毕业设计（论文）-采煤机螺旋滚筒结构优化设计.docx

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1、完成日期:20XX年 5 月25 H本科毕业论文（设计）采煤机螺旋滚筒结构 优化设计学院:山 西大同 大学煤炭工程学院班级:机械三班姓名：指导教师：职称:教 授山西大同大学本 科生毕 业设计英文题目:中文题目：采煤机螺旋滚筒结构优化设计Screw drum of shearer structure optimized design学 院：煤炭工程学院姓 名：学号：专 业： 机械设计制造及其H动化班级：机械三班指导教师：职称：螺旋滚筒式采煤机是迄今为止综采面最重要的工作机器，滚筒作为滚筒式采煤机的关键机构和工作设备,其工作性能和生产效率决定采煤机功能。因此，建立了螺旋滚筒模型和刀齿模型，而且对螺

2、旋滚筒载荷的分析，还有对螺旋滚筒参数优化设计具有十分重要的意义。AbstractAt present,shearer is the uppermost work equipment in fully-mechanized coalworking face ,the screw drum is shearers pivotal part and working frameworkjtscapability stand or fall decide shearers work performance and production efficiency.so itis significant to

3、establish pick screw drums load model,simulate screw drums load, andoptimize design for parameters of the screw drum.With regard to this, the theoretical analysis, simulation and experiment arecombined to investigate the cutting performance shearer drum and dynamic characteristicof the cutting syste

4、m in this thsis . According to the shearer cutting theory, MathematicalModel for the coal characteristic , the drum, the pick and the cutting load are built. Theinfluence of the coal characteristic, pick structure parameters and drum structureparameters on the drum cutting torque, cutting specific c

5、onsumption and lump coalpercentage are investigated, and the relationship expression and variation laws areacquired.According to the experiment date and talking the wavelet theory as guidance .Regard MATLAB software as the platform , the detail wave of the load change and thechange trend of load alo

6、ng with the coal characteristic change are obtained. And theinfluence laws of the coal-rock interface form on the cutting system frequency areacquired , too.the load variation is described . Based on the built constitutive model ofcatastrophe and dynamic model , the cusp catastrophic model of the dr

7、um cutting coal isestablished,and the rigidity and energy conditions are acquired for the shearer cuttingprogramme. Analyzed the spectrum of simulated load in frequency field, time field andamplitude field ,studied loads desity of probability distribution, since(or mutual)relevance, since(or mutual)

8、 desity of the power spectrum. And analyzed each parametersinfluence to base wave frequency and other main frequency of loads. Set up the fuzzyoptimize models which regard reducing the loads fluctuation as the goal function, andregard assigned form of pick and blade , rotational speed of cutting dru

9、m, swing speed ofrocker arm as designed variable, and optimized the parameters using correspondingoptimize function in MTALBAs optimization toolbox.Keywords: shearer; cutting theory; shearer drum; drum cutting performance1绪论11.1 滚筒式采煤机概述11.2 国内外采煤机研究现状21.3 本课题的研究目的和意义31.4 本课题的研究内容和方法41.5 式采煤机截煤理论52.

10、1 煤的特性52.1.1 煤的结构特性52.1.2 煤的物理机械性质62.2 截齿破煤理论分析102.2.1 截齿破煤过程102.2.2 截齿截煤截割力模型的建立112.3 滚筒截煤理论分析132.3.1 滚筒受力分析142.3.2 滚筒运动学分析163采煤机螺旋滚筒结构设计与参数分析183.1 采煤机螺旋滚筒参数的计算183.2 截齿结构设计及参数确定233.2.1 齿尖夹角及其对螺旋滚筒截割性能的影响243.2.2 齿身锥角及其对螺旋滚筒截割性能的影响253.3 螺旋滚筒结构设计及参数确定2633.1 截深的选定及其对螺旋滚筒截割性能的影响2733.2 截齿排列的设计及其对螺旋滚筒截割性能

11、的影响2733.3 3截线距的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响2933.4 4螺旋升角的确定及其对螺旋滚筒截割性能的影响313.4 端盘结构设计及其参数确定313.5 螺旋滚筒运动参数确定323.5.1 运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的理论分析333.5.2 运动参数对螺旋滚筒截割性能影响的结论344 MATLAB优化方法和优化程序设计354.1 MATLAB 中的 M 文件364.1.1 M文件的组成364.1.2 M文件编辑器364.1.3 M文件的编写374.2 优化程序设计39参考文献41致 谢42山西大同大学煤炭工程学院2014届本科生毕业设计1绪论1.1 滚筒式采煤机概述机械化采矿

12、工程年中的重要设备是螺旋滚筒式采煤机，螺旋滚筒式采煤机是典型的机电和液压系统，直接决定着采煤的效率，有大质量(20200T)、大功率(3002400kW)和高产量(1001000万吨/年)等的特点，在机械化采矿设备中，使用量占到90%以上。螺旋滚筒式采煤机划分为单滚筒和双滚筒采煤机，单滚筒采煤机只适用在薄煤层中，且现在使用量稀少，因此本论文所要讲述的滚筒采煤机指的是双滚筒采煤机。双滚筒螺旋采煤机能免开缺口、适应复杂的顶条件和底板条件，适用于各种性质煤矿，能割硬质煤；采高大，调高较为方便，在斜煤层中其采高为0.65飞.0111,采用无链牵引时能在35 54。的条件下工作。可根据煤层厚度来选择螺旋

13、滚筒的规格尺寸，极薄煤层0.30. 5m不可采，薄煤层0.51.3m采用滚筒直径为6001000的滚筒，中厚煤层1.33.5111采用直径为10003000的滚筒，厚煤层3. 58.0 m,特厚煤层大于8.0 ,采用直径为30003500的滚筒。采煤机选用具有上述好处，滚筒式采煤机很快得到了普及和推广，并在性能和结构方面继续改进和日趋完善。螺旋滚筒式采煤机的结构如图所示，包含四大部分：中间箱、牵引机构、行走机构、截割机构。中间箱为采煤机的动力部分与控制部分。牵引机构是行走机构的动力源与传动部分，牵引方式的不同导致动力源的不同，主要是电牵引和液压牵引两种方式，依靠固定箱下边滑靴与布置在工作面上的

14、输送机轨道相接触，并被支撑起来。行走机构利用牵引电动机或者液压马达输出的动力经过减速后，传到1-中间箱2-牵引部3-行走部4-截割部图1-1采煤机结构图行走箱行走轮，和输送机上销轨啮合，使滚筒式采煤机行走，可实现无极变速,在破煤过程中随着截割煤层的性质不同进一步调节牵引速度。截割机构包括摇臂与滚筒，摇臂起传动、减速、调节采高的作用，螺旋滚筒转动直接作用在煤壁上，依靠安装其上的镐型截齿破煤，利用叶片将截割下来的煤送到和采煤机配合的输送机上。在以上采煤机的四大机构中，截割机构的螺旋滚筒是滚筒采煤机的工作机构，因而直接作用于煤层，工作条件很恶劣，因此，截割性能的优劣直接影响螺旋滚筒采煤机的使用寿命与

15、截割性能，并对煤矿企业的效益产生直接影响。采煤机螺旋滚筒包括端盘、螺旋叶片、截齿、齿靴、齿座、筒毂和喷嘴七个部分，如图12所示。图1-2采煤机螺旋滚筒1.2 国内外采煤机研究现状20世纪中后期，英国和前苏联前后对滚筒采煤机的螺旋滚筒作了技术改造，一是螺旋滚筒能在使用过程中调高，解决对煤层存方式的适应性;二是把圆形筒体改成螺旋叶片截割滚筒，大大地提高了装煤的效率。这次改造就给螺旋滚筒采煤机奠定了现代化采煤机械的基础。90当前国内外使用的采煤机主要是能调高的双滚筒式采煤机，经过改造的滚筒采煤机，可追溯到长壁采煤法中的采煤机，前期用于煤底部掏煤槽的采煤机。最早的螺旋滚筒式采煤机是在采煤机的基础之.匕将减速箱部分改装成安一根水平轴与截割滚筒而演化形成的。这种螺旋滚筒式采煤机与刮板输送机配套，奠定了矿山开采机械进步的基础。早期的螺旋滚筒采煤机有两方面坏处，第一：采煤滚筒安装高度不能在使用中调节（固定滚筒），对煤层厚度适应性较差；第二：破煤滚