CN106761751B - 一种多自由度摇臂采煤机及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由度摇臂采煤机及其方法，采煤机主要由两端部滚筒滑动机构和中部机身组成，滚筒转轴为上下方向。端部滚筒、摇臂、截深调节油缸和滑动块组成四杆机构，滑动块经油缸驱动沿采煤机机身导轨上下滑动，进而使滚筒适应煤层变化，因此摇臂末端具有多个自由度。两端部滚筒经截深调节油缸的驱动沿采煤机推进方向改变截深，正常运行时前滚筒推进1/2个截深截割前1/2截深，后滚筒推进1个截深截割后1/2截深。采煤机运行至综采面端头时，前滚筒变为截割1个截深，一个进程的截深截割完毕后，两端滚筒收回，刮板输送机带动采煤机推进1个截深，然后反向行走，前滚筒推进1/2个截深，后滚筒推进1个截深，继续下一个进程。

Description

一种多自由度摇臂采煤机及其方法
技术领域
本发明涉及一种摇臂采煤机及其方法，尤其是一种适用于薄煤层开采的多自由度摇臂采煤机及其方法。
背景技术
我国的采煤机已经形成了具有自主知识产权的开采范围1.1～5.5m的滚筒式采煤机系列产品。常规滚筒式采煤机截割部是采用上下摇动摇臂布置在采空区侧，由于摇臂体上下结构尺寸较大，阻碍滚筒向采空区侧推煤，滚筒装煤效率低，在薄煤层此问题尤为突出。常规滚筒式采煤机的斜切进刀、回割三角煤的工序使得采煤工艺较复杂，影响采煤效率。目前国内外煤矿所用的采煤机，绝大多数是上下摇臂滚筒式采煤机，只有少数先进的煤矿针对较薄煤层采用薄煤层采煤机等设备。我国针对较薄煤层开采的采煤机均采用中厚煤层常规滚筒式采煤机所用的设计方案及采煤方法，并且在可靠性及采煤效率与国外采煤机相比，还存在较大的差距。现有的采煤机在薄煤层开采过程中均不同程度地存在功率较小、开采效率低、使用效果较差等多种实际问题，严重地影响我国薄煤层煤田开采工作。研究适用性更强的采煤机，尤其是适用于薄煤层的采煤机和采煤工艺具有非常巨大的市场需求，必将产生可观的效益。
公开号：CN102979521B公开了一种摇臂式横向滚筒采煤机，包括由数个机箱隔腔组成的机体和机箱隔腔内的动力传动链、摇臂、滚筒、卷筒及机体下部滑板。此采煤机实现了横向全断面无死角全方位采煤的技术方案，克服了现有采煤装置只能开采小倾角巷道结构顶面和侧面煤层，解决了巷道倾角在25°以上结构底面煤层和滚筒之间的煤层弃之不采的难题，适合煤矿巷道倾角结构底面煤层的采掘，特别适合中小型煤矿巷道倾角在25°以上结构底面煤层、薄煤层全断面无死角煤层采掘。但此种采煤机存在采煤效率低、采煤工艺复杂、人工操纵过程繁琐、且煤炭运输过程复杂、无专门的运煤装置、不适于在大型采矿企业推广等缺点。公开号：CN101526000B公开了一种采煤机，具有使用者可以根据开采需要方便地调整机身的高度的优点，但同时也存在以上问题。
申请号：CN201510586841.X公开了一种薄煤层双联截装截割部，涉及硬质薄煤层采煤机领域。它包括截割部壳体、截割电机、离合器、齿轮传动系统和截割滚筒，截割电机、离合器、齿轮传动系统和截割滚筒均安装在截割部壳体上，其中截割电机与齿轮传动系统通过离合器相连，截割电机的动力经过齿轮传动系统减速后输出至截割滚筒；由传统的单个柱形滚筒截装一体转变为两个滚筒横向布置，分别负责破煤和装煤。此种薄煤层双联截装采煤机截割部的锥形滚筒截齿分布较为集中，在恒功率条件下单个截齿破煤能力强，能够有效截割硬质煤层；柱形滚筒装煤效果较好，与锥形滚筒截割深度和截割宽度相同，转向相反，二者合作可有效减小柱形滚筒在二次截割时的截割强度。存在的缺点有：1、在薄煤层工作时，采煤机截割部采用上下摇动摇臂布置在采空区侧，因摇臂上下结构尺寸较大及采空区空间较小，阻碍滚筒向采空区侧推煤，滚筒装煤效率低。2、采煤机摇臂为双滚筒联截装割部，结构复杂，整机可靠性极大降低。
公开号：CN102900436A公开了一种油缸迈步式薄煤层采煤机，公开号：CN203702144U公开了一种双滚筒薄煤层采煤机，公开号：CN102287185A公开了一种大功率重型薄煤层采煤机，以上三种采煤机分别从降低机身高度、解决狭小空间布置问题、增加截割电机数量来增加开采效率三个方面来增加薄煤层开采优势，但以上三种采煤机均使用上下摇动摇臂布置在采空区侧，同样存在因摇臂上下结构尺寸较大及采空区空间较小，阻碍滚筒装煤效率的问题。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了解决上述技术中存在的问题，提供一种多自由度摇臂采煤机及其方法，通过采煤机左右端部摇臂推进方向摇动摇臂带动滚筒进行推进以及布置在采空区侧，在薄煤层开采时，能够有效地利用薄煤层空间摆臂，使得截割滚筒截割下的煤块能够顺利输送到刮板输送机上，从而避免了传统采煤机摇臂在薄煤层上下摆动空间受限，摇臂上下结构尺寸较大，阻碍滚筒向采空区侧推煤，滚筒装煤效率低的问题。
技术方案：本发明的多自由度摇臂采煤机，包括：左端部摇臂滑动块机构、右端部摇臂滑动块机构、采煤机机身、挡煤护板、控制系统和行走部；所述左端部摇臂滑动块机构和右端部摇臂滑动块机构分别设在采煤机机身的两端，所述的控制系统设在采煤机机身内，所述的行走部设在采煤机机身的下支架上；
所述的左右摇臂滑动块机构包括上下滚筒、摇臂、截深调节油缸、滑动块、滑动块驱动油缸，其中：上下滚筒转动轴线方向为上下方向，所述的上下滚筒、摇臂和截深调节油缸固定在滑动块上，形成以滑动块为固定支座的摇臂调高四杆机构；
所述的采煤机机身与滑动块通过滑动导轨连接固定，滑动块通过滑动块驱动油缸驱动沿导轨上下往复滑动，进而带动摇臂调高四杆机构以及上下滚筒沿上下方向往复滑动，从而使截割滚筒适应煤层高度的变化；所述煤机机身在静止状态下，摇臂带动上下滚筒运动时，摇臂末端具有推进、上下方向的两个自由度；所述左右两侧端部摇臂滑动块机构中的截深调节油缸与上滚筒、下滚筒的截深调节相互独立。
所述的采煤机机身上部设有挡煤护板。
所述设在采煤机机身左右两端的上下滚筒的转动轴线方向为上下方向，左右两端的上下滚筒截割齿固定在滚筒螺旋面上，左上下滚筒的螺旋为右旋，右上下滚筒的螺旋为左旋。
一种利用上述采煤机的多自由度摇臂采煤方法，包括如下步骤：
a.采煤机运行时，由控制系统控制左右两侧摇臂滑动块机构中的滑动块驱动油缸和截深调节油缸行程，先由右侧的上下滚筒推进1/2个截深对煤层截割前1/2截深，之后，再由左侧的上下滚筒推进1个截深对煤层截割后1/2截深，使采煤机行走方向的煤层形成阶梯型；左右两侧的上下滚筒通过截深调节油缸的驱动沿采煤机推进方向改变截深；
b.当采煤机运行至煤层综采面端头，剩余至少一个采煤机机身长度时，设在采煤机机身(2)右侧的上下滚筒截深再推进1/2个截深变为对煤层截割1个截深，以保证一个行程的煤层截割完成；
c.当一个行程的煤层截割完毕后，设在采煤机机身左右两端的上下端滚筒受控制系统(4)控制被完全收回，此时综采系统中的刮板输送机带动采煤机推进1个截割深度；
d.采煤机开始下一个行程的截割循环，采煤机机身左侧的左截深调节油缸上下滚筒推进1/2个截深，采煤机机身右侧的右截深调节油缸带动右上下滚筒推进1个截深，采煤机开始反向行走割煤；
e.重复步骤a-e，直到完成整个采煤工作。
有益效果：本发明解决了采煤机摇动摇臂时，由于摇臂上下结构尺寸较大，薄煤层采空区空间较小，阻碍滚筒向采空区侧推煤，滚筒装煤效率低的问题；左右端部滚筒截割深度的灵活调节使得采煤机在正常工作时无需常规采煤机的斜切进刀、回割三角煤工序。通过采煤机左右端部摇臂推进方向摇动摇臂带动滚筒进行推进以及布置在采空区侧，在薄煤层开采时，能够有效地利用薄煤层空间摆臂，使得截割滚筒截割下的煤块能够顺利输送到刮板输送机上，避免了传统采煤机摇臂在薄煤层上下摆动空间受限，摇臂上下结构尺寸较大，阻碍滚筒向采空区侧推煤，滚筒装煤效率低的问题。采用多自由度摇臂采煤机在正常截割煤层运行时，前滚筒对煤层截割前1/2截深，后滚筒对煤层截割后1/2截深，这样使得整机的煤层截割效率更高。因左右端部滚筒截割深度的灵活调节使得采煤机在截割煤层时避免了现有采煤机的斜切进刀、回割三角煤的工序，极大提高了开采效率。因截割滚筒的特殊结构与左右端部摇臂是采用推进方向摇动摇臂带动滚筒进行推进，且滚筒转动轴线方向为上下方向，使得采煤滚筒有很高的装煤效率，避免了因空间受限，传统摇臂上下结构尺寸较大，阻碍滚筒向采空区侧推煤的问题。
附图说明
图1是本发明多自由度摇臂采煤机的轴侧结构图。
图2是本发明左端部摇臂滑动块机构的轴侧结构图。
图3是本发明右端部摇臂滑动块机构的轴侧结构图。
图4是本发明左端上下滚筒结构示意图。
图5是本发明右端上下滚筒结构示意图。
图6是本发明端部摇臂滑动块机构与机身连接固定示意图。
图7是本发明采煤机中途正常截割煤层示意图。
图8-图14是本发明采煤机截割煤层过程俯视图。
图中：1、左端部摇臂滑动块机构；2、采煤机机身；3、挡煤护板；4、控制系统；5、行走部；6、右端部摇臂滑动块机构；7、左上滚筒；8、左下滚筒；9、左摇臂；10、左截深调节油缸；11、左滑动块驱动油缸；12、左滑动块；13、右摇臂；14、右滑动块；15、右滑动块驱动油缸；16、右截深调节油缸；17、右上滚筒；18、右下滚筒；19、煤层。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的多自由度摇臂采煤机，主要由左端部摇臂滑动块机构1、右端部摇臂滑动块机构6、采煤机机身2、挡煤护板3、控制系统4和行走部5构成；其中滚筒转动轴线方向为上下方向。所述左端部摇臂滑动块机构1和右端部摇臂滑动块机构6分别设在采煤机机身2的两端，所述的控制系统4设在采煤机机身2内，所述的行走部5设在采煤机机身2的下支架上；所述的采煤机机身2上部设有挡煤护板3。
如图2、图3所示，所述的左右摇臂滑动块机构包括上下滚筒、摇臂、截深调节油缸、滑动块、滑动块驱动油缸，其中：上下滚筒转动轴线方向为上下方向，所述的上下滚筒、摇臂和截深调节油缸固定在滑动块上，形成以滑动块为固定支座的摇臂调高四杆机构；如图4、图5所示，所述设在采煤机机身2左右两端的上下滚筒的转动轴线方向为上下方向，左右两端的上下滚筒截割齿固定在滚筒螺旋面上，左上下滚筒的螺旋为右旋，右上下滚筒的螺旋为左旋。
如图6所示，所述的采煤机机身2与滑动块通过滑动导轨连接固定，滑动块通过滑动块驱动油缸驱动沿导轨上下往复滑动，进而带动摇臂调高四杆机构以及上下滚筒沿上下方向往复滑动，从而使截割滚筒适应煤层高度的变化；采煤机机身2静止状态下，左右摇臂9、13带动滚筒运动时，左右摇臂9、13末端具有推进、上下方向的两个自由度。
所述左右两侧端部摇臂滑动块机构中的左右端部截深调节油缸10、16对其相应左上下滚筒7、8、右上下滚筒17、18的截深调节相互独立，如图7所示，左右截深调节油缸与左上下滚筒、右上下滚筒的截深调节相互独立。
本发明的多自由度摇臂采煤方法，包括如下步骤：
a.采煤机运行时，设定一个截深距离D，由控制系统4控制左右两侧摇臂滑动块机构中的滑动块驱动油缸和截深调节油缸行程，先由右侧的上下滚筒17、18推进1/2个截深对煤层截割前1/2截深，之后，再由左侧的上下滚筒7、8推进1个截深对煤层截割后1/2截深，使采煤机行走方向的煤层形成阶梯型，如图8所示；左右两侧的上下滚筒通过截深调节油缸的驱动沿采煤机推进方向改变截深；
b.当采煤机运行至煤层综采面端头，剩余至少一个采煤机机身长度时，设在采煤机机身2右上下滚筒17、18截深再推进1/2变为对煤层截割1个截深，以保证一个行程的煤层截割完成，如图9、图10所示；
c.当一个行程的煤层截割完毕后，设在采煤机机身2左右两端的上下端滚筒7、8、17、18受控制系统4控制被完全收回，此时综采系统中的刮板输送机带动采煤机推进1个截割深度，如图10、图11、图12所示；
d.采煤机开始下一个行程的截割循环，采煤机机身2左侧的左截深调节油缸10带动左上下滚筒7、8推进1/2个截深，采煤机机身2右侧的右截深调节油缸16带动右上下滚筒17、18推进1个截深，采煤机开始反向行走割煤，如图12、图13、图14所示；
e.重复步骤a-d，直到完成整个采煤工作。

Claims (4)

1.一种多自由度摇臂采煤机，其特征在于：它包括：左端部摇臂滑动块机构（1）、右端部摇臂滑动块机构（6）、采煤机机身（2）、挡煤护板（3）、控制系统（4）和行走部（5）；所述左端部摇臂滑动块机构（1）和右端部摇臂滑动块机构（6）分别设在采煤机机身（2）的两端，所述的控制系统（4）设在采煤机机身（2）内，所述的行走部（5）设在采煤机机身（2）的下支架上；
所述的左右端部摇臂滑动块机构包括上下滚筒、摇臂、截深调节油缸、滑动块、滑动块驱动油缸，其中：上下滚筒转动轴线方向为上下方向，所述的上下滚筒、摇臂和截深调节油缸固定在滑动块上，形成以滑动块为固定支座的摇臂调高四杆机构；
所述的采煤机机身（2）与滑动块通过滑动导轨连接固定，滑动块通过滑动块驱动油缸驱动沿导轨上下往复滑动，进而带动摇臂调高四杆机构以及上下滚筒沿上下方向往复滑动，从而使截割滚筒适应煤层高度的变化；所述采煤机机身（2）在静止状态下，摇臂带动上下滚筒运动时，摇臂末端具有推进、上下方向的两个自由度；所述左右两侧端部摇臂滑动块机构中的截深调节油缸与上滚筒、下滚筒的截深调节相互独立。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度摇臂采煤机，其特征在于：所述的采煤机机身（2）上部设有挡煤护板（3）。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度摇臂采煤机，其特征在于：所述设在采煤机机身（2）左右两端的上下滚筒的转动轴线方向为上下方向，左右两端的上下滚筒截割齿固定在滚筒螺旋面上，左上下滚筒的螺旋为右旋，右上下滚筒的螺旋为左旋。
4.一种利用权利要求1所述采煤机的多自由度摇臂采煤方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.采煤机运行时，由控制系统（4）控制左右两侧摇臂滑动块机构中的滑动块驱动油缸和截深调节油缸行程，先由右侧的上下滚筒推进1/2个截深对煤层截割前1/2截深，之后，再由左侧的上下滚筒推进1个截深对煤层截割后1/2截深，使采煤机行走方向的煤层形成阶梯型；左右两侧的上下滚筒通过截深调节油缸的驱动沿采煤机推进方向改变截深；
b.当采煤机运行至煤层综采面端头，剩余至少一个采煤机机身长度时，设在采煤机机身（2）右侧的上下滚筒截深再推进1/2个截深变为对煤层截割1个截深，以保证一个行程的煤层截割完成；
c.当一个行程的煤层截割完毕后，设在采煤机机身（2）左右两端的上下端滚筒受控制系统（4）控制被完全收回，此时综采系统中的刮板输送机带动采煤机推进1个截割深度；
d.采煤机开始下一个行程的截割循环，采煤机机身（2）左侧的左截深调节油缸（10）上下滚筒推进1/2个截深，采煤机机身（2）右侧的右截深调节油缸（16）带动右上下滚筒推进1个截深，采煤机开始反向行走割煤；
e.重复步骤a-d，直到完成整个采煤工作。
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