新型采煤机牵引部整体设计

摘 要本文是新型采煤机牵引部整体设计的说明书。设计通过参考大量产品资料和指导老师的指导，分析以往典型采煤机在中、厚煤层开采中的液压部分存在的问题，利用多种方法改进，权衡许多重要参数最终将牵引部定为由液压装置提供动力，齿轮在轨道上行走的基本形式，将采煤机的直线行走运动性能十分稳定。本文主要是关于牵引部的整体设计以及行走箱的设计，主要阐述行走箱各轴、齿轮以及轴承等的选型及选型和改进措施，其中以动力传动与行走机构的确定为主。还有关于牵引部的总体传动系统的传动比的计算。最后，为牵引部的生产和使用中遇到的实际问题以及问题的解决提了一些要求和建议，帮助用户能更好的使用机器。设计说明书中不易表达出来的地方还配有图纸来说明。关键词：采煤机；牵引部；行走箱；牵引机构；AbstractShearer traction in this paper is the new Department of the overall design of brochures. Design of a large number of products through reference information and guidance to the guidance of teachers, analysis of typical Shearer in the past, thick seam mining in the hydraulic part of the existing problems, and use various methods to improve balance many important parameters of the traction will eventually be ground Hydraulic devices powered gear running on the track in the basic form, Shearer will walk a straight line movement of very stable.This article is about the overall design of the Department of traction, as well as the design of walking box, walking on the main shaft, gears and bearings, such as the selection and selection and improvement measures, Power Traction and walking mechanism is mainly confirmed. Traction is also available on the Department of the overall transmission ratio of the transmission system of calculation. Finally, the Department of traction for the production and use of the practical problems encountered in the settlement of the issue and mentioned a number of requests and suggestions to help users better use of machinery. Design Manual difficult to express in the local also has drawings to illustrateKeywords: Shearer; traction Department; walking mechnism; traction;摘 要 11 绪 论 51.1 采煤机械的技术现状与发展趋势 51.1.1 采煤机械发展的历史 .51.1.2 国外采煤机的发展状况 61.1.3 国内采煤机的发展状况 81.2 中国煤炭开采的重要性 .111.3 煤炭行业机械化发展是国家的政策 .111.4 结语 .121.5 设计意义及需解决的问题 .122.牵引部的整体方案 .132.1 牵引形式的选择 .132.2 牵引机构的选择 .152.2.1 链牵引机构 152.2.2 无链牵引机构 162.3 牵引部的组成及特点 .182.4 牵引机构结构和动力设计方案的确定 .202.4.1 牵引部与行走箱一体设计 202.4.2 牵引部和行走箱独立箱体设计 202.5 此种设计对牵引部的要求 .202.6 牵引阻力的确定 .212.7 减速机构的选用 .222.7.1 减速器的概述 222.7.2 主要减速器特点比较及选择 232.8 润滑方式及齿轮油的确定 .232.9 密封形式的确定 .243.牵引部的主要技术参数及传动比的设定 .253.1 牵引部的主要技术参数 .253.2 牵引机构传动方案的设计 ei.253.2.1 传动比的计算 .253.2.2 确定齿轮模数和齿数 .263.2.3 确定各轴输入扭矩、转速、输入功率 .274.行走箱的设计 .304.1 直齿轮传动设计 .304.1.1 齿轮设计 304.1.2 齿轮的变位及尺寸计算 334.1.3 齿轮接触强度修正校核 364.1.4 齿根弯曲疲劳强度校核计算 364.2 花键轴的设计 计算及轴承的选型与寿命的计算 .374.2.1 花键轴的设计计算 374.2.2 轴承的选型及寿命的计算 414.3 牵引部机箱体的设计思路 .425 安装、检测维修与故障处理 .445.1 采煤机牵引部的安装与调试 445.2 牵引部的维修与检修 445.2.1 牵引部的维护 445.2.2 牵引部的检修 .455.3 采煤机牵引部的故障分析和处理 465.3.1 故障分析处理的原则依据 .465.3.2 处理故障的步骤 .465.3.3 常见故障分析与处理 .475.3.4 磨损检测 495.3.5 采煤机井下操作 495.3.6 操作注意事项 51结语 53致谢 54参考文献： 551 绪 论1.1 采煤机械的技术现状与发展趋势1.1.1 采煤机械发展的历史目前国内使用的采煤机械主要是可调高的双牵引部液压采煤机，这种经过改进的液压牵引采煤机，可追溯到长臂截煤机，是早期用于煤层底部掏槽的采煤机械。最早的滚筒采煤机是在截煤机的基础上，将减速箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演变成的。这种滚筒采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。早期的滚筒采煤机主要存在 2 个问题，（1）截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整（即所谓的固定滚筒） ，对煤层厚度及变化适应性差；（2）截煤滚筒的装煤效果不佳（即所谓的圆形滚筒） ，限制了采煤机生产率的提高。20 世纪 60 年代，英国、德国、法国和前苏联等先后对采煤机的截割滚筒做出两项改进。一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度，完全解决对煤层赋存条件的适应性；二是把圆形滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项改进使滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。在滚筒采煤机发展的同时，还研制出用刨削方式落煤的刨煤机、以钻削方式落煤的钻削式采煤机，以及螺旋钻式采煤机。现代滚筒采煤机均为可调高摇臂滚筒采煤机，其发展是从有链到无链；由机械牵引到液压牵引再到电牵引；由单机纵向布置驱动到多机横向布置驱动；由单滚筒到双滚筒，且向大功率、遥控、遥测、智能化发展，其性能日臻完善，生产率和可靠性进一步提高，工况自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已在采煤机上得到应用。1.1.2 国外采煤机的发展状况(1)牵引方式向电牵引方式发展。传统的液压牵引采煤机在国外仍然在生产和使用中，但已不占主导地位，由于电牵引采煤机的诸多优点，国外目前开发的采煤机，特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。(2)装机总功率不断增大。为适应煤矿生产实现高产高效，国外采煤机的功率在不断提高，电机截割功率通常在 400kw 以上，最新报道已达 850kw。牵引电机功率均在 40kw 以上，大的甚至达到 125kw，总装机功率通常超过 1000kw，如EL3000 型采煤机总装机功率高达 2000kw，7LS5 型采煤机达 1940kw。牵引速度、牵引力也大幅提高，目前大功率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到 15-25m/min，最大牵引速度达 50m/min，最大牵引速度达 50m/min，牵引力高达1000KN。牵引速度的加快，支架随记支护的实现，使工作而顶板空顶时间缩短，为加大支架步距和滚筒截深创造了条件。采用大截深滚筒以成为提高采煤机生产能力的重要途径，目前普遍采用的截深为 1000-1200mm，个别已达 1500mm。（1）元部件可靠性大幅提高。为提高采煤机的可靠性，减少故障率，采煤机齿轮的设计寿命以提高到 2000h 以上，轴承的寿命提高到 3000h 以上，并且还有进一步提高的趋势。液压泵和液压马达的寿命已达 10000h。（2）电牵引方式趋向交流变频调速。电牵引采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可分为直流牵引和交流牵引。由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠、维护管理简单、价格低廉等特点，近几年发展很快。20 世纪 90 年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。交流牵引正逐步替代直流牵引。成为今后电牵引采煤机的发展方向。早期的交流电牵引均采用一个变频器拖动两台牵引电机，变频器对电机的性能参数难以准确检测，控制和保护功能无法完全发挥。德国在开发 SL300 时，采用两个变频器分别拖动两台牵引电机的牵引系统，使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统也正被逐步的采用，成为电牵引技术发展的又一个特点。（3）无链牵引向齿轮一齿轨式演变。随着牵引力不断增大，销轮一齿轨式无链牵引已近淘汰，齿轮一齿轨式无链牵引已使用不多，正逐步趋向于采用齿轮一齿轨式无链牵引。这是一种从齿轮一销轨式演变而来的无链牵引结构，圆柱销被齿轨所取代，焊接结构改成了整体精密铸造或锻造，宽度增大，节距由125mm 增加到 175mm。无链牵引的优缺点 无链牵引机构取消了固定在工作面两端的牵引链，而采用采煤机上的驱动轮与输送机上的齿条等相啮合的方式来移动机器。无链牵引具有一系列优点：采煤机移动平稳、搬动小，因而载荷均匀，延长了机器的使用寿命，故障率也大减小。可利用无链双牵引传动将牵引力提高 400-600kN，以适应采煤机在大倾角（最大达 54）条件下工作，利用制动器还可以使机器的防滑问题得到解决。可以实现工作面多台采煤机同时工作，提高工作产量。啮合效率高，可将牵引力有效地用在割煤上。因它没有原来链牵引的链条通过三个链轮时产生的围绕折曲啮合损失，所以噪声也有所降低。消除了牵引链带来的断链、反链敲缸等事故，大大提高了安全性。无链牵引的缺点是：队输送机的弯曲和起伏不平的要求较高，对煤层地质条件的适应性较差，因底板及输送机起伏度太大，会影响无链牵引机构的啮合，造成传动件的损坏事故。无链牵引机构使机道宽度增加约 100mm，所以提高了对支架控顶能力的要求。（4）普遍采用中、高压供电。由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长（达到 300m） ，整个工作面供电容量超过 5000kW。为了减少输电线路损耗，保证供电质量和电机性能，新研制的大功率电牵引采煤机几乎都采用中、高压供电。主要供电等级有 2300，3300，4160，5000V 等。（5）监控保护系统的智能化。新型的电采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统，可实现交互式人机对话、远近控制、无线电随机遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制等多种功能，以保证采煤机具有最低的维修量和最高的利用率；并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采高等控制功能。1.1.3 国内采煤机的发展状况（1）新设计的滚筒采煤机几乎都采用多电机横向布置；取消底托架；各大部件间采用液压螺栓、哑铃销、偏心锁紧螺母等连接，以构成采煤机的机身、左、右摇臂通过销轴铰接在机身的两端。（2）大力开发电牵引采煤机。装功率 1000kW 以下的电牵引采煤机已逐步走向成熟，且形成系列，装机功率 1800kW 电牵引采煤机在研制中。目前国内使用的交流电牵引采煤机的电牵引调速系统主要有三种：即交流变频调速系统、电磁转差离合器调速系统和开关磁阻电机调速系统（简称 SRD） 。在这 3 种交流电牵引调速系统中，交流变频调速技术在采煤机的应用已逐步走向成熟并具有发展潜力；电磁转差离合器调速技术本身比较成熟，但是在采煤机的应用存在低速性能等问题，从目前来看，交流变频调速技术和 SRD 技术应该是未来采煤机应用的主要方向。（3）我国经济型综采和高档普采的主要机型是 MG200，目前在册近千台，该机型由于功率偏小、过断层能力差、结构上的局限性等，而需要改进以至换代。为此，近年来进行了 MG200 采煤机的换代设计。现已完成的 MG150/375w 型及 MG160/375w 采煤机均可作为 MG200 的换代产品，使用中已取得良好效果。该换代产品在配套尺寸不变的情况下，将装机功率由 200kW 提高到 375kW，其结构更为简单，即三个电机横向布置，150（160）kW 的左右截割电机分别布置在左右摇臂内，两段或三段式机身通过液压螺栓联为一体，左、右截割部通过销轴铰接在左、右牵引行走箱上，其生产效率截割能力大大提高，使用更为方便。（4）特殊机型采煤机的发展及应用。如天地科技股份有限公司上海分公司开发的 MG250/300.NWD 型电牵引短壁采煤机，可用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤开采：“三下一上”采煤；煤柱和边角媒回收；短臂工作面双巷或单巷开采；长壁面开机窝；煤巷掘进等。再如，新汶矿业集团从乌克兰引进的螺旋钻式采煤机已成功用于难采煤层，一台螺旋钻机仅需 3-4 名工人在工作面回采巷道内操作，月产 6000t 以上，实现了真正的无人工作面安全生产。1.1.4 MG300/675-W 采煤机介绍MG300/675-W 型采煤机是一种多电机驱动，电机横向布置无链双驱动液压牵引采煤机。本机总装机功率 375(475)KW，机面高度 1100mm,适用于采高1.52.95m，倾角 的中厚煤层综采或高档普采工作面。要求顶板中等稳30定，底板起伏不大，不过于松软，煤质硬或中硬，也能截割一定的矸石夹层。工作面长度以 100200m 为宜。该采煤机的电气设备符合矿用防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中使用。并可在海拔不超过 1000 米、周围介质不超过 35 摄氏度，空气湿度不大于 97%（在 25 摄氏度时）的情况下可靠地工作。该采煤机可与相应的液压支架、运输机配套，实现综合机械化采煤或放顶煤综采，亦可用于可弯曲刮板运输机、单体液压支架、长钢梁或金属铰接梁配套实现“新高档普采”。MG300/675-W 型采煤机主要部件是：左牵引部、右牵引部、左摇臂、右摇臂、泵箱、电控箱、左行走箱、右行走箱、机身联接、冷却喷雾、电气外部联接、拖缆装置和左、右滚筒。机身中段为泵箱和电控箱，在泵箱内部的一个干腔内集中安装着液压传动系统全部液压元件。泵电机横向布置装在泵箱内左侧，液压油箱设在泵箱右侧，给牵引液压系统和调高液压系统提供液压油。摇臂采用弯摇臂结构型式，较直摇臂有更大的装煤口，提高装煤率增加块煤。摇臂长度为 1830mm,输出端采用 340 340mm 的方形出轴与滚筒联接，滚筒直径为 1800mm。叶片上装有截齿，滚筒旋转时边牵引边靠截齿落煤，再通过螺旋叶片将煤输送到工作面刮板运输机上。机器的操作部位在中部电控箱、泵箱和采煤机两端头，以实现机器的开停机、左、右牵引、摇臂升降及停运输机。机器的启动只能在电控箱上手动完成。采煤机的结构取决于：（1）矿山地质条件的多样性。这表现在煤层厚度的变化(从 0.5 至 5 米) ，煤层倾角的变化(从 0 至 90)，煤质坚硬度的变化(从 50 至 350 公斤力厘米)，围岩稳定性和煤层中夹石坚硬度的变化；（2）采煤机的工作位置不固定。它在工作过程中要经常沿工作面移动，并需周期地横向移动；（3）需与其它机械配合工作。因而它们需互相协调；（4）在井下使用。其工作环境具有瓦斯和煤尘爆炸危险，离开起重和运输设备很远，也远离修配车间，因而不能就地进行金属加工或焊接作业，给维修机器带来困难，并使维修质量降低。MG300/675-W 新型液压牵引采煤机采用多电机传动，电机全部横向布置的总体设计，整机结构简单可靠，各大部件间只有联接关系，无传动环节。有如下优点：（1）所有电机均为圆形电机，横向装入各独立的机箱孔内，易于折装、维护、检修方便。（2）采用新型液压传动系统和干式泵箱，液压油池与所有液压元件相分离，避免油液污染；主要液压元部件选用进口件，采用集成泵和集成马达，并设置在主泵、马达内腔自动清洗系统，主泵、马达寿命长，泵箱结构简单，维修方便。（3）可以实现电牵引和液压牵引互换，能方便地改为电牵引采煤机。（4）采煤机机身由四段组成，四段机身用液压拉杠联接，无底托架，机身矮，增加了过煤高度，联接简单可靠、拆装方便。（5）采用弯摇臂，加大了装煤空间，摇臂行星头用四个行星轮的行星减速机构，行星总头的外径小，适合与小滚筒配套。（6）摇臂设有齿式离合器和扭矩轴机械过载保护。（7）摇臂行星油池与臂身油池相隔离。保证了滚筒在任何位置，行星头均有良好的润滑。1.2 中国煤炭开采的重要性从资源上看，我国富煤贫油，一次能源以煤为主。在探明的化石能源中，煤炭占 94.3%，石油天然气仅占 5.7%；其中煤炭探明可采储量 1145 亿吨，按同等发热量计算，相当于目前已探明石油和天然气总和的 17 倍。煤炭提供了 78%的发电能源、70%的化工原料和 60%民用商品能源；国家的资源条件决定了我国在未来相当长的一段时间内，只能选择以煤为主的一次能源结构。从经济上来看，煤炭与其他能源相比具备明显的优势，按同等发热量比较，煤炭价格仅相当于石油的 1/3，电里的 1/7,天然气的 1/4，对于我国这样一个经济上还欠发达的国家来说，煤炭是我国目前最经济、最现实的能源。从环保来看，煤炭通过发展洁净煤技术，经过洁净加工后可减少煤的硫分、灰分，通过洁净燃烧可显著减排大量的 SO2和一定量的 CO2，通过转化可把煤变为清洁的液体、气体燃料，使煤炭得到清洁的利用。因此可以说，未来的煤炭工业将完全有可能是一个洁净的新型的工业。从需求前景来看，我国人均能源消费量不足世界人均能源消费水平（2.4 吨标准煤）的一半，仅为发达国家的 1/10-1/5。经济快速发展和人民生活水平的不断提高，将使得我国人均能源消费量和能源消费总量长期保持着高增长态势。预计“十一五”期间，我国煤炭需求量年均增长增长 2000 万吨左右，到 2010年煤炭需求总量将超过 12 亿吨。1.3 煤炭行业机械化发展是国家的政策我国政府对煤炭行业的结构调整和产业升级十分重视，按照煤炭工业“十一五”规划，到 2010 年，我国大型煤矿采掘机械化程度达到 95%以上，中型煤矿达到 70%以上，小型煤矿机械化、半机械化开始起步。大中型煤矿科技进步贡献率达到 60%以上，通过采用高新技术和先进适用技术，在矿井开发、煤炭加工、安全生产和信息管理等领域提高技术和装备水平，是增强煤炭工业发展的后劲、实现煤炭产业全面升级的有效途径。国家在“十一五”计划纲要中提出，要用高新技术和先进适用技术提升传统产业，振兴装备制造业，开发制造大型、高效和先进成套设备。1.4 结语目前，有关部门的科研人员正在从事着采煤机技术领域的多项科研课题的研究，例如：适应有夹矸煤层的半煤岩的采煤机的研制；增大块煤率的滚筒无级调速研究；液压牵引采煤机和无线遥控技术的应用研究；电牵引采煤机水介质调高系统的研究；包括利用工作面的乳化液作为传动介质的调高系统的研究；特殊条件下开采的采煤设备的研究。如螺旋钻式采煤机的开发；故障诊断、工况监测、显示及自动控制和自动调高系统的研究；大功率电牵引采煤机（1000kW 以上）的研制等。相信通过这些内容的研究，将使我国采煤机械的性能更为完善，适应范围更广，效率更高，从而使我国采煤机械的技术达到国际先进水平。1.5 设计意义及需解决的问题面对煤炭需求量的不断增加，采煤的机械化和自动化是煤炭工业高产高效，增强竞争力的必有之路。机械化作业对于提高劳动生产率，改善劳动条件和环境，降低工人的劳动强度，实现安全文明生产有着非常积极的意义。而且随着煤炭工业的高速发展，现场对安全可靠的采煤机的需求显得非常的迫切。从 50 年代滚筒式采煤机的出现到现在经历了几次的改进，从最初的机械牵引到液压牵引直至今天的电气牵引传动方面的设计技术已经非常的成熟，现在的设计主要是增加自动控制和检测装置，改进设备的密封性等，解决实际使用中遇到的问题。2.牵引部的整体方案采煤机的牵引机构是采煤机的重要组成部件，它不但负担采煤机的移动和非工作时的调动，而且牵引速度的大小直接影响工作机构的效率和质量，并对整机的生产能力和工作性能产生很大影响。因此，此设计应首先确定牵引部的整体方案。牵引部包括牵引机构及传动装置两部分。牵引机构是直接移动机器的装置，它分为钢绳牵引、链牵引及无链牵引等几种。传动装置是用来驱动牵引机构的，按传动类型有机械传动、液压传动及电传动等几种。传动装里位于采煤机上的称为内牵引，位于工作面两端的称为外牵引。大部分采煤机都采用内牵引，只有在某些薄煤层采煤机中，为了充分利用电动机功率来割煤并缩短机身，才采用外牵引。2.1 牵引形式的选择采煤机牵引部传动装置的功用是将电动机的能量传到主动链轮或驱动轮，并满足牵引部的要求。现有的牵引部传动装置分为机械牵引、液压牵引、电气牵引三种。1)机械牵引具有纯机械传动装置的牵引部简称机械牵引。其特点是工作可靠，但只能有级调速且结构复杂，目前己很少应用。这种机械牵引系统为了实现调速、停止、换向、保护过载等，轴和齿轮非常多，外加离合器、制动闸等，结构非常复杂，并且在工作时，能得到的工作速度非常有限。因此不采用此种牵引装置。2)液压牵引液压传动的牵引部具有无级调速特性，且换向、停止、过载保护易于实现，及实现根据负载自动调运，保护系统比较完善，因而获得广泛应用。其缺点是：油液容易污染，致使零部件容易损坏，使用寿命较低。牵引部都采用容积调速，并且都采用变量泵一定量马达系统。其主回路有开式系统及闭式系统两种。（1）开式系统 液压泵从油箱吸油，向液压缸或液压马达供油，其回油直接回油箱的主回路称为开式系统。开始系统主要配备换向阀、安全阀、和采用变量主液压泵，就可以实现牵引部换向、安全保护和调速的基本功能。换向阀和安全阀都附设在液压马达的壳体上。整流阀组则附设在液压泵内，所以液压系统的外部管路很简单，在液压泵和液压马达之间只有一根软管，安装比较方便。开式系统的优点是：系统较简单散热条件好；其缺点是需要大量的油池，油池中的脏物和空气较容易进入液压系统，使系统受到污染，使得工作条件恶化，并且工作时的稳定性差，不适合传动要求高的机械中。（2）闭式系统 闭式系统中主液压泵排出的油直接向液压马达供应，而液压马达的回油又直接返回主液压泵的吸油口，大部分油液进行着油液的内循环，由于：（1）压力油的作用，哥液压元件均有泄漏损失，因此，液压马达排出的油量就不够主液压泵所吸入的吸油量，会造成主液压泵的吸空；（2）主回路油液量减少，油液不断的循环工作，摩擦发热，使系统油温不断升高，油液粘度降低，液膜变薄而且强度降低，从而使各元件的工作条件恶化，容易磨损（3）主回路建立不起所需的背压，因此主回路必须增加补油和热交换回路，这样的主回路系统才能正常的工作，因此闭式系统的结构较为复杂。在闭式系统中，油箱容积较小、结构紧凑；由于油液不同空气接触且油管中的压力高于大气压力，空气和污染物不易进入系统；主回路低压侧低压侧因有一部分背压，故运转比较平稳；通常闭式系统均采用双向变量液压泵，其换向和调速均由主泵控制因而没有过剩的流量，效率较高，所以闭式系统适于大功率和换向频繁的设备，液压牵引采煤机的牵引部就经常采用此种牵引系统，因此本设计将液压系统采用鄙视液压牵引系统。3)电气牵引用可控硅整流器供给直流电，即电子控制的调节系统来实现牵引直流电动机调速的牵引部称为电牵引。具有电牵引部的采煤机称为电牵引采煤机，它是1976 年开始发展起来的新一代采煤机。牵引电动机可以是他激直流电机，也可以是串激直流机。要想改变电动机转速，可以通过以下方法达到：(1)保持激磁电流 JB不变(在额定值)，即磁通 不变，采用可控硅触发电路来改变电扼电压 U，可以得到恒转矩调速段；(2)保持电枢电压不变(额定位)，而减小激磁电流 IB(即减小磁通 )，使转矩减小，速度增大，以得到恒功率调速段。当然也可以同时用调节电枢电压与磁场强度的办法来达到调速。电牵引采煤机的优点是：调速性能好；因采用固体元件，所以抗污染能力强，除电刷和整流子外无易损件，因而寿命和效率高，维修工作量小；因电子控制的响应快，所以易于实现各种保护、检测和显示；结构简单，机身长度可大大缩短，提高厂采煤机的通过性能和开砍口效率。所有这些优点，使液压牵引大为逊色。尽管电气牵引装置存在很多优点，但是在实际应用中技术还不太成熟，在井下很难以实现，因为井下瓦斯的存在使使用电气装置受到一定的限制，因此本设计采用液压闭式系统作为采煤机的牵引形式。2.2 牵引机构的选择2.2.1 链牵引机构链牵引机构包括矿用圆环链、链轮和链接头三种形式。链传动的缺点且链速不均匀。当平环进入啮合区 角范围内时，链轮与平环开始啮合，链轮窝稽推功平环，牵引速度变化很快。因此工作时很不稳定，不宜用于采煤机的牵引装置中。必须指出，采用紧够装置时，应保证其有足够的行程或压缩量，避免松边紧链装置在工作过程中因收缩顶死而呈刚件固定。为此，应当估计采煤机工作时牵引链中的最大的弹性伸长量。表 45 列出了两种圆环链的弹件伸长量可供估算时参考。2.2.2 无链牵引机构1)无链牵引的优缺点随着采煤机向强力、重型化及大倾角的方向发展，其电动机功率已逐渐增大到 450 一 750kw，牵引力己达到 400 一 600KN。对于这样大的牵引力，目前的圆环链传动的强度已不能满足实际需要，牵引链极易拉断，而且拉断时，牵引链储存的巨大弹性能被释放，将造成严重伤害。因此，七十年代以来，无链牵引采煤机得到了大力发展。无链牵引机构取消了固定在工作面两端的牵引链而采用采煤机上的驱动轮与输送机上的齿条等相啮合的方式来移动机器。无链牵引具有一系列优点：(1)采煤机移动平稳、振动小，因而裁荷均匀，延长了机器的使用寿命，故障率也大大减少 。(2)可利用无链双牵引传动将牵引力提高到 400 一 600kN，以适应采煤机在大倾角(最大达 54)条件下工作，利用制动器还可使机器的防滑问题得到解决。(3)可以实现工作面多台采煤机同时工作，提高工作面产量。(4)啮合效率高，可将牵引力有效地用在割煤上。因它没有原来链牵引的链条通过三个链轮时产生的围绕折曲啮合合损失，所以噪声也有降低。(5)消除了牵引链带来的断镀、反链敲缸等事故，大大提高了安全性。无链牵引的缺点是：对输送机的弯曲和起伏不平的要求较高，对煤层地质条件变化的适应件较差，叛及输送机起伏太大，会影响无链牵引机构的啮合，造成传动件的损坏事故。无链牵引机构使机道宽度增加了约 100mm，所以提高了支架控顶能力的要求。因此，此采煤机的牵引结构采用无链牵引。2)无链牵引机构的分类据统计，目前已有 20 多种无链牵引机构，但归结起来可分为三类：(1)驱动轮齿条系统 利用牵引部上的驱动轮直接或经齿轨轮与固定在输送玑上的齿条相啮合而移动采煤机。这种无链牵引机构的强度高，传力大，可获得大的牵引力；可以单牵引或双牵引传动，双牵引时同一主泵供给相互独立的传动装置，使牵引力增大一倍，但牵引速度减小一倍；齿条或齿轨的挠曲性好，可以适应输送机的弯曲和起伏；传动系统中设有制动装置，机器停止牵引即时制动，以防机器下滑；系统既可以装在档煤板侧，也可以装在铲煤板侧，以适应不同的需要。所以，驱动轮齿条系统是目前应用最多的无链牵引机构。(2)传动链一齿轨系统 这种牵引机构是通过驱动齿轮经齿轨轮与铺设在输送机上的圆柱排销式齿轨啮合而使采煤机移动的，其结构如 2-1 所示。驱动轮和中间传动轮都是摆线齿廓，后者采用长齿以适应排销的起伏。排销的安装方式可以分为固定式与滑动式是两种，固定式排销用螺栓固定在齿轨座的长孔中，以保证中部槽水平偏转。齿轨座用螺栓固定在中部槽上。滑动式销排分为两种，一种是将销排安装在输送机导向槽中，它可以沿导向滑动，但滑动量受到导向槽的挡块限制，并靠间隙来保证其水平和垂直偏转；另一种是将排销的卡套安装在导向管上，使排销能沿输送机方向在导向管上滑动，为限制动量，导向管上也有挡块。这种系统可利用原采煤机改装，但因传动铁强度低、移动速度不均、磨损大和效率低而应用不多。法国 SIRUS400 型采煤机采用这种系统，但驱动链轮用水平链轮，传动链采用圆环链。(3)液压缸推进系统 利用两个液压缸交替推移前进而使机器移动。工作时，一个液压缸的卡爪夹紧导轨，该缸进油使活塞杆伸出推动机器前移；另一卡爪松开，活塞杆收回，难备下次推移。这种系统虽可简化牵引部结构，但是断续运动，卡爪和导软磨损大。因此本设计采用齿轮销排式无链牵引机构如图 2-1 所示。2.3 牵引部的组成及特点牵引机构由牵引部和行走箱组成，其中牵引部由机壳、牵引马达、液压制动器、马达齿轮轴、惰轮组、牵引轴、中心齿轮组、行星减速器及油微侧标尺等主要零部件组成。行走箱由机壳、驱动轮、行走轮组成。该牵引部有以下特点：（1）牵引力大，是机器重量的 1.4 倍。（2）制动器采用液压制动，制动力大，使采煤机在较大倾角条件下采煤时，有了可靠的防滑措施。（3）采用双极行星减速机构，减速比大，结构简单。行星减速器采用四行星轮减速机构使轴承的寿命和齿轮的强度裕度大，可靠性高。行星减速机构为双浮动机构即太阳轮、行星架浮动，以补偿制造和安装误差，使各行星轮均匀承担载荷。（4）平滑靴支撑耳及油缸连接耳的设计均考虑了升高机面高度的配苏要求，使机器适应面更广。（5）行走箱与牵引部独立箱体设计，使采煤机可以在改变行走箱的条件下改变机面高度，以适应不同的采高。（6）滑轮回转中心与行走轮中心轴同轴，保证行走轮与销轨的正常啮合。（7）左右两个牵引部采用对称设计。（8）机壳设计采用可焊铸铜制造，强度高。图 21 齿轮销排式无链牵引机构2.4 牵引机构结构和动力设计方案的确定 2.4.1 牵引部与行走箱一体设计牵引部与行走箱设计在一个箱体内部，既不利于防尘，同时制造出的机箱的总体积也较大，不便于维修，互换性比较差。最重要的是这种箱体内部结构较为复杂质量过于集中，对轨道的压力过于集中。2.4.2 牵引部和行走箱独立箱体设计牵引部和行走箱独立箱体设计，这样的设计对配不同槽宽的运输机或不同的牵引形式时只需要改变行走箱，其他主机箱不变，配套适应性强。两个牵引部和行走箱左右对称分布在两侧，由两个液压马达分别经牵引不减速驱动实现双牵引。采用现在国内不常使用的销轨式牵引系统，导向滑靴和行走轮中心合一骑在运输机销轨上，一是保证采煤机不掉道，同时还能保证行走轮和销轨柱销有较好的啮合性能。因此，箱体设计采用牵引部和行走箱独立箱体设计。2.5 此种设计对牵引部的要求（1）足够大的牵引力 为在困难条件下割煤，采煤机应有足够大的牵引力。常见采煤机牵引力如表 21。21 采煤机牵引力的参数匹配（单位为 kW/kN）采煤机电动机功率 50 100 150 200 300牵引力 100 100120 160180 200220 250300由于无链牵引采煤机可用在大倾角(40。一 50。)中，因而一般采用双牵引传动。采用这种双牵引，牵引力较上定位增大一倍，但牵引速度降低一倍。目前采煤机的最大牵引力达 2310kN。（2）总传动比大 牵引速度一舷为 v90 一 10mmin，因此传动装置的总传动比应大于 300。（3）总传动比要能在工作过程中随时调节，并且最好能无级调节，这是因为沿工作面煤质的变化及夹矸、硬夹杂物的分布是随机的，必须根据煤质软硬来调节牵引速度的大小。（4）要在电功机转向不变的条件下能反向牵引和停止牵引 采煤机上行、下行割煤时，电动机方向是一定的，为改变牵引方向，传动链中应有相应措施；为避免电动机带负荷起动，采煤机停机前应先停止牵引，使主油条回到零位。此外，在更换救齿和滚筒凋高、调斜等操作中，常需要采煤机停止牵引同时又要开动电动机来供油并使滚筒转动这就要求牵引部设置离合器及调速手把的正确零位位置。（5）牵引部应有可靠、完善的自动调速系统和完善的保护装置 应根据电动机负荷、牵引力大小来实现自动调速及过载保护，还应设置油湿、油质保护和防止机器下滑的装置。（6）操作方便 牵引部应有手动操作、离机操作及自动调度等装置。（7）零部件应有高的强度和可靠性：显然本引部只消耗采脱机装机功率的1015%，但因牵引速度低，牵引力大，零部件受力大，所以必须要有足够的强度和可靠性。2.6 牵引阻力的确定牵引阻力是采煤机沿工作面割煤时需要克服的移动阻力。以双滚筒无链链牵引采煤机上行采煤为例，说明本引阻力的确定。采煤机骑在刮板输送机上靠两个滑靴 A、B 支承在工作面例槽华上，两个滑靴 C、D 支承在采空区测槽帮上，并靠导向管导向。牵引链两端固定在张紧装置上，后者固定在杏输送机的机头和机尾上。采煤机上行割煤时，滚筒上作用的外阻力有：推进阻力、垂直底板阻力、及侧向力。根据滚筒上每个齿的受力情况，不难确定以上诸力的大小和作用位置。在外力及机器员力 6 的作用下，四个滑靴 A、B、C 及 D 上的支撑反力和相应的摩擦力，它们可根据空间力系求得。因滚筒侧向力较小，且对牵引阻力影响不大，故在计算时忽略不计。对无链牵引采煤机通常按倾角 18来确定牵引力，所以在倾角 16-18时，必须设置液压安全绞车；对无链牵引采煤机，则应按最大倾角来选择牵引力和相应的制动力矩。链牵引采煤机靠牵引部主动链轮缠绕两端固定在输送机上的牵引链而移动。牵引链一边紧一边松。为了顺利吐链并消除卡链事故，松动链必须靠紧链装置来保证一定的顶紧力。牵引部产生的牵引力应大于牵引阻力，并应满足（2-1）21P式中 P 2-牵引链紧边植力；P1-牵引链松边拉力。而链牵引的牵引力则由实际工作的情况可以灵活设计与并且改动要比链牵引容易的多。2.7 减速机构的选用2.7.1 减速器的概述减速器是原动件和工作机之间的独立闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。减速器的种类很多，按照传动的形式的不同可分为齿轮减速器，蜗杆减速器，和行星减速器；按照齿轮传动的级数又可分为单机和多级减速器，按照传动的形式又可分为展开式，分流式和同轴式减速器。这里仅讨论齿轮传动、蜗杆传动以及由他们组成的减速器。若按传动和结构特点来划分，这类减速器主要有六种，他们分别是：齿轮减速器、蜗杆减速器、行星减速器、蜗杆齿轮减速器及齿轮我感减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮减速器。这六种减速器均有标准系列产品，使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置等具体要求，从产品目录中或相关手册上选择即可。2.7.2 主要减速器特点比较及选择1)齿轮减速器的特点齿轮减速器的特点是效率及可靠性高，工作寿命长，维护简便，应用范围较广，此类减速器按其齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级的；按其轴在空间的布置可分为立式与卧式；按其运动简图的特点可分为展开式、同轴式和分流式等。2)蜗杆减速器蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不太大的情况下，可获得较大的传动比，工作平稳，噪声较小，但效率比较低。其中，应用最广的是单级蜗杆减速器，两级蜗杆减速器则应用较少。3）行星减速器行星减速器由于具有减速比大、体积小、重量轻。效率高等优点在很多情况下可代替二级、三级以及普通齿轮减速器和蜗杆减速器。参照机械设计书中表 18-4 可知：行星齿轮的结构可以使牵引部的整体尺寸减小，重量减轻，尽管制造精度较高，机构较为复杂但是由于牵引部要的动力传动要求结构紧凑，根据牵引部传动装置的要求，结合减速器的效率、外哭尺寸和质量等要求，我们综合分析比较，我们参照机械设计书中表 18-1，18-2，18-3，18-4，四个表中各种减速器的适用场合、推荐的传动比以及使用特点，牵引部的减速机构采用两级行星减速器作。2.8 润滑方式及齿轮油的确定良好的润滑对于采煤机的使用寿命和传动效率有着很重要的要求。目前，国内外采煤机减速器的润滑方式有三种：飞溅润滑、强迫润滑和定期注油或脂润滑。目前大多数的采煤机均采用飞溅润滑。飞溅润滑的润滑强度高工作零件散热快，而主要优点是简单，对润滑油杂质和粘度降低较不敏感，并且要求摇臂的结构简单。较小的齿轮靠较大的齿轮带油并送到啮合处进行润滑。轴承是靠足够的油面高度或溅油润滑的。当传动零件转速相当高时，这种方法可以使位于不同水平面的传动件得到良好的润滑。综合考虑润滑的要求和搅动产生的能耗，本设计采用飞溅润滑，注油高度为距机壳上平面 290mm320mm，在牵引部顶端设有油位侧标尺，可观察油面高度，每周检查一次，根据实际情况更换新油。齿轮油的选用，齿轮传动系统的用油与所受的载荷、油池的散热条件有着密切的关系，减速器的传动件一般都进行渗碳淬火或渗氨，考虑一般牵引截割速度为 7.75m/s 左右，因此根据文献8选用 N220 工业极压齿轮油作为牵引部内的齿轮的润滑油。2.9 密封形式的确定对密封装置的要求主要有：（1）在一定压力下，具有良好的密封性；（2）相对运动件间，因密封引起的压力应较小；（3）结构简单，易于制造，成本低、寿命长，使用维护简便。 采煤机牵引部采用的密封件主要有 O 型密封圈、垫圈、旋转唇形密封、无骨架密封、迷宫密封和浮动密封这五种。因为齿轮的润滑装置采用采用飞溅润滑，因此对于箱体的密封要求很高，因此，在惰轮轴及轴承盖的安装时使用 O形圈进行密封；而在螺栓连接面使用矩形橡胶垫圈密封；在一般的轴孔相对运动处采用旋转唇形密封和无骨架密封；在行星机构输出轴处同时使用迷宫密封和浮动密封，以上密封装置均能满足采煤机牵引部的设计要求。故按以上的密封装置对牵引部进行密封。3.牵引部的主要技术参数及传动比的设定3.1 牵引部的主要技术参数牵引部机构运动参数要求由于工作面狭窄，不安全因素多，负载变化大，采煤机牵引速度低， （一般都小于 10r/min） ，结合本设计要求，牵引速度的大小约为 7.7r/min。液压马达由泵箱设计提供，采用 EATON54 型定量斜盘式轴向柱塞马达。该马达的主要技术参数：理论排量： /r31cm允许最大转速：3720r/min实际使用转速：约 1105r/min允许最大工作压力：41.5MPa 实际工作压力：20.7MPa3.2 牵引机构传动方案的设计 ei3.2.1 传动比的计算1）由牵引速度和液压马达的转速可计算总传动比 ：ei（3-1）105r/mn1437.ii输 入总 输 出2）确定各级传动比：传动比分配的原则是：(1)各级传动比应在合理范围内；(2)应该使大齿轮大致相近，以便有相同的浸油深度，保证各级齿轮传动具有良好的飞溅；(3)设计的齿轮应该防止发生干涉。因此，参考文献10初选传动比：采煤机身高度受到严格控制，一般齿轮传动每级传动比小于 4，行星机构的传动比为 4-6，初定时： 120%3ji首先，参考其他采煤机的参数，结合本机的特点，采用两级直齿轮和两级行星机构减速，确定各级传动比分配如下：直齿轮减速：i 1=1.27 i2=3.455行星机构减速：i 3=5.7 i4=5.7传动系统的传动简图如图 3-1 所示：3.2.2 确定齿轮模数和齿数前二级直齿轮的齿数估算，为了防止过多的啮合，尽量考虑选用配对的齿轮不存在公约数，同时参考无锡采煤机厂的采煤机，选取实数如下：第一级传动：Z 1=37,Z2=47第二级传动：Z 3=22,Z4=76估算一轴的转矩为 T1=252.1720.99=249.65Nm，因此根据文献10，根据转矩查表选取第一级的模数为 4mm，第二级模数为 5mm。然后，估算齿数及中心距，考虑到箱体壁厚，及箱体内部空间结构和保持箱体体积等因素，发现必须在第一级和第二级之间加入惰轮，参考其他采煤机的设计，和以上设计中遇到的问题，加入惰轮，惰轮的模数保持和第一级模数一致，取模数为 4mm。图 3-1 传动系统的传动简图-3.2.3 确定各轴输入扭矩、转速、输入功率由公式(2-2)1mni各轴输入转速：1n05r/min（ ）21()87.1/.ri230()5./in.4ni4318.2/mi.7ri54()5/in.ni各轴的输入功率：0225.170/629.18NTnKW马 达 198.马 达 花 键（ ）23d .齿 轮 轴 承（ ）2 .0927KN齿 轮 轴 承（ 3）2376.W齿 轮 轴 承（ 4） 36.985.4（ 5） 520.23KN（ 6）各轴的转矩： 55119.09182.70PT Nmn102.7.49.6花 键3d512.齿 轮 轴 承