机械5

目录 1水射流采煤综述..................................................... 1 1.1高压水射流概述....................................................1 1.2刀具采煤的弊端................................................... 2 1.3 DY---150采煤机设计参数及水射流的优点..........................2 2水射流性能简介....................................................4 2.1非淹没式水射流.................................................．4 2.2非淹没射流的动力特性.............................................5 2.3射流参数与计算．..................................................8 3水射流与机械刀具联合切割机理..................................9 3.1联合切割机理.....................................................9 3.2水射流和机械刀具联合两方法.......................................9 3.3水射流与刀具联合破煤的特点．....................................10 3.4校核参数条件...................................................11 4高压水射流采煤机控制系统.......................................13 4.1阀控水路系统.....................................................13 4.2设计内容.....................................................16 5高压旋转密封结构.................................................17 5.1几种密封装置.....................................................17 5.2本设计的高压旋转密封结构．．.....................................21 6高压水射流喷嘴结构设计......................................... 23 6.1喷嘴作用．．.....................................................23 6.2连续高压水射流喷嘴种类.........................................．23 6.3结喷嘴的质量要求.................................................23 6.4喷嘴设计原理，小孔出流基本理论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23 6.5喷嘴的基本结构和材质．．．．．．．．．．．...........．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 6.6喷嘴各参数对水射流性能的影响................．．．．．．．．．．．．．．．．．27 6.7失效形式．.....................................................28 6.8本设计中的喷嘴．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29 7滚筒结构参数.....................................................30 8截齿和喷嘴布.....................................................33 8.1截齿的配置.....................................................33 8.2喷嘴在滚筒上的布置................................................36 结束语.....................................................38 参考文献.....................................................39 高压水射流技术是近三十年来发展起来的一项新技术，在采矿、冶金、石油、建筑、化工、市政建设及医学领域得到广泛应用并取得可喜的成果。从原理上讲，它与世隔绝我国煤矿中使用已久的水力采煤技术基本相同，都是把具有一定压力的水通过直径较小的喷嘴形成射流，将这股射流作为工具进行切割、破碎和清洗物料。所不同的只是高压水射流的水压更高、喷嘴直径更细而已。水力采煤中使用的水压通常为5~15MP，水枪出口直径为15~30mm；而高水射的水压一般在30MP以上，有的高达数百兆帕，喷嘴直径则在2mm以下，最小的可达0.1mm。因此高压水射流可以在很小的区域内集中极大的能量，例如100MP的高压水射流的能量束密度可以与激光束相匹敌。 本设计题目是水射流采煤机切割装置设计。主要阐述了高压水射流技术在采煤机上的应用之背景，优缺点和所需要解决的问题等方面的内容。 高压水射流和采煤机联合进行破煤是一门新技术，需要解决的问题还很多。本设计主要是关于喷嘴在滚筒上的布置，水路控制系统和高压旋转密封等方面作初步的尝试。设计了一种用高压水射流控制水路，水射流辅助截齿破煤的滚筒结构。 目前刀具采煤法面临的问题主要有以下几个方面。 1）机械设备变得庞大而笨重。为了大幅度提高生产能力，采煤机的发展趋势是提高传动装置功率，从而使得机械设备越来越笨重。如AM-500型采煤机，其功率是2*375KW，两个滚筒中心距离达10m,总重量为32吨。不难想像，这么笨重的庞然大物在井下有限的空间里工作，对于巷道要求、支护、运输等方面影响是很大的。 2）其次是截割阻力较大，机械的稳定性和传动零件强度储备下降，造成了维护和检修上的较大困难。 3）消耗量上升。大多数工作面，即使在正常工作条件下，每采1千吨煤消耗截齿达40~60个，因此截齿不能及时更换，变钝了的截齿使采煤机比能耗上升，生产能力下降。机器动载荷加大，出现很高的事故率。 4）劳动环境恶劣。机械刀具切割破碎煤炭，造成的矿尘污染十分严重。虽然采取了喷雾灭尘等措施，但其效果并不理想。井下工人的尘肺病发生率是比较高的。还可能造成的问题是，截齿摩擦生热引起燃烧或煤尘、瓦斯等爆炸灾害也时有发生。 以上几个问题在水射流和机械刀具联合切割破碎中，可以得到缓解。这在后面的还将提到。 1．3 DY---150采煤机设计参数及水射流的优点 本设计是将高压水射流应用于滚筒采煤机上，高压水射流引入到滚筒采煤机之上和截齿配合破碎煤层。如图所示： 1喷嘴 2截齿座 3高压管 图1-2 4相位阀 设计基本要求和参数： 喷嘴数：2个 高压水射流压力：30MP 喷嘴直径：d=1．5mm 采煤机型号：DY150 DY150型采煤机基本参数： 采高：1.3~2.5m 截深：0.6m 滚筒直径：1.25m ，1.40m 滚筒转速：63r/mi
n 牵引速度：0~6m/mi
n 牵引力：120KN 装机功率：150KW 机重：12．5T 主要特征：单滚筒，液压有链牵引。 水射流采煤机具有以下优点： 1）由于水射流的辅助破碎作用，截齿受力可显著降低，因而降低了截割部的电机功率。一般功率可降低3060其生产能力可提高3540 2）射流对煤体的湿润和对截齿的冷却作用，极大地提高了截齿的使用寿命，以及采煤机的工作效率。 3）射流具有明显的降尘作用，比喷雾灭尘等措施降尘效果要好得多，大大地改善了采煤工作面的环境。并且水射流还能抑制截齿切割时因夹矸而导致的产生火花现象。从而有利于安全生产。 4）射流的辅助破碎作用避免了切割刀具对煤体的大量粉碎性破坏，从而大大提高了煤质的块度。这对企业的经济效益提高有很大意义。因为煤的块度越大，其销售价格越高。通常6
nm以下的粒径的碎煤占总量的3540如果引入高压水射流进行联合破碎切割，可使之降到15右。 以上是从优点方面说起，不过凡事有利必有弊。水射流技术应用于采煤机毕竟还处于起步阶段。很多问题急待解决。如高压管路的拖曳，高压旋转密封的耐压能力和使用寿命，比能耗较大等等。 高压水射流技术的进一步发展，必将使上述问题得到有效解决。从而使水射流技术更加广泛地应用于矿山机械领域，为我国煤炭工业现代化作出重要的贡献。 2水射流性能简介 2．1非淹没式水射流 这里简要介绍一下采煤机上应用的非淹没连续式水射流性能。所谓非淹没式即指水射流在大气中工作，也称作气水两相射流。 一、气水两相射流的水动力学结构如下图，气水两相射流有三个部分组成： 图2--1 1---喷嘴2---喷嘴内主流3---喷嘴内边界层 4---射流初始段5---射流主体段6---正激波阵 7---打击区8---卸载波阵9---膨胀区 10---靶体 Ⅰ部分是射流的上游，即喷嘴内部的流动； Ⅱ部分是非淹没自由射流； Ⅲ部分是射流在靶体表面上的流动图形。用以描述射流和靶体之间的相互作用。