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中原工學院調研報告
前言
引言
滾筒式采煤機是綜合機械化采煤工作而的主要設備，其結構與性能優(yōu)劣直接關系到煤碳產(chǎn)量及人身安全、設備安全。自20世紀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、雙搖臂滾筒采煤機、電牽引采煤機。我國在長期煤炭生產(chǎn)實踐中，也已陸續(xù)研制生產(chǎn)了一系列國產(chǎn)采煤機，并且在借鑒國外先進機型的基礎上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(總裝機功率達1 400KW 以上)。通過調研我們發(fā)現(xiàn)滾筒采煤機尚有很多需要改進的地方。我們主要就滾筒采煤機的結構布置、滾筒改進、自動控制、液壓系統(tǒng)的改進、旋滾筒的優(yōu)化設計等方面進行設計、改進以提高滾筒采煤機的工作效率。
實習目的
本次實習在理論教學之后進行，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學生“完成設計工作者的基本訓練”的重要環(huán)節(jié)，其目的是：
a. 鞏固、加深和擴大所學的理論知識，使理論更好的結合實際，通過參觀和學習，對機械設計建立全面的系統(tǒng)概念，補充理論教學的不足；
b. 通過仔細了解和自己畢業(yè)設計有關的產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程（機床的布局，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（零件設計過程，零件工藝設計過程，裝配設計過程）；
c. 通過對和自己畢業(yè)設計有關產(chǎn)品的原理、結構以及各零部件的結構的了解認識，為畢業(yè)設計（論文）收集資料，使自己的畢業(yè)設計得以順利完成；
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識；
e. 通過在工廠參觀實習，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床的加工特點，為今后走向工作崗位奠定堅實的基礎。
實習過程
本次實習我們主要參觀了河北神風重型機械有限公司和鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責任公司。河北神風重型機械有限公司是由原峰峰集團所屬的機械總廠、馬頭機械廠、機電設備廠整合改制而成的有限責任公司，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，以強大的機械設備開發(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產(chǎn)品。現(xiàn)是全國煤炭行業(yè)機電配件定點生產(chǎn)企業(yè)，全國煤礦綜機配件定點生產(chǎn)單位，中國質量檢驗協(xié)會團體會員單位，全國煤機協(xié)會常務理事單位。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，中國標準計量質量技術，全國煤炭機械工業(yè)優(yōu)秀企業(yè)等榮譽稱號。 在相繼通過 ISO9002質量體系認證、ISO9001質量體系認證、ISO14001環(huán)境認證后，2006年2月順利通過GB/T19001-2000質量管理體系、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”體系認證。??煤炭系列產(chǎn)品：主要以綜采成套設備設計、制造為主， 是我國目前唯一生產(chǎn)“三機（ 采煤機、刮板機、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行配套，并配有相應的順槽裝載機、膠帶運輸機、輔助絞車、單體支柱等設備，覆蓋了整個采煤工作面的生產(chǎn)和運輸系統(tǒng)設備；“三機”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， 可實現(xiàn)礦井采掘工作面設計、設備制造、安裝、技術服務指導等一條龍配套服務 。目前我公司生產(chǎn)成套的“三機”配套設備已裝備了有五十多個工作面，包括峰峰集團所屬十三個礦、河北省磁縣六合工業(yè)有限公司、河南省濟源煤業(yè)有限公司、山西長治三荊溝煤礦、山西襄垣上良煤礦、內蒙棋盤井礦業(yè)有限責任公司等礦井，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。 煤炭系列主導產(chǎn)品有： MG150(200)/375(475) 、 MG200 液壓采煤機、 MG150(200)/365(465) 、 MG150 （ 200 ） /350 （ 450 ）電牽引采煤機、 MG132/300 薄煤層采煤機、 LMG900 以下露天采煤機、 SGZ764/400 以下各種系列刮板運輸機、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、單體液壓支柱等。
?冶金系列產(chǎn)品：主要進行冷熱成套生產(chǎn)線的設計、設備制造、安裝、服務等一條龍服務。 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)線以及非標人字齒輪座、軋機、卷曲機、矯直機、冷床、飛剪、冷剪、重型齒輪箱、硬齒面減速機等各種機械設備、零部件等。
鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責任公司，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。
公司技術力量雄厚，擁有一支專業(yè)素質優(yōu)良的技術隊伍。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進行二維和三維設計；能夠應用“華鑄CAE/InteCAST鑄造工藝分析系統(tǒng)”對鑄造工藝進行分析，從而進一步優(yōu)化鑄造工藝。
公司鑄造設備先進、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5臺；30kg、10kg、3kg碗型樹脂砂混砂機各一臺；SH－300雙攪拌樹脂砂混砂機一臺；橋式起重機20臺，其中，最大起重能力為20噸；Q7710型拋、噴聯(lián)合清理設備一臺；Q365C臺車式拋丸清理機；熱處理設備有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。
公司檢測設備完備，可進行著色、磁粉、超聲波等無損探傷；能進行多種元素的化驗及機械性能、物理性能的測定，配備有爐前檢測室及中心化驗檢測室。
公司先后為四川東方汽輪機廠、北京重型電機廠、武漢汽輪機廠、錦州汽輪機廠、四川樂山汽輪機廠等廠家生產(chǎn)了大量耐高溫、耐高壓、優(yōu)質合金鋼鑄件；為北京航天部、上海冶金礦山機械廠、上海澎浦機器廠、上海良工閥門廠、上海第二石油機械廠、中原油田、上海煤炭科學研究院、中核蘇閥等單位生產(chǎn)了大量結構復雜的鑄鋼件；通過外貿公司，先后生產(chǎn)了多批出口鑄鋼件、鑄銅件。公司于于2001年5月獲得鑄件進出口權；2006年1月通過了ISO9001質量體系認證。
國內最大品種的采煤機搖臂殼體，材質ZG25Mn2。
1 課題調研
1.1、滾筒采煤機發(fā)展概況和發(fā)展趨勢
最早的滾筒采煤機出現(xiàn)在英國，它是把截煤機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計優(yōu)于截煤機，因此其改進型比刨煤機更適宜英國開采條件，但在20世紀50年代這種采煤機并非是唯一應用的采煤設備。另外有一種有競爭的采煤機是鉆削式采煤機。這種采煤機配有一個按螺鉆原理設計的主截割部，其應用范圍主要局限與薄煤層。
滾筒采煤機經(jīng)過多次改進設計而得到不斷的發(fā)展。最早設計的滾筒采煤機僅能單向采煤，輸送機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。然而由于這種采煤機受到調向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機應運而生。
20世紀60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM 系列的連續(xù)采煤機，它是現(xiàn)代這種機型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機。經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機的不斷改進、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，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機在采煤業(yè)中得到了廣泛的應用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機的應用始于70年代中期。那時主要靠引進外國的產(chǎn)品，80年代以前主要是引進單機。隨著國內采煤機技術的發(fā)展到了90年代變成以配套引進為主。目前國內在采煤機研發(fā)和設計方面和國外有很大的差距。煤炭科學研究總院太原分院早在1990年就開始進行連續(xù)采煤機的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機的設計、引進設備的國產(chǎn)化大修等工作。煤炭科學研究總院上海分院也承擔了一些項目。盡管國內各大科研院所、生產(chǎn)廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機等技術的國產(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)連采機的新產(chǎn)品。
1.2、滾筒采煤機結構布置設計的改進方向
1.2.1、橫向布置多個電動機。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機構設計成橫向布置方式。采用這種電動機布置方式，可將搖臂回轉傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結構，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、維修錐齒輪的復雜工藝，提高了可靠性；各電動機傳動系統(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，故結構簡單、緊湊、機身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機時不需拆卸底托架和對口螺栓。
1.2.2、將機身設計成使部件可側面拉裝的整體箱式。即整個機身是個箱形結構的焊接件，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)一側其敞開，可以將上述具有自封結構的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機身兩端鉸接的截割部及其電動機也可以從采空區(qū)側拆裝。采用這種機身設計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實現(xiàn)整個機身無對口螺栓，也無底托架，強度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩，可將機身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。
1.2.3、將采煤機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可直接驅動煤壁側的截割部件，牽引部件(電牽引或液壓牽引)則放在采空區(qū)側，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)，縮短機身縱向長度，取消泵通過牽引部傳遞電動機全功率的過軸及齒輪，簡化_f結構，提高了傳動效率。這樣雖使機身略寬，但由于大功率采煤機所配套的輸送機溜槽也寬，所以對機身整體無大影響。
1.2.4、改進擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達，通過內齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達帶動長牙齒輪驅動柱銷翻轉擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結構更可靠，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面拉裝的整體箱式機身，在電動機、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。采用無底托架的設計方案，其最大特點和優(yōu)點就是克服了傳統(tǒng)底托架聯(lián)接螺栓多、加工困難、拆裝維修困難的缺點。
1.3、滾筒采煤機截割滾筒設計改進方向
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，相應的滾筒軸、軸承和搖臂強度也應加大，同時適當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)、硬質合金片厚度達l8mm以上的強力截齒，同時加大齒座尺寸和強度，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，適當降低滾筒轉速，使其轉速在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；滾筒結構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和吸塵滾筒。
1.3.4、加設高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達到l8MPa以上，流量達到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。同時還可加設流量壓力自動控制型水泵，使采煤機滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。
1.4、采煤機液壓系統(tǒng)設計的改進
1.4.1、電牽引采煤機液壓系統(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、電牽引采煤機液壓系統(tǒng)的改進措施
(1)調高泵換成雙聯(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相連，另一端串聯(lián)在低壓回路中，電液壓力繼電器可以設定壓力，當液壓系統(tǒng)的壓力達不到給定的壓力值時，制動器打不開，牽引電機啟動不起來，從而防止燒毀制動器。
1.5、課題提出
通過以上所述，我們可以看出國內在采煤機設計和生產(chǎn)方面和國外先進技術相比還有很大的差距，我們必須自力更生，加快國產(chǎn)采煤機設計和生產(chǎn)的改進，縮小和國外先進技術的差距。在采煤機的設計中我們必須充分考慮上述采煤機設計的改進方向。我該次畢業(yè)設計的題目就是滾筒采煤機的設計，希望自己能夠在設計技術方面所突破。
實習總結
通過這次實習我們開闊了眼界，對所要進行的畢業(yè)設計的題目有了感性的認識。在這次參觀實習中我們認真觀察了工廠的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝。對各種機加工過程有了更深入的了解和認識，對各種機床的應用和設備的布置有了一個感觀的認識。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識，為我們即將開始的工作提供一個心理準備。
通過這次實習我們對采煤機的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)工藝有了深入的認識，加之各方面資料的收集我們對采煤機的設計和制造原理、設計步驟等都有了一定的理解。通過對各方面資料的篩選，我們對采煤機的設計方案進行了分析和論證。在這次實習中我們通過和師傅們的交流，加深了理論和實際的聯(lián)系。鞏固了我們以前所學過的理論知識。
通過這次實習，我更能體會到一個做工程人員的責任，我想我一定會更加努力學習，將來認真對待工作的每一個細節(jié)，做一個合格的工程人員。這次實習是我們畢業(yè)設計前的關鍵一環(huán)，也是我們大學四年的必要環(huán)節(jié)。不但可以對我們的畢業(yè)設計有很大的幫助，而且對我們以后的工作也會產(chǎn)生深遠的影響。感謝學校和老師給我們提供了這么好的實習機會。
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