低粉尘节能型多功能采煤机滚筒的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿机械领域，具体为一种可安装三种不同切割方式截齿的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒。
【背景技术】
[0002]采煤机滚筒的主要功能是截煤与装煤，一般能耗的90%以上消耗在截割上，粉尘的生成也主要产生于截割过程中，其切割对象的性质极为不同。依据矿层性质的不同本应采用不同的切割形式:对于坚硬的脆性煤，应采用楔入式的楔形齿切割。对于坚硬的韧性煤，可采用剪切式的截齿切割。对极为复杂的煤层，采用现今广泛使用的无锋锐切削刃的锥形截齿较为合理，而现今最广泛采用的是采煤机锥形截齿滚筒。
[0003]早在二十世纪60年代初我国生产的第一代单滚筒采煤机(MLQ64型仿波机组)试验过程中，于1967年首次设计了锥形截齿(当时称镐形截齿)，上世纪60年代后期至70年代曾在全国范围推广过。由于70年代末，大规模引进德、英、法等国的采煤机，其采煤机滚筒均采用扁(刀型)截齿而冲击了锥形截齿。80年代中期，从美国引进锥形截齿滚筒后，锥形截齿滚筒又冲击了扁截齿滚筒，锥形截齿滚筒能得到广泛应用的原因如下:
[0004]第一是截齿消耗较低。第二是截齿在滚筒上呈45°角安装,伴随着采煤机功率的加大，单齿截深的增加，参与挤压煤岩的断面积增加缓慢。当截齿的切深达到一定深度时，煤岩爆破，截齿的负荷不再增加。而径向安装在滚筒上的扁截齿则完全不同，伴随着截齿切深的加大，楔入煤岩实体的断面积会继续加大。故在采煤机牵引速度快，滚筒转速低的条件下，采用锥形截齿滚筒较采用扁截齿滚筒能耗低。第三是锥形截齿齿体部分呈圆锥形，在采煤机斜切进刀过程中，承受的侧向力较扁截齿小。锥形截齿消耗低的原因是:采用的硬质合金头无锋利的切削刃，在截割煤岩过程中，不易被煤岩中坚硬夹杂物所击破。另外，工作中可以自由回转，齿身及齿柄不承受扭矩。
[0005]正是上面所述的技术特征，决定现今的锥形截齿滚筒有大面积取代扁截齿滚筒的趋势。锥形截齿尽管从设计的角度讲有较多可取之处，但是其破煤机理是挤压张力破煤。其截割过程中是先在圆锥形表面的底部形成“密实核”，伴随着挤压应力的加大，“密实核”向四周扩展而产生张力，当张力大于煤岩的强度时，煤岩被爆破而剥落。于是，被压成粉末的煤岩便四处飞扬。为此，锥形截齿粉尘大的问题无法解决。此外，煤岩的抗压强度极高，采用挤压张力破煤的机理决定了采用锥形截齿滚筒破煤能耗高的问题也无法解决。“密实核”在截齿的锥形表面的连续形成，即使每一把截齿的底部均形成一个破碎带，从而增加了粉煤的比率，减小了块煤的比率。所以，采用锥形截齿滚筒破煤方式具有粉尘大、能耗高、块煤率较低的问题无法解决。要解决上述问题，必须从破煤机理上入手。
[0006]锥形截齿滚筒挤压涨力破煤的技术特征及为满足高生产率的要求，导致了采煤机装机功率越来越大。从早期的装机功率150千瓦双滚筒采煤机，到500千瓦、750千瓦、920千瓦、1800千瓦，到现今国内的装机功率3000千瓦双滚筒采煤机。大量的煤炭能源取之于煤矿，同时大量能源又消耗在井下，在生产过程的同时，造成煤炭过于破碎并产生了大量的粉尘，直接威胁煤矿安全和工人健康。
[0007]可否改变采煤机滚筒破煤的机理，大幅度降低采煤机滚筒破煤过程中的能耗及粉尘、减少粉煤的比率？是采煤机滚筒研究工作者久攻未破的难题。降低粉尘，提高块煤比率又是现今许多矿区普遍的要求。凯南麦特公司为满足矿区提高块煤比率的要求，则将最新截齿的锥形体部分及其头部直径尺寸减小，并取得了一定成效。减小锥形齿体及其头部直径尺寸的实质，是将滚筒破煤过程中每把截齿的破碎带变窄。破碎带窄了，块煤区域加大了，见到效果是可以理解的。提高块煤率的另一个有效办法是减少滚筒上的截齿数量，减少了截齿数，即减少了破碎带。但是，要确保工作面有较光滑的顶底板及确保采煤机工作的平稳性，滚筒上必须装有足够数量的截齿。要从根本上解决滚筒采煤机采煤过程中的粉尘、能耗及块煤比率问题，必须从破煤机理上着手。
[0008]早在20世纪60年代初原苏联(现俄罗斯)斯阔琴斯基矿业研究院院士，别隆与波津共同编写的《煤炭切削原理》中指出煤的抗压、抗剪切、抗拉强度的比值为1:0.3:0.1，但是该理论至今无人予以重视，现在广泛使用的采煤机锥形截齿滚筒其破煤机理为挤压涨力破煤，其破煤过程是在截齿锥形面的底部，先形成“密实核”在继续挤压下“密实核”逐步加大而产生涨力，当涨力大于煤的抗拉强度时煤被爆破，在此爆破过程中大量的粉尘会四处飞扬，挤压涨力破煤的机理决定了现有的锥形截齿，粉尘大、能耗高、粉煤多的问题无法解决。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，该滚筒上的齿座能安装三种不同切割方式的截齿，根据截割对象的不同而采用相应的截齿形式，解决现有技术中存在的粉尘大、能耗高、粉煤多等问题。
[0010]本发明的技术方案是:
[0011]一种低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，该采煤机滚筒的齿座上安装有回转式锥形截齿、锥形体楔形截齿、锥形体剪切式截齿，齿座焊接于采煤机滚筒的叶片或端盘上；其中，
[0012]锥形体楔形截齿设有半梭镖形齿头、锥台形齿身、圆柱形齿柄、直槽，锥台形齿身、圆柱形齿柄为一体结构，锥台形齿身的一端安装半梭镖形齿头，圆柱形齿柄上对称设有直槽；
[0013]锥形体剪切式截齿设有锥台形齿身、圆柱形齿柄、片状齿头、直槽，锥台形齿身、圆柱形齿柄为一体结构，锥台形齿身的一端安装片状齿头，圆柱形齿柄上对称设有直槽。
[0014]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，齿座与锥形体楔形截齿和锥形体剪切式截齿的装配结构包括截齿、齿座、U形卡，截齿的齿柄部分直接插装于齿座，与齿座滑动配合，直槽两侧的齿座上平行开孔，U形卡分别插装于所述平行开孔中，与直槽卡接配合。
[0015]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥形体楔形截齿和锥形体剪切式截齿的齿柄部分插入到齿座对应的安装孔中，两者的配合采用间隙配合，U形卡插入齿座径向的孔中，利用U形卡的弹性使其锁定截齿，U形卡的断面是园或方形，齿柄部分被固定部位两侧对称铣出直槽，使截齿轴向固定但不转动。
[0016]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，回转式锥形截齿设有圆锥形齿头、锥台形齿身、圆柱形齿柄、齿柄环形槽，锥台形齿身、圆柱形齿柄为一体结构，锥台形齿身的一端安装圆锥形齿头，圆柱形齿柄上设有齿柄环形槽；齿座与回转式锥形截齿的装配结构包括回转式锥形截齿、齿座、U形卡，回转式锥形截齿的齿柄部分直接插装于齿座，与齿座滑动配合，具有弹性的U形卡设置于齿柄环形槽中，U形卡与齿座内壁平行两孔对应配合，使回转式锥形截齿与齿座可相对回转，但截齿轴向位置限定。
[0017]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥形体楔形截齿由硬质合金构成的半梭镖形齿头，以及锥台形齿身和圆柱形齿柄两部分一体的齿体构成，硬质合金半梭镖形齿头与锥台形齿身通过钎焊成一体。
[0018]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥形体楔形截齿与被截割煤层接触的前部，锥形体楔形截齿的轴向正中带有一个切削刃的半梭镖形齿头；通过该切削刃端部的“半梭镖形齿头”与滚筒轴线相交的径向线之间形成前角，背面是一个局部圆锥面的部分，与半梭镖形齿头运动轨迹的切向线形成后角，梭镖形切削刃与两侧面形成的二面角即刃倾角可在大于30°至50°的范围内。
[0019]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥台形齿身的前端是齿头各面形状的延伸，连接锥台形齿身后端形成。
[0020]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥形体剪切式截齿由硬质合金构成的片状齿头以及锥台形齿身和圆柱形齿柄两部分一体的齿体构成，硬质合金片状齿头与锥台形齿身通过钎焊成一体。
[0021]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，硬质合金片状齿头具有平的前刀面和平的后刀面，前、后刀面之间的夹角，称为齿尖角，在60°至90°的范围内。
[0022]所述的低粉尘节能型多功能采煤机滚筒，锥形体剪切式截齿的硬质合金片状齿头有垂直于截割方向的主刀刃，侧面与锥台形齿身的圆锥表面相同，锥台形齿身靠近硬质合金片状齿头的部分随合金头前、后刀面自然过渡，在前、后刀面上形成的刀尖有圆角，连接圆角的两边形成直角