MG400-900-3.3D型中厚煤層電牽引采煤機(jī)截割部傳動設(shè)計

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中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 機(jī)自 04生姓名 甘龍兵 任務(wù)下達(dá)日期 ： 2008 年 03 月 16 日 畢業(yè)論文日期： 2008 年 3 月 17 日至 2008 年 6 月 10 日 畢業(yè)論文題目： 中厚煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計 畢業(yè)論文專題題目： 畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求： 設(shè)計參數(shù)： 總裝機(jī)功率： 900 適應(yīng)煤質(zhì)硬度： f? 4 截割部功率： 400 采高范圍： 筒截深： 800 滾筒轉(zhuǎn)速： 40 r/機(jī)轉(zhuǎn)速： 1470 r/ 額定電壓： 1140 V 要求： （ 1）完成采煤機(jī)總體方案設(shè)計。 （ 2）對截割部的傳動及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。 （ 3）設(shè)計完成截割部的組件、零件工作圖設(shè)計。 （ 4）編寫完成設(shè)計計算說明書。 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨立解決實際問題的能力；③ 研究內(nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤ 工作態(tài)度 及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 摘 要 采煤機(jī)是一種電牽引大功率采煤機(jī)，該機(jī)機(jī)身矮，裝機(jī)功率大，所有電機(jī)橫向布置，機(jī)械傳動都是直齒傳動，電機(jī)、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側(cè)抽出，故傳動效率高，容易安裝和維護(hù) 。 本說明書主要介紹了采煤機(jī)截割部的設(shè)計計算。 割部電機(jī)放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動機(jī)輸出的動力經(jīng)由三級直齒圓拄齒輪和行星輪系的傳動，最后驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。截割部采用四行星單浮動結(jié)構(gòu)，減小了結(jié)構(gòu)尺寸，采用大角度彎搖臂設(shè)計，加大了過煤空間，提高了裝煤效果。 在設(shè)計過程中，對截割部的軸、傳動齒輪、軸承和聯(lián)接用的花鍵等部件進(jìn)行了設(shè)計計算、強(qiáng)度校核和選用。本說明書主要針對主要部件的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核進(jìn)行了敘述和介紹。 此外，還對 煤機(jī)的使用與維護(hù)進(jìn)行了說明，以便能更好的發(fā)揮該采煤機(jī)的性能，達(dá)到最佳工作效果。 關(guān)鍵詞 ：采煤機(jī)；截割部；減速箱；行星輪系；傳動齒輪；設(shè)計 is a of is is in up is of so is in to in of of It is up of a of to up in on a of of of to of to to of of In of to of of as to is to In n to be to of A of of 目 錄 第一章 概述 ............................................................................................... 1 煤機(jī)發(fā)展的歷史 ..................................................................................... 1 國采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 ............................................................... 2 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 ................................................................................... 4 采煤機(jī)的類型及主要組成 ....................................................................... 6 第二章 總體方案的確定 ........................................................................... 8 采煤機(jī)簡介 ................................................................. 8 臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定 ......................................................................... 9 割部電動機(jī)的選擇 ................................................................................. 9 動方案的確定 .......................................................................................... 9 第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 ......................................................................... 12 級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 ........................................................ 12 輪設(shè)計及強(qiáng)度效核： ........................................................................... 13 的設(shè)計及強(qiáng)度效核 ............................................................................. 24 割部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 .................................................................... 31 承的壽命校核 ....................................................................................... 53 鍵的強(qiáng)度校核 ....................................................................................... 54 第四章 采煤機(jī)的使用與維護(hù) .................................................................. 56 煤機(jī)使用過程中常見故障與處理 ........................................................ 56 功率采煤機(jī)截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法 ................................... 57 煤機(jī)軸承的維護(hù)及漏油的防治 ............................................................ 58 礦機(jī)械傳動齒輪失效的改進(jìn)途徑 ........................................................ 60 齒面齒輪的疲勞失效及對策 ............................................................... 64 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 第一章 概述 煤機(jī)發(fā)展的歷史 20 世紀(jì) 40 年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。這種采煤機(jī)是用截鏈?zhǔn)浇芈涿?，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制出了用刨削方式落煤的刨煤機(jī)。 50 年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機(jī)，在這種采煤機(jī)上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾 筒實現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開采機(jī)械化的基礎(chǔ)。這種采煤機(jī)的主要缺點有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層厚度及其變化適應(yīng)性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高。進(jìn)入60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機(jī)的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。 1．截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性； 2．把圓筒形截割滾筒改進(jìn)成螺旋葉片截煤滾筒， 即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這倆項關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機(jī)稱為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)。 可調(diào)高螺 旋滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)與液壓支架和可彎曲輸送機(jī)配套，構(gòu)成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展發(fā)展階段。從此，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備朝著大功 率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工礦自動檢測、故障診斷以及計算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機(jī)上得到應(yīng)用。 我國現(xiàn)行 采煤機(jī)搖臂殼體的設(shè)計基本上都采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法 :根據(jù)經(jīng)驗和以往設(shè)計實例設(shè)計人員在紙面上設(shè)計所需的產(chǎn)品 ,根據(jù)小功率采煤機(jī)搖臂尺寸適當(dāng)加大來設(shè)計更大功率的采煤機(jī)搖臂 ,如果出現(xiàn)問題或不滿足預(yù)定設(shè)計要求的情況 ,就要修改設(shè)計 ,這在現(xiàn)實設(shè)計中確實出現(xiàn)了許多的問題。隨著采煤機(jī)裝機(jī)功率越來越大 ,單純依靠經(jīng)驗 ,根據(jù)小型機(jī)器設(shè)計大功率機(jī)器 和加大安全系數(shù)的方法 ,往往使設(shè)計產(chǎn)品的尺寸越來越大 ,結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形分布、內(nèi)力分布也很難得到合理保證。然而通過對采煤機(jī)搖臂進(jìn)行有限元分析 ,可以得出采煤機(jī)搖臂殼體在不同位置、不同工況的應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律 ,摸清其危險截面、極限工況、極限載荷和極限應(yīng)力 ,提出搖臂承載能力的優(yōu)化方案。同時還可以對搖臂殼體固有頻率、各階振型、動力性能進(jìn)行探索性分析研究。應(yīng)用該技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計階段預(yù)測產(chǎn) 品質(zhì)量 ,使產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前進(jìn)行優(yōu)化以提高產(chǎn)品質(zhì)量 ,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 ,進(jìn)而降低開發(fā)成本 ,提高市場競爭力。 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 國采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 20 世紀(jì) 70 年代是我國綜合機(jī)械化采煤起步階段 20 世紀(jì) 70 年代初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的 雙滾筒采煤機(jī)，另一方面改進(jìn)普采配套的、 單滾筒采煤機(jī)； 70 年代中后期，制造出 雙滾筒采煤機(jī)。 20 世紀(jì) 70 年代我國采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點： 1．裝機(jī)功率小 例如， 雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 170雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 150 單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 100 150 2．有鏈牽引，輸出牽引力小 此時期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動，傳遞牽引力小，牽引力在 200下。 3．牽引速度低 由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過 6m / 4．自開切口差 由于雙滾筒采煤機(jī)搖臂短 ,又都是 有鏈牽引 ,很難割透兩端頭 ,且容易留下三角煤 ,故需要人工清理 ,單滾筒采煤機(jī)更是如此 . 5．工作可靠性較差 我國基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱 ,元部件質(zhì)量較差 ,反映在采煤機(jī)的壽命普遍較低 ,特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。 20 世紀(jì) 80 年代是我國采煤機(jī)發(fā)展的興旺時期 20 世紀(jì) 70 年代后期，我國總共引進(jìn) 143 套綜采成套設(shè)備。世界主要采煤機(jī)生產(chǎn)國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進(jìn)入中國市場，其技術(shù)也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時通過 20 世紀(jì) 70 年代自 行研制采煤機(jī)的實踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗與教訓(xùn)，確立了我國采煤機(jī)的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 解決難采煤層的問題是 20 世紀(jì) 80 年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機(jī)械化成套設(shè)備的研制：大傾角綜采成套設(shè)備的研制：“三硬”、“三軟” 4． 5m 一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機(jī)的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計， 20 世紀(jì) 80 年代自行開發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有 50 余種，中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 是我國采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，大量依靠進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。 20 世紀(jì) 80 年代采煤機(jī)的發(fā)展 有如下特點： 1．重視采煤機(jī)系列的開發(fā)，擴(kuò)大使用范圍 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)的采煤機(jī)，一種類型只有一個品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。 20 世紀(jì) 80 年代起重視系列化采煤機(jī)的開發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機(jī)系列化是 20 世紀(jì) 80 年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點。 2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高 總結(jié) 20 世紀(jì) 70 年代采煤機(jī)開發(fā)中的經(jīng)驗教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機(jī)開 發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī)的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗，以德國齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達(dá)的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在 20 世紀(jì) 80 年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機(jī)構(gòu)等都列入重點攻關(guān)內(nèi)容。 3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全 在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時，無鏈牽引技術(shù)傳入中國，德國艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒 軌式無鏈牽引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國研制采煤機(jī)的無鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機(jī)更是如此。無鏈牽引使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機(jī)都采用無鏈牽引系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 90 年代至今是我國電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時代 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢在必行，此采煤機(jī)開發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是： （ 1）大功率高參數(shù)的液壓 牽引采煤機(jī)：最具代表性的機(jī)型是 W 型采煤機(jī)。 （ 2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)的研制從 20 世紀(jì) 80 年代開始起步， 20 世紀(jì) 90 年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流兩種技術(shù)途徑。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后，交流變頻調(diào)速技術(shù)在中厚煤層采煤機(jī)中推廣使用，上海分院先后開發(fā)成功 00500020 020采煤機(jī)，變頻調(diào)速中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 箱可以是機(jī)載，也可以是非機(jī)載。另外派生出 8 種機(jī)型，都已投入使用，取得較好的效 果。太原礦山機(jī)械廠在引進(jìn)英國 流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出 00 00兩種電牽引采煤機(jī)，雞西煤機(jī)廠、遼源煤機(jī)廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。 國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國家的 I 采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時，把目光移到國外，進(jìn)口國外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國的 76牽引采煤機(jī)；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國的 和日本的 交流電牽引采煤機(jī)，但由于價格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少， 90 年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點如下： 1．多電機(jī)驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流 我國開發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨的電動機(jī)驅(qū)動，傳動系統(tǒng)彼此獨立，無動力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因而有取代電動機(jī)縱向布置的趨勢。 2．我國采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小 在裝機(jī)功率方面，我國的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 800牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 1020牽引功率為 2滿足高產(chǎn)高效工作面對功率的要 求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力已達(dá)到 700大牽引速度達(dá) 12． 56m/處理機(jī)的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機(jī)控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。 3．液壓緊固技術(shù)的開發(fā)研究取得成功 采煤機(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動是影響工作可靠性的重要因素，而且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機(jī)中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問題。 回顧這 30 多年我國采煤機(jī)發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從 20世紀(jì) 70 年代主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機(jī)占我國整個采煤機(jī)市場，這也是個了不起的進(jìn)步。 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 80 年代以來，滾筒式采煤機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、可靠性和易維修性上都有很大的改進(jìn)。歸結(jié)起來，滾筒式采煤機(jī)有以下特征和發(fā)展趨勢： 1）增大功率和能力 為了適應(yīng)綜采工作面高產(chǎn)、高效和在不同地質(zhì)條件下快速截割煤巖的需要，不論厚、中厚和薄煤層的采煤機(jī)均在不斷增大裝機(jī)功率和生產(chǎn)能力。 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 2）電牽引采煤機(jī)已成為主導(dǎo)機(jī)型 目前電牽引采煤機(jī)已成為德國、英國、美國、日本和法國等主要生產(chǎn)國的主導(dǎo) 機(jī)型。 3）增大牽引速度和牽引力，并改進(jìn)無鏈牽引機(jī)構(gòu) 為了適應(yīng)綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機(jī)的牽引速度和牽引力都有較大的增大。 4）機(jī)器的結(jié)構(gòu)布置有新的發(fā)展 近年來不斷發(fā)展和研制出了多機(jī)橫向布置、部件可側(cè)面拉裝的整機(jī)箱式機(jī)身、縱向布置采煤機(jī)的牽引部和截割部合為一個部件、破碎機(jī)采用單獨電動機(jī)傳動、改進(jìn)擋煤板傳動裝置、無底托架或不用整體底托架等新的結(jié)構(gòu)布置方式。 5）截割滾筒的革新和改進(jìn) 截割滾筒的改進(jìn)是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤率和提高壽命等目標(biāo)進(jìn)行的其主要改進(jìn)有增大截深、采用強(qiáng)力截齒 、增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設(shè)計 壓水射流噴霧降塵和助切、加固滾筒結(jié)構(gòu)等方面。 6）擴(kuò)大采煤機(jī)的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機(jī)型 薄煤層、厚煤層、硬粘并有夾矸煤層、大傾角、破碎頂板等難采煤層的機(jī)型的發(fā)展有，開發(fā)出了薄煤層、厚煤層、大傾角、短機(jī)身、窄機(jī)身等機(jī)型。 7）提高采區(qū)工作電壓 80 年代以前，各國采區(qū)工作面設(shè)備電壓多為 1000V 左右。隨著綜采設(shè)備向大功率發(fā)展，目前采煤機(jī)最大功率達(dá) 1220截割電機(jī)最大功率達(dá)6000板輸送機(jī)最大功率達(dá) 1125動電機(jī)最大功率達(dá) 525 上工作面長度的不斷增長，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國生產(chǎn)的大功率采煤機(jī)，其供電電壓一般為 2300、 3300、 4160 和 5000V 等幾檔。 8）采用微電子技術(shù)，實現(xiàn)機(jī)電液一體化的采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制 現(xiàn)代采煤機(jī)均裝有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制，這是代表采煤機(jī)水平的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代采煤機(jī)的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測，還可以對其采集信息進(jìn)行分析處理，再輸出顯示、存儲、控制和傳輸?shù)龋詫崿F(xiàn)檢測、預(yù)警、保護(hù)、健康診斷、事故查詢、維修指導(dǎo)和調(diào)度分析等多 種功能。 9）貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化原則，加速開發(fā)適合不同地質(zhì)條件的新機(jī)型 目前各主要采煤機(jī)生產(chǎn)廠家都十分重視三化原則，將采煤機(jī)各主要部件 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 （如電動機(jī)、截割部固定減速箱、搖臂、滾筒、牽引部、截牽箱、行走箱、牽引機(jī)構(gòu)等）制定標(biāo)準(zhǔn)，作為適合不同條件的通用部件，各部件間的連接尺寸一致。這樣，就可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件的要求，很容易用積木式方法將各部件組合成新機(jī)型，以擴(kuò)大采煤機(jī)的系列和加速研制過程。 10）提高采煤機(jī)的可靠性和壽命，提高易維修性，縮短井下更換部件時間，延長大修周期，提高機(jī)器的使用率和開機(jī)率。 采煤機(jī)的類型及主要組成 采煤機(jī)有不同的分類方法：按工作機(jī)構(gòu)形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)；按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)；按牽引部位置可分為內(nèi)牽引和外牽引；按牽引部動力可分為機(jī)械牽引、液壓牽引與電牽引；按工作機(jī)構(gòu)位置可分為額面式與側(cè)面式；還可以按層厚和傾角來分類。中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 1、左截割部2、右截割部3、左行走部4、右行走部5、左旋滾筒6、右旋滾筒7、液壓傳動8、電控部銘牌電控部編程站中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 第二章 總體方案的確定 采煤機(jī)簡介 00機(jī)載交流電牽引采煤機(jī)，該機(jī)裝機(jī)功率 900割功率 2× 400引功率 該采煤機(jī)使用的電氣控制 箱符合礦用電氣設(shè)備防爆規(guī)程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險的礦井中使用，并可在海拔不超過 2000m、周圍介質(zhì)溫度不超過＋ 40℃或低于－ 10℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導(dǎo)電塵埃的情況下使用。 要技術(shù)參數(shù) 該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下： 采高 m 截深 00 適應(yīng)傾角 ≤ 25 ° 適應(yīng)煤質(zhì)硬度 F≤ 4 滾筒轉(zhuǎn)速 r/40 搖臂長度 3500 牽引速度 m/0牽引型式 齒輪 - 齒軌 機(jī)面高度 1726 最小臥底量 265 滅塵方式 內(nèi)外噴霧 裝機(jī)功率 900 電壓 v 1140 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 00采煤機(jī)采用多電機(jī)橫向布置方式，截割部用銷軸與牽引部聯(lián)結(jié)，左、右牽引部及中間箱采用高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，在中間箱中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機(jī)具有以下特點： 1．截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂和機(jī)身連接沒有動力傳遞，取消了縱向布置結(jié)構(gòu)中的螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 2．主機(jī)身分為三 段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)簡單可靠、拆裝方便。 臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定 由于煤層地質(zhì)條件的多樣性，煤炭生產(chǎn)需要多種類型和規(guī)格的采煤機(jī)。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機(jī)，可以給生產(chǎn)帶來很多方便。系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是采掘機(jī)械發(fā)展的必然趨勢。所以，這里把左右搖臂設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)。 割部電動機(jī)的選擇 由設(shè)計要求知，截割部功率為 400× 2每個截割部功率為400據(jù)礦下電機(jī)的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有 爆炸危險的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對安全 ;而且電機(jī)工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，效率高。據(jù)此選擇由撫順廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動機(jī) 400,其主要參數(shù)如下： 額定功率： 400 額定電壓： 1140V 額定電流： 296A; 額定轉(zhuǎn)速： 1470P/m 額定頻率： 50 絕緣等級： H 接線方式： Y 工作方式： 量： 1502 冷卻方式：外殼水冷 該電機(jī)總體呈圓形 , 其電動機(jī)輸出軸上 帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機(jī)將輸出的動力傳遞給搖臂的齒輪減速機(jī)構(gòu)。 動方案的確定 動比的確定 滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 現(xiàn)低速化的趨勢。滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒截割和裝載過程影響都很大；但對粉塵生成和 截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。 總傳動比 總i 7536401470＝＝＝滾總n —— 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/n—— 滾筒轉(zhuǎn)速 r/ 傳動比的分配 在進(jìn)行多級傳動系統(tǒng)總體設(shè)計時，傳動比分配是一個重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接 影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比的確定有如下原則： 1．各級傳動的傳動比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過所允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點，使減速器獲得最小外形。 構(gòu)勻稱；各傳動件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應(yīng)便于安裝。 3．使各級傳動的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強(qiáng)度。 4．使各級傳動中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。 由于采煤機(jī)在工作過程中常有過載和沖擊載荷，維修比較困難，空間限制又比較嚴(yán) 格，故對行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動比。 本次設(shè)計采用 原理如圖所示： 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 a - 太 陽 輪 b - 內(nèi) 齒 圈 g - 行 星 輪 x - 行 星 架 機(jī) 構(gòu)該行星齒輪傳動機(jī)構(gòu)主要由太陽輪 a、內(nèi)齒圈 b、行星輪 g、行星架 動時，內(nèi)齒圈 陽輪 星架 g— 面繞自身的軸線 而驅(qū)動行星架 現(xiàn)減速。運轉(zhuǎn)中，軸線 這種型號的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳動功率范圍大， 可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)截割部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減速機(jī)構(gòu)的使用效率為 動比一般為 上圖所示，當(dāng)內(nèi)齒圈 b 固定，以太陽輪 a 為主動件，行星架 動比的推薦值為 9。查閱文獻(xiàn) [4],采煤機(jī)截割部行星減速機(jī)構(gòu)的傳動比一般為 4～ 6。這里定行星減速機(jī)構(gòu)傳動比 則其他三級減速機(jī)構(gòu)總傳動比 總÷ ?于采煤機(jī)機(jī)身高度受到嚴(yán)格限制，每級傳動比一般為 ;4~3?據(jù)前述多級減數(shù)齒輪的傳動比分配原則和搖臂的具體結(jié)構(gòu)，初定各級傳動比為： , , 以此計算，四級減速傳動比的總誤差為 ： ??? × 1． 56× 2． 29× 5． 747）÷ 36． 75＝ 0． 2‰ 在誤差允許范圍 5﹪內(nèi)，合適。 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 各軸轉(zhuǎn)速計算： 從電動機(jī)出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。 Ⅰ軸 14701 ?n /r 軸 m 4 7 03 ?Ⅳ軸 1/234 ?? rⅥ軸 m 6/346 ?＝各軸功率計算： Ⅰ軸 40031 ??η＝ 96Ⅱ軸 39621212 ??? ηη＝ Ⅲ軸 ?? ηη＝ Ⅳ軸 231234 ???? ηηη＝ 58中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 Ⅴ軸 35831245 ???? ηηη＝ Ⅵ軸 ?? ηη＝ Ⅶ軸 331267 ???? ηηη＝ Ⅷ軸 031278 ???? ηηη＝ 各軸扭矩計算 : Ⅰ軸 9 55 09 55 0111 ?? ? 9 55 09 55 0333 ?? ? 95509550444 ?? ? 35 8Ⅶ軸 95509550777 ?? ? 1 3 79 供以后設(shè)計計算使用 運動和動力參數(shù) 編號 功率 /速n/(r· ) 轉(zhuǎn)矩 T/(N· m) 傳動比 Ⅰ軸 396 1470 軸 軸 358 軸 3792 軸 輪設(shè)計及強(qiáng)度效核： 這里主要是根據(jù)查閱的相關(guān)書籍和資料，借鑒以往采煤機(jī)截割部傳動系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動 的功率、轉(zhuǎn)矩以中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 及各級傳動的效率，進(jìn)而對各級齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，具體計算過程級計算結(jié)果如下：統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動的功率、轉(zhuǎn)矩以及各級傳動的效率，進(jìn)而對各級齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，截割部齒輪的設(shè)計及強(qiáng)度效核，具體計算過程及計算結(jié)果如下： 齒輪 1 和惰輪 2 的設(shè)計及強(qiáng)度效核 計算過程及說明 計算結(jié)果 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn) 1表 8 齒輪選用 202)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 3111t / 0 2 2 ) n~( 0 . 0 1 3v ?估取圓周速度 參考文獻(xiàn) 1 表 8－ 14，表 8－ 15 選取 小輪分度圓直徑 1d ，由式（ 8－ 64）得 3 2][ u 1? ?????? 齒寬系數(shù)d?查文獻(xiàn) 1 表 8－ 23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取d?＝ 0． 6 小輪齒數(shù) 1Z 1Z =19 惰 輪齒數(shù) 2Z 2Z ＝ ???? i 數(shù)比 u u ＝ 19/34/ 12 ?傳動比誤差 0/ ?? 誤差在 %3? 范圍內(nèi) 小輪轉(zhuǎn)矩 ? 25726501 56～ 62 t / 公差組 6級 d?＝ 0． 6 1Z =19 2Z ＝ 34 u ＝ 適 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 載荷系數(shù) K 由式（ 8－ 54）得?? A ????使用系數(shù) 查表 8－ 20 動載荷系數(shù)－ 57得初值查圖 8－ 60 齒間載荷分配系數(shù)?－ 55及 0?? 得 ??? ?? co s)]Z/1Z/1(21 ???? ＝ [+1/34)]=表 8－ 21并插值 ?K＝ 1 則載荷系數(shù) K 的初值 1.2????Z 查表 8－ 22 － 64 021 ????重合度系數(shù)?－ 65? ?0???許用接觸應(yīng)力 由式 ? ?698? 得 ? ?H? ＝ ?? ?? 接觸 疲勞極限應(yīng)力 21 ? 、查圖 8－ 69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 ? ?708? 得 )1030020(2147060n j ?????? 1． 75 1． 11 ?K＝ K＝ 1 1.2? ＝ Z＝ 1 /1450 ?22 /1450 ? 91 ?N 92 ?N 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 912 N ???? 則 查圖 8－ 70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121 ?? 查圖 8－ 71及說明 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－ 27，按 取 S ? ? ? ? 2211450 ????? ?? 故1 5 7 2 6 5 ?????? ??????? 3/ 11 ???查表 8－ 3 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值919 ??? 圓周速度 v 6 0 0 0 0/1 4 7 01 9 0 0 0/11 ???? t?與估取 相近，對必修正K ?＝ 1 ?惰輪分度圓直徑 340341022 ???? 中心距 a ? ? ? ? 2652 3419102 21 ????? b 1 1 i ???? td 121 ?? Z ?Z＝ 1 S 10?m mm 190mm K , 901 ? 402 ? 265?a 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 惰輪齒寬 1102 ?? 小輪齒寬 ? ?10~521 ?? ??3 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計算 由式 ? ?668? ? ?F ???? ?????齒形系數(shù)?－ 67 小輪1?－ 68 小輪1?,由式 8－ 67 ???? ?? ?Y 許用彎曲應(yīng)力 ? ?F? 由式 8－ 71 ? ? ??? ??彎曲疲勞極限圖 8－ 72 彎曲壽命系數(shù) － 73 尺寸系數(shù) － 74 安全系數(shù) 查表 8－ 27 則 ? ? ? ? 2/ 0/11121 ??????? i ? ? ?121 /F ? ??????? ??? 1102 ?b mm 151 ? 1????Y 21 /850 ?22 /850 ? 121 ?? Y 1 2 ? ? 21 /? ? ? 22 /? 21 /? 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 齒輪 4和齒輪 5設(shè)計及強(qiáng)度效核： 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn) 1表 8 齒輪選用 202)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 3333t n/13.0(v ?估56~62 t / 公差組 7級 ? ?222 /57 265 F ? ??????? ??? 4. 齒輪幾何尺寸計算 分度圓直徑 d 191011 ??? 341022 ??? 齒頂高 0101* ????齒根高 ? ? ? ????? 0211 ????? aa 0222 ????? aa 0211 ????? ff 0222 ????? ff ?? 20co 0co dd b???? 20co 0co dd p 齒厚 s ?? 中心距 a 265?a 圓整 22 /? 901 ? 402 ? 0? f a 2101 ? a 3602 ? f 1651 ? f 3152 ? b b 65? 中 國礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 取圓周速度 參考文獻(xiàn) 1 表 8－ 14，表 8－ 15選取 小輪分度圓直徑 1d ，由式（ 8－ 64）得 3 211 )][(12 ?????? 齒寬系數(shù)d?查文獻(xiàn) 1 表 8－ 23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取d?＝ 0． 6 小輪齒數(shù) 4Z 大輪齒數(shù)5???? i 齒數(shù)比 u u ＝ 24/37/45 ??? 誤差在 %5? 范圍內(nèi) 小輪轉(zhuǎn)矩 ? 66982304 載荷系數(shù) K 由式（ 8－ 54）得?? A ????使用系數(shù) 查表 8－ 20 動載荷系數(shù)－ 57得初值查圖 8－ 60 齒向載荷分配系數(shù)?－ 55及 0?? 得 ??? ?? co s)]/1/1(54 ??? ＝ [+1/36)]=表 8－ 21并插值 ?K＝ 載荷系數(shù) K 的初值 ??? 0． 6 4Z =24 5Z＝ 37 u ＝ 適 ? 66982304 K＝ K＝ 5.2? － 22 － 64 0,021 ??? 合度系數(shù)?－ 65? ?0???許用接觸應(yīng)力 由式 ? ?698? 得 ? ?H? ＝ ?? ?? 接觸疲勞極限應(yīng)力 21 ? 、查圖 8－ 69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 ? ?708? 得 )103 0 020( 160601 ??????? hn j 9912 ????? 則 查圖 8－ 70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121 ?? 查圖 8－ 71及說明 接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－ 27，取 S ? ? ? ? 221 /11 4 5 0 ???? ?? 齒輪模數(shù) 44 ???查表 8－ 3 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值11244 ??? 圓周速度 v 6 0 0 0 0/ 0 0 0/34 ????? t? Z＝ 1 /1450 ?22 /1450 ? 91 ?N 92 ?N 121 ?? Z ?Z＝ 1 S 11?m