滚筒由端盘、螺旋叶片、筒毂、截齿以及齿座等组成，所述的筒毂直径由滚筒底部向端盘方向呈双曲正弦形式增加，螺旋叶片截面与筒毂内柱面夹角呈非直角，螺旋叶片迎煤面呈弧面，截齿齿座采用螺栓固定形式安装于螺旋叶片迎煤面，使截齿只有合金头部位露于螺旋叶片包络范围外。该滚筒根据煤体在被装运过程中的运动和分布规律，结合目前滚筒磨损失效主要原因，结合本发明特殊的筒毂轮廓线、弧面偏斜螺旋叶片和可拆卸式截齿齿座，使滚筒装煤率提高20％以上，滚筒寿命提高6％以上，适用于煤层厚度小于1.3米，走向倾角小于20°的薄煤层开采。该滚筒结构紧凑、使用方便、装煤效果好、使用寿命长。

Description

一种薄煤层采煤机滚筒

技术领域

本发明涉及一种薄煤层采煤机滚筒，属于井下采掘设备技术领域，适用于0～1.3m的薄煤层开采。

背景技术

我国的薄煤层分布广、储量大，已探明储量占煤炭总储量的20％之多，随着我国煤炭资源的消耗和中厚煤层的减少，薄煤层的开采已引起国内各大矿业集团的高度重视。我国薄煤层煤层厚度小，所能使用的采煤机滚筒直径较小，若采用以往的采煤机滚筒样式，叶片深度受到很大限制，滚筒内的容煤空间很小，滚筒装煤率远远低于中厚煤层采煤机滚筒，未装煤成为机道浮煤，需要人工进行清理，不仅降低了煤炭开采效率，增加了工人劳动强度，还带了生产安全隐患。除此之外，薄煤层采煤机滚筒的工作环境恶劣，截齿齿座磨损严重，截齿齿座磨损失效后采煤机滚筒将无法正常使用。基于以上原因，需要对滚筒的滚筒结构形式展开研究，设计和研制一种新的结构形式的滚筒。目前国内采煤机滚筒的筒毂为圆柱型、梯型或锥型，叶片截面呈规则的矩形，截齿齿座位于叶片外缘且采用焊接连接形式。此种形式的薄煤层滚筒装煤性能差、齿座磨损后井下无法修复，不适合薄煤层的煤炭开采。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提供一种薄煤层采煤机滚筒，提高薄煤层采煤时的滚筒装煤率。

技术方案：一种薄煤层采煤机滚筒，包括端盘、筒毂、螺旋叶片、截齿齿座、截齿，所述筒毂的直径由滚筒底部向端盘方向呈双曲正弦形式增加。

进一步的，所述截齿齿座设置于螺旋叶片的迎煤侧以及端盘上，所述截齿安装于截齿齿座上，所述截齿的合金头位于螺旋叶片包络范围外，所述截齿的合金头以下部位均位于螺旋叶片包络范围内。

进一步的，所述螺旋叶片的厚度由其靠近筒毂处向螺旋叶片边缘递减，所述螺旋叶片截面迎煤侧边线呈弧线，螺旋叶片截面背煤侧边线呈直线，螺旋叶片截面背煤侧边线由螺旋叶片根部偏向于端盘方向且与筒毂截面内侧柱线的夹角为70°～80°。

进一步的，所述螺旋叶片的边缘处嵌有方形齿座固定板，所述截齿齿座通过固定螺栓固定于方形齿座固定板上，所述截齿齿座上表面和截齿齿座下表面为六边形，所述六边形的对角角度相等，截齿齿座下表面开有对称于截齿轴线的螺纹孔，所述螺纹孔的数量大于等于四个，所述螺纹孔均位于垂直于截齿轴线的截齿齿座下表面对角线上，靠近截齿的螺纹孔与截齿轴线的距离大于等于截齿齿柄半径的1.5倍。

有益效果：本发明的滚筒适用于煤层厚度1.3米以下、走向倾角20°以下的薄煤层开采。本发明的薄煤层采煤机滚筒筒毂外侧面呈弧面，筒毂直径由滚筒底部到端盘呈双曲正弦形式增加，使滚筒内部空间变化符合滚筒装运过程中的煤量的分布规律，由于此种空间变化使得煤体在输送过程中能够时刻保持稳定的轴向推挤力且在纵向上又有足够的自由空间，从而提高了滚筒装煤率。

螺旋叶片上的截齿采用超前布置的方式安装在螺旋叶片的迎煤侧，即截齿布置于叶片前端迎煤侧，避免工作时螺旋叶片截割煤岩。螺旋叶片的直径略小于采煤机滚筒的直径，即螺旋叶片上的截齿只有合金部分位于螺旋叶片包络范围外，由于截齿外露量极小，从而增大了螺旋叶片深度，使叶片与未剥离煤壁间间隙较小，进一步提高了滚筒装煤率。

螺旋叶片厚度由根部向叶片边缘递减，螺旋叶片剖面的迎煤侧呈弧线，且螺旋叶片剖面的背煤侧呈直线，螺旋叶片截面背煤侧边线由螺旋叶片根部偏向于端盘方向且与筒毂截面内侧柱线的夹角为70°～80°，提高了煤体在叶片径向上的运动能力，增加了煤体在滚筒周向上运动轨迹长度，有利于煤体从滚筒末端排出，从而提高滚筒装煤率。

截齿齿座采用可拆卸形式，部分截齿齿座通过固定螺钉安装于端盘上，部分截齿齿座通过固定螺钉固定在嵌入螺旋叶片边缘的齿座固定板上，此种形式便于截齿齿座磨损后的更换操作，提高了滚筒的使用寿命；本发明中截齿齿座的外形及螺纹孔的开设方案保证了齿座固定的稳定性。

附图说明

图1是本发明的薄煤层采煤机滚筒仰视图；

图2是本发明的薄煤层采煤机滚筒主视图；

图3是双曲正弦曲线；

图4是本发明的齿座安装图；

图5是本发明的齿座安装剖面图；

图中：1-筒毂；2-方形齿座固定板；3-固定螺栓；4-螺旋叶片；5-截齿齿座；6-截齿；7-端盘；11-筒毂外轮廓线；12-筒毂截面内侧柱线；41-螺旋叶片截面背煤侧边线；42-螺旋叶片截面迎煤侧边线；51-螺纹孔；52-截齿齿座上表面；53-截齿齿座下表面；61-截齿合金头；62-截齿齿柄；63-截齿轴线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图2所示，一种薄煤层采煤机滚筒，包括端盘7、筒毂1、螺旋叶片4、截齿齿座5、截齿6。该滚筒结构紧凑、安装使用方面，适合任意薄煤层滚筒采煤机使用。

筒毂1直径由滚筒底部向端盘7方向呈双曲正弦形式增加，使得筒毂外轮廓线11符合滚筒输煤过程中煤流对滚筒内的空间需求，筒毂1直径由滚筒底部向端盘7方向呈双曲正弦形式增加为测试最佳效果，其他直径增加形式在提高滚筒装煤性能上不如双曲正弦形式。如图3所示双曲正弦曲线的右半部分正区间，这里的自变量x是滚筒底部到端盘的距离，变量y为筒毂直径，可以看出筒毂直径先是缓慢增加，然后是显著增加，直径增大的总体趋势符合双曲正弦函数形式的右半部分正区间。

螺旋叶片4焊接于筒毂1外表面，螺旋叶片4厚度由其靠近筒毂1处向螺旋叶片4边缘递减，螺旋叶片4截面迎煤侧边线42呈弧线，螺旋叶片4截面背煤侧边线41呈直线，使螺旋叶片的截面近似于翼型，有利于煤在螺旋叶片4表面的运动。螺旋叶片4截面背煤侧边线41由螺旋叶片4根部偏向于端盘7方向且与筒毂1截面内侧柱线12的夹角为70°～80°，由于该夹角的存在，使得滚筒在推挤装煤过程中，煤体受到径向上的力，其在叶片径向上的运动能力增加。同时，由于该角度的存在，使得相等直径滚筒叶片表面面积增大，煤体与叶片的可接触面积增加，其在滚筒周向上的可运动范围增加，又由于径向运动能力的增加使得煤体在滚筒周向上运动轨迹长度增加。经测试该夹角范围为该形式薄煤层采煤机滚筒所较适用的夹角，该角度值不仅可以使煤体获得最佳的受力角度，还可与筒毂1外表面轮廓配合，构成最有利于薄煤层采煤机滚筒装煤率提高的区域空间。

如图4和图5所示，在螺旋叶片4的内部且接近螺旋叶片4的边缘处焊接有方形齿座固定板2，即方形齿座固定板2内嵌在螺旋叶片4的边缘处。截齿齿座上表面52和截齿齿座下表面53为六边形，六边形的最远对角角度相等。截齿齿座下表面53开有对称于截齿轴线63的螺纹孔51，螺纹孔51的数量不少于四个，螺纹孔51均位于垂直于截齿轴线63的截齿齿座下表面52对角线上，靠近截齿6的螺纹孔与截齿轴线63的距离大于等于截齿齿柄62半径的1.5倍。截齿齿座下表面53呈平面，将截齿齿座下表面53与方形齿座固定板2贴合，方形齿座固定板2正对于螺纹孔51位置也开有通孔，固定螺栓3从螺旋叶片的背煤侧穿过螺旋叶片后将截齿齿座5固定于方形齿座固定板2上，并使得截齿齿座5设置于螺旋叶片4的迎煤侧。同时，在端盘7上将该截齿齿座5通过螺栓直接固定。截齿6安装于截齿齿座5上，通过设计方形齿座固定板2位于螺旋叶片4上的位置以及截齿齿座5的尺寸，使得截齿6仅有合金头61位于螺旋叶片4包络范围外，截齿6的合金头61以下部位均位于螺旋叶片4包络范围内，如图1所示；这样既增加了螺旋叶片4深度、提高了薄煤层采煤机滚筒的容煤空间，又防止了螺旋叶片4接触未开采煤岩，起到了提高滚筒装煤性能、保护螺旋叶片磨损的功能。

截齿齿座5通过固定螺栓3固定于方形齿座固定板2上，使截齿齿座5可以灵活的拆卸安装，避免了薄煤层采煤机滚筒因焊接截齿齿座磨损而产生的失效；固定螺栓3从螺旋叶片的背煤侧穿过螺旋叶片后将截齿齿座5固定于方形齿座固定板2上，并且固定螺栓不超过穿出截齿齿座下表面52，从而避免了固定螺栓的磨损。方形齿座固定板2焊接于螺旋叶片4内部且接近螺旋叶片4边缘处，既起到了限定截齿齿座5位置的作用，又降低了在螺旋叶片4上加工截齿齿座5安装面的难度。同时，截齿齿座5完全位于螺旋叶片4迎煤面一侧，并非像其他形式滚筒处于螺旋叶片的末端，确保了截齿齿座5先于滚筒接触截落煤体，对螺旋叶片4起到了保护作用，增加了螺旋叶片4寿命。截齿齿座上表面52和截齿齿座下表面53呈规则六边形，使截齿齿座5迎煤侧具有一定的尖角，减小了输煤过程中截齿齿座5对煤流的阻碍。截齿齿座上表面52呈平面还能为截齿齿座5磨损留有足够余量，减缓截齿齿座5失效。截齿齿座下表面53呈平面，易于截齿齿座5与方形齿座固定板2的配合安装。螺纹孔51开设在截齿齿座下表面53对称于截齿的轴线63上，这是因为该滚筒工作过程中截齿齿座5与方形齿座固定板2的连接力主要集中于该线上，从而使薄煤层采煤机滚筒工作过程中截齿齿座5的受力左右均衡。螺纹孔51数量不少于四个，使截齿齿座5的安装牢固可靠。靠近截齿6的螺纹孔与截齿轴线63的距离至少大于截齿齿柄62半径的1.5倍，使截齿齿柄62安装孔到螺纹孔具有足够的距离，增加截齿齿座5有效固定截齿面的厚度，避免滚筒工作过程因截齿齿柄62安装孔应力集中而产生的失效，该1.5倍的数值是经过测试分析的最小允许值。

本发明根据截落煤体在滚筒内和叶片表面的运动特征以及运动过程中对空间的需求，设计的薄煤层采煤机滚筒具有结构紧凑、使用方便、装煤效果好、使用寿命长的特点，具有广泛的实用性。滚筒筒毂直径呈双曲正弦形式变化，螺旋叶片截面近似翼形，通过离散元仿真数据分析，使薄煤层采煤机滚筒的装煤率提高20％；截齿齿座的超前于滚筒螺旋叶片布置且采用可拆卸形式，减缓了截落煤体对滚筒螺旋叶片的磨损，截齿齿座磨损后可进行井下更换，使滚筒整体寿命提高6％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种薄煤层采煤机滚筒，其特征在于：包括端盘（7）、筒毂（1）、螺旋叶片（4）、截齿齿座（5）、截齿（6），所述筒毂（1）的直径由滚筒底部向端盘（7）方向呈双曲正弦形式增加；所述螺旋叶片（4）的厚度由其靠近筒毂（1）处向螺旋叶片（4）边缘递减，所述螺旋叶片（4）截面迎煤侧边线（42）呈弧线，螺旋叶片（4）截面背煤侧边线（41）呈直线，螺旋叶片（4）截面背煤侧边线（41）由螺旋叶片（4）根部偏向于端盘（7）方向且与筒毂（1）截面内侧柱线（12）的夹角为70°~80°。

2.根据权利要求1所述的一种薄煤层采煤机滚筒，其特征在于：所述截齿齿座（5）设置于螺旋叶片（4）的迎煤侧以及端盘（7）上，所述截齿（6）安装于截齿齿座（5）上，所述截齿（6）的合金头（61）位于螺旋叶片（4）包络范围外，所述截齿（6）的合金头（61）以下部位均位于螺旋叶片（4）包络范围内。

3.根据权利要求1或2所述的一种薄煤层采煤机滚筒，其特征在于：所述螺旋叶片（4）的边缘处嵌有方形齿座固定板（2），所述截齿齿座（5）通过固定螺栓（3）固定于方形齿座固定板（2）上，所述截齿齿座上表面（52）和截齿齿座下表面（53）为六边形，所述六边形的对角角度相等，截齿齿座下表面（53）开有对称于截齿轴线（63）的螺纹孔（51），所述螺纹孔（51）的数量大于等于四个，所述螺纹孔（51）均位于垂直于截齿轴线（63）的截齿齿座下表面（53）对角线上，靠近截齿（6）的螺纹孔与截齿轴线（63）的距离大于等于截齿齿柄（62）半径的1.5倍。