薄煤層電牽引采煤機(jī)牽引部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1目 錄目 錄 .1第一章 緒論 .21.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究的意義 .21.2 采煤機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .31.2.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .31.2.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r .51.3 采煤機(jī)簡述 .71.3.1 采煤機(jī)的分類 .71.3.2 滾筒式采煤機(jī) .81.4 本文研究的內(nèi)容 .10第二章 MG150/345 型交流電牽引采煤機(jī) 112.1 產(chǎn)品概述 .112.2 主要用途及適用范圍 .122.3 主要特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù) .122.3.1 主要特點(diǎn) .122.3.2 主要技術(shù)參數(shù) .132.4 采煤機(jī)的維護(hù)檢修 .142.5 采煤機(jī)的使用環(huán)境條件 15第三章 采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì) .163.1 牽引部概述 .163.2 牽引傳動(dòng)部總體方案 .163.2.1 設(shè)計(jì)總則 .163.2.2 已知設(shè)計(jì)參數(shù) .163.2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .173.3 傳動(dòng)效率計(jì)算 .213.4 牽引部的主要參數(shù) .213.5 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) .22第一級(jí)增速圓柱直齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度效核 .22中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2第四章 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與校核 .284.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)概述 .284.1.1 齒輪傳動(dòng)的分類 .284.1.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn) .294.1.3 常用齒輪材料 .314.1.4 采煤機(jī)齒輪材料選用 .314.2 第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 .324.2.1 第一級(jí)行星齒輪的計(jì)算 .324.3 傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的校核 .434.3.1 齒輪 Z2 與軸聯(lián)接所用花鍵 43所以：花鍵強(qiáng)度校核通過。 .444.3.2 第二級(jí)行星傳動(dòng)內(nèi)齒圈與箱體聯(lián)接所用鍵 .444.3.3 第一級(jí)行星傳動(dòng)行星架支承軸承 .454.3.4 第二級(jí)行星傳動(dòng)行星架支承軸承 .454.3.5 牽三軸的強(qiáng)度校核 .46第五章 液壓制動(dòng)器及調(diào)高裝置 .525.1 液壓制動(dòng)器 .525.1.1 液壓制動(dòng)工作原理 .525.1.2 液壓制動(dòng)器的安裝 .525.1.3 液壓制動(dòng)器的故障分析與檢修 .535.2 調(diào)高裝置 .535.2.1 調(diào)高裝置功能 .535.2.2 調(diào)高裝置工作原理 .545.2.3 調(diào)高油缸 .54第六章 結(jié) 語 .566.1 全文總結(jié) .566.2 論文展望 .56參考文獻(xiàn) .57英文原文 .58中文譯文 .67中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)3致 謝 .72全套圖紙，加 153893706中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)4第一章 緒論1.1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究的意義為了提高工作面的生產(chǎn)效益，世界主要采煤國均紛紛致力于發(fā)展大型先進(jìn)的綜采設(shè)備， 取得了顯著的效果，綜采工作面的生產(chǎn)能力和效益均大幅度提高。我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)煤炭需求大幅度增加，年產(chǎn)超 600 萬 t 高產(chǎn)高效工作面得到快速發(fā)展，采煤機(jī)的市場需求日益增加。電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)的飛速發(fā)展，為開發(fā)集電力電子、信息采集、微機(jī)控制及智能監(jiān)測系統(tǒng)于一身的大采高重型電牽引采煤機(jī)創(chuàng)造了條件。我國在 90 年代初致力發(fā)展高產(chǎn)高效工作面，開發(fā)了日產(chǎn) 7000t 綜采成套設(shè)備， 但能真正實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的工作面依然較少，主要原因是受采煤機(jī)生產(chǎn)能力的限制，高產(chǎn)高效工作面要求采煤機(jī)具有高可靠性、大截割功率、大牽引力、大牽引速度， 并能較快發(fā)現(xiàn)故障和處理故障。當(dāng)時(shí)國產(chǎn)采煤機(jī)難以滿足高產(chǎn)高效工作面的使用要求。為此“九五”期間立題研制“MG150/ 345 型采煤機(jī)”(項(xiàng)目編號(hào):96 - 03)，并被列為原煤炭部重點(diǎn)項(xiàng)目。采煤機(jī)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的散熱條件，并具有靈活的操作性。設(shè)計(jì)搖臂要充分考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滾筒要針對(duì)采煤工作面地質(zhì)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的過斷層能力，電氣設(shè)計(jì)必須考慮過斷層強(qiáng)烈沖擊的影響。采煤機(jī)要有適當(dāng)?shù)闹亓靠箾_擊;同時(shí)要有足夠的牽引力過斷層。采煤機(jī)功率大，發(fā)熱量大，必須充分考慮各部件的散熱問題。為了適應(yīng)采煤工況要求，必須實(shí)現(xiàn)機(jī)載交流變頻， “一拖一”方式平衡牽引，并開發(fā)保護(hù)、監(jiān)測功能齊全、運(yùn)行可靠的程序。為使采煤機(jī)可靠運(yùn)行，必須解決機(jī)器聯(lián)結(jié)的松動(dòng)問題，除部件間中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)5用螺栓緊固外，采用多個(gè)高強(qiáng)度長螺桿和液壓螺母組合將機(jī)身三大段聯(lián)結(jié)起來形成一個(gè)剛性整體。根據(jù)國內(nèi)外大功率大采高電牽引采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)以及我國厚煤層的開采情況，分析大采高綜采工作面的生產(chǎn)能力和煤質(zhì)硬度與所需的采煤機(jī)截割功率、滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速、牽引速度、牽引功率、調(diào)高油缸推拉力等采煤機(jī)主要性能參數(shù)的關(guān)系，在可行性、可靠性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行比較，并考慮與已有采煤機(jī)部分元部件的互換，最后確定設(shè)計(jì) MG150 /345 型電牽引采煤機(jī)。總體結(jié)構(gòu)如 (圖 1.1) 。1.2 采煤機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國外采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r20 世紀(jì) 50 年代初，英國和德國研制出了滾筒式采煤機(jī)，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(shí)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(duì)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(duì)采煤機(jī)的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對(duì)煤層賦存條件的適應(yīng)性；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。這兩項(xiàng)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)。我國采煤機(jī)發(fā)展始于 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)。70 年代中后期，又制造出 MLS3-170 型雙滾筒采煤機(jī)。那時(shí)我國采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)： 裝機(jī)功率?。?有鏈牽引，輸出牽引力小； 牽引速度低； 自開切口差； 工作可靠性較差。到了 20 世紀(jì) 80 年代是我國采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期，當(dāng)時(shí)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)入了中國市場，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(shí)通過 20 世紀(jì) 70 年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)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。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，20 世紀(jì) 80 年代我國自行開發(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(gè)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，而且便于用戶中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)6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(yàn)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(yàn)，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(shí)，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)。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，之后電牽引采煤機(jī)則應(yīng)勢而出。最早的也是世界第一臺(tái)直流電牽引（他勵(lì)）采煤機(jī)是由德國艾柯夫公司 1976年研制的 EDW-150-2L 型采煤機(jī)，同年美國久益公司也研制出 1LS 直流（串勵(lì)）電牽引采煤機(jī)。近年來電牽引采煤機(jī)的使用日趨增多：1991 年報(bào)導(dǎo)美國電牽引采煤機(jī)占采煤機(jī)總量的 65，德國 51，澳大利亞 46；1994 年美國 98.7，只有一臺(tái)液壓牽引采煤機(jī)。我國也重視電牽引采煤機(jī)的發(fā)展，1987 年從美國久益公司引進(jìn)了 3LS 直流電牽引采煤機(jī) 2 臺(tái)，在鶴崗礦務(wù)局興安煤礦使用；1990 年我國雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)了 MG463DW 型直流電牽引采煤機(jī)：1994 年西安煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)了MXA-380 型直流電牽引采煤機(jī)，1996 年生產(chǎn)了 MXB-880 型直流電牽引采煤機(jī)。目前，我國采煤機(jī)也以電牽引為主流，它具有如下優(yōu)點(diǎn)： 牽引特性較好采煤機(jī)牽引負(fù)載特性在截割時(shí)多為恒轉(zhuǎn)矩特性，所需動(dòng)力機(jī)械特性為硬特性；調(diào)動(dòng)時(shí)是恒功率特性，所需動(dòng)力機(jī)械特性為軟特性。這對(duì)于電動(dòng)機(jī)或泵馬達(dá)系統(tǒng)只有調(diào)速才能滿足這種恒轉(zhuǎn)矩恒功率的負(fù)載特性，這種特性是人為機(jī)械特性，即負(fù)載的變化按人規(guī)定的規(guī)律來變化。 機(jī)械傳動(dòng)效率高電牽引沒有能量多次轉(zhuǎn)換問題，總效率可達(dá) 0.9 以上，而液壓牽引一般在 0.650.70。 牽引力大，牽引速度高中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)7液壓牽引性能指標(biāo)的提高，必須采用大功率液壓泵和液壓馬達(dá)，其壽命較短，可靠性較差，這也限制了截割功率進(jìn)一步增大。目前電牽引采煤機(jī)的牽引力可達(dá) 950KN；電牽引采煤機(jī)的牽引速度已達(dá)到：截割時(shí) 812m/min，最大可達(dá) 25 m/min，裝機(jī)總功率：電牽引已達(dá)到 1530KW，而液壓牽引為900KW 和 1000KW。 工作可靠性提高ELECTRA1000 電牽引采煤機(jī)在美國、英國、一些礦的可用率為9698；液壓牽引采煤機(jī)的可用率一般在 5060以下。 易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制由于微機(jī)控制的功能齊全、計(jì)算速度極快、與電牽引電控的電參數(shù)容易配合，因此，易于實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)測、機(jī)電保護(hù)、故障診斷、數(shù)據(jù)顯示。特別是動(dòng)態(tài)響應(yīng)很快，德國 EE23 電牽引部的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間只需持 30ms；而液壓牽引的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間一般在 1020s。 機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)較簡單電牽引采煤機(jī)采用了多電機(jī)和獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡化。特別是截割電動(dòng)機(jī)橫向布置，取消了壽命較短、傳動(dòng)效率較低、調(diào)整嚙合間隙較復(fù)雜圓錐齒輪。 生產(chǎn)率顯著提高由于牽引力大、牽引速度高、截割電動(dòng)機(jī)功率大，尤其是故障率非常低，因而使生產(chǎn)率大大提高。1.2.2 國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 電牽引采煤機(jī)已成為國內(nèi)采煤機(jī)的研究重點(diǎn)國內(nèi)從 90 年代初已逐步停止研究開發(fā)液壓牽引采煤機(jī)將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向電牽引采煤機(jī);通過交流、直流電牽引采煤機(jī)的對(duì)比研究，已基本確定以交流變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。電牽引替代液壓牽引，交流調(diào)速代替直流調(diào)速已成為國內(nèi)采煤機(jī)的發(fā)展方向。 裝機(jī)功率不斷增加為了滿足高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤對(duì)采煤機(jī)的高強(qiáng)度、高性能需要，不論是厚、中厚煤層還是薄煤層采煤機(jī)，其裝機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率)均在不斷加大，最大已達(dá) 1020kW，其中截割電機(jī)功率達(dá) 450k W，牽引電機(jī)功率達(dá) 2×50kW。 牽引速度和牽引力不斷增大電牽引采煤機(jī)最大牽引速度已達(dá) 14.5m/min，牽引力已普遍增大到450600kN。 電機(jī)橫向布置總體結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速近年來，我國基本停止了截割電左尼縱向布置采煤機(jī)的研制，新研制的采煤機(jī)中已廣泛采用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)。 控制系統(tǒng)日趨完善中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)8采煤機(jī)電氣控制功能逐步齊全，可靠性不斷提高，在通用性互換性和集成化等方面已有較大進(jìn)步；開發(fā)了可靠的防爆全中文界面的 PLC 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、監(jiān)測功能，以及故障記憶和診斷功能;研制成功井下無線電離機(jī)控制并得到推廣使用。 滾筒截深不斷增大目前已由 630mm 增至 800mm，預(yù)計(jì)今后可能增至 1000mm。 采煤機(jī)的可靠性將成為國產(chǎn)采煤機(jī)越來越重要的性能指標(biāo)隨著高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)和發(fā)展，要求采煤工作面逐步達(dá)到日產(chǎn) 7000 10000t 水平。采煤機(jī)及其系統(tǒng)的可靠性將成為影響礦井原煤產(chǎn)量關(guān)鍵因素越來越受到重視，成為中國采煤機(jī)越來越重要的綜合性能指標(biāo)。電牽引采煤機(jī)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(jī)已集中采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成為具有人工智能的高自動(dòng)化機(jī)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?dú)w結(jié)如下: 電牽引系統(tǒng)向交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)發(fā)展。 結(jié)構(gòu)形式向多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置發(fā)展。 監(jiān)控技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、工作面系統(tǒng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。 性能參數(shù)向大功率、高參數(shù)發(fā)展。 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(jī)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(jìn)展但離國際先進(jìn)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(jìn)行大量的技術(shù)和試驗(yàn)研究。90 年代是采煤機(jī)新技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代，電牽引技術(shù)、多電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流變頻調(diào)速技術(shù)、液壓緊固技術(shù)、工況監(jiān)測顯示技術(shù)等不斷發(fā)展。1994 年由上海煤礦機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)出我國第一臺(tái) MG463-WD 型交變額電牽引采煤機(jī)，性能良好，電牽引采煤機(jī)成為我國第四代采煤機(jī)。如圖 1.6 所示，該型采煤機(jī)采用多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，橫向布置，易安裝和維護(hù)，電控為機(jī)載方式，結(jié)構(gòu)緊湊，整機(jī)為無底托架、整體積木式組合結(jié)構(gòu)，各部件間為干式對(duì)接，對(duì)接面間無任何機(jī)械或液壓連帶關(guān)系。主控制器采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，使系統(tǒng)性能可靠，抗干擾能力強(qiáng)，具有完備的保護(hù)、故障診斷和顯示功能，并可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)無線電搖控。截割部為整體搖臂結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)截割部整體調(diào)高，使得該機(jī)整體強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)緊湊合理，外形美觀對(duì)稱。搖臂采用外水套冷卻及內(nèi)部分腔潤滑措施，冷卻效果好，解決了大傾角時(shí)傳動(dòng)齒輪的潤滑問題，牽引部行走機(jī)構(gòu)為擺線輪一銷軌無鏈牽引。進(jìn)入 21 世紀(jì)，隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和高新技術(shù)的不斷應(yīng)用和發(fā)展，采煤機(jī)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，本世紀(jì)初，大傾角電牽引采煤機(jī)、短壁電牽引采煤機(jī)相繼研制成功，標(biāo)志著我國采煤機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù)己處于國際先進(jìn)水平；能量回饋型四象限交流變頻技術(shù)、中壓開關(guān)磁阻調(diào)速、中壓電磁調(diào)速、中壓變頻調(diào)速等調(diào)速技術(shù)在采煤機(jī)的相繼應(yīng)用，標(biāo)志著我國采煤機(jī)電氣調(diào)速技術(shù)已中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)9接近國際水平。截止目前，我國已形成 4 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地，分別為：雞西煤礦機(jī)械廠、太原礦山機(jī)器、上海天地科技和西安煤礦機(jī)械廠。主要技術(shù)參數(shù)見表 1.1。表 1.1 國產(chǎn)采煤機(jī)主要技術(shù)特征和使用概況生產(chǎn)廠家 上海天地科技 西安煤礦機(jī)械廠 雞西煤礦機(jī)械廠 太原礦山機(jī)器型號(hào)MG 750/1815-GWDMG 800/1915-GWDMG 900/2215-GWDMG 800/1910-WDMG 850/2040-WDMGTY 750/1800-3.3D截高 2.85.3 2.85.2 2.85.5 2.85.5截深 0.81.0 0.81.0 0.81.0 0.81.0截割功率 750 750 900 800 850 750牽引功率 90 110 110 110 120 90泵站功率 35 40 40 35破碎功率 100 160 160 150 160 100裝機(jī)功率 1 815 1 915 2 215 1 910 2 040 1 800變頻器 安川 CIMRG7 ABB ACS 800 ABB ACS 800 ABB ACS 800故障診斷檢測 較全面 較簡單 較全面 較全面主控 工控機(jī) CAN 總線 PLC 工控機(jī) CAN 總線 工控機(jī) CAN 總線遠(yuǎn)程通訊 有 無 有 有記憶截割 有 無 有 有1.3 采煤機(jī)簡述1.3.1 采煤機(jī)的分類滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速傳動(dòng)方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送乳汁機(jī)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(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。按行走機(jī)構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速方式分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)（通常簡稱機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引采煤機(jī)） 。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機(jī)。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)10按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割（主）電動(dòng)機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割（主）電動(dòng)機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。1.3.2 滾筒式采煤機(jī)滾筒式采煤機(jī)是一種銑削式淺截深采煤機(jī)，它由截割部分、牽引部分和動(dòng)力部分組成。截割部分包括工作機(jī)構(gòu)和減速器，牽引部分包括行走機(jī)構(gòu)（鏈輪、牽引鏈及其拉緊裝置）和液壓傳動(dòng)裝置，動(dòng)力部分包括電動(dòng)機(jī)和電氣控制箱。另外，還有輔助裝置，包括底托架、電纜架、噴霧裝置和信號(hào)照明等設(shè)備。滾筒采煤機(jī)適于在煤層厚度變化小、無夾石、地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層傾角 15°以下、頂板易于管理的條件下使用。傾角較大時(shí)，需裝防滑裝置。滾筒采煤機(jī)騎在可彎曲刮板輸送機(jī)上工作，沿工作面往返運(yùn)行。螺旋式滾筒上裝有按一定規(guī)律排列的截齒。滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，截齒按一定順序在煤體上先后截出很多溝槽，使溝槽之間的煤體破落，通過滾筒旋葉和弧形擋煤板裝入輸送機(jī)。滾筒直徑為測量到截齒齒尖的截割直徑。根據(jù)滾筒數(shù)目，滾筒式采煤機(jī)可以分為單滾筒和雙滾筒兩種：（1）單滾筒采煤機(jī)單滾筒采煤機(jī)的進(jìn)刀方式有三種： 先進(jìn)刀后移機(jī)頭，一般采用斜切進(jìn)刀，這種方式簡單易行，但進(jìn)刀時(shí)間長； 先移機(jī)頭后進(jìn)刀，能充分利用工時(shí)，但開缺口工作量大； 進(jìn)刀同時(shí)移機(jī)頭，進(jìn)刀簡單，時(shí)間短，但需強(qiáng)力推移輸送機(jī)的設(shè)備。割煤方式有兩種： 單向采煤，采煤機(jī)上行進(jìn)一刀割煤，下行裝煤。優(yōu)點(diǎn)是能充分利用機(jī)器裝煤，效率高，但工作面割一刀時(shí)間長，頂板懸露時(shí)間長，一般適用于頂板穩(wěn)定、采高較大、裝余煤量大的煤層。 雙向采煤，往返各進(jìn)一刀。優(yōu)點(diǎn)是能提高工時(shí)利用率，工作面生產(chǎn)能力大，支護(hù)頂板及時(shí)，工序緊湊，但采高大時(shí)清浮煤工作量大。（2）雙滾筒采煤機(jī)雙滾筒采煤機(jī)為一次采全厚，采煤機(jī)兩端各有一個(gè)滾筒。前滾筒在上割頂煤，后滾筒在下割底煤。兩滾筒一般相背旋轉(zhuǎn)，司機(jī)左側(cè)滾筒用左螺旋，司機(jī)右側(cè)滾筒用右螺旋。也可相向旋轉(zhuǎn)，司機(jī)左側(cè)滾筒用右螺旋，司機(jī)右側(cè)滾筒用左螺旋。一般采用雙向采煤，先進(jìn)刀后移機(jī)頭的斜切進(jìn)刀方式；也可采用進(jìn)刀同時(shí)移機(jī)頭的正切進(jìn)刀方式。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)111-截割部；2-軸承架； 3-牽引部；4-動(dòng)力箱；5-中間箱；6-液壓裝置圖 1.1 采煤機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖如圖 1.1 所示，該采煤機(jī)主要由牽引部、截割部、電動(dòng)機(jī)和附屬裝置等部分組成。電動(dòng)機(jī)是采煤機(jī)的動(dòng)力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)截割部和牽引部。采煤機(jī)的電機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動(dòng)機(jī)的尺寸。牽引部通過其主動(dòng)齒輪與固定在工作面輸送機(jī)一側(cè)的銷軌嚙合，使采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。左右截害 U 部減速箱將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂的齒輪，驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。滾筒是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機(jī)中。為提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板，它可以根據(jù)不同的采煤方向來回旋轉(zhuǎn)180°。在采煤機(jī)兩個(gè)牽引部主動(dòng)齒輪的對(duì)面分別有兩個(gè)滑靴，通過它們將采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)上。這兩個(gè)滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以保證采煤機(jī)的可靠導(dǎo)向。底托架內(nèi)的調(diào)高油缸可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)來煤機(jī)的采高。調(diào)斜油缸用于調(diào)整采煤機(jī)的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平時(shí)的截割要求。電器控制箱內(nèi)部裝有各種電控元件。用于采煤機(jī)的各種電氣控制和保護(hù)。此外為降低電動(dòng)機(jī)和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機(jī)設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機(jī)的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi)，并由采煤機(jī)拉動(dòng)在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。采煤機(jī)的工作是通過一邊截割部滾筒割煤、裝煤，一邊牽引部驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)向前移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。（3）滾筒式采煤機(jī)特點(diǎn)滾筒式采煤機(jī)具有以下特點(diǎn)：1）使用范圍廣。滾筒采煤機(jī)對(duì)煤層地質(zhì)條件的要求較低，對(duì)于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質(zhì)的頂板等煤層條件，采煤機(jī)都能適應(yīng)；2）調(diào)高方便，免開缺口；中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)123）功率大、生產(chǎn)率高、工作可靠；4）操作方便并有完善的保護(hù)、監(jiān)測系統(tǒng)；5）向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展。但是滾筒采煤機(jī)也有其缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；割落的煤的塊度小，粉塵含量多，因而破碎單位體積煤的能量消耗大。1.4 本文研究的內(nèi)容基于上述的課題背景，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，經(jīng)過近三個(gè)月的努力，根據(jù)已知設(shè)計(jì)參數(shù)，我完成了薄煤層電牽引采煤機(jī)牽引部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：（1）根據(jù)已知設(shè)計(jì)參數(shù)條件，提出了采煤機(jī)牽引部的整體設(shè)計(jì)方案，完成牽引部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括牽引箱體以及內(nèi)部機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。其中機(jī)械傳動(dòng)部分的傳動(dòng)形式主要是二級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)和二級(jí) NGW 型行星齒輪傳動(dòng)，它充分利用了行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)各軸的傳動(dòng)，有利于系統(tǒng)在井下的布置，還可以承載大載荷，傳動(dòng)效率也很高。除此以外，在論文中還會(huì)簡要介紹采煤機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)組成，工作原理以及使用、維護(hù)和檢修。（2）在工程生產(chǎn)尤其煤礦部門，安全可靠性是一項(xiàng)重要的內(nèi)容。在本文設(shè)計(jì)的采煤機(jī)牽引部更是如此，因?yàn)橐坏┌l(fā)生意外將產(chǎn)生不可估量的后果對(duì)生產(chǎn)以及人身安全產(chǎn)生不可估量的后果。對(duì)于牽引部的重要零部件，比如行星輪系，各傳動(dòng)軸，軸承以及連接鍵運(yùn)用傳統(tǒng)的材料力學(xué)進(jìn)行分析校核。（3）運(yùn)用清華天河 2004 軟件參考 MG150/345 型采煤機(jī)完成了該薄煤層電牽引采煤機(jī)總圖、牽引部裝配圖以及部分零件圖。通過二維 CAD 圖較為清晰的展現(xiàn)了該薄煤層采煤機(jī)牽引部的整體布置、傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)以及各零部件間的裝配關(guān)系。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)13第二章 MG150/345 型交流電牽引采煤機(jī)2.1 產(chǎn)品概述MG150/345-W型薄煤層液壓牽引采煤機(jī)(以下簡稱MG150/345-W采煤機(jī))，為多電機(jī)橫向布置液壓無鏈牽引采煤機(jī)，該機(jī)裝機(jī)總功率345kW，截割功率2×150kW，牽引功率 45kW，采用液壓無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)來控制采煤機(jī)牽引速度。MG150/345-W采煤機(jī)，主機(jī)身分左右兩個(gè)箱體，采用高強(qiáng)度液壓螺栓連接。左箱體包括左行走部和電控部分, 右箱體包括牽引電機(jī)、右行走部和液壓泵箱等。此結(jié)構(gòu)簡單、可靠，整機(jī)尺寸小，機(jī)身高度低，適合薄煤層開采。多電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用橫向布置形式，拆裝方便。在主機(jī)身右箱體中橫向裝有牽引電機(jī)，通過牽引機(jī)構(gòu)為采煤機(jī)提供300kN的牽引力。采煤機(jī)控制面板位于主機(jī)身左箱體電控隔腔，除油馬達(dá)外，所有液壓元件都安裝在液壓泵箱內(nèi)。液壓調(diào)高手把設(shè)在主機(jī)身左右兩側(cè)，控制采煤機(jī)左、右搖臂的升降。瓦斯斷電儀（型號(hào)：DJB4）接線根據(jù)其自身的使用說明書進(jìn)行，電源由牽引變壓器提供，把其一組常閉接點(diǎn)串接在采煤機(jī)控制回路中，根據(jù)煤礦要求調(diào)整瓦斯超標(biāo)動(dòng)作值。瓦斯超標(biāo)時(shí)，常閉接點(diǎn)打開，即控制真空磁力起動(dòng)器斷電，使整機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。MG150/345-W 采煤機(jī)可根據(jù)用戶要求配置遙控裝置。采煤機(jī)電氣一級(jí)控制采用可編程序控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)，帶有中文顯示功能，能顯示采煤機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)及電控故障指示,方便維修。采煤機(jī)可與SGZ630/150、 SGZ630/220B 型刮板輸送機(jī)配套。其外形如圖 2.1 所示：圖 2.1 MG150/345-W 型采煤機(jī)中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)14整機(jī)主要有下列幾部分組成：（1）截割部。截割部由左右滾筒、左右搖臂、內(nèi)外噴霧冷卻裝置等組成起截煤和裝煤的作用。它采用了柔性并聯(lián)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)、雙排四行星傳動(dòng)、浮動(dòng)密封、內(nèi)置水冷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)尺度小、功率大、可靠性高的要求。（2）牽引部。牽引部由左右牽引減速箱、行走輪組件、滑靴組件、調(diào)高泵箱、調(diào)高油缸等組成，是機(jī)器行走的執(zhí)行結(jié)構(gòu)。它采用兩端下臥式液壓拉桿結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了集成式雙級(jí)行星減速器，降低了機(jī)面高度，并且維修方便。（3）電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)由變壓器箱、交流變頻調(diào)速裝置、拖攬裝置等組組成，變壓器、變頻器位于順槽中，拖攬裝置固定在電控箱上。這是機(jī)器控制和保護(hù)裝置的首腦部分。（4）操作系統(tǒng)。本系列采煤機(jī)有三種操作： 手動(dòng)操作：操作點(diǎn)在調(diào)高泵箱和電控箱面板上； 端頭站操作：電按鈕集中在電氣操作盒上，分別布置在機(jī)器兩端； 無線電遙控操作：司機(jī)隨身攜帶無線電遙控器，可以在機(jī)身周圍任何位置操作機(jī)器。這三種操作的功能是控制搖臂的升降、機(jī)器的牽引方向和速度以及停機(jī)等。2.2 主要用途及適用范圍該產(chǎn)品適用于采高0.9-2.0m，傾角35°，煤質(zhì)中硬或中硬以下，含有少量夾矸的長壁式工作面。 MG150/ 345 W 無 鏈 液 壓 牽 引分 隔 符 號(hào) ： 右 邊 無 代 號(hào) 時(shí) 不 標(biāo) 出裝 機(jī) 總 功 率 （ kW）分 隔 符 號(hào) ： 代 表 多 電 機(jī) 橫 向 布 置 方 式采 煤 機(jī) 代 號(hào) ： M 采 煤 機(jī) G 滾 筒 式截 割 電 機(jī) 功 率 （ kW）2.3 主要特點(diǎn)及技術(shù)參數(shù)2.3.1 主要特點(diǎn)該型采煤機(jī)具有以下的主要特點(diǎn)：、主機(jī)身分左右兩個(gè)箱體，采用高強(qiáng)度液壓螺栓連接。此結(jié)構(gòu)簡單可靠、拆裝方便，且尺寸小，大大的降低了采煤機(jī)的機(jī)身高度，適用薄煤層開采。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)152、截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂和機(jī)身連接沒有動(dòng)力傳遞，取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。3、液壓系統(tǒng)采用斜軸式柱塞馬達(dá)，主要元部件與成熟采煤機(jī)通用，系統(tǒng)效率高，故障率低，互換性好。4、主要部件都可以從老塘側(cè)抽出，而不影響其它元部件，更換容易，維修方便。5、采煤機(jī)電氣一級(jí)控制采用可編程序控制器（PLC）來實(shí)現(xiàn)，帶有中文顯示功能，能顯示采煤機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)及電控故障指示,方便維修。2.3.2 主要技術(shù)參數(shù)該機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：1、適應(yīng)煤層采高范圍(m) ： 0.9-2.0煤層傾角（°）： 35°煤質(zhì)硬度： 中硬或中硬以下2、總體機(jī)身厚度（mm）： 400機(jī)面高度（mm）： 750-850最大采高（mm）： 1700-2000最小臥底量（mm）： 110搖臂擺動(dòng)中心距（mm）： 4620行走輪中心距（mm）： 3020過煤高度（mm）： 205滾筒直徑（mm）： 900、1000、 1100截深(mm)： 630、8003、截割部搖臂結(jié)構(gòu)形式： 整體、彎搖臂搖臂長度（mm）： 1736搖臂擺角（°）： 上擺 27° 下擺 11° 截割功率（kW ）： 2×150轉(zhuǎn)速（r/min）： 614、牽引行走部牽引形式： 齒輪銷排式電牽引牽引功率（kW ）： 18.5牽引速度（m/min）： 06牽引力（kN）： 300主油泵： ZB107油馬達(dá)： A2F107W6.1A2齒輪泵： CBK1016/6B3F中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)16液壓系統(tǒng)工作壓力（MPa）： 12調(diào)高系統(tǒng)工作壓力（MPa）： 185、電機(jī)截割電機(jī)電機(jī)型號(hào)： YBC2-150額定功率（kW ）： 150額定電壓（V）： 1140額定電流（A）： 97額定轉(zhuǎn)速（r.p.m）： 1455外形尺寸（mm）： 790×440×680牽引電機(jī)電機(jī)型號(hào)： KCB-18.5額定功率（kW ）： 18.5額定電壓（V）： 1140額定電流（A）： 25.5額定轉(zhuǎn)速（r.p.m）： 1000外形尺寸（mm）： 682×360×3886、電纜主電纜型號(hào)： UCPQ3×701×254×10標(biāo)稱外徑(mm): 66截割電機(jī)電纜型號(hào): UCP3×351×10 4×4標(biāo)稱外徑(mm): 48.9牽引電機(jī)電纜型號(hào): UCP3×101×10標(biāo)稱外徑(mm): 31-38.27、冷卻和噴霧冷卻： 截割電機(jī)、牽引電機(jī)、泵箱、搖臂分別水冷噴霧方式： 內(nèi)、外噴霧供水壓力(Mp): 3.0供水流量（l/min）： 2508、配套工作面刮板輸送機(jī)型號(hào)： SGZ630/150、SGZ630/220B9、整機(jī)重量（T）： 212.4 采煤機(jī)的維護(hù)檢修正確的維護(hù)和檢修，對(duì)提高機(jī)器的可靠性，減少事故率，延長使用壽命十分重要，一般分日檢、周檢、季檢和大修。（1）日檢中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)171）檢查各大部件聯(lián)接的液壓螺母及其他螺釘是否緊固齊全，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)要及時(shí)擰緊；2）電纜、水管、油管是否有擠壓和破損；3）檢查各壓力表是否損壞；4）各部位油位是否符合要求，是否有滲漏現(xiàn)象；5）各操作手柄、按鈕動(dòng)作是否靈活；6）截齒和齒座是否損壞與丟失，截齒丟失，必須及時(shí)補(bǔ)上；7）噴嘴是否堵塞和損壞，水閥是否正常工作，堵塞的噴嘴要及時(shí)清洗更換；8）行走輪與導(dǎo)向滑靴的工作狀況；9）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各部位的油壓、溫升及聲響，以及段間連接是否有松動(dòng)；10）水量檢查，特別是用作冷卻后噴出的水量一定要符合要求。（2）周檢1）清洗泵站及水閥中的過濾器濾芯；2）從放油口取樣化驗(yàn)工作油中的過濾油質(zhì)量是否符合要求；3）檢查和處理日檢中不能處理的問題，并對(duì)整機(jī)的大致情況作好記錄；4）檢查司機(jī)對(duì)采煤機(jī)得日常維護(hù)情況和故障記錄。（3）季檢季檢除了周檢內(nèi)容外，對(duì)周檢處理不了的問題進(jìn)行維護(hù)和檢修，并對(duì)采煤機(jī)司機(jī)的日檢、周檢進(jìn)行檢查，并作好季檢記錄。（4）大修采煤機(jī)在采完一個(gè)工作面后應(yīng)升井大修，大修要求采煤機(jī)進(jìn)行解體清洗檢查，更換損壞零件，測量齒輪嚙合間隙，對(duì)液壓元件應(yīng)按要求進(jìn)行維護(hù)和實(shí)驗(yàn)，電氣元件檢修更換時(shí)，應(yīng)做電氣試驗(yàn)。機(jī)器大修后，主要零部件應(yīng)做性能試驗(yàn)、整機(jī)空轉(zhuǎn)試驗(yàn)，檢測有關(guān)參數(shù)，符合大修要求后方可下井。2.5 采煤機(jī)的使用環(huán)境條件（1）可在周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫、二氧化碳等不超過煤礦安全規(guī)程中所規(guī)定的安全含量的礦井中使用。（2）海拔高度小于2000m。（3）周圍介質(zhì)溫度不超過+40、不低于-10。（4）環(huán)境溫度為+25時(shí)，周圍空氣相對(duì)濕度不大于97。（5）周圍介質(zhì)中無足以腐蝕和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)18第三章 采煤機(jī)牽引部的設(shè)計(jì)3.1 牽引部概述采煤機(jī)牽引部擔(dān)負(fù)著移動(dòng)采煤機(jī)，使機(jī)構(gòu)連續(xù)落煤或調(diào)動(dòng)機(jī)器的任務(wù)。牽引部包括牽引機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)裝置兩部分。牽引機(jī)構(gòu)是直接移動(dòng)機(jī)器的裝置，有鏈牽引和無鏈牽引兩種類型。傳動(dòng)裝置用來驅(qū)動(dòng)牽引結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)牽引速度的調(diào)節(jié)。傳動(dòng)裝置有機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)等類型，分別稱為機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引。牽引機(jī)構(gòu)包括牽引減速箱和行走輪組件兩大部分組成。牽引減速箱內(nèi)有兩級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)和兩級(jí) NGW 行星齒輪傳動(dòng)，還裝有牽引電動(dòng)機(jī)及調(diào)高油缸等。其中，兩級(jí)直齒和第一級(jí)行星傳動(dòng)均布置在一個(gè)獨(dú)立的小齒輪箱中，小齒輪箱和牽引殼體之間在通過銷子定位，螺釘把合組裝在一起。行走輪組件包括行走輪和導(dǎo)向滑靴和驅(qū)動(dòng)輪等。牽引電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)減速后傳到行走輪組件的行走輪上，使其與刮板輸送機(jī)的銷軌相嚙合，使采煤機(jī)行走。通過導(dǎo)向滑靴在銷軌上的限位對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行導(dǎo)向，并保證行走輪和銷軌的正常嚙合。為使采煤機(jī)能在較大傾角條件下安全工作，在每個(gè)牽引減速箱內(nèi)設(shè)有一個(gè)液壓制動(dòng)器，能可靠防滑，滿足大傾角工作面的使用需要。本牽引傳動(dòng)裝置有如下特點(diǎn)：（1）采用銷軌式無鏈牽引，承載能力大，牽引力可達(dá) 520kN，導(dǎo)向好，拆裝、維修方便；（2） 采用二浮動(dòng)、三行星輪行星減速機(jī)構(gòu)，軸承壽命和齒輪的強(qiáng)度裕度大，可靠性高；（3） 導(dǎo)向滑靴回轉(zhuǎn)中心與行走輪中心同軸，保證行走輪與銷軌的正常嚙合；（4）行走輪組件中僅有行走輪，沒有驅(qū)動(dòng)輪和中間惰輪，有效的降低了機(jī)面高度。3.2 牽引傳動(dòng)部總體方案3.2.1 設(shè)計(jì)總則（1）煤礦生產(chǎn)，安全第一；（2）面向生產(chǎn)，力求實(shí)效，以滿足用戶最大實(shí)際需求；（3）貫徹執(zhí)行國家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定；（4）技術(shù)比較先進(jìn)，在一般設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)，要求性能和壽命能有顯著中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)19的提高。3.2.2 已知設(shè)計(jì)參數(shù)（1）總裝機(jī)功率：345 kW （2）牽引部功率：18.5 kW（3）采高范圍：0.92.0 m（4）煤質(zhì)硬度：f3（6）煤層傾角：35°（7）滾筒截深：630 mm（8）滾筒轉(zhuǎn)速：61 r/min（9）牽引電機(jī)轉(zhuǎn)速：1000r/min（10）牽引速度：0-6 m/min（11）牽引力：300 kN（12）牽引部供電電壓：380 V3.2.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（1）傳動(dòng)系統(tǒng)方案如圖 3.1 所示，牽引電動(dòng)機(jī)輸出軸花間通過聯(lián)軸節(jié)和小齒輪減速箱中的牽引軸相聯(lián)，再通過小齒輪減速箱中的 Z2、Z3、Z4 、Z5 直齒傳動(dòng)后，將動(dòng)力傳遞給由 Z6、Z7、Z8 組成的行星減速器 之后，行星架又將動(dòng)力傳遞給由Z9、Z10、Z11 組成的行星減速器 。然后，行星架 通過內(nèi)外花鍵將動(dòng)力傳遞給行走輪組件中的長軸，行走輪組件中的長軸兩端均為外花鍵，除一端和行星架配合外，另一端也通過內(nèi)外花鍵和行走輪 Z12 配合。最終實(shí)現(xiàn)將牽引電機(jī)輸出的扭矩傳遞給行走輪。行走輪 Z12 與工作面刮板機(jī)上的銷軌嚙合，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)沿刮板輸送機(jī)的行走。在軸的煤壁側(cè)可以安裝液壓制動(dòng)器，以可靠地防止機(jī)器下滑，不裝制動(dòng)器時(shí)，裝端蓋封油。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)20圖 3.1 牽引部傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖（2）牽引電動(dòng)機(jī)的選取及使用圖 3.2 為隔爆型三相交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖，與變頻調(diào)速裝置配套，作為采煤機(jī)的牽引動(dòng)力源，該系列隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)適用于煤礦井下，供采煤機(jī)組作牽引動(dòng)力。防爆性能符合 GB3836 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備的規(guī)定?？捎糜诃h(huán)境溫度不高于 40，相對(duì)濕度不大于 95%，且有甲烷或爆炸性粉塵的場合。選取牽引電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 KCB-18.5，額定功率為 18.5kW，額定電壓為1140V，轉(zhuǎn)速為 1000r/min，其具體技術(shù)參數(shù)如表 3.1 所示。表 3.1 牽引電機(jī)具體技術(shù)參數(shù)型號(hào) KCB-18.5 工作制 SI功率（ kW） 18.5 接法 Y極數(shù) 6 絕緣等級(jí) E額定電壓（V） 1140 冷卻方式 水套冷卻額定電流（A） 25.5 冷卻水量（l/min） 20中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)21頻率（HZ ） 50 冷卻水壓（MPa）額定轉(zhuǎn)速（r/min） 1000 外形尺寸 682×360×388圖 3.2 牽引電機(jī)外形結(jié)構(gòu)圖在下井前，應(yīng)仔細(xì)檢查所有螺釘及其部件是否完好，出軸轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，觀察水道有無阻塞現(xiàn)象，測量其絕緣電阻，若其值低于規(guī)定值，電機(jī)必須進(jìn)行干燥處理。開機(jī)前必須先通水，當(dāng)斷水或者有其它異常聲響時(shí)，必須立即停機(jī)檢查。拆裝時(shí)應(yīng)特別注意部件的隔爆面，不得損傷。（3）傳動(dòng)比的分配及配齒情況根據(jù)該型號(hào)采煤機(jī)的大小和總體結(jié)構(gòu)，選取采煤機(jī)的行走輪的齒數(shù)為，模數(shù)為 。120Z30m行走輪的節(jié)圓直徑為：=10×30 =300 mm12DZ行走輪的轉(zhuǎn)速為：=9.55 r/min'max50vn總傳動(dòng)比為：=1000/9.55=104.7'i總傳動(dòng)比等于各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積，即 123nii如果把傳動(dòng)比分配的合理，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，成本低，潤滑條件也好；但分配不合理，則其結(jié)果正好相反，因此分配傳動(dòng)比時(shí)要考慮以下幾條原則：1） 各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在每一級(jí)傳動(dòng)所推薦的范圍內(nèi)。一般圓柱直齒傳動(dòng)比范圍中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)22在 24 之間，行星減速傳動(dòng)比在 46 之間。2）兩級(jí)及兩級(jí)以上的齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能使各級(jí)從動(dòng)齒輪的浸油深度相近，以使各級(jí)齒輪得到良好的潤滑，并減少攪油損失。3）各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)、合理。根據(jù)以上原則及總傳動(dòng)比的大小，各級(jí)傳動(dòng)比暫定為：第一級(jí)直齒傳動(dòng)：i 1=1.74 第二級(jí)直齒傳動(dòng)：i 2=2.12第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)：i 3 =6.3第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)：i 4 =4.5根據(jù)所選取的各齒輪參數(shù)，通過計(jì)算可得牽引傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為： i 總 =43/27*81/38*(1+71/13)*(1+61/17)=104.633.3 傳動(dòng)效率計(jì)算1各傳動(dòng)件的效率為：（1）齒輪聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 10.9（2）滾動(dòng)軸承效率 =0.98（8 對(duì)） ；2（3）直齒圓柱齒輪傳動(dòng)效率 =0.98（兩級(jí)） ；3（4）行星齒輪組傳動(dòng)效率 =0.975（兩級(jí)） ；4（5）攪油效率 =0.99。52總傳動(dòng)效率為： 821345220.90.9.70.976總3.4 牽引部的主要參數(shù)通過以上的計(jì)算，可得采煤機(jī)牽引部的主要參數(shù)如下：（1）適用煤層采高范圍（m）：0.9-2.0煤層傾角（。 ）：35煤質(zhì)硬度：f3（2）牽引電機(jī)電機(jī)型號(hào)：KCB-18.5中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)23額定功率（kw）：18.5額定電壓（v）：1140額定轉(zhuǎn)速（r.p.m）:1000（3）牽引牽引型式：齒輪銷排式電牽引牽引功率（kw）：18.5牽引力（kN）：300牽引速度（m/min）:0-6（4）總傳動(dòng)比：104.73.5 傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) （1）將各軸進(jìn)行編號(hào)如圖 3.3 所示，將各傳動(dòng)軸進(jìn)行編號(hào)如下：軸 1電機(jī)輸出軸；軸 2第一級(jí)直齒輸出軸；軸 3惰輪中心軸；軸 4第二級(jí)直齒輸出軸；軸 5第一級(jí)行星架；軸 6第二級(jí)行星架。圖 3.3 各傳動(dòng)軸編號(hào)情況第一級(jí)減速圓柱直齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度效核計(jì)算過程及說明 計(jì)算結(jié)果1) 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力查文獻(xiàn) 1 表 6.2 選 小齒輪 20CrMnTi 碳氮共滲淬火大齒輪 20CrMnTi 碳氮共滲HBS1502中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)24許用接觸應(yīng)力 ：H由文獻(xiàn) 1 式： minliHNSZ接觸疲勞極限應(yīng)力 ：2li1li、查文獻(xiàn) 1 圖 64 得： 2lim/50H2liN應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N：由文獻(xiàn) 1 式 得：708)8301(66hnjL812 .54.2/./ i則 查文獻(xiàn) 1 圖 6-5 得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)(不許有點(diǎn)蝕 )2NZ接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) ：minHS按高可靠度查 取5.1in1in21 /702./650NH23許用彎曲應(yīng)力 ：F由文獻(xiàn) 1 式 6-12 minlim/FXNFSY彎曲疲勞極限 ：liF查文獻(xiàn) 1 圖 6-7 得： 2lim/70NF2li21lim/50NH2li810.64N253121NZminHS2170N25H2m21lim/378NF中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)25彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) ：NY查文獻(xiàn) 1 圖 6-8 得：2彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù) ：XY查文獻(xiàn) 1 圖 6-9 得：X彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) ：minFS取 34.1minFS5.in則 min1lim1/FXNFSY.5378in2li2/FXF.1942) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)按估取圓周速度 ，31(0.2)/tvnpsmvt/4參考文獻(xiàn) 1 表 6.7，表 6.8 選取小輪齒數(shù) ： 1Z=21大輪齒數(shù) ：521.74*3Z齒數(shù)比 ：u1.74傳動(dòng)比誤差22lim/94NF121NY1XY5.1minFS21/70NF2svt/4公差組 8 級(jí)=372Z211中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)2605.4.687.24170./ u小輪轉(zhuǎn)矩： 291.81N·1T載荷系數(shù) ：KKVA使用系數(shù) ：A查文獻(xiàn) 1 表 6.3 1.75AK動(dòng)載荷系數(shù) ：V由推薦值 1.051.4齒向載荷分布系數(shù) ： 由推薦值 1.01.2齒間載荷分配系數(shù) ：K由推薦值 1.01.2則載荷系數(shù) =1.75×1.2×1.1×1K材料彈性系數(shù) ：EZ查文獻(xiàn) 1 表 6.4 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ：H查文獻(xiàn) 1 圖 6-3 得： 0,21xo重合度系數(shù) ：Z由推薦值 0.850.921d33 481.257.08.198.06524 1.74074u合適=291.81 N·1T1AK1.35V1.1K1.1K=1.45189.N/mEZ=2.1H=1.17Z中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)27則67.79 1d3) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由文獻(xiàn) 1 式 FSFFYmbdKT12齒形系數(shù) ：Y查文獻(xiàn) 1 表 6.5 得：小輪 85.21F大輪 3Y應(yīng)力修正系數(shù) ：S查文獻(xiàn) 1 表 6.5 得：小輪 5.1SY大輪 67重合度 tanttantZ21551Z +oo20t69csrot9tan24360arcstn43=-0.13重合度系數(shù) ： Y0.257/=0.25+0.75/1.64=0.707189.N/mEZ67.79mm1d=147.5ab2=65 85.21FY34.1S67.5SY中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)28第二級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算方法同第一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)相同，具體設(shè)計(jì)過程就不再重復(fù)，同樣，經(jīng)過校核計(jì)算，所選取的齒輪個(gè)參數(shù)符合強(qiáng)度要求。故 07.451.82614720.31 F12/9FmN07.638.65.35F52/.817F4) 齒輪幾何尺寸計(jì)算齒輪模數(shù) M=D/Z=77.79/27取 M=5分度圓直徑 ：d105mZa=5*(21+37)/2=145齒寬 b b=0.8*80=64大齒齒寬 b=65小齒齒寬 b=70mm齒頂圓直徑 ：ad1215amh29aMZ齒根圓直徑 ：fd1210.5ffh279ff=1.64m=5mm=0.707Ymd80125中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)29第四章 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與校核4.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)概述4.1.1 齒輪傳動(dòng)的分類齒輪傳動(dòng)在各種機(jī)器和機(jī)械設(shè)備中已獲得了較廣泛的應(yīng)用。例如，起重機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、建筑機(jī)械、石油機(jī)械、紡織機(jī)械、機(jī)床、汽車、飛機(jī)、火炮、船舶和儀器、儀表中均采用了齒輪傳動(dòng)。在上述各種機(jī)器設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)裝置中，為了減速、增速和變速等特殊用途，經(jīng)常采用一系列互相嚙合的齒輪所組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，在機(jī)械原理中，便將上述的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)稱之為輪系。輪系可由各種類型的齒輪副組成。有錐齒輪、螺旋齒輪和蝸桿輪組成的輪系，稱為空間輪系；而由圓柱齒輪組成的輪系，稱為平面輪系。根據(jù)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其各齒輪的幾何軸線相對(duì)位置是否變動(dòng)，齒輪傳動(dòng)又可分為兩大類型：（1）普通齒輪傳動(dòng)（定軸輪系）當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果組成該齒輪系的所有齒輪的幾何軸線位置都是固定不變的，則稱為普通齒輪傳動(dòng)（或稱定軸輪系） 。在普通齒輪傳動(dòng)中，如果各齒輪副的軸線均相互平行，則稱為平行軸齒輪傳動(dòng)；如果齒輪系中含有一個(gè)相交軸齒輪副和一個(gè)相錯(cuò)軸齒輪副，則稱為不平行軸齒輪傳（空間齒輪傳動(dòng)） 。（2）行星齒輪傳動(dòng)（行星輪系）當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，即在該齒輪系中，至少具有一個(gè)作行星運(yùn)動(dòng)的齒輪，如圖 3-2 所示。在上述齒輪傳動(dòng)中，齒輪 a、b 和構(gòu)件 x 均繞幾何軸線 轉(zhuǎn)動(dòng)，而齒輪 c 是活套在構(gòu)件 x 的軸上，它一方面O繞自身的自身的幾何軸線旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)） ，同時(shí)又隨著幾何軸線繞固定的幾何軸線 旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)） ，即齒輪 c 作行星運(yùn)動(dòng)；因此，稱該齒輪傳動(dòng)為行星齒輪O傳動(dòng)，即行星輪系。中國礦業(yè)大學(xué) 2013 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)30圖 4.1 行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖按工作條件，齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式和閉式齒輪傳動(dòng)。開式齒輪傳動(dòng)，齒輪完全外露，易落入灰砂和雜物，不能保證良好的潤滑，故輪齒易磨損，多用于低速度、不重要的場合。半開式齒輪傳動(dòng)，齒輪浸入油池內(nèi)，上裝護(hù)罩，但不封閉。閉式齒輪傳動(dòng)，其齒輪和軸承完全封閉在箱體內(nèi)，能保證良好的潤滑和較好的嚙合精度，為多數(shù)齒輪傳動(dòng)所采用。齒輪傳動(dòng)的失效主要發(fā)生在輪齒部位，其他部位很少失效。輪齒的主要失效形式主要有輪齒折斷、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合、齒面磨損和塑性變形等幾種常見的形式。根據(jù)齒輪傳動(dòng)的失效形式，確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。由于磨損、塑性變形等的設(shè)計(jì)計(jì)算至今尚未建立完善的計(jì)算方法，所以目前一般齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，通常按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算。閉式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕、疲勞折斷和齒面膠合。一般情況下，只進(jìn)行齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于高速大功率的齒輪傳動(dòng)，還應(yīng)進(jìn)行抗膠合計(jì)算。對(duì)于閉式軟齒面的齒輪傳動(dòng)，主要是齒面接觸疲勞強(qiáng)度，其次才是齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，一般來說，只要接觸疲勞強(qiáng)度滿足，彎曲疲勞強(qiáng)度一般是滿足的。對(duì)于閉式硬齒面的齒輪傳動(dòng)，接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度一般不分主次。開式齒輪傳動(dòng)，主要失效形式是疲勞折斷和齒面磨損。目前，只能進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，并將模數(shù)加大 10%20%的辦法來考慮磨損的影響。4.1.2 行星齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)行星齒輪傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它的最顯著的特點(diǎn)是：在傳遞動(dòng)力時(shí)它可以進(jìn)行功率分流；同時(shí)，其輸入軸與輸出軸具有同軸性，即輸出軸與輸入軸均設(shè)置在同一主軸線上。所以，行星齒輪傳動(dòng)現(xiàn)在已被人們用來代替普通齒輪傳動(dòng)，而作為各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的減速器、增速器、和變速裝置。尤其是對(duì)于那些要求體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊和傳動(dòng)效率高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)、起重運(yùn)輸、石油化工和兵器等的齒輪傳動(dòng)裝置以及需要差速器的汽車和坦克等車輛的齒輪傳動(dòng)裝置，行星齒輪傳動(dòng)已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。