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1、中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： XXX 学 号： XXXXXXXXXX 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 电气工程与自动化 设计题目： 综采工作面综合监测系统研究 专 题： 指导教师： XXX 职 称： 教授 2009年 6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 信电学院 专业年级 电气工程与自动化2005-4学生姓名 XXX 任务下达日期：2009年2月16日毕业设计日期： 2009年2月16日至 2009年6月20日毕业设计题目： 综采工作面综合监测系统研究毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：综采工作面是现代化矿井的基本生产单元，涵盖了采煤机、液压支架、刮板输送机
2、、转载机、液压泵站、顺槽供电系统等多种设备和多个系统。这些设备和系统的正常运行是保证煤矿安全生产的重要基础。研究、设计针对上述设备和系统的综采工作面综合监测系统，要求所设计的监测系统不仅在井下有监控终端，而且可以通过网络通信将监测数据传输到地面，用于设备和系统的复杂故障诊断。院长签字： 指导教师签字：摘 要综采工作面是现代化矿井实现“高产高效”综合机械化和自动化采煤的作业面，其环境恶劣复杂，设备众多，故障频发。综采工作面环境和设备的综合监测是保证煤矿安全、高效生产的重要技术基础。本文介绍了综采工作面综合监测系统在我国的应用现状，着重介绍了我国常用的两种煤矿综合监测系统KGJ-B型监测系统和KJ
3、31煤矿监测监控系统；对综采工作面空间结构和设备布局进行了介绍，重点阐述了电牵引采煤机、液压支架、刮板输送机、乳化液泵站、桥式转载机的基本结构和工作原理，并进行了相应的故障分析。在上述基础上，提出了采煤机的机身倾角、传动部分的轴承和齿轮、采煤机位置，液压支架立柱压力、顶梁俯仰角、支架支撑高度，刮板输送机的刮板链、减速器油位、减速器温度，乳化液泵站压力、振动、乳化液配比浓度等综合监测参数与具体的监测方法。进而提出了基于单片机和通信技术的综采工作面综合监测系统框架结构，即通过传感器完成被监测信号的采集，通过监测分站和中心站与地面主机进行通信，使信息在井上和井下都能显示，井上主机可以把数据送入局域网
4、，供相关人员查询。最后，对基于单片机的监测分站进行了框架结构设计，并探讨了抗干扰措施。关键词：综采工作面；综合监测；监测中心站；单片机AbstractFully Mechanized Coal face is an operation surface which can realize high efficiency and comprehensive mechanization and automation. However, its environment is complex, equipments are too many and failure happens frequently.
5、 The environment of Fully Mechanized Coal face and the integrated monitoring for the equipments are the important technology basis to ensure that the coal mine is safe and the production is efficient.First of all，the paper introduced the status quo of the comprehensive monitoring system at home, esp
6、ecially the two comprehensive monitoring systems commonly used in ChinaKGJ-B monitoring system and KJ31 mine monitoring and control system. Secondly, the structure of the mining face and the equipment layout were described, especially on the structure and principles of Shearer, hydraulic support, sc
7、raper conveyor, emulsion pump stations, bridge reprint Machine. Thirdly, the paper analyzed the devices and put forward related fault monitoring methods for the body Inclination of the shearer, the bearings and gears of transmission parts，shearer position, the pressure of the hydraulic support colum
8、n，the top beam pitch angle，the high degree of support，conveyor chain of the scraper conveyor，the oil level of the gear reducer，the temperature of the gear reducer，the pressure and vibration of the emulsion pump and the concentration of emulsion. And on this basis, put forward a comprehensive monitor
9、ing system for Fully Mechanized Coal face based on Single-chip and communication technology, that is, collected signals by sensors through monitoring sub-stations and the Central Station, making the information can be displayed underground and on ground. The data can be sent to LAN and can be checke
10、d by the staff. Finally, the Monitoring sub-station composed of Single-chip and the design of anti-jamming of Single-chip microcomputer system was introduced. Key words: Integrated mechanized mining; Mining machinery; Monitoring methods; Monitoring System; Sub-station目 录1 绪论11.1问题的提出11.2本课题研究的意义11.3
11、国内外煤矿监测系统的发展和现状11.3.1国外煤矿监测系统的发展11.3.2国内煤矿监测系统的发展和现状21.3.3我国煤矿常用的监测监控系统31.4本文要做的工作62 综采工作面介绍82.1综采工作面的布置82.2采煤机82.2.1采煤机的结构82.2.2采煤机的工作方式92.2.3采煤机的截割部102.2.4采煤机牵引部132.3液压支架152.3.1液压支架的结构152.3.2液压支架的工作原理172.4刮板输送机202.4.1刮板输送机的结构202.4.2刮板输送机的工作原理222.5乳化液泵站232.5.1乳化液232.5.2乳化液泵站的结构232.5.3乳化液泵站的工作原理232.
12、6桥式转载机242.6.1桥式转载机的组成242.6.2桥式转载机的工作过程242.7综采面瓦斯介绍243 监测参数和监测方法分析263.1采煤机的监测量和监测方法分析263.1.1采煤机倾角263.1.2轴承和齿轮263.1.3采煤机位置监测分析293.2液压支架(两柱掩护式)监测量和监测方法分析293.2.1液压支架(两柱掩护式)的监测量293.2.2液压支架(两柱掩护式)的监测意义293.2.3监测方法分析303.3刮板输送机的监测量和监测方法分析303.3.1刮板链303.3.2减速器油位323.3.3减速器的温度333.4乳化液泵站343.4.1压力343.4.2振动343.4.3乳
13、化液浓度配比343.5瓦斯监测353.5.1瓦斯监测的意义353.5.2影响煤层瓦斯含量的因素363.5.3瓦斯监测的方法374 综采工作面综合监测系统的框架结构设计384.1系统的框架结构384.2系统的功能404.3系统满足的条件414.4信号的输入414.4.1模拟信号的输入414.4.2开关量信号的输入424.5分站框架结构设计435 系统的抗干扰措施455.1干扰源455.2干扰造成的影响455.3硬件抗干扰465.3.1电源抗干扰措施465.3.2模拟通道的抗干扰措施475.3.3数字通道的抗干扰措施475.3.4印刷电路板的抗干扰措施475.3.5降低电磁干扰的措施485.3.6
14、提高元件的可靠性485.4软件抗干扰措施485.4.1CPU受到干扰的表现485.4.2冲程序、冲参数的原因分析485.4.3程序运行失灵采取的措施495.4.4系统的自我检查与校验495.4.5数字滤波506 总结52致 谢53参考文献54翻译部分56中文译文56英文原文61 中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第71页1 绪论1.1问题的提出我国煤炭产量长期处于世界第一位，2007年，我国的煤炭更是达到了25.5亿吨。进入21世纪后，我国的煤炭开采有了迅速的发展，以前的炮采和普采正逐步地发展为综合机械化采煤法，即综采。综采工艺方式是用机械破煤、装煤、运煤、液压支架支护的采煤工艺系统，现在
15、国有大型煤矿集团大部分使用综采，并且正向着“一矿一面”来发展。综采设备的大量投入运行，使煤矿的产量大幅增长，并且很大程度上减少了井下的工作人员的伤亡事故。随着煤炭事业的发展，煤矿对采煤设备的要求越来越高。国内外的综采设备产品已形成一定规模、一定水平。近年来，由于我国国家政策调整、煤炭市场好转、小煤窑的整顿等原因，大型煤矿产量增加，对装备先进、价格合理、工作可靠的综采设备的需求量日益增多。目前，高标准工作面装备是实现高产稳产高效的可靠保证。为了确保综采面的所有设备在最佳状态运行， 降低设备的故障率， 提高可靠性和开机率，减少维修时间，需对工作面的设备进行在线工况监测。1.2本课题研究的意义综采工
16、作面综合监测系统是一个集计算机、通信、网络、数据库、传感器为一体的多学科综合性自动化系统，其主要用于对综采工作面的设备工况和环境等进行在线监测，用计算机对采集的数据进行数据处理，以便能够及时、准确地反映各类所需要的监测信息，从而满足对环境参数及综采工作面设备工作状况等不同监测对象的要求。以实现在生产中对综采工作面的综合监测。由于综采设备的工作环境相当恶劣，比如涌水、粉尘等，甚至有的工作面有顶板冒落和煤壁片帮的危险。所以工作面的设备经常出现各种故障，如果不能及时发现，会酿成大的故障，导致设备严重损坏甚至报废，不光严重地影响了煤矿的正常生产，还经常照成人员的伤亡。所以对综采工作面设备的工作状况实时
17、监测是很有必要的。另外，综采工作面的瓦斯如果超标，达到爆炸的条件而发生爆炸，会极大地危害到综采队工作人员的安全，我国山西、贵州、新疆和皖南等地有不少高瓦斯矿井，比如阳泉矿务集团和淮南矿务集团，所以还要对综采面的环境有瓦斯进行监测。如果能实时地、有效地对工作面的设备工况进行监测，能大大提高煤矿的开机率，极大地增加煤炭的产量，并且能降低人员的伤亡和减少井下工作面工作人员的数量。1.3国内外煤矿监测系统的发展和现状121.3.1国外煤矿监测系统的发展国外煤矿监测技术的发展分为四个时期：1空分制传输信息时每隔测点用一对电缆芯线来传输，它的代表性产品是60年代中期法国推出的CTT63/40煤矿环境监测系
18、统，可以监测瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数，测速点最多可测40个点。到70年代末西欧国家有100多个矿井装备了该系统，为煤矿的安全生产起到了一定的作用。后来波兰引入该技术，推出了可以测量20个点的CMM-20，后来又把监测点扩展到128个，形成了CMC-1系统。20世纪80年代初，我国从法国先后引入两套CTT63/40,分别安装在阳泉一矿和兖州东滩矿。80年代中期从波兰引入两套CMM-20，分别安装在抚顺龙风矿和开滦赵各庄矿，后来抚顺煤矿安全仪器厂引入了CMM-20的制造技术，于是形成了国内的AUI系统。2频分制传输信息时用频率来划分信道。这样使传输信道电缆大大减少，很快就把空分制传输系统取
19、代。这一时期有代表性的是德国西门子公司的TST系统、H+F公司的TF200系统和AEG公司的CP80系统。我国在1984年时煤炭部引进了TF200系统，安装在兖州兴隆庄煤矿，重庆煤矿安全仪器厂引进了制造技术。3时分制由于集成电路的出现，时分制技术得到了很快的发展，煤矿监测系统的第三代产品以时分制为基础。最有代表性的是英国的MINOS系统和美国的SCADA系统。MINOS系统一经推出就很快占领了欧美市场，使煤矿的监测技术发展上了一个大台阶。我国在20世纪初期引进上述两套系统，分别安装在鸡西矿务集团小横山矿和淮南矿务集团谢一矿。4分布式20世纪80年代，随着计算机技术、数字通信技术和大规模集成电路
20、的飞速发展，煤矿监测系统发展也非常迅速，出现了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监测系统。在英国有4个公司推出了各自的系统，美国和德国也都推出了各自的系统。最有代表性的是美国MSAD公司的A6400系统，该系统具有通信协议规范、抗干扰能力强、2芯屏蔽线传输与测点数无关、结构简洁及配置灵活等许多优点，上世纪80年代淮南矿务局潘一矿引进了该系统。1.3.2国内煤矿监测系统的发展和现状我国从80年代开始引进国外的安全监测系统。通过国外技术的引进，再结合我国煤矿自身的特点，我国自己研发了很多监测和监控系统。目前有KJ1、KJ2、KJ95、KJ4、A1、KJ66、A800、KJ92等几十种型号的系统在我
21、国很多大型煤矿中应用。这些监测装置的推广和应用，丰富了我国监测装置的产品市场，改善了我国煤矿安全生产装备技术的落后面貌，缩小了我国与国外先进煤矿技术的差距，有效地预防了多种事故的发生。表1我国目前常见的煤矿监测系统主要技术参数表系统型号KJ4TF200KJ31KJ92KJ95最大容量128个分站52个监测信号15000个监测点128个分站128个分站分站类型KJ2007C,KJ2007C1KJ2007D,KJ2007D1KJ2007K,KJ2007FKJ2007E,KJ2007G无P5010KJF94KJF10,KJF11,KJF16KJF17,KHJ4,KJ2001KJ2005,KJ2030
22、网络结构树型星型树型树型树型传输方式FSK/时分频分制FSK/基带基带/时分基带/时分传输速率600-2400bps4800bps1200/24001200bps传输距离20Km8-42Km25Km15Km15Km分站模拟量4-96点4、8点6点8点16点分站开关量4-240点16点22点16点16点标准化厂标厂标厂标厂标厂标推广数量90多套70多套50多套约10套90多套1.3.3我国煤矿常用的监测监控系统34561KGJ-B型综采工作面综合监测系统 KGJ-B型综采工作面综合监测系统主要用于对煤矿井下采煤工作面的矿山压力(压力量和位移量等)、设备(如采煤机、刮板运输机、泵站等)的工况(开机
23、率、负荷量)以及环境参数(瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速等)的综合监测；数据采集、传送、记录；图形模拟显示、表格输出等、它可以为井下和地面生产、管理人员提供连续、实时的井下采煤工作面生产、安全信息，是保证采煤工作面安全、高产、高效的现代化方法。KGJ-B系统可以24小时连续进行长期监测、数据采集，这些信息包括：工作面设备(包括采煤机、工作面刮板输送机、泵站、转载机等)工况(开停和负荷)；液压支架、支柱工作阻力、液压管路压强；泵站输出压强；煤、岩体内部应力；采场及巷道顶底板会合量；巷道两帮会和量级断面收缩量；支架活柱、支柱(油缸)伸缩量；采煤机在工作面的动态位置；工作面环境参数(包括瓦斯浓度、一氧
24、化碳浓度、温度、湿度、风速、风量等)。井下采集的数据通过电话线或光纤连续不断地自动传输到地面，由地面的微机完成数据存储、图形显示、超限警告及图表打印输出等。(1)KGJ-B系统的工作原理系统主要由：井下中心站、井下分站、压力量传感变送器、开关量传感变送器、位移量传感变送器、矿用直流多路不间断电源、电话线、地面测控及数据处理计算机一级输出打印机等组成。 井下中心站为该系统的核心，它在井下将各井下分站所采集的数据集中起来打包后经电话线或光纤传输至地面测控及数据处理计算机，同时对数据进行工程量计算并根据测点的坐标位置以直观的图形方式将监测结果在井下中心站的屏幕上显示出来。井下分站完成对各传感变送器的
25、自动巡回检查并把监测结果通过RS-485接口传送给井下中心站。开关量传感变送器将工作面各种设备的(采煤机、刮板运输机、泵站等)的开停状况测定后，将结果便送至井下中心站。压力量传感变送器将各种压力量(泵站输出压力，液压支架工作阻力，煤、岩体内部应力等)测定后，将结果便送至井下中心站。位移传感变送器将各种位移量(顶底板移近量、活柱伸缩量等)测定后，结果便送至井下中心站。KF1016型矿用直流多路不间断电源内部有三路相互独立的电源，其中一路供给井下中心站，另外两路供给不同的分站和传感变送器。地面测控及数据处理计算机负责向井下中心站配置参数，不断巡检井下中心站，并完成井下监测数据的接受、存盘、图形显示
26、分析、输出等处理工作。传感变送器通过一条电缆与井下分站相连，在每一个传感变送器当中都有一个译码电路。当井下分站发出地址码串时，所有译码电路都接收这一地址码串，并进行译码，只有其地址与该地址码串相等的那一个传感变送器的译码电路译码成功，并为该传感变送器打开电源开关，且将该传感变送器的频率信号通过公用信号线传送到井下分站。井下分站测读后，再发出另一个传感变送器的地址码串，与之地址对应的传感变送器译码成功后，将频率信号再传给井下分站，井下分站测读后在发另一传感变送器的地址码串依次实现自动巡回监测，每隔井下分站监测完所有与之相连的传感变送器后，再从头开始依次进行下一循环的监测，并将测得的数据以每循环为
27、一包发送给井下中心站。(2)系统的主要技术特征使用环境：环境温度：040；环境气压：86106kPa；相对湿度：95%3% (25)；可用于有甲烷、煤尘爆炸性混合物的煤矿井下，无严重腐蚀性液体的场所。系统容量：井下中心站：14个；井下分站：416=64个(每个井下中心站可以接16个分站)；各类传感器：41616=1024个(每个分站可以接16个传感器)；系统精度：优于1.5%；井下中心站至地面主机间的数据传输：方式1：以电话电缆的一对为介质，速度600波特，距离可达10km；方式2：以光纤为介质，速度9600波特，距离可达20km；井下中心站至分站间数据传输：以专用电缆为介质，速度4800波特
28、，距离可达1.2km。(3)系统主要特点用于煤矿井下环境的电子设备必须具备防爆安全性，KGJ-B型综采工作面综合检查系统，除电源采用隔爆型防爆结构以外，其他设备如中心站、分站和各类传感变送器等皆按本安结构设计，实现了整体的防爆性，并通过了国家防爆检验部门的认证检验和煤安认证。井下监测数据如何及时向地面传输是监测系统必须解决的技术关键之一。在本系统中井下中心站到地面的数据传输之需要一对普通电话线(现有电话电缆中的一对)即可，即满足了数据传输的要求又节省了大量的电缆购置费及铺设费用，在已经铺设光缆的矿井也可以采用光纤传输。系统设计每一井下中心站的传感变送器达256个，按传统的连接方式势必连接大量的
29、电缆，使得安装维护困难，甚至无法实现，在本系统中采用先进的编译码技术，每个分站的传感器公用一条四芯电缆与分站相连，安装维护极为灵活方便，创造性地解决了传感器连接的技术难题。井下中心站与个分站之间，使用RS-485标准接口，并采取一系列防干扰措施，成功地解决了在采煤工作面极其恶劣的电磁干扰环境下，如何保证数据可靠传输的关键技术难题。在采煤工作面使用的电子设备的防护性能(比如防潮、防尘、防冲击等)是保证能否正常工作的关键。在本系统中，采取了井下中心站与各分站之间及个分站与传感变送器之间采用特质加强型电缆连接，精铸不锈钢外插接件。分站、传感器使用精密不锈钢外壳及所有接合面都加装橡胶密封件等措施，确保
30、整个系统长期连续可靠地工作。对于监测系统，提供给使用者的界面形象、直观、有效，是一个系统是否成功的关键。在本系统中，地面监测主机界面采用实时动画、图形方式显示，用户界面良好、功能强大、操作简便，实现了井下信息的地面实时动画、图形显示等。2.森透里昂KJ31煤矿监测监控系统森透里昂KJ31煤矿监测监控系统是加拿大康斯佩克控制有限公司从70年代初期开始研制的煤矿安全生产监测监控的专用设备。森透里昂系统在加拿大、美国、澳大利亚和中国都有很广泛的应用。森透里昂KJ31系统采用了总线传输方式。所有的传感器都可以直接接上公共干线，波特率可达4800bps。所有的传感器都可以直接对主机通信，大大节省了电缆。
31、安装、维护和移动都很方便、森透里昂系统在发展了可以直接上干线的传感器机提高传输速率的基础上，还采用了智能传感器、智能监控分站及区域控制器。前者用在单一控制之处，后者用在复杂控制，两者都不受中心站主机故障的影响。这样就可以根据需要来选择用智能传感器或控制智能监控分站。对于那些不参加控制的大量的测点可以直接上干线。由于所有传感器都可以直接接到公共干线上，森头里昂系统的智能监控分站也采用干线型。(1) 地面中心站森透里昂KJ31系统地面中心采用了网络结构。系统软件运行在Windows98/NT平台上。系统容量大、速度高，巡检周期短，不大于5s。(2) 井下监控分站和传感器部分监控分站由P5010本安
32、型监控分站、P5011隔爆兼本安型控制器及P4000A备用电源组成，主要用于煤矿井下巷道、采掘工作面的瓦斯、风速、一氧化碳、温度等环境参数以及各种开关量的监测和控制，并可实施风电瓦斯闭锁以及各种逻辑控制。有以下特点：结构独特：分站只有一条干线电缆输出到工作面，所有的传感器可就近挂在干线上，而不是每个传感器都拉一根电缆到分站。传输距离大于2Km，并可扩展到10Km。监控容量大：6路模拟量输入(CH43个、风速1个、CO1个)，16路开关量输入，4组继电器控制输出(可以扩展到9组)，2个报警输出；分站还可作为专测支架压力的子系统，可以监测32个支架压力。安装使用灵活：分站可以自称小系统工作，也可作
33、为森透里昂系统的一个子系统与中心站联机通讯成为中心站的分站。监测数据由P5010上162点阵液晶显示板显示，并可实现就地报警和断电。多功能通讯指示灯能显示通讯状态，分站具有在运行异常情况下的自动和手动复位功能。分站还具有备用电源箱，当电网停电时，备用电源箱自动投入运行，可以再工作4小时以上。该系统配接的传感器均为智能型传感器。所有智能型传感器都具有串行通讯能力，直接输入输出数字信号，不必经过转换就可以直接挂接到系统总线上，可以接受主机发来的各种命令，也可以分时送出各个信号到总线。所有智能型传感器都具有记忆、显示、声光报警、断电、标准信号输入、故障指示、软件编程与接入系统的网络功能。(3) 数据
34、传输的特点森透里昂KJ31系统采用基带时分多路复用通信传输技术，传输速率达4800bps，误码率小于10-9 。传输电缆使用具有内、外屏蔽层的丝加强带及塑料外护套的四芯或六芯专用电缆(二芯信号线，二芯电源线，二芯电话线)。传输距离可达25Km，中间使用干线扩展器，其中每个干线扩展器可以使干线通信距离增加2.4Km。1.4本文要做的工作(1)介绍了两种煤矿上常用的监测系统和它们的结构(2)对整个综采面的分布和结构进行介绍(3)对综采面的主要设备结构和工作原理详细介绍(4)对综采面设备容易出的故障和监测方法进行分析，并且对瓦斯监测方法进行分析。(5)对综采面综合监测系统的框架结构进行设计，在井下采
35、用分站和中心站，井上用监测主机。分站和中心站通信用RS-485，中心站和井上主机用光纤进行通信，井上主机把数据送入企业局域网中，供相关人员查询。(6)对系统的抗干扰措施进行探讨 2 综采工作面介绍2.1综采工作面的布置图2.1 综采工作面结构布置图1双滚筒采煤机；2可弯曲刮板输送机；3自移式液压支架；4下端头支架；5上端头支架；6转载机；7可伸缩胶带输送机；8配电箱；9移动变电站；10设备列车；11泵站；12喷雾泵站；13绞车；14集中控制台2.2采煤机7892.2.1采煤机的结构采煤机的类型很多，但基本上以双滚筒采煤机为主，其基本组成部分也大体相同。采煤机是煤矿生产最重要的设备，它是切割煤最
36、常用的工具，它主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成。双滚筒采煤机的结构如下图所示：图2.2双滚筒采煤机1电动机；2牵引部；3牵引链；4截割部减速箱；5摇臂；6滚筒；7弧形挡煤板；8底托架；9滑靴；10调高油缸；11调斜油缸；12拖缆装置；13电气控制箱电动机1是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。牵引部2通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链3相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的行走机构。左、右截割部减速箱4将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮，驱动滚筒
37、6旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡煤板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。底托架8是固定和承托整台采煤机的底架，通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高油缸10可使摇臂连同滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜油缸11用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱13内部装有各种电控元件，用于采煤机的各种电气控制和保护。此外，为降低电动机和
38、牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置12内，并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。2.2.2采煤机的工作方式综采工作面的配套设备通常由双滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机及液压支架等组成。用液压支架支护顶板，实现了支护、移架及推移输送机过程的机械化。采出的煤经转载机及可伸缩带式输送机运到采区煤仓。综采工作面的采煤工艺过程如下：(1)采煤机自工作面一端开始向另一端采煤。(2)随着采煤机向前牵引，紧接着移动液压支架，以便及时支护顶板。(3)在采煤机后面一定距离处，推移工作面刮板输送机。当采煤机移动到工作面另一端，各个工序都相应完成之后
39、，就实现了一个完整的采煤循环。2.2.3采煤机的截割部采煤机的截割部包括工作机构及其传动装置，是采煤机直接落煤、装煤的部分，其消耗的功率约占整个采煤机功率的8090。工作机构是指滚筒和安装在滚筒上的截齿，而传动装置是指固定减速箱、摇臂齿轮箱，有时还包括滚筒内的传动装置。(1) 截齿图2.3刀型截齿 图2.4 镐形截齿截齿是采煤机直接落煤的刀具，它的几何形状和质量直接影响采煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本。对截齿的要求是强度高、耐磨、几何形状合理、固定牢靠。截齿齿身常用3035CrMnSi，3035SiMnV或40Cr等合金钢制作，并经调质处理，齿头部镶嵌碳化钨硬质合金。滚筒采煤机用的截齿，有
40、扁截齿和镐形截齿两种。 扁截齿即刀形截齿，它是沿滚筒径向安装在螺旋叶片和端盘的齿座中的，故又称为径向截齿。为了提高耐磨性能，截齿头部镶嵌有硬质合金。扁截齿可以截割不同硬度和韧性的煤，适应性较好。镐形截齿分为圆锥形截齿和带刃扁截齿。镐形截齿基本上是沿滚筒切向安装的，故又称为切向截齿。镐形截齿落煤时主要靠齿尖的尖劈作用楔入煤体而将煤碎落，故使用脆性及裂隙多的煤层。圆锥形截齿的齿尖是由硬质合金做成的，齿身头部也堆焊一层硬质合金，以增加耐磨性。这种截齿形状简单，制造容易。从原理上讲，截煤时截齿可以绕着轴线自转而自动磨锐。(2)螺旋滚筒螺旋滚筒由螺旋叶片1、端盘2、齿座3、喷嘴4及筒壳5等部分组成。其中
41、，螺旋叶片用来将截落的煤推向输送机。端盘紧贴煤壁工作，以切出整齐的煤壁。为了防止端盘与煤壁碰撞，端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜，端盘上截齿截出的宽度为80120mm。齿座的孔中安装截齿。叶片上两齿座间布置有内喷雾喷嘴，内喷雾水则由喷雾泵通过供水系统引入滚筒并通向喷嘴。图2.5螺旋滚筒螺旋滚筒有三个直径，分为滚筒直径D、螺旋叶片外缘直径Dy及筒壳直径Dg。滚筒直径指滚筒上截齿齿尖处的直径。滚筒直径尺寸可以根据所采煤层的厚度进行选择。筒壳直径Dg越小，螺旋叶片的运煤空间越大，则越有利于装煤。滚筒宽度B指滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离，是采煤机的理论截深。目前采煤机的截深从0.6米到1.0米。由于螺
42、旋滚筒要将割下的煤抛向刮板输送机，滚筒的旋转方向必须与滚筒的螺旋方向一致。在采空区一侧看来，逆时针旋转的滚筒，叶片应该左旋；顺时针旋转的滚筒，叶片应该右旋。采煤机在往返割煤的过程中，滚筒的转向不能改变。(3)截割部的传动装置截割部的传动装置功能是将电动机的动力传递到滚筒上，以满足滚筒工作的需要。并且传动装置还应适应滚筒调高的要求，使滚筒保持在适当的工作高度。由于截割电机消耗采煤机总功率的80%90%，因此要求截割部传动装置有高强度、高刚度和可靠性，良好的润滑密封、散热条件和高的传动效率。采煤机的截割部传动都为齿轮传动，常见的传动方式有下面几种：图2.6电动机固定减速箱摇臂滚筒传动方式1电动机；
43、2固定减速箱；3摇臂；4滚筒 电动机固定减速箱摇臂滚筒。这种传动方式的特点是传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸出，支撑可靠，强度和刚度好。但摇臂下降的最低位置受输送机限制，故卧底量较小，DY-150、BM-100采煤机采用这种传动方式。电动机固定减速箱摇臂行星齿轮传动滚筒。这种方式在滚筒内设置了行星传动，从而使前几级传动比减小，简化了传动系统，但筒壳尺寸增大了，所以这种传动方式适用于中厚煤层的采煤机。在MLS3-170、MAX-300、AM-500和MG系列采煤机使用了这一方法。图2.7电动机固定减速箱摇臂行星齿轮传动滚筒传动方式1电动机；2固定减速箱；3摇臂；4滚筒；5行星齿轮传动图2.8电动
44、机减速箱滚筒传动方式1电动机；2固定减速箱； 4滚筒；6泵箱；7机身及牵引部电动机减速箱滚筒。这种传动方式取消了摇臂，靠由电动机、减速箱和滚筒组成的截割部来调高，使齿轮数大大减少，而机壳的强度、刚性增大，并且调高范围也较大，采煤机机身可以缩短，有利于采煤机的开缺口工作。MXP-240和DTS-300型采煤机采用了这种传动方法。电动机摇臂行星齿轮传动滚筒。这种传动方式的电动机轴与滚筒轴平行，取消了容易损坏的锥形齿轮，使传动更加简单，并且调高范围增大，机身长度缩小。现在新型电牵引采煤机都采用这种传动方式。图2.9电动机摇臂行星齿轮传动滚筒1电动机；2固定减速箱；3摇臂；4滚筒；5行星齿轮传动；6泵
45、箱；7机身及牵引部2.2.4采煤机牵引部采煤机的牵引部包括牵引机构和传动装置两部分。牵引机构是直接使采煤机移动的装置，分为有链牵引和无链牵引两种类型。传动装置是用来驱动牵引机构并实现牵引速度的调节的装置。现在国内大型煤矿常用的采煤机是无链、电牵引采煤机。无链牵引机构取消了固定在工作面两端的牵引链，以采煤机牵引部的驱动轮或再经中间轮与铺设在输送机槽帮上的齿轨相啮合，从而使采煤机在输送机上沿工作面移动。无链牵引主要有下面几种方式：(1)齿轮销轨型。这种无链牵引机构是以采煤机牵引部的驱动齿轮经中间齿轨轮与铺设在输送机上的圆柱销排式齿轨相啮合，来使采煤机移动。图2.10 齿轮销轨型无链牵引机构(2) 滚轮齿轨型。这种无链牵引机构由装在底托架内的两个牵引传动箱分别驱动两个滚轮（即销轮），滚轮与固定在输送机上的齿条式齿轨相啮合而使采煤机移动。 图2