1、第五章 行走部,行走部担负采煤机工作时的移动和非工作时的调动。行走部包括行走机构(又称牵引机构)和行走驱动装置两部分。,第五章 行走部,行走机构是直接移动采煤机的装置，分钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引。行走驱动装置用来驱动行走机构，并实现牵引速度的调节。按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动，分别称机械牵引、液压牵引和电牵引。行走驱动装置位于采煤机上的称内牵引，位于工作面两端的称外牵引。,第一节 对行走部基本要求,1)牵引力大2)传动比大 传动装置的总传动比在300左右。3)能实现无级调速4)不受滚筒转向的影响5)能实现正反向牵引和停止牵引6)有完善可靠的安全保护7)操作方便,第二节 液压牵
2、引系统,行走驱动装置按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动 (机械牵引、液压牵引和电牵引)。,液压牵引部是利用容积式液压传动的调速特性来实现调速性能的行走部。液压牵引系统通过液压泵排出的压力油，驱动液压马达，液压马达经齿轮传动或直接带动驱动轮。改变液压泵的流量和排油方向(或利用换向阀改变油流方向)来改变液压马达的转速和转向，从而实现牵引速度的调节和牵引方向的变换。,第二节 液压牵引系统,一、主回路型式按液压系统主油路液流的循环方式，有开式液压系统和闭式液压系统两种。,第二节 液压牵引系统,2. 闭式系统,特点：统结构复杂，油液散热条件差。油箱体积小，系统较紧凑；系统的封闭性能好，工作液体不
3、易污染，延长液压元件和油液的使用寿命。,泵1排出压力油直接进入马达2，马达2回油直接返回到泵的吸油口工作液体在泵和马达之间循环流动。,系统减少的油液由辅助泵3进行补充。溢流阀8限制系统最高压力，与辅助泵并联的低压溢流阀4调定压力略高于背压阀6，以保证热交换正常进行,油温上升。设置换向阀5使马达回油中的小部分液体经低压溢流阀6(背压阀)和冷却器7流回油箱。,第二节 液压牵引系统,闭式液压系统按液压泵-液压马达的组合方式分变量泵-定量马达和变量泵-变量马达两种。多数采煤机液压行走部采用变量泵-定量马达系统。,二、主液压泵和主液压马达滚筒采煤机多用轴向柱塞泵作为主液压泵，具有工作压力高，效率高，转动
4、惯量小，便于调节排量，径向尺寸较小等优点。径向柱塞泵径向尺寸较大，配流表面受不平衡的径向力液压泵工作压力和流量受到限制。叶片泵对油液污染较敏感，靠叶片离心力封隔高压腔和低压腔，工作压力和流量受到限制。叶片泵和径向柱塞泵曾在小功率采煤机上用过。,第二节 液压牵引系统,三、主回路参数确定液压牵引部传动模型,电动机经液压泵液压马达减速齿轮R驱动链轮S或驱动轮。根据总体设计的牵引力和牵引速度，确定主液压泵和液压马达的工作压力、排量和流量，作为选型的依据。,第二节 液压牵引系统,1液压马达输出转矩,Tmax每台液压马达分担的最大牵引力，kN； D0链牵引主动链轮节圆直径或无链牵引齿轨轮节圆直径，mm；
5、iq液压马达输出轴至主动链轮或齿轨轮的总传动比； q液压马达输出轴至主动链轮或齿轨轮的总传动效率； n牵引机构啮合效率。无链牵引可取1，链牵引,l链传动效率，可取0.95； n牵引链张紧段在主动链轮和导向链轮上的弯曲次数。,第二节 液压牵引系统,2液压马达排量,p=p1 - p2液压马达的有效工作压力，MPa；p1液压马达进口压力，MPa；p2液压马达出口压力，MPa。闭式系统要有1.01.5MPa背压，以使液压马达运转平稳和利于主液压泵吸油； m液压马达的机械效率。柱塞式液压马达为0.90.95，叶片式液压马达为0.80.90。,第二节 液压牵引系统,3液压马达最大转速,无链牵引,vqmax
6、采煤机最大牵引速度，m/min。,第二节 液压牵引系统,4液压马达理论流量,第二节 液压牵引系统,根据q和p选用或设计主液压泵，根据qm和p1选用或设计液压马达。液压牵引部总效率一般只有60%65%。设计时验算管路压力损失和整个液压系统的热平衡，保证液压马达得到需要的工作压力和足够的油箱容积。必要时装备冷却设备，使系统温升不超过限度。采煤机液压牵引部油箱的热平衡温升不应超过45，最高工作温度不超过75。,第二节 液压牵引系统,四、补油和热交换回路闭式主回路散热条件较差，渗漏，需要强化冷却和补充工作介质配置补油和热交换回路。,第二节 液压牵引系统,五、安全保护回路,(一)压力保护,1高压保护 2
7、低压保护,(二)“反链敲缸”保护,内曲线径向柱塞式液压马达特有问题,第二节 液压牵引系统,六、液压伺服系统,伺服系统中，输出量(位移、速度、加速度、力等)能够自动、快速而准确地复现输入量的变化规律。液压伺服系统：由液压元件作动力元件所构成的伺服系统。液压伺服系统用于采煤机液压牵引部的调速机构。,七、牵引部调速系统,根据煤质情况及时调整牵引速度，使采煤机满载运行，既能发挥效能，又能保护采煤机防止过载。,第二节 液压牵引系统,液压牵引部调速系统：手动调速系统、无线电控制离机操作调速系统和自动调速系统。前两者通过手动或离机控制给牵引部输入给定位移，并通过比较元件送入机液伺服系统的输入端，经机液伺服系
8、统输出位移去调节液压泵排量。自动调速系统按反馈信号不同分为电动机恒功率自动调速和牵引力自动调速。,1电动机恒功率自动调速根据电动机负载功率的大小来自动调整牵引速度，使电动机保持在接近满载(额定功率)的工况下工作。,第二节 液压牵引系统,调速原理,主电动机功率由电流互感器测得整流器整流电压检测器 电压U与额定功率时的整定电压U0比较偏差信号Ue送入控制器 控制器根据输入信号进行判断后即输出控制信号到信号转换器 电信号转换成机械信号放大器放大后 表征电动机负载功率大小的位移xN反馈到比较器1，并与手把调速的整定值x0比较 偏差信号xi输入到机液伺服系统进行调速。,第二节 液压牵引系统,2牵引力自动
9、调速根据主回路高压侧压力因牵引力而变化时，通过压力反馈元件将压力信号变换成机械位移并反馈到比较元件，通过机液伺服系统自动调速。,按调速特性分，牵引力自动调速分恒功率、限压和恒压调速。,第二节 液压牵引系统,2)限压调速,采煤机整定速度vq，在软煤中工作，工作点为1点牵引力小于限压特性线，但手把位置已固定，速度不可能升到0点；遇到中硬煤，牵引力加大，工作点由123，稳定在3点工作；遇硬煤，工作点移到4点；若煤质又变中硬，工作点由453，并固定在3点；又遇软煤，工作点由361，并固定在l点。即使煤更松软，牵引速度也不可能超过手把给定的整定值。,在整个牵引速度范围内，其牵引速度随最大牵引力增大而减小
10、。,第二节 液压牵引系统,3)恒压调速,牵引速度整定值足够大时，牵引力始终保持最大的固定值。,将牵引速度整定为vq(e点)，当牵引力小于最大值Tc时，采煤机在ed线上运行；当牵引力大于Tc时，牵引速度沿da线下降，直到零为止；当随着牵引速度下降而牵引力又减小到小于Tc时，牵引速度又沿ad线上升，直到整定值。,第三节 电牵引系统,电牵引部由专用牵引电动机经传动装置带动驱动轮，利用电气调速装置改变电动机的旋转方向和旋转速度，实现牵引方向的变换和牵引速度的调节。德国Eickhoff公司于1976年制造出第一台电牵引采煤机。电牵引采煤机代表采煤机的发展方向，近年来高产高效的世界记录都是电牵引采煤机创造
11、的。,电牵引采煤机优点：具有良好牵引特性 采煤机前进时提供牵引力；采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。可用于大倾角煤层 牵引电动机轴端装停机时防止采煤机下滑的制动器。设计制动转矩为电动机额定转矩的1.62.0倍，电牵引采煤机可用在40倾角的煤层。,第三节 电牵引系统,运行可靠，使用寿命长 电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它件无磨损使用可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。,反应灵敏，动态特性好 电子控制系统能将多种信号快速传递到调节器中，以便及时调整各参数，防止机器超载运行。效率高 电牵引采煤机将电能转化为机械能只做一次转换，效率可达0.9；液压牵引由于能量的几次转换，再加上
12、存在的泄漏损失、机械摩擦损失和液压损失，效率只有0.650.7左右。,第三节 电牵引系统,结构简单 机械传动系统结构简单，尺寸小，重量轻。有完善的检测和显示系统 采煤机在运行各参数如电压、电流、温度、速度等均可检测和显示。当某些参数超过允许值时，便会发出报警信号，严重时可以自行切断电源。,按电气调速传动的类型不同分直流电牵引和交流电牵引两种。直流电牵引采用直流调速传动，通过直流调速装置来改变直流电动机电枢电压及励磁电压的大小和方向，从而调节电动机的转速和变换转向。直流电动机分串激直流电动机和他激直流电动机，以他激电动机应用最多。,第三节 电牵引系统,交流电牵引采用交流调速传动广泛应用交流变频调
13、速技术，依靠交流变频调速装置改变交流电动机的供电频率和供电相序，实现电动机转速的调节和转向的变换。,第三节 电牵引系统,M = KmKeI,n电动机转速；M电动机转矩；U电枢端电压；I电枢电流；Rs电枢电阻；励磁磁通；Km，Ke电动机常数。,利用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的导通与截止来调节电枢电压U，以此来调节电动机转速n；同时保持磁通和电枢电流I不变，实现恒转矩自动调速特性。若调节磁通来调节电动机转速n，同时保持U和I不变，并使M和n乘积不变，实现恒功率自动调速特性。,第三节 电牵引系统,二、直流串激电动机的牵引调速特性 直流串激电动机的机械特性方程,M = KmKeI,方程与直流他激电
14、动机的机械特性方程一样，但电枢绕组和励磁绕组是串联的。励磁磁通随电枢电流I变化，当电枢电压U一定，负载转矩增大时，磁通增大，电动机转速n下降；当负载转矩下降时，磁通减弱，转速n上升。M和n的乘积变化不大直流串激电动机调速属于恒功率调速，其特性属软特性，特性曲线为双曲线。,第三节 电牵引系统,直流串激电动机的机械特性方程,M = KmKeI,直流串激电动机的软特性具有起动转矩大，过载能力强，电路简单的特点。截割功率增大时，牵引力随之增大，同时牵引速度急剧下降，负载功率随着下降，有利于过载保护。串激电动机空载时牵引速度急剧升高，易出现“飞车”危险，但采煤机空运行负载也不小，不会出现此现象。直流串激
15、电动机采用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的调速系统，其调电枢电压U的方法与直流他激电动机基本一样。,第三节 电牵引系统,三、交流电动机的牵引调速特性 交流电动机转速方程,f定子电源频率，Hz；p电动机的磁极对数；s转差率。,调节供电频率f就可调节转速n。,第三节 电牵引系统,f升高，若U不变q下降，导致电动机转矩下降。为保持q不变，通常采用同时调节U和f，并使压频比恒定,常数,q基本不变，转矩基本不变。在工频以下属压频比恒定、恒转矩的调频调速控制。,第三节 电牵引系统,在频率f很低时，U(定子端电压)并不与E(电动势)基本近似相等，而是E下降更多，使q减少，保持不了q恒定电动机的转矩M和Mma
16、x下降。为提高低频的转矩，采用提高U来提高M U与f比值增大，不是原先恒定的比值，属于提高电压、补偿低频的调频调速控制，以提高电动机在低频时的M和Mmax。提高电压不能超过电动机的允许范围。当电压为恒定值后，转为恒功率调速。,第三节 电牵引系统,调压调频(VVVF)是交流电动机的变频调速控制的基本原理。为实现VVVF变频调速，多采用交直交变频器。采用二极管整流将交流变成直流，再采用SPWM正弦脉宽调制逆变器，将直流变成可调频率的交流，以实现交流电动机的频率调速控制。SPWM控制可采用微机软件实现或大规模PWM集成块实现。采煤机上广泛采用微机软件实现。,四、开关磁阻调速电动机原理开关磁阻调速电动
17、机(简称SRD) 主要由开关磁阻电动机（简称SRM）、功率变换器、转子位置检测器和控制器组成。,第三节 电牵引系统,开关磁阻调速电动机(简称SRD)是80年代推出的新型无级变速系统，主要由开关磁阻电动机(简称SRM)、功率变换器、转子位置检测器和控制器组成。,第四节 链牵引机构,牵引链3绕过主动链轮1和导向链轮2，两端分别固定在输送机上下机头的拉紧装置4上。主动链轮转动，通过牵引链与主动链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。,主动链轮逆时针方向旋转时，牵引链从右段绕入左段链拉力P1，右段链拉力P2，采煤机牵引力P=P2 - P1采煤机P力作用下，克服阻力向右移动。当主动链轮顺时针方向旋转时，采煤机向
18、左移动。,第四节 链牵引机构,根据链轮安装位置不同，分立式链轮和水平链轮。立式链轮吐链方便，水平链轮的牵引链容易堆积，造成牵引链在链轮处被卡死，冒落矸石易进入水平链轮，产生严重磨损和脱链现象广泛采用立式链轮。,链牵引特点： 强度高，承载能力大，满足采煤机增大牵引力和提高牵引速度的要求。 链牵引依靠链轮齿和链环相啮合，工作较可靠。 牵引链使用寿命长，一般可用6个月以上。断链后用连接环连接，十分方便。 牵引链节距较大，当链轮作等速运转时，牵引链相对链轮的移动周期性变化产生动载荷。,第四节 链牵引机构,链牵引机构组成： 矿用牵引链、链轮、链接头和紧链装置等。,第四节 链牵引机构,第四节 链牵引机构,
19、为制造和运输方便，圆环链一般做成适当长度、由奇数个链环组成的链段。使用时将链段用链接头接成所需长度。处理断链事故时也需用链接头连接。对链接头要求：外形尺寸与圆环链相差不多，强度不低于链环，装拆方便，运行中不会自行脱开。链接头用65Mn等优质钢制作，并经严格的质量检验。,二、链接头,第四节 链牵引机构,三、链轮圆环链链轮几何形状比较复杂。,链轮齿数Z，内接多边形边数为2Z，边长(t+d)和(t-d)。链轮旋转一周，绕入的圆环链长度为Z(t+d)+Z(t-d)=2Zt 。,圆环链缠绕到链轮上后，平环链棒料中心所在的圆称为节圆(直径为D0)，各中心点的连线在节圆内构成了一个内接多边形。,采煤机平均牵
20、引速度,m/min,vq牵引速度，m/min；Z链轮齿数；t牵引链节距，mm；ns链轮转速，r/min,第四节 链牵引机构,第四节 链牵引机构,牵引速度,(0/2),(/2),当=/2时牵引速度有极大值，当=时牵引速度有极小值。齿数越少，速度波动越大。井下空间限制，主动链轮的齿数一般为58。,第四节 链牵引机构,齿数越少，速度波动越大。井下空间限制，主动链轮的齿数一般为58。,(0/2),第四节 链牵引机构,四、牵引链的固定与张紧牵引链通过紧链装置固定在输送机两端。紧链装置产生的初拉力可使牵引链拉紧，并可缓和因紧边链转移到松边时弹性收缩而增大紧边的张力。,牵引链紧链装置有弹簧紧链装置和液压紧链
21、装置。,第四节 链牵引机构,1-牵引链；2-导向链轮； 3-液压缸；4-截止阀；5-减压阀；6-单向阀；7-安全阀,工作原理：牵引链1绕过导向链轮2，通过连接环和液压缸3连接采煤机向右工作，右端牵引链张紧力使安全阀7超过调定值液压缸缩回。采煤机左端牵引链的预紧力(初张力)由定压减压阀5的调定压力值决定，并使左端液压缸活塞杆伸出。,2. 液压紧链装置,第四节 链牵引机构,采煤机继续向右端牵引，非工作边张力逐渐增加，当左端液压缸的压力值增加到安全阀调定值时，安全阀动作，液压缸收缩，导向链轮2右移，用液压缸的行程补偿牵引链的弹性收缩限制非工作边张力增加。,液压紧链装置优点：非工作边保持恒定张力，初张
22、力(预紧力)大小由定压减压阀调定值决定。工作过程中非工作边张力由安全阀整定值决定。,采煤机向强力化、重型化及大倾角发展，装率增大到2000kW，牵引力达到6001000kN牵引链不能满足要求，且牵引链一旦断裂，其储存的弹性能被释放，严重危及人身安全无链牵引机构。,第五节 无链牵引机构,无链牵引优点： 取消工作面牵引链，消除断链和跳链伤人事故，工作安全可靠； 同一工作面可同时使用多台采煤机，降低生产成本，提高工作效率； 牵引速度脉动比链牵引小，采煤机运行较平稳。链轨式虽然也是链条，但强度余量较大，弹性变形对牵引速度影响较小； 牵引力大，能适应大功率采煤机和高产高效的需要； 取消链牵引的张紧装置，
23、使工作面切口缩短。对底板起伏、工作面弯曲、煤层不规则等适应性增强； 适应采煤机在大倾角(可达54)条件下工作，利用制动器使采煤机防滑问题得到解决。,第五节 无链牵引机构,问题： 加强输送机本身结构，使用和管理中保持平直度； 齿轮、齿轨或销轴在啮合传动中传递力很大，且起支点作用，磨损加快材质和热处理要求较高，结构上要能快速更换； 为适应采煤机在推移中水平和垂直方向的倾斜，仍能保证正确的啮合，在销轴座或齿轨之间的连接方式上注意可调性，同时注意溜槽的连接强度； 无链牵引机构使机道宽度增加约100mm，提高了对支架控顶能力的要求。,无链牵引机构类型：齿轨式无链牵引机构、销轨式无链牵引机构、链轨式无链牵
24、引机构 。,第五节 无链牵引机构,第五节 无链牵引机构,一、齿轨式无链牵引机构,按行走轮形式不同分为销轮-齿轨式和齿轮-齿轨式无链牵引机构。,销轮-齿轨式无链牵引机构,齿轨分长齿轨和短齿轨。长齿轨固定在输送机挡煤板上，随溜槽弯曲。短齿轨(调节齿轨)活装在两节长齿轨之间。长齿轨两端各有椭圆形孔，短齿轨两端的销轴装在此孔中。,第五节 无链牵引机构,二、销轨式无链牵引机构齿轮-销轨式和链条-销轨式。,销轨长度=溜槽长度/2，销轨接口与溜槽接口相互错开。当溜槽在垂直方向弯曲角时，销轨间只弯曲/2。,第五节 无链牵引机构,三、链轨式无链牵引机构,1-采煤机行走部； 2-驱动链轮； 3-牵引链； 4-链轨
25、架；5-挡板；6-导向滚轮； 7-底托架,采煤机行走部传动装置1出轴上的驱动链轮2与铺设在输送机采空区侧挡板或铲煤板5内链轨架4上的不等直径不等节距牵引链3啮合而驱动采煤机。与链轮2同轴的导向滚轮6支承在链轨架4上导向。,第五节 无链牵引机构,采用不等节距牵引链原因：标准等节距牵引链在链条导槽中会发生平链环在立链环中窜动，易造成卡链事故。将立链环改成短链环后，防止窜链和卡链事故。链轮齿根宽度增大，链轮强度提高，链轮和链轨的接触应力相应减小。,第六节 采煤机防滑装置设计,防滑装置用于煤层倾角大于采煤机自滑坡度的工作面。煤矿安全规程规定，工作面倾角在15o以上时，必须有可靠的防滑装置。无链牵引采煤
26、机在全工作面滚轮始终与齿条或齿轨啮合，且牵引部设有制动装置，采煤机不会下滑优先选用无链牵引采煤机。,无链牵引采煤机行走部设置摩擦制动器防滑，计算步骤：,(1)最大下滑力 T=G(sinmaxfcosmax) kN max=35o。,(2)牵引轮转矩 M=TD01/2 Nm D0牵引轮节圆直径，mm； 1牵引机构效率。,第六节 采煤机防滑装置设计,(4)制动器轴向压紧力,摩擦片摩擦系数； Dp摩擦片平均直径，mm； Zp摩擦面数； KH考虑摩擦片与导向槽摩擦的系数。,第六节 采煤机防滑装置设计,第六节 采煤机防滑装置设计,链牵引采煤机在工作面倾角15o以上应配备安全绞车防滑。安全绞车是防止采煤机因电源突然被切断或行走机构意外损坏而失控下滑的专用绞车。主要与采煤机配合应用在煤层倾角较大的走向长壁采煤工作面。安全绞车应能与采煤机的牵引速度自动保持同步，且使安全钢丝绳始终处于张紧状态。,安全绞车组成：泵站、绞车、锚固装置、钢丝绳和导绳装置等。泵站和绞车设置在工作面回风巷，由锚固装置固定。引出的钢丝绳通过导绳装置上的导向轮进入工作面，绳端与采煤机联接，导绳装置锚固在工作面的上端头。,
