含辅助臂的薄煤层悬电机采煤机及宽采高范围薄煤层开采方法与流程

本发明涉及一种薄煤层采煤机和采用该采煤机实施的薄煤层开采方法，所述采煤机的截割部包含主摇臂和辅助截割臂(简称辅助臂)，其中的主摇臂相当于从传统的悬电机结构摇臂改造而来，辅助臂固定在主摇臂上或者可相对主摇臂摆动，所述开采方法通过利用辅助臂为行走方向的后主摇臂割出悬电机的通行空间来扩展采高范围。

背景技术：

1、随着薄或较薄煤层条件复杂化，例如夹矸、断层、顶底板局部破碎等，采煤机功率越来越大，以提高设备的可靠性。然而截割电机等体积增加导致了截割电机与输送机之间的过煤空间被大幅压缩，大块煤岩无法通行，影响开采效率。为了缓解该问题，目前主流大功率薄煤层采煤机的截割电机采用向煤壁侧悬置的布置型式(为了方便后文引述，此处将该种布置型式称为悬电机结构，将该种布置型式的截割电机称为悬电机，将相应摇臂称为悬电机摇臂，将相应采煤机称为悬电机采煤机)，然而该悬电机结构对于开采工艺影响较大。

2、采用悬电机结构的大功率薄煤层采煤机进行开采时，一般采用前滚筒割底刀、后滚筒割顶刀的方式，前滚筒割出前摇臂悬电机与后摇臂悬电机的通行空间。后滚筒由于抬起的悬电机与上部煤台间隙小，或者说当后滚筒开采高度过高时，截割电机会与上方煤台干涉，所以后滚筒最大采高一般较小，使得总开采范围很窄，进而导致悬电机该结构对采高适应性很差。后滚筒位于上部，基本不装载，前滚筒当滚筒直径较小时装载效果一般，因此悬电机采煤机的总装载效果也很差。基于上述几大影响，对于采高变化大的工作面，需要返回二次开采与装载作业，严重影响开采效率，或者对于局部变厚的煤层采取丢弃部分煤炭的方式，造成大量资源浪费，并且如果丢弃的是顶部煤，可能因这部分煤出现局部坍塌而产生顶板管理等问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种含辅助臂的薄煤层悬电机采煤机及宽采高范围薄煤层开采方法，采煤机截割部设有主摇臂和辅助臂，利用辅助臂割出后主摇臂的悬电机的通行空间，解除后主摇臂的悬电机对采高的限制，提高悬电机大功率薄煤层采煤机对宽采高变化范围的适应性。

2、本发明的主要技术方案有：

3、一种含辅助臂的薄煤层悬电机采煤机，包括机身和左右两套截割部，所述截割部包括主摇臂和辅助臂，主摇臂和辅助臂都有各自独立的动力系统；主摇臂为悬电机摇臂，主摇臂一端铰接在机身上，另一端安装有主摇臂滚筒，主摇臂通过连接在主摇臂与机身之间的调高油缸的伸缩改变摆动角度；辅助臂的后部定轴转动连接或可拆卸固定连接在主摇臂的主摇臂壳体上，辅助臂的前端安装有辅助臂滚筒，辅助臂滚筒和主摇臂滚筒的轴线均前后延伸且二者的截割宽度相等，辅助臂滚筒与主摇臂滚筒一左一右并排设置。

4、所述辅助臂还包括辅助臂壳体、辅助臂电机、辅助臂离合、辅助臂行星减速机构和辅助臂定轴齿轮传动机构，主摇臂壳体上设有前后延伸的辅助臂安装孔，辅助臂通过安装结构(1)定轴转动连接或通过安装结构(2)可拆卸固定连接在主摇臂壳体上，安装结构(1)为：辅助臂壳体包括辅助臂臂架和自辅助臂臂架分别向前、后方延伸的圆筒形前悬伸部和圆筒形后悬伸部，辅助臂臂架呈前后扁薄、左右延伸的条形盒状，前悬伸部和后悬伸部分别靠近辅助臂臂架的左右端部；辅助臂定轴齿轮传动机构安装在辅助臂臂架和前悬伸部的内腔，辅助臂定轴齿轮传动机构的输出端外露于前悬伸部的前方并与辅助臂滚筒同轴连接；所述辅助臂行星减速机构和辅助臂电机一前一后安装在所述后悬伸部的内孔中，后悬伸部由前向后插入辅助臂安装孔中并与主摇臂壳体形成转动配合，左右方向上所述前悬伸部比后悬伸部远离主摇臂滚筒；一摆动驱动油缸的一端铰接在主摇臂壳体上，另一端铰接在辅助臂臂架的顶面或底面上，两处铰接的铰接轴线前后延伸，在摆动驱动油缸伸缩带动下辅助臂能够绕后悬伸部的轴线相对主摇臂摆动；安装结构(2)为：辅助臂壳体包括前后扁薄、左右延伸呈条形盒状的辅助臂臂架和自辅助臂臂架的左右方向的一个端部向前延伸的筒形的前悬伸部，辅助臂定轴齿轮传动机构安装在辅助臂壳体内，辅助臂定轴齿轮传动机构的输入端和输出端分别通过辅助臂臂架的左右方向的另一个端部上的后轴承座孔和前悬伸部上的前轴承座孔外伸到辅助臂臂架的后方和前悬伸部的前方，辅助臂定轴齿轮传动机构的输出端与辅助臂滚筒同轴连接；辅助臂行星减速机构和辅助臂电机一前一后安装在所述辅助臂安装孔中，辅助臂壳体与主摇臂壳体可拆卸固定连接，后轴承座孔与辅助臂安装孔同轴且相通，左右方向上所述前悬伸部比辅助臂电机远离主摇臂滚筒；无论安装结构(1)还是安装结构(2)，辅助臂电机的输出轴经辅助臂离合与辅助臂行星减速机构的输入端建立同轴连接和断开连接，辅助臂行星减速机构的输出端同轴连接辅助臂定轴齿轮传动机构的输入端；辅助臂滚筒罩在前悬伸部的径向外侧且与前悬伸部不接触。

5、所述主摇臂壳体上还设有主摇臂电机安装孔和主摇臂传动机构安装腔，所述辅助臂安装孔、主摇臂电机安装孔和主摇臂传动机构安装腔在左右方向上自机身连接端向滚筒安装端依次排列，辅助臂安装孔和主摇臂电机安装孔均前后延伸，主摇臂传动机构安装腔局部延伸到主摇臂电机安装孔的后方，主摇臂电机安装孔的前部孔壁是向前悬伸超出辅助臂安装孔和主摇臂传动机构安装腔的悬伸段孔壁。

6、所述辅助臂定轴齿轮传动机构包括依次外啮合的输入端齿轮、惰轮和输出端齿轮，所述输出端齿轮包括同轴设置的齿轮体和齿轮轴，轴向上齿轮体偏向齿轮轴的后端，齿轮体与惰轮外啮合，所述输出端齿轮通过齿轮轴上设置的前轴颈、中间轴颈和后轴颈旋转支撑在辅助臂壳体上，前轴颈和中间轴颈位于齿轮体前方，后轴颈位于齿轮体后方，前轴颈的前方设有花键轴段，所述花键轴段伸出到前悬伸部的前方。

7、所述辅助臂还包括连接盘和压盖，连接盘套在位于前悬伸部前方的齿轮轴上并与所述花键轴段花键配合，辅助臂滚筒同轴套设并固定在连接盘的外侧，辅助臂滚筒通过其筒体内壁上的连接座上的方形凹止口与连接盘上的方形凸止口配合定位，所述压盖覆盖在所述连接座和连接盘的前端面上且其中部固定在所述齿轮轴的前端上。

8、所述辅助臂还包括回转支撑座、花键套和导向套，回转支撑座位于辅助臂行星减速机构和辅助臂电机之间，辅助臂行星减速机构的内齿圈通过防转销固定在辅助臂臂架上，回转支撑座相对辅助臂行星减速机构的内齿圈同轴固定，花键套旋转支撑在回转支撑座的内孔中，花键套的内孔由前向后依次为前花键孔、定位光孔和后花键孔，辅助臂行星减速机构的输入端太阳轮的后部的外花键与前花键孔配合，辅助臂行星减速机构的输入端太阳轮的后端面设有轴向延伸的外大内小的中心锥孔，导向套的前部为前小后大的中心锥体，后部为圆柱体，导向套固定安装在花键套的内孔中，导向套的后部与定位光孔轴孔配合，导向套的前部与中心锥孔配合，导向套的后端面设有轴向延伸的中心导向孔，辅助臂离合的扭矩轴的前部由前向后依次为光轴段和花键轴段，扭矩轴的光轴段和花键轴段分别与中心导向孔和后花键孔配合时扭矩轴与辅助臂行星减速机构的输入端太阳轮同轴连接，扭矩轴的花键轴段位于后花键孔的后方时扭矩轴与辅助臂行星减速机构的输入端太阳轮断开连接。

9、所述主摇臂还设有主摇臂电机、主摇臂离合和主摇臂传动机构，主摇臂传动机构包括主摇臂定轴齿轮传动机构和主摇臂行星减速机构，所述主摇臂电机和主摇臂定轴齿轮传动机构分别安装在主摇臂电机安装孔和主摇臂传动机构安装腔内，主摇臂行星减速机构安装在主摇臂传动机构安装腔的前腔壁的外侧，主摇臂电机的输出轴朝向后方布置并通过主摇臂离合与主摇臂定轴齿轮传动机构的输入端建立同轴连接和断开连接，主摇臂定轴齿轮传动机构的输出端同轴连接主摇臂行星减速机构的输入端，所述主摇臂滚筒通过方形连接套与主摇臂行星减速机构的输出端同轴固定连接。

10、主摇臂定轴齿轮传动机构包括第一定轴齿轮减速机构和第二定轴齿轮减速机构，第一、二定轴齿轮减速机构均呈左右展开铺设，第二定轴齿轮减速机构位于第一定轴齿轮减速机构的侧前方，第一定轴齿轮减速机构的输出端齿轮与第二定轴齿轮减速机构的输入端齿轮都设有花键孔，二者与同一花键轴的两端同轴花键连接，第二定轴齿轮减速机构的输出端齿轮与主摇臂行星减速机构的输入端同轴花键连接。

11、一种宽采高范围薄煤层开采方法，采用前述任意一种所述采煤机进行开采，采煤机沿工作面左右往返行走并开采，从左向右或从右向左单向行走一次开采为一刀，行走方向的前方和后方的主摇臂分别称为前主摇臂和后主摇臂，行走方向的前方和后方的辅助臂分别称为前辅助臂和后辅助臂；每一刀开采时，前、后主摇臂滚筒分别割顶刀和割底刀，前主摇臂滚筒割出的空间包含前主摇臂的悬电机的通行空间，前、后辅助臂滚筒在煤壁高度方向的中部实施辅助截割，二者所割出的总空间包含后主摇臂的悬电机的通行空间；每一刀开采完成后、下一刀开采前，采煤机随输送机、支架向靠近煤壁的方向推移一个步距，并按照下一刀的行走方向所对应的采高要求重新调整左右主摇臂的摆动角度。

12、每一刀开采时后辅助臂滚筒的最低点不高于前辅助臂滚筒的最高点。

13、前、后辅助臂滚筒的位置优选布置成左右对称。

14、对于辅助臂定轴转动连接在主摇臂壳体上的采煤机，在调整主摇臂摆动角度的同时，再结合改变辅助臂壳体相对主摇臂壳体的角向位置来调整两主摇臂滚筒和两辅助臂滚筒在高度方向上的相对位置关系。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明的采煤机的单侧截割部有两套相互独立的动力系统，相当于将原来的单一截割系统拆分成主辅两个，可以充分利用更多的空间来设置主摇臂和辅助臂，使单侧截割部的总截割功率可以增加，截割能力得到提升，而原有摇臂(对应本发明中的主摇臂)的截割系统功率甚至可以适当降低，使得采煤机关键部件体积增大以及由此带来的设备适应性不足、有效截割功率损失大等问题都能得到改善。

17、可以利用辅助臂进行辅助截割，即辅助臂和主摇臂共同完成整个工作面的煤层开采，可以提高单侧整个复合式摇臂(即主摇臂和辅助臂的组合体)对宽采高范围的适应性。

18、可以利用辅助臂先行割出主摇臂的悬电机需要的通行空间，避免截割电机与煤台干涉，也可以提高单侧整个复合式摇臂对宽采高范围的适应性。

19、对于辅助臂可拆卸固定连接在主摇臂壳体上的采煤机，可以根据采高的不同，将辅助臂壳体安装成相对主摇臂壳体呈不同的角度来满足开采需要。

20、对于辅助臂定轴转动连接在主摇臂壳体上的采煤机，辅助臂通过摆动驱动油缸与主摇臂壳体连接，随着摆动驱动油缸的伸缩，实现辅助臂相对主摇臂壳体的摆动。该摆动结构可调整辅助臂滚筒相对煤层的上下位置，为辅助截割提供理想的辅助臂开采高度位置，实现不同结构摇臂对煤层的开采。

21、摆动驱动油缸配合辅助臂臂架使所述摆动辅助臂具有了大范围的摆动角度，因此可提高开采适应性。

22、主摇臂壳体上安装有摆动驱动装置主摇臂端安装座，提供摆动驱动油缸的内侧支撑；同时该摆动驱动装置主摇臂端安装座还起到对辅助臂的轴向限位作用，保证辅助臂臂架轴向限位与摆动可靠。

23、辅助臂电机将动力传递给辅助臂行星减速机构，辅助臂行星减速机构再将动力传递给辅助臂定轴齿轮传动机构，最后输出给辅助臂滚筒，该方式结构简单固定，可实现辅助臂对煤台的辅助截割。

24、辅助臂具有小尺寸的筒型输出端即前悬伸部，方便配套不同直径的小直径辅助臂滚筒，不仅可以增加截割高度的覆盖范围，提高辅助臂对采高的适应性，改善装载效果；还由于减少了煤的截割，可以提高开采效率。

25、辅助臂臂架设计成前后扁薄的结构，当安装到采煤机上时，方便设置在主摇臂滚筒的采空侧末端截线与机身铰接座和调高油缸铰接座的前端面之间，因此可避免受到煤台的影响。

26、通过在辅助臂电机和主摇臂电机之间的主摇臂壳体上设置前后延伸且两端贯通的管线通道，不仅方便电机电缆、油管等的走线，而且不占用额外的空间，也有利于保持主摇臂不至于过长。

27、本发明的开采方法中由于前后辅助臂可实施辅助截割，能降低后主摇臂的开采功耗，因此有助于提高采煤机的开采效率和可靠性。

28、主摇臂的开采功耗降低了，就可以在主摇臂滚筒结构设计上通过侧重增强装载参数、弱化截割性能参数的优化设计等提高装载性能，改善大功率开采设备因截割性能、尺寸增大等带来的装载效果问题。

29、由于前后辅助臂辅助截割的同时能割出后主摇臂的悬电机的通行空间，因此前主摇臂的上摆角度可不受后主摇臂的悬电机的制约，因此有助于提高薄煤层悬电机采煤机对宽采高变化范围的适应性。