机械毕业设计（论文）刨煤机总体方案设计及刨头设计【单独论文不含图】

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1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）提供全套，各专业毕业设计引言我国薄煤层储量丰富，分布广泛。在全国重点煤炭基地中有85%以上都赋存有薄煤层。而且随着近几年的开采，厚煤层已经没有，据有关资料统计，薄煤层的回采产量仅占总产量的10%左右，而且这个比例还有逐步下降的趋势，中厚煤层和薄煤层的开采比例严重失调。造成这种现象的原因就是机械化的程度比较低，适于薄煤层开采的机械比较少。寻找一种高产、高效、一直是众望所归之事。刨煤机作为一种落煤、装煤和运煤联合进行的采煤机械，四十多年来改进和发展的经历充分证明了它是一种开采薄煤层及中厚煤层和薄煤层下限的经济、高效的采煤机械。并且刨煤机具有结构简单，维修方便，装煤效

2、果好，块煤率高，煤尘少等优点；尤其是刨煤机的截深浅，使煤层中瓦斯泻出均匀，不易集聚，在开采瓦斯大，易突出的煤层中有其特殊的作用。单独论文不含图，加1538937061.刨煤机的总体方案设计刨煤机是一种外牵引的浅截式采煤机,可与工作面刮板输送机一起组成刨煤机组,实现薄煤层的机械化开采.与采煤机相比, 刨煤机与其他浅煤层机组相比有很多优点: (1) 刨煤机具有结构简单,维修方便,易于操作等优点.(2)人员不需跟机操作,容易实现工作面自动化管理.(3) 刨煤机靠切削落煤,煤块率高,粉尘量少,提高矿井的效益.(4)截深小,工作面煤壁压力释放和瓦斯渗出量比较均匀,适合高瓦斯矿井开采,充分利用地压,采煤能

3、耗低.(5)刨头不带动力,靠两端电动机牵引,所以电缆不需要进工作面,为开采创造了方便工作条件.刨煤机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据刨煤机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。1.1适用条件：(1).煤层厚度：刨煤机特别适用于开采层在1.3m以下的薄煤层，对厚度在0.8m以下的极薄煤煤层的开采更为有利，但亦可用于中厚煤层。(2).煤质硬度：目前使用较多的静力式刨煤机主要用于煤的抗压强度小于25Mpa的煤层，不适于开采硬度较大的煤层。(3).煤层倾角：在煤层倾角15度以下的缓倾斜煤层中

4、工作，刨煤机不会产生下滑。但在倾角较大的煤层中使用，刨煤机在上行刨煤时，截煤阻力及输送机自身容易使机组整体下滑，所以，刨煤机对缓倾斜煤层的适应性较好(4).顶底板条件：稳定顶板有利于刨煤机的使用，但在支持技术发展以后，特别是采用液压支架后，顶板并不是使用刨煤机的限制条件，刨煤机对煤层底板条件也无严格要求，只要底板起伏不大，断层发育较好，底板硬度大于煤层硬度，即可使用刨煤机。(5).瓦斯含量：刨煤机的截深小，工作面瓦斯的涌出均匀，因而更适合在高瓦斯矿井和有瓦斯突出危险的矿井中使用，在这类矿井中亦可用刨煤机开采中厚煤层。(6).地质构造：刨煤机不适宜在含水量大，断层较发育，底板起伏大的矿井中使用，

5、若有断层，其落差不能超过煤层厚度，底板褶曲不能影响输送机和机组运行。总之，刨煤机主要用于中硬煤层以下，底板起伏不大，断层不发育，倾角较小，含水量少的刨煤机开采，在瓦斯含量的中厚度煤层也是可以考虑的。1.2机型选择：按刨头与煤体的相互作用，刨煤机分为静力式和动力式两类。动力式刨煤机尚处在研究阶段，目前所使用的主要是静力式刨煤机。按刨煤与输送机的支承方式不同，静力刨煤机又有拖钩式、滑行式和拖钩滑行式三种。分别有不同的特点和使用条件。1.2.1后牵引拖钩式刨煤机这种刨煤机的牵引链设在输送机的采空区侧，用掌板带动刨头实现刨煤，掌板直接在底板上滑行。其优点有：运行、稳定性能好，刨道较窄，有利于顶板管理，

6、牵引链和导架的安装维护方便。缺点：运行速度低，牵引链和刨头间的距离较大，牵引链抗力使刨头在煤层平面内有偏转的趋势，造成刨煤机和输送机溜槽及导向机构间产生剧烈的摩擦和磨损，再加上掌板和底板间较大的摩擦和摩擦，使得刨煤机的运行阻力高，消耗功率多。另外，刨煤机运行时，位于输送机溜槽和底板之间的掌板会迫使输送机溜槽上下浮动，不仅加剧了摩擦，而且容易引起输送机下滑。这种机型主要在地质构造简单，煤层倾角较小，硬度较小，底板较硬，较平整的矿井中使用。1.2.2前牵引滑行式刨煤机这种刨煤机的牵引链设在输送机的靠煤壁侧（前方），刨头在封闭的导轨滑架上运行，运行阻力小，牵引机构简单，刨头可高速运行，上下浮动量小。

7、由于取消了掌板，牵引阻力和摩擦力小，消耗功率小，对底板的适应性能好。但由于牵引链和导架设在煤壁侧，安装和维护不方便，运行稳定性也较差。这种机型主要用于硬度和底板起伏较大的煤层。1.2.3后牵滑行拖钩式刨煤机这是一种带掌板的滑行式刨煤机，用了拖钩刨和滑行刨的优点，不仅运行阻力小，而且稳定好，但结构也较复杂，造价较高，这种机型利于开采薄煤层，对于煤层地质条件适应性好，但选用时也应考虑到经济性。根据设计工况要求选择前牵引的滑行式刨煤机。1.3主要结构部件选择：刨煤机分为刨煤部分、输送部分、液压推进系统、喷雾系统、电控系统和辅助装置六个基本部分。刨煤部分主要包括两套刨头传动装置、刨头、刨链、导链架、缓

8、冲装置等。拖钩刨煤机和滑行拖沟刨煤机的刨头底部有拖板。刨头上安装长、短刨刀和底刨刀，刀位可由调节限位偏心轴分别获得，以得到不同截深和飘刀。A、缓冲器安装在刨煤机两端机头机尾处，与终端限位装置配合使用，以吸收刨头冲击能量。输送部分的工作原理及结构与可弯曲刮板输送机类似。B、液压推进系统主要包括乳化液泵、乳化液箱和推进液压缸等。拖钩刨煤机一般采用定量推进式，滑行和滑行拖钩刨煤机均采用定压拖进方式。喷雾系统中的喷雾头安装在挡煤板上，由喷雾泵供水，自动喷雾采用电磁阀控制。C、刨头是刨煤机的主要工作结构，选用时要考虑以下要求：第一，刨头的高度可调，而且高度的调整方便，以适应煤层厚度的变化。第二，刨头在刨

9、煤中各种刨刀可以让刀，以减少非工作侧的磨损，刨刀要便于拆装，材质要耐磨。第三，刨刀的排列应能实施梯形或者楔形截割，负荷较大的底刀应设置在刨头的中部，刨头的前后部应有超前刀。第四，刨头底部的装煤性能更好，刨头要求工作面两端的缺口尺寸尽量小。D、刨头牵引链传动部件是向刨头传递动力的机构，选用时候应考虑第一，减数器尺寸应尽量小，以利于缩小缺口尺寸，第四，刨链轮传动要平稳，材料耐磨。第三，应有可靠的断链保护装置，以保护安全。第四，刨链要有足够的耐磨性和强度，并要有调链装置。E、导护链装置用以引导和保护刨链，选用的要求：第一，最好选用后牵引方式，以保护刨链平稳运行。第二、结构要简单，工作应可靠。第三、导

10、护链装置以滚动摩擦为好，以减少磨损。第四，导护链装置间的连接应有利于加强输送机中部槽的连接。1.4输送机构的型式选择刨煤机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式，即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机机身和机尾，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者运动相牵连，相互影响大。由于该位置空间较小布置较困难。输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单，和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多，故障点

11、有所增加。目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。1.5除尘装置的型式选择喷雾泵站给刨煤机提供一定压力的喷雾水，以减少或者降低煤尘、岩尘的飞扬，防止煤尘爆炸。喷雾泵与乳化液泵基本相同，大多采用卧式三柱塞泵，工作压力为5.5-6.3M Pa。这种除尘方式有以下两种：外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远，粉尘容易扩散，除尘效果较差；内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置，压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火

12、花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏，供水管路复杂，活动联接处密封较困难。为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却水由喷嘴喷出降尘。1.6.主要技术参数： 设计长度：180m 生产能力：80290 t/h 煤层厚度：0.71.5m 煤层硬度：f2.5 煤层倾角：25 截 深：3560mm 刨 速：0.751.5m/s2刨煤机系统原始资料和工况参数原始资料和工况参数是刨煤机设计必不可少的内容，是影响刨煤机设计的主要因素。刨煤机设计合理与否与原始资料和工况参数的确定有直接关系。2.1系统原始资料刨煤机系统不论采取何种工作方式，都必须提前确

13、定原始资料。刨煤机系统的原始资料主要有：用户要求的生产能力，刨煤机系统工作方式，煤层抗截强度，工作面煤层厚度变化范围，煤的脆塑性，煤的实体密度，煤的松散系数等，具体内容如表21所示。表21 刨煤机系统原始资料 Tab2-1 the original data of plow system名称符号单位用户要求的生产能力240工作面煤层的厚度最大厚度1.5最小厚度0.7刨煤机系统工作方式单刨穿梭式刨煤煤层抗截强度225煤的脆塑性脆性煤 韧性煤 特脆煤韧性煤输送机允许装载断面积0.194煤的实体密度1.35煤的松散系数 1.35对于具体煤层的物理机械性质、煤层可刨性、煤层夹矸的情况以及工作面煤层的厚

14、度变化范围，都应到井下实地测定。需要指出的是：在井下工作面实地测定煤层的各种物理机械性能有一定的困难，可取煤岩试样在实验室测定。这种设计方法才是真正采用了“从刨刀到电动机”和“量体裁衣”的原则。2.2刨煤机工况参数刨煤机工况参数，即刨煤机工作参数，是根据原始资料并结合实际生产经验确定的。整个刨煤机系统的设计基本都是根据这些参数进行的。因此，这些基本参数的确定对刨煤机设计有决定性影响。需确定的基本参数见表22。表2-2 基本参数 Tab2-2 basic parameters名称符号单位输送机理论输送能力刨煤机理论生产能力刨煤机速度 （以下简称刨速）最大刨速最小刨速刮板输送机链速（以下简称链速）

15、最大链速最小链速刨削深度（以下简称刨深）最大刨深最小刨深（1）输送机理论输送能力输送机的理论输送能力是根据刨煤机的理论生产能力，并结合井下工作面煤层的垮落情况、实际生产经验以及井下生产制度等确定的。输送机单位小时理论输送能力按式（21） （21）式中： 输送机允许装载断面积，； 输送机溜槽充满系数；输送机链速，；煤的松散密度，。式（21）表明，输送机理论输送能力主要受和的限制。根据实际工况和用户要求的生产能力，可以选择链速和。（2） 刨煤机理论生产能力刨煤机的理论生产能力是根据用户要求的生产能力、输送机理论输送能力以及井下工作面的具体布置情况和实际生产经验、生产制度等确定的。刨煤机理论生产能力

16、按式(22)计算。 (22)式中： 工作面采高，；刨深，；刨速，；煤的实体密度，。由式（22）可知，在其它条件相同的情况下，刨速越大，刨煤机理论生产能力越大，但刨速提高后，为保证刨头稳定运行，必须提高刨头、刨链、导护链装置、传动装置以及输送机中部槽等部件的强度。此外还要求机组其它各种保护装置齐全可靠，特别是刨头运行的控制保护装置和过载保护装置，而且提高刨速还会导致刨煤机成本增加，后期维护费用增高，刨煤机配套的输送机结构和相关装置结构增大。 因此，从经济和技术角度考虑，必须确定合理的刨速，才能既保证用户要求的生产能力，又能降低成本，提高经济效益。对于刨速如何确定，国内外相关文献没有统一的理论推导

17、。刨煤机对煤层和工作面顶板、底板的要求较高，刨煤机设计讲求“个性化”，针对不同的煤层，设计不同功率、不同结构形式的刨煤机，使刨煤机达到最佳的工作状态。 (3) 刨深的确定根据原始资料、链速、刨速以及输送机装载断面积均匀化程度来确定刨深，此外刨深的确定还必须满足用户所要求的生产能力。因此确定刨深为3560mm。3.刨煤机系统工作方式井下生产实践证明，以及根据各国煤炭领域科技工作者的研究发现，单刨头穿梭式刨煤方式最为经济和实用。根据现有刨煤机的使用情况，刨煤机的工作方式主要可以分为以下五种，其特点分别是：（1）低速刨煤法()这种刨煤方式，刨速小于链速。并且链速、刨深和刨速在刨头上下行刨煤过程中不变

18、。（2）高速刨煤法（）这种刨煤方式，刨头无论沿工作面哪个方向运行，刨速总是大于链速，并且链速、刨深和刨速在刨头上下行刨煤过程中不变。（3）组合刨煤法1这种刨煤方式采用低速刨煤法与高速刨煤法相结合，采用两种刨深(上行刨深)、 (下行刨深)和两种刨速。上行时，（上行刨速）；下行时，（下行刨速）；下行时，（上行链速）；下行时，（下行链速），即刨头上下行刨煤过程中，刨速和链速都改变，且采用两种刨深、。4.刨速与链速的确定在实际生产过程中，应根据具体“刨头输送机”的系统工况，并结合实际设计的生产能力，选择二者之间具体的比值，选择原则如下：(1).刨速不宜过高，否则会造成控制系统和传动系统很复杂；刨速也不

19、可过低，否则为了满足用户要求的生产能力，刨深会很大，造成刨头、刨链的尺寸加大，设备费用提高。(2).在通常情况下，刨速应尽量采用较大值。刨速提高，一方面可增强刨煤机刨硬煤的能力； 另一方面刨深相同的情况下，刨煤机的生产能力较大。4.1高速刨煤法工况中刨速与链速的确定采用高速刨煤法，能够提高刨煤机刨硬煤的能力。计算表明当刨速等于或高于链速的三倍时，刨煤机与输送机的能力能够得到较大限度的利用。针对高速刨煤法()，刨速和链速的确定顺序为：。 按照上面的计算顺序有：设，则（41）（42） （43）（44）针对高速刨煤法()，刨速和链速的确定顺序为：。 按照上面的计算顺序有：（4-5）（4-6）式中：

20、工作面采高，；刨深，；刨速，；煤的实体密度，。 （4-7）式中： 输送机允许装载断面积，；（4-8） 输送机溜槽充满系数；输送机链速，；煤的松散系数；煤的松散密度，。输送机溜槽充满系数。 所以，=设，则 （4-9）=（4-10）假定用户要求的生产能力240，则刨煤机的理论生产能力应该最小等于240。假定输送机溜槽充满系数1.0，这个值可以根据实际工况有所变动。选择链速，输送机允许装载断面积0.194。煤的实体密度1.35，煤的松散系数1.35，则煤的松散密度1.0。 把上述各个参数代入公式得到：0.3436，1.4756，0.4448（舍去）。所以，1.4756。5.刨头结构设计5.1刨头长度

21、的确定刨头的长度应由每节输送机中部槽的长度以及牵引系统（刨头牵引部）的长度来确定。假设输送机中部槽的长度为，考虑到刨头稳定性和为了减小摩擦阻力，以及刨头运行中可能被输送机溜槽卡住，通常刨头的长度应该在与2之间。因此我设计的刨头的长度确定在15003000mm，现取2170mm。5.2 刨头宽度的确定刨头宽度，应该由输送机滑架宽度以及刨刀排列外形来确定，此外刨头的宽度还应该考虑到刨头的稳定性。参照以往的刨煤机设计，选择刨头宽度为700cm。5.3 刨头高度的确定此高度是能适应最大和最小煤层厚度的刨头高度。对于具体的刨煤机工作面，应该根据工作面的实际采高，通过增加加高块的数量来达到刨头的工作高度。

22、根据我国煤层厚度，采高要求0.81.2m和用户需求，选定刨头高度为1.2m。5.3.1刨头最小高度刨头是刨煤机的刨煤和装煤机构，是刨煤机的一个重要组成部分。刨头的最低高度是指对应某一具体工作面采高的最低高度。按式（51）计算。（51） =46.5+4.8 =75.02cm 考虑到刨刀刀底之间应留有安装间隙，取为73cm。式中：刨头的最低高度，；刨头装煤高度（从煤层底板到滑架最上沿之间的距离），。取=46.5cm。工作面煤层的最小厚度，；参照地质条件=0.7m。最大刨深，；根据设计要求，选取=60mm。刨头刨刀座顶部刨刀的超高量，一般取25。这里取=5cm。5.3.2刨头的最大高度 刨头的最大高

23、度是指对应于某一具体工作面采煤高度，刨头应该达到的最大高度值。可按式(52)计算。（52) =150-40 =110cm考虑到刨刀刀座之间应留有安装间隙以及顶刨刀的超前量，应该取=120cm。式中：刨头的最大高度，；工作面煤层的最大厚度，。根据我国浅煤层分布情况确 定=150cm。煤层自行垮落的高度。查阅资料，确定=40cm。5.3.3刨头的设计高度 刨头的设计高度是指刨头在设计和制造时中所采用的高度。参考上面的计算结果和刨头在设计、制造过程中需考虑的一些因素以及煤层的性质，确定刨头的最后设计高度。刨头的最大设计高度：=120cm。刨头的最小设计高度：=73cm。5.4 刨刀间距的确定两刨刀间

24、的距离，即刨刀间距，应保证刨刀刨削煤壁后，两刨刀间不留下煤脊或煤槽，即必须把煤刨落下来。对于各种不同的刨深，刨刀间距应是各种刨深下间距的平均值。5.4.1刨刀的排列方式 刨刀的排列方式见图51。图51 刨刀的排列方式 Fig.3-3 The Arrangement of planning tools刨刀的排列方式对刨刀、刨头受力有很大影响。此外，刨刀的排列方式决定着刨头的装煤效果，下面分别介绍三种不同形式的刨刀排列。直线式直线式排列是指所有刨刀的中心线相互平行，都平行于底板。刨刀之间距离基本相等，相邻刨刀都在同一平面内。这种排列方式，刨刀受力均匀，能耗比较低。阶梯式阶梯式排列是指相邻刨刀中心线

25、相互平行，在同一斜面上呈阶梯状，下排刨刀比上排刨刀超前，每把刨刀都受煤壁向下的侧向力。这种排列方式，刨头不易飘刀，刨头的重心较低，稳定性较好。有实验表明比直线式排列的能耗高约。混合式混合式排列是指刨头上的刨刀一部分按直线排列，一部分按阶梯式排列。刨刀阶梯式排列的角度建议取5565。介于直线式和阶梯式排列的好处，我选择混合式刨刀排列。5.4.2 直线式和阶梯式排列刨刀的间距a. 直线式排列刨刀的间距按式(53)计算。 (53)顶部、底部刨刀间距：=cm.其余刨刀：=刨刀间距不宜太大，也不宜太小。间距太大，刨刀不能将煤一次刨落；间距太小，将增加刨削的比能耗。因此，刨刀间距必然存在一个临界值，刨刀间

26、距的临界值按式(54)计算。 (54)3.5+2tan()=3.5+240=13.5691cm式中： 最后确定的设计刨深，；取=6cm。刨刀刨削部分的计算宽度，；顶部刨刀刨削部分的计算宽度=3.5cm，其余刨刀的=2.475cm。刨槽的宽度系数，对于韧性煤0.85，对于脆性煤1.0，对于特脆煤1.15。这里取0.85.煤层截槽侧面崩落角。后面已求=40.b. 直线式和阶梯式排列刨刀的平均间距.（55） = =7.5cm式中： 平均间距，；间距的数量。=16.c. 刨头最小和最大高度的截线数 刨头最小截线数按式计算。（56） =刨头的最大截线数按式计算。（57） = =17cm根据计算结果和刨刀

27、的刨煤力，选择=17.由于刨刀的个数与刨刀的截线数相等，因此计算得到最小截线数、最大截线数后，就可以确定刨头在最小和最大高度时所对应的刨头中心线一侧的刨刀数量。把计算得到的最小和最大截线数向最近似的较大数值圆整，用圆整的截线数，按式（58）（5-9）计算中部刨刀的设计间距。对于最小高度的刨头：（58）=8.111 对于最大高度的刨头: （59） = =7.5cm在设计刨刀间距的时候，考虑到煤层性质有所变化，刨刀间距可有所变化。另外，刀间距对刨头的稳定性有影响，因此，刀间距的取值要考虑如何使刨头的高度较合理。所以基于上诉原因选择刨刀的设计间距为7cm。得到中部刨刀的设计间距后，再对顶部刨刀平均间

28、距和底部刨刀平均间距进行确定。和的确定需考虑以下几点：（1）直线式排列刨刀的间距一般不应超过11，顶部和底部刨刀间距应取较小值，但不应小于5；（2）考虑到煤层性质有所变化，在设计刨刀间距时，可对刨刀间距的计算值进行适当调整。（3）刨刀间距对刨头的稳定性有较大影响，因此，刨刀间距的取值，要考虑如何使刨头的高度较合理，从而增加刨头的稳定性。5.4.3 刨刀设计间距的确定由于中部刨刀几乎都是直线式或阶梯式排列，因此直线式或阶梯式刨刀的间距就是中部刨刀的间距。综合各个方面的因素，最后确定的刨刀设计间距为：中部刨刀的设计间距：；=7cm顶部刨刀的平均间距：；=8.33cm底部刨刀的平均间距：。=8.33

29、cm5.5. 刨槽宽度刨槽宽度是指刨刀刨削煤壁后，在煤壁表面留下刨削痕迹的宽度，而刨刀间距是指相邻两刨刀中心线之间的距离。刨槽宽度根据刨刀排列方式不同而作相应变化。a. 顶部、底部刨刀的刨槽宽度、顶部刨刀和底部刨刀承担特殊的任务，顶部刨刀主要用来刨削接近顶板的煤；底部刨刀一方面控制刨头的刨深，另一方面用来装煤。顶部、底部刨刀的刨槽宽度是指相邻两刨刀轴线之间的距离与刨刀宽度一半之和，分别表示为：、。设计的:4.88,7.6,7.68(由上至下)。：7.7，8，7.7（由上至下）。b. 直线式排列刨刀的刨槽宽度直线式排列刨刀的刨槽宽度是指相邻刨刀间距中心线之距离，刨槽宽度的平均值按式(510)计算

30、。(510) = =6.949cm式中： 直线式排列刨刀刨槽宽度。直线式排列的刨刀把数。=11这里所指的刨刀把数，是指刨头中心线某一侧的刨刀数量。5.6具体工作面采高所用刨头高度的确定 对于实际井下某一工作面采用的刨头高度，应该考虑以下诸方面因素后确定：a.由于顶刀块上的刨刀主要用来刨削顶煤，因此其上有些刨刀的安装方向与工作面运行方向有一定的夹角，这样给刨刀的安装带来一些不便，造成顶刀块的刨刀刀间距互不相同。为了分析和计算方便，采用平均刨刀间距。实际顶刀块的刨刀把数应该是安装在顶刀块上的刨刀数量。顶刀块中心线一侧的刨刀把数，包括有角度刨刀把数和宽刨刀把数。此外，还需确定有角度刨刀的平均安装角度

31、。b.中间加高块中高加高块和矮加高块的数量，以及中间加高块上刨刀的平均刀间距和高、矮加高块中心线一侧刨刀的数量 、。b. 基体底刀座上中心线一侧的刨刀数量，刨刀的平均间距，宽刨刀数量和有安装角度刨刀数量，以及有角度刨刀的平均安装角度。6刨头的受力计算刨头的受力很复杂，在这里只把对刨头影响很大的五种阻力加以分析和计算。刨头在刨削过程中受到的阻力主要包括刨刀刨削阻力、刨刀挤压力、刨刀侧向力、刨头摩擦阻力、刨头装煤阻力。刨头运行方向的总阻力按式（61）计算。（61）式中： 刨削阻力，；刨头运行摩擦阻力，；刨头装煤阻力，；图61 刨刀受力示意图Fig.6-1the force of planing t

32、ool in the schematic diagram 在实际刨深选取过程中，一定要注意刨深的合理选取，应参照不同工况下刨深的优化结果来确定，在满足生产能力和其他条件下，刨深的选取应尽量趋于优化值。6.1刨刀所受的刨削阻力刨头工作时受到总的刨削阻力按式（62）计算。 （62）式中： 单把刨刀所受的刨削阻力，； 刨刀的数量。6.1.1单个刨刀所受的刨削阻力刨削阻力是刨刀在刨削煤壁过程中所受的主要阻力，它对刨刀和刨头的工作性能有很大影响，是刨煤机设计过程中一个重要的影响因素。单个刨刀的刨削阻力按式（63）计算。. (63)式中： 单个锐利刨刀所受的平均刨削阻力，；截割阻抗系数，0.380.44。

33、当抗截强度较大时，取较小值；单个锐利刨刀所受的煤壁挤压力，。按上面式计算。其中：直线式和阶梯式排列的刨刀和顶部、底部刨刀所受的刨削阻力按上式计算。 (64)直线排列刨刀受力：= =516.8010 N 阶梯排列刨刀受力： = =604.6572cm 顶部刨刀受力（由上至下）： = =1832.22 N = =2548.6778 N = =2575.5060 N 底部刨刀受力： =1960.6700 N =2129.7346 N = =2127.4325 N超前和预掏槽刨刀所受的刨削阻力按式（65）计算。(65)式中：煤层的抗截强度，其具体取值见表61。=100刨刀刨削部分的计算宽度，其具体取值

34、见表62；刨槽宽度，； 刨深，；取最大值6cm。外露自由表面系数；其具体取值见63；截角影响系数，其具体取值见表64；顶部刨刀刨削角77。查得顶部刨刀=1.08，其余刨刀刨削角60。查得其余刨刀=0.90。刨刀前刃面形状系数，其具体取值见表65；=1.刨刀排列方式系数；直线式排列刨刀=1，对于阶梯式排列刨刀=1.17.地压系数；这里取韧性煤=0.67.煤的脆塑性系数；对于韧性煤=0.85.煤层截槽侧面崩落角，已求40刨刀相对刨头牵引方向的安装角度。其中 直线式和阶梯排列=0。 顶部刨刀=42，25，25. 底部刨刀=20，26，30。对于直线式排列刨刀，外露自由表面系数按式（66）计算。 （6

35、6） 顶部刨刀：=1.15底部刨刀：=1.25其余刨刀：=0.38表61煤层抗截强度 Tab6-1 the cutting strength A of the coal seam煤层硬度分类软煤中硬煤坚硬煤坚固性系数3煤层抗截强度 ()300(德国)可刨性等级级级级级可刨性 (KN)2.5抗截强度A=50()125表62 刨刀刨削部分的计算宽度 Tab6-2.the calculating width of the planing part of plaing tool 在max时，bp=bn+2tgmax；主刃为多角形 在max时，侧刃为直线状 bp=bn+2tg（max）；在 max时,

36、bp=bn；bp=bn+2tgmax 切削部分为锥形 在max时，主刨削刃为椭圆形 ；侧刃为直线倾斜状 在max时，bp=bn+2tg（max）；在max时, bp=bn；bp 表63 外露自由表面系数Tab6-3the exsertion free surface of the coefficient 掏槽刀上端刨刀下端刨刀韧性煤取较大的数值11.11.151.21.25 表64 截角影响系数 Tab6-4 the cutting angle influences of the coefficient()405060708090粘性煤0.9810.900.981.081.24脆性煤0.970

37、.911.001.171.29极脆性煤0.960.921.061.261.34表65 刨刀前刃面形状系数 Tab6-5 the shape factor of the planing anterior edge surface前刃面为平面的刨刀前刃面为椭圆形的刨刀形前刃面为屋脊形的刀10.90.950.850.906.1.2 单个刨刀所受的煤壁挤压力(67)式中： (68)单个锐利刨刀所受的平均挤压力，；单个锐利刨刀上平均挤压力与平均刨削力的比值。对于韧性煤0.45；刨刀磨损面在截割平面上的平均投影面积，。当250时0.75。这里=1.0.直线排列式：=0.45 =阶梯排列式：=0.45 =2

38、72.0957顶部刨刀（由上至下）： =0.45 =2308.5972 =0.45 =3211.334 =0.45 =3245.1376 底部刨刀（由上至下）： =0.45 =2470.4442 =0.45 =2683.4598 =0.45 =2680.5618 6.1.3 单个刨刀所受的煤壁侧向力单个刨刀所受煤壁的平均侧向力可按式（67）计算。（67）式中：刨刀排列方式对的影响系数。对于直线式排列刨刀0；对于阶梯式排列刨刀1；对于顶部刨刀，当其安装角2545时，1.3；对于底部刨刀，当其安装角2030时，1.5。刨深对的影响系数。当0.03时，1.5；当时，1.2；当0.05时，1.0。这里

39、=1.0.直线排列式： =0 N阶梯排列式： = =361.65 N顶部刨刀（由上至下）： =1.3 =490.94 N = =485.745 N = =446.225 N底部刨刀（由上至下）： = =433.745 N = =496.145 N = =392.145 N6.1.4刨刀所受的刨削阻力刨刀所受的刨削阻力应是刨头中心线一侧各种刨刀所受刨削阻力的合力。刨刀刨削阻力按式（68）计算。 （68）式中: 刨头顶部刨刀所受的平均刨削阻力，；超前刨刀所受的平均刨削阻力，；掏槽刨刀所受的平均刨削阻力，；刨头底部刨刀所受的平均刨削阻力，；直线式和阶梯式排列刨刀所受的平均刨削阻力，；各种刨刀所对应的

40、数量；刨刀同时工作系数，的取值见表6-5。=1832.22+2548.67+2575.5060=6956.396N=0N=0NN=516.8010N所以 =18527.7722N 表66 刨刀同时工作系数 Tab6-6 the simultaneous word coefficient of the planing tool极脆性煤脆性煤粘性煤0.850.900.956.2刨刀所受的挤压力刨刀所受煤壁挤压力，实质是煤壁对刨刀的反推力，也就是煤壁对刨刀的横向反力，应该是刨头中心线一侧所有刨刀挤压力的合力。刨刀刨削阻力按式（69）计算。（69）式中:刨头顶部刨刀所受的平均挤压力，；超前刨刀所受的平

41、均挤压力，；掏槽刨刀所受的平均挤压力，；刨头底部刨刀所受的平均挤压力，；工作在直线式和阶梯式刨刀所受平均挤压力，；各种刨刀所对应的数量；刨刀同时工作系数，的取值见表66。N=0N=0N=2470.442+2683.4598+2680.5618=7834.4636NN 所以 =8765.0688+0+7834.4636+0.90N6.3刨刀所受的侧向力刨刀所受的煤壁侧向力，实际就是煤壁沿顶底板对刨刀的反作用力。按式（610）计算。（610）式中:刨头顶部刨刀所受的平均侧向力，；超前刨刀所受的平均侧向力，；掏槽刨刀所受的平均侧向力，；刨头底部刨刀所受的侧向力，；工作在阶梯式刨刀所受的平均侧向力，；

42、各种刨刀所对应的数量；刨刀同时工作系数，的取值见表66。 NNNN所以 1422.91+0+1322.035+0.90N6.4刨头所受的装煤阻力 刨头所受的装煤阻力是指刨头在把煤堆装入输送机过程中，煤堆对刨头的反作用力。刨头所受的装煤阻力可按式（611）计算。+（611）（1）刨头装载表面插入煤堆中所需要的力 （612） =5400 =338.580N式中：刨头装载表面的宽度。参照刨煤机设计选取=0.627m。刨头装载表面的宽度是指刨刀刀座上靠近煤壁的侧面与滑架上靠近煤壁的最上沿工作面前进方向之间的距离，的取值如图63所示。图62 刨头装载示意图 Fig.6-2 the schematic d

43、iagram of the planing tool loading（2）煤堆从刨头装载表面移动到装载高度所需的力（613） = =26.4823 N 式中： 位于刨头装载表面前煤堆的重力，。煤与刨头装载表面的摩擦系数，通常0.20.5。对于湿煤取较大值，对于干煤取较小值.取0.5.刨头装载表面的倾斜角度，如图64所示，选取60.（614） =1.35 =1.5895式中：煤的实体密度，；重力加速度，；装载表面的高度（是指煤层底板与滑架最上沿之间的距离，如图63所示），； 这里取0.397m。煤的自然安息角。这里取 图63 刨头装煤阻力计算图Fig.6-3 the nomogram of th

44、e plow head charging coal resistance（3）需克服煤堆中的内摩擦阻力（615） = =12265.2569 N式中： 平面与煤层之间的夹角，与的关系见表67；这里取煤堆的抗截强度，。对于湿煤0.0245，干煤0.0274;煤堆的内摩擦系数。对于湿煤0.5，对于干煤0.85；刨头前面的煤堆高度，m。（616） =0.397+0.627 =0.8360所以 338.580+26.4823+12265.2569=12630.3192 N图64 与的关系图表67 与的关系 Tab6-7 the relation between and ()3045607590()66

45、534851526.5刨头所受的摩擦阻力6.5.1有支撑桥架时刨头所受的摩擦阻力 1-刨头 2-上滑架 3-下滑架 4-支撑桥架 5-输送机中部槽 6-牵引刨链 7-刨刀 8- 煤壁 9-刨头重心 图6-4 刨煤机刨头受力图Fig.6-4 the force program of the plow head 有支撑桥架时刨头所受的摩擦阻力按式（617）计算，各个力的作用点和力臂可见图64。刨头摩擦力的计算，与、和刨链在链道中的摩擦力有关。刨头摩擦力按式计算。=+（6-17）式中： 煤壁侧向力产生的摩擦力，KN. 刨头重量产生的摩擦力，KN。 刨链拉力产生的摩擦力，KN。 =式中： 刨头所受煤壁

46、的总挤压力，KN. 刨头与底板间的摩擦系数，取=0.3. = KN.式中： 刨头和滑架间的摩擦系数，=0.3. 刨头重量，参照刨煤机设计，取=2t=19.6KN。 式中： 刨链拉力，KN. b刨链拉力作用线到x轴的距离，mm。取1345mm。 X作用线到x轴的距离，mm。取1145mm。所以刨头摩擦阻力： =+=12+0.3524 KN 式中： = 链子在导向架中的摩擦系数，=0.3-0.6,这里取0.4. 整个链子的重力。 =2式中： 每米链重，kg/m,根据预选的刨链确定=18kg/m. L工作面长度，m. 设计的L=180m。 =18527.7722+12630.3192+0.4 把此式

47、子代入上式得 求得 13.7855 KN 所以总阻力 =18527.7722+13785.5010+12630.3192 =44943.5924 N 7. 刨刀材料选择、刨链选择、刨链总牵引力的计算、装煤原理7.1刨刀材料选择 表 7-1 刨刀材料 Tab7-1 the material of planing tool部 位材料名称 弹性模量/MP泊松比刀 体高速钢2.10 0.25焊 缝焊 料3.78 0.28刀 头硬质合金（YG8）5.40 0.30按照刀刃的形状，刨刀分为片式和锥形刨刀。目前使用比较广泛的是耐磨的材料堆焊的片式刨刀。7.2初选刨链刨链：GB/T12718-2001,圆环链

48、30.7.3刨链的摩擦阻力=2 N（7-1）7.4刨链的最大预紧力 =40851.8947.5刨链总牵引力和刨链强度校核 F（7-2） =18527.77+13785.5010+12630.3192+2916 =47859.5902 N F=1.0 N （7-3） 刨链强度校核 根据刨链的破断力负荷KN 4.5(安全系数) 所以安全。7.6装煤原理研究表明，刨头前面运动的煤，实际上处于一个近似六面体之中，煤壁、底板、刨头、输送机可看成是四个不可挤压的面，即是一个非自由面，所以这部分运动的煤只能被挤向剩下的两个自由平面。这样就会造成六面体中的煤互相挤压，不能被很容易的装到输送机上。当煤在六面体中

49、被挤碎时，处在上面的煤，才可以被下面的煤挤推到输送机上。因此，可以认为煤在被刨落以后，先是被提升到一定高度，然后煤与煤之间形成很大的挤压力，只有煤被挤碎之后，才能最后被推到输送机上。图71 刨头装煤示意图 Fig.7-1 the charging coal schematic diagram of plow head煤壁被刨刀刨削后，其外形与刨刀的排列形状非常相似；而煤壁的形状和结构，直接影响刨头的装煤效果。若刨落的煤不能及时被装到输送机上，则会给刨头带来很大的挤压力，使刨头的稳定性减弱。因此，刨刀的排列形状，应该非常有利于刨煤和装煤。如前面所述，被刨头刨落的煤，处于一个六面体之中。因此，只有

50、煤壁、输送机滑架和刨头装煤斜面形成的空间结构较合理，才能有助于装煤。一般情况下，为了使煤堆较易被装到输送机上，刨刀的排列外形应是圆弧状。即在煤壁和输送机之间形成一个喇叭状的装煤口，使刨落的煤易于被装到输送机上。具体装煤形状可见图。8.设计完的刨头尺寸根据前面设计，刨头结构和尺寸如图所示。 图8-1.刨头结构尺寸图 Fig8-1.the size graph of structure of the plow head 9.考虑转角的刨煤机系统所需功率 =KW（9-1） 表10-1 电动机数据及总传动比 Tab10-1 the motor data and the total gear ratio型 号额定功率（kw）同步转速（r/min）总传动比YBK315S-2 110 2980 75.7934 链轮转速： r/min总传动比：计算传动的输入功率： KW N.M （为行星轮个数）（9-2）10.减速器设计10.1进行行星齿轮的传动的配齿计算 由上设计可知总传动比为=75.7934