一种切割头式短壁采煤机.pdf

本实用新型提供了一种切割头式短壁采煤机，使用掘进机式的切割装置，为电牵引、电拖动切割头、液压传动改变切割臂俯仰角和向工作面内外摆动角的机电液一体化采煤机；主要包括机身、截割装置、行走机构、铲煤装置、辅助装置、辅助液压系统和电气控制系统；该机结构紧凑，体积和重量小，适应性强，便于安装与运输，同时使用它可解决中小型煤矿采煤技术四低、三高、两长和一差的系列问题。

1.  一种切割头式短壁采煤机，包括机身(1)、切割装置(2)、行走机构(3)、铲煤装置(4)、辅助装置(5)、辅助液压系统(6)和电气控制系统(7)，其特征在于：所述的切割装置为切割头式切割装置，所述的机身为长方形箱体结构，切割装置装于机身的采煤工作面一侧，行走机构设置在机身的体内和下面，铲板装置机身的下方；所述的辅助装置、辅助液压系统和电气控制系统都设置在机身的体内。

2.  根据权利要求1所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的切割装置(2)包括切割头(21)、切割臂(22)、摇臂(23)、调角装置(24)和摇臂旋转传动机构(25)；切割头装于切割臂顶端，调角装置用于摇臂与切割臂连接，并使摇臂与切割臂相对转动，所述的摇臂与切割臂通过调角装置相连接；所述的摇臂装于旋转传动机构机上，摇臂旋转传动机构装于机身(1)中；
所述的切割臂(22)包括内外套筒组合的前切割臂体(221)、切割头旋转的传动部分(222)、齿轮减速箱(223)、截割电动机(224)、切割臂体尾部(225)、伸缩油缸(226)和摆动油缸(227)；所述的内外套筒组合的前切割臂体、齿轮减速箱、截割电动机与切割臂体尾部呈一条直线纵向布置；所述的内外套筒组合的前切割臂体与齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾座连接成为一体构成整个切割臂体；所述的切割臂体尾部铰接在摇臂上；所述的切割头装于外套筒切割臂顶端，并由装在内外套筒组合的前切割臂体内的传动部分连接齿轮减速箱的动力输出轴；
所述的伸缩油缸装于前切割臂体的外套筒与切割臂体尾部上，摆动油缸铰接在由齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾部连接成为一体的臂体部分与摇臂上。

3.  根据权利要求2所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的摇臂旋转传动机构(25)由推拉油缸(251)、齿条(252)与齿轮轴(253)组成，推拉油缸，齿条与齿轮轴装在采煤机的机身中，所述的摇臂(23)一端装在伸出采煤机的机身的摇臂旋转传动机构的齿轮轴上，另一端装有摇臂与切割臂相对转动的调角装置(24)。

4.  根据权利要求3所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的调角装置(24)包括调角油缸(241)、调角轴(242)、调角油缸连接耳(243)、滑动轴承(244)、调角轴轴承(245)、止动垫圈(246)和圆螺母(247)、回转座(248)、回转轴承座(249)、回转轴承(2410)、隔套(2411)、摇臂大伞齿轮(2412)、回转大伞齿轮(2413)、小伞齿轮组(2414)、端盖(2415)和闷盖(2416)；
所述的调角轴通过端盖由螺栓固定在摇臂壳体上，同样摇臂大伞齿轮也固定在摇臂(23)的壳体上；在调角轴上套装调角轴滑动轴承后，再装回转大伞齿轮；所述的小伞齿轮组装在摇臂大伞齿轮与回转大伞齿轮之间，及调角轴滑动轴承与摇臂(23)的壳体之间，小伞齿轮组的外圈上固定装所述的调角油缸连接耳，摇臂(23)的壳体上在调角油缸连接耳处开设有相应与调角的开口；所述的回转大伞齿轮与回转座固定连接，并套装于调角轴上；在所述的回转座中与调角轴上装两盘回转轴承与隔套，在调角轴端上的回转轴承的内圈由止动垫圈和圆螺母固定；所述的回转轴承安装回转座与回转轴承座之间；所述的回转轴承座由螺栓固定在摇臂壳体上；所述的闷盖由螺栓固定在回转座上；所述的调角油缸铰接安装在摇臂的壳体上，调角油缸的活塞杆与调角油缸连接耳铰连接。

5.  根据权利要求1所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的行走机构(3)包括牵引电动机、齿轮传动装置、行走箱和行走齿轮；所述的牵引电动机连接齿轮传动轴组并装于机身内，行走箱和行走齿轮位于工作面的支架侧的机身下面，并安装在工作面刮板输送机(8)的行走齿条的上方，通过齿轮传动装置把牵引电动机的动力传至行走齿轮，使切割头式短壁采煤机的在工作面刮板输送机上移动行走。

6.  根据权利要求1所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的铲板装置(4)由两个左右对称铲板(41)，铲板高低调整油缸(42)组成，其铲板为铲板为“犁”形，铲煤装置装于切割头式短壁采煤机的机身工作面侧右下角位置，既采煤工作面一侧机身右下部。

7.  根据权利要求2所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的摇臂，其摇臂旋转角度至少为75°。

8.  根据权利要求2所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的切割臂，其切割臂摆动角γ在±10°范围。

9.  根据权利要求4所述的一种切割头式短壁采煤机，其特征在于：所述的调角装置的调整角β至少为45°。

一种切割头式短壁采煤机
技术领域
本实用新型属于煤矿井下开采设备与开采技术，是一种特别适用于中、小型煤矿切割头式短壁采煤机。
背景技术
目前，现有煤矿井下开采设备与开采技术，对于大、中型煤矿煤矿井下开采设备，主要有大型电力或液压牵引综合采煤机、运输、液压支架、辅助运送设备等，大型电力或液压牵引综合采煤机，综合采煤机集截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下煤或半煤岩巷道的综合掘进设备。大中型煤矿主要以长壁开采工艺为主进行煤炭开采。这种大型设备对于中、小型煤矿设备投资很大，该大型设备对于中、小型煤矿煤炭开采工艺也不适合推广使用。
以上所述现有的大型开采技术存在以下问题：
1、投入高，产出比低：采用现有的大型综合机械化采煤方法，设备重、功率大、投入高、产出比低；
2、能耗高：采用目前的综合机械化采煤方法，由于采、装、运煤工艺全部为大功率设备，所以单位采煤能耗高；
3、适应性差：综合机械化采煤对煤层地质条件适应性差，现有综合机械化采煤要求煤层赋存稳定，工作面倾斜长度在80米以上，走向长度一般在500米以上；仓房采煤只适用于小型煤矿和大、中型煤矿的残采；
4、停产搬家时间长和准备工期长：由于普通综合机械化采煤设备多，体积和重量大，搬家时间长，构建一个工作面所需的辅助工程多，所用工期长。
而对于中、小型煤矿的开采普遍采用仓房炮采、短壁悬移顶梁开采、分层综采、放顶煤综采、旺格维利仓采等采煤技术。其开采采煤技术存在以下问题：
1、回采率低，资源浪费惊人：小型煤矿普遍采用仓房炮采，资源回收率仅在25％左右；大中型矿井采用分层综采和放顶煤综采，工作面资源回收率也仅在70％左右，矿井资源回收率更低，仅仅只有50％左右；
2、效率低：仓房、炮采机械化程度低，用人多，工效低；分层综采、放顶煤工艺复杂，设备多，功率大，效益低；
3、顶板问题：仓房采煤、炮采顶板管理采用点柱支护，支护强度低，顶板管理困难，容易发生顶板事故；
4、采掘比大：分层综采、仓房采煤掘进工程量大，放顶煤综采回收率低，所以采掘比大，容易造成采掘衔接紧张。
发明内容
本实用新型的目的针对中、小型煤矿现有开采设备落后所存在的问题，提供一种适合于中、小型煤矿，设备结构紧凑，体积和重量小，适应性强，便于安装与运输，可解决现有中、小型煤矿采煤技术存在的四低(资源回收率低、产出比低、块率低、工效低)、三高(高投入、高能耗、高风险)、两长(准备工期长、搬家时间长)、一差(适应性差)等突出问题的切割头式短壁采煤机。
为了实现上述目的本实用新型的技术方案是：
一种切割头式短壁采煤机，包括机身、切割装置、行走机构、铲煤装置、辅助装置、辅助液压系统和电气控制系统，其特征在于：所述的切割装置为切割头式切割装置，所述的机身为长方形箱体结构，切割装置装于机身的采煤工作面一侧，行走机构设置在机身的体内和下面，铲板装置机身的下方；所述的辅助装置、辅助液压系统和电气控制系统都设置在机身的体内。
所述的切割装置包括切割头、切割臂、摇臂、调角装置和摇臂旋转传动机构；切割头装于切割臂顶端，调角装置用于摇臂与切割臂连接，并使摇臂与切割臂相对转动，所述的摇臂与切割臂通过调角装置相连接；所述的摇臂装于旋转传动机构机上，摇臂旋转传动机构装于机身中；所述的切割臂包括内外套筒组合的前切割臂体、切割头旋转的传动部分、齿轮减速箱、截割电动机、切割臂体尾部、伸缩油缸和摆动油缸；所述的内外套筒组合的前切割臂体、齿轮减速箱、截割电动机与切割臂体尾部呈一条直线纵向布置；所述的内外套筒组合的前切割臂体与齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾座连接成为一体构成整个切割臂体；所述的切割臂体尾部铰接在摇臂上；所述的切割头装于外套筒切割臂顶端，并由装在内外套筒组合的前切割臂体内的传动部分连接齿轮减速箱的动力输出轴；所述的伸缩油缸装于前切割臂体的外套筒与切割臂体尾部上，摆动油缸铰接在由齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾部连接成为一体的臂体部分与摇臂上。
所述的摇臂旋转传动机构由推拉油缸、齿条与齿轮轴组成，推拉油缸，齿条与齿轮轴装在采煤机的机身中，所述的摇臂一端装在伸出采煤机的机身的摇臂旋转传动机构的齿轮轴上，另一端装有摇臂与切割臂相对转动的调角装置。
所述的调角装置包括调角油缸、摇臂壳体、调角轴、调角轴上焊接固定的调角油缸连接耳、滑动轴承、调角轴轴承、、止动垫圈和圆螺母、回转座、回转轴承座、回转轴承、隔套、摇臂大伞齿轮、回转大伞齿轮、小伞齿轮组、端盖和闷盖；所述的调角轴通过端盖由螺栓固定在摇臂壳体上，同样摇臂大伞齿轮也固定在摇臂的壳体上；在调角轴上套装调角轴滑动轴承后，再装回转大伞齿轮；所述的小伞齿轮组装在摇臂大伞齿轮与回转大伞齿轮之间，及调角轴滑动轴承与摇臂的壳体之间，小伞齿轮组的外圈上固定装所述的调角油缸连接耳，摇臂的壳体上在调角油缸连接耳处开设有相应与调角的开口；所述的回转大伞齿轮与回转座固定连接，并套装于调角轴上；在所述的回转座中与调角轴上装两盘回转轴承与隔套，在调角轴端上的回转轴承的内圈由止动垫圈和圆螺母固定；所述的回转轴承安装回转座与回转轴承座之间；所述的回转轴承座由螺栓固定在摇臂壳体上；所述的闷盖由螺栓固定在回转座上；所述的调角油缸铰接安装在摇臂的壳体上，调角油缸的活塞杆与调角油缸连接耳铰连接。
所述的行走机构包括牵引电动机、齿轮传动装置、行走箱和行走齿轮；所述的牵引电动机连接齿轮传动轴组并装于机身内，行走箱和行走齿轮位于工作面的支架侧的机身下面，并安装在工作面刮板输送机行走齿条的上方，通过齿轮传动装置把牵引电动机的动力传至行走齿轮，使切割头式短壁采煤机的在工作面刮板输送机上移动行走。
所述的铲板装置由两个左右对称铲板，铲板高低调整油缸组成，其铲板为铲板为“犁”形，铲煤装置装于切割头式短壁采煤机的机身工作面侧右下角位置，既采煤工作面一侧机身右下部。
本实用新型提供的切割头式短壁采煤机与现有的采煤机相比较，具有突出的实质性特点和技术进步是：
1、采用掘进机截割装置进行割煤装煤，采用采煤机牵引装置进行行走。它集和掘进机与采煤机的优点，外形体积和重量小，增强了采煤机的适应性，给采煤机的安装与运输创造了便利。
2、采用人字形铲煤板，利用采煤机前后行走的动力，对工作面落煤进行铲装，既节能又高效。
3、采用掘进机截割装置进行割煤装煤，切割头可实现上下左右摆动，使采煤机的循环步距由0.6米增加至1.5米，大大提高了出煤量。
4、设备能耗低，配备一套综采工作面设备装机总功率仅为400kw左右。
5、适应性强：适用多种倾斜长度的工作面，适用长度为10--200米。现有大部分煤田的大、中、小型煤矿皆可采用该技术。
本实用新型为煤矿井下开采，尤其使用它可解决中小型煤矿采煤技术四低、三高、两长和一差的系列问题，实现综合机械化采煤。
附图说明
图1是切割头式短壁采煤机的结构示意图；
图2是切割头式短壁采煤机机身的主视图；
图3是切割头式短壁采煤机左视图；
图4是切割头式短壁采煤机右视图；
图5是切割头式短壁采煤机俯视图；
图6是切割头式短壁采煤机的摇臂机构示意图；
图7是切割头式短壁采煤机的摇臂与回转座示意图；
图8是切割头式短壁采煤机铲煤装置的主视图；
图9是切割头式短壁采煤机铲煤装置的铲板俯视图；
图10是摇臂与切割臂连接调角装置的小伞齿轮组局部示意图。
具体实施方式
以下结合附图进行本实用新型的具体实施方式详细说明：
如图1至图5中所示，切割头式短壁采煤机的结构示意图。本实用新型的切割头式短壁采煤机的切割装置采用的是掘进机式的切割装置，为电牵引、电拖动切割头、液压传动改变切割臂俯仰角和向工作面内外摆动角的机电液一体化采煤机。该机具体实施例：外形尺寸为4400×2300×1690mm，功率为165kw。
切割头式短壁采煤机，包括机身1、切割头式切割装置2、行走机构3、铲煤装置4、辅助装置5、辅助液压系统6和电气控制系统7；所述的机身为长方形箱体结构，切割装置装于机身的采煤工作面一侧，行走机构设置在机身的体内和下面，铲板装置机身的下方；所述的辅助装置、辅助液压系统和电气控制系统都设置在机身的体内。切割头式短壁采煤机的在工作面刮板输送机8上移动行走。其中：
1、切割装置
切割装置2包括切割头21、切割臂22、摇臂23、调角装置24和摇臂旋转传动机构25；所述的切割臂如同掘进机的切割装置，切割头装于切割臂顶端，调角装置用于摇臂与切割臂连接，并使摇臂与切割臂相对转动，所述的摇臂与切割臂通过调角装置相连接；所述的摇臂旋转传动机构装于机身1中。
如图6中所示，所述的切割臂22包括内外套筒组合的前切割臂体221、切割头旋转的传动部分222、齿轮减速箱223、截割电动机224、切割臂体尾部225、伸缩油缸226和摆动油缸227；所述的切割头、内外套筒组合的前切割臂体、齿轮减速箱、截割电动机与切割臂体尾部呈一条直线纵向布置；所述的内外套筒组合的前切割臂体与齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾座连接成为一体构成整个切割臂体；所述的切割臂体尾部铰接在摇臂的回转座上；
所述的切割头装于外套筒切割臂体顶端，并由装在内外套筒组合的前切割臂体内的传动部分连接齿轮减速箱的动力输出轴；本实用新型切割头式短壁采煤机的切割头直径为710mm，切割深度可达1500mm；切割高度可达6000mm；切割头通过伸缩油缸可前后伸缩520mm。
所述的伸缩油缸装于前切割臂体的外套筒与切割臂体尾部上，摆动油缸铰接在由齿轮减速箱体、截割电动机和切割臂体尾部连接成为一体的臂体部分与摇臂的回转座上。
如图6中所示，所述的摇臂旋转传动机构25由推拉油缸251、齿条252与齿轮轴253组成，推拉油缸，齿条与齿轮轴装在采煤机的机身中，所述的摇臂一端装在伸出采煤机的机身的摇臂旋转传动机构的齿轮轴上，另一端装有摇臂与切割臂相对转动的调角装置。
如图6和图7中所示，所述的调角装置24包括调角油缸241、调角轴242、调角轴上焊接固定的调角油缸连接耳243、滑动轴承244、调角轴轴承245、止动垫圈246和圆螺母247、回转座248、回转轴承座249、回转轴承2410、隔套2411、摇臂大伞齿轮2412、回转大伞齿轮2413、小伞齿轮组2414、端盖2415和闷盖2416；所述的调角轴通过端盖由螺栓固定在摇臂壳体上，同样摇臂大伞齿轮也由螺栓固定在摇臂壳体上；在调角轴上套装调角轴滑动轴承后，再装回转大伞齿轮；所述的小伞齿轮组装在摇臂大伞齿轮与回转大伞齿轮之间，及调角轴滑动轴承与摇臂23的壳体之间，小伞齿轮组的外圈上固定装所述的调角油缸连接耳，摇臂23的壳体上在调角油缸连接耳处开设有相应与调角的开口；所述的回转大伞齿轮由螺栓与回转座固定连接，并套装于调角轴上；在所述的回转座中与调角轴上套装两盘回转轴承与隔套(一盘为圆锥滚子轴承和一盘为圆柱滚子轴承)，回转轴承的内圈由止动垫圈和圆螺母固定在调角轴端；在所述的回转座与回转轴承座之间安装回转轴承；所述的回转轴承座也同样由螺栓固定在摇臂壳体上；所述的闷盖由螺栓固定在回转座上；所述的调角油缸铰接安装在摇臂的壳体上，调角油缸的活塞杆与调角油缸连接耳铰连接。
如图10所示，摇臂与切割臂连接调角装置的小伞齿轮组局部示意图；
小伞齿轮组包括外环支架141、小伞齿轮142、内环支架143、小伞齿轮轴承144、小轴145和416垫圈片；所述的两套小伞齿轮轴承和小伞齿轮分别在小轴上，并对称分别装在外环支架和内环支架的孔中，在小伞齿轮与外环支架，及小伞齿轮与内环支架之间设有调整用的垫圈片。
当所述的调角油缸的活塞杆动作时，推动小伞齿轮组转动，小伞齿轮组的小伞齿轮与摇臂大伞齿轮与回转大伞齿轮同时啮合，小伞齿轮带动回转大伞齿轮相对摇臂大伞齿轮转动，从而实现了带动回转座相对于摇臂转动。由于采用伞齿轮组传递调角油缸力，使调角油缸布置不会影响切割臂相对于摇臂变化转角位置，可以实现了切割臂相对于摇臂在任何位置的相对角度的调整。
2、行走机构
如图2和图4中所示，行走机构3包括牵引电动机、齿轮传动装置、行走箱和行走齿轮；牵引电动机连接齿轮传动轴组并装于机身内，行走箱和行走齿轮位于工作面的支架侧的机身下面，并安装在工作面刮板输送机8的行走齿条的上方，通过齿轮传动装置把牵引电动机的动力传至行走齿轮，使切割头式短壁采煤机的在工作面刮板输送机上移动行走。
3、铲煤装置
如图8和图9中所示，所述的铲板装置4由两个左右对称铲板41，铲板高低调整油缸42组成，其铲板为铲板为“犁”形，铲煤装置装于切割头式短壁采煤机的机身工作面侧右下角位置，既采煤工作面一侧机身右下部。
切割头式短壁采煤机在割煤过程中，前铲板将截割头截割下的煤铲入工作面刮板输送机上；切割头式短壁采煤机在退机过程中，后铲板将切割头式短壁采煤机后部的浮煤铲入工作面刮板输送机上，为下一步推溜工序做好准备。
4、辅助装置
辅助装置包括底托架、拖缆装置和喷雾冷却系统。所述的底托架位于切割头式短壁采煤机的机身底部，用于支撑采煤机机身，及连接切割头式短壁采煤机和工作面刮板输送机；
所述的拖缆装置位于切割头式短壁采煤机的机身后部，用于连接切割头式短壁采煤机供电电缆；所述的喷雾冷却系统位于切割头式短壁采煤机的摇臂顶部，割煤过程中喷雾系统可降低工作面空气中的煤尘含量，减少煤尘对职工身体的危害，同时冷却系统可对切割头式短壁采煤机的电机系统进行冷却，降低电机系统损耗率。
5、液压系统
液压系统包括油箱、油泵、各个油缸和控制阀等。液压系统的油箱和油泵位于采煤机机身中的后部，为切割头式短壁采煤机各个工作机构的旋转、摆动提供动力。
6、电气控制系统：
电气控制系统包括变频器、电控箱。变频器、电控箱装于切割头式短壁采煤机的机身内。
本实用新型切割头式短壁采煤机中摇臂旋转传动机构可使摇臂旋转角度为75°；摇臂调角装置可使切割臂与摇臂相对转动的调整角β为45°，这样摇臂旋转传动机构和调角装置一起就使切割臂上下旋转的俯仰角α达到120°；切割臂可向工作面内外摆动角γ为±10°。