滚筒采煤机截割部装配图A0
煤是重要的能源物质，在我国有着很大的储量。采煤一直以来都被人们看作一项非常危险的事情。在以前国内有很多小型煤窑，由于规模小，技术落后，大部分都是靠人工进行挖煤、运输煤。因此经常出现各种事故，而且大量浪费了资源。大型的采煤机械的出现使这一现象得到了改观。采煤机作为采煤的主要工具是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。因此国内外采煤机的设计、改进一直都在以较快的速度向前发展。
最早的滚筒采煤机出现在英国，它是把截煤机的减速箱部分改成允许安装一根横轴和截割滚筒。由于其水平轴截割滚筒的设计优于截煤机，因此其改进型比刨煤机更适宜英国开采条件，但在20世纪50年代这种采煤机并非是唯一应用的采煤设备。另外有一种有竞争的采煤机是钻削式采煤机。这种采煤机配有一个按螺钻原理设计的主截割部，其应用范围主要局限与薄煤层。
滚筒采煤机经过多次改进设计而得到不断的发展。最早设计的滚筒采煤机仅能单向采煤，输送机和液压支架在向前推移之前，留在轨道上采出的煤在回空段被装载。后来又研发了双向采煤的滚筒采煤机。然而由于这种采煤机受到调向的限制，加之固定滚筒缺乏自由性，因此摇臂滚筒采煤机应运而生。
20世纪60年代末，久益公司生产出10CM、11CM系列的连续采煤机，它是现代这种机型的雏形。到70年代末，在11CM型基础上又生产出12CM系列连续采煤机。经过对12CM系列连续采煤机的不断改进、完善和提高，生产出适用于开采中硬煤层的12CM1210B、12CM1810D和B型机，以及适用于特别坚硬煤层的12HM31C型和B型机(神东常用12CM1210B、12CM1810D)。80年代后期至今连续采煤机在采煤业中得到了广泛的应用，并且得到了长足的发展。我国对这种连续型采煤机的应用始于70年代中期。那时主要靠引进外国的产品，80年代以前主要是引进单机。随着国内采煤机技术的发展到了90年代变成以配套引进为主。目前国内在采煤机研发和设计方面和国外有很大的差距。煤炭科学研究总院太原分院早在1990年就开始进行连续采煤机的研究，曾完成了轻型连续采煤机的设计、引进设备的国产化大修等工作。煤炭科学研究总院上海分院也承担了一些项目。尽管国内各大科研院所、生产厂家、煤矿企业曾开展过规模不等的连续采煤机等技术的国产化研究，但均存在一些问题，仍没有真正在煤矿上见到国产连采机的新产品。
我国引进连续采煤机早期使用效果不好的主要问题是：连续采煤机及其配套设备体积大、吨位高，我国老矿井条件受到限制，设备下井困难；缺乏支护、清道、除尘等配套设备，生产能力受到一定限制；引进的连续采煤机设备电气防爆性能与我国防爆标准不一致；主要部件或零件在国内买不到，备件进口渠道不畅通、价格昂贵；国内没有对连续采煤机开采的成套技术进行系统研究；对回采工艺，支护方式和工艺及煤岩柱控制等相关问题没有得到闭，对通风管理不利；对有自然发火危险的矿井，煤体暴露多，带来了安全隐患。因此我国需要自己对采煤机进行设计、改进使其适合我国的煤矿生产情况。
连续采煤机的特点是截割滚筒长，截割功率大，因此截割能力强，生产效率高，调动灵活，可控性好。尚需研究的主要内容如下。
1连续采煤机总体参数的研究。机器牵引力及速度的确定，滚筒长度、直径、功率、转速及切割牵引力大小和变化等研究。
2整机截割稳定性的研究。机器的重心位置、截割臂长度、截割速度、功率等切割参数对机器工作稳定性的影响。
3截割机构方式的研究。根据电机不同的安装形式，其截割机构方式的确定须进行专项调查研究与分析对比。
4切割技术的研究。截割滚筒上截齿排列对机器的截割效率、振动及截齿的寿命有着重要的影响，必须利用计算机进行截齿排列优化设计和实验室模拟试验。
5行走电机变频调速系统的研究。连续采煤机工作时，需要频繁调动；截割时，根据煤的硬度，行走速度在0～4m／rain之间自动调整，以适应截割电
动机的工作特性；调动时，需以20m／rain的行走速度实现快速调动。
6机器的自动控制、工况检测和故障诊断系统的研究。连续采煤机常在环境恶劣、安全得不到保障的工况下工作，因此必须使机器具有自动化控制功能，装设离机摇控系统。为了提高机器的可靠性，需研制工况检测和故障诊断系统，使连续采煤机具有监控电流、电压、电机功率、油温油位油压等的自动监测、存储、显示、报警及故障提示等功能。
7机载集尘装置的研究。需进行水喷雾集尘系统的试验研究。
8对专用电动机、传感器、扭矩轴等特性元部件的研究。
我国在长期煤炭生产实践中，也已陆续研制生产了一系列国产采煤机，并且在借鉴国外先进机型的基础上，迅速发展了大功率电牵引采煤机(总装机功率达1 400KW以上)，但是和国外先进的技术和设备相比较还有很大的差距。因此我们必须抓住机遇，加快采煤机的设计和改进步伐，加快缩短与国外技术和设备的差距。
关于采煤机的设计可以从以下方面着手进行改进设计：
1横向布置多个电动机。即将截割部、牵引部、泵站和破碎机构设计成横向布置方式。采用这种电动机布置方式，可将摇臂回转传动装置取消，而代之不传动功率的铰接轴，简化了结构，减少了薄弱环节和故障因素；可将传动链中锥齿轮取消，消除了加工、装配、维修锥齿轮的复杂工艺，提高了可靠性；各电动机传动系统功能单一，无过轴、旁轮等多余饥件和交叉重叠环节，部件为自封闭，部件之间无饥械传动，只有管线等柔性联接，故结构简单、紧凑、机身长度可缩短；便于组装拆卸及在维修更换部件、换摇臂及截割电动机时不需拆卸底托架和对口螺栓。
2将机身设计成使部件可侧面拉装的整体箱式。即整个机身是个箱形结构的焊接件，根据需要分成若干个间隔室，安放变压器电控部电牵引部、液压站等部分；而在采空区一侧将其敞开，可以将上述具有自封结构的部件方便地装入固定和拆下拉出，而机身两端铰接的截割部及其电动机也可以从采空区侧拆装。采用这种机身设计方式，可以为井下组装维修创造更方便快捷的条件，同时可实现整个机身无对口螺栓，也无底托架，强度大，刚性好，免除了螺栓紧固的麻烦可将机身做成两段拼装，并用液压螺栓紧固。
3破碎机采用单独电动机传动。即将滚筒做成电动滚筒，由单独电动机经行星传动机构驱动破碎滚筒。采用这种破碎机驱动方式，可以利用按钮控制破碎机，操作方便，而且单独电动机还便于控制和保护。
改进挡煤板传动装置。即用中低速摆线马达，通过内齿轮或柱销传动。比如，可在挡煤板回转臂环架圆周安装轴向柱销，利用固装在摇臂上的液压马达带动长牙齿轮驱动柱销翻转挡煤板。采用这种挡煤板传动装置，可使挡煤板结构更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅减少故障。
4增大截煤深度。截深在750mm以上方能称为大截深，由于加大了截深，相应的滚筒轴、轴承和摇臂强度也应加大，同时适当增大螺旋叶片的升角(一般大于等于20)，以改善装煤效果。采用强力截齿。由于速度加大，截齿的切削厚度增大，可采用齿伸较长(120mm -l50mm左右)、大断面齿柄(30*50ram)、硬质合金片厚度达l8ram以上的强力截齿，同时加大齿座尺寸和强度，这样可减少截齿数、降低截齿消耗、增大块煤率和降低煤尘。
5增大块煤率，减少煤尘生成。即采用双行星传动截割头，适当降低滚筒转速，使其转速在2224r／rain左右，以增大块煤率，减少二次破碎；或减少截齿数，增大截距(60ram左右)以使块煤率增加；滚筒结构上还可采用碟形端盘开窗口，轮毂采用锥形或指数曲线形，以使截落的煤快速排出，从而减少二次破碎；此外还可在螺旋叶片上采用盘形滚刀以及采用抽风和吸尘滚筒。加设高压水射流喷雾装置。即在采煤机上加装增压水泵(6070kW )，使喷雾水压达到l8MPa以上，流量达到140L／min以上，这样可有效降低煤尘和防止截割时产生火花。
另外减少喷雾喷嘴的直径(0．50．8ram)，可形成高压射流，起到辅助切割作用，以减少截齿受力，降低能耗。同时还可加设流量压力自动控制型水泵，使采煤机滚筒只在割煤时喷雾洒水，以节约水能源。
改进滚筒材质和结构。即采用国际最新耐磨合金钢板制造滚筒，以提高其刚度、强度和耐磨性，同时加大轮毂板厚度和叶片板厚度。在有条件的情况下，我国煤机厂可适当引进国外成型高强度滚筒。
由上述分析，我们确定了我国新型采煤机的设计的大方向以及在设计中应该注意的方面。下面我就对本次采煤机设计作一个总体的介绍。
本次采煤机设计采用电牵引，多电机横向布置。该机具有电机横摆、结构先进、运行可靠、可实现电液互换、大功率能力强等特点。截割电机、牵引电机的启动、停止等操作采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定、左右摇臂的升降，急停等操作均由设在机身两端操作站的按钮进行控制，操作简单、方便。所有电机横向布置。机械传动都是直齿传动。电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出。故传动效率高，容易安装和维护。采用强力耐磨滚筒，提高割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。可通过更换电控部或液压传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机以实现电液互换，而其它部件通用。两动力输入部位可安装液压马达，也可安装40Kw牵引电机。两种形式联接尺寸相同。
端盘截齿的作用是平衡轴向力与自开缺口。
(1)端盘截齿的工作条件接近为半封闭，截齿负荷大，消耗的功率占工作机构的1／3左右，端盘截齿消耗占滚筒截齿消耗的一半左右，故其截距要缩小，每条截线上安装的截齿数要增多。。端盘端面安装有6个端面截齿，以利于采煤机开缺口及防止端盘接触煤壁，增加摩擦和磨损。端盘截齿截距从煤壁向外逐渐加大，即18mm一28mm一34mm 40 mm。
(2)滚筒截齿在截煤过程中所产生的振动对采煤机截割部内的各部件及整个采煤机的使用寿命和工作可靠性的影响都是极为严重的。产生振动的原因除了煤是脆性非均匀材料外，另一个较重要的因素是滚筒本身的结构。切槽断面形状不对称是产生截齿侧向力的根本原因J，所有截齿的侧向力之和就形成了沿滚筒轴向作用的滚筒侧向力，这个力对采煤机的稳定性起着决定性的作用，侧向不平衡力大小的不断变化导致了滚筒、摇臂以及整个采煤机沿着这个方向振动。因此在每组截齿中设置一个向采空区负倾斜截齿，用以平衡轴向力，以减轻采煤机的振动，提高采煤机的稳定性。
(3)开道截齿采用零度齿，这样对截割是最有利的，因为开道截齿是在半封闭一封闭截槽里工作，条件最差，当它开出一个自由面后，即为以后截齿开创了良好的工作条件。端盘的截割宽度为120 mm，与滚筒的有效截深630 mm相比只是很小的一个宽度，但对整个滚筒的影响却是不能忽视的。
对截齿的基本要求是：
1)耐磨性要好；
2)截齿的几何形状要能适应不同的煤质和截割条件，截割比能耗要低；
3)拆装截齿要简便迅速，安装固定要可靠，以免截齿丢失；
4)截齿及其固定装置的结构应尽量简单，以利制造和维护。
滚筒采煤机采用的截齿基本可分为两大类：扁截齿和镐型截齿。该滚筒选用扁截齿。根据设计经验，类比去截角α=25°、前角β=90°-α=5°、后角γ=18°、侧角=6°、尖角ω=3°。截刃b取15mm。
4.1.8截齿的材料以及截齿的固定
为了保证截齿的强度和耐磨性，截齿齿身常用30~35CrMnSi，30~35SiMnV或者40Cr钢制作，并经调质处理。为了减少截齿的丢失和更换截齿所消耗的时间，要求截齿装拆方便而固定可靠。由于截煤过程中截齿受到的载荷较重，且有振动所以现代采煤机多采用弹性元件固定截齿。该机的滚筒采用弹簧钢丝挡住柱销来固定截齿。
4.2截割部减速器传动系统特点；
截割部减速器要传递采煤机的绝大部分装机功率，载荷重而不稳定，工作条件恶劣，可靠性要求高，外形和尺寸却受到工作环境的严格限制。截割部减速器的强度、刚度、润滑、密封、效率和散热等问题，都应予以着重考虑。
由以往的经验，以及原来采煤机的传动系统可以了解到滚筒采煤机截割部减速器传动系统都具有以下特点：
1）由于滚筒轴和电机轴互相垂直，传动系统中必须有一队圆锥齿轮；
2）截割部系统中还应该有一个离合器或者一个离合齿轮，当离合器或离合齿轮脱开时，调高泵应仍能获得动力。
3）为了操作轻便，离合器或离合齿轮不设在低速轴上；为了避免圆锥齿轮的模数过大，圆锥齿轮也不宜设在低速轴上。
截割cad图
齿轮轴零件图
摇臂零件图
轴零件图
滚筒零件图
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