中厚煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計

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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 04-2 班學(xué)生姓名 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 KW 適應(yīng)煤質(zhì)硬度：f 4?截割部功率：400 KW 采高范圍：2.2～3.5m滾筒截深：800 mm 滾筒轉(zhuǎn)速：40 r/min電機(jī)轉(zhuǎn)速：1470 r/min 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：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(dú)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(diǎn)；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 日礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；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： 評閱教師簽字：年 月 日礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；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： 評閱教師簽字：年 月 日礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文答辯及綜合成績答 辯 情 況回 答 問 題提 出 問 題 正 確基 本正 確有 一般 性錯 誤有 原則 性錯 誤沒 有回 答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要MG4000/900-3.3D 型采煤機(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。MG400/900-3.3D 型采煤機(jī)截割部主要是由一個減速箱和四級齒輪傳動組成，截割部電機(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 MG400/900-3.3D 采煤機(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ABSTRACTThe MG400/900-3.3D type mining machine is that a kind of electricity draws the high-power mining machine, this machine fuselage is low, Installation is large in power,all electrical machineries are fixed up horizontally, mechanical drive is all the transmission of straight tooth, electrical machinery, walk case drive wheel package etc. can take from old pool side out, so the transmission is high in efficiency, easy to install and safeguard.Calculate in design which cuts the cutting department of main introduction mining machine of this manual. It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the MG400/900-3.3D type mining machine cuts the cutting department, cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm, the power that the motor outputs leans on a round of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth, urge the cylinder to rotate finally. Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary forms, have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve the rocker arm to design, have strengthened the space of coal, have improved the coal result of putting.In the course of designing, to cutting the axle of the cutting department, gear wheel of the transmission, parts such as the bearing and spline linking using,etc have designed to calculate, the intensity is checked and selected for use. This manual mainly designs for main part one calculating to check with the intensity have narrated and introduced.In addition，returning use for MG400/900-3.3D mining machine and maintenance proves,In order to be able to good full play performance of person who should mine, reach the best working result.Keyword: Mining machine Cut the cutting department Gearbox A department of planet Gear wheel of the transmission Design目 錄第一章 概述 11.1 采煤機(jī)發(fā)展的歷史 11.2 我國采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程 21.3 采煤機(jī)的發(fā)展趨勢 41.4 采煤機(jī)的類型及主要組成 6第二章 總體方案的確定 82.1 MG400/900-3.3D 型采煤機(jī)簡介 .82.2 搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定 92.3 截割部電動機(jī)的選擇 92.4 傳動方案的確定 .9第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 123.1 各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 .123.2 齒輪設(shè)計及強(qiáng)度效核： 133.3 軸的設(shè)計及強(qiáng)度效核 243.4 截割部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 .313.5 軸承的壽命校核 533.6 花鍵的強(qiáng)度校核 54第四章 采煤機(jī)的使用與維護(hù) .564.1 采煤機(jī)使用過程中常見故障與處理 .564.2 大功率采煤機(jī)截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法 574.3 采煤機(jī)軸承的維護(hù)及漏油的防治 .584.4 煤礦機(jī)械傳動齒輪失效的改進(jìn)途徑 .604.5 硬齒面齒輪的疲勞失效及對策 64xxx 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1.1 采煤機(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(diǎn)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)?？烧{(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xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁本,提高市場競爭力。1.2 我國采煤機(jī) 30 多年的發(fā)展進(jìn)程1.2.1 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 MD-150 型雙滾筒采煤機(jī)，另一方面改進(jìn)普采配套的DY100 型、DY150 型單滾筒采煤機(jī)；70 年代中后期，制造出 MLS3-170 型雙滾筒采煤機(jī)。20 世紀(jì) 70 年代我國采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)：1．裝機(jī)功率小例如，MLS3-170 型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 170KW；KD-150 型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 150KW；DY-100 和 DY-150 型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率 100KW 和 150KW。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 200KN 以下。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 /min 。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。1.2.2 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，xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁短煤臂采煤機(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，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(diǎn)：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(diǎn)。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(diǎn)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)。1.2.3 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MG2X400－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)xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁途徑。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 MG200/500-WD、 MG200/450-BWD、 MG250/600-WD、 MG400/920-WD 和 MG450/1020-WD 等采煤機(jī)，變頻調(diào)速箱可以是機(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 Electra1000 直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出 MG400/900-WD 和 MG250/600-WD 型兩種電牽引采煤機(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 7LS、6LS 電牽引采煤機(jī)；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國的 SL-500 型和日本的 MCLE-DR102 型交流電牽引采煤機(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(diǎn)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(dú)的電動機(jī)驅(qū)動，傳動系統(tǒng)彼此獨(dú)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 800KW，電牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到 1020KW，其牽引功率為 2X50KW，可滿足高產(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 700KN，最大牽引速度達(dá) 12．56m/min,微處理機(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。1.3 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：xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁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。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(dú)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 CAD、高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) 1220kW ，截割電機(jī)最大功率達(dá)6000kW，刮板輸送機(jī)最大功率達(dá) 1125kW，驅(qū)動電機(jī)最大功率達(dá) 525 kW，加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xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁處理系統(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)?，以實現(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（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。1.4 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。xxx 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xxx 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2.1 MG400/900-3.3D 型采煤機(jī)簡介MG400/900-WD 型機(jī)載交流電牽引采煤機(jī)，該機(jī)裝機(jī)功率 900KW，截割功率 2×400KW,牽引功率該采煤機(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。2.1.2 主要技術(shù)參數(shù)該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：采高 m 2.2-3.5 截深 mm 800 適應(yīng)傾角 ≤25 ° 適應(yīng)煤質(zhì)硬度 F≤4滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 40 搖臂長度 mm 3500 牽引速度 m/min 0-15 牽引型式 齒輪 - 齒軌機(jī)面高度 mm 1726 最小臥底量 mm 265 滅塵方式 內(nèi)外噴霧裝機(jī)功率 kw 900 電壓 v 1140xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁2.1.3 MG400/900-WD 型采煤機(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(diǎn)：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。2.2 搖臂結(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)。2.3 截割部電動機(jī)的選擇由設(shè)計要求知，截割部功率為 400×2KW，即每個截割部功率為400KW。根據(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) YBC3─400, 其主要參數(shù)如下：額定功率：400KW； 額定電壓：1140V額定電流：296A; 額定轉(zhuǎn)速：1470P/m額定頻率：50HZ; 絕緣等級： H接線方式：Y 工作方式： S1質(zhì)量： 1502KG 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)。2.4 傳動方案的確定2.4.1 傳動比的確定 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xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁出現(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?？倐鲃颖?總i7536401nI．＝＝＝ 滾總——電動機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min——滾筒轉(zhuǎn)速 r/min滾2.4.2 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(diǎn)，使減速器獲得最小外形。2.各級傳動間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)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 NWG 型行星減速裝置，其原理如圖所示：xxx 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 NWG行 星 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 x等組成。傳動時，內(nèi)齒圈 b 固定不動，太陽輪 a 為主動輪，行星架 x 上的行星輪 g—面繞自身的軸線 ox—ox 轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動行星架 x 回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線 ox—ox 是轉(zhuǎn)動的。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0.97～0.99,傳動比一般為 2.1～13.7。如上圖所示，當(dāng)內(nèi)齒圈 b 固定，以太陽輪 a 為主動件，行星架 g 為從動件時，傳動比的推薦值為 2.7～9。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74.5ibag?則其他三級減速機(jī)構(gòu)總傳動比÷ 36.75÷5.747=6.39總Ibagi由于采煤機(jī)機(jī)身高度受到嚴(yán)格限制，每級傳動比一般為 根據(jù);4~3?ji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：,79.1i?,56.1i2?29.i3?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‰.536(??xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁在誤差允許范圍 5﹪內(nèi)，合適。第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 截 割 部 傳 動 系 統(tǒng) 圖3.1 各級傳動轉(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 min1470?n/rⅢ軸 min/2.819.3rⅣ軸 43.56/24?i＝ i/rⅥ軸 89./435636n＝各軸功率計算：Ⅰ軸 ×0.99=3964031??η＝ PkWⅡ軸 ×0.98×0.99 =384.296212ηη＝ 2kⅢ軸 ×0.98×0.99 =372.75.823?ηη＝xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁Ⅳ軸 ×0.98×0.99×0.99=35875.321234???ηηη＝ P kWⅤ軸 ×0.98×0.99×0.99=343.985ηηη＝Ⅵ軸 ×0.98×0.99=333.69.4126?ηη＝ kⅦ軸 ×0.98×0.99×0.99=320.5637?ηηη＝ PⅧ軸 ×0.98×0.99×0.99=307.85.0128??ηηη＝ kW各軸扭矩計算:Ⅰ軸 ×95011?nPTmN??65.2743Ⅲ軸 ×33 ?9.8.1Ⅳ軸 ×95044?nPT mN??23.64.23Ⅶ軸 ×77 ?1798.將上述計算結(jié)果列入下表,供以后設(shè)計計算使用運(yùn)動和動力參數(shù)編號 功率/kW 轉(zhuǎn)速n/(r·min )1?轉(zhuǎn)矩T/(N·m)傳動比Ⅰ軸 396 1470 2572.65Ⅲ軸 372.75 821.2 4358.91.79Ⅳ軸 358 526.43 6698.23 1.56Ⅶ軸 320.5 229.88 13792 2.29Ⅷ軸 307.8 229.88 427494.2 5.7473.2 齒輪設(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xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁系統(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 8-17 齒輪選用 20GrMnTi 滲碳淬火2)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 估31t /np0.2)~(.1v?取圓周速度 ，參考文獻(xiàn) 1 表 8－14，表 8－15smvt/24.1?選取小輪分度圓直徑 ，由式（8－64）得1d3 2HEd11 )][Z(ukT2???????齒寬系數(shù) 查文獻(xiàn) 1 表 8－23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取 ＝ 0． 6d小輪齒數(shù) =191Z1惰輪齒數(shù) ＝ 34.0122???197.1Zi齒數(shù)比 ＝u/34/傳動比誤差 誤差在 范圍內(nèi)0/??%?HRC 56～62 smvt/24.?公差組 6 級＝0．6d?=191Z＝342＝1.79u合適xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁小輪轉(zhuǎn)矩 mNT??257601載荷系數(shù) 由式（8－54）得K??KKVA???使用系數(shù) 查表 8－20A動載荷系數(shù) 查圖 8－57 得初值VVt齒向載荷分布系數(shù) 查圖 8－60?K齒間載荷分配系數(shù) 由式 8－55 及 得?0????? cos)]Z/1/(2.3.1[2???＝ [1.88－ 3.2(1/19+1/34)]=1.617查表 8－21 并插值 ＝ 1?K則載荷系數(shù) 的初值 .2?t 108.75.?t彈性系數(shù) 查表 8－22EZ＝ 189.8E2/mN節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖 8－64HZ0x,021???重合度系數(shù) 查圖 8－65? ????許用接觸應(yīng)力 由式 得69?＝??H?HLimSZ/??接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖 8－6921Limi?、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 得??708?＝1．75A＝1．11Vt＝1.08?＝1?K.2?t＝189.8EZ2/mN＝2.5H＝0.897?Z21/450mNHLim??2i91058.??Nxxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁)1032(14706njL0Nh1 ???92 .5./8u/則 查圖 8－70 得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121?NZ硬化系數(shù) 查圖 8－71 及說明 ?Z接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－27，按高可靠度查HS取6.1~5?HLimS.??? 221 m/N5.906.1/40??故 的設(shè)計初值 為dtd1 6.18325.906787.6.053 21 ????????????t齒輪模數(shù) 查表 8－3mZdmt 1/3/1??小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值 ＝td91Z??圓周速度 v 60/47.60/1nt?與估取 很相近，對 取值影響不大，不必修smt.4?VK正 VK＝ 1.11， t 1.2?t小輪分度圓直徑 td1惰輪分度圓直徑 3402?mZ中心距 a????265191???9210.5??1NZ＝1?6.?HSmm10?m＝190mmtd1smv/6.14?,1.?VK.2md90342mm65?axxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁齒寬 b106.83.0min1????td?惰輪齒寬 2b小輪齒寬 ??~51?齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計算??3由式 68???FSF1FYmbdKT2????????齒形系數(shù) 查圖 8－67 小輪?Y1大輪 2?FY應(yīng)力修正系數(shù) 查圖 8－68 小輪?S 1S大輪 2?重合度系數(shù) ,由式 8－67?Y71.06./7502./75.02. ???????許用彎曲應(yīng)力 由式 8－71 ??F???FxNFLimSY/??彎曲疲勞極限 查圖 8－72Lim彎曲壽命系數(shù) 查圖 8－73NY尺寸系數(shù) 查圖 8－74x安全系數(shù) 查表 8－27FS則?? 2/98.015/1121 ????FXNFLimF SY???167.486.09574. FmN?? ???mm102?bm5＝2.861?FY＝2.472=1.541?S=1.632Y71.0??2/85mNLim?2i11?NY＝1x＝2FS21/5.46mN?2xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 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 8-17 齒輪選用 20GrMnTi 滲碳淬火2)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HRC 56~62??22 /16.847.06314.21034576. FF mN?? ?????4. 齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑 d91?mZ3402?齒頂高 ahmha*?齒根高 f ????1025.??cf齒頂圓直徑 ad921?aad34h齒根圓直徑 f 5.1201??ff22?ffd基圓直徑 bd?cos9cos1?b??20342齒距 p.mp?齒厚 s715/s中心距 圓整a26?21/6.57mN?22/.84md190?342hamf5.1?da2036mf15?df2b.781m5392?p4.s71a265?xxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁估取圓周速度 ，3t n/p)02.~1.(v? smvt/32.1?參考文獻(xiàn) 1 表 8－14，表 8－15 選取小輪分度圓直徑 ，由式（8－64）得1d3 211 )][(2HEdZukT???????齒寬系數(shù) 查文獻(xiàn) 1 表 8－23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取 ＝0．6d小輪齒數(shù) 4Z大輪齒數(shù) ＝ 37.44 圓整取55???2456.142Zi齒數(shù)比 ＝u/37/傳動比誤差 誤差在 范圍內(nèi)0./??%?小輪轉(zhuǎn)矩 mNT?698234載荷系數(shù) 由式（8－54）得K??KKVA???使用系數(shù) 查表 8－20A動載荷系數(shù) 查圖 8－57 得初值VVt齒向載荷分布系數(shù) 查圖 8－60 ?K齒向載荷分配系數(shù) 由式 8－55 及 得?0????? cos)]/1/(2.381[54Z???＝ [1.88－ 3.2(1/23+1/36)]=1.65查表 8－21 并插值 ＝ 1.1?K則載荷系數(shù) 的初值 1.08.175??tsmvt/32.1?公差組 7 級＝0．6d?=244Z＝375＝1.542u合適 mNT??6982304＝1.75A＝1.18Vt＝1.08?K＝1.1?K45.2?txxx 礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁彈性系數(shù) 查表 8－22EZ＝ 189.8E2/mN節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖 8－64H 0,021??x?重合度系數(shù) 查圖 8－65?Z????許用接觸應(yīng)力 由式 得69?＝??H?HLimS/??接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖 8－6921Limi?、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式 得??708?)1032(1.601 ???hnjLN992 8.56././ ?u則 查圖 8－70 得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù) 121?NZ硬化系數(shù) 查圖 8－71 及說明 ?Z接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表 8－27，按高可靠度查HS取6.1~5?HLimS.??? 221 /5.906.1/40mN??齒輪模數(shù) 查表 8－3Zdt 428/小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值 ＝td412???Z圓周速度 v60/.821.360/34 ????ndt?＝189.8EZ2/mN＝2.5H＝0.87?21/450mNHLim??2i91056.2??821NZ＝1?6.1?HSmdt264?