中煤層電牽引采煤機(jī)整機(jī)方案設(shè)計(jì)以及截割部的設(shè)計(jì)

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采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 1 1摘要本文描述了中煤層電牽引采煤機(jī)整機(jī)方案設(shè)計(jì)以及截割部的設(shè)計(jì)過程。中煤層電牽引采煤機(jī)可用于煤層厚度為 2-4m、煤質(zhì)中硬的緩傾斜煤層。與傳統(tǒng)的縱向布置的單電機(jī)采煤機(jī)相比，該采煤機(jī)將截割電機(jī)直接安裝在截割部殼體內(nèi)，齒輪減速裝置全部集中在截割部殼體及行星減速器內(nèi)，取消了螺旋傘齒輪、固定減速箱、搖臂回轉(zhuǎn)套等結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，可靠性更高。截割部是采煤機(jī)直接落煤、裝煤的部分，其消耗的功率約占整個采煤機(jī)功率的 80%-90%，主要由截割部殼體、截割電機(jī)、齒輪減速裝置、滾筒等組成。該采煤機(jī)的截割部采用四級傳動；前三級為直齒傳動，第四級為行星傳動。二級傳動的圓柱齒輪為可換齒輪，使輸出轉(zhuǎn)速可根據(jù)不同的煤質(zhì)硬度在兩檔速度內(nèi)選取。截割部采用了三個惰輪軸，使采煤機(jī)能夠滿足截割高度對截割部長度的要求。設(shè)計(jì)將截割部行星減速器和滾筒直接聯(lián)結(jié)，取消了安裝在滾筒上的截齒，使結(jié)構(gòu)簡單、可靠。關(guān)鍵詞：采煤機(jī)，截割部，結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 2 2AbstractThis brochure describes the type of hydraulic shearer traction unit program design and cutting the Department of Design and calculation process. traction Shearer hydraulic seam thickness can be used for 2-4 m, Hard coal to the gently inclined seam. With the traditional vertical layout of the single-motor compared to Shearer, Shearer will be the ranging-arm installed directly in the cutting of the shell, gear device exclusively on cutting Shell and planetary reducer, the abolition of the spiral bevel gears, gear box fixed, Rocker rotating sets of structures, their structure is simpler, more compact and higher reliability. Ranging-arm of the shearer is directly charged coal, the coal loaded, its about the power consumption of the entire power shearer 80% -90%, mainly by cutting Shell, cutting electrical, Gear and drum components. The shearer cutting unit used four drive; Before three straight tooth drive, the fourth level of planetary transmission. 2 Drive Gear to be for the gears, enabling the output speed can be based on different coal hardness in two tranches within the selected speed. Cutting the Department has adopted a three lazy axle, to meet the shearer cutting height on the ranging-arm degree requirements. Designed to be cutting planetary reducer and drum direct link, canceled installed in the drum Pick, simple and reliable. Keywords: shearer, ranging-arm,structure,design采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 3 3目錄摘要 2Abstract3目錄 4第一章 國內(nèi)外采煤機(jī)研究及應(yīng)用概況 .51.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 51.2 國內(nèi)外應(yīng)用狀況 7第二章 傳動方案的設(shè)計(jì) 112.1 總體傳動方案的設(shè)計(jì) .112.2 傳動比分配 .152.3 截割部第一級圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì) .162.4 截割部第二級圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì) .252.5 截割部第一級行星傳動設(shè)計(jì) .332.6 截割部第二級行星齒輪傳動設(shè)計(jì) .41第三章 截割部輔助零部件的設(shè)計(jì) 503.1 齒輪軸 1 的設(shè)計(jì)及校核 .503.2 第一級惰輪軸的設(shè)計(jì)及校核 .523.3 齒輪二軸的設(shè)計(jì)及校核 .553.4 第二級惰輪軸的設(shè)計(jì)及校核 .593.5 中心齒輪軸的設(shè)計(jì)及校核 .623.6 截割部花鍵連接強(qiáng)度校核 .65第四章 輔助零部件概述 694.1 機(jī)身 .694.2 托纜裝置 .704.3 噴霧冷卻系統(tǒng) .704.4 輔助液壓系統(tǒng) .724.5 護(hù)板及拆卸工具 .734.6 螺旋滾筒 .74結(jié)論 .75參考文獻(xiàn) .76采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 4 4第一章 國內(nèi)外采煤機(jī)研究及應(yīng)用概況1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀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。我國是產(chǎn)煤大國，煤炭也是我國最主要的能源，是保證我國國民經(jīng)濟(jì)飛速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)輸、提升的機(jī)械化。其中采掘包括采煤和掘進(jìn)巷道。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，采煤機(jī)是現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。80 年代以來，世界各主要采煤國家，為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和實(shí)現(xiàn)礦井集中化生產(chǎn)的需要，積極采用新技術(shù)，不斷加速更新和改進(jìn)滾筒采煤機(jī)的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)，相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機(jī)。其中最具代表的是美國喬埃公司的 LS系列，英國安德森公司的 Electra 系列，德國艾柯夫公司的 SL 系列和日本三井三池公司的 MCLE－DR 系列電牽引采煤機(jī)，體現(xiàn)了當(dāng)今世界采煤機(jī)的最新發(fā)展方向，并有如下幾個特點(diǎn)。1、裝機(jī)功率有較大幅度增加為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速截煤的需要，不論是厚、中厚和薄煤層采煤機(jī)，均在不斷加大裝機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率)。裝機(jī)功率大都在 1000kW 左右，最大的已達(dá) 2240kW，單個截割電動機(jī)的功率都在 375kW 以上，最高的已達(dá) 600kW。直流電牽引的牽引功率最大已達(dá) 2×56kW，交流電牽引功率已達(dá) 2×60kW。2、電牽引采煤機(jī)成為主導(dǎo)機(jī)型德國艾柯夫公司最早開發(fā)電牽引采煤機(jī)，80 年代中后期已基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機(jī)，研制出 EDW 系列電牽引采煤機(jī)，其中EDW450/1000 和 EDW300－LN 是代表性的機(jī)型，90 年代又研制成功交直流兩用的 SL300、SL400、SL500 型采煤機(jī)。美國喬埃公司 70 年代中期開始開發(fā)多電機(jī)驅(qū)動的直流電牽引采煤機(jī)，80 年代以來先后推出 3LS、4LS、6LS 三個新機(jī)型，其中電控系統(tǒng)已改進(jìn)多次，性能更趨完善。英國安德森公司在 80 年代中期研制了第一臺直流電牽引采煤機(jī) Electra550，在美國使用成功后，又先后開發(fā)了 Electra1000采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 5 5和 Electra 薄煤層電引采煤機(jī)。日本三井三池公司 80 年代中期著手開發(fā)高起點(diǎn)交流電牽引采煤機(jī)，在國際上是首創(chuàng)，最具代表性的是MCLE－DR101101、MCLE－DR102102 采煤機(jī)。法國薩吉姆公司在 90年代也已研制成功 Pande－E 型交流電牽引采煤機(jī)。世界各主要采煤機(jī)廠商 80 年代都已把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開發(fā)電牽引采煤機(jī)，目前，美國長壁工作面中電牽引采煤機(jī)已超過 90％，德國已占 56％，澳大利亞占52％，而且近幾年來，幾乎所有綜采工作面的高產(chǎn)高效記錄都是由電牽引采煤機(jī)創(chuàng)造的。交流電牽引近幾年發(fā)展很快，由于技術(shù)先進(jìn)，可靠性高，維護(hù)管理簡單，有取代直流電牽引的趨勢。自日本 80 年代中期研制成第一臺交流電牽引采煤機(jī)，至今除美國外，其他國家如德國、英國、法國等都先后研制成交流電牽引采煤機(jī)，并認(rèn)為是今后電牽引采煤機(jī)發(fā)展的新目標(biāo)。3、牽引速度和牽引力不斷增加液壓牽引采煤機(jī)的最大牽引速度為 8m/min 左右，而實(shí)際可用割煤速度為 4～5m/min(相對最大牽引力時(shí)的牽引速度)，實(shí)際牽引功率僅為 40～50kW，不適應(yīng)快速割煤的需要。為適應(yīng)高產(chǎn)高效工作面，電牽引采煤機(jī)牽引功率需要成倍增加，據(jù)報(bào)導(dǎo)在美國 18m/min 的牽引速度已很普遍，個別的已超過 24m/min，美國喬埃公司的一臺經(jīng)改進(jìn)的 4LS 采煤機(jī)的牽引速度高達(dá) 28.5m/min。由于采煤機(jī)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)致進(jìn)給量和推進(jìn)力的加大，故要求采煤機(jī)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(jī)。4、采用多電動機(jī)驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)70 年代中期只有少數(shù)幾種采煤機(jī)(主要是美國的 LS 系列采煤機(jī)，原西德的 EDW－150－2L－2W)采用多電動機(jī)驅(qū)動橫向布置。由于這種布置方式是各部件由單獨(dú)電動機(jī)驅(qū)動，機(jī)械傳動系統(tǒng)彼此獨(dú)立，取消了錐齒輪傳動副和復(fù)雜通軸，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，因此被廣泛采用。包括電牽引的(如英國 Electra 系列、德國的 SL 系列)和液壓牽引的(如波蘭的 KGS 系列)，以及中厚煤層用大功率的(如Electra1000,SL500)和薄煤層的(如英國 Electra)，并有取代傳統(tǒng)的截割電動機(jī)縱向布置的趨勢。采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 6 65、滾筒的截深不斷增大牽引速度的加快，支架隨機(jī)支護(hù)也相應(yīng)跟上，使機(jī)道寬度內(nèi)空頂時(shí)間縮短，為加大支架步距創(chuàng)造了條件，也為加大滾筒截深提供了可能性。十年前滾筒采煤機(jī)的截深，大都在 630～700mm，而今多數(shù)已采用 800mm 和 1000mm，1200mm 截深也已在實(shí)際使用。美國阿巴拉契煤礦正在考慮采用 1500mm 截深的可能性。6、普遍采用中高壓供電80 年代以來，由于裝機(jī)功率大幅度提高，整個工作面供電容量超過 5000kW，為了保證供電質(zhì)量和電機(jī)性能，新研制的大功率電牽引采煤機(jī)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(jī)供電電壓不小于 2300V。7、完善的監(jiān)控系統(tǒng)包括采用微處理機(jī)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(jī)控制，并能自動控制液壓支架、工作面輸送機(jī)動作和滾筒沿工作面煤層自動調(diào)節(jié)采高。8、高的可靠性據(jù)了解美國 LS 系列采煤機(jī)、英國 Electra1000 型采煤機(jī)的利用率可達(dá) 95％～98％，維修期都在采煤 350 萬 t 以上，最高的達(dá) 1000萬 t。1.2 國內(nèi)外應(yīng)用狀況我國目前廣泛使用的三大系列采煤機(jī)，主要有上海分院開發(fā)設(shè)計(jì)的 MG 系列，西安煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的 MXA300 和太原礦山機(jī)器廠的AM500 系列采煤機(jī)，其中 MXA300 和 AM500 系列采煤機(jī)主要用于綜采工作面，MG 系列采煤機(jī)既有配套液壓支架使用綜采工作面的，也有采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 7 7配套單體液壓支柱適用于普通機(jī)采工作面的采煤機(jī)，可分別使用在厚煤層、中厚煤層和薄煤層。目前使用量最大的液壓牽引采煤機(jī)有MG150(200)－W1、MG200－W、MG300(2×300)－W、AM500/3.5、MXA300 等型號。1、雙級行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)采用了四個行星輪結(jié)構(gòu)的行星齒輪減速器，在均載措施、材料及熱處理工藝、齒輪的修形修緣加工等技術(shù)方面有了進(jìn)一步提高。2、牽引機(jī)構(gòu)采用無鏈牽引系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：①取消工作面牽引鏈，消除斷鏈和跳鏈傷人事故，工作安全可靠；②同一工作面可同時(shí)使用多臺采煤機(jī)，降低生產(chǎn)成本，提高工作效率；③牽引速度脈動比鏈牽引小，采煤機(jī)運(yùn)行較平穩(wěn)。鏈軌式雖然也是鏈條，但強(qiáng)度余量較大，彈性變形對牽引速度影響較?。虎軤恳Υ?，能適應(yīng)大功率采煤機(jī)和高產(chǎn)高效的需要；⑤取消鏈牽引的張緊裝置，使工作面切口縮短。對底板起伏、工作面彎曲、煤層不規(guī)則等適應(yīng)性增強(qiáng)；⑥適應(yīng)采煤機(jī)在大傾角(可達(dá) 54°)條件下工作，利用制動器使采煤機(jī)防滑問題得到解決。但是無鏈牽引也存在需要解決的問題：①加強(qiáng)輸送機(jī)本身結(jié)構(gòu)，使用和管理中保持平直度；②齒輪、齒軌或銷軸在嚙合傳動中傳遞力很大，且起支點(diǎn)作用，磨損加快——材質(zhì)和熱處理要求較高，結(jié)構(gòu)上要能快速更換；③為適應(yīng)采煤機(jī)在推移中水平和垂直方向的傾斜，仍能保證正確的嚙合，在銷軸座或齒軌之間的連接方式上注意可調(diào)性，同時(shí)注意溜槽的連接強(qiáng)度；④無鏈牽引機(jī)構(gòu)使機(jī)道寬度增加約 100mm，提高了對支架控頂能力的要求。3、采用液壓緊固技術(shù)液壓緊固技術(shù)為 80 年代末 90 年代初的高新技術(shù)，為超高壓技術(shù)和材料熱處理、超高壓密封技術(shù)的綜合應(yīng)用領(lǐng)域。為了解決采煤采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 8 8機(jī)工況惡劣，構(gòu)件聯(lián)接容易松動而影響可靠性，對液壓緊固技術(shù)進(jìn)行了開發(fā)研制，目前已完成開發(fā)液壓螺母 M24、M30、M36、M42 四種規(guī)格，相應(yīng)的液壓螺栓副長度 3m(M42 )，2 .5m(M30 )，及超高壓泵和超高壓膠管總成也已批量生產(chǎn)，使用效果良好。4、交流變頻調(diào)速牽引裝置的研制對日本東芝和東洋公司的 100kVA、150VA 兩個規(guī)格的 51 系列變頻器進(jìn)行技術(shù)消化，其中 100kVA 的變頻器成功改制成和MG344－PWD 型采煤機(jī)配套的交流變頻調(diào)速牽引裝置，并推廣使用。在此基礎(chǔ)上，消化吸收 150kVA 變頻器技術(shù)，并將其改制成與其它一些大功率采煤機(jī)相配套的交流變頻牽引調(diào)速裝置，為電牽引采煤機(jī)的系列化和全面推廣鋪平了道路。200kVA61 系列的交流變頻調(diào)速牽引裝置配套 MG400/920－WD 型采煤機(jī)，也取得了較好的效果。5、電控技術(shù)的研究和電氣控制裝置的研制多年液壓牽引采煤機(jī)電控裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)，積累了不少成功的經(jīng)驗(yàn)，從引進(jìn)消化吸收到自行研制，從原來的插件到現(xiàn)在盒裝板式，從單臺單件設(shè)計(jì)生產(chǎn)到現(xiàn)在簡化型成批生產(chǎn)，經(jīng)過十多年努力，功能逐步齊全，可靠性不斷提高，在通用性、互換性和集成化方面推進(jìn)了一大步，無線電隨機(jī)控制研制成功，并得到推廣使用，數(shù)字化、微機(jī)化的電控裝置正在試用階段。6、截割部電動機(jī)使用彈性扭矩軸結(jié)合截割電動機(jī)橫向布置多電機(jī)驅(qū)動采煤機(jī)的開發(fā)，將動態(tài)分析運(yùn)用于具有彈性緩沖性能的扭矩軸設(shè)計(jì)，提出一套關(guān)于該類軸的理論設(shè)計(jì)依據(jù)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，改善傳動件的可靠性，對提高采煤機(jī)的整體可靠度和利用率起到了積極作用。矩軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以滿足三項(xiàng)性能為原則，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則以其所處傳動系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)而定。1．彈性緩沖 2．過載保護(hù) 3．傳遞動力彈性轉(zhuǎn)矩軸典型結(jié)構(gòu)d 為卸載槽外徑，在開有卸載槽的一端設(shè)有螺紋孔7、為了提高塊煤率，采用耐磨滾筒及鎬形截齒采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 9 9點(diǎn)開發(fā)硬煤耐磨滾。30 個截齒通過非均布葉片的特殊設(shè)計(jì)而達(dá)到葉片齒與端盤齒交錯均布的目的，同時(shí)三個葉片各自的齒高不等，從而可確保葉片截齒截深相等。采用 35mm 的等截線距布置，葉片齒截割面積相等，此外葉片齒采用－7°～－10°角，確保其處于回轉(zhuǎn)狀態(tài)工作。同時(shí)能有效地抵消滾筒軸向力，其軸向力波動小于4％，這種滾筒在使用中工作平穩(wěn)性好，塊煤率高，能耗低。采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 10 10第二章 傳動方案的設(shè)計(jì)2.1 總體傳動方案的設(shè)計(jì)在目前的國內(nèi)采煤機(jī)市場，不管從研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造還是使用方面中厚煤層所使用的重型采煤機(jī)都占據(jù)著主導(dǎo)的地位，也正是這種龐大的市場優(yōu)勢使得中厚煤層采煤機(jī)在技術(shù)上日趨成熟，而且有著非常大的改進(jìn)刷新速度。]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)動裝置的調(diào)速傳動方式、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)。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）電動機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割（主）電動機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動機(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)。采煤機(jī)主要由電動機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖 1.1） 。電動機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動兩個截割部和牽引部。采煤機(jī)的電動機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動機(jī)的尺寸。牽引部：通過其主動鏈輪與固定在工作面輸送機(jī)兩端的牽引鏈3 相嚙合，使采煤機(jī)沿工作面移動，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。左、右截割部減速箱：將電動機(jī)的動力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂5 的齒輪，驅(qū)動滾筒 6 旋轉(zhuǎn)。采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 11 11如圖 1.1 雙滾筒采煤機(jī)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 7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來回翻轉(zhuǎn) 180°。底托架：是固定和承托整臺采煤機(jī)的底架，通過其下部四個滑靴 9 將采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)的槽幫上，其中采空區(qū)側(cè)兩個滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以保證采煤機(jī)的可靠導(dǎo)向。調(diào)高油缸：可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機(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。電氣控制箱：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)拉動在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。截割部傳動裝置的功用：是將電動機(jī)的動力傳遞到滾筒上，以滿足滾筒工作的需要。同時(shí)，傳動裝置還應(yīng)適應(yīng)滾筒調(diào)高的要求，使?jié)L筒保持適當(dāng)?shù)墓ぷ鞲叨取Ｓ捎诮馗钕牟擅簷C(jī)總功率的80％～90％，因此要求設(shè)計(jì)出的截割部傳動裝置具有高的強(qiáng)度、剛度和可靠性，良好的潤滑密封、散熱條件和高的傳動效率。采煤機(jī)截割部都采用齒輪傳動，常見的傳動方式有以下幾種：采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 12 12圖 2-1 截割部傳動方式1－電動機(jī)；12－固定減速箱；3－搖臂；4－滾筒；5－行星齒輪傳動； 6－泵箱；7－機(jī)身及牽引部⑴電動機(jī)—固定減速箱—搖臂—滾筒(如圖 2-1(a))。這種傳動方式的特點(diǎn)是傳動簡單，搖臂從固定減速箱端部伸出，支承可靠，強(qiáng)度和剛度好。但搖臂下降的最低位置受輸送機(jī)限制，故臥底量較小。DY-150、BM-100 型采煤機(jī)均采用這種傳動方式。⑵電動機(jī)—固定減速箱—搖臂—行星齒輪傳動—滾筒(圖 2-1(b))。這種方式在滾筒內(nèi)裝了行星傳動，故前幾級傳動比減小，簡化了傳動系統(tǒng)，但筒殼尺寸卻增大了，故這種傳動方式適用于中厚煤層采煤機(jī)，如在 MLS3 -170、MXA-300、AM-500 和 MG 系列等型采煤機(jī)中采用。⑶電動機(jī)—減速箱—滾筒(圖 2-1(c))。這種傳動方式取消了搖臂，靠由電動機(jī)、減速箱和滾筒組成的截割部來調(diào)高(稱為機(jī)身調(diào)高)，使齒輪數(shù)大大減少，機(jī)殼的強(qiáng)度、剛度增大，且調(diào)高范圍大，采煤機(jī)機(jī)身也可縮短，有利于采煤機(jī)開缺口工作。MXP-240 和 DTS-300型采煤機(jī)采用這種傳動方式。⑷電動機(jī)—搖臂—行星齒輪傳動—滾筒(圖 2-1(d))。這種傳動方式的電動機(jī)軸與滾筒軸平行，取消了容易損壞的錐齒輪，使傳動更加簡單，而且調(diào)高范圍大，機(jī)身長度小。新的電牽引采煤機(jī)都采取這種傳動方式。對比以上傳動方式，我設(shè)計(jì)的截割部傳動方式為:電動機(jī)—搖臂采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 13 13—行星齒輪傳動—滾筒。 （如圖 2.2）該截割部采用銷軸與牽引部聯(lián)結(jié)，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。圖 2.2 截割部傳動系統(tǒng)該截割部有以下特點(diǎn)：⑴電機(jī)橫向布置,機(jī)械傳動都是直齒傳動故傳動效率高，容易安裝和維護(hù)。⑵截割電機(jī)采用旋轉(zhuǎn)開關(guān)控制外，其余控制如牽引速度調(diào)整、方向設(shè)定、左右搖臂的升降，急停等操作均由設(shè)在機(jī)身兩端操作站的按鈕進(jìn)行控制，操作簡單、方便。⑶液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，采用集成閥塊結(jié)構(gòu)，管路少，連接可靠；經(jīng)常調(diào)整的閥設(shè)在液壓箱體外，便于檢修和更換。⑷截割機(jī)械傳動鏈設(shè)有扭矩軸過載保護(hù)裝置，并可設(shè)有強(qiáng)制潤滑冷卻系統(tǒng)，提高了傳動件，支承件的使用壽命。采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 14 14⑸截割部采用四行星單浮動結(jié)構(gòu)，承載能力大，減小了結(jié)構(gòu)尺寸。采用大角度彎搖臂設(shè)計(jì)，加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大⑹調(diào)高油缸與調(diào)高液壓鎖采用分離布置，液壓鎖置于殼體空腔內(nèi)，打開蓋板即可取出液壓鎖，方便井下查找故障和更換調(diào)高油缸、液壓鎖等維修工作。該機(jī)主要定位適用于傾角 的中厚煤層的開采，煤層中不應(yīng)??18有堅(jiān)硬的或較厚的該類夾雜物，以及落差較大的斷層。主要技術(shù)參數(shù)如下：適應(yīng)煤層：傾角 的中厚煤層?18采高范圍：2～4m煤質(zhì)傾角： ?煤層硬度：f≤4滾筒轉(zhuǎn)速(r/min)：低速 25.4、中速 31.5 、高速 38.7；滾筒直徑(mm)：1800；最大截深(mm)：1000；滾筒水平中心距（m）：10.517；搖臂回轉(zhuǎn)中心距（m）：6.4；2.2 傳動比分配由設(shè)計(jì)要求知，截割部功率為 700kW，根據(jù)礦井電機(jī)的具體工作環(huán)境情況，電機(jī)必須具有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險(xiǎn)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。所以選擇由撫順廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動機(jī)，型號為 YBCS3─150,其主要參數(shù)如下：額定功率：700kW； 額定電壓：1140V；滿載電流：98A； 額定轉(zhuǎn)速：1472r/min；滿載效率：0.915； 絕緣等級： H；滿載功率因數(shù)：0.85； 接線方式：Y；質(zhì)量： 1150Kg； 冷卻方式：外殼水冷該電動機(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)。采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 15 15根據(jù)采煤機(jī)械手冊，總裝機(jī)功率在 700KW 左右的采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速沒有一個確定的數(shù)值，只要在 20～35r/min 之間都可以滿足所需的要求，再根據(jù)搖臂減速箱的結(jié)構(gòu)安排，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1470r/min 時(shí)，滾筒的轉(zhuǎn)速為：n=1470÷53=27.73 符合要求，因此各軸的轉(zhuǎn)速：一軸齒輪的轉(zhuǎn)速：由于與電機(jī)相連所以 min/1470rn?二軸的轉(zhuǎn)速： mi/10298/42rn?中心輪組的轉(zhuǎn)速： in/57.64/23第二級行星減速器太陽輪的轉(zhuǎn)速： min/584.12936.4r?各軸的功率一軸齒輪的功率： ??kwP0.9.031??二軸齒輪的功率： 357287.24?中心輪組的功率： c583第二級行星減速器太陽輪的功率： ??kwP201.59.0.9714.24 ???2.3 截割部第一級圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)選擇齒輪材料，查機(jī)械手冊：小齒輪選用 18Cr2Ni4WA 調(diào)質(zhì)，惰輪選用 20CrMnTi 調(diào)質(zhì)，大齒輪選用 18Cr2Ni4WA 調(diào)質(zhì) 18Cr2Ni4WA 屬于高強(qiáng)度中合金滲碳鋼。是性能優(yōu)良的含鎳鋼種，鎳除了提高鋼的淬透性外，還能提高韌性，并可大大改善鋼的抗沖擊疲勞強(qiáng)度，也是鎳鋼在重載下壽命高的原因；按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動精度等級，按 vt=(0.013～0.022) n1 1 估計(jì)3/nP圓周速度 vt=17.15m/s,參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)［Ⅰ］中的表 8-14，表8-15 選取小輪分度圓直徑 d1,查機(jī)械手冊得采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 16 16??3 2112??????????HEd ZKT????齒寬系數(shù) 查表按齒輪相對軸承為對稱布置，取 =0.4d?小輪齒數(shù) Z1 在推薦值 20～40 中選 Z1=28大輪齒數(shù) Z2 Z2=i·Z1=1.43×28=40.04 圓整取 Z2=40齒數(shù)比 u= Z2/ Z1=40/28傳動比誤差△u/u △u/u=(1.43-1.428)/1.43=0.001 誤差在±5%范圍內(nèi)，所以符合要求小輪轉(zhuǎn)矩 T1 由公式得 T1=9550P/n=9550×294.03/1470=1910.19KN·m載荷系數(shù) K 由公式得 ??KVA??使用系數(shù) 查表得 =2A動載荷系數(shù) 查表得 =1.3VV齒向載荷分布系數(shù) 查表得 =1?K?齒間載荷分配系數(shù) 由公式及 β=0 得?ε γ =ε α = cos12.3812??????????????Z= 40.=1.68查表并插值得 =1.1?K則載荷系數(shù) 的初值 =tt KVA??采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 17 17=2.0×1.3×1×1.1=2.86彈性系數(shù) 查表得 =189.8EZEZ2/mN節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查表得（β=0，x 1=0.2568、x 2=0.2529）H=2.4HZ重合度系數(shù) 查表得（ ） =1.0?Z0????Z許用接觸應(yīng)力 由公式得??H???HWNHS/lim??接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖得 =1650N/mm221limkun1li=1300 N/mm22limH應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由公式得：N 1=60njLh=60×1470×1×(24×300×8)=5.08×109N2=N1/u=5.08×109/1.428=3.56×109則查表得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、 （不允許有點(diǎn)蝕）1NZ1= =111硬化系數(shù) 查表及說明得WZ=1WZ按接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表，按較高可靠強(qiáng)度 =1.25～1.3HSminHS取=1.2H采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 18 18則 =1650×1×1/1.2??1H?=1375 N/mm2=1300×1×1/1.22H=1083 N/mm2d1的設(shè)計(jì)初值 d1t為3 21 1083.4.9428.14.09862 ???????????t≥172.915mm齒輪模數(shù) m m= /Z1td=172.915/28=6.17查表取 m=8小齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值 =Z1mtd?=28×8=224mm圓周速 v23.1760/4????ndt與估計(jì)值 vt=17.15m/s 很相近，對 值影響不大，不必修正VKVK= t=1.3,V86.2?tK小齒輪分度圓直徑 41?td大齒輪分度圓直徑 3202??mZ采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 19 19中心矩 ????2740821?????Zma齒寬 mdbt 93.0in1???大齒輪齒寬 82小齒輪齒寬 1考慮到搖臂的長度以及大小齒輪的直徑，在大小齒輪間加一級惰輪組，由于要分別和大小齒輪嚙合傳遞扭矩，所以模數(shù)必須和大小齒輪的模數(shù)相同都取 8，惰輪的齒數(shù)按推薦值取 ，變位系39Z?惰 輪 1數(shù)取 ，也采用圓柱直齒漸開線齒形。0.27x?惰 輪 1齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由公式 ??FSFFYmbdKT??????1齒形系數(shù) 查表得 小輪 2.3?Y?1?大輪 2.22FY應(yīng)力修正系數(shù) 查表得 小輪 =1.725?S 1?S大輪 =1.7402重合度系數(shù) 由公式 =?Y?Y0.7.5/168+2.????許用彎曲應(yīng)力 由式 ??F???FXNFSY/lim?彎曲疲勞極限 查表得 =1100N/mm2lim1li=660 N/mm22limF彎曲壽命系數(shù) 查表得 = =1NY1NY采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 20 20尺寸系數(shù) 查表得 =1XYXY安全系數(shù) 查表得 =1.6FSFS則 =1100×1×1/1.6=687.5??XN/111lim??＝660×1×1/1.6=412.5FFY222li故 287.96 N/mm2≤???7.025.13840596.1 ??1F?193.16N/mm2≤?322F?所以齒根彎曲強(qiáng)度足夠其他尺寸的計(jì)算已知參數(shù)：o1221m=8Z=4039=0h 1.c0.5ddm2x6.7Zx??? ?惰 輪 1惰 輪 1惰 輪， ， ， ， ，， ， ，， .，計(jì)算參數(shù)：嚙合角 按如下公式計(jì)算'???12tanxinvivZ???中心矩變動系數(shù) 按如下公式計(jì)算y12cosy?????????中心矩 按如下公式計(jì)算a?am???齒高變動系數(shù) 按如下公式計(jì)算y?yx???齒頂高 按如下公式計(jì)算h???h??齒根高 按如下公式計(jì)算 =（ + -x）mf fc齒全高 =（2 + - ）m??cy?齒頂圓直徑 =d1±2dh齒根圓直徑 =d1-2ff一齒輪軸與第一級惰輪嚙合傳動的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值：嚙合角 ='?'23o?中心矩變動系數(shù) =0.5025y中心矩 =272.02mma?齒高變動系數(shù) =0.0243?采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 21 21齒頂高 h?19.86m?9.7h??惰 輪齒根高 f75f 84f惰 輪齒全高 1.01.0m惰 輪齒頂圓直徑 d?123.?31.9d??惰 輪齒根圓直徑 =208.10mm ff 26f惰 輪大齒輪與第一級惰輪嚙合傳動的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值：嚙合角 =' '2153o?中心矩變動系數(shù) = 0.4963y中心矩 = 319.97mma?齒高變動系數(shù) = 0.0266y?齒頂高 h?29.81m?9.7h??惰 輪齒根高 f7f 84f惰 輪齒全高 2.1.m惰 輪齒頂圓直徑 d?239.6?31.94d??惰 輪齒根圓直徑 = 304.22mm ff 26f惰 輪注：其他的大、小齒輪參數(shù)一樣。小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：考慮到齒輪直接和電動機(jī)的輸出軸相連，因采用內(nèi)設(shè)花鍵與電動機(jī)的扭矩軸連接采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 22 22大齒輪的結(jié)構(gòu)：采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 23 23第一級惰輪的結(jié)構(gòu)：采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 24 242.4 截割部第二級圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)查機(jī)械手冊選擇齒輪材料：小齒輪選用 18Cr2Ni4WA 調(diào)質(zhì) 大齒輪選用 18Cr2Ni4WA 調(diào)質(zhì)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算確定齒輪傳動精度等級，按 vt=(0.013～0.022) 估計(jì)32/nP圓周速度 =14.26m/s,參考機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)［ Ⅰ］中的表 8-14，表tv8-15 選取齒輪的公差組為 7 級小輪分度圓直徑 d1,查機(jī)械手冊得 ??3 2312??????????HEd ZKT????采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 25 25齒寬系數(shù) 查表按齒輪相對軸承為非對稱布置，取 =0.3d? d?小輪齒數(shù) Z3 在推薦值 20～40 中選 Z3=27大輪齒數(shù) Z4 Z4=i·Z3=1.45×27=39.15 圓整取 Z4=40齒數(shù)比 u= Z2/ Z1=40/27傳動比誤差△u/u △u/u=(1.48-1.45)/1.48=0.020 誤差在±5%范圍內(nèi)，所以符合要求小輪轉(zhuǎn)矩 T3 由公式得 T3=9550P/n3=9550× /102957.28=2696.509KN·mm載荷系數(shù) K 由公式得 ??KVA??使用系數(shù) 查表得 =2.2A動載荷系數(shù) 查表得 =1.4VV齒向載荷分布系數(shù) 查表得 =1.08?K?齒間載荷分配系數(shù) 由公式及 β=0 得?ε γ =ε α = = cos12.3812??????????????Z??????????????40127.38=1.68查表并插值得 =1.1?K則載荷系數(shù) 的初值 = tt KVA??=2.2×1.4×1.08×1.1=3.65彈性系數(shù) 查表得 =189.8EZEZ2/mN節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查表得（β=0，x 3=0.2662、x 4=0.2611） =2.35H HZ重合度系數(shù) 查表得（ ） =0.856? 0????Z許用接觸應(yīng)力 由公式得??H???HWNHS/lim??采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 26 26接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖得 =1650N/mm221limkunH?3limH=1300 N/mm24limH?應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由公式得：N 3=60njLh=60×1029×1×(24×300×8)=3.56×109N4=N3/u=3.56×109/1.48=2.41×109則查表得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù) 、 （不允許有點(diǎn)蝕）3NZ4= =11NZ硬化系數(shù) 查表及說明得 =1WW按接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表，按較高可靠強(qiáng)度 =1.25～1.3 取 HSminHS=1.2 則 =1650×1×1/1.2HS??3?=1375 N/mm2=1300×1×1/1.24H=1083 N/mm2D3的設(shè)計(jì)初值 d3t為 2108356948.13.02695???????????td≥205.508mm齒輪模數(shù) m m=d3t/Z3=205.508/27=7.615查表取 m=10小齒輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值 =Z3mtd?=27×10=270mm圓周速 v54.160/2973????ndt與估計(jì)值 vt=14.26m/s 很相近，對 值影響不大，不必修正VKVK= t=1.4,VK6.3t小齒輪分度圓直徑 mm270??td采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 27 27大齒輪分度圓直徑 mm4014???mZd中心矩 ????ma3527021???齒寬 dbt 813.min3????考慮到受內(nèi)部花鍵的影響取大齒輪齒寬 mm104?小齒輪齒寬 mm3b考慮到搖臂的長度以及大小齒輪的直徑，在大小齒輪間加二級惰輪組由于要分別和大小齒輪嚙合傳遞扭矩，所以模數(shù)必須和大小齒輪的模數(shù)相同都取 10，惰輪的齒數(shù)按推薦值取 ，變位系3Z?惰 輪 1數(shù)取 ，也采用圓柱直齒漸開線齒形。0.263x?惰 輪 1齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由公式 ??FSFFYmbdKT??????3齒形系數(shù) 查表得 小輪 2.1? ?1?FY大輪 2.063?2FY應(yīng)力修正系數(shù) 查表得 小輪 =1.85?S 1?S大輪 =1.8552S重合度系數(shù) 由公式?Y 0.7.5/168+02=/75.20??????Y許用彎曲應(yīng)力 由式 ??F???FXNFSYlim?彎曲疲勞極限 查表得 =1100N/mm2lim3li=660 N/mm24limF?彎曲壽命系數(shù) 查表得 = =1NY3NY4采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 28 28尺寸系數(shù) 查表得 =1XYXY安全系數(shù) 查表得 =1.6FSFS則 =1100×1×1/1.6=687.5??FXN/333lim??＝660×1×1/1.6=412.5FY444li故 241.44N/mm2≤???7.081.207165.23 ??1F?164.99N/mm2≤?563434F?所以齒根彎曲強(qiáng)度足夠，其他尺寸的計(jì)算已知參數(shù)：o3423m=10Z7=03=0h 1.c.25ddmx6.6Zx??? ?惰 輪 惰 輪 1惰 輪， ， ， ， ，， ， ，， .1，計(jì)算參數(shù)：嚙合角 按如下公式計(jì)算'???12tanxinvivZ????中心矩變動系數(shù) 按如下公式計(jì)算y12cos1Zy?????????中心矩 按如下公式計(jì)算a?am??齒高變動系數(shù) 按如下公式計(jì)算y?yx????齒頂高 按如下公式計(jì)算h???h??齒根高 按如下公式計(jì)算 =（ + -x）mf fc齒全高 =（2 + - ）m??cy?齒頂圓直徑 =d1±2dh齒根圓直徑 =d1-2ff二齒輪軸與第二級惰輪嚙合傳動的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值：嚙合角 ='?'28o?中心矩變動系數(shù) = 0.5069y采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 29 29中心矩 = 305.06mma?齒高變動系數(shù) = 0.0229y?齒頂高 h?12.43m?12.40mh??惰 輪齒根高 f795f 98f惰 輪齒全高 10.8.惰 輪齒頂圓直徑 d?124.6?354.0d??惰 輪齒根圓直徑 = 254.10mm ff 12mf惰 輪第三級惰輪與第二級惰輪嚙合傳動的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值：嚙合角 =' '21o?中心矩變動系數(shù) = 0.4926y中心矩 = 334.926mma?齒高變動系數(shù) = 0.0346?齒頂高 h?9.7m?惰 輪齒根高 f 84f惰 輪齒全高 1.惰 輪齒頂圓直徑 d?3.9?惰 輪齒根圓直徑 f 26mf惰 輪中心齒輪與第三級惰輪嚙合傳動的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值：嚙合角 =' '3o?中心矩變動系數(shù) = 0.5055y中心矩 = 370.055mma?齒高變動系數(shù) = 0.0192?齒頂高 h?412.m?12.40mh??惰 輪齒根高 f98f 98f惰 輪齒全高 1.3.惰 輪采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì) 30 30齒頂圓直徑 d?142.8m?354.80md??惰 輪齒根圓直徑 = 380.22mm ff 12f惰 輪注：其他的大、小齒輪參數(shù)一樣。小齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：考慮到齒輪直接和電動機(jī)的輸出軸相連，因此采用內(nèi)設(shè)花鍵與電動機(jī)的扭矩軸連接，二軸齒輪中心輪組齒輪結(jié)構(gòu)：