托辊质量论文范文

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　　托辊加工专用机床的毕业设计

　　前 言
　　大学生活即将结束，我们也即将走上社会，走上自己的工作岗位，去迎接充满竞争的的丰富多彩的社会
　　三年来，我们学习了几十门专业课和基础课，使我们了解了机械专业的一些基础知识和原理，为进一步巩固、扩大和深化我们的基础理论，将三年所学的知识融会贯通，提高综合适应知识的能力。检验我们的学习成果。我们在辅导老师的带领下搞完了这次毕业设计。
　　我们这个小组的设计题目是“托辊加工专用机床”，是生产托辊的专用机床。我的任务是机床床身、导轨和夹紧系统的设计以及液压传动原理的设计。我和肖德春、吴永涛同学共同搞得这个题目。为了确保设计质量，我们先后多次到起重机机械厂、托辊传送加工厂等厂家进行了深入细致的调查研究，熟悉生产过程和设备情况，走访一些工人师傅和有关技术人员，向他们询问生产过程中存在的一些问题及解决的方法，从而获得了第一手的资料，为我们顺利完成毕业设计打下了良好的基础。但是由于本人知识面窄，能力有限，还是在设计中遇到了一些问题，因此我们又查阅了大量的技术资料和工具书，经过反复论证、比较，最后终于确定了设计方案，在大致分配时间安排后，便开始了各自的工作。
　　本设计的专用加工机床，就是在的传统加工机床的基础上，加上液压控制系统，改造了加紧系统，还重新设计了径向让刀系统，这样改造的目的，就在于使其在加工过程中更加准确快捷，在设计过程中我也认识到我们国家的技术还是相对落后的，许多先进的技术和材料在我国都还无法应用，作为一名即将毕业的大学生更感任重道远。
　　这次设计，使我进一步提高了理论水平，增强了实际工作的能力，更深一步理解了所学知识，它对今后的工作无疑是极大的帮助。虽然设计已经查阅过大量的资料，但这设计中肯定还有错误，只有去请各位老师、同学帮忙指正，以便于今后的改进和提高。

　　1 机床总体设计方案
　　在当前的工农业生产过程中，皮带运输机的用途较为广泛，其上的托辊是皮带运输上的多用件和易损件。由于一个大型的皮带运输机上至少需要托辊上千个，故说是多用件，至于易损件是由于工作环境差，受外界因素破坏较厉害，加之自身在工作时的振动和磨损较为严重，因此，托辊需要大批量生产，方能满足厂矿企业单位的需要。
　　1.1 加工工艺分析
　　由托辊的零件图可知,辊筒两端的轴承孔 102的表面粗糙度Ra=6.3Nm，等级较低，而圆柱度和同轴度的要求较高。另见壁厚为5mm，属于薄壁件，因此，设计的机床在加工时必须解决如下几个问题：
　　1、孔的位置必须正确。避免空的轴心线与管体的轴心线偏差过大。 2、保证孔的圆柱度。如果圆柱度超差过大，轴承装配就比较困难。
　　3、保证两端孔的同轴度。如果同轴度超差，装配后，托滚不能均匀转动，从而使轴承和皮带及滚筒的使用寿命降低。
　　4、表面粗糙度必须保证，否则将影响到与轴承衬套的配合，筒壁工作时，受力不均匀，将加快滚筒的损坏。
　　5、加工时，夹紧力要适合，方向作用点要得当，而且要求作用均匀。否则容易引起工件变形，这样加工的废品率必然升高，造成成本提高，经济性差。
　　通过以上的分析，需要我们在设计机床和夹具时，尽可能满足上述几个方面的要求。
　　1.2 加工方案的确定
　　机床上的加工方法是多种多样的，根据托辊的自身特点和加工要求，显然只有采用车或镗两种方法，具体方案确定如下：
　　第一种方案：单头车（如简图1-1）
　　工作过程：工件作回转体运动，刀具直线进给，加工一头后再调头加工另一头，此方案的优点是结构简单、紧凑、容易制造，缺点是加工过程中需要装 夹两次，外圆又是未加工表面，调头后可能使工件绕两个回转轴线旋转，不能保证内外圆的同轴度，并且增加了装夹时间，生产效率降低。

　　图1-1 单头车
　　1、床身 2、主轴箱 3 、三爪卡盘 4、工件
　　5、刀具 6、刀杆 7、溜板箱 8、导轨
　　Fig 1-1 Single-truck
　　1、Lathe Bed 2、Spindle Box 3、Scroll Chuck 4、Workpiece
　　5、Tool 6、Arbor 7、Slip-box 8、Guide

　　第二种方案：两头车（如简图1-2）
　　采用此方案加工时，要求工件不动，刀具旋转并同时进给，两端同时加工，此方案的优点是工件一次安装，两端同时加工，工序集中，生产效率高，能够保证工件外圆的同轴度。缺点是：由于两端同时加工，必须需要很大的夹紧力。如果采用外圆表面定位的夹具，就会造成外圆表面变形，破坏外圆直线度，为加工带来误差。

　　图1-2 两头车
　　1、床身 2、箱体 3、刀具 4、工件 5、夹具 6、导轨
　　Fig 1-2 Two Lathe
　　1、Lathe Bed 2、Cabinet 3、Tool 4、Workpiece 5、Fixture 6、Guide
　　第三种方案：两头镗（如简图1-3）
　　此方案，结合了上述两种方案的优点。首先，一次装夹，同时完成两端内孔加工，能够保证工件内外圆的同轴度要求，并且工序集中，生产效率高;其次，工件是靠两端及倒角定位夹紧，由于本工件是薄壁圆筒，不会破坏外圆的直线度，容易保证加工要求，并且液压旋转偏心让刀，能够防止退刀时，刀尖划伤已加工表面，刀具轴向进给采用无级调速及无触点开关控制，刀行程由刀杆尾部刻度调整，夹紧也采用液压传动和无触点开关限位，这样，通过液压元件及电器元件的控制，易实现自动化，自动循环，可大大提高劳动生产率，减少工人劳动强度。

　　图1-3 两头镗
　　1、进刀油缸 2、刀杆 3、刀具 4、主油箱
　　5、工件 6、夹具 7、床身 8、导轨
　　Fig 1-3 Two Boring Machine
　　1、Feed Cylinder 2、Arbor 3、Tool 4、Main oil tank
　　5、Workpiece 6、Fixture 7、Lathe Bed 8、Guide

　　同过对以上三种方案的分析与比较，本设计决定采用第三种方案。

　　2 床身设计
　　2.1 对床身的设计要求
　　床身是专用机床的基础，也是专用机床制造的关键零件之一，机床上很多零件、部件都是装载床身上，有的还在床身导轨上运动，因而有关部件之间的相对位置和相对运动精度都是由床身来保证的，为了在加工过程中，在各种因素的影响下能保证机床的精度并长期保持机床原有精度，则要求机床具有足够的刚性、抗震性和耐磨性，而这些方面又大多与床身的结构设计和加工精度有关，在床身加工中，床身与导轨的精度对工件加工的精度影响最大，因而床身导轨面的加工，是床身加工的重点，因此，在设计机床床身时，既要选择好合理的结构，还要更加注意导轨形式的选择及导轨所必备的严格的技术要求。
　　为保证零部件在工作时的相对位置及相对位置运动具有足够的精度，以及整台机床在工作时不出现震动，对于床身的设计，提出下列要求：
　　1、工艺性良好，易于制造和装配。
　　2、足够的精钢度和较高的刚度重量比，要求在规定的最大载荷（额定载荷）作用下，变形量不得超过一定的数值，以保证在加工过程中，刀具和工件的重量约占机床总重量的80~85%，所以在满足刚度的前提下，应尽量减轻支撑件的重量。
　　3、良好的动态特性。
　　要求在规定的切削条件下工作时，使受迫振动振幅不超过允许值，不产生自激振动，保证切削的稳定性。
　　4、较小的热变形和内应力，要求温度分布合理，工作是的热变形对加工精度影响较小。
　　5、导轨面受力合理，耐磨性良好。
　　6、结构设计合理，耐磨性良好。
　　7、排屑容易。冷却液和润滑油的渠道畅通，电器液压元件的安装位置合理。
　　8、易于运输、吊装。
　　2.2 材料的选择
　　对于床身的材料主要有铸铁和钢，一般支承件用灰铸铁制成，我们在这里也把床身材料设计为铸铁，且取材料为HT20~40，砂型铸造。
　　灰口铸铁的优点是：
　　良好的铸铁性能，优良的耐磨性能和消振性，良好的自润滑作用计贮油结构。
　　基于以上优点，消振耐磨，故选用床身材料为HT20~40。
　　为了保证机床精度，稳定床身尺寸，应消除铸造冷却收缩造成的内应力，所以应当进行人工实效处理，同时对于导轨表面还要进行淬火处理，使其耐磨性提高，变形小，机械性能最佳，所以应当选择高频率淬火，其硬度HRC48~55
　　2.3 受力分析
　　2.3.1 床身受力基本类型
　　床身受力是承受力有：(1)、切削力：指X、Y、Z三个方向上的切削力。即Fx、、Fy、Fz。
　　Fx——进给抗力（轴向）
　　Fy——吃刀深度（深度）
　　Fz——主切削力
　　（2）、重力：指工件和机床部件等重量 。
　　（3）、摩擦力：指动部件和固定部件相对运动时，导轨面间的摩擦力 。
　　（4）、夹紧力：指连接部件、移动部件间的连接力。
　　（5）、惯性力。
　　（6）、冲击和振动
　　（7）、热应力。
　　上各力中 (2)(4)(7)属于静力 (6)属于动力
　　2.3.2 床身变形基本类型
　　床身在静力和力矩作用下，将发生以下类型变形：
　　（1）床体变形 （2）断面畸形
　　（3）局部变形 （4）解除变形
　　2.3.3 床身受力变形受力分析
　　床身在载荷作用下，主要产生水平弯曲变形、垂直弯曲变形以及绕床身X轴方向的扭转变形，在设计床身时，特别要注意的是提高扭转刚度，为了保证床身有足够的刚度，减少在受载情况下床身变形引起的加工误差，保证工件的加工精度要求 ，现在对床身的受力做如下分析：
　　床身受力情况如图2-1

　　图2-1 床身受力
　　Fig 2-1 Sustaining of bed

　　按图示机床受力情况可知，床身受力变形有三种：垂直面内的弯曲变形，水平面内的弯曲变形以及绕床身力X 轴方向的扭转变形 ，其中床身的扭转变形对加工精度影响最大 ，床身横截面上受到的扭矩是：
　　M床=2Fy(h1+h2)+Fz.d
　　式中： Fy---------径向切削分力
　　Fz----------垂直切削分力
　　h1----------中心高
　　h2----------床身导轨面到床身扭转中心距离
　　扭矩使床身扭转变形,必然造成导轨前后不平行,失去原有的精度,切削加工时，溜板沿变形的导轨移动，使工件产生加工误差。
　　轴向力Fx 与床身平行，使床身产生拉伸变形，影响很小，可以不计。
　　Fx与Fz产生的弯矩使床身在垂直面内产生弯曲变形，导致工件误差，对工件直径影响较小。
　　Fx与Fz产生的弯矩使床身在水平面内产生弯曲变形，这样就对工件直径影响较小。
　　以上分析可知，床身各个截面的变形所造成的工件加工误差不同，垂直面可以忽略不计，而扭转变形产生的影响最为严重。
　　2.4 床身的结构设计
　　2.4.1 设计的基础问题
　　为了提高机床的刚度，减小床身变形，现进行床身的结构设计。
　　在进行床身结构设计时，必须考虑床身的工作性能和工艺性。应该在满足机床工作性能的前提下，减轻床身的重量，节约材料 ，提高床身的静刚度和动态性能，减少床身铸造和加工的工作量。
　　2.4.2 床身结构和设计参数
　　机床床身的合理结构，意味着在最小重量的条件下，具有最大的静刚度，由于机床的固有频率：
　　fm=
　　因此，静刚度的提高和重量的减轻，同时都可能提高床身的固有频率，在大多数情况下，提高固有频率，可以改变床身的动态特征。
　　设计床身结构时，应考虑以下几个主要方面：
　　1、选择适当的断面形状和尺寸。适当的断面形状和尺寸，可以使构件在同样重量的条件下，具有较高的抗弯度和抗扭刚度。
　　2、适当安排筋板位置和筋条的位置、形状和数量，以增加床身的刚度，减小断面形状的畸变。
　　3、导轨与床身（体）的连接壁的形式要适当，减小床身受力后发生局部变形。
　　4、提高连接面的刚度（如床身与其他大件间的连接方式，以及床身于其他地基的连接方式等），以减小床身的接触变形。
　　2.4.3 断面形状的选择
　　机床支撑件受力情况是复杂的，但主要是受扭矩和弯矩作用，因而产生扭转和弯曲变形，由材料力学可知，当支撑件受弯矩作用而其他条件相同时，其变形程度取决于截面的抗弯与抗扭的惯性矩，而惯性矩又与截面的形状有关，同一种材料，截面面积相等而形状不同时，截面惯性矩相差很大，经计算比较可知：
　　（1）空心截面的惯性矩比实心的大，在相同截面面积的条件下，加大轮廓尺寸，减少壁厚，可以大大提高刚度，因此，设计支撑件时总是使壁厚在工艺可能的前提下尽量薄一些，不用增加壁厚的办法来提高刚度。
　　（2）方形截面的抗弯刚度比圆型的大，而抗扭刚度比圆形的小，因此，若支撑件所承受的弯矩大于扭矩，则截面形状以选择方形或矩形截面为佳。矩形截面在其高度方向的抗弯刚度比方形截面的高，但抗扭刚度比方形的低。因此，以承受一个方向的弯矩为主要的支撑件，其截面形状常取矩形，以其高度方向为受弯方向;若弯矩和扭矩都相当大,则截面形状取正方形。
　　（3）不封闭的截面刚度比封闭的截面刚度有明显下降,因此,在可能条件下,应尽量把支撑件的截面做成封闭矩形。但是实际上由于排屑、出砂、安装电器、液压件、传动件等的需要往往很难做成四面封闭的，有时甚至连三面封闭的都难以做到。综上所述，据此机床的工作特性，应选择截面形状为矩形。
　　2.4.4 合理布置隔板和加强筋
　　设置隔板和加强筋是提高刚度的有效办法，特别是当截面无法封闭时更为重要。
　　1、合理布置隔板
　　在两壁之间起连接作用的内壁称为隔板。为了便于排屑，上下都不能封闭，这时必须用隔板把前后壁连接起来，以便于提高水平方向的抗弯刚度和抗扭刚度。隔板的功用在于把作用于支撑件局部地区的载荷传递给其他壁板，从而使整个支撑件各壁板都能比较均匀的承受载荷。例如车床车身，切削力Fy经过三角形导轨作用于前壁，前壁的弯曲转化为整个床身的弯曲，即转化为前壁的拉伸和后壁的压缩，大幅度的提高了抗弯刚度，这是因为有了隔板的缘故，其实薄壁板的抗弯刚度是很低的，因为有了隔板可把载荷传递到后壁，从而提高支撑件的自身刚度。
　　隔板布置一般有三种基本形式，即纵向隔板、横向隔板和斜向隔板。纵向隔板主要提高抗弯刚度；横向隔板主要提高抗扭刚度：斜向隔板则兼有提高抗弯刚度和抗扭刚度的效果。
　　隔板的布置方向，纵向隔板应布置在弯曲平面内，此时隔板对X轴的惯性矩为 /12(如图2-2(a))；若将隔板布置在与弯曲平面相垂直的平面内时，则惯性矩为 /12(如图2-2(b)) ,两者之比为 ，由于，则图2-2(a)的抗弯性刚度比图2-2(b)要大的多，抗扭刚度比图2-2(b)小,所以综合以上对机床的受力分析,故应选用图2-2(b)横向隔板.

　　a b
　　图2-2隔板的布置方向
　　Fig 2-2 Partition of the layout direction

　　2、合理配置加强筋
　　有些支撑件的内部要安装其他机构，不但不能封闭，安装隔板也会有所妨碍。这时就只能采用加强筋来提高刚度。合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。如图2-3所示的加强筋可以用来提高导轨的局部刚度。加强筋的高度可以采取为壁厚的4~5倍，筋的厚度取壁厚的0.8~1倍。

　　图2-3 加强筋
　　Fig 2-3 Rebar

　　2.4.5 床身壁厚的选择
　　床身壁厚应在刚度要求和铸造工艺允许条件下，尽量采用较小值，来节约材料，减轻重量，降低制造成本，根据实践经验，铸造床身壁厚可以根据大件外形的最大尺寸或床身外形空间尺寸来选定，灰铸铁件的壁厚可根据

　　查表得，外壁厚20mm
　　内壁厚16mm
　　2.4.6 床身和导轨的连接
　　导轨通过过渡壁和床身连接为一体，连接处的构造对局部刚度影响很大。这个连接部分的结构必须设计得合理，否则常成为机床的薄弱环节，而在工作时出现严重局部变形。
　　导轨部分的刚度主要取决于床身及过渡壁的刚度，最好不用增加壁厚而用加筋的方法来提高刚度。
　　床身的基本部分较薄，导轨部分则较厚，所以可以经过壁与导轨连接，过渡壁的形式有以下几种：单壁、单壁加筋、双壁和直线附着，没有过渡壁。过渡壁的高度L、在机床工作的允许范围内应尽量取最小值，这样可以增大刚度值，布置加强筋，也可以有效地提高连接部分的刚度，加强筋之间的距离，应取流板导轨长度的1/2~2/3，对刚性要求较高的机床，则略小于1/2，间距过小，对刚度的进一步提高无明显作用，从刚度的观点来看，导轨的厚度应为宽度的三分之一左右，本设计中的过渡壁是采用单壁连接的。
　　机床的床身在装配时，用螺钉互相连接成为整体，一般机床在工作时，床身或底座下都需要用螺栓固定在地基上。
　　2.4.7 截面宽度和高度的确定
　　受有空间力，并且扭转载荷的床身，则宽度由刚度要求而定，刚度约与宽度的平方成正比，因此，这类床身应在结构允许的条件下尽量的宽一些。
　　无床腿，直接支撑在基础上的床身，其高度决定于工件的高度，使工件处于最便于观察的位置，因此，高度往往小于宽度，因此刚度靠床身和基础联合保证。综上分析，可得出床身的基本尺寸为：
　　床身高：600mm 矩形导轨（后导轨）
　　630mm 三角形导轨（前导轨）
　　床身宽：745mm

　　太多了，呵呵 你给我发信息啊，

求 机械制造论文！

机械的发展
据悉我国煤炭行业“十一五”期间将新建煤矿规模3亿吨左右,将对工业结构进行调整,大力整合、改造现有煤矿、关闭小煤矿、淘汰落后的生产能力,加快大型煤炭基地和现代化大型煤矿的建设,这为我国矿山机械企业的发展提供了良好的机遇。
一、煤炭在我国能源结构中的重要作用
煤炭是我国的主要能源,是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富,煤炭资源分布面积约60多万平方公里,占国土面积的6%。根据第三次全国煤炭资源预测与评价,全国煤炭资源总量5.57万亿吨,煤炭资源潜力巨大,煤炭资源总量居世界第一。已查明资源中精查资源量仅占25%,详查资源仅占17%。探明储量达到10202亿吨。其中可开采储量1891亿吨,占18%,人均占有量仅145吨,低于世界平均水平。 国务院制订的《能源中长期发展规划纲要(2004-2020)》(草案)指出“要大力调整优化能源结构,坚持以煤炭为主体,电力为中心,油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气(天然气)”的特点,在今后一段相当长的时间内,能源结构仍然以煤炭为主,煤炭在一次能源消耗中占70%左右。2004年煤炭占我国一次能源生产的70%以上,在我国能源结构上占主要地位,有举足轻重的作用。
根据我国全面建设小康社会的需求,煤炭消费的趋势将有明显上升。在煤炭消费用户的构成中,电力、冶金、建材、化工4个行业煤炭消费量占煤炭消费总量从1990年的50%提高到2004年的84%,其中电力占51.8%,冶金11.64%,年占27%提高到2004年的51%,将近增长一倍。
二、我国煤炭工业发展现状
进入21世纪,我国煤炭工业快速发展,2000年全国产煤9.9亿吨,2001年产煤11.04亿吨,2002年13.8亿吨,2003年16.67亿吨。2004年全国产煤19.56亿吨,占全国一次性能源生产总量的74.3%,当年煤炭销售量为18.91亿吨,占全国一次性能源消费总量的65%,生产力水平显着提高,产业结构调整取得重大进展。一些企业开始跨地区、跨行业的产业联合,煤、电、化、路、港、航产业链开始形成,形成了一批在国内领先、在国际上具有一定竞争力的大集团,如神华集团、山西焦煤集团、兖州矿业集团等。我国煤炭产量急剧上升,得到了全世界的关注。
煤炭是我国能源安全的基石。煤炭工业是我国重要的基础产业,我国的煤炭产量已是世界第一位,是煤炭生产大国,现在我国煤炭工业已具备了设计、施工、装备及管理千万吨露天煤矿和大中型矿井的能力。现代化综采设备、综掘设备和大型高效露天剥、采、运、支成套设备在大中型煤矿大量使用。同时,我国煤炭开采技术装备总体水平低,煤炭生产技术装备是机械化、部分机械化和手工作业并存的多层次结构。技术和装备水平低。全国煤矿非机械化采煤60%。大中型国有重点煤矿装备水平较先进,但设备老化程度较大;小型矿井生产技术装备水平极低,煤矿生产工艺落后,作业人员过多、效率低。保障煤炭供应是国家加强煤炭工业宏观调控的重点之一,挖掘煤炭生产潜力,加快大型煤炭基地建设,是重要措施。为此,只有大幅提高大中型煤矿产量,才能在保障煤炭稳定供应的前提条件下,遏制小煤矿发展和淘汰小煤矿,完成煤炭生产结构优化调整。1998年12月以来,国家对煤炭产业结构进行了重大调整,关闭了五万多处小煤矿,淘汰了一批落后的生产能力,通过宏观调控,煤炭生产形势好转,供求关系趋于平衡。目前我国煤炭生产企业2.5万多家,其中规模以上的企业约占60%左右,2005年计划关闭2000多家小煤矿。
三、我国煤炭工业存在的问题和与国际先进产煤国家的差距
1、 我国煤炭企业规模小、产业集中度低 我国煤炭企业的突出特点是,规模小、效率低、安全状况不好,产业集中度低。据煤炭行业统计数据分析,2002年国有重点煤矿占52%,国有地方煤矿占18%,乡镇煤矿占30%。按井型划分,大型矿井占32%,中型矿井占18%,小型矿井(含乡镇煤矿)占48%。2004年,全国约有煤矿2.5万处,95%以上的小煤矿,矿井年产能力不足3万吨的矿井约占40%,煤炭产业的集中度只有15%,远远低于世界主要产煤国家的水平。国际先进的产煤国家,煤炭产业规模集中化,世界排名前10名的大公司,依靠核心竞争力,做强做大,提高了全球煤炭产业的集中化程度。2003年10大煤炭公司的煤炭产量约占全球产量的18.81%,有5家公司的煤炭产量超过1亿吨,其中排名第一的皮博迪公司达到1.83亿吨,力拓公司达到1.43亿吨,美国前4家企业的煤炭产量占本国煤炭总量的46.9%。
2、我国煤炭装备落后,机械化、自动化程度低、缺少大型成套设备. 我国煤矿生产基础薄弱、国有煤矿连续紧张生产的矿井占总数的近50%,矿井主要生产设备严重老化,超期服役的占30-40%,部分乡镇煤矿设备简陋、生产条件差,有的根本没有机械设备,仅为人工开采,不符合有关煤炭法规要求,当前我国资源破坏和浪费严重。部分煤炭企业存在着“采厚弃薄”、“吃肥丢瘦”等浪费资源现象,全国煤矿平均资源回收率为30-35%左右,资源富集地区的小型矿井资源会回收率只有10-15%。据煤炭行业统计数据分析,2002年我国国有重点煤矿采煤机械化程度为77.78%,综合采煤机械化为62.98%,掘进机械化程度为81.15%,综合掘井机械化程度为15.03%,地方国有煤矿机械化程度更低。当前全国采煤机械化程度仅为42%,除国有大中型煤矿采掘机械化程度达到75%之外,大多数煤矿生产技术水平低,装备差、效率低。特别是乡镇煤矿,基本上是非机械化开采。2004年乡镇煤矿产量占我国煤炭总产量的39%。对不适宜用放顶采煤的5.5米以上煤层,要采用一次采全高是最合理有效的采煤方法,但目前国内没有相适应的高产高效的综采成套设备。而国外美国久益(JOY)公司、德国德伯特(DBT)公司和德国艾克夫(Eickhoff)公司,都具有成熟的高煤层一次采全高的高产、高效综采成套设备。神华集团引进的成套设备年产突破1085万吨,工作面长度突破300米,最长的工作面已超过400米,工作面总装机功率已超过5000kw。而国际先进的产煤国家,煤炭生产呈现出大功率重型化、自动化、集约化、按照环保的特点。国外先进的采煤设备向大功率、重型化发展,设备储备系数大、运行可靠性高。DBT(德国德伯特)、JOY(美国久谊)和Eickhoof(德国艾克夫)等采矿设备公司都制造出具有自动化功能的产品。美国联邦2号矿在工作面实现了跟机自动移架。澳大利亚Batana煤矿实现了自动割煤和跟机自动移架。特别是信息技术在煤矿生产中得到广泛应用,先进煤矿广泛采集工作面设备运行参数和环境安全检测信息,在工作面集中显现并通过以太网传输到地面计算机,实现远程运输和故障诊断。运输系统、供电系统和通风系统均无人值守。实行集中远程操作、视频监视,辅助有专人巡视。井巷布置集约化,生产系统和环节少、实 现了生产高度集中。通常是一矿、一井、一面生产。有些先进的长壁工作面每班 只需6人,其中采煤机司机2人,维修工1人,机头集中操作工1人,另外2人替换休 息。高度重视工作环境的改善和人体安全防护。实现计算机监测安全信息,监测 探头遍布整个矿井。液压支架具有跟机自动喷雾和移架自动喷雾功能;采煤机上 方安装导风板,减少煤尘进入人行空间。采煤机运行的下风侧几乎无人作业。
3、煤矿安全生产事故多 我国煤矿安全生产方面,重大瓦斯事故多发,煤矿 事故的总死亡人数达到了高峰,2004年我国生产约20亿吨煤,事故死亡约六千人 ,这几年煤炭产量大幅度增长,煤矿百万吨死亡率还是下降的。由1994年的5.59 人下降到2004年3.08人,美国生产约10亿吨煤死27-31人,百万吨死亡率约为 0.039;波兰百万吨死亡率为0.09;南非百万吨死亡率为0.13;俄罗斯百万吨死亡 率为0.34。我国百万吨死亡率是美国的约100倍,俄罗斯的约10倍,印度的约12倍 ,大大超过煤炭先进生产国家。据有关专家讲,矿井安全检测仪表,安全设备均 在设计中作了考虑,多数事故都是矿井管理问题,真正因设备问题而发生事故较 少。先进产煤国家依靠大型、强力综采技术装备已经完成从普通综采机械化向矿 井高效集约化和自动化生产的过渡。高产高效煤矿的建设不仅提高煤炭生产效率 ,实现煤矿集约化生产,并为煤矿生产过程中的安全监测、监控创造条件,从而 有效的预防和控制煤矿安全生产事故。先进产煤国家安全生产上十分重视,不仅有健全的安全生产法规体系,还有严细的生产安全措施,严格的煤矿生产准 入制度,而且实现了计算机监测安全信息,监测探头遍布整个矿井,保证了安全生产。
四、煤炭工业发展对矿山机械设备的需求
1、我国煤炭工业发展趋势
据煤炭行业发展规划相关内容,“十一五”期间,我国将新建煤矿3亿 吨左右,其中投产2亿吨。国家将在“十一五”期间,对煤炭行业的工业结构进行 调整,大力整合、改造、关闭小煤矿,同时适度加快大型煤炭基地的建设,开工 一批现代化大型煤矿、置换落后的生产能力。“十一五”期间煤炭行业现代 企业制度要进一步得到完善,大型煤炭企业集团基本形成,到2010年要形成5-6个 亿吨级生产能力的特大型企业集团,5-6个5000万吨级生产能力的大型企业,产量 将占全国煤炭总产量的60%左右。通过新建和老矿井技术改造,全国将建成300处 高产高效矿井,高产高效的矿井产量将占全国总产量的50%左右。“十一五” 期间,国家将建设神东、晋北、晋东、蒙东(东北)、云贵、河南、鲁西、晋中 、两淮、黄陇(华亭)、翼中、宁东、陕北等13个大型煤炭基地,这些基地的储 量,占全国储量的70%以上,作为煤炭供应规划和建设的核心。初步预测全国 煤炭需求量:2010年为25-27亿吨、2020年为30-32亿吨,均占能源需求量的60%以 上。据相关部分统计,2004年国有重点煤矿原煤产量9.22亿吨,超过其核定生产 能力50%以上,煤炭生产能力严重不足。经测算,到2020年,新建和在建的国有煤 矿的生产能力约为7.1亿吨。如果届时中国小煤矿的产量仍保持目前的6亿吨,按 需求预测的高端方案,未来20年中国需新增煤矿产能17亿吨,年均8500万吨;按 需求预测的低端方案,未来20年中国需新增煤矿产能13亿吨,年均6500万吨。 2、对矿山机械设备的需求
“十一五”期间,煤炭工业的生产技术水平将明 显提高。国家将建成140个高效安全现代化矿井,国家将加大对煤矿建设项目的支 持力度,已先后有17个煤炭建设项目,由国家开发银行出具贷款承诺,还将100多 个高档普采工作面升为综采工作面,100多个普采工作面升为高档普采工作面。这 样,中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95%。中型煤矿的机械化程度将达到80% 以上;大型煤矿国内先进水平装备率达到20%,国际先进水平装备率达到6%,中型 煤矿国内先进水平装备率达到10%,小型煤矿机械化、半机械化程度达30%以上。 据此分析,煤炭需求的急剧增长,上述煤矿采掘机械化指标还会有所突破,这为 煤矿装备的发展提供了广阔的市场前景。
(1)井下综采重点设备
我国煤 炭开采90%以上的井工开采的,井工开采占煤炭开采的主导地位。为迅速提高我国 综合装备水平,要以科学发展观为指导,采取跨越式发展模式。在“十一五”期 间应以日产2.5-3万吨(年产1000万吨左右)的综采成套设备国产化为突破口,全 国实现综采成套设备国产化,推动我国矿山机械工业的发展。
预计从2004年 到2020年,每年新增综采工作面成套设备为30套、普采工作面成套设备50套,每 年设备更新量约为现有的基数的六分之一。粗略估算,2010年采煤成套设备年需 求量将达到500台套左右。高产高效综采技术的核心是井下工作面综合机械化 采煤输送设备,主要有采煤机、刮板输送机、液压支架和带式输送机。急需开发研究的电牵引采煤机:装机总功率为2000kw左右,供电电压为3.3 KV、采高 范围为5-6m,生产能力达3000t/h左右。
重型刮板输送机:输送能力3000- 5000t/h,铺设长度250-400m,链速1.4m/s,装机功率3×700或2×1000kw,供电 电压为3.3KV。
液压支架:最大工作阻力12000 KN,立柱最大缸径ф480mm, 支护高度6m,架间距1.75-2m,支架降移升时间8-12s,采用电液控制系统。
大型带式输送机:装机功率1500-4000KN,电压3.3KV,带宽≥1.4m,带速≥5m/s ,运量≥5000t/h,距离50000m以上,托辊寿命5万小时以上,减速器寿命7万小时 以上。
(2)井下综掘设备
我国目前综掘机械化程度比较低,仅为12.81% ,远远跟不上综采机械化的发展,其中掘进机虽有较大的发展,但整体技术水平 仍比国际先进水平有较大差距。
需研究开发先进的掘进机:其截割功率300kw 以上,截割断面最大可达42m2,经济截割硬度达f12,可靠性要求,齿轮寿命在 20000h以上,轴承寿命在30000h以上,力争整机掘进10000米无故障。
同时要 结合我国国情和煤矿实际工矿,开发研制集切割、装运、行走、锚杆支护、机载 、除尘等功能为一体的掘锚联合装备机组,可大大提高掘进速度。
(3) 全自动刨媒设备
我国薄煤层储量约占总储量的21%左右,但是由于煤层薄,作 业空间小,工作条件恶劣,薄煤层高产高效开采技术一直是我国煤炭工业研究探 讨的重要难题。刨煤机作为一种“浅截深、多循环”的采煤设备,是实现薄煤层 高产高效的有效途径。提高薄煤层机械化水平加快薄煤层资源的开采进度,不仅 可以充分利用有限的资源,提高矿井整体生产能力,同时,也有利于保障煤矿的 安全生产。开发研制大功能、高强度、高效率、紧凑型的全自动刨煤成套设备势 在必行。全自动刨煤成套设备(采高0.6-1.8m),主要包括刨煤机、配套刮 板输送机、薄煤层液压支架、顺槽转载机、破碎机等产品。我国目前主要从 德国DBT进口主机——刨煤机及配套刮板输送机,由北京煤炭机械厂配套薄煤层液 压支架,张家口煤矿机械有限公司配套转载机和破碎机。到目前已进口六套(铁 法2套、晋城、西山、阳泉、大同各1套)。开发研制的全自动刨煤成套设备 :其生产能力1000吨/小时,铺设长度250-300米,适应煤层厚度0.8-2米,适应煤 质硬度F≤3.5,适应煤层倾角≤25度,功率2×400kw(刨头部分)、刨煤方式为 双速混合式,上行速度0.88米,下行速度1.76米,刨深≤120毫米,上行90毫米, 下行30毫米、下链牵引,牵引链38毫米D级,刨煤机采用智能控制系统,能自动监 视故障性质和位置。
(4)矿井提升设备
目前我国约90%的原煤是靠井工 开采的,矿井提升设备是井工开采的咽喉设备,它不仅关系到矿井的产煤量,而 且直接影响到人身和整个矿井的安全。我国煤炭产量到2020年将达20-32亿吨 ,估计每年需新增大型、特大型矿井提升机约30台套,考虑到更新改造,综合估 算在“十一五”期间平均年需各类提升机150-180台套,其中大型和特大型约占 20%,中小型约占80%,每年新增提升机产值5.4亿元左右。开发研制适用于年 产1000万吨的特大型矿井提升设备,其规格为6×4、7×4多绳提升机、最大拖动 功率单机为6000KW、双机为2×4000KW、最大提升速度14×16米/秒,整机使用寿 命为25年。
采用恒力矩、恒减速液压控制系统:采用计算机数字控制自动化 运行,提升速度及容器位置的监控全由电气自动检测、反馈、调整。实现提升机 的全自动化监控运行。
(5)露天矿井开采成套设备
露天开采占我国煤炭 总开采量的10%左右。露天开采与井工开采相比具有煤炭资源利用率高,开采成本 低,作业现场和工作人员更加安全等优点。所以,发展露天开采更有其井工开采 无法相比的作用和意义。大型露天矿设备从设计、制造到使用的技术性强,世界 各国都争相把最先进的技术成果用在大型露天矿设备上,因此发展大型露天矿设 备可以带动机械、电气、液压、信息等行业的发展,推动和促进我国民族工业的 发展。当前世界露天矿开采特点是:高度集中化开采与集约化经营;开采工 艺的多样化;企业管理的计算机化与智能矿山;合理充分利用资源,重建生态环 境保持可持续发展等几个方面。在我国大型煤炭基地建设总体规划方案中, 神东、晋北、蒙东(东北)、云贵、黄陇(华亭)、陕西等基地都建有大型露天 煤矿,仅霍林河、伊敏河、胜利、平朔哈尔乌苏2000万t采选项目中16-45m3矿用 挖掘机市场需求量就可达30-50亿元;哈尔乌、武家塔、马家塔采选项目等需大型 拉铲15-20亿元,又比如对半连续开采工艺设备仅蒙东要建7个5000万t级煤炭基地 ,建设一批保证胜利一二三号、百音花、伊敏河、宝日希勒一号和二号等超过千 瓦吨级大型露天煤矿,加上神府、哈尔乌苏和原有五大露天煤矿的改建及二、三 期扩建,移动式、半移动式破碎站需求量在40-60台(套)之间,要求移动式(半 移动式)破碎站的生产能力达到每小时2000-4000吨(碎煤),最高达到每小时 6000吨(碎岩)。在上述煤矿建设中对矿用卡车的需求量,估计,“十一五”期 间需100t级矿用车在250辆左右。当前需要开发研制斗容28m3、45m3的大型机 械式正铲,斗容70m3、90m3、100m3臂长约为100m的大型拉铲,降低电能消耗17% ,减少机械零部件应力载荷约30%,提高零部件使用寿命,使平均无故障时间达到国际先进水平。开发研制斗轮挖掘机,争取与国外合作制造3600m3大型斗轮 挖掘机,达到国际先进水平。开发研制移动式、半移动式大型破碎站,其生 产能力t/h,破碎物料强度≤150Mpa,给料粒度1500×1500× 1500-2500×2500×2500mm,排料粒度≤350mm,立机形式新型双齿辊破碎机(中 心距1500-1800mm,辊长2500-4000mm,功率2×300-2×500KW)。开发研制带宽2m的大型带式输送机,功率3×1400KW,运输量12000t/h,半固定式单机长 8820m,移置式单机长5270m,在-45℃低温下能正常运行。争取与国外合作, 开发研制载重170-360t的大型电动轮自卸车,并达到国际同类产品的先进水平。
(6)煤炭洗选加工设备 煤炭清洁洗选加工技术是资源综合利用的基础, 是提高煤炭热效率的有效途径,也是保障国民经济可持续发展和环境保护的需要 ,煤炭洗选加工业在政策扶持、科技进步、市场拉动、投资增加和环保要求的推 动下,呈现出快速发展、总体推进、扩量提质、增效降污的可喜局面,原煤入洗 比例不断提高。到2004年末,全国共有年入洗3万吨及以上的选煤厂2000余座,设 计能力7.5亿吨以上,原煤入洗量为5亿吨左右。2005年,全国原煤入洗能力将突 破8亿吨,入洗量将达到6亿吨,入洗比例达40%,根据煤炭工业规划,到2010年原 煤入洗率达50%,原煤入洗量提高到11亿吨,炼焦煤全部入洗,动力煤入洗率达到 40%以上。据此计算,每年将新增8000-10000万吨原煤入洗,按400万吨规模洗选 煤厂计算,每年将新增25座大型洗选煤厂,加上现有洗选煤厂的技术改造每年约 需洗选煤设备250套左右,洗选煤设备的发展潜力很大。为适应煤洗选加工的 要求,应开发研制单机处理能力为1000-2000m3/h的新型浮选机,其主要参数能够 实现自动控制。开发研制筛子面积≥28m3的高可靠性大型直线振动筛。开发研制入料粒度25-400mm、处理能力为300-400T/h的高效液压动筛淘汰机。 开发研制筛篮直径≥1.4米,处理能力≥300T/h的大型卧式振动离心脱水机和 400m2高效精煤压滤机、处理能力≥35T/h的沉降式离心脱水机等高效脱水设备。 开发研究并解决300-400万吨/年的大型选煤厂的集中控制和智能化管理技术 与装备,实现选煤的全过程的主要工艺参数,煤炭灰分、水分、发热量、悬浮液 密度、入料浓度、流量、旋流器入口压力、跳汰机床层厚度、松散度、浮选加药 量、耙工浓缩机溢流水的浊度、皮带输送机的煤流量等指标的在线检测、实现跳 淘机、浮选机、重介旋流器、压滤机等主要分选设备单机自动化控制系统和选煤 厂全厂的综合自动化控制系统。
另外,随着煤炭工业大力发展和推广洁净煤 技术,煤的焦化、液化、气化等二次转化设备也必将得到迅速发展,开发研制大 型炼焦设备、大型煤液化容器,大型煤气化炉势在必行。
为此,矿山机械企 业要抓住目前我国产业结构调整和企业深化改革之机,在国家政策的指导下加快 矿山机械企业改组、联合、兼并、破产、重组和股份制改革的步伐,组建以矿山 机械制造企业为主体,有煤炭生产企业入股、科研院所参与的大型矿山工程装备 集团,如中国煤矿工程机械装备集团、太原重型机械集团煤机有限公司等,形成 具有制造和开发能力、工程成套能力、有创新能力的企业实体。把企业建成具有 市场竞争能力和抗风险能力的现代化矿山工程企业集团,努力向煤矿提供成套设 备,减少用户的风险,为我国煤炭工业的发展做出积极贡献。

带式输送机托辊的作用

托辊的作用是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。
判断托辊好坏的标准有以下几条：托辊径向跳动量；托辊灵活度；轴向窜动量。