薄煤层电牵引采煤机牵引部结构设计

中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计1目 录目 录 .1第一章 绪论 .21.1 项目设计研究的意义 .21.2 采煤机的国内外发展状况 .31.2.1 国外采煤机的发展状况 .31.2.2 国内采煤机的发展状况 .51.3 采煤机简述 .71.3.1 采煤机的分类 .71.3.2 滚筒式采煤机 .81.4 本文研究的内容 .10第二章 MG150/345 型交流电牵引采煤机 112.1 产品概述 .112.2 主要用途及适用范围 .122.3 主要特点及技术参数 .122.3.1 主要特点 .122.3.2 主要技术参数 .132.4 采煤机的维护检修 .142.5 采煤机的使用环境条件 15第三章 采煤机牵引部的设计 .163.1 牵引部概述 .163.2 牵引传动部总体方案 .163.2.1 设计总则 .163.2.2 已知设计参数 .163.2.3 机械传动系统总体设计 .173.3 传动效率计算 .213.4 牵引部的主要参数 .213.5 传动系统的运动和动力参数 .22第一级增速圆柱直齿轮的设计计算及强度效核 .22中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计2第四章 齿轮传动系统的具体设计与校核 .284.1 齿轮传动系统概述 .284.1.1 齿轮传动的分类 .284.1.2 行星齿轮传动的特点 .294.1.3 常用齿轮材料 .314.1.4 采煤机齿轮材料选用 .314.2 第一级行星齿轮传动的设计计算 .324.2.1 第一级行星齿轮的计算 .324.3 传动系统关键零部件的校核 .434.3.1 齿轮 Z2 与轴联接所用花键 43所以：花键强度校核通过。 .444.3.2 第二级行星传动内齿圈与箱体联接所用键 .444.3.3 第一级行星传动行星架支承轴承 .454.3.4 第二级行星传动行星架支承轴承 .454.3.5 牵三轴的强度校核 .46第五章 液压制动器及调高装置 .525.1 液压制动器 .525.1.1 液压制动工作原理 .525.1.2 液压制动器的安装 .525.1.3 液压制动器的故障分析与检修 .535.2 调高装置 .535.2.1 调高装置功能 .535.2.2 调高装置工作原理 .545.2.3 调高油缸 .54第六章 结 语 .566.1 全文总结 .566.2 论文展望 .56参考文献 .57英文原文 .58中文译文 .67中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计3致 谢 .72全套图纸，加 153893706中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计4第一章 绪论1.1 项目设计研究的意义为了提高工作面的生产效益，世界主要采煤国均纷纷致力于发展大型先进的综采设备， 取得了显著的效果，综采工作面的生产能力和效益均大幅度提高。我国经济的快速发展对煤炭需求大幅度增加，年产超 600 万 t 高产高效工作面得到快速发展，采煤机的市场需求日益增加。电力电子技术、微电子技术、计算机计术的飞速发展，为开发集电力电子、信息采集、微机控制及智能监测系统于一身的大采高重型电牵引采煤机创造了条件。我国在 90 年代初致力发展高产高效工作面，开发了日产 7000t 综采成套设备， 但能真正实现高产高效的工作面依然较少，主要原因是受采煤机生产能力的限制，高产高效工作面要求采煤机具有高可靠性、大截割功率、大牵引力、大牵引速度， 并能较快发现故障和处理故障。当时国产采煤机难以满足高产高效工作面的使用要求。为此“九五”期间立题研制“MG150/ 345 型采煤机”(项目编号:96 - 03)，并被列为原煤炭部重点项目。采煤机应有足够的强度和良好的散热条件，并具有灵活的操作性。设计摇臂要充分考虑结构强度，滚筒要针对采煤工作面地质条件进行设计，具有很强的过断层能力，电气设计必须考虑过断层强烈冲击的影响。采煤机要有适当的重量抗冲击;同时要有足够的牵引力过断层。采煤机功率大，发热量大，必须充分考虑各部件的散热问题。为了适应采煤工况要求，必须实现机载交流变频， “一拖一”方式平衡牵引，并开发保护、监测功能齐全、运行可靠的程序。为使采煤机可靠运行，必须解决机器联结的松动问题，除部件间中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计5用螺栓紧固外，采用多个高强度长螺杆和液压螺母组合将机身三大段联结起来形成一个刚性整体。根据国内外大功率大采高电牵引采煤机的主要技术参数和性能指标以及我国厚煤层的开采情况，分析大采高综采工作面的生产能力和煤质硬度与所需的采煤机截割功率、滚筒直径、滚筒转速、牵引速度、牵引功率、调高油缸推拉力等采煤机主要性能参数的关系，在可行性、可靠性、先进性和经济性等方面进行比较，并考虑与已有采煤机部分元部件的互换，最后确定设计 MG150 /345 型电牵引采煤机。总体结构如 (图 1.1) 。1.2 采煤机的国内外发展状况1.2.1 国外采煤机的发展状况20 世纪 50 年代初，英国和德国研制出了滚筒式采煤机，这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上安装有截齿，用截煤滚筒实现落煤和装煤。这种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。这种采煤机的主要缺点有二：其一是截煤滚筒的高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是截煤滚筒的装煤效果不佳，限制了采煤机生产率的提高。进入 60 年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出革命性改进。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；把圆筒形截割滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机称为现代化采煤机械的基础。我国采煤机发展始于 20 世纪 70 年代初期，煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的 MD-150 型双滚筒采煤机。70 年代中后期，又制造出 MLS3-170 型双滚筒采煤机。那时我国采煤机的发展有以下特点： 装机功率小； 有链牵引，输出牵引力小； 牵引速度低； 自开切口差； 工作可靠性较差。到了 20 世纪 80 年代是我国采煤机发展的兴旺时期，当时世界主要采煤机生产国如英国、德国、法国、波兰、日本等都进入了中国市场，为我们深入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件，同时通过 20 世纪 70 年代自行研制采煤机的实践，获得了成功和失败的经验与教训，确立了我国采煤机的发展方向，即仿制和自行研制并举。据初步统计，20 世纪 80 年代我国自行开发和研制的采煤机品种有 50 余种，是我国采煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。20 世纪 80 年代采煤机的发展有如下特点：1.重视采煤机系列的开发，扩大使用范围20 世纪 70 年代开发的采煤机，一种类型只有一个品种，十分单一，覆盖面小，很难满足不同煤层开采需要。20 世纪 80 年代起重视系列化采煤机的开发工作，一种功率的采煤机可以派生出多种机型，主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用，这样不仅扩大了工作面的适应范围，而且便于用户中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计6配件的管理。采煤机系列化是 20 世纪 80 年代采煤机发展中非常突出的特点。2元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高总结 20 世纪 70 年代采煤机开发中的经验教训，元部件的可靠性直接决定采煤机开发的成功率，所以功关内容为：主电机的攻关，以解决烧机的现象；齿轮攻关，从选择材质上，热处理工艺上着手，学习国内外先进技术成功经验，以德国齿轮为目标进行攻关，达到预期目的，解决了低速重载齿轮早失效的问题：液压系统和液压元部件的攻关，主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作的可靠性，在 20 世纪 80 年代中期，把斜轴泵、斜轴马达、阀组和调速机构等都列入重点攻关内容。3无链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全在引进大功率采煤机的同时，无链牵引技术传入中国，德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数，而且技术成熟。为此，我国研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢。仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。无链牵引使采煤机工作平稳，使用安全，承受的牵引力大，因此，得到用户的广泛欢迎，大功率采煤机都采用无链牵引系统。随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，之后电牵引采煤机则应势而出。最早的也是世界第一台直流电牵引（他励）采煤机是由德国艾柯夫公司 1976年研制的 EDW-150-2L 型采煤机，同年美国久益公司也研制出 1LS 直流（串励）电牵引采煤机。近年来电牵引采煤机的使用日趋增多：1991 年报导美国电牵引采煤机占采煤机总量的 65，德国 51，澳大利亚 46；1994 年美国 98.7，只有一台液压牵引采煤机。我国也重视电牵引采煤机的发展，1987 年从美国久益公司引进了 3LS 直流电牵引采煤机 2 台，在鹤岗矿务局兴安煤矿使用；1990 年我国鸡西煤矿机械厂生产了 MG463DW 型直流电牵引采煤机：1994 年西安煤矿机械厂生产了MXA-380 型直流电牵引采煤机，1996 年生产了 MXB-880 型直流电牵引采煤机。目前，我国采煤机也以电牵引为主流，它具有如下优点： 牵引特性较好采煤机牵引负载特性在截割时多为恒转矩特性，所需动力机械特性为硬特性；调动时是恒功率特性，所需动力机械特性为软特性。这对于电动机或泵马达系统只有调速才能满足这种恒转矩恒功率的负载特性，这种特性是人为机械特性，即负载的变化按人规定的规律来变化。 机械传动效率高电牵引没有能量多次转换问题，总效率可达 0.9 以上，而液压牵引一般在 0.650.70。 牵引力大，牵引速度高中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计7液压牵引性能指标的提高，必须采用大功率液压泵和液压马达，其寿命较短，可靠性较差，这也限制了截割功率进一步增大。目前电牵引采煤机的牵引力可达 950KN；电牵引采煤机的牵引速度已达到：截割时 812m/min，最大可达 25 m/min，装机总功率：电牵引已达到 1530KW，而液压牵引为900KW 和 1000KW。 工作可靠性提高ELECTRA1000 电牵引采煤机在美国、英国、一些矿的可用率为9698；液压牵引采煤机的可用率一般在 5060以下。 易于实现微机自动控制由于微机控制的功能齐全、计算速度极快、与电牵引电控的电参数容易配合，因此，易于实现工况监测、机电保护、故障诊断、数据显示。特别是动态响应很快，德国 EE23 电牵引部的自动调整时间只需持 30ms；而液压牵引的自动调整时间一般在 1020s。 机械传动和结构较简单电牵引采煤机采用了多电机和独立驱动、模块式结构设计，使传动系统和结构简化。特别是截割电动机横向布置，取消了寿命较短、传动效率较低、调整啮合间隙较复杂圆锥齿轮。 生产率显著提高由于牵引力大、牵引速度高、截割电动机功率大，尤其是故障率非常低，因而使生产率大大提高。1.2.2 国内采煤机的发展状况 电牵引采煤机已成为国内采煤机的研究重点国内从 90 年代初已逐步停止研究开发液压牵引采煤机将研究重点转向电牵引采煤机;通过交流、直流电牵引采煤机的对比研究，已基本确定以交流变频调速电牵引采煤机为今后电牵引采煤机的发展方向。电牵引替代液压牵引，交流调速代替直流调速已成为国内采煤机的发展方向。 装机功率不断增加为了满足高产高效综采工作面快速割煤对采煤机的高强度、高性能需要，不论是厚、中厚煤层还是薄煤层采煤机，其装机功率(包括截割功率和牵引功率)均在不断加大，最大已达 1020kW，其中截割电机功率达 450k W，牵引电机功率达 250kW。 牵引速度和牵引力不断增大电牵引采煤机最大牵引速度已达 14.5m/min，牵引力已普遍增大到450600kN。 电机横向布置总体结构发展迅速近年来，我国基本停止了截割电左尼纵向布置采煤机的研制，新研制的采煤机中已广泛采用了多电机驱动横向布置的总体结构。 控制系统日趋完善中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计8采煤机电气控制功能逐步齐全，可靠性不断提高，在通用性互换性和集成化等方面已有较大进步；开发了可靠的防爆全中文界面的 PLC 控制系统，实现了运行状态的监控、监测功能，以及故障记忆和诊断功能;研制成功井下无线电离机控制并得到推广使用。 滚筒截深不断增大目前已由 630mm 增至 800mm，预计今后可能增至 1000mm。 采煤机的可靠性将成为国产采煤机越来越重要的性能指标随着高产高效矿井的建设和发展，要求采煤工作面逐步达到日产 7000 10000t 水平。采煤机及其系统的可靠性将成为影响矿井原煤产量关键因素越来越受到重视，成为中国采煤机越来越重要的综合性能指标。电牵引采煤机经过 25 年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术成为具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下: 电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。 结构形式向多电机驱动横向布置发展。 监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。 性能参数向大功率、高参数发展。 综合性能向高可靠性和高利用率发展。国内电牵引采煤机研制方向与国际发展基本一致经过近 15 年的研究，已取得较大进展但离国际先进水平特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大差距，必须进行大量的技术和试验研究。90 年代是采煤机新技术不断发展的时代，电牵引技术、多电机驱动、交流变频调速技术、液压紧固技术、工况监测显示技术等不断发展。1994 年由上海煤矿机械研究所设计，鸡西煤矿机械厂生产出我国第一台 MG463-WD 型交变额电牵引采煤机，性能良好，电牵引采煤机成为我国第四代采煤机。如图 1.6 所示，该型采煤机采用多电动机驱动，横向布置，易安装和维护，电控为机载方式，结构紧凑，整机为无底托架、整体积木式组合结构，各部件间为干式对接，对接面间无任何机械或液压连带关系。主控制器采用了计算机技术，使系统性能可靠，抗干扰能力强，具有完备的保护、故障诊断和显示功能，并可根据需要实现无线电摇控。截割部为整体摇臂结构，可实现截割部整体调高，使得该机整体强度高，结构紧凑合理，外形美观对称。摇臂采用外水套冷却及内部分腔润滑措施，冷却效果好，解决了大倾角时传动齿轮的润滑问题，牵引部行走机构为摆线轮一销轨无链牵引。进入 21 世纪，随着中国经济的发展和高新技术的不断应用和发展，采煤机技术得到了飞速发展，本世纪初，大倾角电牵引采煤机、短壁电牵引采煤机相继研制成功，标志着我国采煤机总体设计技术己处于国际先进水平；能量回馈型四象限交流变频技术、中压开关磁阻调速、中压电磁调速、中压变频调速等调速技术在采煤机的相继应用，标志着我国采煤机电气调速技术已中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计9接近国际水平。截止目前，我国已形成 4 个电牵引采煤机生产基地，分别为：鸡西煤矿机械厂、太原矿山机器、上海天地科技和西安煤矿机械厂。主要技术参数见表 1.1。表 1.1 国产采煤机主要技术特征和使用概况生产厂家 上海天地科技 西安煤矿机械厂 鸡西煤矿机械厂 太原矿山机器型号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牵引功率 90 110 110 110 120 90泵站功率 35 40 40 35破碎功率 100 160 160 150 160 100装机功率 1 815 1 915 2 215 1 910 2 040 1 800变频器 安川 CIMRG7 ABB ACS 800 ABB ACS 800 ABB ACS 800故障诊断检测 较全面 较简单 较全面 较全面主控 工控机 CAN 总线 PLC 工控机 CAN 总线 工控机 CAN 总线远程通讯 有 无 有 有记忆截割 有 无 有 有1.3 采煤机简述1.3.1 采煤机的分类滚筒采煤机的类型很多，可按滚筒数目、行走机构形式、行走驱动装置的调速传动方式、行走部布置位置、机身与工作面输送乳汁机配合导向方式、总体结构布置方式等分类。按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机） 。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计10按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。1.3.2 滚筒式采煤机滚筒式采煤机是一种铣削式浅截深采煤机，它由截割部分、牵引部分和动力部分组成。截割部分包括工作机构和减速器，牵引部分包括行走机构（链轮、牵引链及其拉紧装置）和液压传动装置，动力部分包括电动机和电气控制箱。另外，还有辅助装置，包括底托架、电缆架、喷雾装置和信号照明等设备。滚筒采煤机适于在煤层厚度变化小、无夹石、地质构造简单、煤层倾角 15以下、顶板易于管理的条件下使用。倾角较大时，需装防滑装置。滚筒采煤机骑在可弯曲刮板输送机上工作，沿工作面往返运行。螺旋式滚筒上装有按一定规律排列的截齿。滚筒转动时，截齿按一定顺序在煤体上先后截出很多沟槽，使沟槽之间的煤体破落，通过滚筒旋叶和弧形挡煤板装入输送机。滚筒直径为测量到截齿齿尖的截割直径。根据滚筒数目，滚筒式采煤机可以分为单滚筒和双滚筒两种：（1）单滚筒采煤机单滚筒采煤机的进刀方式有三种： 先进刀后移机头，一般采用斜切进刀，这种方式简单易行，但进刀时间长； 先移机头后进刀，能充分利用工时，但开缺口工作量大； 进刀同时移机头，进刀简单，时间短，但需强力推移输送机的设备。割煤方式有两种： 单向采煤，采煤机上行进一刀割煤，下行装煤。优点是能充分利用机器装煤，效率高，但工作面割一刀时间长，顶板悬露时间长，一般适用于顶板稳定、采高较大、装余煤量大的煤层。 双向采煤，往返各进一刀。优点是能提高工时利用率，工作面生产能力大，支护顶板及时，工序紧凑，但采高大时清浮煤工作量大。（2）双滚筒采煤机双滚筒采煤机为一次采全厚，采煤机两端各有一个滚筒。前滚筒在上割顶煤，后滚筒在下割底煤。两滚筒一般相背旋转，司机左侧滚筒用左螺旋，司机右侧滚筒用右螺旋。也可相向旋转，司机左侧滚筒用右螺旋，司机右侧滚筒用左螺旋。一般采用双向采煤，先进刀后移机头的斜切进刀方式；也可采用进刀同时移机头的正切进刀方式。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计111-截割部；2-轴承架； 3-牵引部；4-动力箱；5-中间箱；6-液压装置图 1.1 采煤机总体结构图如图 1.1 所示，该采煤机主要由牵引部、截割部、电动机和附属装置等部分组成。电动机是采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。牵引部通过其主动齿轮与固定在工作面输送机一侧的销轨啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的行走机构。左右截害 U 部减速箱将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂的齿轮，驱动滚筒旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡煤板，它可以根据不同的采煤方向来回旋转180。在采煤机两个牵引部主动齿轮的对面分别有两个滑靴，通过它们将采煤机骑在刮板输送机上。这两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高油缸可使摇臂连同滚筒升降，以调节来煤机的采高。调斜油缸用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电器控制箱内部装有各种电控元件。用于采煤机的各种电气控制和保护。此外为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置内，并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。采煤机的工作是通过一边截割部滚筒割煤、装煤，一边牵引部驱动采煤机向前移动来实现的。（3）滚筒式采煤机特点滚筒式采煤机具有以下特点：1）使用范围广。滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；2）调高方便，免开缺口；中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计123）功率大、生产率高、工作可靠；4）操作方便并有完善的保护、监测系统；5）向标准化、系列化、通用化发展。但是滚筒采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的煤的块度小，粉尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。1.4 本文研究的内容基于上述的课题背景，在导师的指导下，经过近三个月的努力，根据已知设计参数，我完成了薄煤层电牵引采煤机牵引部的结构设计：（1）根据已知设计参数条件，提出了采煤机牵引部的整体设计方案，完成牵引部的结构设计：包括牵引箱体以及内部机械传动系统。其中机械传动部分的传动形式主要是二级直齿圆柱齿轮传动和二级 NGW 型行星齿轮传动，它充分利用了行星齿轮传动的优点，不仅可以实现各轴的传动，有利于系统在井下的布置，还可以承载大载荷，传动效率也很高。除此以外，在论文中还会简要介绍采煤机的整机结构组成，工作原理以及使用、维护和检修。（2）在工程生产尤其煤矿部门，安全可靠性是一项重要的内容。在本文设计的采煤机牵引部更是如此，因为一旦发生意外将产生不可估量的后果对生产以及人身安全产生不可估量的后果。对于牵引部的重要零部件，比如行星轮系，各传动轴，轴承以及连接键运用传统的材料力学进行分析校核。（3）运用清华天河 2004 软件参考 MG150/345 型采煤机完成了该薄煤层电牵引采煤机总图、牵引部装配图以及部分零件图。通过二维 CAD 图较为清晰的展现了该薄煤层采煤机牵引部的整体布置、传动系统系统的原理与结构以及各零部件间的装配关系。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计13第二章 MG150/345 型交流电牵引采煤机2.1 产品概述MG150/345-W型薄煤层液压牵引采煤机(以下简称MG150/345-W采煤机)，为多电机横向布置液压无链牵引采煤机，该机装机总功率345kW，截割功率2150kW，牵引功率 45kW，采用液压无级调速系统来控制采煤机牵引速度。MG150/345-W采煤机，主机身分左右两个箱体，采用高强度液压螺栓连接。左箱体包括左行走部和电控部分, 右箱体包括牵引电机、右行走部和液压泵箱等。此结构简单、可靠，整机尺寸小，机身高度低，适合薄煤层开采。多电机驱动采用横向布置形式，拆装方便。在主机身右箱体中横向装有牵引电机，通过牵引机构为采煤机提供300kN的牵引力。采煤机控制面板位于主机身左箱体电控隔腔，除油马达外，所有液压元件都安装在液压泵箱内。液压调高手把设在主机身左右两侧，控制采煤机左、右摇臂的升降。瓦斯断电仪（型号：DJB4）接线根据其自身的使用说明书进行，电源由牵引变压器提供，把其一组常闭接点串接在采煤机控制回路中，根据煤矿要求调整瓦斯超标动作值。瓦斯超标时，常闭接点打开，即控制真空磁力起动器断电，使整机停止运转。MG150/345-W 采煤机可根据用户要求配置遥控装置。采煤机电气一级控制采用可编程序控制器（PLC）来实现，带有中文显示功能，能显示采煤机正常运行状态及电控故障指示,方便维修。采煤机可与SGZ630/150、 SGZ630/220B 型刮板输送机配套。其外形如图 2.1 所示：图 2.1 MG150/345-W 型采煤机中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计14整机主要有下列几部分组成：（1）截割部。截割部由左右滚筒、左右摇臂、内外喷雾冷却装置等组成起截煤和装煤的作用。它采用了柔性并联双电机驱动、双排四行星传动、浮动密封、内置水冷等技术，实现了结构尺度小、功率大、可靠性高的要求。（2）牵引部。牵引部由左右牵引减速箱、行走轮组件、滑靴组件、调高泵箱、调高油缸等组成，是机器行走的执行结构。它采用两端下卧式液压拉杆结构，设计了集成式双级行星减速器，降低了机面高度，并且维修方便。（3）电气系统。电气系统由变压器箱、交流变频调速装置、拖揽装置等组组成，变压器、变频器位于顺槽中，拖揽装置固定在电控箱上。这是机器控制和保护装置的首脑部分。（4）操作系统。本系列采煤机有三种操作： 手动操作：操作点在调高泵箱和电控箱面板上； 端头站操作：电按钮集中在电气操作盒上，分别布置在机器两端； 无线电遥控操作：司机随身携带无线电遥控器，可以在机身周围任何位置操作机器。这三种操作的功能是控制摇臂的升降、机器的牵引方向和速度以及停机等。2.2 主要用途及适用范围该产品适用于采高0.9-2.0m，倾角35，煤质中硬或中硬以下，含有少量夹矸的长壁式工作面。 MG150/ 345 W 无 链 液 压 牵 引分 隔 符 号 ： 右 边 无 代 号 时 不 标 出装 机 总 功 率 （ kW）分 隔 符 号 ： 代 表 多 电 机 横 向 布 置 方 式采 煤 机 代 号 ： M 采 煤 机 G 滚 筒 式截 割 电 机 功 率 （ kW）2.3 主要特点及技术参数2.3.1 主要特点该型采煤机具有以下的主要特点：、主机身分左右两个箱体，采用高强度液压螺栓连接。此结构简单可靠、拆装方便，且尺寸小，大大的降低了采煤机的机身高度，适用薄煤层开采。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计152、截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。3、液压系统采用斜轴式柱塞马达，主要元部件与成熟采煤机通用，系统效率高，故障率低，互换性好。4、主要部件都可以从老塘侧抽出，而不影响其它元部件，更换容易，维修方便。5、采煤机电气一级控制采用可编程序控制器（PLC）来实现，带有中文显示功能，能显示采煤机正常运行状态及电控故障指示,方便维修。2.3.2 主要技术参数该机的主要技术参数如下：1、适应煤层采高范围(m) ： 0.9-2.0煤层倾角（）： 35煤质硬度： 中硬或中硬以下2、总体机身厚度（mm）： 400机面高度（mm）： 750-850最大采高（mm）： 1700-2000最小卧底量（mm）： 110摇臂摆动中心距（mm）： 4620行走轮中心距（mm）： 3020过煤高度（mm）： 205滚筒直径（mm）： 900、1000、 1100截深(mm)： 630、8003、截割部摇臂结构形式： 整体、弯摇臂摇臂长度（mm）： 1736摇臂摆角（）： 上摆 27 下摆 11 截割功率（kW ）： 2150转速（r/min）： 614、牵引行走部牵引形式： 齿轮销排式电牵引牵引功率（kW ）： 18.5牵引速度（m/min）： 06牵引力（kN）： 300主油泵： ZB107油马达： A2F107W6.1A2齿轮泵： CBK1016/6B3F中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计16液压系统工作压力（MPa）： 12调高系统工作压力（MPa）： 185、电机截割电机电机型号： YBC2-150额定功率（kW ）： 150额定电压（V）： 1140额定电流（A）： 97额定转速（r.p.m）： 1455外形尺寸（mm）： 790440680牵引电机电机型号： KCB-18.5额定功率（kW ）： 18.5额定电压（V）： 1140额定电流（A）： 25.5额定转速（r.p.m）： 1000外形尺寸（mm）： 6823603886、电缆主电缆型号： UCPQ370125410标称外径(mm): 66截割电机电缆型号: UCP335110 44标称外径(mm): 48.9牵引电机电缆型号: UCP310110标称外径(mm): 31-38.27、冷却和喷雾冷却： 截割电机、牵引电机、泵箱、摇臂分别水冷喷雾方式： 内、外喷雾供水压力(Mp): 3.0供水流量（l/min）： 2508、配套工作面刮板输送机型号： SGZ630/150、SGZ630/220B9、整机重量（T）： 212.4 采煤机的维护检修正确的维护和检修，对提高机器的可靠性，减少事故率，延长使用寿命十分重要，一般分日检、周检、季检和大修。（1）日检中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计171）检查各大部件联接的液压螺母及其他螺钉是否紧固齐全，发现松动要及时拧紧；2）电缆、水管、油管是否有挤压和破损；3）检查各压力表是否损坏；4）各部位油位是否符合要求，是否有渗漏现象；5）各操作手柄、按钮动作是否灵活；6）截齿和齿座是否损坏与丢失，截齿丢失，必须及时补上；7）喷嘴是否堵塞和损坏，水阀是否正常工作，堵塞的喷嘴要及时清洗更换；8）行走轮与导向滑靴的工作状况；9）机器运转时，各部位的油压、温升及声响，以及段间连接是否有松动；10）水量检查，特别是用作冷却后喷出的水量一定要符合要求。（2）周检1）清洗泵站及水阀中的过滤器滤芯；2）从放油口取样化验工作油中的过滤油质量是否符合要求；3）检查和处理日检中不能处理的问题，并对整机的大致情况作好记录；4）检查司机对采煤机得日常维护情况和故障记录。（3）季检季检除了周检内容外，对周检处理不了的问题进行维护和检修，并对采煤机司机的日检、周检进行检查，并作好季检记录。（4）大修采煤机在采完一个工作面后应升井大修，大修要求采煤机进行解体清洗检查，更换损坏零件，测量齿轮啮合间隙，对液压元件应按要求进行维护和实验，电气元件检修更换时，应做电气试验。机器大修后，主要零部件应做性能试验、整机空转试验，检测有关参数，符合大修要求后方可下井。2.5 采煤机的使用环境条件（1）可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤矿安全规程中所规定的安全含量的矿井中使用。（2）海拔高度小于2000m。（3）周围介质温度不超过+40、不低于-10。（4）环境温度为+25时，周围空气相对湿度不大于97。（5）周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计18第三章 采煤机牵引部的设计3.1 牵引部概述采煤机牵引部担负着移动采煤机，使机构连续落煤或调动机器的任务。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，有链牵引和无链牵引两种类型。传动装置用来驱动牵引结构并实现牵引速度的调节。传动装置有机械传动、液压传动和电传动等类型，分别称为机械牵引、液压牵引和电牵引。牵引机构包括牵引减速箱和行走轮组件两大部分组成。牵引减速箱内有两级直齿圆柱齿轮传动和两级 NGW 行星齿轮传动，还装有牵引电动机及调高油缸等。其中，两级直齿和第一级行星传动均布置在一个独立的小齿轮箱中，小齿轮箱和牵引壳体之间在通过销子定位，螺钉把合组装在一起。行走轮组件包括行走轮和导向滑靴和驱动轮等。牵引电机输出的动力经减速后传到行走轮组件的行走轮上，使其与刮板输送机的销轨相啮合，使采煤机行走。通过导向滑靴在销轨上的限位对采煤机进行导向，并保证行走轮和销轨的正常啮合。为使采煤机能在较大倾角条件下安全工作，在每个牵引减速箱内设有一个液压制动器，能可靠防滑，满足大倾角工作面的使用需要。本牵引传动装置有如下特点：（1）采用销轨式无链牵引，承载能力大，牵引力可达 520kN，导向好，拆装、维修方便；（2） 采用二浮动、三行星轮行星减速机构，轴承寿命和齿轮的强度裕度大，可靠性高；（3） 导向滑靴回转中心与行走轮中心同轴，保证行走轮与销轨的正常啮合；（4）行走轮组件中仅有行走轮，没有驱动轮和中间惰轮，有效的降低了机面高度。3.2 牵引传动部总体方案3.2.1 设计总则（1）煤矿生产，安全第一；（2）面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求；（3）贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定；（4）技术比较先进，在一般设计中进行改进，要求性能和寿命能有显著中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计19的提高。3.2.2 已知设计参数（1）总装机功率：345 kW （2）牵引部功率：18.5 kW（3）采高范围：0.92.0 m（4）煤质硬度：f3（6）煤层倾角：35（7）滚筒截深：630 mm（8）滚筒转速：61 r/min（9）牵引电机转速：1000r/min（10）牵引速度：0-6 m/min（11）牵引力：300 kN（12）牵引部供电电压：380 V3.2.3 机械传动系统总体设计（1）传动系统方案如图 3.1 所示，牵引电动机输出轴花间通过联轴节和小齿轮减速箱中的牵引轴相联，再通过小齿轮减速箱中的 Z2、Z3、Z4 、Z5 直齿传动后，将动力传递给由 Z6、Z7、Z8 组成的行星减速器 之后，行星架又将动力传递给由Z9、Z10、Z11 组成的行星减速器 。然后，行星架 通过内外花键将动力传递给行走轮组件中的长轴，行走轮组件中的长轴两端均为外花键，除一端和行星架配合外，另一端也通过内外花键和行走轮 Z12 配合。最终实现将牵引电机输出的扭矩传递给行走轮。行走轮 Z12 与工作面刮板机上的销轨啮合，实现采煤机沿刮板输送机的行走。在轴的煤壁侧可以安装液压制动器，以可靠地防止机器下滑，不装制动器时，装端盖封油。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计20图 3.1 牵引部传动系统原理图（2）牵引电动机的选取及使用图 3.2 为隔爆型三相交流调速电动机外形结构图，与变频调速装置配套，作为采煤机的牵引动力源，该系列隔爆型三相异步电动机适用于煤矿井下，供采煤机组作牵引动力。防爆性能符合 GB3836 爆炸性气体环境用电气设备的规定。可用于环境温度不高于 40，相对湿度不大于 95%，且有甲烷或爆炸性粉尘的场合。选取牵引电动机的型号为 KCB-18.5，额定功率为 18.5kW，额定电压为1140V，转速为 1000r/min，其具体技术参数如表 3.1 所示。表 3.1 牵引电机具体技术参数型号 KCB-18.5 工作制 SI功率（ kW） 18.5 接法 Y极数 6 绝缘等级 E额定电压（V） 1140 冷却方式 水套冷却额定电流（A） 25.5 冷却水量（l/min） 20中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计21频率（HZ ） 50 冷却水压（MPa）额定转速（r/min） 1000 外形尺寸 682360388图 3.2 牵引电机外形结构图在下井前，应仔细检查所有螺钉及其部件是否完好，出轴转动是否灵活，观察水道有无阻塞现象，测量其绝缘电阻，若其值低于规定值，电机必须进行干燥处理。开机前必须先通水，当断水或者有其它异常声响时，必须立即停机检查。拆装时应特别注意部件的隔爆面，不得损伤。（3）传动比的分配及配齿情况根据该型号采煤机的大小和总体结构，选取采煤机的行走轮的齿数为，模数为 。120Z30m行走轮的节圆直径为：=1030 =300 mm12DZ行走轮的转速为：=9.55 r/minmax50vn总传动比为：=1000/9.55=104.7i总传动比等于各级传动比的连乘积，即 123nii如果把传动比分配的合理，传动系统结构紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好；但分配不合理，则其结果正好相反，因此分配传动比时要考虑以下几条原则：1） 各级传动比应在每一级传动所推荐的范围内。一般圆柱直齿传动比范围中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计22在 24 之间，行星减速传动比在 46 之间。2）两级及两级以上的齿轮传动时，应尽可能使各级从动齿轮的浸油深度相近，以使各级齿轮得到良好的润滑，并减少搅油损失。3）各级传动尺寸要协调、合理。根据以上原则及总传动比的大小，各级传动比暂定为：第一级直齿传动：i 1=1.74 第二级直齿传动：i 2=2.12第一级行星齿轮传动：i 3 =6.3第二级行星齿轮传动：i 4 =4.5根据所选取的各齿轮参数，通过计算可得牵引传动装置的总传动比为： i 总 =43/27*81/38*(1+71/13)*(1+61/17)=104.633.3 传动效率计算1各传动件的效率为：（1）齿轮联轴器的传动效率 10.9（2）滚动轴承效率 =0.98（8 对） ；2（3）直齿圆柱齿轮传动效率 =0.98（两级） ；3（4）行星齿轮组传动效率 =0.975（两级） ；4（5）搅油效率 =0.99。52总传动效率为： 821345220.90.9.70.976总3.4 牵引部的主要参数通过以上的计算，可得采煤机牵引部的主要参数如下：（1）适用煤层采高范围（m）：0.9-2.0煤层倾角（。 ）：35煤质硬度：f3（2）牵引电机电机型号：KCB-18.5中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计23额定功率（kw）：18.5额定电压（v）：1140额定转速（r.p.m）:1000（3）牵引牵引型式：齿轮销排式电牵引牵引功率（kw）：18.5牵引力（kN）：300牵引速度（m/min）:0-6（4）总传动比：104.73.5 传动系统的运动和动力参数 （1）将各轴进行编号如图 3.3 所示，将各传动轴进行编号如下：轴 1电机输出轴；轴 2第一级直齿输出轴；轴 3惰轮中心轴；轴 4第二级直齿输出轴；轴 5第一级行星架；轴 6第二级行星架。图 3.3 各传动轴编号情况第一级减速圆柱直齿轮的设计计算及强度效核计算过程及说明 计算结果1) 选择齿轮材料，确定许用应力查文献 1 表 6.2 选 小齿轮 20CrMnTi 碳氮共渗淬火大齿轮 20CrMnTi 碳氮共渗HBS1502中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计24许用接触应力 ：H由文献 1 式： minliHNSZ接触疲劳极限应力 ：2li1li、查文献 1 图 64 得： 2lim/50H2liN应力循环次数 N：由文献 1 式 得：708)8301(66hnjL812 .54.2/./ i则 查文献 1 图 6-5 得接触强度得寿命系数(不许有点蚀 )2NZ接触强度最小安全系数 ：minHS按高可靠度查 取5.1in1in21 /702./650NH23许用弯曲应力 ：F由文献 1 式 6-12 minlim/FXNFSY弯曲疲劳极限 ：liF查文献 1 图 6-7 得： 2lim/70NF2li21lim/50NH2li810.64N253121NZminHS2170N25H2m21lim/378NF中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计25弯曲强度寿命系数 ：NY查文献 1 图 6-8 得：2弯曲强度尺寸系数 ：XY查文献 1 图 6-9 得：X弯曲强度最小安全系数 ：minFS取 34.1minFS5.in则 min1lim1/FXNFSY.5378in2li2/FXF.1942) 齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级按估取圆周速度 ，31(0.2)/tvnpsmvt/4参考文献 1 表 6.7，表 6.8 选取小轮齿数 ： 1Z=21大轮齿数 ：521.74*3Z齿数比 ：u1.74传动比误差22lim/94NF121NY1XY5.1minFS21/70NF2svt/4公差组 8 级=372Z211中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计2605.4.687.24170./ u小轮转矩： 291.81N1T载荷系数 ：KKVA使用系数 ：A查文献 1 表 6.3 1.75AK动载荷系数 ：V由推荐值 1.051.4齿向载荷分布系数 ： 由推荐值 1.01.2齿间载荷分配系数 ：K由推荐值 1.01.2则载荷系数 =1.751.21.11K材料弹性系数 ：EZ查文献 1 表 6.4 节点区域系数 ：H查文献 1 图 6-3 得： 0,21xo重合度系数 ：Z由推荐值 0.850.921d33 481.257.08.198.06524 1.74074u合适=291.81 N1T1AK1.35V1.1K1.1K=1.45189.N/mEZ=2.1H=1.17Z中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计27则67.79 1d3) 齿根弯曲疲劳强度校核计算由文献 1 式 FSFFYmbdKT12齿形系数 ：Y查文献 1 表 6.5 得：小轮 85.21F大轮 3Y应力修正系数 ：S查文献 1 表 6.5 得：小轮 5.1SY大轮 67重合度 tanttantZ21551Z +oo20t69csrot9tan24360arcstn43=-0.13重合度系数 ： Y0.257/=0.25+0.75/1.64=0.707189.N/mEZ67.79mm1d=147.5ab2=65 85.21FY34.1S67.5SY中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计28第二级直齿圆柱齿轮传动的计算方法同第一级圆柱齿轮传动相同，具体设计过程就不再重复，同样，经过校核计算，所选取的齿轮个参数符合强度要求。故 07.451.82614720.31 F12/9FmN07.638.65.35F52/.817F4) 齿轮几何尺寸计算齿轮模数 M=D/Z=77.79/27取 M=5分度圆直径 ：d105mZa=5*(21+37)/2=145齿宽 b b=0.8*80=64大齿齿宽 b=65小齿齿宽 b=70mm齿顶圆直径 ：ad1215amh29aMZ齿根圆直径 ：fd1210.5ffh279ff=1.64m=5mm=0.707Ymd80125中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计29第四章 齿轮传动系统的具体设计与校核4.1 齿轮传动系统概述4.1.1 齿轮传动的分类齿轮传动在各种机器和机械设备中已获得了较广泛的应用。例如，起重机械、工程机械、冶金机械、建筑机械、石油机械、纺织机械、机床、汽车、飞机、火炮、船舶和仪器、仪表中均采用了齿轮传动。在上述各种机器设备和机械传动装置中，为了减速、增速和变速等特殊用途，经常采用一系列互相啮合的齿轮所组成的传动系统，在机械原理中，便将上述的齿轮传动系统称之为轮系。轮系可由各种类型的齿轮副组成。有锥齿轮、螺旋齿轮和蜗杆轮组成的轮系，称为空间轮系；而由圆柱齿轮组成的轮系，称为平面轮系。根据齿轮系运转时其各齿轮的几何轴线相对位置是否变动，齿轮传动又可分为两大类型：（1）普通齿轮传动（定轴轮系）当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的所有齿轮的几何轴线位置都是固定不变的，则称为普通齿轮传动（或称定轴轮系） 。在普通齿轮传动中，如果各齿轮副的轴线均相互平行，则称为平行轴齿轮传动；如果齿轮系中含有一个相交轴齿轮副和一个相错轴齿轮副，则称为不平行轴齿轮传（空间齿轮传动） 。（2）行星齿轮传动（行星轮系）当齿轮系运转时，如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定，而绕着其他齿轮的几何轴线旋转，即在该齿轮系中，至少具有一个作行星运动的齿轮，如图 3-2 所示。在上述齿轮传动中，齿轮 a、b 和构件 x 均绕几何轴线 转动，而齿轮 c 是活套在构件 x 的轴上，它一方面O绕自身的自身的几何轴线旋转（自转） ，同时又随着几何轴线绕固定的几何轴线 旋转（公转） ，即齿轮 c 作行星运动；因此，称该齿轮传动为行星齿轮O传动，即行星轮系。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计30图 4.1 行星齿轮传动机构简图按工作条件，齿轮传动可做成开式、半开式和闭式齿轮传动。开式齿轮传动，齿轮完全外露，易落入灰砂和杂物，不能保证良好的润滑，故轮齿易磨损，多用于低速度、不重要的场合。半开式齿轮传动，齿轮浸入油池内，上装护罩，但不封闭。闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度，为多数齿轮传动所采用。齿轮传动的失效主要发生在轮齿部位，其他部位很少失效。轮齿的主要失效形式主要有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形等几种常见的形式。根据齿轮传动的失效形式，确立相应的设计准则。由于磨损、塑性变形等的设计计算至今尚未建立完善的计算方法，所以目前一般齿轮传动设计计算，通常按齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算。闭式齿轮传动，主要失效形式是疲劳点蚀、疲劳折断和齿面胶合。一般情况下，只进行齿面接触疲劳强度计算。对于高速大功率的齿轮传动，还应进行抗胶合计算。对于闭式软齿面的齿轮传动，主要是齿面接触疲劳强度，其次才是齿根弯曲疲劳强度，一般来说，只要接触疲劳强度满足，弯曲疲劳强度一般是满足的。对于闭式硬齿面的齿轮传动，接触疲劳强度和弯曲疲劳强度一般不分主次。开式齿轮传动，主要失效形式是疲劳折断和齿面磨损。目前，只能进行弯曲疲劳强度计算，并将模数加大 10%20%的办法来考虑磨损的影响。4.1.2 行星齿轮传动的特点行星齿轮传动与普通齿轮传动相比较，它具有许多独特的优点。它的最显著的特点是：在传递动力时它可以进行功率分流；同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同一主轴线上。所以，行星齿轮传动现在已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器、增速器、和变速装置。尤其是对于那些要求体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高的航空发动机、起重运输、石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。