采煤机的机械性能

采煤机的机械性能

张国靖

关键词：滚筒式;采煤机;机械

1电牵引发展现状及研究趋势

我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上，通过二次开发拥有了许多具有自主知识产权的换代产品，在我国煤矿综合机械化采煤工作面，国产采煤机已经占据主导地位，完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现。1991年，煤炭科学研究总院上海分院与波兰合作，在国内率先研制成功我国第l台采用交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机，接着又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机。上海分院研制的MG系列电牵引采煤机已形成九大系列共几十个品种。太原矿山机器厂与上海分院合作，将AM500液压牵引采煤机改造成MG375／830-WD型交流电牵引采煤机后，又自主研制成功了MGTY400／900-3·3D型和MG750／1800-3．3D型机载交流变频调速链轨式电牵引采煤机，现正在国家“十一五”科技支撑计划资助下研发装机总功率达2500kW、最大采高6.0m、年产1000万t的交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合作将MG2x300-W型液压牵引采煤机改造成MG300／360-WD型交流电牵引采煤机后，又开发了MG200／463型、MG400／985型交流电牵引采煤机；辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功我国首台应用电磁转差离合器调速技术的MG668-WD型电牵引采煤机；无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作研制成功国内首台应用开关磁阻电机调速技术的MG200／500-CD型电牵引采煤机。

2煤的机械性能及截割理论

煤体是采煤机械的破碎对象，对采煤机的刀具受力、能耗和装机功率等都有直接影响，因此需要讨论煤及煤层的性质；同时，为了解煤的破碎机理，探求截煤过程的合理参数，仗工作机构可靠、经济地工作，也需要讨论截煤理论及截齿的受力。

2.1煤层构造特点煤是远古地质时代沉积物，并且在此后的漫长岁月中，在与空气隔绝、高压、高温的条件下，经过漫长的碳化变质过程形成的。原始沉积物的不同，碳化变质程度的差异，使煤炭的机械性质和煤层的构造在不同地域有很大差异。煤层含有矸石和硫化铁等硬夹杂物，沉积过程中形成的分层面(称为层理)、地质力使煤层破碎形成的断裂面(称为节理)，使煤层各处的性质不同．即煤是一种非均质、各向异性的脆性物质。煤层的构造特点按其形成原因分为原生性和次生性两大类。

2.2煤的物理机械性质煤的基本性质可以分为物理性质和机械性质两大类。2.2.1煤的物理性质煤的物理性质主要是：容重、湿度、松散性、孔隙性、导电性和热胀性等。其中与煤层开采密切相关的有：容重和湿度。

（1）客重煤岩体的容重是指单位体积煤在干燥状态下的重量。根据煤种类不同，如泥炭、烟煤、无烟煤以及褐煤等，其容重在13t／m3～1．45t／m3范围内变化(计算时通常取l.35)，

（2）煤的湿度煤的湿度用含水率表示。含水率是指在煤层的缝隙中存留的水的重量与煤固体重量之比。含水率高的煤岩体，结构被弱化，其强度有明显降低。采煤机械开采这样的煤层时，功率消耗明显降低，而且粉尘也少。

2.2.2煤的机械性质煤的机械性质是指煤体受到机械旌加的外力时所表现出的性质和抵抗外力的能力。在破碎煤体时可借助于煤的机械性质选择对煤体作用力的形式、截煤刀具形状和种类等。因此，采用机械开采时，了解煤的机械性质尤其重要。

煤体的机械性质主要是：强度、硬度、接触强度、摩擦与磨蚀性；弹性、塑性与脆性、蠕变与松弛等。这些性质的参数多数是借助于材料力学的研究方法在试验室中得到。

（1）强度强度是衡量物体在特定方向上抵抗破坏能力的指标，如抗压强度δy抗剪强度δj和抗拉强度δl等等。强度极限通常用试件在实验机上测定。研究结果表明，煤的抗压强度δy最大，抗剪强度δj次之，抗拉强度δl最小，三种强度在数值上大约有如下关系：Δy/δj/δl=1:（0.1-0.4）：（0.03-0.1）

（2）硬度煤体硬度表示在较小的局部表面积上抵抗外力作用而不破坏的能力。可以用布氏硬度计、洛氏硬度计或肖氏硬度计来测定煤体的硬度。

（3）接触强度接触强度的概念在掘进机设计与使用中经常遇到。前苏联有关学者根据接触强度值的太小，把岩石分为六类：松软(400MPa以下)，次中等坚固(400MPa一600MPa)，中等坚固(650MPa～1250MPa)，坚固(1250MPa～2450MPa)，很坚固(2450MP8～4500MPa)和极坚固(4500MPa以上)。

（4）摩擦与腐蚀性金属零部件或硬质台金在煤体表面运动时，要受到摩擦阻力的作用。这种金属与非金属问的摩擦作用将引起如下后果：金属部件是运动主体，将消耗其有用功；使金属零部件表面或硬质合金受到磨损，表面形状改变，增加了切割阻力；使金属零部件和硬质合金发热，使其硬度降低，加剧磨损，因此需要用水来冷却。磨蚀性(研磨性)：煤岩对金属、硬质合金或其他固体磨蚀的能力。表征煤岩磨蚀性的方法很多，这里介绍几种应用比较普遍的方法，用标准金属试件在一定压力下与被测煤岩材料接触，并作相对移动。设作用力为P(N)，摩擦路程为L(m)，金属试件被磨蚀掉的体积为△V(cm3)，则磨蚀系数ω。为

此外：还有用标准金属试棒在一定条件下每千米摩擦路程磨蚀掉的质量△Ⅲ(mg)或长度△l(mm)来表征磨蚀性的，此时用ρ表示磨蚀性系数。

研究结果表明，对于磨蚀性已定的煤岩，切割刀具在破碎煤岩时的磨损量与摩擦路径成正比，与刀具对煤岩表面正压力成正比．与刀具和煤岩之间的相对速度成正比，还与刀具的温升成正比。这一研究成果对采煤机械的设计和使用都是很重要的，应该使采煤机械具有适当的工况参数“尽量减少在工作过程中刀具的磨损量。

（5）弹性、塑性与脆性煤体的弹性、塑性与脆性是反映煤炭受外力作用与其变形之

间关系的性质。

煤体的弹性：当作用于煤体上的外力消失后，煤体的变形也完全消失，称煤的这种能恢复其原来形状和体积的性能为弹性。破碎弹性较高的煤体，消耗的能量也较高，破碎也显得困难。一般煤体的弹性都比较小。

煤体的脆性：当作用于煤体上的外力除去后，煤体无残余变形，当煤体在外力作用下破碎时，其变形也极小，这种性质被称为脆性。

参考文献：

[1]刘春生.《滚筒式采煤机理论设计基础》,中国矿业大学出版社,2003.

[2]全国煤炭技工教材编审委员会.《采煤机》.煤炭工业出版社,2000.8.

[3]中国矿业学院.《双滚筒采煤机》.煤炭工业出版社，1979.

[4]朱龙根.《简明机械零件设计手册》.机械工业出版社，1997.11.