CN2273771Y - 采煤机非均布叶片滚筒 - Google Patents

Abstract

一种采煤机非均布叶片滚筒,其主要特征是A、B、C主叶片3在滚筒体1上非均布。A叶片定位后,B与A、C与B叶片111°～116°的间隔定位,A与C叶片按128°～138°的间隔定位。在A、B、C主叶片3的装煤面焊有－7°～－10°角的装载叶片4,按－8°～－10°角组焊有齿座7,在其尾端焊有专用的小叶片9。本实用新型具有确保滚筒工作平稳,齿耗仅为原齿耗的10～20%,可使块煤比率提高5%以上,装截效率可达95%以上,大大地降低了工作面的粉尘。

Description

采煤机非均布叶片滚筒

本实用新型涉及一种采煤机械中的采煤机滚筒。

目前国内外采煤机滚筒设计，多采用三头叶片一线一齿的形式，至于二头叶片一线二齿，三头、四头叶片一线三齿、四齿的设计较少。这是由于受综采工作面配套设备能力的影响，采煤机牵引速度不能无限加大，而滚筒转速又不能无限降低，在此条件下，要达到高效截割的目标，即单齿截深达到50～80mm，单齿切削面积达到30～50cm²采用三头一线一齿的滚筒设计，无疑是较佳的技术选择。概括目前国内外采煤机滚筒其主要结构特点如下：

1、叶片在滚筒筒毂的圆周方向采用均布形式。即两头叶片采用180°的间隔；三头叶片为120°的间隔；四头叶片为90°的间隔。

2、为确保单齿的截深达到高效截割之目的，叶片齿通常每条截线上的齿数少于滚筒的叶片头数，应用最广泛的是三头一线一齿滚筒。在俄罗斯采用四头叶片一线二齿滚筒较多。

3、叶片齿在滚筒径向方向上与滚筒轴线垂直安装，即称0°齿。

4、滚筒的装载也依靠焊有齿座的主叶片。上述结构特点的缺点是：

(1)在滚筒圆周方向，叶片齿与端盘齿的重叠不可避免。这将导致滚筒截割过程中，冲击负荷的冲击次数的增加及冲击幅值的成倍增大，易引起滚筒工作中的振动，直至无法正常工作。

(2)均布叶片滚筒尽管其静平衡性好，但是抵御冲击的能力差，滚筒切割煤岩过程中的冲击负荷易直接传递给采煤机传动系统及电机上，这会导致传动系统中的齿轮及电机的早期失效。

(3)镐形齿的齿型设计，是要求处于回转状态下工作，以达到自锐与稳定采煤机功率之目的。现有的国内外镐型齿滚筒的叶片齿，在滚筒轴向方向均与滚筒轴线垂直安装。难以保证其截割过程中的自转。因为齿的自转是依靠其两侧进给阻力的不平衡实现的。

(4)叶片高度与装载表面光滑程度是影响滚筒装载效果的关键因素。采用伸出长≥100mm大截齿的滚筒，由于叶片外缘与底板距离较大，齿座突出叶片装载面较多，而造成其装载效果普遍差。

上述情况在下述文献中均有报导：

1.Final.project report phase ll to fhe National CoalBoarod 1981

2.Developments in Coal Cutting techniques 1986

3.煤炭切削原理(苏)1962

4.联合采煤机设计与计算(苏)1976

5.采煤机械参数选择(苏)1976

6.采掘机械破煤(俄)1984

7.双滚筒采煤机(中国)1979

8.采煤机械螺旋滚微负荷的计算机模拟研究中国矿业大学学报1986

9.采煤机滚筒CAD软件编制鉴定文件(中国.煤炭科学研究总院上海分院)1992

本实用新型的目的正是为解决目前国内外滚筒结构中所存在的缺点而诞生的最新设计，并达到最优的技术指标。例如：

1、避免叶片齿与端盘齿在圆周方向上的重叠。在确保滚筒工作平稳性的条件下，可使滚筒上截齿总数减到最少，以达到高效截割，产品煤的块煤比率最高的效果。

2、滚筒抵御冲击负荷的能力强，减少采煤机传动系统及电机承受的冲击负荷的次数及幅值，以延长其服务周期。

3、改善大截齿滚筒的装载效果，避免滚筒装载过程中煤的重复粉碎，以达到块煤率高、粉尘小、能耗低的目标。

4、使镐型齿滚筒截割过程中，其齿的两侧的侧向力不平衡，确保其处于回转状态下工作，以达到自动磨锐，延长寿命，稳定采煤机截割功率的目的。

5、提高叶片开端焊接的可靠性及喷雾灭尘效果。

本实用新型的技术实现方案：

滚筒上的螺旋叶片在筒毂上采取非均布方案，为确保截齿在滚筒圆周方向处于均布状态，避免在滚筒圆周上叶片齿与端盘齿的重合，第一应对滚筒上截齿的总数进行限定，即叶片齿的总数应与端盘齿的总数相等，且叶片齿的总数必须是叶片头数的整数倍。例如，就三头叶片滚筒而言，滚筒的总齿数为：18，24，30，36，42，48，54，60，而叶片齿的总数应为：9，12，15，18，21，24，27，30。第二，是应根据给定的叶片齿截线距t及选定的叶片导程s，合理地调整叶片在滚筒圆周上的间距，其修正角为t/s×360°，因为不调整其间距，仍采用均布的叶片形式，叶片齿与端盘齿的交错布置则不可能做到，叶片齿与端盘齿的重合无法避免，经修正后即可达到予期效果。

现以实例说明如下：

设有一个直径为φ1.8M的三头叶片滚筒，滚筒上总齿数为3O，端盘齿总数为15，且采用均布的形式，为此两端盘齿间的圆周角度间隔为Z4°，各齿的代号分别为：D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12，D13，D14，D15。三个叶片的代号分别为：A、B、C。三个叶片上均布置有5个截齿，其截齿代号分别为：A1，A2，A3，A4，A5；B1，B2，B3，B4， B5；C1，C2，C3，C4，C5。要想实现理想的—线—齿的叶片齿与端盘齿交错无重舍的截齿总体布置方式，即A1，A2，A3，A4，A5分别处于端盘齿的D1与D2，D2与D3，D3与D4，D4与D5，D5与D6之间；B1，B2，B3，B4，B5分别处于端盘齿的D6与D7，D7与D8，D8与D9，D9与D10，D10与D11之间，C1，C2，C3，C4，C5分别处于端盘齿的D11与D12，D12与D13，D13与D14，D14与D15，D15与D1之间，采用均布叶片的滚筒设计是无法做到的。其原因是叶片的首要功能是必须合理有效的焊接按装截齿的齿座，一旦A1位置确定后，A2，A3，A4，A5及B1，B2，B3，B4，B5；C1，C2，C3，C4，C5在各叶片上的位置也已确定，也即在滚筒圆周上的位置也已确定(凡对滚筒设计有所了解的工程师均能理解)。心若叶片齿的截线距t=35mm，叶片的导程s=1500mm(均由优化而给出，不是随意给定)，则不难给出A1与A2，A2与A3，A3与A4，A4与A5；B1与B2，B2与B3，B3与B4，B4与B5；C1与C2，C2与C3，C3与C4，C4与C5间的圆周包角值，即均为25.2°(35×3/1500×360°)，与两端盘齿的圆周包角24°相差1.2°。设A1处于端盘齿的D1与D2之间，也即在圆周上与D1相间12°，则A5与D5相间16.8°(12°+1.2°×4=16.8°)，可见A1，A2，A4，A5与端盘的D1，D2，D3，D4，D5，D6相交错排列，无重合。但这只是其中一个A叶片，而B、C叶片上的截齿就无法做到与端盘齿交错排列无重合。由于一线一齿的布置B1与A1相差一个截线距，因此与D6之间必须推后8.4°的圆周角(35/1500×360°＝8.4°)，为此与D6间隔20.4°(12°+8.4°)。 B4与D9间隔24°(20.4°+1.2°×3)，恰好与D10齿重合。 B5则较D11推后1.2°，这使D9与D10及D10与D11之间无叶片齿。而C1与B1间也相差一个截线距，C1与D11间隔为28.8°(12°+8.4°×2)，即C1较D12推后4.8°，处于D12与D13之间，并使C5与A1同处于D1与D2之间，见图3。如此的截齿非均布状态是造成滚筒振动的根源，故不可行。

为使B、C两叶片上的所有截齿能象A叶片上截齿一样处于规定的位置，即叶片齿与相应的端盘齿交错布置无重合，其唯一办法是调整B、C两叶片与A叶片间的相对位置，即B与A，及C与B叶片之间采用111.6°(120°-8.4°)的圆周间隔；A与C叶片间采用136.8°(120°+8.4°×2)的圆周间隔，参见图4。应特别强调指出，为使叶片齿与端盘齿的相对位置更趋合理，确保叶片齿与端盘齿交错无重合排列，在滚筒的总体设计时，应使A叶片上的A3(处于该叶片中间位置)齿对准D3与D4的角分线。

上述的设计出现的新问题是：

(1)引起滚筒的质量偏心，即造成静平衡性不好，但是滚筒的工况是空载启动，启动后由偏心引起的附加动能将有助于平衡其外载的变化，有利于减少采煤机传动系统与电机承受的冲击负荷的次数及幅值。若要求滚筒有较好的静平衡性，可采用加配重块的办法消除滚筒的质量偏心。

(2)对于各叶片齿齿尖回转半径相同的滚筒设计而言，叶片的非均布如上例的情况，将导致A叶片上截齿截深的增加及切削力的加大。但是在非均布叶片滚筒的设计中，可以通过调整其中两个叶片上齿尖的回转半径，而确保A、B、C三个叶片上的截齿的截深处于基本相等的状态。为此，非均布叶片的三头一线一齿滚筒定将取代均布叶片的三头一线一齿滚筒。上述的非均布叶片滚筒的设计理论同时适用于二头叶片一线一齿，四头叶片一线两齿的滚筒设计。

滚筒的螺旋叶片非均布的效果是：

避免了叶片截齿与端盘齿在圆周方向上的重叠，可确保滚筒工作的平稳性，防止切割过程中的振动。

由于质量偏心，滚筒启动后，可储存一个附加动能，有利于减少采煤机传动系统与电机承受的冲击负荷的次数及其幅值。

为确保镐型截齿在工作状态中处于回转状态，在滚筒设计中，应使截齿两侧的进给阻力不等。当截齿齿座的对称面与滚筒轴线垂直且与滚筒进给方向一致时，则较难保证截齿工作中两侧的进给阻力处于非平衡状态。为此，使叶片齿与端盘齿倾斜方向相反的倾斜8°～10°(见图5)，或使叶片齿的齿尖向老塘方向转5°～8°，则可使叶片齿截煤时，其两侧的进给阻力处于非平衡状态，以确保截齿处于回转状态下工作。以达到自行磨锐、延长截齿使用寿命及稳定采煤机工作载荷的目的。另外，由于叶片齿与端盘齿倾斜方向相反，有利于平衡滚筒工作过程中的轴向力，可提高采煤机工作的稳定性。

由于受离心力影响，使部分落煤脱离叶片控制，这是影响滚筒装载效果的重要因素之一，在初速度一定的条件下，煤被叶片抛出的距离与抛出角相关；为提高滚筒的装煤及抛煤能力，本实用新型对滚筒的整体结构进行了新的改进。在旧式滚筒叶片装煤面一侧，新增加了专用的装载叶片4。装载叶片4向装煤面倾斜7°～10°，其内缘与A、B、C主叶片3(焊有截割齿座的叶片)焊在一起，外缘直径大于A、B、C主叶片100-140mm，并采用与滚筒径向方向成25 °～30°角的封板和A、B、C主叶片外缘焊成一体，组成箱体结构。由于增设装载叶片4后，有效的扩大了装载的表面积，确保了装载面的光滑程度，从而提高了滚筒的装载能力。倾斜的装载面不仅能抑制离心力的作用，而使煤失去叶片的控制，而且改变了运输机槽邦下方靠底板部分煤的抛出角，从而明显提高了滚筒的装载效果。专设的装载叶片4还能有效地保护A、B、C主叶片3上的齿座不被磨损及大大减少落煤的二次粉碎。

滚筒叶片的开端，由于受运输机槽邦下方的煤或矸石的挤压，叶片较易变形或叶片根部焊缝开裂。为解决滚筒此处的强度问题，滚筒的设计者曾在此处设计过专用的垂直于滚筒轴线与筒毂边缘平行的小叶片，该小叶片，对增强滚筒叶片开端的强度起过重要的作用。但由于该小叶片使滚筒的出煤口变窄，而影响了滚筒的装煤能力，现今已被淘汰。此外，滚筒工作过程中大量的粉尘也是由叶片开端溢出扩散到老塘方向的。为解决上述问题，本实用新型设计了专用的小叶片9，(见图6、图7、图8)。它保留了过去的小叶片之优点，克服了早期小叶片的挡煤死角，使小叶片与主叶片的非装煤面处于同一平面，不影响出煤口尺寸，同时，补充了过去滚筒的不足，即在该小叶片9上设计了双排喷咀6，当滚筒旋转时，能在滚筒出煤口形成雾环，从而能有效抑制粉尘向老塘方向扩散，提高了灭尘的效果。本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果：

1、采用本实用新型，能在确保滚筒工作平稳性条件下，可使滚筒上总截齿数减到最少。装载过程中煤的重复粉碎降到最低，从而可使产品煤的块煤比率达到最高。以我国晋城矿务局3#煤层为例，与现用滚筒相比，在考虑井下与地面运输过程中煤的粉碎条件下，块煤比率仍可提高5％以上。该矿区≥13mm的块煤与＜13mm的粉煤的销价相差90元/吨，对于一个年产100万吨煤炭的综采工作面，年效益为450万元以上。

原刀型齿滚筒的齿耗为80把/万吨，采用本实用新型的镐型齿滚筒，其齿耗只有8～15把/万吨，齿耗仅为原齿耗的10～20％。原刀型齿价格为20元/把，采用本实用新型的优质镐型齿价格为70元/把，对于年产100万吨煤炭的综采面，年节资额为10.4～5.5万元。

2、能明显提高装载效果。例如采用φ1800mm的滚筒，装载效率可达95％以上。

3、滚筒与截齿更换次数减少，减少了辅助工作时间，提高了开机率及劳动生产率。

4、工作面粉尘减少，改善了生产环境，可有效地降低尘肺病的发病率。

附图说明：图1、是非均布叶片滚筒剖面图图2、是非均布叶片滚筒侧视图图3、是均布叶片滚筒园周展开图图4、是非均布叶片滚筒园周展开图图5、是叶片齿倾斜角度示意图图6、是小叶片结构图图7、是小叶片结构侧视图图B、是小叶片结构府视图

图中数字及符号代表：

1-滚筒体、2-端盘、3-A、B、C主叶片、4-装载叶片、5-封板、6-喷咀、7-齿座、8-截齿、9-小叶片、10-通水槽、11-通水口。

a-连接盘；b-连接环；c-滚筒圈；d-加强筋；A、B、C-主叶片；A1，A2，A3，A4，A5-A叶片截齿；B1，B2，B3，B4，B5-B叶片截齿；C1，C2，C3，C4，C5-C叶片截齿；D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8，D9，D10，D11，D12，D13，D14，D15-端盘齿； -截齿所在位置。

本实用新型的实施例：

本实用新型主要是由在滚筒体1上焊有端盘2，A、B、C主叶片3，齿座7及在齿座7上固定有截齿8而组成，其主要特点是：在滚筒体1上采用非均布方式按排A、B、C主叶片，其位置是在A叶片定位后，B与A、C与B叶片按111°～116°(120°-t/s×360°)定位，A与C叶片按128°～138 °(120 °+2×t/s×360 °)定位，A、B、C主叶片3的装截面上焊接有直径大于A、B、C主叶片100～140mm，并拥有-7°～-10°角的装载叶片4，装载叶片4与A、B、C主叶片3的外缘用倾角25°～30°的封板焊成一体。在A、B、C主叶片3上按-8°～-10°角组焊有齿座7，在齿座7上装有截齿8，在A、B、C主叶片尾端焊有专用的小叶片9，小叶片9底部与滚筒体1焊成一体。小叶片9靠A、B、C主叶片侧铣有通水槽10，在其斜面上并有通水口11，与A、B、C主叶片3上的水道贯通，且通过喷咀座按装有喷咀6。

Claims (5)

1、一种采煤机非均布叶片滚筒，是由在滚筒体(1)上焊接有端盘(2)，A、B、C主叶片(3)、齿座(7)及在齿座(7)上固定有截齿(8)而组成，其特征在于：在滚筒体(1)上采用非均布的方式排列A、B、C主叶片，其位置是在A叶片定位后，B与A、C与B叶片的间隔按111°～116°定位，A与C叶片的间隔按128°～138°定位。

2、根据权利要求1所述的采煤机非均布叶片滚筒，其特征在于所说的在A、B、C主叶片(3)上按-8°～-10°角组焊有齿座(7)。

3、根据权利要求1所述的采煤机非均布叶片滚筒，其特征在于所说的在A、B、C主叶片(3)的装载面上焊接有直径大于A、B、C主叶片100～140mm，并拥有-7°～-10°角的装载叶片(4)，装载叶片(4)与A、B、C主叶片(3)的外缘用倾角25°～30°的封板焊成一体。

4、根据权利要求1所述的采煤机非均布叶片滚筒，其特征在于所说的在A、B、C主叶片(3)的尾端焊有专用的小叶片(9)，小叶片(9)底部与滚筒体(1)焊成一体。

5、根据权利要求1或4所述的采煤机非均布叶片滚筒，其特征在于所说的小叶片(9)靠A、B、C主叶片(3)侧铣有通水槽(10)，在小叶片(9)的斜面上设有通水口(11)，与A、B、C主叶片(3)上的水道贯通，并通过喷咀座按装有喷咀(6)。

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