一种薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置及其应用，属于煤炭开采机械装备的技术领域。

背景技术：

薄煤层是指地下开采时厚度在1.3m以下的煤层。我国资源储量中薄煤层的比重较大，随着国内外采矿设备制造水平的提高，在采用大功率、高可靠性工作面设备的基础上，应根据当地的煤层赋存情况，因地制宜地选择采煤机械，采用合理的采煤方法，实现薄煤层的高产高效开采。

目前，薄煤层开采方式主要有炮采和机采。炮采效率低，安全性差。机采主要借助刨煤机、滚筒式采煤机等进行开采；滚筒式采煤机具有适用性强、机械化程度高、煤炭开采量大的特点，在我国的薄煤层机械化开采中应用广泛。但根据实际使用情况来看，薄煤层滚筒采煤机装煤效果差一直是一个突出的问题，成为其使用的主要障碍。因此，提高薄煤层滚筒采煤机装煤性能对增加煤矿生产效益，提高薄煤层综采机械化程度具有重要的意义。

现有技术中，提高薄煤层滚筒采煤机装煤性能的方法主要有三种：第一种是设计新型滚筒，通过改变滚筒结构增加滚筒装煤效果；第二种是在摇臂下方增加辅助装煤装置，清理摇臂下方的堆积煤层；第三种是在滚筒位置处增加挡煤板。对于第一种方法，中国专利cn105134206a公开了一种薄煤层采煤机滚筒，即滚筒筒毂直径由滚筒底部向端盘方向呈双曲正弦形式增加，螺旋叶片截面与筒毂内柱面夹角呈非直角，螺旋叶片迎煤面呈弧面。该滚筒由于受到采高限制，滚筒叶片的有效装煤区域并不能显著增加，薄煤层采煤机装煤率的提升空间较为有限，同时，这些滚筒的结构设计较为复杂，提高了生产加工难度；对于第二种方法，中国专利cn201924928u公开了不稳定薄煤层采煤机辅助装置，即设在采煤机摇臂上的犁型装煤板，犁型装煤板的内侧一端经销轴铰接在采煤机摇臂上。该装置中犁型装煤板的清理范围小，只能清理摇臂下方的煤层，对于提高滚筒采煤机总体装煤率并不特别显著，同时，由于犁型装煤板安装于摇臂下方，影响薄煤层采煤机的卧底量；对于第三种方法，中国专利cn202152682u公开了一种弧形挡煤板，即包含安装圆环，与安装圆环连接设置的三角形臂架结构，以及与该三角形臂架结构连接设置的弧形板；中国专利cn202707051u公开了一种可调式挡煤装置及采煤机，即可调式挡煤装置用于采煤机截割部，采煤机截割部包括摇臂和截割滚筒，可调式挡煤装置包括挡煤板、支撑架和伸缩架，挡煤板固定安装在支撑架上。上述专利，虽然结构简单，但由于这种结构容易造成循环煤，使得薄煤层采煤机滚筒的块煤率降低，截齿、齿座等磨损严重。

综上所述，有必要设计出一种既能显著提高装煤效率，增加装煤工作范围，又避免对块煤率、截齿、齿座等造成影响的辅助装煤装置，进而实现落煤-装煤过程有效衔接，减少散落到刮板机以外的煤岩，实现高速有效的装煤过程。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置。

本发明还提供一种利用上述辅助装煤装置进行采煤的方法。

本发明的技术方案为：

一种薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，包括设置在机箱内的电机、调高支撑顶板、竖直导向杆、调高液压缸、涡轮和蜗杆；所述调高支撑顶板滑动设置在竖直导向杆上；调高液压缸的缸筒固定设置在机箱的箱底，调高液压缸的调高活塞与调高支撑顶板固定连接；涡轮与蜗杆啮合连接；电机的输出轴通过减速系统与蜗杆连接。

优选的，所述调高支撑顶板上设置有蜗杆箱和涡轮箱，所述蜗杆和涡轮分别设置在蜗杆箱和涡轮箱内。采用该结构既能保证蜗杆与涡轮的安装要求，又能有效减少蜗杆与涡轮安装箱体尺寸，使结构更加紧凑。

进一步优选的，所述蜗杆箱呈直立柱形，涡轮箱呈躺倒柱形，蜗杆箱与涡轮箱在蜗杆与涡轮啮合处重叠、连通。

优选的，所示蜗杆和涡轮竖直设置；所述调高支撑顶板水平设置。

优选的，所述减速系统包括依次啮合的第一斜齿轮、第二斜齿轮和第三斜齿轮；第一斜齿轮与所述电机的输出轴键连接；第三斜齿轮与所述蜗杆键连接。第一斜齿轮与第二斜齿轮啮合，构成一级减速；第二斜齿轮和第三斜齿轮啮合构成二级减速；蜗杆与涡轮构成三级减速。采用该减速结构能够有效增加传动比，满足螺旋滚筒低转速的要求，即螺旋滚筒设计转速为45r/min～75r/min。

优选的，所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置包括两个电机、两个蜗杆、两个减速系统和两个调高液压缸；两个电机、两个蜗杆、两个调高液压缸分别对称设置在涡轮的两侧。该设计采用两侧双电机同时驱动，既保证了装备功率需求，又避免了单电机驱动电机尺寸过大问题，有效降低了薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的机身高度。

优选的，所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置包括四条竖直导向杆，四条竖直导向杆固定设置在导向固定板的四个顶角上，导向固定板固定设置在机箱顶部；调高支撑顶板的四个顶角上分别设置有与竖直导向杆配合的导向孔；四条竖直导向杆滑动设置在四个导向孔内。该设计既提高蜗杆箱和涡轮箱导向精度，又增加了螺旋滚筒装煤过程中薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的侧向支撑承载刚度。

优选的，所述涡轮上设置有阶梯轴，阶梯轴上套接设置有螺旋滚筒，螺旋滚筒上设置有螺旋叶片；所述螺旋滚筒叶片表面设置有球形凸起。阶梯轴的末端装有滚筒，滚筒的旋转实现装煤辅助功能。堆焊于滚筒表面的球形凸起既能够减缓截落煤岩对螺旋滚筒叶片的磨损、提高螺旋滚筒使用寿命，又能改善螺旋滚筒装煤过程中煤体的内应力分布，提升装煤效果。

进一步优选的，所述球形凸起为球形碳化钨类硬质合金凸起。

进一步优选的，所示涡轮与所述阶梯轴键连接。

进一步优选的，所述螺旋叶片的轴向截面为梯形，螺旋叶片的倾角为15°～20°。

进一步优选的，所述螺旋滚筒的端部中心位置开有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括中心孔、内螺纹孔和沉头孔；阶梯轴与阶梯通孔配合连接。螺旋滚筒端部中心孔穿有阶梯轴并于末端通过沉头螺栓与阶梯轴末端的螺纹孔配合；沉头螺栓同时与螺旋滚筒的内螺纹孔配合连接；采用该结构使滚筒安装既简洁、方便，又能满足滚筒固定要求，连接螺旋滚筒与阶梯轴的沉头螺栓设置于沉头孔内能够有效防止煤岩对其造成的磨损和破坏。

进一步优选的，阶梯轴通过轴承与机箱的前侧面配合连接；所述机箱内设置有轴承盖辅助板，轴承盖辅助板与机箱的前侧面围成轴承导轨腔，所述轴承滑动设置在所述轴承导轨腔内。

再进一步优选的，所述机箱的前侧面和轴承盖辅助板上均设置有供阶梯轴通过的矩形开口；所述矩形开口的宽度与阶梯轴的外径相适应；所述矩形开口的长度为机箱高度的1/3；所述矩形开口的两侧设置有波纹密封条，波纹密封条与阶梯轴过盈配合连接。波纹密封条能够保证阶梯轴上下运动时将外界煤尘与机箱部件隔绝，避免煤尘等对机箱零部件的影响。

再进一步优选的，所述阶梯轴一端穿过所述轴承后与所述涡轮连接；所述阶梯轴的另一端依次穿过所述中心孔、内螺纹孔后与沉头孔中的沉头螺栓固定连接。

进一步优选的，所述阶梯轴的轴向长度为螺旋滚筒轴向长度的2～3倍。该长度既能有效满足滚筒安装尺寸要求，又能保证阶梯轴安装、承载尺寸要求。

优选的，所述调高支撑顶板上设置有蜗杆轴孔，所述蜗杆转动设置在蜗杆轴孔内。

通过外置液压控制系统，根据装煤实际高度的需要实现螺旋滚筒的调高功能。液压油进入调高液压缸，在油压的作用下，调高活塞从缸筒中伸出，调高支撑顶板沿着竖直方向移动时，带动调高活塞上固定的调高支撑顶板上下移动，涡轮箱和蜗杆箱随调高支撑顶板上下移动而带动阶梯轴和滚筒整体上下移动，实现调高的功能。涡轮杆与涡轮轴垂直设置，二者构成第三级减速装置，同时完成运动方向的交错。

一种利用上述辅助装煤装置进行采煤的方法，包括步骤如下：

1)将辅助装煤装置安装固定于薄煤层采煤机中间箱与行走部之间；将辅助装煤装置的调高液压缸与薄煤层采煤机的调高油缸连接，实现联动；将辅助装煤装置的调高液压缸与薄煤层采煤机的调高油缸联动，确保薄煤层采煤机滚筒与辅助装煤的螺旋滚筒工作高度相同，既避免辅助装煤的螺旋滚筒直接接触未截落煤岩，又能保障对截落煤岩的有效作用范围。

2)开始采煤操作；薄煤层采煤机截割部的滚筒截落煤岩；辅助装煤装置将未被薄煤层采煤机输送的煤岩通过辅助装煤装置的螺旋滚筒再次输送，辅助装煤装置通过螺旋滚筒自身转动将散落的煤岩输送到薄煤层采煤机下方的刮板输送机中；由于薄煤层采煤机截割部螺旋滚筒的叶片深度较小，其装煤率较低，将有大量截落煤岩无法被其有效输送到刮板输送机上，形成机道浮煤；机道浮煤不仅会阻碍采煤机的前进，还会给推溜移架带来困难，因此需要对其进行清理；本发明所设计的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置正是基于此而设计；

3)在薄煤层采煤机采煤行进过程中，当薄煤层采煤机的滚筒升起或者降落时，辅助装煤装置的螺旋滚筒随之升起或者降落。

考虑到采煤机在行走过程中采煤机滚筒高度实时变化的情况，为避免辅助装煤装置的螺旋滚筒直接接触未截落煤岩，将辅助装煤装置的调高液压缸与采煤机的调高油缸连接实现联动，在采煤机滚筒升起和降落过程中，辅助装煤装置的滚筒随之升起和降落；

优选的，所述步骤2)中开始采煤操作之前还包括调整薄煤层采煤机的滚筒高度的步骤；通过调整薄煤层采煤机的调高油缸调整薄煤层采煤机的滚筒到达指定开采高度；同时与薄煤层采煤机的调高油缸连接的辅助装煤装置的调高液压缸调整辅助装煤装置的螺旋滚筒到达相同高度。

本发明的有益效果为：

1.本发明所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，采用机—液联合调高机构，减速传动系统采用斜齿轮、涡轮、蜗杆结构，大大提升了减速比，满足了螺旋滚筒的低转速要求；蜗杆位置固定，涡轮上下移动，即保证了涡轮所驱动的螺旋滚筒转动不受影响，又实现了装煤高度可调，扩大了有效装煤区域；

2.本发明所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的螺旋滚筒的调节高度与薄煤层采煤机前截割部滚筒高度一致，同时调节范围可使其覆盖整个煤层高度，保证了装煤的卧底量等要求；同时，该螺旋滚筒为薄煤层采煤机截割部螺旋滚筒未有效输送机道浮煤的清理装置，该滚筒采用无挡板结构，装煤空间开放，转速较低，不易形成循环煤。

附图说明

图1为本发明所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的装配图；

图2为本发明所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的剖视图；

图3为图2中a-a方向的剖面图；

图4为本发明所述涡轮与蜗杆的装配图；

图5为本发明所述涡轮箱与蜗杆箱装配图；

图6为图5中b-b方向的剖面图；

图7为本发明所述导向固定板的结构示意图；

图8为机箱前侧面的结构示意图；

其中，1、机箱；2、电机；3、蜗杆箱；5、第一斜齿轮；6、导向孔；7、涡轮；8、阶梯轴；9、第二斜齿轮；10、沉头螺栓；11、第三斜齿轮；12、螺旋叶片；13、球形凸起；14、蜗杆轴孔；15、蜗杆；16、沉头孔；17、调高液压缸；18、波纹密封条；19、涡轮箱；20、导向固定板；21、调高支撑顶板；22、竖直导向杆；23、轴承盖辅助板；24、轴承导轨腔。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

如图1-8所示。

一种薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，包括设置在机箱1内的电机2、调高支撑顶板21、竖直导向杆22、调高液压缸17、涡轮7和蜗杆15；所述调高支撑顶板21滑动设置在竖直导向杆22上；调高液压缸17的缸筒固定设置在机箱1的箱底，调高液压缸17的调高活塞与调高支撑顶板21固定连接；涡轮7与蜗杆15啮合连接；电机2的输出轴通过减速系统与蜗杆15连接。

实施例2

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述调高支撑顶板21上设置有蜗杆箱3和涡轮箱19，所述蜗杆15和涡轮7分别设置在蜗杆箱3和涡轮箱19内。采用该结构既能保证蜗杆15与涡轮7的安装要求，又能有效减少蜗杆与涡轮安装箱体尺寸，使结构更加紧凑。

实施例3

如实施例2所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述蜗杆箱3呈直立柱形，涡轮箱19呈躺倒柱形，蜗杆箱3与涡轮箱19在蜗杆15与涡轮7啮合处重叠、连通。

实施例4

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所示蜗杆15和涡轮7竖直设置；所述调高支撑顶板21水平设置。

实施例5

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述减速系统包括依次啮合的第一斜齿轮5、第二斜齿轮9和第三斜齿轮11；第一斜齿轮5与所述电机2的输出轴键连接；第三斜齿轮11与所述蜗杆15键连接。第一斜齿轮5与第二斜齿轮9啮合，构成一级减速；第二斜齿轮9和第三斜齿轮11啮合构成二级减速；蜗杆15与涡轮7构成三级减速。采用该减速结构能够有效增加传动比，满足螺旋滚筒低转速的要求，螺旋滚筒设计转速为75r/min。

实施例6

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置包括两个电机2、两个蜗杆15、两个减速系统和两个调高液压缸17；两个电机2、两个蜗杆15、两个调高液压缸17分别对称设置在涡轮7的两侧。该设计采用两侧双电机2同时驱动，既保证了装备功率需求，又避免了单电机驱动电机尺寸过大问题，有效降低了薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置的机身高度。

实施例7

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置包括四条竖直导向杆22，四条竖直导向杆22固定设置在导向固定板20的四个顶角上，导向固定板20固定设置在机箱1顶部；调高支撑顶板21的四个顶角上分别设置有与竖直导向杆22配合的导向孔6；四条竖直导向杆22滑动设置在四个导向孔6内。该设计既提高蜗杆箱3和涡轮箱19导向精度，又增加了螺旋滚筒装煤过程中辅助装煤装置的侧向支撑承载刚度。

实施例8

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述涡轮7上设置有阶梯轴8，阶梯轴8上套接设置有螺旋滚筒，螺旋滚筒上设置有螺旋叶片12；所述螺旋滚筒叶片12表面设置有球形凸起13。阶梯轴8的末端装有滚筒，滚筒的旋转实现装煤辅助功能。堆焊于滚筒表面的球形凸起13既能够减缓截落煤岩对螺旋滚筒叶片的磨损、提高螺旋滚筒使用寿命，又能改善螺旋滚筒装煤过程中煤体的内应力分布，提升装煤效果。

实施例9

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述球形凸起13为球形碳化钨类硬质合金凸起。

实施例10

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所示涡轮7与所述阶梯轴8键连接。

实施例11

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述螺旋叶片12的轴向截面为梯形，螺旋叶片12的倾角为18°。

实施例12

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述螺旋滚筒的端部中心位置开有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括中心孔、内螺纹孔和沉头孔16；阶梯轴8与阶梯通孔配合连接。螺旋滚筒端部中心孔穿有阶梯轴8并于末端通过沉头螺栓10与阶梯轴8末端的螺纹孔配合；沉头螺栓10同时与螺旋滚筒的内螺纹孔配合连接；采用该结构使滚筒安装既简洁、方便，又能满足滚筒固定要求，连接螺旋滚筒与阶梯轴的沉头螺栓10设置于沉头孔16内能够有效防止煤岩对其造成的磨损和破坏。

实施例13

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，阶梯轴8通过轴承与机箱1的前侧面配合连接；所述机箱1内设置有轴承盖辅助板23，轴承盖辅助板23与机箱1的前侧面围成轴承导轨腔24，所述轴承滑动设置在所述轴承导轨腔24内。

实施例14

如实施例13所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述机箱1的前侧面和轴承盖辅助板23上均设置有供阶梯轴8通过的矩形开口；所述矩形开口的宽度与阶梯轴8的外径相适应；所述矩形开口的长度为机箱高度的1/3；所述矩形开口的两侧设置有波纹密封条18，波纹密封条18与阶梯轴8过盈配合连接。波纹密封条18能够保证阶梯轴8上下运动时将外界煤尘与机箱部件隔绝，避免煤尘等对机箱零部件的影响。

实施例15

如实施例13所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述阶梯轴8一端穿过所述轴承后与所述涡轮7连接；所述阶梯轴8的另一端依次穿过所述中心孔、内螺纹孔后与沉头孔16中的沉头螺栓10固定连接。

实施例16

如实施例8所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述阶梯轴8的轴向长度为螺旋滚筒轴向长度的3倍。该长度既能有效满足滚筒安装尺寸要求，又能保证阶梯轴8安装、承载尺寸要求。

实施例17

如实施例1所述的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置，所不同的是，所述调高支撑顶板21上设置有蜗杆轴孔14，所述蜗杆15转动设置在蜗杆轴孔14内。

通过外置液压控制系统，根据装煤实际高度的需要实现螺旋滚筒的调高功能。液压油进入调高液压缸，在油压的作用下，调高活塞从缸筒中伸出，调高支撑顶板沿着竖直方向移动时，带动调高活塞上固定的调高支撑顶板上下移动，涡轮箱和蜗杆箱随调高支撑顶板上下移动而带动阶梯轴和滚筒整体上下移动，实现调高的功能。涡轮杆与涡轮轴垂直设置，二者构成第三级减速装置，同时完成运动方向的交错。

实施例18

一种利用如实施例1-17所述辅助装煤装置进行采煤的方法，包括步骤如下：

1)将辅助装煤装置安装固定于薄煤层采煤机中间箱与行走部之间；将辅助装煤装置的调高液压缸17与薄煤层采煤机的调高油缸连接，实现联动；将辅助装煤装置的调高液压缸17与薄煤层采煤机的调高油缸联动，确保薄煤层采煤机滚筒与辅助装煤的螺旋滚筒工作高度相同，既避免辅助装煤的螺旋滚筒直接接触未截落煤岩，又能保障对截落煤岩的有效作用范围。

2)开始采煤操作；薄煤层采煤机截割部的滚筒截落煤岩；辅助装煤装置将未被薄煤层采煤机输送的煤岩通过辅助装煤装置的螺旋滚筒再次输送，辅助装煤装置通过螺旋滚筒自身转动将散落的煤岩输送到薄煤层采煤机下方的刮板输送机中；由于薄煤层采煤机截割部螺旋滚筒的叶片深度较小，其装煤率较低，将有大量截落煤岩无法被其有效输送到刮板输送机上，形成机道浮煤；机道浮煤不仅会阻碍采煤机的前进，还会给推溜移架带来困难，因此需要对其进行清理；本发明所设计的薄煤层采煤机螺旋滚筒式辅助装煤装置正是基于此而设计；

3)在薄煤层采煤机采煤行进过程中，当薄煤层采煤机的滚筒升起或者降落时，辅助装煤装置的螺旋滚筒随之升起或者降落。

考虑到采煤机在行走过程中采煤机滚筒高度实时变化的情况，为避免辅助装煤装置的螺旋滚筒直接接触未截落煤岩，将辅助装煤装置的调高液压缸与采煤机的调高油缸连接实现联动，在采煤机滚筒升起和降落过程中，辅助装煤装置的滚筒随之升起和降落；

实施例19

如实施例18所述的采煤方法，所不同的是，所述步骤2)中开始采煤操作之前还包括调整薄煤层采煤机的滚筒高度的步骤；通过调整薄煤层采煤机的调高油缸调整薄煤层采煤机的滚筒到达指定开采高度；同时与薄煤层采煤机的调高油缸连接的辅助装煤装置的调高液压缸17调整辅助装煤装置的螺旋滚筒到达相同高度。