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編號：（ ）字 號
本科生畢業(yè)設(shè)計
薄煤層采煤機截割部設(shè)計
李虎 21040206
機械工程及自動化04-1班
題目：
姓名： 學(xué)號：
班級：
二〇〇八年六月
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 機自04級 學(xué)生姓名 李虎
任務(wù)下達(dá)日期： 2008 年 03 月 16日
畢業(yè)設(shè)計日期： 2008 年 03月 18日至 2008 年 06月 10日
畢業(yè)設(shè)計題目： 薄煤層采煤機截割部設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計專題題目：
畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：
設(shè)計參數(shù)：
總裝機功率：487 KW
截割部功率：200 KW
采高范圍：1.3～2.6m
滾筒直徑：φ1.1m
滾筒截深：630 mm
滾筒轉(zhuǎn)速：40 r/min
電機轉(zhuǎn)速：1476 r/min
額定電壓：1140 V
具體要求如下：
1、要完成畢業(yè)設(shè)計圖紙3張零號圖紙；
2、按學(xué)校統(tǒng)一要求打印、裝訂設(shè)計說明書，說明書正文70頁左右；
3、中英文摘要400字；
4、參考文獻(xiàn)20篇左右。
院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(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
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書
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綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；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
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 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
本文介紹了采煤機的發(fā)展歷史、組成及工作原理，在分析煤炭工業(yè)及煤炭工業(yè)的行業(yè)背景的基礎(chǔ)上，展望了采煤機的發(fā)展趨勢，并針對采煤機的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)行了 MG200/487 型采煤機的截割部設(shè)計。
本文首先確定了設(shè)計方案和選擇了基本部件并開展了傳動系統(tǒng)的可靠性分析，MG200/487型采煤機截割部主要是由一個減速箱和四級齒輪傳動組成，截割部電機放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動機輸出的動力經(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)。并對所設(shè)計的齒輪和花鍵進(jìn)行了公差分析，同時介紹了截割部的安裝、維護(hù)和故障處理。本采煤機截割部具有較高的可靠性和安全維修性。
關(guān)鍵詞：滾筒式采煤機； 截割部； 行星齒輪傳動
ABSTRACT
This paper presents the development history, the composition and the principle of shearers in brief. On the foundation of analyzing the trade background of coal industry and mining equipment, look ahead the development of shearers, and according to the present development situation of shearers, we carried out the design of MG200/487-WD Shearer’s cutting unit.
This design firstly fixed on design scheme and selected basic components, and besides, developed the reliability analysis of transmission system. The design of MG200/487-WD Shearer’s cutting unit. It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the MG200/487-WD 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. And gears and involute splines’ tolerances of geometrical quantity were analyzed. At the same time, introduced the installation, maintenance and fault disposal of this cutting unit. The cutting unit of MG200/487-WD Shearer has reliability and installation maintainability.
Keywords: shearer; the cutting unit; planetary gear drive
目 錄
1 概述 1
1.1引言 1
1.2我國采煤機30多年的發(fā)展進(jìn)程 1
1.2.1 20世紀(jì)70年代是我國綜合機械化采煤起步階段 1
1.2.2 20世紀(jì)80年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期 2
1.2.3 20世紀(jì)90年代至今是我國電牽引采煤機發(fā)展的時代 3
1.2.4 國際上電牽引采煤機的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 4
1.3 國內(nèi)電牽引采煤機的發(fā)展?fàn)顩r 6
1.4 結(jié)構(gòu)特征與工作原理 7
1.4.1 搖臂 7
1.4.2 截割電動機 8
1.4.3 牽引部 9
2 總體方案的確定 12
2.1主要技術(shù)參數(shù)如下： 12
2.2傳動方案的確定 14
2.2.1 傳動比的確定 14
2.2.2傳動比的分配 14
3傳動系統(tǒng)的設(shè)計 15
3.1各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 16
3.2齒輪設(shè)計及強度效核 17
3.3截割部行星機構(gòu)的設(shè)計計算 24
3.3.1齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定 25
3.3.2確定各主要參數(shù) 25
3.3.3幾何尺寸計算 28
3.3.4.嚙合要素驗算 30
3.3.5齒輪強度驗算 31
3.4 軸的設(shè)計及強度效核 42
3.4.1選擇軸的材料 42
3.4.2軸徑的初步估算 42
3.4.3求作用在齒輪上的力 42
3.4.4軸的強度效核： 43
3.4.5安全系數(shù)效核計算 46
3.5 軸承的壽命校核 48
3.5.1對截Ⅲ軸的軸承22219c和Nj419進(jìn)行壽命計算 48
3.5.2行星輪軸承壽命的計算 49
3.6 花鍵的強度校核 50
3.6.1截Ⅳ軸花鍵校核 50
3.6.2行星輪系花鍵校核 50
4 采煤機的使用和維護(hù) 50
4.1潤滑及注油 51
4.2地面檢查與試運轉(zhuǎn) 51
4.2.1試運轉(zhuǎn)前的檢查： 51
4.2.2試運轉(zhuǎn)時檢查： 51
4.3下井及井下組裝 52
4.4采煤機的井下操作 52
4.4.1操作前的檢查： 52
4.4.2試運轉(zhuǎn)中注意事項： 52
4.5機器的維護(hù)與檢修 53
4.6采煤機軸承的維護(hù)及漏油的防治 54
4.7 硬齒面齒輪的疲勞失效及對策 56
4.8煤礦機械傳動齒輪失效的改進(jìn)途徑 59
4.8.1設(shè)計 59
4.8.2 選材 60
4.8.3 加工工藝 60
4.8.4 熱處理 61
4.8.5 表面強化處理 61
4.8.6 正確安裝運行 61
4.8.7 潤滑 62
5總結(jié) 63
參考文獻(xiàn) 64
英文原文 65
中文譯文 72
致 謝 77
中國礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 78 頁
1 概述
1.1引言
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(jìn)了采煤方法和采煤工藝的更新。
采煤方法按采煤工藝可分為長壁式采煤法和房柱式采煤法兩大類。我們廣泛使用長壁式采煤法。
長壁式采煤法所使用的機械設(shè)備按機械化程度分為爆破采煤機械、普通機械化采煤機械和綜合機械化采煤機械三類。
炮采工作面的機電設(shè)備較少，主要靠人力完成各項工序。破煤工序有直接打眼放炮和先掏槽后打眼放炮兩種，裝煤工序主要依靠人工攉煤，運煤工序依靠工作面刮板輸送機來完成。
普通機械化采煤機工作面用采煤機或刨煤機和工作面刮板輸送機實現(xiàn)破煤、裝煤和運煤工序的機械化，用單體支護(hù)設(shè)備實現(xiàn)人工控制頂板。
綜合機械化采煤工作面將各種相對獨立的機電設(shè)備合理的組合在一起，在工藝過程中協(xié)調(diào)工作，使采煤工作面的破、裝、運、支全部工序?qū)崿F(xiàn)機械化。
1.2我國采煤機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，另一方面改進(jìn)普采配套的DY100型、DY150型單滾筒采煤機；70年代中后期，制造出MLS3-170型雙滾筒采煤機。20世紀(jì)70年代我國采煤機的發(fā)展有以下特點：
1．裝機功率小
例如，MLS3-170型雙滾筒采煤機，裝機功率170KW；KD-150型雙滾筒采煤機，裝機功率150KW；DY-100和DY-150型單滾筒采煤機，裝機功率100KW和150KW。
2．有鏈牽引，輸出牽引力小
此時期的采煤機牽引方式都是圓環(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)和研制的采煤機品種有50余種，是我國采煤機收獲的年代，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年代采煤機的發(fā)展有如下特點：
1．重視采煤機系列的開發(fā)，擴大使用范圍
20世紀(jì)70年代開發(fā)的采煤機，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的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生出多種機型，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣不僅擴大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機系列化是20世紀(jì)80年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。
2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機工作可靠性的提高
總結(jié)20世紀(jì)70年代采煤機開發(fā)中的經(jīng)驗教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機的攻關(guān)，以解決燒機的現(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，使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全
在引進(jìn)大功率采煤機的同時，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，我國研制采煤機的無鏈牽引都向引進(jìn)機組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機更是如此。無鏈牽引使采煤機工作平穩(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：最具代表性的機型是MG2X400－W型采煤機。
（2）高性能電牽引采煤機：電牽引采煤機的研制從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，變頻調(diào)速箱可以是機載，也可以是非機載。另外派生出8種機型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機械廠在引進(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，雞西煤機廠、遼源煤機廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機。
國產(chǎn)電牽引采煤機雖然發(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。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國的7LS、6LS電牽引采煤機；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，但由于價格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90年代采煤機技術(shù)發(fā)展的特點如下：
1．多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機發(fā)展的主流
我國開發(fā)的電牽引采煤機，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨的電動機驅(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，因而有取代電動機縱向布置的趨勢。
2．我國采煤機的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小
在裝機功率方面，我國的液壓牽引采煤機裝機功率達(dá)到800KW，電牽引采煤機裝機功率達(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,微處理機的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機控制等方面已達(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，在電牽引采煤機中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機連接可靠性的問題。
回顧這30多年我國采煤機發(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)口采煤機來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機占我國整個采煤機市場，這也是個了不起的進(jìn)步。
1.2.4 國際上電牽引采煤機的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
80 年代以來, 世界各主要產(chǎn)煤國家, 為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和實現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)的需要, 積極采用新技術(shù), 不斷加速更新滾筒采煤機
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。其中, 最具代表的是英國安德森的Eiect ra 系列, 德國艾柯夫的SL 系列, 美
國喬依的LS 系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列電牽引采煤機。這些采煤機, 體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機的最新發(fā)展方向。
德國艾柯夫公司, 整機結(jié)構(gòu)特點為機身3 段式, 兩邊傳動部分為鑄造箱體結(jié)構(gòu), 中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu), 搖臂為分體聯(lián)結(jié), 左右對稱通用, 可滿足不同的配套要求; 牽引部電氣傳動系統(tǒng)采用兩直流電機他激并列, 電樞采用微機控制, 勵磁采用串聯(lián), 既能滿足四象限運行, 又能滿足雙牽引, 趨于負(fù)載均衡, 目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國喬依公司從3LS～7LS , 機身為3 段焊接結(jié)構(gòu)形式, 搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用, 牽引部電氣傳動系統(tǒng)為2電機串激串聯(lián), 目前已開始投入使用7LS 交流電牽引采煤機。日本三井三池公司RD101101 和RD102102 均為交流電牽引采煤機, 其結(jié)構(gòu)形式為以前的截割電機布置在機身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式, 機械傳動和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜。
總結(jié)這些國家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
用的SL300 , SL400 , SL500 型采煤機。美國喬依公司70 年代中期開始開發(fā)多電機驅(qū)動的直流電牽引采煤機, 80 年代先后推出3LS , 4LS 和6LS 3 個
新機型, 其電控系統(tǒng)多次改進(jìn), 更趨完善。英國安德森公司80 年代中期先后開發(fā)了EL ECTRA1000和EL ECTRA 薄煤層電牽引采煤機。日本三井三池公司80 年代中期著手開發(fā)高起點交流電牽引采煤機, 最具代表的是MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤機, 為國際首創(chuàng)。法國薩吉姆公司
在90 年代也已研制成功Panda2E 型交流電牽引采煤機。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、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(jìn)的4LS 采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(jìn)給量和推進(jìn)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(hù)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) 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 。
1.3 國內(nèi)電牽引采煤機的發(fā)展?fàn)顩r
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。借助MG3442PWD 電牽引采煤機的電牽引技術(shù), 對液壓牽引采煤機進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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 結(jié)構(gòu)特征與工作原理
如圖1.1 雙滾筒采煤機
1.4.1 搖臂
搖臂主要由截割電動機、搖臂殼、一軸組件、惰輪組件、二軸組件、三軸組件、拔叉組件、行星減速器，內(nèi)噴霧系統(tǒng)等組成。左右搖臂減速器除殼體不同外，其余零部件完全相同，可互換使用。
搖臂直接由截割電動機拖動，經(jīng)三級直齒輪傳動和一級行星機構(gòu)傳動，將動力傳遞到截割滾筒，實現(xiàn)了采煤機落煤和裝煤的作用。
搖臂有如下特點：
（1）搖臂回轉(zhuǎn)采用小鉸軸結(jié)構(gòu)。
（2）搖臂齒輪減速器都是簡單的直齒傳動，精度高，傳動效率高。
（3）行星傳動內(nèi)齒圈采用座入搖臂殼內(nèi)結(jié)構(gòu)，運轉(zhuǎn)中不易松動，工作平穩(wěn)。
（4）采用彎搖臂形式，加大了裝煤口，提高裝煤效率，增加塊煤率。
（5）搖臂殼體采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，外殼有焊接的冷卻水套，用于冷卻和內(nèi)噴霧供水噴霧降塵。
1.4.2 截割電動機
截割電動機為礦用割爆型三相交流異步電動機，可用于環(huán)境溫度下于40℃，有甲烷或爆炸性煤塵工作面，橫向安裝在采煤機搖臂上，采用實心軸傳動結(jié)構(gòu)，強度高，外殼采用水套冷卻。
左右截割電動機通用，接線喇叭口可以改變方向，方便電纜引入，拆裝時，可以利用電動機聯(lián)接法蘭上的頂絲螺孔頂出，從老塘側(cè)抽出，拆裝方便。
使用時注意開機前應(yīng)先檢查冷卻水的水量，先通水后起電動機，嚴(yán)禁斷水使用，電動機長時間運行后不要馬上關(guān)閉冷卻水，發(fā)現(xiàn)有異樣聲響時，應(yīng)立即停車檢查。
一軸組件由軸齒輪、軸承、端蓋、骨架油封、油封架等組成，軸齒輪由軸承對稱支撐在軸承杯上，并通過漸開線花鍵與電動機輸出軸相聯(lián)接，軸承的軸向間隙應(yīng)保持0.15～0.35之間。
惰輪軸組I主要由齒輪、心軸、軸承、距離套等組成，靠心軸與殼體臺階定位。
二軸組件主要由齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ、軸承、花鍵軸、端蓋等組成。矩形花鍵由二個軸承支撐在箱體上，花鍵上裝有二個齒輪，其中一個為離合齒輪與撥叉相連，推動撥叉可實現(xiàn)搖臂的離或合兩個位置，軸承的軸向間隙，保持在0.15～0.35mm之間.
三軸組件主要由軸齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ、軸承、端蓋、距離套、密封圈等組成，齒輪通過矩形花鍵套在軸齒輪Ⅰ上，軸齒輪Ⅰ由二個軸承支撐在箱體上。調(diào)整墊用來調(diào)整軸承的軸向間隙，保持在0.15～0.35mm。惰輪軸Ⅱ共有兩組，其定位方式與惰輪軸Ⅰ相同，這兩組軸安裝方向相反。
四軸組件為行星減速器輸入軸組，其齒輪大齒輪內(nèi)孔為花鍵與太陽輪相連，兩軸承內(nèi)圈安裝在大齒輪的空心軸上，而外圈安裝在套杯上，軸承間隙應(yīng)調(diào)整在0.15～0.35mm之間。
2.1.7 內(nèi)噴霧供水裝置由接頭、水封、泄漏環(huán)、油封、軸承裝置外殼、軸承、不銹鋼送水管、○形圈、定位銷、管座、高壓軟管等組成。
不銹鋼送水管插入靠煤壁側(cè)管座時，管上的缺口對準(zhǔn)座上的定位銷，使送水管和滾筒軸（行星架）一起轉(zhuǎn)動，靠內(nèi)外兩道○型圈密封，送水管靠老塘側(cè)通過軸承支撐在軸承裝置外殼內(nèi)，因兩者有相對旋轉(zhuǎn)運動，為防止內(nèi)噴霧水進(jìn)入搖臂油池，在送水管殼體，靠特制的水封防漏水，在水封的后面又架設(shè)了一只骨架油封（材料與普通油封不同）起防水，防塵作用，在該水封和油封間裝有泄漏環(huán)，經(jīng)水封泄漏的水通過水封裝置外殼流出搖臂殼體外，油封是為防止油液外漏而設(shè)置的。
內(nèi)噴霧水通過接頭座與噴霧冷卻系統(tǒng)的相應(yīng)管路相通，經(jīng)送水管，煤壁側(cè)高壓管與滾筒的內(nèi)噴霧供水口相連，進(jìn)入滾筒水道。
行星減速器為四個行星輪減速機構(gòu)，主要由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈、行星架支撐軸承，平面浮動油封裝置和方形聯(lián)接套等組成，太陽輪的另一端與搖臂大齒輪的內(nèi)花鍵相聯(lián)，輸入轉(zhuǎn)矩，當(dāng)太陽輪轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動行星輪沿本身軸線自轉(zhuǎn)，同時又帶動行星架繞其軸線轉(zhuǎn)動，行星架通過花鍵和方形連接套聯(lián)接，將輸出轉(zhuǎn)矩傳給滾筒。
行星齒輪傳動利用四個行星輪嚙合的形式，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大。傳動可靠，考慮行星輪間均載，采用太陽輪浮動結(jié)構(gòu)，太陽輪浮動靈敏，反力矩小，浮動量通過與大齒輪相配合的外花鍵側(cè)隙來保證。
行星架前端靠軸承支撐，此軸承兩端面需控制軸向間隙0.15～0.35mm后端靠軸承支撐。
方形聯(lián)結(jié)套采用平面浮動油封裝置，能適應(yīng)行星機構(gòu)的軸向竄動，適應(yīng)在有煤塵和煤泥的工況下工作。
1.4.3 牽引部
1 左電牽引部
左電牽引部由左電牽引部殼體、牽引電機、電機軸組、牽引二軸、制動軸、雙行星減速器、液壓制動器、行走輪組成等組成。
牽引電動機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)二級直齒圓柱齒輪和二級行星齒輪減速器減速后，由行星架輸出，通過驅(qū)動輪與行走輪相嚙合，再由行走輪與工作面輸送機上的銷軌嚙合使采煤機來回行走，同時制動軸出軸通過花鍵與液壓制動器相連，實現(xiàn)電牽引的制動。
2 牽引電動機
牽引電動機為隔爆型三相交流調(diào)速電動機，與變頻調(diào)速裝置配套作為采煤機的牽引動力源，可適用于環(huán)境溫度小于40℃，相對濕度不大于97﹪。
3 液壓制動器
液壓制動器是由螺塞、外殼、碟形彈簧、活塞、圓盤、壓盤、外摩擦片、內(nèi)摩擦片、底座、花鍵套等組成。當(dāng)采煤機在正常工況下工作時，由調(diào)高泵輸出的壓力油經(jīng)集成塊和制動電磁閥進(jìn)入液壓制動器的外接油口，活塞在油壓下壓緊碟形彈簧組，壓盤與內(nèi)外摩擦片脫離接觸，液壓制動器呈現(xiàn)自由空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)出制動信號時，制動電磁閥斷電復(fù)位，制動器內(nèi)的油腔與油池連通，使得活塞在碟形彈簧的作用下推動壓盤壓緊內(nèi)外摩擦片，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，花鍵套被抱閘，起到制動采煤機的作用。
4 右電牽引部
右電牽引部內(nèi)的傳動系統(tǒng)與左電牽引部完全相同，所不同的是其內(nèi)部還裝有調(diào)高電動機，雙聯(lián)齒輪泵、集成塊、過濾器、壓力表、制動電磁閥等元件。用于采煤機調(diào)高系統(tǒng)及液壓制動器的動力來源。
㈣ 輔助液壓系統(tǒng)
1 采煤機輔助液壓系統(tǒng)包括兩部分：A 調(diào)高回路。B 制動回路。它由調(diào)高泵站、機外油管、左右調(diào)高油缸和液壓制動器等組成。其中。泵站布置在右電牽引部內(nèi)，液壓制動器布置于左右電牽引部內(nèi)，調(diào)高油缸布置在機身下。
泵站由調(diào)高電動機、單泵、集成塊、過濾器、制動電磁閥、壓力表、高低壓溢流閥等組成。
調(diào)高回路的主要功能是使?jié)L筒能按司機所需的位置工作，調(diào)高回路的動力由調(diào)高電動機提供，調(diào)高油缸調(diào)高阻力太大時，為防止系統(tǒng)回路油壓過高，損壞油泵及附件，在調(diào)高系統(tǒng)排油路設(shè)置一高壓溢流閥作為安全閥，調(diào)高壓力20MPa。
液壓制動回路的壓力油回油路設(shè)置低壓溢流閥，為制動器壓力及調(diào)高電磁反向閥所用壓力，為保證液壓制動器打開，在制動回路設(shè)置一低壓溢流閥，調(diào)定壓力為1.5MPa，它由二位三通電磁閥，液壓制動器，低壓溢流閥及其管路等組成，制動電磁閥在集成塊上，通過特定管路與安裝在左右電牽引部上的液壓制動器相連。
2 調(diào)高電動機
該電動機為礦用隔爆型三相異步電動機，可適用環(huán)境低于40℃，且有甲烷或爆炸性煤塵的工作面。
3 調(diào)高油缸
兩只調(diào)高油缸設(shè)置在靠煤壁側(cè)機身下方，油缸的活塞桿與搖臂的小支臂，缸體與左右牽引部下面分別用銷軸聯(lián)結(jié)，已實現(xiàn)左右滾筒的調(diào)高，調(diào)高油缸由液力鎖缸體，活塞桿和活塞等組成。
4 齒輪泵
該泵為CBK1012-B3F型齒輪泵，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。
5 過濾器
在輔助液壓系統(tǒng)中，設(shè)有過濾器一個，安裝在右電牽引部泵站中，采用網(wǎng)式濾芯，型號為MDY01042，其流量為63l/min。
6 壓力表
采煤機的工作過程中，為了隨時監(jiān)視液壓系統(tǒng)中工作狀況，因此在泵站中安裝有高低壓壓力表，分別顯示調(diào)高及控制油源的壓力，為防止表針劇烈振動而損壞，壓力表表座中有阻尼塞。
7 手動換向閥
本機設(shè)有兩只手動換向閥，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能完全一樣，均為H型三位四通換向閥，閥中彈簧是使閥芯復(fù)位，此時無壓力油進(jìn)入油缸，用手直接操作確定閥的工作位置，使壓力油進(jìn)入油缸，使其伸縮實現(xiàn)搖臂的升降。
8 電磁閥
本機選用24GDEY-H6B-T2隔爆型電磁換向閥作為制動電磁閥，當(dāng)采煤機啟動時，制動電磁閥待電動作，壓力油進(jìn)入制動器克服彈簧力，內(nèi)外摩擦片分離，牽引進(jìn)入進(jìn)行狀態(tài)，當(dāng)采煤機停止時，制動電磁閥斷電復(fù)位，壓力油回油池，制動器內(nèi)外摩擦片貼緊，采煤機被制動。
㈤ 輔助裝置
由左右行走箱、滑靴組、拖纜裝置、冷卻噴霧管路系統(tǒng)、機身聯(lián)結(jié)、截割滾筒、機外液壓管路組成。
1 在采空區(qū)側(cè)：行走輪組、行走輪、導(dǎo)向滑靴、行走輪軸承、芯軸等組成。
2 在煤臂側(cè)：滑靴組，用螺栓、銷子固定在左右牽引部下面。
3 拖纜裝置：拖纜裝置由拖纜架，連接板、銷、電纜板等組成，當(dāng)采煤機沿工作面運行時，拖拽并保護(hù)纜和水管使用電纜夾來承受，這樣使電纜，水管不受力磨損小，同時還能防砸及拖拽平穩(wěn)且阻力小，在工作面刮板輸送機的電纜槽內(nèi)可靠的來回拖動。
拖纜裝置固定在電控箱前面右上部，以便電纜能順利進(jìn)入電控箱，電纜和水管進(jìn)入工作面后安裝在工作面輸送機的固定電纜槽內(nèi)，在輸送機的中點在進(jìn)入電纜槽并安裝電纜夾，故移動電纜和管的長度的一半略有多余。
4 噴霧冷卻系統(tǒng)
采煤機工作時，滾筒在破煤和裝煤過程中，會產(chǎn)生大量煤塵，不及降低了工作面的能見度，影響正常生產(chǎn)，而且對安全生產(chǎn)和工人的健康也會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此，必須及時降塵，最大限度的降低空氣中的含量，同時采煤機在工作時，各主要部件會產(chǎn)生很大熱量需及時進(jìn)行冷卻，已保證工作面生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
噴霧冷卻系統(tǒng)由水閥、水壓、繼電器、安全閥、節(jié)流閥、噴嘴、高壓軟管及有關(guān)連接件組成，來自噴霧泵的水壓由送水管經(jīng)電纜槽，拖纜裝置進(jìn)入水閥，由水閥到機身后面的兩個分配閥，分多路用于冷卻截割電機，牽引電機，調(diào)高電機，電控箱，內(nèi)外噴霧降塵。
5 機身連接裝置
左右電牽引部，中間電控箱的連接螺柱，搖臂與左右電牽引部鉸接銷軸四組，這些裝置將采煤急各大部件聯(lián)接成一個整體，起到緊固及連接的作用。
液壓螺母由螺母、油堵、密封圈、活塞緊圈組成，其工作原理和使用方法如下：
在打壓前應(yīng)先將液壓螺母擰緊后取下一個油堵，接通超高壓泵當(dāng)手動超高壓泵產(chǎn)生的高壓油，注入螺母與密封圈之間的油腔時，螺母在液壓力的作用下向上移動，將螺栓強行拉伸，產(chǎn)生很大的豫緊力，打壓到限定的油壓后，將緊固旋緊至螺母底部，卸去高壓油擰上油堵，這時螺母靠緊圈和活塞鎖在預(yù)定的位置。
本機選用兩種規(guī)格的液壓螺母M30，限定油壓200MPa和M36×3限定油壓180MP采用液壓鎖緊，預(yù)緊力大，螺栓受力均勻，防松可靠。
㈥滾筒
滾筒是采煤機工作機構(gòu)，擔(dān)負(fù)著破煤，裝煤的作用，主要由滾筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星減速器輸出軸采用方形聯(lián)結(jié)套聯(lián)接，聯(lián)接可靠，拆卸方便。
滾筒體采用焊接結(jié)構(gòu)，三頭螺旋葉片，設(shè)有內(nèi)噴霧水道和噴嘴壓力水從噴嘴霧狀噴出，直接噴向齒尖，以達(dá)到冷卻截齒，降低煤塵和稀釋瓦斯的目的。為延長螺旋葉片的使用壽命，在其出煤口處采用耐磨材料噴煤處理。
㈦機外液壓管路
由于采用手動換向閥安裝在左中部，兩端電動換向機外管路簡單，由泵箱端集成塊引出四根去左右油缸進(jìn)出油口，二根去制動器，即可將左右油缸，制動器與系統(tǒng)連接起來。
2 總體方案的確定
電牽引采煤機，該機裝機功率487.5KW，截割功率2×200KW，牽引功率2×40。
該采煤機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主要技術(shù)參數(shù)如下：
采高（m）：1.3－2.6;
適應(yīng)傾角(。)：≤40;
煤質(zhì)硬度：硬或中硬;
機面高度(mm)：1000
滾筒直徑(mm)：1100;
滾筒轉(zhuǎn)速(r/min)：40;
截深(mm)：630;
牽引力(KN)：360;
牽引速度(m/min)：0－7.7－12.8;
滅塵方式：內(nèi)外噴霧;
拖電纜方式：自動拖纜
裝機功率(KW)：2×200+2×40＋7.5;
電壓(V)：1140;
搖臂長度(mm):2572
2.1.1采煤機結(jié)構(gòu)方案
采煤機采用多電機橫向布置方式，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。該機具有以下特點：
1．截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機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。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機，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)。
2.1.2截割部電動機的選擇
由設(shè)計要求知，截割部功率為200×2KW，即每個截割部功率為200KW。根據(jù)礦下電機的具體工作情況，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;而且電機工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，效率高。據(jù)此選擇YBCS3-200C， 其主要參數(shù)如下： 額定功率 :200KW；
額定電壓：1140V；
滿載電流：130A；
額定轉(zhuǎn)速：1478r/min；
滿載效率：0.920；
絕緣等級： H；
滿載功率因數(shù)：0.85；
接線方式：Y；
質(zhì)量： 1280KG；
冷卻方式：外殼水冷
該電動機輸出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搖臂的齒輪減速機構(gòu)。
2.2傳動方案的確定
2.2.1 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。
總傳動比
——電動機轉(zhuǎn)速 r/min
——滾筒轉(zhuǎn)速 r/min
2.2.2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，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。
設(shè)計采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖所示（圖2.1）：
a太陽輪 b內(nèi)齒圈
c行星輪 x行星架
圖2.1 NGW型行星機構(gòu)
該行星齒輪傳動機構(gòu)主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪c、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c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，它用在采煤機截割部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減速機構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動比一般為2.1～13.7。如圖2.3，當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動件，行星架c為從動件時，傳動比的推薦值為2.7～9。從《采掘機械與支護(hù)設(shè)備》上可知,采煤機截割部行星減速機構(gòu)的傳動比一般為5～6。所以這里先定行星減速機構(gòu)傳動比：
則其他三級減速機構(gòu)總傳動比
÷36.75÷5.747=6.39
根據(jù)前述多級減速齒輪的傳動比分配原則及齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17為依據(jù)，另參考MG250/591型采煤機截割部各齒輪齒數(shù)分配原則，初定齒數(shù)及各級傳動比為：
3傳動系統(tǒng)的設(shè)計
3.1各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定
各軸轉(zhuǎn)速計算：
從電動機出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。
Ⅰ軸 min
Ⅲ軸
Ⅳ軸
Ⅵ軸
各軸功率計算：
Ⅰ軸 ×0.99=198
Ⅱ軸 ×0.98×0.99=190.18
Ⅲ軸 ×0.98×0.99=184.51
Ⅳ軸 ×0.98×0.99×0.99=177.22
Ⅴ軸 ×0.98×0.99×0.99=170.22
Ⅵ軸 ×0.98×0.99=165.15
Ⅶ軸 ×0.98×0.99×0.99=158.63
Ⅷ軸 ×0.98×0.99×0.99=152.36
各軸扭矩計算:
Ⅰ軸 ×
Ⅲ軸 ×
Ⅳ軸 ×
Ⅶ軸 ×
Ⅷ軸 ×
將上述計算結(jié)果列入下表,供以后設(shè)計計算使用
運動和動力參數(shù)
編號
功率/kW
轉(zhuǎn)速n/(r·min)
轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
傳動比
Ⅰ軸
198
1470
1286.3
1.79
Ⅲ軸
184.51
821.2
2145.7
Ⅳ軸
177.22
526.43
3214.96
1.56
Ⅶ軸
158.63
229.88
6592.3
2.29
Ⅷ軸
152.36
229.88
273866.6
5.747
3.2齒輪設(shè)計及強度效核
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)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取
小輪分度圓直徑，由式（8－64）得
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，?。?．6
小輪齒數(shù) =19
惰輪齒數(shù) ＝34.01
齒數(shù)比 ＝
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù) 由式（8－54）得
使用系數(shù) 查表8－20
動載荷系數(shù) 查圖8－57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60
齒間載荷分配系數(shù) 由式8－55及得
＝[1.88－3.2(1/19+1/34)]=1.617
查表8－21并插值 ＝1
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 查表8－22
＝189.8
節(jié)點影響系數(shù) 查圖8－64
重合度系數(shù) 查圖8－65
許用接觸應(yīng)力 由式得
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得
則 查圖8－70得接觸強度得壽命系數(shù)
硬化系數(shù) 查圖8－71及說明
接觸強度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取
故的設(shè)計初值為
齒輪模數(shù) 查表8－3
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝
圓周速度
與估取很相近，對取值影響不大，不必修正
＝1.11，
小輪分度圓直徑
惰輪分度圓直徑
中心距
齒寬
惰輪齒寬
小輪齒寬
齒根彎曲疲勞強度效荷計算
由式
齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪
大輪
重合度系數(shù),由式8－67
許用彎曲應(yīng)力由式8－71
彎曲疲勞極限 查圖8－72
彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73
尺寸系數(shù) 查圖8－74
安全系數(shù) 查表8－27
則
4. 齒輪幾何尺寸計算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
HRC 56～62
公差組7級
＝0．6
=19
＝34
＝1.79
合適
＝1．75
＝1．11
＝1.08
＝1
＝189.8
＝2.5
＝0.897
＝1
mm
＝133mm
,
=185.5mm
mm
＝2.86
＝2.47
=1.54
=1.65
＝1
＝2
齒輪4和齒輪5設(shè)計及強度效核：
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)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取
小輪分度圓直徑，由式（8－64）得
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，?。?．6
小輪齒數(shù)
大輪齒數(shù) ＝35.88圓整取
齒數(shù)比 ＝
傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù) 由式（8－54）得
使用系數(shù) 查表8－20
動載荷系數(shù) 查圖8－57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60
齒向載荷分配系數(shù) 由式8－55及得
＝[1.88－3.2(1/23+1/36)]=1.65
查表8－21并插值 ＝1.1
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 查表8－22
＝189.8
節(jié)點影響系數(shù) 查圖8－64
重合度系數(shù) 查圖8－65
許用接觸應(yīng)力 由式得
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得
則 查圖8－70得接觸強度得壽命系數(shù)
硬化系數(shù) 查圖8－71及說明
接觸強度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取
圓整
齒輪模數(shù) 查表8－3
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝
圓周速度
與估取很相近，對取值影響不大，不必修正＝1.18，
小輪分度圓直徑
惰輪分度圓直徑
中心距
齒寬
惰輪齒寬
小輪齒寬
齒根彎曲疲勞強度效荷計算
由式
齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪
大輪
重合度系數(shù),由式8－67
許用彎曲應(yīng)力由式8－71
彎曲疲勞極限 查圖8－72
彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73
尺寸系數(shù) 查圖8－74
安全系數(shù) 查表8－27
則
(4)齒輪幾何尺寸計算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
HRC 56~62
公差組7級
＝0．6
=23
＝36
＝1.565
合適
＝1.75
＝1.18
＝1.08
＝1.1
＝189.8
＝2.5
＝0.87
＝1
＝2.69
＝2.45
=1.575
=1.65
＝0.98
＝2
齒輪6和惰輪7的幾何尺寸計算：
齒輪幾何尺寸計算：
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
惰輪8和齒輪9的幾何尺寸計算：
齒輪幾何尺寸計算：
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
由于齒輪的強度效核方法都是相似的，因而對其它齒輪的強度效核過程安排在設(shè)計說明書以外的篇幅中進(jìn)行，并全部強度驗算合格。
3.3截割部行星機構(gòu)的設(shè)計計算
電牽引采煤機是直接以電動機作為驅(qū)動減速箱的原動力, 因而要求減速箱有較大的速比, 同時受工作面空間條件限制, 要求傳動裝置尺寸小。因此, 電牽引采煤機無論牽引部或截煤部均在最后輸出級采用行星機構(gòu)。行星傳動結(jié)構(gòu)緊湊、速比大。
行星傳動的優(yōu)點是動力分流, 功率流數(shù)取決于行星輪個數(shù)。因此, 電牽引采煤機用的行星機構(gòu)大多設(shè)計成4 個行星輪, 以降低每一行星輪的負(fù)載, 但對行星架及齒輪的加工精度要求更高。為減小加工安裝誤差所產(chǎn)生的偏載和彈性變形、慣性力、摩擦力等妨礙載荷均勻分布的因素, 把太陽輪作成無支承的浮動件(單浮動) , 通過漸開線花鍵與前一級齒輪聯(lián)接, 花鍵側(cè)隙則滿足了浮動量的要求。或設(shè)計成雙浮動(太陽輪、內(nèi)齒圈浮動)、三浮動結(jié)構(gòu)(太陽輪、內(nèi)齒圈、行星架浮動)。這些均載措施結(jié)構(gòu)簡單、浮動靈敏、反力矩小, 有效地補償各種誤差, 使行星輪間的載荷均衡分配。行星輪與內(nèi)齒圈一般設(shè)計成薄壁輪緣。行星輪輪緣的變形對安裝在行星輪內(nèi)孔中軸承的滾動體間的載荷分布會發(fā)生影響, 由此獲得可提高軸承壽命的最佳間隙。內(nèi)齒圈輪緣的柔性變形, 同樣也有利于行星輪間的載荷分配均勻, 并降低嚙合時的動載荷。
已知：輸入功率KW,
轉(zhuǎn)速=229.88r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=40r/min
3.3.1齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定
太陽輪和行星輪的材料為20CrNi2MoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57～61HRC。因為對于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高級滲碳鋼，經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。
試驗齒輪齒面接觸疲勞極限MPa
試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪：
（）
行星輪：
齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級。
內(nèi)齒圈的材料為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.
試驗齒輪的接觸疲勞極限：
試驗齒輪的彎曲疲勞極限：
齒形的加工為插齒，精度為7級。
3.3.2確定各主要參數(shù)
⑴行星機構(gòu)總傳動比：
i=5.747，采用NGW型行星機構(gòu)。
⑵行星輪數(shù)目：
要根據(jù)文獻(xiàn)3表2.9-3及傳動比i，取。
⑶載荷不均衡系數(shù)：
采用太陽輪浮動和行星架浮動的均載機構(gòu)，取 =1.15
⑷配齒計算：
太陽輪齒數(shù)
式中：取c=20（整數(shù)）
內(nèi)齒圈齒數(shù)
行星輪齒數(shù)
取
⑸-齒輪接觸強度初步計算按表義14-1-60中的公式計算中心距：
1) 綜合系數(shù)：
2）太陽輪單個齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
3）齒數(shù)比：
4）取齒寬系數(shù)：
5）初定中心距：
將以上各值代入強度計算公式，得
6）計算模數(shù)：
取標(biāo)準(zhǔn)值m=8
7）未變位時中心距a：
根據(jù)實際情況取
（6）計算變位系數(shù)
1）a-c傳動
a)嚙合角：
所以
b)總變位系數(shù)：
=
c)中心距變動系數(shù)：
d)齒頂降低系數(shù)：
e)分配變位系數(shù)：
取 （見文獻(xiàn)3第101頁）
則
2）c-b傳動
a)嚙合角：
式中，
代入
所以
b)變位系數(shù)和：
c)中心距變動系數(shù)：
d)齒頂降低系數(shù)：
e)分配變位系數(shù)：
3.3.3幾何尺寸計算
分度圓
齒頂圓
齒根圓
基圓直徑
齒頂高系數(shù)
太陽輪，行星輪—
內(nèi)齒輪—
頂隙系數(shù)
太陽輪，行星輪—
內(nèi)齒輪—
代入上組公式計算如下：
太陽輪
行星輪
=200mm
=219.2mm
=181.88mm
內(nèi)齒輪
=511.49mm
=545.1mm
太陽輪，齒寬b
由表2.5-12,
取
則
取
～
3.3.4.嚙合要素驗算
⑴a-c傳動端面重合度
1） 齒頂圓齒形曲徑：
太陽輪
=39.60mm
行星輪
=56.41mm
2）端面嚙合長度：
式中 “”號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合角
— 端面節(jié)圓嚙合
直齒輪
則
=39.60+56.41-160sin
=31.895（mm）
3）端面重合度：
=1.35
⑵ c-b端面重合度
1） 頂圓齒形曲徑 ：
由上式計算得
行星輪
內(nèi)齒輪
2）端面嚙合長度：
=56.409-62.15+160sin
=37.27mm
3）端面重合度：
=