阅读说明：本技术 特厚煤层综采工作面采煤机 (Coal mining machine for fully mechanized mining face of extra-thick coal seam ) 是由 宋相坤 张晓永 贠瑞光 史春祥 周常飞 胡俊 张斌 朱信平 刘凯 王广 李辉 于 2019-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种特厚煤层综采工作面采煤机,包括电控箱、左右两牵引部、左右两截割部、左右两滚筒、左右两支撑腿和左右两行走箱,左右两牵引部固定在电控箱的左右两侧组成机身,牵引部的牵引壳体为高强度板全焊接结构,支撑腿采用焊接结构,牵引部和电控箱左右对接,二者同时与多个大圆饼销进行销孔配合,且牵引部与电控箱之间由长、短多组螺杆分布式紧固,截割部包括纵向对接并可拆卸固定连接的过渡架和摇臂,截割部的长度控制在4000mm-4500mm。本发明能实现特厚煤层一次采全高,且设备本身整机稳定性好,重量适中,经济性好,适用于传统开采工艺。(The invention relates to a coal mining machine for a fully mechanized mining face of an extra-thick coal seam, which comprises an electric cabinet, a left traction part, a right traction part, a left cutting part, a right cutting part, a left roller, a right roller, a left support leg, a right support leg, a left walking box and a right walking box, wherein the left traction part and the right traction part are fixed on the left side and the right side of the electric cabinet to form a machine body, a traction shell of the traction part is of a high-strength plate all-welded structure, the support legs are of a welded structure, the traction part and the electric cabinet are in left-right butt joint, are simultaneously in pin hole fit with a plurality of large round cake pins, the traction part and the electric cabinet are fastened in a distributed manner by a plurality of long screw rods and a short screw rod, the cutting part. The invention can realize the full-height mining of the extra-thick coal seam at one time, has good whole machine stability, moderate weight and good economical efficiency, and is suitable for the traditional mining process.)

特厚煤层综采工作面采煤机

技术领域

本发明涉及一种特厚煤层采煤机，属于采煤设备技术领域。

背景技术

随着矿山装备技术的发展，采煤机越来越朝着大采高大功率的方向发展。采煤机装机功率国内外最大已经达到3000kW左右，采高已达7m。我国7m以上特厚煤层储量巨大，陕蒙地区特厚煤层储量尤其丰富，7～9m特厚煤层的开采问题逐渐提上日程，年产量要求达到10Mt到15Mt。由于分层开采效率低、放顶煤开采容易导致资源浪费，因此特厚煤层一次采全高成为最佳方案，一次采全高方案具有生产效率高、资源回收率高、维护管理方便等优点。

目前对于9m特厚煤层综采工作面一次采全高，都倾向于多滚筒形式。

申请号为201610575811.3的中国专利申请公开了一种特厚煤层三滚筒采煤机及其截割方法，是利用三个滚筒同时分别对煤壁的上、中、下三层进行截割，具体是采煤机的前截割部截割中层煤，中间截割部截割上层煤，后截割部截割下层煤以及装煤，从而分散截割负载，达到减小采煤机截割功率、降低单个摇臂截割负载的目的，为8m以上特厚煤层的开采提供了一种可行的一次采全高的截割设备和方法。其缺点是机身高度太大，适应最低煤层太差；采煤机部件种类多，互换性差，经济性不好；同时由于三个摇臂和滚筒都布置在煤壁侧，整机重心高，且偏向煤壁侧，导致整机稳定性差。

申请号为201210033401.8的中国专利申请公开了一种叠加臂三滚筒大采高采煤机，是在双滚筒采煤机机身中部叠加了一个掘进机式截割部，通过液压缸和回转台调整其升降和水平摆动，完成对上部煤层的截割。该发明的开采工艺极其复杂，而且掘进机式截割方式和采煤机截割方式的效率很难匹配，造成生产效率低下，很难适应特厚煤层的开采。

申请号为201410319059.7的中国专利申请公开了一种适用于7～10m厚煤层的三滚筒采煤机以及开采方法，其采用三滚筒采煤机进行开采，采煤机两端部通过长摇臂连接小直径滚筒主要截割上部和下部煤层，中部短摇臂大直径滚筒截割中部煤层，为7～10m厚煤层提供了一种较为可行的开采方法。但该方案也存在几方面问题：一是由于中部为短摇臂大直径滚筒，两端摇臂过长，若要开采9m以上的厚煤层，两端部的摇臂长度至少需要6m左右，摇臂过长会导致摇臂的受力巨大、稳定性差、配套性差，容易出现与支架顶梁干涉等问题。同时，摇臂过长增加了斜切进刀的距离，降低了生产效率，并对行走部是一种极大的考验。二是机身中部增加短摇臂和大直径滚筒，导致机身的负重加大，整机的有效牵引能力下降。三是中部滚筒截割的大量煤块，无法装入溜槽，将会堆积在机身上，对采煤机造成挤压、溜槽飘移等。

申请号为201520306479.1的中国专利申请公开了一种一种四采煤滚筒采煤机，其下采煤滚筒在竖直方向上呈高低排列同时割煤，上采煤滚筒根据采煤机行走方向决定其中一台采煤滚筒工作，其本质是同时有三个滚筒同时工作。其缺点是整机重量大幅增加，比申请号为201410319059.7的专利申请中公开的采煤机还增加了一个摇臂，整机重量大幅增加，采煤机牵引性能更差，且整机重心严重偏向煤壁侧，导致整机稳定性差，容易导致牵引行走系统损害；另外，采用了四采煤滚筒的方案，整机系列化发展困难，整机经济性低，煤层厚度适应差。

发明内容

本发明的目的是提供一种特厚煤层综采工作面采煤机，不仅能实现特厚煤层一次采全高，设备本身还兼具整机稳定性好，整机重量适中，不增加开采工艺难度等特点。

本发明的主要技术方案有：

一种特厚煤层综采工作面采煤机，包括电控箱、左右两牵引部、左右两截割部、左右两滚筒、左右两支撑腿和左右两行走箱，左右两牵引部固定在电控箱的左右两侧，三者组成机身的主要部分，左右两牵引部分别固定支撑在左右两支撑腿上，左右两截割部各自通过一个调高油缸分别支撑连接在左右两牵引部上，且相对应的截割部、调高油缸和牵引部组成导杆机构，左右两截割部的自由端分别安装左右两滚筒，左牵引部和右牵引部的老塘侧分别与左右两行走箱固定，所述牵引部包括牵引壳体和位于所述牵引壳体内的齿轮传动系统，所述牵引壳体为高强度板全焊接结构。

所述截割部包括过渡架和摇臂，过渡架与摇臂纵向对接并可拆卸固定连接，过渡架与摇臂在对接面上同时与一组销进行销孔配合以实现横向定位。

所述牵引部和电控箱左右对接，结合处二者同时与多个大圆饼销进行销孔配合，左右牵引部与电控箱三者间通过左右贯穿多组长螺杆进行分布式紧固，电控箱与左右牵引部两两结合处通过多组短螺杆进行分布式紧固。

所述调高油缸的缸筒的一端铰接在对应牵引部的顶部靠近煤壁侧，所述调高油缸的缸杆与对应的截割部铰接。

所述牵引壳***于调高油缸摆动位置下方的顶部设置有防堆煤结构，所述防堆煤结构为位于牵引壳体顶部的一处斜面，该斜面越靠近煤壁侧的部分位置越低。

所述牵引壳体的底部靠近煤壁侧外表面设置成多处四面有侧壁的矩形凹槽结构，所述支撑腿的顶部向上随形嵌入各所述矩形凹槽中，并通过横向销轴与相应牵引壳体固定连接。

右牵引部的所述牵引壳体优选设有顶板、底板、左侧板、第一摇臂连接板、第二摇臂连接板、第三摇臂连接板、第四摇臂连接板和若干块右侧板，第一摇臂连接板和第四摇臂连接板分别充当后侧板和前侧板与顶板、底板和左侧板固定连接，第一至第四摇臂连接板依次排列且平行间隔设置，每个间隔处的顶板和底板之间通过一块所述右侧板封闭连接，第一至第四摇臂连接板均向右悬伸超出所述右侧板，向右悬伸部分形成为右截割部的安装座，所述顶板的左前部固定有两块与前侧板平行的向上悬伸的油缸连接板，形成对应右截割部的调高油缸的油缸连接座，第一、第二、第三、第四摇臂连接板中部分或全部板的上下边缘分别对应嵌入所述顶板和底板上设置的开口于右边缘且左右延伸的插槽内，左右牵引部的牵引壳体结构左右对称。

两块所述油缸连接板的下部竖直***到所述顶板以下一段距离并通过一筋板焊接连接在一起，所述油缸连接板与所述顶板焊接固定，靠近前侧的所述油缸连接板的下部与第四摇臂连接板贴合并焊接连接。

所述电控箱左右延伸，内设接线腔和电气元部件安装腔，所述接线腔位于电气元部件安装腔的上方且靠近煤壁侧，使所述电控箱的横截面外形轮廓呈L形，采煤机主电缆布置在所述电控箱外L形结构的缺口处。

所述行走箱的齿轮传动系统采用大模数齿面渗碳齿轮，模数≥30，所述行走箱的导向滑靴外包安装于所述行走箱的壳体的下部外侧。

本发明的有益效果是：

本发明通过结构优化、尺寸控制等减重优化措施，例如牵引壳体采用全焊接结构，将截割部重量控制在28t～34t，滚筒重量控制在17t以内；支撑腿采用焊接件；电控箱外形采用L形结构，采煤机电缆、水管和油管沿着机身顶部布置，控制机身三段的长度尺寸在9400mm内等等，大幅降低机身的重量，将整机重量控制在200t～230t内，使得采高大幅增加的同时并不会伴随采煤机重量的大幅增加，使整机重量比现有的特厚煤层多滚筒采煤机更轻，提高整机的牵重比。

本发明相比现有的多滚筒或多摇臂采煤机，由于摇臂的数量减少、截割部的重量被限制在一个相对的低值小范围内，其重心更加偏向老塘侧，使得整机稳定性大幅增加，提高了采煤机工作时的稳定性和可靠性。

本发明通过一系列结构优化设计，例如机身三段两两间除了用大圆饼销防剪切以外，还采用长、短螺杆相结合的分布式紧固的方式，提高机身承受滚筒割煤反力的能力；采用高强度板全焊接方式制作牵引壳体，减轻重量，提高牵重比，避免因牵引壳体结构复杂导致的难以避免的铸造缺陷；将调高油缸安装在牵引壳体的顶部靠近煤壁侧，相比于安装在牵引壳体的顶部的其他位置，截割部受到的截割反力与来自调高油缸的反力在垂直于煤壁方向上距离更近，因此截割部受到的扭转力矩更小，因此能更好地抑制截割部的扭转趋势，另一方面，与调高油缸安装在牵引壳体煤壁侧的底部相比，调高油缸大腔受压力，可承受更大的截割反力，且调高油缸摆动角度小，油缸受力更稳定，可靠性更高；设置防堆煤结构，避免调高油缸摆动时煤块堆积在牵引部和调高油缸间导致缸杆挤弯甚至折断等等，大幅提高了机身三段、易损部件乃至整个采煤机的可靠性和工作稳定性；行走箱采用大模数齿面渗碳齿轮，增大采煤机的牵引承载力。

本发明仍然保持双大滚筒、双长截割部的采煤机总体方案，矿方可以继续采用传统的、成熟的综采工作面开采工艺，且不影响装煤效果，满足矿方年产量10Mt以上的高产高效要求，有利于采煤机系列化推广，适应性强。另外，对于矿方采购来说，当采煤机采完一个工作面，更换到其他煤层厚度的工作面时，本发明的采煤机仍然适用，因此本发明有着最优的经济性、部件互换性和适应性。

附图说明

图1-1为本发明的一个实施例的结构示意图。

图1-2为图1-1的俯视图。

图2为本发明的左截割部的一个实施例的结构示意图。

图3为本发明的所述防堆煤结构的示意图。

图4为本发明的所述牵引部底部表面的所述矩形凹槽的一个实施例的结构示意图。

图5为本发明的牵引壳体与支撑腿相连接结构的一个实施例的示意图；

图6是右牵引壳体的俯视结构示意图；

图7是所述油缸连接板的连接结构示意图。

图8是所述电控箱的横截面外形轮廓示意图。

图9是所述行走箱的一个实施例的结构示意图。

附图说明：

1.左滚筒；2.左截割部；3.左牵引部；4.电控箱；5、右牵引部；6.右截割部；7.右滚筒；8.调高油缸；81.缸筒；82.缸杆；9.行走箱；10.支撑腿；11.销轴；

21.臂架；22.过渡架；2-1.电动机；2-2.九组直齿轮；2-3.两级行星机构；

51.顶板；52.第一摇臂连接板；53.第二摇臂连接板；54.第三摇臂连接板；55.第四摇臂连接板；56.右侧板；57.油缸连接板；58.筋板；

91.齿轮；92.行走箱壳体；93.导向滑靴；94.行走轮轴；

A.斜面；B.矩形凹槽。

具体实施方式

本发明公开了一种特厚煤层综采工作面采煤机(可简称采煤机)，如图1-1、1-2所示，包括电控箱4、左右两牵引部3和5、左右两截割部2和6、左右两滚筒1和7、左右两支撑腿10和左右两行走箱9。左右两牵引部固定在电控箱的左右两侧，三者组成机身的主要部分，称为机身三段。左右两牵引部分别固定支撑在左右两支撑腿上。左右两截割部各自通过一个调高油缸8分别支撑连接在左右两牵引部上，相对应的截割部、调高油缸和牵引部组成导杆机构，截割部可在相应调高油缸的伸缩带动下摆动。左右两截割部的自由端分别安装左右两滚筒。左右两截割部负责输出动力，通过对应的滚筒割煤和装煤。左牵引部和右牵引部的老塘侧分别与左右两行走箱固定并支撑在相应行走箱上。所述牵引部包括牵引壳体和位于所述牵引壳体内的齿轮传动系统，所述牵引壳体为高强度板全焊接结构。所述齿轮传动系统可以采用两级直齿轮加两级行星机构的减速传动机构。

所述牵引壳体采用高强度板全焊接结构，一是显著降低牵引部的总重量，比采用传统的铸件重量减小约2t，满足特厚煤层采煤机整机减重的要求，提高整机的牵重比，二是通过完全取代传统牵引壳体中的全部铸件形式，削减掉铸造过程中的木模成本，缩短生产周期，彻底避免了由于牵引壳体结构复杂性导致的铸件裂纹或砂眼等质量缺陷，提高质量可靠性。

所述牵引壳体内的齿轮传动系统尽量布置在更靠近老塘侧，有助于使采煤机的重心向老塘侧偏移，提高采煤机的整机稳定性。

如图2所示，左右两所述截割部左右对称，各自包括过渡架22和摇臂21，过渡架与摇臂沿长度方向纵向对接，且二者间可拆卸固定连接。过渡架与摇臂同时与一组销进行销孔配合，该组销垂直贯穿过渡架与摇臂的结合面，以实现横向定位。销可以采用圆柱销。过渡架与摇臂间的可拆卸固定连接可以通过螺杆实现。摇臂壳体与过渡架优选采用铸件。同一套采煤机，可以配套多对不同长度的过渡架，通过更换安装不同长度的过渡架改变截割部的长度，从而满足不同的采高要求，提高采煤机的适应性，而摇臂保持不变。左截割部和右截割部除过渡架外，其余部分均可以互换。

所述摇臂内可以设置依次连接的电动机2-1、九组直齿轮2-2和两级行星机构2-3，两级行星机构2-3的输出端与相应滚筒同轴连接。电动机带动九组直齿轮和两级行星机构减速输出动力，带动滚筒工作。

所述牵引部和电控箱左右对接，左牵引壳体、电控箱和右牵引壳体构成为采煤机机身三段，本实施例中机身三段总长在9400mm范围内。牵引壳体与电控箱二者结合处同时与多个大圆饼销进行销孔配合防剪切，此外，机身三段通过左右贯穿多组长螺杆进行分布式紧固，电控箱与左右牵部两两结合处采用多组短螺杆进行分布式紧固，以此提高机身三段的连接强度和承受滚筒截割时复杂载荷冲击的能力。本实施例中，机身三段采用6组M80的长螺杆与若干组M36的短螺杆连接紧固在一起，以承受滚筒割煤反力。6组M80的长螺杆采用2-2-1-1的长螺杆布局结构，即在机身三段下部老塘侧和煤壁侧各两组，在机身三段顶部老塘侧和煤壁侧各一组，若干组M36的短螺杆分布在牵引箱与电控箱结合面的四周。

根据测算和实验，所述截割部的长度宜控制在4000mm-4500mm范围内，重量控制在28t-34t范围内，截割功率控制在1100kW-1250kW范围内，既保证了摇臂的长度，满足整机采高方案要求，最大采高可达到9m，又间接控制了采煤机总体重量，有助于使采煤机重心向老塘侧偏移，还满足了动力输出转速和扭矩。

此外，所述滚筒的直径宜控制在3500-4500mm范围内，滚筒重量控制在17t以内，机身的高度宜控制在3800-4200mm范围内。通过综合调整滚筒直径、机身高度和截割部长度可适应不同的采高，既保证了大量部件的互换性，又实现了不同厚度的特厚煤层一次性采全高的要求。

所述调高油缸8优选安装在对应牵引部的顶部且靠近煤壁侧。通过控制调高油缸的伸缩可以实现截割部的升降，满足不同的采高要求。所述调高油缸的缸筒81的一端铰接在对应牵引部的顶部靠近煤壁侧的油缸连接座上，所述调高油缸的缸杆82与对应的截割部铰接，具体可铰接在截割部的过渡架上。采煤机工作时，调高油缸大腔受力，降低了液压系统的压力，提高了平衡阀的可靠性。

如图3所示，所述牵引壳***于调高油缸8摆动位置下方的顶部还优选设置有防堆煤结构，所述防堆煤结构为位于牵引壳体顶部的一处斜面A，该斜面越靠近煤壁侧的部分位置越低。采煤机在工作过程中产生的煤粉或者煤块降落到调高油缸下方时，因斜面的引导会自动滑落机身，进而防止调高油缸向下摆动时其缸杆因被堆煤卡住而挤弯甚至断裂。

所述牵引壳体的底部外表面设置成不完全封闭的框架式结构，在靠近煤壁侧表现为有多处四面有侧壁的矩形凹槽结构B，如图4、5所示，本实施例中有左右两处。所述支撑腿的顶部向上随形嵌入各所述矩形凹槽中，并通过横向穿设销轴11与相应牵引壳体固定连接，支撑腿顶部侧面与矩形凹槽的侧壁贴合，实现定位支撑，受力效果好。销轴11与矩形凹槽一一对应。该支撑腿与牵引壳体间的连接结构可实现较高的连接可靠性。所述支撑腿优选采用焊接结构，一是减轻重量，二是提高生产效率，减少生产时间，省掉木模的成本。

关于牵引壳体的高强度板全焊接结构，以右牵引部的所述牵引壳体为例，如图6、7所示，其设有顶板51、底板、左侧板、第一摇臂连接板52、第二摇臂连接板53、第三摇臂连接板54、第四摇臂连接板55和若干块右侧板56，第一摇臂连接板和第四摇臂连接板分别充当后侧板和前侧板与顶板、底板和左侧板固定连接，第一至第四摇臂连接板依次排列且平行间隔设置，每个间隔处的顶板和底板之间通过一块所述右侧板封闭连接，第一至第四摇臂连接板均向右悬伸超出所述右侧板，向右悬伸部分形成为右截割部的安装座，向右悬伸部分的板面上均设有销轴孔。所述顶板的左前部固定有两块与前侧板平行的向上悬伸的油缸连接板57，形成对应右截割部的调高油缸的油缸连接座，油缸连接板上均设有销轴孔。第一、第二、第三、第四摇臂连接板中部分或全部板的上下边缘分别对应嵌入所述顶板和底板上设置的开口于右边缘且左右延伸的插槽内。左右牵引部的牵引壳体结构左右对称。

第一至第四摇臂连接板是所述牵引壳体的骨架，对牵引壳体起到主要支撑作用，可以明显提高牵引壳体的刚性。板之间通过插槽插接构成了交叉式骨架结构，显著提高了所述牵引壳体的结构强度和可靠性。

两块所述油缸连接板的下部竖直***到所述顶板以下一段距离并通过一筋板58焊接连接在一起，构成“扎根”设计，可以显著提高焊接可靠性以及油缸连接板的稳定性。所述油缸连接板与所述顶板焊接固定，靠近前侧的所述油缸连接板57的下部与第四摇臂连接板55贴合并焊接连接，一方面提高了焊接强度，另一方面两者互为支撑。

所述电控箱左右延伸，其内设有接线腔和电气元部件安装腔，所述接线腔位于电气元部件安装腔的上方且靠近煤壁侧，使所述电控箱的横截面外形轮廓呈L形，如图8所示，采煤机的主电缆布置在电控箱外L形结构的缺口处，即接线腔的老塘侧。通过调整相关腔室的空间布局，可以缩短电控箱的左右长度，减轻电控箱重量。采煤机电缆、水管和油管可以沿着机身顶部布置连接到各个部件，减少了牵引箱内过线腔体，缩短了牵引箱的总尺寸。综合控制牵引箱和电控箱的尺寸，使得机身三段总长在9400mm范围内。

如图9所示，所述行走箱包括行走箱壳体92、齿轮传动系统、导向滑靴93、行走轮组件和行走轮轴94，齿轮传动系统采用大模数齿面渗碳齿轮91，齿轮模数≥30，以提高特厚煤层采煤机的牵引力，提高牵重比。同时，所述导向滑靴93外包安装于所述行走箱壳体92的下部，即导向滑靴的前后耳部位于行走箱壳体的外部。

本发明与井下大型刮板输送机、特大采高液压支架配套，能够实现一次采全高9m特厚煤层工作面的采、落、装、运、支、控一体化、自动化。

本发明提出了双大滚筒、双长截割部、高机身、上置式调高油缸的9m特厚煤层综采工作面采煤机技术方案和相关技术参数，在国内率先实现了双滚筒一次采全高达到9m的特厚煤层综采工作面一次采全高开采，整机连接可靠，重量适中，通过轻量化设计控制截割部和滚筒的重量，整机重心位置更加偏向老塘侧，稳定性大幅增加，且不影响采煤机的装煤效果。对于矿方来说，整机部件种类少，开采不同煤层厚度工作面的适应性大幅增加，有利于采煤机部件的互换性，整机经济性好，且采用成熟的综采工作面开采工艺，有利于工作面实现高产高效开采。