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1、摘 要 采煤機械的裝備水平是煤礦技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。采煤機械的選用取決于煤層的賦存條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機械的技術(shù)發(fā)展又促進了采煤方法和采煤工藝的更新。煤炭是我國的主要能源，煤炭工業(yè)為國民經(jīng)濟發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。但是煤炭工業(yè)面臨著許多困難和問題，采煤機械化是最終發(fā)展的必然。所以如何提高采煤效率以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)中迅猛發(fā)展的經(jīng)濟對能源的需要就成了十分迫切的要求。 我國煤炭中薄煤層儲量豐富，對大功率采煤機的需求量也比較大。而炮采安全性比較低，生產(chǎn)率也比較低；綜采對設(shè)備要求較高，而且投資費用比較大。所以對厚薄煤層來說開發(fā)適應(yīng)高檔普采的采煤機是非常必要的，而MG750/221

2、0-WD型交流電牽引采煤機正是針對厚薄煤層適應(yīng)高普而進行的設(shè)計。 MG750/2210700-WD型采煤機的截割部機械傳動由兩級直齒傳動和兩級行星機傳動實現(xiàn)。采取搖臂結(jié)構(gòu)形式以增大滾筒的過煤空間進而提高裝煤效率，并對各級齒輪及相應(yīng)的傳動軸進行了設(shè)計計算和相應(yīng)的校核，結(jié)果滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞： 采煤機 截割部 行星機構(gòu) ABSTRACT Coal mine machinery and equipment level is one important indicator of the level of technology

3、. Coal mining machinery is used depends on the occurrence conditions, mining methods and mining technology, mining machinery and technological development and to promote the mining method and mining technology updates. Coal is the main energy source, the coal industry has made a significant contribu

4、tion to national economic development. But the coal industry is facing many difficulties and problems, the eventual development of mining mechanization is inevitable. So how to improve mining efficiency in order to meet the rapid development of China's modernization in the economic need for ener

5、gy has become a very urgent requirement. Thin seams of coal is abundant, the demand for high-power shearer is relatively large. The blast mining safety is relatively low, productivity is relatively low; mechanized mining equipment demand is higher, and the investment cost is relatively large. So th

6、e seam thickness is developed to meet high-end general mining shearer is very necessary, and MG750/2210-WD type AC traction shearer is adapted for the thickness of the coal seam design Gaopu carried out. MG750/2210700-WD type shearer cutting unit mechanical transmission by the two straight and two

7、planetary gear drive for drive implementation. Taken to increase the roller rocker arm structure over coal space and to improve the efficiency of loading coal, and the corresponding levels of gears and shafts for the design calculations and the corresponding check, the results meet the design requir

8、ements. Keywords：Shearer； cutting unit； planetary bodies 目 錄 1 緒論 1 1.1引言 1 1.2采煤機簡述 1 1.3采煤機國內(nèi)外發(fā)展情況及現(xiàn)狀 2 1.3.1國內(nèi)發(fā)展歷程 2 1.3.2國外發(fā)展歷程 3 1.4采煤機的發(fā)展趨勢 4 1.4.1國內(nèi)采煤機發(fā)展趨勢 4 1.4.2.國際采煤機發(fā)展趨勢 5 2. 總體設(shè)計 6 2.1采煤機主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備 6 2.1.1適用煤層 6 2.1.2整機主要參

9、數(shù)的確定 6 2.1.3各電機的主要參數(shù) 7 2.1.4采煤機牽引型式的選擇 7 2.2截割部的設(shè)計及計算 7 2.2.1采煤機截割部形式 7 2.2.2電動機的選擇 7 2.3總傳動比的確定和總傳動比的分配 8 2.3.1總傳動比的確定 8 2.3.2總傳動比的分配 8 2.4截割部傳動效率及輸出功率計算 9 2.4.1傳動效率： 9 2.4.2 各軸轉(zhuǎn)速計算 10 2.4.3 各軸功率計算 10 2.4.4各軸扭矩計算 10 2.4.5 數(shù)據(jù)匯總 10 3. 搖臂齒輪設(shè)計計算與強度校核 11 3.1 兩級圓柱齒輪減速機構(gòu)設(shè)計與校核計算 11 3.1.1齒輪

10、1和齒輪2設(shè)計校核 11 3.1.2 第二級圓柱齒輪設(shè)計與校核計算 15 3.2 兩級行星齒輪減速機構(gòu)設(shè)計與校核計算 20 3.2..1 高速級行星齒輪減速機構(gòu)設(shè)計與校核計算 20 3.2.2 低速級行星齒輪減速機構(gòu)設(shè)計與校核計算 30 4 搖臂傳動軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 40 4.1 截一軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 40 4.1.1 截一軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 40 4.1.2 截一軸強度校核計算 41 4.1.3 截一軸軸承校核計算 43 4.1.4 截一軸花鍵的設(shè)計校核計算 44 4.2 惰一軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 47 4.2.1 惰一軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 47 4.2.2 惰一軸強度校核

11、計算 48 4.2.3軸承的選取與校核計算 49 4.3 截二軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 49 4.3.1 截二軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 49 4.3.2 截二軸強度校核 50 4.3.3 截二軸軸承設(shè)計計算及校核 54 4.3.4 截二軸花鍵的設(shè)計校核計算 55 4.4 惰二軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 58 4.4.1 惰二軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 58 4.4.2 惰二軸強度校核計算 59 4.4.3 惰二軸軸承強度校核計算 59 4.5 截三軸結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 60 4.5.1 截三軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 60 4.5.2 截三軸強度校核計算 61 4.5.3 截三軸軸承校核計算 62 4.5.4 截三軸花

12、鍵的設(shè)計校核計算 63 5 行星機構(gòu)軸的設(shè)計校核計算 66 5.1 高速級軸的設(shè)計校核計算 66 5.1.1 太陽輪軸設(shè)計校核計算 66 5.1.2 行星輪處軸承校核計算 67 5.1.3 行星架接頭處花鍵設(shè)計校核計算 67 5.2 低速級軸的設(shè)計校核計算 71 5.2.1 太陽輪軸設(shè)計校核計算 71 5.2.2 行星輪處軸承校核計算 71 5.2.3 行星架接頭處花鍵設(shè)計校核計算 72 6 采煤機的維護和檢修 75 6.1采煤機的注油 75 6.1.1一般要求： 75 6.1.2 潤滑要求 75 6.2 日常維護 76 6.2.1日檢內(nèi)容： 76 6.2.2

13、周檢 76 6.2.3 季檢 76 6.2.4 大修 76 6.2.5 儲存 76 7 參考文獻(xiàn) 76 8.翻譯部分 77 英文原文 77 中文譯文 81 9 致 謝 84 1 緒論 1.1引言 煤炭是我國的主要能源，煤炭工業(yè)為國民經(jīng)濟發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。但是由于資源條件和能源科技發(fā)展水平?jīng)Q定，在未來的30-50年內(nèi)，一切新能源都不能普遍取代礦物燃料，因此礦物能源仍將是人類的主要能源。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是世界經(jīng)濟對能源的旺盛需求，世界煤炭開采技術(shù)也得到迅猛的發(fā)展。在新技術(shù)革命的帶動下，煤礦開采技術(shù)與裝備技術(shù)迅速發(fā)展，高生產(chǎn)能力、高性能的開采技術(shù)設(shè)備是采

14、礦行業(yè)的未來目標(biāo)采煤機械化是最終發(fā)展的必然。所以如何提高采煤效率以滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)中迅猛發(fā)展的經(jīng)濟對能源的需要就成了十分迫切的要求。 按煤層賦存的條件，對煤炭的開采可以分為露天開采和地下開采。采煤方法不同，所使用的采煤機械也不同。目前國內(nèi)外采用這些采煤方法的國家所用采煤機械，絕大多數(shù)是滾筒式采煤機、刨煤機和掘進機，只有少數(shù)先進的煤礦采用薄煤層采煤機等設(shè)備。 近年來，我國采煤機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截止2010年全國采煤機械生產(chǎn)企業(yè)已多達(dá)24家，產(chǎn)銷量約800多臺，產(chǎn)能達(dá)到1500臺左右。從國內(nèi)煤機競爭態(tài)勢來看，我國煤機制造企業(yè)受計劃經(jīng)濟時代影響發(fā)展緩慢，不僅技術(shù)水平較低，而且產(chǎn)品單一。雖然近年

15、技術(shù)提升很快，但是與國外煤機巨頭相比，我國煤機裝備整機的可靠性和穩(wěn)定性仍然不強，缺乏行業(yè)的頂尖品牌，在資金實力和技術(shù)研發(fā)能力上與國際先進水平還有一段差距，在露天煤礦采掘設(shè)備的生產(chǎn)方面與國外差距較大，大而不強是我國煤機行業(yè)當(dāng)前的真實寫照。 1.2采煤機簡述 采煤機有不同的分類方式。一般按工作機構(gòu)形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C。國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的是滾筒采煤機。 滾筒采煤機是機械化采煤的重要設(shè)備，直接決定采煤的效率和成本，具有大功率、大質(zhì)量、高產(chǎn)量、較強破巖過地質(zhì)構(gòu)造能力、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、便于維護和安裝等特點，在所有機械化采煤設(shè)備中的使用量占到90%以上。滾筒采煤機的類型很多，可按滾筒數(shù)

16、目、行走機構(gòu)形式、行走驅(qū)動裝置的調(diào)速傳動方式、行走部布置位置、機身與工作面輸送機配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類。 按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機，其中雙滾筒采煤機應(yīng)用最普遍。按行走機構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機。按行走驅(qū)動裝置的調(diào)速方式分機械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機。按機身與工作面輸送機的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割電動機縱向布置在搖臂或機身上的采煤機和截割電動機橫向布置在機身上的采煤機、截割電動機橫向布置在搖臂上的采煤機。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機。按適用的煤層

17、傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機。 雙滾筒采煤機主要由截割部、牽引部、中間控制箱和附屬裝置等組成。 截割部包括搖臂和螺旋滾筒兩部分，是把煤從煤體上破落下來并兼有裝煤功能的采煤機部件。雙滾筒采煤機有兩個截割部。每個截割部中，搖臂主要起減速、傳動、改變采高的作用；滾筒旋轉(zhuǎn)直接作用于煤壁，靠安裝其上的截齒破煤，并利用螺旋葉片將破落下來的煤輸送到與采煤機配套的刮板輸送機上。 牽引部為行走部的動力源和傳動部分，牽引方式不同其動力源也不同，主要有液壓牽引和電牽引兩種形式，靠固定箱下邊的滑靴與布置在工作面的刮板輸送機滑軌接觸，并被支撐。 行走部是直接移動采煤機的裝置。它利用牽引電機或液壓馬達(dá)輸出的

18、動力經(jīng)減速后，傳到行走箱的行走輪，與刮板輸送機上銷軌相嚙合，使采煤機行走，可以實現(xiàn)無極調(diào)速，即在截割過程中隨著截割煤層的硬度不同而改變牽引速度。 中間控制箱為整臺采煤機的控制部分和動力源部分。 附屬裝置包括增壓系統(tǒng)、供水滅塵裝置和電纜拖移裝置。 采煤機工作時，一方面由牽引電機提供的動力經(jīng)固定箱、行走箱帶動行走輪轉(zhuǎn)動，使采煤機做牽引運動；一方面由截割電機產(chǎn)生的動力經(jīng)搖臂傳遞到螺旋滾筒，螺旋滾筒做旋轉(zhuǎn)運動，并帶動截齒截割煤巖，截落的煤巖經(jīng)螺旋葉片傳送到刮板輸送機上。在整個過程中，截割部消耗的能量占整機耗能的90%，而截割部所耗能量，主要用于截齒截割煤巖。 1.3采煤機國內(nèi)外發(fā)展情況及現(xiàn)狀

19、 1.3.1國內(nèi)發(fā)展歷程 1.購進與仿制 世界上第一臺采煤機是蘇聯(lián)于1932年生產(chǎn)并在頓巴斯煤礦開始使用的。我國于1952年購進并使用頓巴斯采煤機(當(dāng)時稱采煤康拜因)。與此同時，雞西煤礦機械廠開始進行仿制工作，于1954年制造出中國第一臺深截式采煤機，即頓巴斯一1型采煤康拜因。其截割部采用截鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C構(gòu)，由框形截盤、截鏈(圖1一1)和截齒等組成;牽引部工作機構(gòu)為鋼絲繩牽引，傳動系統(tǒng)通過齒輪傳動，利用牙嵌式離合器進行有級調(diào)速，為純機械式傳動，所用電動機為風(fēng)冷防爆電動機。 2.消化與研制灘 20世紀(jì)60年代初，在頓巴斯一1型采煤康拜因的基礎(chǔ)上，我國開始自行研制生產(chǎn)采煤機，1964年生產(chǎn)出M

20、LQ一64型采煤機，1968年生產(chǎn)出MLQ1一80型淺截式單滾機，稱為我國第二代采煤機。第二代采煤機采用螺旋式滾筒，要比調(diào)高，牽引部工作機構(gòu)為鋼絲繩牽引，雙鼠籠式防爆外部風(fēng)冷電動機 3.振興與發(fā)展 我國于20世紀(jì)60年代末70年代初開始研制第三代采煤機：雙滾筒采煤機。1975年生產(chǎn)的MLS3-170型采煤機，實現(xiàn)了滾筒采煤機由單滾筒向雙滾筒的飛躍。采煤機的兩個可調(diào)高滾筒放在采煤機的兩端利用搖臂調(diào)高;采用圓環(huán)鏈牽引機構(gòu)，牽引部液壓系統(tǒng)采用斜軸式軸向柱塞變量泵和斜軸式軸向柱塞定量馬達(dá);采用了雙鼠籠式防爆型外殼水冷電動機。MXA一300型采煤機是西安煤礦機械廠于1983年生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾

21、筒采煤機。目前，我國生產(chǎn)的液壓無鏈牽引采煤機最有代表性的是MG系列，包括MG300 、MG200和MG150系列。MG300系列采煤機由上海煤礦機械研究所設(shè)計，雞西煤礦機械廠制造，1986年生產(chǎn)出第一臺，具有同期國際水平，現(xiàn)已廣泛使用。 4.近期開發(fā) 國外寸1976年研制出第一臺電牽引采煤機，電牽引采煤機是直接對電動機調(diào)速，以獲得不同的牽引速度，使?fàn)恳看蟠蠛喕?，采川固體元件，具有抗污染能力強，故障率小，壽命長和效率高等特點。1994年由上海煤礦機械研究所設(shè)計，雞西煤礦機械廠生產(chǎn)出我國第一臺MG463一DW型交變頻電牽引采煤機。電牽引采煤機成為我國第四代采煤機。第四代采煤機采用

22、多電動機驅(qū)動，橫向布置，電控為機載方式，整機為無底托架，整體積木式組合結(jié)構(gòu)，各部件間為干式對接，對接面間無任何機械或液壓連帶關(guān)系;主控制器采用了計算機技術(shù)，使系統(tǒng)性能可靠，抗干擾能力強，具有完備的保護、故障診斷和顯示功能，并可根據(jù)需要實現(xiàn)無線電遙控。MG400/985一WD型電牽引采煤機是雞西煤礦機械廠于1998年自行研制開發(fā)的新一代大功率電牽引采煤機，適合在高產(chǎn)高效工作面使用。2004年，雞西煤礦機械有限公司又與淮南礦業(yè)集團聯(lián)合開發(fā)研制了MG610/1400一WD型橫向布置大功率升壓電牽引采煤機，成為國內(nèi)第一臺裝機功率大于1000 kW的大功率自替化采煤機。隨后，西安煤礦機械廠研制出MG65

23、0/1480一WD型、MG750/1910一WD型大功率電牽引采煤機;上海天地公司研制出MG650/1620一WD型、MG750/1845一WD型、MG900/2215一WD型大功率電牽引采煤機;太原礦山機械集團研制出MG750/1800一WD型大功率電牽引采煤機；雞西煤礦機械有限公司研制出MG6800/2040一WD型大功率電牽引采煤機。 1.3.2國外發(fā)展歷程 機械化采煤開始于20世紀(jì)60年代，是隨著采煤機械的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。20世紀(jì)40年代初期，英國,蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機，使工作面落煤、裝煤實現(xiàn)機械化。但當(dāng)時的采煤機工作機構(gòu)復(fù)雜，能耗大，效率低，加上工作面輸送機不能自移，所以生產(chǎn)受到

24、一定的限制。 20世紀(jì)50年代初期，美國、德國相繼，生產(chǎn)出了滾筒式采煤機、可彎曲刮板輸送機和單體液壓支柱，從而大大推進了采煤機械化技術(shù)的發(fā)展。滾筒式采煤機采用螺旋滾筒作為截割機構(gòu)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動并切人煤壁后，通過安裝在滾筒螺旋葉片上的截齒將煤破碎，并利用螺旋葉片把破碎下來的煤裝人工作面輸送機。但由于當(dāng)時采煤機上的滾筒是死滾筒，不能實現(xiàn)調(diào)高，因而限制了采煤機的使用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機為第一代采煤機。因此，20世紀(jì)50年代各國采煤機械化的主流還只是處于普通機械化水平，雖然在 1954年英國已研制出了自移式液壓支架，但由于采煤機和可彎曲刮板愉送機尚不完善，綜采技術(shù)僅儀處在開始

25、試驗階段 20世紀(jì)60年代是世界綜采技術(shù)的發(fā)展時期，第二代采煤機—單搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn).解決了采高調(diào)整問題，擴人了采煤機的適川范圍。這種采煤機的滾筒裝在可以上下擺動的搖臂上，通過擺動搖臂來調(diào)節(jié)滾筒的截割高度，使采煤機適應(yīng)煤層厚度變化的能力大大加強1964年，第三代采煤機—雙搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn)，進一步解決了工作面自開切口的問題另外，液壓支架和可彎曲刮板輸送機技術(shù)的不斷完善，把綜采技術(shù)推向了一個新的水平，并在生產(chǎn)中顯示廠綜合機械化采煤的優(yōu)越性—高效、高產(chǎn)、安全和經(jīng)濟，因此各國競相采用綜采技術(shù)。 進人20世紀(jì)70年代，綜采機械化得到了進一步的發(fā)展和提高，綜采設(shè)備開始向大功率、高效率及完善性

26、能和擴大使用范圍等方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了功率為750一1000KW的采煤機，功率為900-1000 kW、生產(chǎn)能力達(dá)1500 t/h的刮板輸送機，以及工作阻力達(dá)1500 kN的強力液壓支架等。1970年采煤機無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及1976年出現(xiàn)的、第四代采煤機—電牽引采煤機，大大改善了采煤機的性能，并擴大了其使用范圍。 世界上第一臺直流(他勵)電牽引采煤機是由德國艾柯夫公司于1976年研制的EDW –l50 -2L型采煤機。該采煤機首次使用就顯示出電牽引的優(yōu)越性，即效率高，產(chǎn)量大，可靠隊高，其故障率儀為液壓牽引采煤機的1/5。同年，美國久益公司研制出了1LS直流(串勵)電牽引采煤機，以后

27、陸續(xù)改進發(fā)展為2LS, 3LS, 4LS系列；1996年生產(chǎn)的6LS05型采煤機，其總裝機功率為1530 kW ,是目前世界上功率較大的采煤機。英國于1984年生產(chǎn)了第一臺ELECTRA550型直流(復(fù)勵)電牽引采煤機，其后生產(chǎn)的ELECTRAI000型采煤機在1994年創(chuàng)下了年產(chǎn)408 x 10000 t商品煤的世界最高紀(jì)錄，其截割牽引速度達(dá)25 m/min。 在電牽引采煤機的發(fā)展歷史中，世界上許多國家先是發(fā)展直流電牽引，而后逐步發(fā)展交流調(diào)速電牽引。1986年，日本三井三池制作所研制出世界上第一臺交流電牽引采煤機( MCL400一DR6868型)。直流電牽引技術(shù)能滿足采煤機牽引特性(恒扭矩

28、一恒功率)的要求，調(diào)速平穩(wěn)，能四象限運行，適應(yīng)大傾角工作面的運行，系統(tǒng)簡單，但存在著火花、炭粉、更換電刷和換向器、過載能力較低以及機身較寬、較長等缺點。血交掀調(diào)速甩牢引采煤機的電動機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，堅固耐用，運行可靠，維護方便，無電刷和換向器，無火花和炭粉，耐震動，過載能力大。因此，交流調(diào)速電牽引采煤機已成為今后的發(fā)展方向，交流伺服系統(tǒng)已成為目前發(fā)展的主流方向。 1.4采煤機的發(fā)展趨勢 1.4.1國內(nèi)采煤機發(fā)展趨勢 我國從20 世紀(jì)80 年代末期, 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發(fā)了我國第1臺MG3442PWD薄煤層強力爬底板交流電牽引采煤機, 在大同局雁崖礦使用取得成功。借

29、助MG3442PWD 電牽引采煤機的電牽引技術(shù), 對液壓牽引采煤機進行技術(shù)更新。第1 臺MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機是在雞西煤礦機械廠生產(chǎn)的MG300 系列液壓牽引采煤機的基礎(chǔ)上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時, 在太原礦山機器廠生產(chǎn)的AM2500液壓牽引采煤機上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造MG375/8302WD 型電牽引采煤機。截止目前, 我國已形成5 個電牽引采煤機生產(chǎn)基地, 雞西煤礦機械廠、太原礦山機器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機, 西安煤礦機械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 我國近期開發(fā)的電牽引采煤機有以

30、下特點: (1) 多電機驅(qū)動橫向布置電牽引采煤機。截割電機橫向布置在搖臂上, 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 (2) 總裝機功率、牽引功率大幅度提高, 供電電壓(對單個電機400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機性能。 (3) 電牽引采煤機以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位, 部分廠商同時也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 (4) 主機身多分為3 段, 取消了底托架, 各零部件設(shè)計、制造強度大大提高, 部件間用高強度液壓螺母聯(lián)接, 拆裝方便, 提高了整機的可靠性。 (5) 電控技術(shù)研究和采煤機電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進

31、了一大步, 功能逐步齊全, 無線電隨機控制研制成功, 數(shù)字化、微機的電控裝置已進入試用階段。 (6) 在橫向布置的截割電機上, 設(shè)計使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸,改善了傳動件的可靠性, 對提高采煤機的整體可靠性和時間利用率起到了積極作用。 (7) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究, 推進了我國的滾筒及截齒制造技術(shù),開發(fā)研制的耐磨滾筒,可適用于截割f = 3～4 的硬煤。具有使用中軸向力波動小,工作平穩(wěn)性好,塊煤率高,能耗低等優(yōu)點。 1.4.2.國際采煤機發(fā)展趨勢 國際上電牽引采煤機的技術(shù)發(fā)展有如下幾個特點: 　 (1) 裝機功率和截割電動機功率有較大幅度增加，為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采

32、工作面快速割煤的需要, 不論是厚、中厚和薄煤層采煤機, 均在不斷加大裝機功率(包括截割功率和牽引功率) 。裝機功率大都在1000kW 左右, 單個截割電機功率都在375kW以上, 最高達(dá)600kW。直流電牽引功率最大達(dá)2 ×56kW , 交流電牽引功率最大達(dá)2 ×60kW。 (2) 電牽引采煤機已取代液壓牽引采煤機而成為主導(dǎo)機型。 世界各主要采煤機廠商20 世紀(jì)80 年代都已把重點轉(zhuǎn)向開發(fā)電牽引采煤機, 如德國艾柯夫公司是最早開發(fā)電牽引采煤機的, 80 年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機, 研制出EDW 系列電牽引采煤機, 90 年代又研制成功交流直流兩用SL300

33、 、SL400 、SL500 型采煤機。交流電牽引近幾年發(fā)展很快, 由于技術(shù)先進,可靠性高、簡單, 有取代直流電牽引的趨勢。自日本80 年代中期研制成功第1 臺交流電牽引采煤機,至今除美國外, 其它國家如德國、英國、法國等都先后研制成功交流電牽引采煤機, 是今后電牽引采煤機發(fā)展的新目標(biāo)。 (3) 牽引速度和牽引力不斷增大　 液壓牽引采煤機的最大牽引速度為8m/ min 左右, 而實際可用割煤速度為4 ～5m/ min , 不適應(yīng)快速割煤需要。電牽引采煤機牽引功率成倍增加, 最大牽引速度達(dá)15～20m/ min , 美國18m/ min 的牽引速度很普遍,美國喬依公司的1 臺經(jīng)改進的4LS 采

34、煤機的牽引速度高達(dá)2815m/ min。由于采煤機需要快速牽引割煤, 滾筒截深的加大和轉(zhuǎn)速的降低, 又導(dǎo)致滾筒進給量和推進力的加大, 故要求采煤機增大牽引力, 目前已普遍加大到450～600kN , 現(xiàn)正研制最大牽引力為1000kN 的采煤機。 (4) 多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā)展。 70 年代中期僅有美國的LS 系列采煤機、西德EDW215022L22W 型采煤機采用多電機驅(qū)動, 機械傳動系統(tǒng)彼此獨立, 部件之間無機械傳動, 取消了錐齒輪傳動副和復(fù)雜通軸, 機械結(jié)構(gòu)簡單, 裝拆方便。目前, 這類采煤機既有電牽引, 也有液壓牽引, 既有中厚煤層用大功率, 也有薄煤層的, 有取代傳

35、統(tǒng)的截割電動機縱向布置的趨勢。 (5) 滾筒的截深不斷增大　牽引速度的加快,支架隨機支護也相應(yīng)跟上, 使機道空頂時間縮短,為加大采煤機截深創(chuàng)造了條件。10 年前滾筒采煤機截深大都是630 ～ 700mm , 現(xiàn)已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美國正在考慮采用1500mm 截深的可能性。 (6) 普遍提高供電電壓　 由于裝機功率大幅度提高, 為了保證供電質(zhì)量和電機性能, 新研制的大功率電牽引采煤機幾乎都提高供電電壓, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美國現(xiàn)有長壁工作面中, 45 %以上的電牽引采煤機供電電壓為≥2300V。 (7)

36、 有完善的監(jiān)控系統(tǒng)　包括采用微處理機控制的工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動控制系統(tǒng); 就地控制、無線電隨機控制, 并已能控制液壓 支架、輸送機動作和滾筒自動調(diào)高。 (8) 高可靠性　據(jù)了解美國使用的EL ECTRA 1000 型采煤機的時間利用率可達(dá)95 %～98 % ,采煤量350 萬t 以上,最高達(dá)1000 萬t 。 現(xiàn)在電牽引采煤機已是國際主異機型，不僅可控硅控制調(diào)速的直流電牽引已發(fā)展成系列產(chǎn)品，而且已經(jīng)開發(fā)出廠多款交流調(diào)速電牽引采煤機，其發(fā)展趨勢是電牽引采煤機將逐步代替液壓牽引采煤機。電牽引采煤機既可以實現(xiàn)采煤機要求的工作特性，而且更容易實現(xiàn)檢測和控制自動化，又可以克服液壓牽引

37、采煤機加工精度要求高、工作液體易被污染、維修較困難以及工作可靠性較差和傳動效率較低等缺點，還便于實現(xiàn)工況參數(shù)顯示和故障顯示。我國也已成功研制了MG344一PWD型交流電牽引爬底板薄煤層采煤機和MGA463 DW型直流電牽引采煤機等。 電牽引采煤機經(jīng)過25年的發(fā)展，技術(shù)已趨成熟。新一代大功率電牽引采煤機已集中采用了當(dāng)今世界最先進的科學(xué)技術(shù)成為具有人工智能的高自動化機電設(shè)備代替液壓牽引已成必然。技術(shù)發(fā)展趨勢可簡要歸結(jié)如下: ⑴電牽引系統(tǒng)向交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)發(fā)展。 ⑵結(jié)構(gòu)形式向多電機驅(qū)動橫向布置發(fā)展。 ⑶監(jiān)控技術(shù)向自動化、智能化、工作面系統(tǒng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。 ⑷性能參數(shù)向大功率、高參數(shù)

38、發(fā)展。 ⑸綜合性能向高可靠性和高利用率發(fā)展。 國內(nèi)電牽引采煤機研制方向與國際發(fā)展基本一致經(jīng)過近15年的研究，已取得較大進展但離國際先進水平特別是在監(jiān)控技術(shù)及可靠性方面尚有較大差距，必須進行大量的技術(shù)和試驗研究。 今后，國際采煤機機械化的發(fā)展方向是：不斷完善各類采煤設(shè)備，使之達(dá)到高產(chǎn)、高效、安全、經(jīng)濟;向遙控及自動控制發(fā)展，逐步過渡到無人工作面采煤；提高單機的可靠性，并使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化；研制厚、薄及急傾斜等難采煤層的機械化設(shè)備；解決端頭技術(shù)，研制工作面巷道與工作面端部連接處的設(shè)備等，以進一步提高工作面產(chǎn)量和安全性。 現(xiàn)在，我國已生產(chǎn)出適合緩傾斜中厚及薄煤層的多種采煤機械，完全能

39、滿足今后采煤機械化發(fā)展的需要。此外，進一步發(fā)展電牽引采煤機已列人我國重要科技攻關(guān)計劃。 2. 總體設(shè)計 2.1采煤機主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備 2.1.1適用煤層 采高范圍 2.7～5.5m 煤層傾角 ≤15° 煤質(zhì)硬度 硬或中硬 2.1.2整機主要參數(shù)的確定 最大計算生產(chǎn)能力 4800 t/h 采高

40、 2700～5500 mm 裝機功率 2×750 +2×110+40+150 KW 供電電壓 3300V 滾筒直徑 Φ2700 mm 搖臂擺動中心距 8550 mm 截深 800 mm 牽引力 1000～500 KN 牽引速度

41、 15 m/min（0～11.5～23m/min） 2.1.3各電機的主要參數(shù) 電動機 型 號 功 率 (KW) 電 壓 (V) 轉(zhuǎn) 速 (r/min) 冷卻水量 (L/min) 水壓 (MPa) 截割電機 YBCS—750 750 3300 1485 35 1.5 牽引電機 YBQYS-110 110 460 0-2940 20 1.5 調(diào)高電機 YBRB-40(G) 40 3300 1470 15 1.5 破碎電機 YBC3-150 150 3300 1470 20

42、 1.5 2.1.4采煤機牽引型式的選擇 牽引型式 交流變頻調(diào)速、電機驅(qū)動齒輪銷軌式無鏈牽引 牽引力 1000～500 kN 牽引速度 0～11.5～23 m/min 牽引部總減速比（含行走箱速比） 206.316 2.2截割部的設(shè)計及計算 2.2.1采煤機截割部形式 搖臂長度 2950 mm 搖臂擺角 -28°～＋45° 總減速比

43、 60.23 滾筒直徑 Φ2700 mm 滾筒線速度 3.45 m/s 滾筒轉(zhuǎn)速 25.36r/min 2.2.2電動機的選擇 設(shè)計要求截割部功率為750KW，根據(jù)具體工作環(huán)境情況，電機必須具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，而且電機工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，效率高。所以選擇由撫順廠生產(chǎn)的采煤機用隔爆型三相異步電動機，型號為YBCS-750；其主要技術(shù)參數(shù)如下： 1. 型 式：YBCS-750； 2. 額定

44、功率：750KW； 3. 額定電壓：3300 V； 4. 額定電流：153 A； 5. 接線方式：Y； 6. 額定頻率：50 Hz； 7. 額定轉(zhuǎn)速：1485 r/min； 8. 冷卻水量：； 9. 冷卻水壓：； 10.冷卻水溫：； 11.外形尺寸：1188 500 1025 mm 12.質(zhì)量:3060 kg 該電動機輸出扭矩軸上帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給齒輪減速機構(gòu)。 2.3總傳動比的確定和總傳動比的分配 2.3.1總傳動比的確定 已知電動機的額定轉(zhuǎn)速=1485 r/min。根據(jù)厚煤層采煤機螺旋滾筒轉(zhuǎn)速低至20～30 r/min，這里取。

45、 總傳動比： =/=1485/25.36=58.56 假設(shè)兩級直齒輪傳動和兩級行星齒輪傳動的傳動比分別為、、、?？倐鲃颖鹊扔诟鱾鲃又e，即 ...==58.56 該電動機輸出扭矩軸上帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給齒輪減速機構(gòu)。 2.3.2總傳動比的分配 在進行多級傳動系統(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： 如果把傳動比分配的合理時，傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但若分配不合

46、理，其結(jié)果正好相反，因此分配傳動比時要考慮以下幾條原則： 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，使減速器獲得最小的外形; 2) 各級傳動間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱； 3) 各傳動件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞； 4) 所有傳動零件應(yīng)便于安裝。 5) 使各級傳動的承載能力接近相等，即達(dá)到等強度。 6) 使各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。 由于采煤機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構(gòu)的傳動比。 截割部分

47、傳動系統(tǒng)圖如圖2.3.2-1：截割部電機通過漸開線花鍵副和齒輪1相連，齒輪2、齒輪3、齒輪4、齒輪5為墮輪，齒輪6通過齒形聯(lián)軸器和雙級行星輪（NWG）高速級的中心輪相連接。 二級圓柱齒輪減速的推薦傳動比范圍為（淬硬齒輪），單級行星齒輪減速器的傳動比范圍為，考慮到減速范圍和采煤機的尺寸要求，暫定二級圓柱齒輪機構(gòu)的傳動比為，兩級行星齒輪減速的傳動比 對展開式二級圓柱齒輪減速機構(gòu)，為保證其高低速級大齒輪浸油深度大致相近，各級強度大致相當(dāng)，并受到采煤機外形尺寸的限制,對圓柱齒輪減速部分的傳動比分配如下： 對二級NGW型行星減速機

48、構(gòu)，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》，采煤機截割部中行星減速機構(gòu)的傳動比一般為4-6。對行星齒輪減速部分的傳動比分配如下： 總傳動比誤差 δ===0.295%<5% 滿足傳動比要求。 從電動機出發(fā)，各軸依次命名為軸1(接電動機)、軸2(惰軸)、軸3、軸4(惰軸)、軸5(惰軸)、軸6(惰軸)、軸7（高速級太陽輪軸）、軸8高速級行星架、軸9（低速級太陽輪軸）、軸10（低速級行星架）。 圖2.3.2-1 2.4截割部傳動效率及輸出功率計算 2.4.1傳動效率： 花鍵效率

49、 =0.98 軸承效率 =0.98 圓柱直齒輪傳動效率 =0.99 單級行星齒輪傳動效率 =0.9 2.4.2 各軸轉(zhuǎn)速計算 軸1 軸3 軸7 軸8 軸10 2.4.3 各軸功率計算 軸1 軸2 軸3

50、 軸4 軸5 軸6 軸7 軸8 軸9 軸10 2.4.4各軸扭矩計算 扭矩計算公式： 軸1： 軸2： 軸3 軸4 軸5 軸6 軸7 軸8 軸10

51、 2.4.5 數(shù)據(jù)匯總 將以上數(shù)據(jù)列于下表中。 搖臂傳動系統(tǒng)動力和運動參數(shù) 軸號 轉(zhuǎn)速n(r/min) 輸出功率P(kW) 輸出扭矩T(N.m) 傳動比 1 1485 720.30 4632.23 1.73× 1.50 3 858.38 664.44 7392.30 7 572.25 576.94 9628.27 8 127.17 565.40 42459.46 4.5 10 25.36 543.00 204481.47 5.0

52、 3. 搖臂齒輪設(shè)計計算與強度校核 3.1 兩級圓柱齒輪減速機構(gòu)設(shè)計與校核計算 齒輪傳動的失效形式主要發(fā)生在輪齒部位，其他部位很少失效。輪齒的主要失效形式包括輪齒折斷、齒面點蝕、齒面膠合、齒面磨損和塑性變形。由于磨損、塑性變形等的設(shè)計計算至今未建立完善的計算方法，所以目前一般齒輪的設(shè)計計算，通常按齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度計算。本次兩級圓柱齒輪減速機構(gòu)的設(shè)計采用齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算，齒根彎曲疲勞強度校核的方式。兩級行星傳動的設(shè)計采用相反的方式。以下計算參考程志紅主編《機械設(shè)計》和《機械設(shè)計手冊》第四版。 3.1.1齒輪1和齒輪2設(shè)計校核 二級圓柱直齒輪傳動采用2級減速

53、，為加長搖臂的長度，齒輪2和齒輪3為完全一樣的惰輪，齒輪5、齒輪6和齒輪7為完全一樣的惰輪。可以參照已有相關(guān)采煤機設(shè)計，確定每級的傳動比和中心距，進而確定各級的幾何參數(shù)。 （1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 由于采煤機搖臂上齒輪運動速度較大，功率較大，故齒輪選用鑄鋼件。實踐證明，對于受沖擊載荷的齒輪，應(yīng)當(dāng)選用芯部沖擊韌性較好的材料。參考以往采煤機設(shè)計經(jīng)驗選擇齒輪材料 小齒輪 18Cr2Ni4WA 滲碳淬火 大齒輪 18Cr2Ni4WA 滲碳淬火 HRC 56-62 許用接觸應(yīng)力 = 式中：接觸疲勞極限查圖6

54、-4 = = 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由式6-7 其中：n ——齒輪轉(zhuǎn)速； j ——齒輪每轉(zhuǎn)一圈同一齒面的嚙合次數(shù)； ——齒輪的工作壽命； 接觸強度壽命系數(shù) 查圖6-5 ==1 接觸強度最小安全系數(shù) 通常為1-1.5

55、 則 =1650×1/1.25 許用彎曲應(yīng)力 = 彎曲疲勞極限 查圖6-7 彎曲強度壽命極限 查圖6-8 =1 彎曲強度尺寸系數(shù) 查圖6-9 =0.99 彎曲強度最小安全系數(shù) =1.4 則 （2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 確定齒輪精度等級

56、 估取圓周速度為4 m/s 參考表6.7，表6.8選取 Ⅱ公差組6級 小輪分度圓直徑 小齒輪齒數(shù) 暫取為23 大齒輪齒數(shù) 圓整為40 惰輪齒數(shù) 齒數(shù)比u 傳動比誤差 Δu/u=<5%

57、 滿足傳動比要求 齒寬系數(shù) 查表6.9，按齒輪相對軸承 為非對稱分布 材料彈性系數(shù) 查表6.4，都為鍛鋼 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查圖6-3(β=0，) 重合度系數(shù) 推薦值0.8~0.92 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表6.3（按具有輕微沖擊的工作特性） 動載系數(shù) 推薦值

58、1.05-1.4 齒間載荷分配系數(shù) 推薦值1.0~1.2 齒向載荷分配系數(shù) 推薦值1.0~1.2 所以 則 齒輪模數(shù) 按表6.6圓整 小輪分度圓直徑 圓周速度

59、 與估取值相近 齒寬 ,圓整 大齒輪齒寬 惰輪齒寬 小齒輪齒寬 （3）按齒根彎曲疲勞強度校核計算 由式6-10 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表6.3（按輕微沖擊的工作特性） 動載系數(shù) 推薦值1.05-1.4 齒間載荷分配系數(shù) 推薦值1.0-1.2 齒向載荷分配系數(shù) 推

60、薦值1.0-1.2 所以 K=1.96 齒形系數(shù) 查表6.5 小輪 惰輪 大輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查表6.5 小輪 惰輪

61、 大輪 重合度系數(shù) 重合度 其中 壓力角 所以 = 則 =

62、 = = 齒根彎曲強度滿足 （4）齒輪其他主要尺寸計算 惰輪分度圓直徑 312mm 大齒輪分度圓直徑 320mm 中心距

63、 根圓直徑 mm 頂圓直徑 3.1.2 第二級圓柱齒輪設(shè)計與校核計算 （1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 選擇齒輪材料 小齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火 大齒輪 20CrMnTi 滲碳淬火

64、 HRC 57-63 許用接觸應(yīng)力 = 式中：接觸疲勞極限查圖6-4 = = 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由式6-7 其中：n——齒輪轉(zhuǎn)速； j ——齒輪每轉(zhuǎn)一圈同一齒面的嚙合次數(shù)； ——齒輪的工作壽命； 接觸強度壽命系數(shù) 查圖6-5

65、 ==1 接觸強度最小安全系數(shù) 通常為1~1.5 則 =1500×1/1.3 許用彎曲應(yīng)力 = 彎曲疲勞極限 查圖6-7 彎曲強度壽命極限 查圖6-8 =1 彎曲強度尺寸系數(shù) 查圖6-9 =0.98 彎曲強度最小安全系數(shù) =1.4 則

66、 （2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 確定齒輪精度等級 估取圓周速度為 參考表6.7，表6.8選取 Ⅱ公差組7級 小輪分度圓直徑 小齒輪齒數(shù) 暫取為25 大齒輪齒數(shù) 圓取整 惰輪齒數(shù) 齒數(shù)比u 傳動比誤差 Δu/u=1.33%<5% 滿足傳動比要求 齒寬系數(shù) 查表6.9，按齒輪相對軸承 為非對稱分布 材料彈性系數(shù) 查表6.4，都為鍛鋼 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查圖6-3(β=0，) 重合度系數(shù) 推薦值0.8-0.92 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表6.3