SGW-150型刮板输送机的设计 100页

'SGW-150型刮板输送机的设计郑重声明本人所呈交的毕业设计（论文），是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名：日期：中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：100 成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：100 成绩：评阅教师签字：年月日100 中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩评语及综合评定成绩（评语及成绩）：答辩小组组长签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日100 摘要刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是煤炭装运的第一个环节。因此，刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性低，寿命短。综合分析我国刮板输送机的使用现状，设计制造高性能的刮板输送机迫在眉睫。本文首先综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了中单链型刮板输送机。而后，对中单链型刮板输送机进行了总体结构设计。对机头传动装置、刮板链、刮板、链轮、等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了中单链型刮板输送机的整体设计。此次设计的中单链型刮板输送机左右两侧对称，可以在两侧壁上安装减速器，以适应左侧采煤工作面的需要。另外，可以很容易将机尾改装成机头，而适应各种特殊情况。此次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单,受力均匀，运行平稳，摩擦阻力小，溜槽利用率高，弯曲性能好，不易出现堵塞，具有很强的适应性。关键词：刮板输送机；中部槽；圆环链AbstractThescraperconveyeristhesynthesispickingworksurfaceimportantconstituentofthesupplementaryequipment.Itisthefirstlinkofthecoalshipping.Therefore,thescraperconveyerdeliverycapacityhasdecidedtheminingcoalworkingsurfaceproductivityandtheefficiencyinagreatdegree;however,ourcountrywaslaggedbehindatpresent;thescraperconveyerinstallingequipmentpowerissmall.Thedeliverycapacityislow;the100 transportationisawayfromshort,thedurabilityisbad;Reliabilityislow;andthelifeisshort.Thegeneralizedanalysisourcountryscraperconveyerusepresentsituation,thedesignmanufacturehighperformancescraperconveyerisimminent.Thisarticlefirstsynthesizedhascomparedeachkindoftypeconveyercharacteristic,hasselectedcentersimplechainaccordingtotheactualsituationthescraperconveyer.Butafter,thescraperconveyerhascarriedontheoverallstructuraldesigntocentersimplechain.Tothenosetransmissiondevice,theaqueduct,themiddletrough,thescraperchain,thescraper,thechainwheel,theairplanetailandothermajorcomponenthascarriedonthetechnicalanalysisandthestructuraldesign,hascompletedcentersimplechainthescraperconveyeroveralldesign.Thisdesigncentersimplechainaboutthescraperconveyertwosidesaresymmetrical,mayinstallthereductiongearontwosidewalls,byleftmeets,therightminingcoalworkingsurfaceneed.Moreover,itmayveryeasilyreequiptheairplanetailthenose,butadaptseachkindofpeculiarcircumstance.Thisdesignofcentersimplechainofthescraperconveyercharacteristicincludes:thestructureissimple,thestressiseven,movessteadily,thefrictiondragissmall,thechuteusefactorhigh,thecurvingperformanceisgood,Itisnoteasytoappearstopsup,hastheverystrongcompatibility.KeyWords:ScraperConveyer;MiddleTrough;RoundLinkChain100 100 第一章绪论1.1刮板输送机的意义用刮板链牵引，在槽内运送散料的运输机叫做刮板输送机。刮板输送机与采煤机和液压支架一起，组成现代机械化综合采煤成套设备。由于刮板输送机特殊的结构和工作环境，显示出了其以下优点：机身低矮，占用空间小；可以水平弯曲，随采煤机的移动而推移，减小了控顶距；能够垂直弯曲，可以弥补地板高低不平的影响，结构强度高，能够适应采煤工作面较恶劣的工作环境，可以做采煤机的运行轨道，还可以兼做移驾时的支点，推移输送机时，铲煤板可以自动清扫机道浮煤，挡煤板可以自动增加装煤断面积，防止煤抛到空采区，它上面的电缆，水管槽架对其起保护作用，所以，刮板输送机迄今为止仍是综采工作面唯一的运输设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常运行。否则，整个采煤工作面就会出现停产状态，是整个生产中断。因此，进行刮板输送机的结构设计，使其适应恶劣的井下工作环境，并具有优良的结构强度和刚度，对刮板输送机的生产和安全使用具有重要意义。1.2国内外刮板输送机发展中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送机的雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。 1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。100 80年代中后期，发达国家纷纷推出全新的高产高效输送机,其特点为大功率、大运量、长运距、高可靠性、长寿命。而我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小,输送能力低,运输距离短，耐久性差,可靠性低，寿命短，我国目前的刮板输送机的技术水平只相当于80年代初期的国际水平,落后于国际先进水平10～15年，目前尚没有自己的高产高效输送机，高产高效工作面的配套设备还只能依靠进口。而刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分,是煤炭装运的第一个环节,在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率，因此，研究制造自己的高产高效输送机迫在眉睫。1.3刮板输送机的优缺点刮板输送机可用于水平运输，亦可用于倾斜运输，沿倾斜向上运输时，煤层倾角不得超过25°，向下运输时，倾角不得超过20°，当煤层倾角过大时，应安装防滑装置，可弯曲刮板输送机允许在水平和垂直方向作2°～4°的弯曲。将敞开的溜槽，作为煤炭，矸石或物料等的承受件，将刮板固定在链条上（组成刮板链），作为牵引机构，当机头转动部启动后，带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行带着物料沿着溜槽移动，直到机头部卸载，刮板链绕过链轮作无极闭合循环运行，完成物料的运输，其优点为：（1）结构坚实，能够受住煤炭，矸石或其他物料的冲，撞，碾，压等外力作用；（2）能适应采煤工作面底板不平，弯曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向的弯曲；（3）机身矮，便于安装；（4）能兼做采煤机运行的轨道；（5）可反向运行，便于处理低链事故；（6）能做液压支架前端的支点。但常用刮板输送机的缺点包括：（1）空载功率消耗较大，为总功率的30%左右；（2）不宜长距离运输；（3）易发生掉链，跳链事故；（4）消耗钢材多，成本大。100 刮板输送机在煤矿的生产与建设中的发展，大致经历了三个阶段。第一阶段在30-40年代，是可拆卸的刮板输送机，它在工作面内只能直线铺设，随工作面的推进，需要人工拆卸，搬移，组装。刮板链是板式，多为单链，如V型，SGD-11型，SGD-20型等小功率轻型刮板输送机。第二阶段是40年代前期由德国制造出可弯曲刮板输送机，它与采煤机，金属支架配合实现了机械化采煤。这种刮板输送机适应底板不平凸凹不平的和水平弯曲等条件，移设施不需拆卸，并且运煤量也有所增大，如当时的型号SGW-44型刮板输送机就是这个阶段的代表产品。进入60年代由于液压支架的出现，为了适应综采的需要，刮板输送机发展到了第三阶段，研制出大功率铠装弯曲重型刮板输送机，如SGD-630/75型,SGD-630/180型等就是属于这个阶段的产品。目前，随着采煤工作面生产能力的不断增大，刮板运输机主要的发展趋势是：（1）大运输量，国外先进采煤国家已经发展到小时运输能力高达1500T（80年代）3500T（90年代）的刮板输送机；（2）长输送距离，为了减少采煤阶段煤柱的损失量，加大工作面长度，刮板输送机的长度已经达到335米以上；（3）大功率电机，电动机的功率已经发展到单速电机达525KW，双速电机500/250KW；（4）寿命长，由于使用大直径圆环链，增加了刮板链的长度，延长了刮板输送机的寿命，整机过煤量高达600万吨。SGZ-W型刮板输送机，具有大运量，高强度，高寿命，高可靠性的特点，是高产，高效率综合机械化采煤理想的总作面运输设备。1.4刮板输送机的研究与应用刮板输送机在使用过程中经过不断地摸索，在原有的基础上有了很大的进步和发展，新型刮板输送机出现在很多工业上，也同时给企业带来了很大的效益。那么我们下面就具体介绍一下新型刮板输送机。用刮板链牵引、在槽内运送散料的输送机叫刮板输送机。在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机100 能保持连续运转，生产就能正常进行。否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产中断。近几年来，在刮输送机的研究试验方面也进行了大量工作，并且取得了良好的现场使用效果。刮板输送机此项研究指出：大功率、大运量、高强度、高可靠性输送机的推广应用将成为国内发展的必然趋势。（1）中部槽，其结构的发展趋势主要以整体铸造槽帮钢、组焊中板结构为主，内槽宽考虑到互换性将保持在900~1000mm，中板和底封板均为高强度耐磨板。（2）刮板输送机链条。目前的水平是Φ34×126mm矿用高强度圆环链，随着综采面铺设长度的增加，圆环链直径可能增大到Φ38mm或Φ42mm。（3）刮板输送机采煤机牵引方式。由于兖州矿区对强力链轨式牵引方式有较好的使用效果，所以采煤机的牵引方式将会统一于这种模式，但强度更高、维修更方便的齿排式牵引也会成为选择方式之一。（4）刮板输送机机尾。可伸缩式机尾结构可以方便地调整刮板输送机使用期间或紧链之后的链条松紧程度，在技术上也比较成熟，将得到进一步的推广应用。（5）刮板输送机卸载方式。对综采放顶煤一次采全高工作面而言，由于上下两头超大支护空间及顶板情况，目前有把握的是端卸方式。但根据兖州矿区和国内外的使用经验，十字交叉侧卸方式在性能上优于端卸方式，虽然十字交叉侧卸方式还处于研究阶段，在重型高效一次采全高工作面将会得到应用。（6）刮板输送机传动装置。随着综采面尤其是济东煤田煤层赋存条件较好将使工作面设计长度进一步增大，电动机单机功率在375kW的基础上将加大，传动装置的发展趋势将是以3.3kV电压等级双速电动机驱动，行星轮系减速器传动为主。所以新型刮板输送机的出现和志在成功也是输送机方面的一大突破，为更多的企业带来好的成果。1.4.5刮板输送机中部槽的优化设计兖州矿业（集团）公司机械制修厂和山东科技大学开展了“刮板输送机中部槽的优化设计”100 的研究，不仅降低了生产的成本，还提高了整机的可靠性。随着综采放顶煤技术的高速发展，原来广泛使用的轧制槽帮焊接中部槽由于受到尺寸、强度等因素的制约，已经不能满足煤矿对大功率、大运量刮板输送机的要求，分体轧制槽帮组焊结构中部槽和铸造槽帮中部槽的出现缓解了这一矛盾。其中，整体铸造槽帮在提高强度和减少连接元件两个方面均占有明显的优势，中部槽端头已经成为铸造槽帮的一部分，实现了无螺栓连接。此项研究成果表明：溜槽内口翼板是刮板在槽内运行的导向装置，无论正常倾斜摆动情况下及刮板两端、中部槽上翼板正常磨损后刮板均不能脱槽。在满足这些条件的前提下，槽帮上翼板长度越短越好，以保证尽量大的货载断面和尽量小的运行阻力；中部槽间的连接目前有哑铃和大环两种，只有破断负荷3000kN以上的中部连接件，才能有效地控制外界横向和纵向载荷对槽间连接的综合作用力，满足高产高效工作面的要求；中部槽中板的搭接形式有两种，在满足要求的前提下，选择生产成本低的直边搭接结构更适合实际的需要；要根据采煤机生产能力初选槽宽，然后依据装载断面和采煤机过煤空间核算输送机输送量，同时考虑槽宽与支架、采煤机的配套关系，使之满足工作面要求；底刮板链与中板的间隙为10～12mm，刮板与封底板的空隙为3mm，可消除封底板焊接变形量对刮板运行的不良影响；长度1750mm的中部槽已投入使用，对于同一工作面长度，较当前普遍使用的1500mm中部槽减少了数量及连接环节，提高了可靠性。钢材9大倾角综放面输送机上窜下滑的控制兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿5308综放面倾向和走向长度长，两巷高差变化大，设备总重量达到4019t，增加了控制输送机上窜下滑的难度。他们通过精心调面，保证了前、后部输送机和转载机的合理搭接，在高差达到39m以上和溜头与溜尾割透都困难的情况下，严格控制了输送机的上窜下滑，为实现单面年产煤351万t奠定了基础。由于现场影响因素和不确定因素较多，输送机的最佳控制状态应为支架两棵前立柱与进尺工程线距离相同，支架连杆位于马头门正中间，即支架和支架连杆位于既不向溜头转向也不向溜尾转向的最正状态。负责调面人员应根据输送机的当前状态（上窜、下滑或稳定状态）和前方工作面两巷的高差变化情况来确定当前和下一步的调面方案。1.4.6综放工作面刮板输送机下滑控制100 兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿开展了“综放工作面输送机下滑及控制”的研究，分析了综放工作面输送机下滑的原因，探讨了影响工作面输送机与工作面底板的摩擦因数，并针对工作面不同倾角提出了控制输送机下滑的方法。当综采工作面底板的倾角超过一定值时，输送机就会下滑，使输送机与转载机不能正确搭接，造成煤炭在输送机机头堆积、堵塞，严重时还会造成工作面停产。因此，控制工作面输送机下滑是工作面设备管理的重要内容。在干燥条件下，输送机与工作面底板摩擦因数一般为0.35～0.40，相应的摩擦角为18°～20°。即工作面倾角小于18°时，输送机在静态、干燥条件下不会下滑。但是，工作面的情况是复杂的，影响摩擦因数的因素很多，潮湿的工作面底板使摩擦因数变小，外力作用也加大了输送机下滑的趋势。综合以上因素考虑，输送机与工作面底板的摩擦角一般情况下为6°～8°，当工作面倾角大于6°时输送机即开始下滑，大于12°时严重下滑。也就是当工作面倾角大于6°时，就必须对输送机采取防滑措施。控制工作面输送机下滑的方法很多，应针对工作面具体情况采取相应的措施。此项研究结果表明：当工作面倾角小于12°时，可采用工作面伪倾斜法控制输送机下滑，不需要配置防滑装置；当工作面倾角为12°～16°时，应在输送机机头、机尾增加防滑装置，中间适当辅以单体支柱进行锚固，配合工作面伪倾斜法控制输送机下滑；当工作面倾角大于16°时，应综合采用上述各种防滑措施，并改双向割煤为下行单向割煤以减少输送机的下滑力，同时给液压支架增加防滑装置。1.5设计方案选定是祖国的未来，理应为祖国的繁荣昌盛做出自己应有的贡献，结合中国的刮板输送机现状，我设计了中单链型刮板输送机，本文首先综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了中单链型刮板输送机。而后，经过半年的思考钻研对中单链型刮板输送机进行了总体结构设计。对机头传动装置、过渡槽、中部槽、刮板链、刮板、链轮、机尾等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了中单链型刮板输送机的整体设计。此次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单,受力均匀,运行平稳,摩擦阻力小,溜槽利用率高，弯曲性能好,不易出现堵塞，具有很强的适应性。100 刮板输送机链条在溜槽内布置方式，常用的有中单链、中双链及边双链。其特点分别是：（1）中单链。刮板在溜槽内起导向作用，一条链条位于刮板中心。其特点是结构简单，弯曲性能好，链条受力均匀，溜槽磨损小。其缺点是过煤空间小，机头尺寸较大，能量消耗较大。（2）边双链。链条和连接环起向导作用，链条位于刮板两端。其特点是过煤空间大，消耗能量小。其缺点是水平弯曲时链条受力不均匀，溜槽磨损较大。（3）中双链。刮板在溜槽内起向导作用，两条链条在刮板中间，其间距不小于槽宽的20%，其特点是链条受力均匀，溜槽磨损小，水平弯曲性能好，机头尺寸较小，单股链条断时处理方便。缺点是过煤空间小，能量消耗大。综上所述，中单链刮板输送机的特点是结构简单、事故少、受力均匀，运行平稳，摩擦阻力小，溜槽利用率高和弯曲性能好，在输送机上不易出现堵塞；缺点是预张力较大。中单链可弯曲刮板输送机系列适用于厚度在0.8米以上，倾角在±15°之间的缓倾斜工作面，也可用于顺槽及煤巷掘进面。本机主要适用于缓倾斜中厚煤层长壁式经济综采或高档普采的回采工作面，在放顶煤回采工作面应用也越来越多，可与采煤机、液压支架等设备配套，以实现回采工作面的落煤、装煤、运煤、支护和工作面的连续作业等。又考虑到所设计的刮板输送机的运输功率比较小和上述各种链型的特点，选用中单链型刮板输送机。目前，刮板输送机的机头、机尾部采用螺栓连接，而连接螺栓强度不足，容易断裂，可靠性不高。为此，本次设计机头、机尾部采用焊接板式，这样可以减少螺栓连接不但可以提高可靠性，而且可以减少孔和螺纹的加工而减少工序，降低成本。另外，考虑设计的输送机运输量较低，功率比较小，因此，即使重载启动需要的电动机转矩也不会太大，电动机和减速器用弹性联轴器连接就可以满足要求，这样不使用液力耦合器，不但可以减小机头的体积和重量，也省掉了向工作面输送工作液等过程,减少了材料消耗和对环境的污染,没有因密封漏油而失效的问题，从而可以降低成本，提高经济性。刮板链的强度问题一直是困扰国产刮板输送机的大问题。由于磨损、疲劳、自身质量差、锈蚀等原因，使新链条在使用3个月后断链事故明显增多。为此，链条将采用圆环链，既有利于降低机身高度,增大装煤量，又有足够强度。100 国产刮板输送机的联接螺栓可靠性普遍较差，机头、机尾推移部上的联接螺栓经常出现拉断现象，造成推移困难，铲煤板和刮板上的螺栓经常出现松动、脱落，造成零件丢失，影响铲煤和运煤效果，使中部头强度不足。因此，中部槽采用整体铸造和轧制，尽量减少螺栓联接，为了减少空载功率消耗，中部槽采用封底结构取消铲、挡板的联接螺栓，提高工作可靠性。100 第二章总体结构设计2.1刮板输送机的选型刮板输送机主要由链条及链条上的刮板组成，根据用途可以设计成各种结构，如多进料口、中间卸料、不同倾斜角度。刮板输送机能以很大的倾角运行，且有较好的自清功能。刮板输送机还能设置链条断裂或阻塞保护开关和尾轮轴速度监测装置。刮板输送机有几种类型的进料口：一种是标准进料口，即在直接接收物料的刮板机顶部设有简单的开口，进料口要求能控制进料量(如闸门)，以免阻塞刮板机；第二种是旁路或分流进料口，即物料被输送到刮板机缓冲斗，由进料口来控制进入刮板机的流量。由于物料的厚度由进料口控制，因此即便堵塞进料口，也不会阻塞刮板机。另外还有一些其它进料方式。刮板输送机链条有以下三种返回的方法：（1）滚筒或扣链齿轮。链条直接置于塑料滚筒或扣链齿轮上，这种方式最经济，链条没有完全张紧时，有空间下垂，但不太适合较宽的刮板输送机，因为链条不太紧时，刮板有可能倾斜。（2）导轨。链条上的塑料或聚乙烯刮板置于刮板机的整个钢轨上。（3）托链槽。在物料输送层和链条返回层之间有一条托链槽，聚乙烯刮板就安装在这条托链槽上。这种类型常用于倾斜的刮板上。刮板输送机的选型计算主要内容包括：（1）刮板机运输能力的计算；（2）运输机运输阻力和电动机功率的演算；（3）刮板链的强度计算。每台刮板运输机都有其技术特征，一般根据厂家给出的说明书选型和安装即可，但需注意厂家说明书给出的输送机铺设长度均指水平铺设长度，而现场的实际情况，工作面的倾角、长度是千变万化的，不一定完全恰好符合输送机的技术特征，为此就需要通过计算来确定其运输能力、电动机的功率及链子的强度是否满足要求。2.2主要设计参数某采煤工作面100 内使用刮板输送机，单向运输，中等冲击，使用寿命为10年，每年300天，每天20小时，半年小修，一年大修，工作长度为L=120m，采煤机牵引速度为=4.6m/min，生产能力，截深0.6m，倾角10°，向下运输，煤的实体密度为1.4t/m3。2.2.1设计生产率设计生产率是运输地点在单位时间里需要运出的货物的质量，它是矿井生产任务要求运输设备所具有的运输能力，用“A”来表示，单位是t/h；而运输设备本身所具有的运输能力，称为设备生产率，以“m”表示，单位是t/h，为了保证完成矿井生产任务，在选择运输设备时，应使设备生产率大于或等于设计生产率。为了演算其生产率，就要演算其电动机功率及其生产阻力。刮板输送机的运行阻力包括：（1）煤及刮板链子在溜槽中移动的阻力；（2）倾斜运输时，货载及刮板链子的自重分力；（3）刮板链绕过两边刮板轮时链条弯曲的附加阻力及轴承阻力；（4）传动装置的阻力（减速器、联轴器中的阻力）这些阻力在计算时，可分解为直线段运输阻力与弯曲段运行阻力来计算，然后可利用“逐点计算法”计算刮板链各特殊点的张力及主动链轮的牵引力。初选刮板链速。工作面所需运输能力：中部槽应具有的装载面积为：式中为中部槽装满系数，取0.8。初选中部槽宽630mm，中部槽装煤动堆积角30°。运煤几何面积为：当采煤机运行方向与刮板链运行方向相反时，中部槽所需装载面积小于。所以A>，中部槽装运能力满足。100 根据中部槽宽度，查表2.1选取矿用圆环链规格为18x64C型链，采用边双链形式。链重。2.2.2运行阻力、牵引力和功率计算从图2.1可知，重段运行阻力=63.61===41434.6N式中为煤在槽内运行的阻力系数，为刮板链在槽内运行的阻力系数，取，，下同。空段运行阻力对于各特殊点张力，按两端布置传动装置分析，首先确定最小张力点的位置，然后据“逐点计算法”进行计算，因此图2.1刮板输送机计算示意图100 由于双机驱动时，两电机功率一般相同，故：由于，所以为最小张力点。取=0。则图2.1中4个点的受力情况为：总牵引力为：所需电机总功率为：式中为减速器机械效率，取，为刮板链速度。考虑到采区的电压降，双机头驱动两电机负荷的不均匀以及难以准确计算的额外阻力，实际配备电机功率应在计算值上增加20%的备用功率，取电机功率系数k=1.2，则电机轴上的总功率为：所以选取两个YB225S-4型隔爆异步电机作为刮板输送机的驱动，单机功率为。转速，电动机功率足够。100 2.2.3圆环链的强度演算在选定的刮板输送机及其配件的具体型号后，对其圆环链的强度进行初步的演算：链子安全系数式中为18X64C型圆环链的破断负荷，，为双链负荷不均匀系数，边双链型取。2.2.4刮板输送机型号的确定综合以上，刮板输送机型号为SGB-630/74。2.3刮板输送机的总体结构可弯曲刮板输送机的组成及传动系统如图2.2其主要组成部分由：机头部（包括机头架、电动机、液力耦合器、减速器、链轮组件）、机尾部（包括机尾架、电动机、液力耦合器、减速器、链轮组件）、中间部（包括中部槽、过度槽、刮板链子）、附属装置（紧链器、产煤板、挡煤板）等零部件。刮板输送机的工作原理是：由绕过机头链轮和机尾链轮的无极循环的刮板链子作为牵引机构，以溜槽作为承载机构，电动机经液力耦合器、减速器带动链轮旋转，从而带动刮板链子连续转动，将装在溜槽中的货载从机尾运到机头处卸载转运。上部溜槽是输送机的重载工作槽，下部溜槽是刮板链的回空槽。图2.2刮板输送机结构图100 100 第三章锥齿轮减速器设计与校核3.1刮板输送机的减速器特点采煤工作面刮板输送机的减速器，目前有平行式，垂直式和复合布置三种形式。按照MT148-88标准的规定，当前新设计的刮板输送机的减速器应为平行布置，并有以下特点：（1）减速器的箱体分为上箱体和下箱体，上下箱体应对称，以适应在机头，机尾安装时的互换；（2）减速器为三级减速器，其中第一级为锥齿轮传动；（3）中型、重型刮板输送机的减速器，锥齿轮均采用圆弧齿，以利于其承载能力，传动平稳和噪音小的优点；（4）为改变链速，减速器应能用更换第二对齿轮的办法，在一定范围内改变传动比；（5）一般减速器应能适应工作面倾角8°以下的情况；（6）减速器能用于正，反向运行。3.2总传动比的计算与分配3.2.1驱动链轮尺寸的确定取链轮齿数，根据煤炭标准MT231-91，由圆环链规格18X64可查的链轮节圆直径。3.2.2总传动比计算链轮转速：于是可得出总传动比为：100 3.2.2各级传动比的分配传动比分配中，应使各级承载能力大致相等，使减速器尺寸与重量较小，各级齿轮圆周速度较小。参考机械手册，取：由于刮板输送机的选定为SGW-150，所以查表3.1可知：3.3减速器啮合的计算与校核刮板输送机减速器传动图3.1所示。图3.1刮板输送机计算示意图减速器的工作条件；井下工作，煤尘较大，连续单向运行，载荷不平稳，每天工作16小时，每年工作300天，电压为660/1140V的三相交流电源，电动机的输出功率为37kw，及同步转速为。100 3.3.1各级效率查表可知：液力耦合器效率，轴承效率，齿轮效率，齿形联轴器效率第一级效率：第二级效率：第三级效率：3.3.2计算各轴的转速功率和转速1.转速轴1：1480r/min轴2：轴3：轴4：2．输出功率轴1：轴2：轴3：轴4：100 3．输出转矩轴1：轴2：轴3：轴4：表3.1各轴参数汇总输出功率P（kw）转速n（r/min）输出转矩T（Nm）轴135.1871480227轴233.46493.33648轴331.82142.582131.302轴429.9549.335798.1453.3.3各级传动件设计计算1.高速级弧锥齿轮计算：以下弧锥齿轮计算方法参考自《现代机械传动手册》第二版，机械工业出版社出版。大小弧锥齿轮材料均选用20CrMnTi，渗碳淬火处理，硬度均为60HRC。表3.2弧齿锥齿轮主要参数初算序号名称代号/单位计算公式和说明算例100 1轴交角902齿数比33小轮转矩2274小轮大段分度圆直径由图3.2和图3.3查得655小轮齿数由图3.4查得176大轮齿数（圆整）517大端端面模数3.828小轮分锥角18.43499大端锥距102.774010齿宽取和中小者30.832211螺旋角一般工业用35图3.2按接触强度确定小轮大端分度圆直径100 图3.3按弯曲强度确定小轮大端分度圆直径图3.4弧齿锥齿轮小轮齿数表3.3弧齿锥齿轮参数计算序号名称代号/单位计算公式和说明算例小轮大轮1齿顶高系数0.850.852顶隙系数0.1880.1883法相压力角20204工作齿高6.494100 5切向变位系数由图3.5查得0.12-0.126螺旋方向由图3.6按主动轮转向确定左旋右旋几何参数计算7大端分度圆直径65194.828分锥角18.434971.56519大端齿距11.994810大轮齿顶高1.922711小轮齿顶高4.571312齿顶间隙0.718213全齿高7.212214齿根高2.64095.289515齿根角1.47202.946316顶锥角21.381273.0371100 17根锥角16.962968.618818顶圆直径73.6734196.036019冠顶距96.054430.675920大端理论弧齿厚5.39526.5996100 图3.5弧齿锥齿轮的切向变位系数图3.6主动小锥齿轮旋转方向和齿的螺旋方向表3.4弧齿锥齿轮的当量齿轮参数和重合度计算100 序号名称代号/单位计算公式和说明算例小轮大轮参考点M处齿轮的参数1参考点锥距85.35792参考点端面模数3.2473参考点法向模数2.65984参考点分度圆直径55.25165.79705参考点齿顶高3.88561.63646参考点齿根高2.24484.49617参考点分度圆法向弧齿厚3.75664.5952端面当量齿轮参数8端面当量齿数17.9196161.27669端面当量齿数比9.0000100 10端面当量齿轮分度圆直径58.2386524.297511端面当量齿轮中心距291.268012顶圆直径66.0098527.566113端面当量齿轮基圆螺旋角32.614614端面当量齿轮压力角23.956815端面当量齿轮基圆直径53.2215479.130316端面当量齿轮基圆齿距9.317217端面当量齿轮啮合线有效长11.663918端面当量齿轮的端面重合度1.251919端面当量齿轮纵向重合度2.1175100 20总重合度2.4599法面当量齿轮参数21法面当量齿轮齿数32.6013293.412022法面当量齿轮分度圆直径86.7924781.355623法面当量齿轮中心距434.074024法面当量齿轮顶圆直径94.5636784.624225法面当量齿轮基圆直径81.5582734.234126法面当量齿轮啮合有效长13.792927法面当量齿轮重合度1.764528刀盘名义半径接近或略小于R值88.92.高速级弧锥齿轮强度校核（1）接触强度校核100 由表3.5，取表3.5齿面接触疲劳极限齿面接触应力：式中，使用系数在原动机均匀平稳，工作机轻微震动的工况下选取，取动载系数，载荷分布系数按其中一轮跨装支撑选取，。根据查图3.7得100 图3.7弧齿锥齿轮接触强度几何系数（）取，材料弹性系数。带入以上数据，可求得：则接触强度计算安全系数为：接触强度符合。（2）弯曲强度校核齿根应力：式中，值同上，，尺寸系数：齿轮大端切向力：100 弧锥齿轮弯曲强度几何系数J可根据由图3.8查得：图3.8弧锥齿轮弯曲强度几何系数J查得，故可得齿根弯曲应力：查表3.6可知齿根弯曲疲劳极限表3.6齿轮齿根弯曲疲劳极限100 根据应力循环次数可知，弯曲强度寿命系数，，则弯曲强度计算安全系数：齿根弯曲强度符合。2.中间斜齿轮啮合设计计算（1）．选定齿轮类型，精度等级，材料，确定许用应力刮板输送机为一般机器，速度不高，选用8级精度材料选择为小齿轮40Cr调质=260HBS大齿轮45正火=210HBS100 许用接触应力：接触疲劳极限根据齿轮材料热处理方式查手册可得，应力循环次数N跟据应力循环次数，可查得接触强度寿命系数。取接触强度最小安全系数，则许用弯曲应力：弯曲疲劳极限由齿轮材料和热处理方式查得：弯曲强度寿命系数跟据应力循环次数可查得：弯曲强度尺寸系数根据材料和热处理方式查得：（初选模数小于5）取弯曲强度最小安全系数，则100 （2）．齿面接触疲劳强度设计计算小轮分度圆直径：齿宽系数按齿轮相对轴承非对称布置选取：小轮齿数在推荐值20-40中选取：大轮齿数：圆整得齿数比小轮转矩：初定螺旋角载荷系数使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数载荷系数根据齿轮材料选取材料弹性系数节点区域系数100 重合度系数由推荐值0.75-0.88中选取。螺旋角系数故法面模数取标准值中心距a圆整得分度圆螺旋角分度圆直径圆周速度v齿宽b圆整得大齿轮小齿轮（3）．齿根弯曲疲劳强度校核计算100 由当量齿数根据当量齿数查齿形系数表得：，查应力修正系数表得：，端面啮合角端面模数重合度重合度系数螺旋角系数由推荐值0.85-0.92中选取。，故：100 ，齿根弯曲强度满足。（4）．齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径根圆直径顶圆直径3.低速级斜齿轮啮合设计计算（1）．选定齿轮类型，精度等级，材料，确定许用应力刮板输送机为一般机器，速度不高，选用8级精度材料选择为小齿轮40Cr调质=260HBS大齿轮45正火=210HBS许用接触应力：接触疲劳极限根据齿轮材料热处理方式查手册可得，应力循环次数N跟据应力循环次数，可查得接触强度寿命系数。100 取接触强度最小安全系数，则许用弯曲应力：弯曲疲劳极限由齿轮材料和热处理方式查得：弯曲强度寿命系数跟据应力循环次数可查得：弯曲强度尺寸系数根据材料和热处理方式查得：（初选模数小于5）取弯曲强度最小安全系数，则（2）．齿面接触疲劳强度设计计算小轮分度圆直径：齿宽系数按齿轮相对轴承非对称布置选取：小轮齿数在推荐值20-40中选取：大轮齿数：圆整得100 齿数比小轮转矩：初定螺旋角载荷系数使用系数动载系数齿间载荷分配系数齿向载荷分配系数载荷系数根据齿轮材料选取材料弹性系数节点区域系数重合度系数由推荐值0.75-0.88中选取。螺旋角系数故法面模数取标准值中心距a100 圆整得分度圆螺旋角分度圆直径圆周速度v齿宽b圆整得大齿轮小齿轮（3）．齿根弯曲疲劳强度校核计算由当量齿数根据当量齿数查齿形系数表得：，查应力修正系数表得：，端面啮合角100 端面模数重合度重合度系数螺旋角系数由推荐值0.85-0.92中选取。，故：，齿根弯曲强度满足。（4）．齿轮其他主要尺寸计算大轮分度圆直径根圆直径顶圆直径100 3.3.4数据整理整理齿轮数据于表3.7啮合齿轮模数m齿数z分度圆直径锥齿轮3.821765mm51194.82mm中间斜齿轮431127.14mm107438.85mm低速直齿轮531158.84mm90461.16mm3.4传动轴的计算1.轴I的结构设计材料45钢，调质处理锥齿轮参考点处圆周力：径向力：轴向力：100 （1）初选轴最小直径由公式确定最小直径查有关表有45钢：A=126~103根据电动机伸出轴径初选液力耦合器型号为YL-400，其极限输入转速，功率范围，输出端轴径为45mm。所以I轴最小轴径为。（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。图3.9I轴示意图两轴承都从轴的左端装入，左轴承靠装在3段的圆螺母和4段的套筒定位，右轴承靠6段的套筒和挡油环定位。锥齿轮与轴作为一体，联轴器靠2段的轴肩定位。采用调心滚子轴承支撑轴，采用液力耦合器与电动机相连。1段根据和液力耦合器输出轴径可确定100 ，根据液力耦合器输出端毂孔长度确定轴段长度，。1段该段装轴承透盖，根据毛毡密封圈和唇形密封圈的标准，取，长度根据毛毡圈、唇形密封圈以及端盖的装配关系选取，。2段该段装圆螺母以是平衡轴向力，根据圆螺母和止动垫圈国标选取轴径，，，圆螺母型号为M12X1.5。3段该段装配轴承和套筒，初选轴承为22211C型调心滚子轴承，外径100mm，内径55mm，轴承宽为25mm，根据轴承内径确定该段轴径为。另套筒在该轴段上的长度为9mm，所以该段长度为。4段为减小轴承装配长度，使该段轴径小于装轴承段轴径，，。5段该段装配套筒、轴承和挡油环，取挡油环长度为6mm，套筒在该段的长度和轴承型号与4段相同，，。6段该段为定位挡油环的轴肩，，。7段齿轮轴过渡段，，。8段锥齿轮轴段，，轴径参见锥齿轮设计部分。（3）确定轴承及齿轮作用力位置如图3.9和3.10所示，调心滚子轴承支撑点为轴承中点，锥齿轮力作用点为其参考点。两轴承作用点距离为，又轴承作用点距齿轮参考点。（4）绘制轴的弯矩图和扭矩图①求轴承支反力H水平面V垂直面100 ②求右轴承作用点处的弯矩H水平面V垂直面合成弯矩M扭矩T弯矩图扭矩图见图3.10（5）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩，取折合系数，则右轴承作用点处当量弯矩：当量弯矩图见图3.10。轴的材料为45钢，调质处理。查机械手册得材料许用应力为。轴的计算应力为：，该轴满足强度100 图3.10I轴弯矩扭矩图2.轴II的结构设计材料45钢，调质处理大锥齿轮参考点处圆周力：径向力：100 轴向力：二级小齿轮圆周力：径向力：轴向力：（1）初选轴最小直径由公式确定最小直径查有关表有45钢：A=126~103，考虑键槽对轴的影响，在计算值基础上加大5%。（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。图3.11II轴示意图二级小齿轮从轴左端装入，右端面靠6段轴肩定位，左端面靠套筒定位。一级大锥齿轮从轴左端装入，右端面靠套筒定位，100 左端靠挡油环定位。右轴承从轴右端装入，左端面靠挡油环定位，右端面靠轴承端盖定位。左轴承从轴左端装入，右端面靠挡油环定位，左端面靠轴承盖定位。齿轮均采用平键得到周向固定，轴承选用调心滚子轴承1段该段装轴承透盖和摩擦轮紧链器，根据毛毡圈标准和唇形密封圈标准确定轴径，参考计算所得最小轴径得。2段该段装轴承和挡油环，根据轴段1轴径选取轴承型号为22211C型调心滚子轴承，轴承宽25mm，据轴承内径取。取挡油环宽度20mm，3段长度比齿轮毂孔短3mm，。3段该段装一级大锥齿轮，，长度比齿轮毂孔短3mm，。4段该段装定位套筒，，。5段该段装二级小齿轮，，该段长度比齿轮毂孔短3mm，。6段该段为轴肩定位轴段，，。7段该段装轴承和挡油环，取挡油环宽度10mm，轴承型号同2段，。（3）确定轴承及齿轮作用力位置如图3.11和3.12所示，调心滚子轴承支撑点为轴承中点，锥齿轮力作用点为其参考点。圆柱斜齿轮作用点为齿宽中点。作用点间距离分别为，，。（4）绘制轴的弯矩图和扭矩图①求轴承支反力根据受力关系，可得未知受力的方程组：100 根据以上方程组可得：H水平面V垂直面②求两齿轮中点处的弯矩H水平面V垂直面合成弯矩M扭矩T弯矩图扭矩图见图3.12（5）按弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩，取折合系数，则右轴承作用点处当量弯矩：当量弯矩图见图3.12。轴的材料为45钢，调质处理。查机械手册得材料许用应力为100 。轴的计算应力为：，该轴满足强度图3.12II轴弯矩扭矩图100 3.轴III的结构设计材料40Cr，调质处理二级大齿轮圆周力：径向力：轴向力：三级小齿轮圆周力：径向力：轴向力：（1）初选轴最小直径由公式确定最小直径查有关表有40Cr：A=107~98，考虑键槽对轴的影响，在计算值基础上加大5%。（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。100 图3.11III轴示意图三级小齿轮从轴左端装入，右端面靠3段轴肩定位，左端面靠挡油环定位。二级大齿轮从轴右端装入，右端面靠挡油环定位，左端靠轴肩定位。右轴承从轴右端装入，左端面靠挡油环定位，右端面靠轴承端盖定位。左轴承从轴左端装入，右端面靠挡油环定位，左端面靠轴承盖定位。齿轮均采用平键得到周向固定，轴承选用调心滚子轴承。1段该段装轴承和挡油环，根据轴最小轴径轴径选取轴承型号为22214C型调心滚子轴承，轴承宽31mm，据轴承内径取。取挡油环宽度20mm，2段长度比齿轮毂孔短3mm，。2段该段装三级小齿轮，，长度比齿轮毂孔短3mm，。3段该段为轴肩定位，，。4段该段装二级大齿轮，，该段长度比齿轮毂孔短3mm，。5段该段装轴承和挡油环，轴承型号与1段相同，，轴承宽31mm，挡油环宽20mm，4段长度比齿轮毂短3mm，。100 轴的受力分析、弯矩扭矩图与轴II类似。4.轴Ⅳ的结构设计材料40Cr，调质处理三级大齿轮圆周力：径向力：轴向力：（1）初选轴最小直径由公式确定最小直径查有关表有40Cr：A=107~98，考虑键槽对轴的影响，在计算值基础上加大3%。（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。图3.11Ⅳ轴示意图三级大100 齿轮从轴左端装入，右端面靠3段轴肩定位，左端面靠挡油环定位。右轴承从轴右端装入，左端面靠挡油环定位，右端面靠轴承端盖定位。左轴承从轴左端装入，右端面靠挡油环定位，左端面靠轴承盖定位。齿轮均采用平键得到周向固定，轴承选用调心滚子轴承。1段该段装轴承和挡油环，根据轴最小轴径轴径选取轴承型号为22219C型调心滚子轴承，轴承宽43mm，据轴承内径取。取挡油环宽度20mm，2段长度比齿轮毂孔短3mm，。2段该段装三级大齿轮，，长度比齿轮毂孔短3mm，。3段该段为轴肩定位和加长轴段，，根据装配关系得到。4段该段装轴承和挡油环，轴承型号与1段相同，，轴承宽43mm，挡油环宽20mm，。轴的受力分析、弯矩扭矩图与轴I和II类似。3.5各轴轴承的校核I轴左轴承的校核，——当量动载荷，——载荷系数，取为轴承所受轴向力，远小于径向力，查轴承手册得计算系数，，由轴承手册可查得X和Y的值。轴承寿命：100 式中：——轴承转速，。——轴承的基本额定动载荷，查手册得22211C型调心滚子轴承的基本额定动载荷为。——寿命指数，对于滚子轴承，。可求得轴承寿命：I轴右轴承的校核，——当量动载荷，——载荷系数，取为轴承所受轴向力，远小于径向力，查轴承手册得计算系数，，由轴承手册可查得X和Y的值。轴承寿命：式中：——轴承转速，。——轴承的基本额定动载荷，查手册得22211C型调心滚子轴承的基本额定动载荷为。——寿命指数，对于滚子轴承，。可求得轴承寿命：100 II轴左轴承的校核，——当量动载荷，——载荷系数，取为轴承所受轴向力，远小于径向力，查轴承手册得计算系数，，由轴承手册可查得X和Y的值。轴承寿命：式中：——轴承转速，。——轴承的基本额定动载荷，查手册得22211C型调心滚子轴承的基本额定动载荷为。——寿命指数，对于滚子轴承，。可求得轴承寿命：II轴右轴承的校核，——当量动载荷，——载荷系数，取100 为轴承所受轴向力，远小于径向力，查轴承手册得计算系数，，由轴承手册可查得X和Y的值。轴承寿命：式中：——轴承转速，。——轴承的基本额定动载荷，查手册得22211C型调心滚子轴承的基本额定动载荷为。——寿命指数，对于滚子轴承，。可求得轴承寿命：其余轴承校核与以上类似。各轴的轴承型号汇总第一轴轴承第二轴轴承第三轴轴承第四轴轴承型号22211C22211C22214C22219C内径d（mm）55557095外径D（mm）100100125170轴承宽B（mm）252531433.6键的校核II轴与一级大锥齿轮周向固定采用双键，A型键。根据轴径选取键的公称尺寸，键长取L=45mm，则键的挤压强度为：100 式中为键的工作长度，对A型键，则，则键的挤压强度为：键材料为45钢，其许用挤压应力为挤压强度合格II轴与二级小齿轮周向固定采用单键，A型键。根据轴径选取键的公称尺寸，键长取L=90mm，则键的挤压强度为：式中为键的工作长度，对A型键，则，则键的挤压强度为：键材料为45钢，其许用挤压应力为挤压强度合格III轴与二级大齿轮周向固定采用单键，A型键。根据轴径选取键的公称尺寸，键长取L=90mm，则键的挤压强度为：式中为键的工作长度，对A型键，则，则键的挤压强度为：键材料为45钢，其许用挤压应力为挤压强度合格III轴与三级小齿轮周向固定采用单键，A型键。根据轴径选取键的公称尺寸，键长取L=125mm，则键的挤压强度为：100 式中为键的工作长度，对A型键，则，则键的挤压强度为：键材料为45钢，其许用挤压应力为挤压强度合格Ⅳ轴与三级大齿轮周向固定采用双键，A型键。根据轴径选取键的公称尺寸，键长取L=110mm，则键的挤压强度为：式中为键的工作长度，对A型键，则，则键的挤压强度为：键材料为45钢，其许用挤压应力为挤压强度合格3.7其他零部件的设计计算1、箱体的结构设计箱座壁厚8mm箱盖壁厚8mm箱体凸缘厚度、、箱座=12mm、箱盖=12mm、箱底座=20mm加强肋厚、箱座=7mm、箱盖=7mm轴承旁连接螺栓直径16mm100 箱盖、箱座连接螺栓直径10mm窥视孔盖螺钉直径6mm、、至箱外壁距离、至凸缘边缘距离、162226142024箱体外壁至轴承端面的距离552、减速器零件的位置尺寸齿顶圆至箱体内壁的距离30mm齿轮端面至箱体内壁的距离10mm轴承端面至箱体内壁的距离5mm旋转零件之间的轴向距离15mm齿轮顶圆至轴便面的距离20mm大齿轮定员至箱底内壁的距离30mm轴承端盖凸缘厚度11mm3、润滑密封设计轴承采脂润滑，箱体内齿轮采用浸油润滑。齿轮的滑动速度1＜V＜2.5,选用N220工业齿轮油，装至规定高度.使中间级大齿轮浸油深度不小于10mm，低速级大齿轮浸油深度不大于其半径的1/5=26mm。4、其他附件在机盖顶部开有窥视孔，能看到100 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，①、油螺塞：放油孔位于油池最底处，并安排在与油标的同一侧，以便操作。油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.②、油标：油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出.③、通气孔：由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡.④、盖螺钉：启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆球形，以免破坏螺纹.⑤、定位销：为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度.100 第四章链轮组件设计4.1总体结构设计图4.1链轮组件图如图4.1所示，减速器输出轴通过齿形联轴器与链轮组件右端伸出轴相连，传递扭矩，伸出轴段分别用唇形密封圈和毛毡圈密封圈密封轴承润滑油和外部灰尘。轴承座与机头架用螺栓连接，驱动链轮与轴通过矩形花键，链轮与剖分式滚筒焊接成整体以传动扭矩。链轮与轴承座间做迷宫密封，并加毛毡圈密封圈密封外部灰尘。轴向用浮动密封圈密封润滑油。链轮组件左端与右端对称，盲轴末端用轴段挡板固定轴承。轴承端盖加调整垫片密封。4.2链轮组件轴的设计4.2.1传动轴设计取减速器输出端齿形联轴器效率为传动轴功率为：100 轴选材为40Cr，调质处理。（1）初选轴最小直径由公式确定最小直径查有关表有40Cr：A=107~98，考虑键槽对轴的影响，在计算值基础上加大5%。（2）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。图4.2链轮组件传动轴示意图1段为支撑段，2段装驱动链轮，用矩形花键得到周向定位。3段为浮动密封段，4段装轴承，左端面轴肩定位，右端面轴承盖定位。5段与齿形联轴器相连，传递输出扭矩。轴承选用调心滚子轴承。1段根据装配关系，轴径为剖分式滚筒内径，。轴段长度为剖分式滚筒的一半，。2段该段装驱动链轮，根据矩形花键标准，。。3段该段为浮动密封段，根据装配关系得到，。4段该段装轴承，初选轴承型号为23120C型调心滚子轴承。100 根据轴承尺寸，确定，。1段该段装轴承透盖和齿形半联轴器，根据联轴器尺寸和端盖尺寸，确定，。4.2.2盲轴设计盲轴是装在机头架的不装减速器一侧，支承链轮的一个组件。其尺寸与链轮组件传动轴类似。轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，并根据轴的定位的要求确定各段直径及长度。图4.3链轮组件盲轴示意图1段为支承段，2段装驱动链轮，用矩形花键得到周向定位。3段为浮动密封段，4段装轴承，左端面轴肩定位，右端面用轴段挡板和轴承端盖固定。轴承选用调心滚子轴承。1段根据装配关系，轴径为剖分式滚筒内径，。轴段长度为剖分式滚筒的一半，。2段该段装驱动链轮，根据矩形花键标准，。。3段该段为浮动密封段，根据装配关系得到，。4段该段装轴承，轴承型号与传动轴相同，100 23120C型调心滚子轴承。根据轴承尺寸，确定，为使轴段挡板更好定位，。4.3驱动链轮和圆环链设计圆环链与链轮属于一种具有多边形挠性作用的非共轭啮合齿轮传动。因此，圆环链与链轮要实现良好地啮合，合理选择链轮的齿廓曲线和正确设计链轮的齿形是链轮设计的关键问题之一。如图所示，当圆环链与链轮啮合时，在链轮的每一齿距上都有两个链环：链环1平卧于两齿间的链窝里，称为平环；链环2立卡在齿宽中部的窄槽内，称为立环。链轮上链窝的形状与平环外行基本一致，但为满足链环节距伸长的需要，链窝长度A应比链环长△，即。此外，为减少立环的啮合阻力，链轮齿宽中部的立槽宽度也应比链环棒料直径稍大些。100 限矩型液力偶合器是一种应用广泛的通用液力传动元件。它置于动力机与工作机之间传递动力。典型的限矩型液力偶合器结构由对称布置的泵轮与涡轮及主轴、外壳等构件组成。外壳与泵轮通过螺栓联接，其作用是防止传动介质外溢。输入端（与泵轮固定联接）与输出端（与涡轮固定联接）分别与动力机和工作机相联接。泵轮与涡轮均为具有径向直叶片的叶轮。由泵轮和涡轮具有叶片的凹腔所形成的圆环状空腔称为工作腔，供传动介质（工作液体）在其中循环流动，传递动力进行工作。工作腔的最大直径称为液力偶合器的有效直径，是液力偶合器的重要特征尺寸——规格大小的标志尺寸。图4.1液力耦合器结构图4.1.2工作原理在液力偶合器泵轮被动力机带动旋转时，存在于偶合器腔体内的工作液体，受泵轮的搅动，既液体对泵轮做相对运动又随泵轮做圆周牵连运动。由于旋转运动的离心力作用，工作液体从半径较小的流道进口被加速，并被抛向半径较大的流道出口处，从而工作液体的动量矩加大，即泵轮从动力机吸收机械能，并转化为液体的动能。在泵轮出口处液流以较高的速度和压强冲向涡轮的叶片，并沿着叶片的表面与工作腔外环所构成的流道做向心流动。液流对涡轮叶片的冲击减低了自身的速度和压强，使液体的动量矩降低，释放的液体能推动涡轮及工作机旋转作功（涡轮将液体能转化为流的液体能释放减少后，在其后液流的推动下，由涡轮流入泵轮，再开始下一个能量转化的循环流动，如此周而复始不断循环。泵轮与涡轮之间无机械联接，仅靠工作液体传动扭矩，由此，液力偶合器可使动力机与工作机之间的动力联接变为一种柔性联接。4.1.3工作特点100 限矩型液力耦合器在这里选用静压泄液式液力耦合器，静压泄液式液力耦合器的结构特点是：在涡轮侧设置较大的侧辅腔，出入段采用弹性盘与耦合器本体连接，输出轴为实心轴，输入端采用固定密封，因减少了一个动密封泄漏点，故而可靠性得以提高。输出端采用弹性膜片联轴器与工作机相连，可以在不移动电机、工作机的情况下拆卸耦合器。其优点是结构简单、成本低，牵引起动性能好。如果与阻流板和用，过载系数可降至最低，轴向尺寸较短。由于这种耦合器是依靠液体的静压力进行分流的，所以分流泄压的过程比较缓慢。当突然遇到负载时，因泄流不及时，所以难以在瞬间降低力矩，故而抗瞬时过载能力差，动态过载系数远远大于静态过载系数，这是它最大的缺点。4.1.4实际应用刮板输送机主要的特点是频繁启动和满负荷重载启动，负载在空载，满载，超载甚至严重超载之间不断变化且没有规律。为了解决启动困难和保护过载问题，刮板输送机几乎全用限矩型液力耦合器传动。据统计我国年产5.5限矩型液力耦合器中，有2/3以上用于刮板输送机。刮板输送机的驱动要求a．满载启动刮板输送机经常是满负荷启动，由于输送距离长，运送物料多，所以启动特别困难。b．过载保护刮板输送机经常严重超载，在输送过程中经常发生加料过多，物料阻塞等事故，因而驱动系统必须具有过载保护功能。c．防爆刮板输送机在井下煤矿中使用最多，要求驱动系统具有防爆功能。限矩型液力耦合器在刮板输送机上的应用效果和存在问题是能解决刮板输送机的满载启动问题；并能有效保护过载。保护电动机和减速器在超载时不受损害；目前存在的最大问题是用于煤矿井下刮板输送机的水介质液力耦合器的可靠性差，故障多，寿命短，影响井下连续作业，需要改善。4.1.4安装与拆卸1.安装安装偶合器前应将原动机与工作机轴清洁干净并涂抹润滑脂。安装时不允许用压板或铁锤敲打偶合器铝制壳体，也不可热装，以免损坏密封及元件。可在工作机轴上绞螺纹孔，并在其上旋入螺杆，通过旋转螺杆上特制的螺母将套在螺杆上的偶合器主轴（联带偶合器）平稳代入，安装在工作设备上(100 如安装简图所示)。安装工具为选配件，如需要请在定货时提出购买。偶合器输入端及输出端孔径公差推荐用户定货时注明为G7公差，如不标注均按H7公差执行。直线传动式（直联式）偶合器安装在原动机及工作机轴上后一定要精心找正，原动机及工作机轴的中心线不平行度≤0.25mm，角误差≤30′，可用千分表检测不同轴度及角误差，具体方法可参考第一页简图，也可用平尺与塞尺检测，但推荐用户尽量采用千分表精确找正，以避免安装不同心引起的振动及断轴等事故的发生。找正时可用垫片或弹簧板调整原动机及工作机底座，调整完毕原动机及工作机底座应考虑相应定位紧固措施。平行传动式（皮带轮式）偶合器，必须按随机带的拉紧螺栓的螺纹尺寸在原动机（电机）轴上绞40mm深的螺纹孔，用拉紧螺栓将偶合器可靠的拉紧在原动机轴上，用户定货时应提供原动机轴旋向，不提供原动机轴旋向偶合器随机配带的拉紧螺栓一律为右旋。偶合器外部应设有稳固的防护罩，防护罩应有利于通风散热，露天场所应考虑防雨雪措施，防护罩还应考虑偶合器喷液时的防护。2、拆卸先将原动机（电机）底板紧固螺栓松开后，再移动电机使联轴节左右半分离，用液压（螺纹）拉马卸下电机轴上的半联轴节，最后用拆卸螺杆旋入偶合器主轴的拆卸螺纹孔将偶合器主体顶出卸下（如拆卸简图所示），不可敲击偶合器铝制外壳进行拆卸。拆卸工具为选配件，如需要请在定货时提出购买。未与专业维修人员联系之前，不得随意拆解偶合器主体，避免破坏密封与平衡精度等问题的发生，如用户自行拆解造成损坏，将不予保修。限矩型液力耦合器的冲液与检查1、工作液为液力偶合器的传动介质，充液量的多少直接影响偶合器所能传递额定功率的大小，同一规格偶合器在所能达到的额定功率范围内通过不同的充液量的变化可与不同功率电机相匹配，以适应不同的工作机要求。2、工作液的性能影响偶合器传递扭矩的能力及安全运行等问题。要求工作液有相对较高的闪点，较低的凝点，较大的密度，适宜的粘度，腐蚀性小，耐老化，不宜起泡与沉淀，润滑性良好，具体要求如下：100 粘度：γ=22～32mm2/s(50℃)γ=28.8～35.2mm2/s(40℃)密度：ρ=860Kg/cm3(20℃)闪点：≥180℃油介质偶合器推荐使用22号透平油（汽轮机油）、6号液力传动油等，煤矿井下等易燃易爆场所应使用水介质偶合器。油介质偶合器与水介质偶合器的内部结构、安全措施、防腐蚀处理等方面均有所不同，绝对不可任意改变偶合器工作介质进行使用。3、偶合器充液时旋出注油塞，将工作介质经GF1W0.63/0.2的滤网过滤后方能充入偶合器内腔。充入适当的工作介质后，应检查并旋紧偶合器壳体上所有的注油塞及易熔塞。4、偶合器最大充油量为工作腔总容积的80﹪，工作液绝对不可充满，否则运行时油温上升，体积膨胀，将导致密封失效或壳体开裂。5、偶合器最小充油量为工作腔总容积的40﹪，充油量过少会导致轴承得不到充分润滑，从而缩短偶合器的使用寿命。6、实际工况中所选的偶合器滑差≤4％时，所传递功率能刚好满足实际负载稳态运行所耗功率且满足启动需求时的充油量为佳，但要靠具体参数与试验获得。7、用户无较严格的需求时，可旋转偶合器壳体，当注油塞口旋至距垂直中心线最高点约55°，腔内工作液刚好流出时可视为偶合器能传递较高的额定功率的较佳油位。推荐用户应根据实际工作负载的大小及工况要求来调整充油量的多少。4.2刮板圆环链刮板链是刮板运输机的牵引机构，在工作过程中需克服与溜槽之间很大的摩擦阻力，承受很大的静载荷和动载荷，故而要求它具有很高的强度，韧性和耐磨性。为此，我国20世纪60年代中期以后生产的可弯曲刮板输送机均采用合金钢制造的圆环链，并且焊接后进行热处理。刮板链质量的好坏，对刮板运输机的运转和整个采煤工作面的生产影响很大。100 4.2.1损坏形式矿用高强度圆环链的损坏形式主要有：a.静力断裂当链环承受的载荷超过静力破断负荷时，如启动状态或遇到严重刮卡，圆环链将产生断裂。为避免这种断裂，圆环链的最小破断负荷不得低于规定值。b.疲劳断裂当链环受正常变负荷反复作用时，尽管实际应力远小于链环的破断应力，但如变应力的循环次数超过一定数值，链环仍可能产生断裂称为疲劳断裂。为避免过早地发生疲劳断裂，要求圆环链在变应力的反复作用下能安全承受一定的循环次数（）。c.冲击断裂冲击断裂分一次冲击断裂和多次冲击断裂两种。前者是由于链环材料脆性高、韧性低和冲击负荷大所造成的；后者介于疲劳断裂和一次冲击断裂之间，与链轮疲劳强度和冲击韧性的大小有关。为避免发生这种断裂，圆环链应具有足够的韧性、塑性和使用寿命。d.不合格链环的断裂当链环未经充分预拉时，很难发现热处理及焊接缺陷。若把这种链环接入链条用来牵引负荷，一旦启动或遇到卡链很可能发生断裂。这种未经充分预拉的链环的断裂，称为不合格链环的断裂。为避免这种损坏，新制链条必须经预拉处理，预拉负荷约为破断负荷的80%～85%。e.伸长失效链条受载后将产生一定的弹性和塑性伸长。在额定极限负荷作用下，当链段的伸长量超过一定限度时，链条与链轮因不能正确啮合而无法正常工作。圆环链的这种失效形式称为伸长失效。4.2.2强度指标100 矿用高强度圆环链多采用合金钢制造，调质处理。常用的材料20MnVK和20CrTi，拉伸强度限。为提高链条的强度和韧性，圆环链及其棒料应进行热处理。圆环链制造的工艺程序分为：下料、编链、整形、焊接及热处理等。为保证圆环链的制造质量，原棒料应有较好的冷弯性和焊接性，即冷弯时不容许出现局部收缩现象，焊接处不应有影响使用质量的夹渣和烧伤。当棒料直径较大时（），一般采用热弯。热弯效果比冷弯好，但弯曲表面同样不容许产生任何裂纹或伤痕。为提高圆环链工作的可靠性和使用寿命，新制的圆环链需进行额定极限负荷实验、静拉伸破断试验、额定变负荷寿命试验及弯曲挠度试验等，以保证圆环链达到预定的强度指标要求。圆环链的的静力拉伸破断试验主要测定破断负荷和破断伸长率两项指标，反映圆环链抵抗静拉伸破断和冲击断裂的能力。额定极限静负荷试验主要测定圆环链受额定极限负荷作用时的试验应力和拉伸率，反映链段正常运转时的工作负荷，而接近于链段因启动或刮卡而超载时的最大负荷。显然，额定极限负荷代表使用负荷的极限值。因而，为充分利用链环的强度，理论上按链段的屈服限确定额定极限负荷，实际上通常取破断负荷的80%作为额定极限负荷。额定变负荷寿命试验主要测定圆环链受变应力作用时发生疲劳破断前的试验应力循环次数。根据试验机的要求，额定变应力的最小值为50MPa，最大值为250MPa。圆环链发生疲劳破断前的试验应力允许循环次数次。试验指出，圆环链的疲劳强度主要取决于变应力幅度的大小。此外，链环破断负荷与破断伸长率的乘积（即链环抵抗冲击的能力）、棒料屈服限的大小，链环表面缺陷或焊接缺陷，棒料及其焊缝的晶粒粗细等，对链段的疲劳强度也有重要的影响。对圆环链的弯曲变形试验要求是，当链环的弯曲变形达到额定值时，试体不允许断裂或出现裂纹及其它缺陷，而且作用于链环上的弯曲负荷不得小于表6-4-2规定的链环最小破断负荷的50%。4.2.3选择计算100 圆环链在工作时受拉伸和弯曲，环内应力状况复杂，理论计算较困难。因此，圆环链通常按最大牵引力选择，即：单链牵引时式中——圆环链的最小破断负荷，N；——安全系数，采煤机用的圆环链，可取；刮板输送机用的圆环链，取。由上式得取则查表选择圆环链为C级4.3圆环链链轮设计4.3.1齿型设计a.链轮齿数z圆环链链轮的齿数一般取为z=4～12。当圆环链规格b.链轮节圆直径当圆环链与链轮啮合时，平环或立环在链轮上占有的内边距离称为链轮的节距，以表示。显然，链轮节距的理论值应等于链环的节距，即。当平环卧于链窝位置时，在链轮齿宽中间的对称剖面内，经平环两端棒料中心的圆周称为链轮的节圆，如图4.2所示。100 图4.2圆环链链轮的齿廓曲线根据我国使用经验和国外研究成果，链轮节圆直径推荐按下式计算：式中，值应精确到小数点后两位数字。c.链轮齿廓圆弧半径圆环链链轮的齿廓曲线一般推荐采用圆弧曲线。但是，链轮齿廓圆弧中心的位置和圆弧半径的大小有几种不同的设计方案，如图6-9所示。图中，曲线1和4为某些原苏联资料推荐采用的圆弧齿廓，曲线3为德国滚筒采煤机推荐采用的圆弧齿廓。实践证明，用曲线3作为链轮齿廓效果较好。我国推荐采用近似曲线3的一种齿廓曲线，如图4.2中曲线2所示。对于我国推荐采用的齿廓曲线2，其圆弧中心点的坐标取为：式中——链轮中心至平环底面的垂直距离，由图4.2中△aop得：——考虑链环节距伸长的链窝长度增量，△值查表选择。100 由图4.2知，在链轮齿宽的中间剖面上。齿廓圆弧半径R1为：;式中；代入上式，经整理后得：式中。实际上，由于链轮齿宽中部开有立槽，使齿宽中部剖面的齿廓不存在，而链轮齿面与立槽侧面的交线便成为链轮中部的实际齿廓，如图4.3所示。该实际齿廓的圆弧半径按下式计算：式中——立槽宽度，mm，一般取L=1.35d；——链窝端部圆弧半径，mm；——链环外宽，mm。100 图4.3圆环链链轮实际齿廓圆弧半径4.4刮板设计通过对刮板输送机中刮板链的运行分析,确定了刮板输送机刮板结构型式和尺寸。刮板是刮板输送机的重要部件,刮板不仅要求强度高、耐磨,而且要具有一定的韧性和抗腐蚀性，刮板的形状要能在运行时有刮底清帮、防止煤粉粘结和堵塞的作用。并应尽量减小质量，所以设计时要考虑以下问题4.4.1结构型式刮板分整体刮板和分体刮板2种。整体刮板是由刮板、横梁(Ｅ形螺栓或Ｕ形螺栓)组成,其受力主要作用在刮板两端头。整体刮板强度高,但随着输送机功率加大,溜槽加宽,也就要求刮板越来越长这就给制造带来困难。如果刮板超出1200ｍｍ,制造后其变形量就比较大,无法满足设计要求,那么就有必要考虑设计成分体刮板。分体刮板由左、右或上、下2个分刮板组成,两端所受的力作用在不同刮板上,所以螺栓受力比较大。分体刮板由于长度缩小,其设计加工也就比较方便,但对紧固螺栓的要求比较高,尤其是防松问题。考虑以上因素又因为自己设计的刮板长度小于270mm,所以采用整体刮板。4.4.2外形尺寸a.长度100 刮板的总长一般比内槽宽小8～12ｍｍ,即每边离槽帮4～6ｍｍ。因此，设计长度为280-10=270mm。b.立环窝的尺寸立环窝的尺寸主要取决于尺寸Ｅ和Ｒ,如图4.4所示。工作中刮板夹住平环,立环卡在刮板的立环窝处,因为圆环链尺寸公差较大,若只按公称尺寸设计而不考虑公差,则有可能出现问题。圆环链规格为10×40，如图3所示。直边直径ｄ=10±0.4ｍｍ,节距ｐ=126±0.5ｍｍ,圆弧半径ｒ=17ｍｍ,假如正好遇到平环节距小,而立环圆弧半径大时,那么按Ｅ=51ｍｍ设计的刮板就有可能与立环干涉而装不到圆环链上。所以设计链窝时要充分考虑圆环链尺寸公差,以合理地确定尺寸Ｅ和Ｒ,保证刮板能装在每个合格的圆环链上。设计的此处结构及尺寸见零件图。图4.4立环窝c.宽度社稷刮板输送机和转载机时都要求设备既可正转,也可反转,所以刮板与链轮啮合时,要保证正转和反转刮板都不与轮齿干涉。若链轮为主动轮,顺时针旋转时,刮板靠向左边;逆时针旋转时,刮板靠向右边。相反地,如果链轮为从动轮,,情况则正好相反,链轮顺时针转,刮板靠向右边;逆时针转,刮板靠向左边。无论刮板靠向左边还是右边,刮板与轮齿都要有一定的间隙,通过给定这个间隙的大小,即可确定刮板的宽度为48mm。d.高度按常规设计,刮板链在溜槽上运行时,链条与中板不接触,而是刮板与中板摩擦,一般立环底边比刮板底边高2～3ｍｍ,根据此原则及立环的高度,可以确定刮板的总高度50mm。100 我设计的刮板链为中单链型式,其刮板的设计主要考虑与链轮的配套关系、与溜槽的配套关系、与链环的配套关系及上、下刮板的配套关系,同时还要考虑结构的合理性(包括强度与重量、体积的关系)和制造的工艺性。考虑以上因素后设计的刮板见零件图。4.4.3刮板间距刮板的间距，按所运物料的性质和块度，及安装倾角确定。刮板链切入物料的阻力，应大于物料在槽内移动的阻力。刮板间距过大，带不动物料运行，或只能带动部分物料运行；刮板间距过小，加大了链子重力，增加了运行阻力，还浪费了材料。根据实际情况、已有产品和以前经验选用间距为640mm。100 第五章设计总结刮板输送机是综采工作面配套设备的重要组成部分，是煤炭装运的第一个环节。因此，刮板输送机的输送能力在很大程度上决定了采煤工作面的生产能力和效率。然而，我国生产技术落后，目前设计生产的刮板输送机装机功率小，输送能力低，运输距离短，耐久性差，可靠性低，寿命短。综合分析我国刮板输送机的使用现状，设计制造高性能的刮板输送机迫在眉睫。本文综合比较了各种类型输送机的特点，根据实际情况选用了SGW-150型刮板输送机。而后，对其进行了总体结构设计。对机头传动装置、刮板链、刮板、链轮、等主要部件进行了技术分析和结构设计，完成了SGW-150型刮板输送机的整体设计。此次设计的中单链型刮板输送机的特点是结构简单、受力均匀、运行平稳、摩擦阻力小，溜槽利用率高，弯曲性能好，不易出现堵塞，具有很强的适应性。本次设计的过程是，在查阅资料后，首先确定了刮板输送机的工作环境，然后通过其工作环境的各种参数，计算查表得出所要设计的刮板输送机的主要型号及其各种部件的规格类型，在设计选型中，利用“逐点法”分析刮板输送机的具体受力状况，从而得到最大拉力，经行下一步的计算验证，在选型过程结束后，本次设计重点描述了减速器的设计，在已选定的减速器型号中，对其中的齿轮啮合，轴承强度进行了分析计算，得以验证选型的减速器可以满足生产需要，最后，再对各种刮板输送机附件的尺寸型号经行设计，基本完成本次设计的全过程。在这次设计中，不仅使我对刮板输送机以及相关的部件有了更加深入的认识，而且使我的运用所学知识以及查阅资料的能力得到了提升，但是由于时间和水平的有限，本次设计还有许多没有顾及到的地方，仍然还有不足与缺陷，所以在今后的学习工作中，我仍要继续努力学习，不断扩充自身知识，为将来的设计工作打下坚实的基础。100 英文原文100 100 100 100 100 100 100 中文翻译全机械化采煤的矸石填充技术及其应用研究100 摘要：一个全机械化煤矿（FMCM）能够用废料填充采空区，工业实例证明了，这种填充技术不仅能使废料再利用，而且还可以使煤炭资源在不用移动工作面设备的情况下，很大程度上的提高其开采利用率。这种技术包括两个特殊的设备：液压支架与刮板输送机，它们能够在同一工作面的一侧进行工作。进行一个分析岩石压力与地面下沉的实验以研究回填技术，我们将把在同样地质条件下，应用回填技术与没有应用回填技术的情况进行对比，在相同的煤层高度下基于分析岩石压力与地面下沉的实验中可提出基本概念。运用这种技术，在传统的工程公式中可以估计出回填煤矿中的岩石压力与地面下陷程度。关键词：全机械化煤矿；矸石回填煤矿；井下建设；铁路和水体；煤层表面的岩石压力；地面下陷的控制。1.介绍在中国许多煤矿资源都储存在城镇的建筑、铁路、水体的下面，我们称之为三类地下煤碳资源储备。根据数据统计，这些资源大概有137亿吨。对于这三资源，回填技术的应用完美地解决了这类资源的开采问题。但是，一些普通的煤炭回填技术例如固体填充、液体填充和气体填充，因为其高额的费用而不能被广泛的使用。本文将介绍一种全机械化煤矿的自动化回填技术，该技术就是直接把矸石废料填入空采区，从而获得良好的填充效果。本文描述了这种填充技术的方案，并进行了实验研究，对随后的岩石运动状态做出描述，证明该技术的可行性和有效性。。2.全机械化采煤中的矸石填充技术2.1液压支架在全机械化煤矿的废料回填过程中，液压支架是必不可少的一种设备。以这种液压设备为依托，它能够在同一个工作面内实现支撑和回填过程的顺利完成。用于矸石回填的液压支架结构如图1所示。它与传统的支架相比较，其区别在于支架的尾部。传统支架的尾部则是一个挡板，而这种液压支架的顶板平行于上煤层，用于回填的刮板输送机就在它的短梁下面进行工作。100 图1液压支架的示意图2.2刮板输送机刮板输送机在回填工作中是用来运输废料的（包括各种尺寸的坚硬的填充物），刮板输送机将这些矸石废料运输到工作面上。刮板输送机在回填工作面的布置如图2所示。与传统的刮板输送机相比，它的区别在于，它有许多允许废料落下到刮板上的小洞。在每个小洞之间有一定的间隔，这种刮板输送机可以有一定的倾斜角度在相应的工作面上。间隔的大小取决于矸石的尺寸和工作面的布置情况。图2刮板输送机的布置结构图图3描述的是刮板输送机在回填工作中的工作原理。当废料被运到刮板输送机，第一层的漏洞打开，使废料填充到空采区，然后这个漏洞就关闭了。当废料接近刮板输送机的底部时，第二个漏洞就打开了，这个过程一直循环，直到第八个漏洞。之后，所有的八个漏洞一起打开，使废料落入空采区并缓慢地抬高刮板输送机，而刮板输送机同时也能够压紧松散的废料层。100 当刮板输送机到达煤层的顶梁时，回填过程结束，它意味着一边的空采区已经被填满。图3矸石回填示意图2.3采掘与回填全机械化采煤的回填过程如下：废料输送系统在液压支架的支持防护下，把废料从井下的废料堆运输到刮板输送机上；然后，这些废料通过刮板输送机的漏洞，填充入空采区。整个回填工作过程用到的刮板输送机如图3所示，同时，全机械化采煤则过程是传统的。3案例研究一项关于全机械化采矿的废料回填技术测试在山东矿区经行着，煤炭资源在这个矿区已经快要枯竭了，然而第三地下资源却最少占有总资源的70%。废料输出占总输出地30%-40%，所以现在急需发展一种绿色的采矿技术，它不仅能够使废料回收利用，而且还能够保护矿区表面的建筑与环境。这种技术就是矸石废料填充技术。这项工业测试在750米以下的地下进行着，这里的煤层大概有1.9-2.1米厚。许多城镇就在这个煤层的地面上，这些城镇往往有着密集的建筑。第一工作面有85米推进距离有900米，第二工作面有150米推进距离有1050米。一个煤层有5米厚，在第一与第二工作面之间，而在第二与第三工作面间也有5米厚，并且还有150米的将被很快开采出来。100 图4分别表示出了液压支架与刮板输送机的工作状况，这种采矿技术所引发的工作面上的状况与地表的下陷将在下一节讨论，通过分析在这个过程中的经济收益，我们可以看到废料回填使每吨煤的成本增加了20-30圆，把它放到全机械化煤矿中则是：这个花费将要增长10%-15%。但是，矸石废料回填有一个明显的经济优势，就是可以避免工作面上建筑物的迁移。图4回填技术中液压支架和刮板输送机的工作状况4岩层行为与地层下陷4.1矸石废料回填中的采掘厚度矸石废料回填技术是一种新开发的技术，在这种技术中，层叠岩层的行为和地表下陷与普通采掘不一样，是一个需要进行重点分析的内容。我们建立了一个实验系统来扩大裂缝效果，以模拟岩层的下陷行为。该实验用来测试矸石样本对于地层的影响。已经测量的参数包括响应因子和压缩率之间的关系、压缩率和挤压强度之间的关系。总体来说，体积系数k为1.30-1.40，剩余体积系数k’为1.10-1.15。为了对比岩层行为和岩层运动，我们提出等价挖掘高度的概念。等价挖掘高度在数值上等于实际挖掘高度和矸石实际回填高度之间的差值。在全机械化采煤中等级挖掘高度的计算公式为：式中，hz是未支承的顶板高度，H是实际的挖掘高度。举回填测试挖掘区域的例子来说，测试到的未支承顶板高度为：因此，对于H=2.0米来说，等价挖掘高度Hz则是：100 这就是说，当实际挖掘高度是2米时，矸石回填的等价高度仅比挖掘高度低0.6米，从而满足岩石运动和底层下陷情况下的安全支承要求。这就是矸石废料填充技术与普通填充技术的区别。4.2工作面的地层行为分析1）支承载荷使用等价挖掘高度概念，很容易地可以减轻工作负荷，并实现矸石废料回填。而载荷的限制是顶板所需要的重量。因此，在全机械化采煤矸石回填中，支承载荷Qz可以表达为：式中，是特定的岩层重力参数，是全机械化采煤回填中顶板下沉量，是下沉与挖掘高度的比例。以全机械化采煤过程为例，矸石回填技术的支承载荷可表示为（不使用普通回填技术）：100 在测试挖掘区域，挖掘高度为2m，所以我们得到0.25–0.33。2）测量岩石压力通过测量岩石压力，我们对比普通回填技术和本文所提出的矸石废料填充技术的效果区别。回填压力的改善如图5所示。而工作面的顶板-底板变形量和边与边变形量如图6所示。图6从图5中可以看出，矸石回填技术的影响区域压力平均值和峰值都有所降低。峰值仅是没有使用回填技术的20%，从而保证了工作面地层的强度，实现采煤的可靠性。图6表示了回填技术中岩层变化率和未使用回填技术的岩层变化率。峰值仅是未使用回填技术的30%。这说明矸石废料回填技术提供了良好的回填效果，保证了采空区岩层的稳定性。5结论在中国，煤炭资源随着大量的采掘正在变得逐步稀少。大量的煤炭是位于建筑物、或复杂地表环境之下，对开采造成了很大的影响。同时，采出的矸石废物也占有了越来越多的空间，产生的大量的存储问题。本文提出了一种矸石废料地下填充技术，把矸石废料直接填充在地下，防止底层塌陷，具有良好的经济性。这个技术使用矸石废料代替传统的地下填出物，具有易于获得、成本低的特点。这个新技术的使用可以极大地提高全机械化采煤的效率，对保护环境和我国的可持续发展具有重要意义。本文提出了等价采掘高度的概念，使矸石回填技术中的采掘高度可以精确地测量。100 进一步地改进了传统的岩石压力测量方法，以有效分析回填后的岩层抗压强度。但是这个分析也存在局限性：就是有些测量参数超出了允许的上界，比如支承载荷、支承压力等等。总体来说，全机械化采煤中的矸石同步回填技术，因其良好的效果而具有广阔的发展前景。100 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