履带式连续采煤机整体设计

1 摘 要 连续采煤机是一种集机械 电气和液压为一体的大型复杂系统 在很大程度上与目前 国内煤矿使用的掘进机相似 都有履带行走系统 铲煤板 电控箱 液压系统和刮板输 送机等 整体布局也很相似 铲煤板在截割头下 刮板输送机从前向后纵贯整机 装载 部和输送机共用一个动力 连续采煤机和掘进机的最大区别就在截割部 截割部的动作 较掘进机复杂 而内部传动及其结构比较复杂 形式也多样化 1976 年我国开始引进连续采煤机 以单机为主 目前 这一批设备由于多数不配套 掘进巷道断面偏小 备件供应困难 维护管理技术跟不上等原因 在生产中基本上已不 在使用 20 世纪 90 年代以配套引进为主 这一时期 由于国内外高效高产矿井的迅速发展 煤层平巷的机械化掘进滞后问题引起了国内外普遍重视 国内一些煤矿企业针对适合使 用连续采煤机的矿井及煤层 为了解决好采掘接替 是高产高效长臂回采工作面充分发 挥设备的生产能力 实现快速回采 借鉴国外的先进经验 陕西黄陵矿区 神华集团神 东煤炭公司进行配套引进连续采煤机设备的工作 近几年先后引进了包括连续采煤机 锚杆机 破碎机 铲车 运煤车等设备在内的机械化掘进设备 主要使用在房柱式开采 边角煤回收及长臂工作面煤层平巷的掘进 这一时期 由于单机引进改为配套引进 同时在配套选型时密切结合矿井煤层地质 条件和生产技术条件 连续采煤机的使用率和开机率大幅提高 经济效益好 掘进效率 及出煤量均有较大的突破 不断刷新纪录 综上所述 我国使用连续采煤机的时间不长 经验不足 还存水沟挖掘 备件供应 等问题 仍需通过生产实践逐步探索解决 关键词 履带 采煤机 传动装置 减速器 1 目 录 1 设计目的及要求 1 2 连续采煤机的基本概况 2 2 1 连续采煤机的发展概况 2 2 2 连续采煤机的基本结构特点 3 3 总体方案设计 4 3 1 机型的选定及主要部件的结构形式的确定 4 3 2 总体参数确定 10 4 传动装置的选用与设计 12 4 1 减速器的形式选择 12 4 2 减速器行星齿轮部分设计时的注意事项 12 4 3 传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配 12 4 4 四级减速器的具体设计计算 14 5 技术经济性分析 52 结 论 53 致 谢 54 参考文献 55 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 1 1 设计目的及要求 设计用途 设计符合要求的连续采煤机及其截割部 基本要求 1 最大掘高 4 5m 2 最大掘宽 5 6m 3 巷道坡度 16 4 机高大于 1M 小于 2M 机重大于 45t 5 能够在煤层 半煤层下施工 切割煤岩最大单向抗压强度可达 100Mpa 可切割 性能指标适用切割煤岩硬度 普氏系数 f 小于等于 8 岩石的研磨系数小于等于 Mg15 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 2 2 连续采煤机的基本概况 2 1 连续采煤机的发展概况 连续采煤机是美国现代化采掘设备 有近半个世纪的发展讨程 美国煤层大多数是近水平煤层 且以中厚煤层居多 地质构造简单 20 世纪 60 年代 以前 用房式或房柱式采煤方法开采 连续采煤机主要作为生产型设备使用 60 年代以 后 由于推广长壁采煤法取得显著经济效益 此时 连续采煤机又成为工作面运输 通 风巷道的快速掘进设备 成为当今美国高产高效综采工作面装备中必不可少的设备 2 1 1 连续采煤机的发展概况 自 1949 年美国利诺斯 LEE NORSE 公司研制成第一台连续采煤机以来 其发展过 程若按落煤机构的演变来划分 大体经历了三个发展阶段 a 20 世纪 40 年代 截链式连续采煤机 这一时期的连续采煤机采用截链式落煤机构 和螺旋清煤装置 其优点是机器灵活性好 适用于不同的开采条件 可开采煤炭 钾碱 铝土矿 硼砂 页岩及永冻土 缺点是结构复杂 装煤效果差 截割头宽度窄 生产能 力低 b 20 世纪 50 年代 摆动式截割头连续采煤机 这一时期的连续采煤机采用带 2 3 个 截齿环的摆动式截割头落煤机构和装煤臂清煤装置 其优点是生产能力高 装煤效果好 缺点是摆动头振动大 维护费用高 这种机型由于装煤技术的改进 生产能力较高 受 到市场普遍欢迎 c 20 世纪 60 年代至今 滚筒式连续采煤机 60 年代末出现了生产能力大 截割效率 高 装煤机构简单可靠的滚筒式连续采煤机 从而完全取代了摆动式截割头连续采煤机 60 年代末 美国久益公司先后推出 10CM 和 11CM 系列连续采煤机 这两个系列的机型 是现代连续采煤机的雏形 其技术发展具有一定的代表性 2 1 2 连续采煤机的国内外应用 连续采煤机在国外的使用情况 目前使用连续采煤机的国家主要有美国 南非 澳大利亚和英国 其中美国的生产 使用量占全世界总量的七成以上 主要应用在房柱式采煤 其次是长壁式的采区巷道 工作面上下平巷掘进以及边角煤回收 条带采煤 美国是采用房柱式开采的主要国家 也是连续采煤机的生产 使用大国 美国在房 柱式开采中使用连续采煤机近半个世纪 目前美国采煤产量的 50 靠连续采煤机生产 美国在连续采煤机研制 设计和制造方面积累了丰富的经验 连续采煤机得到了不断改 进和完善 适用范围逐步扩大 支护和运输等后配套设备日益成熟 美国的生产厂家主要有久益 JOY 朗艾道 LANG AIRDOX 杰弗里 JEFFERY 艾姆科 EIMCO 四家公司 其中久益公司的产品市场最大 这些公司 的产品已覆盖了薄 中厚及厚煤层 形成了系列 英国是井工开采中以长壁采煤法为主的国家之一 长期以来 采取巷道及工作面平 巷的掘进使用悬臂式部分断面掘进机和金属棚支护 积累了比较丰富的经验 在掘进机 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 3 研制生产方面颇具规模 在国际采矿设备领域有一定的地位 目前 在英国连续采煤机加锚杆支护技术正逐步上升为煤层平巷掘进的主要方法之 一 是英国煤矿加快掘进进尺 降低掘进成本的重要措施 也是英国煤炭工业近 10 年来 技术变革的一个重要方面 南非井工煤矿产量中 90 用房柱式开采 几乎全部使用美国的连续采煤机 南非煤 质特别坚硬 截齿消耗量很大 对连续采煤机的截割性能无疑是一个严峻考验 为此 美国的一些公司 如久益公司就针对南非坚硬的煤质特殊条件 在原有 12CM 的基础上 开发出了新机型 12HP9 12HM17 和 12HM31 等重大功率连续采煤机 使南非的采煤产 量实现了突破 连续采煤机在我国的应用 我国引进连续采煤机始于 1978 年 迄今为止 大体经历了单机引进和配套引进两个 阶段 第一阶段 20 世纪 80 年代 以单机引进为主 1978 年 在引进 100 套总裁设备的 同时 先后引进了一批悬臂式部分断面掘进机和连续采煤机 连续采煤机是作为掘进机 械化机型之一引进的 目的是从众多国外先进掘进机械的使用比较中探索适合我国的机 型 通过引进 消化 博采众长 研制开发国产掘进设备 第二阶段 20 世纪 90 年代 以配套引进为主 这一时期 由于国内外高产高效矿井 的迅速发展 煤层平巷的机械化掘进滞后问题引起了国内外高度重视 在这一时期 由于改单机引进改为配套引进 同时在配套选型时密切结合矿井煤层 地质条件和生产技术条件 连续采煤机的使用率和开机率大幅度提高 经济效益好 掘 进效率及出煤量均有较大突破 不断刷新高产纪录 进入 20 世纪 90 年代以来 我国使用连续采煤机的总台数虽然减少 但使用情况较 总体效益较高 然而 我国使用连续采煤机的时间不长 经验不足 还存在水沟挖掘 备件供应等问题 仍需通过生产实践逐步探索解决 2 2 连续采煤机的基本结构特点 连续采煤机按截割煤层厚度可分为薄 中 厚三种 按截割煤的软硬程度又可分为 中等 坚硬和特坚硬三种 它们的共同特点归纳如下 1 多电动机独立驱动 2 连续采煤机采用横轴式较长的截割滚筒 3 截割滚筒的截齿布置较简单 截线距离较大 4 增强截割硬煤和夹矸的能力 5 装运机构的传动布置已定型化 输送机链条结构均已标准化 6 采用启动扭距高的直流串激电动机驱动行走履带机构 7 连续采煤机的各主要传动系统多采用电动机驱动 8 液压系统采用了齿轮油泵 多液压缸开式系统 9 机器的自动控制 自动检测 安全装置较完善 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 4 3 总体方案设计 连续采煤机主要由截割机构 行走机构 装运机构 装载机构四大机构和液压系统 水路系统 电气系统三大系统 冷却除尘装置及安全保护装置组成 并通过主体部将各 执行机构有机的组合于一体 总体方案设计主要是进行连续采煤机的选型和总体参数的 确定 3 1 机型的选定及主要部件的结构形式的确定 3 1 1 机型的选定 选型原则 用途选择 连续采煤机主要用于留煤柱式双巷掘进 同时作为短壁机械化采煤的主 要生产设备 适应性选择 地质条件 连续采煤机主要适用于煤巷掘进 空顶距要求严格 一般不低于 1 5m 不适用于顶板稳定性极差或 三软 巷道施工 过断层能力差 巷道断面 连续采煤机掘进的巷道 高度可由用户根据煤层厚度的厚度在施工中选 择调整 而宽度由连续采煤机横轴截割头的宽度决定 不能随时调整 并形成矩形断面 掘进的巷道顶板平直 断面规整 掘进效率 连续采煤机一次成巷 在顶板条件好的煤巷中 掘进速度快 效率高 结构特点 截割头 臂形式 连续采煤机截割头为横轴式 截割头上截割齿排布较多 驱动功 率一般较大 截割头的设计宽度决定了掘进巷道的宽度 截割头工作时 截割臂较宽 不利于超前帮锚作业 机身形式 目前国内使用的连续采煤机全部为进口 设计的机身较短 机架多采用 整体 组焊结构 即主机架 履带为一体式 机构紧凑 刚性好 只是运输 维护难度 较高 中间运输机多采用宽度大 龙门低的形式运输效率较高 整机转弯半径一般较大 喷雾形式 喷雾采用外喷雾方式 在其横向截割头的后部横向布置喷水嘴 因其双 向掘进 一般可实现大量喷水 且截割落煤方向较一致 灭尘效果较好 连续采煤机必然要适应大多数煤层实际条件 并朝着掘 锚 采一体 集中控制 程序 控制的方向发展 根据任务书的要求 按行业标准 MT T 238 2 2008 悬臂式掘进机的型式与参数 MT238 3 2006 悬臂式掘进机 第 3 部分 通用技术条件 选定机型类别 要考虑的连续采 煤机的用途有 采煤准备巷道的快速掘进以及房柱式采煤 回收边角煤 适用于掘进破 碎煤岩硬度 f 4 8 断面 9 28 平方米的煤 半煤岩巷道的巷道施工 要考虑连续采煤 机的工作条件 切割煤层巷 半煤层巷 煤岩的单向抗压强度 或普氏系数 f 值 及岩石 的腐蚀系数 特轻 轻型掘进机以掘进煤巷为主 它的特点应突出经济 灵活 方便 在截割巷 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 5 道断面尺寸方面有较大的适应性 中型掘进机以掘进半煤岩巷道为主 在截割岩石硬度 方面适应性较强 但机器设计不宜过于笨重和庞大 在使用时有较大的覆盖面 重型掘 进机是具有更高切割能力的掘进机 应用范围更加广泛 根据设计的要求和目的 机型重型 选择基本参数应当符合表格的规定 机型技术参 数 单位 特轻 轻 中 重 超重 适应工作最 大坡度 绝对值 不小于 16 16 16 可掘巷道断 面 5 12 6 16 7 20 8 28 10 32 机重 不包 括转载机 t 20 50 80 切割煤岩最 大单向抗拉强度 MPa 4681 煤 3 min0 6 0 8 生产能力 煤夹矸 3 i 0 35 0 4 0 5 0 6 0 6 切割机构功 率 kW 5 7590 2 00 150 20 3 1 2 各部件的结构型式的确定 连续采煤机的基本组成 连续采煤机通常由截割机构 装运机构 履带行走机构 液压系统 电控系统 冷 却喷雾除尘系统及安全保护装置等组成 参见图 2 1 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 6 1 截割部 2 摇臂 3 装载机构 4 刮板输送机 5 机架 6 左行走机构 7 右行走机构 8 电动机 9 电气系统 10 驾驶座 11 液压系统 12 支撑防护总成 图 2 1 连续采煤机的基本组成 连续采煤机虽然型号 规格有许多 但它的各主要组成部分大同小异 其区别主要 在截割机构的传动和截割部上 1 截割机构 a 存在的主要形式 一种是两台截割电动机横向布置在截割臂的两侧 通过减速器将动力穿至截割链及 左右截割滚筒 它的代表机型如 12CM18 10D 型连续采煤机 另一种是两台截割电动机沿 机器的纵轴线平行布置于截割臂的两侧 通过减速器将动力传至左 中 右 三个截 割滚筒 中间无截割链 其代表机型如 CM 800 型连续采煤机 b 具体结构的选择 我们选择横轴式滚筒截割机构 滚筒宽度大 截割煤体面积宽 落煤能力强 生产 能力大 截割机构主要由切两台水冷电动机 两套摩擦离合器 两台齿轮减速器 两个 外侧截割滚筒 一个中间截割滚筒 截割臂构件及两个升降液压缸组成 具有破碎煤岩 功能的机构 1 切割头的选择 截割滚筒 截割滚筒由左右两个外侧截割滚筒和一个中间截割滚筒 内滚筒 代替中间的截 割链 组成 截割滚筒截齿尖的直径为 1 118 总宽度为 3 302 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 7 滚筒采用双螺旋叶片 齿座与叶片分别焊接在滚筒体外壳上 叶片高度较小 其螺 线方向由内滚筒中间向左右两侧按反方向布置 截齿按一线一齿方式配置 总共 73 个镐 形截齿 其中内滚筒 33 个 两侧外滚筒个 20 个 外滚筒端盘部分有 10 个齿 其中两个 负角度齿 3 个 0 度齿 5 个角度齿 2 切割电动机 2x170kw 切割电机为外水冷式 且机体为焊接结构 前端与行星减速器相联 后端联接回转 台 电机输出力矩 通过花键套传递给减速器 再由花键套传到主轴 主轴通过内花套 键与截割滚筒相联 把力 矩 传递到割滚筒上 截割滚筒以此方式进行工作 切割电 机的选择在根据工作条件选取 而且应当符合行业标准 MT477 1996 YBU 系列掘进机用 隔爆型三相异步电动机 3 行星减速器 两套四级减速器对称布置 均用螺栓紧固在截割臂构件上 一级为直齿圆柱齿轮传 动 二级为直齿圆锥齿轮传动 三 四级为行星齿轮齿轮传动 减速器箱体呈 工 字形 肋部扁长 由联轴器带动输入轴 直齿圆柱齿轮安装于 该轴上 齿轮轮毂的两侧各装一圆柱滚子轴承 装于减速器箱体上 外侧轴承装于箱盖 上 外套轴承压盖顶住 用螺栓紧固 箱盖用螺钉紧固 从动齿轮以花键装于小圆锥轴齿轮的外侧 用螺栓紧固保持盖 将该齿轮固定 内 端靠住圆锥滚子轴承支承在减速器箱体上 小圆锥齿轮的轴向两端各装油封 该圆锥轴 齿轮穿过减速器箱体连接立筋的孔 和安装于主轴上的大圆锥齿轮相啮合 一 二级行星轮组件均以无外圈的两盘圆柱滚子轴承支承于行星轮轴上 一级行星 轮架以齿轮联轴的形式与二级行星轮相连接 最后由其行星轮架将内齿与主轴的外齿相 连接 而将动力输出到主轴上 主轴的左端为一方轴 通过方轴带动中间截割滚筒 主 轴的右端为一花键 带动右截割滚筒 2 装载运输机构 a 存在的主要形式 1 单 双环形刮板链式 双环形是由两排并列 转向相反的刮板链组成 若刮板链 能左右张开或收拢 就能调节装载宽度 但结构复杂 单环形是利用一组环形刮板链直 接将煤岩装到机体后面的转载机上 环形刮板链式装载机构制造筒单 但由于单向装载 在装载边易形成煤岩堆积 从而会造成卡链和断链 同时 由于刮板链易磨损 功率消 耗大 使用效果较差 2 螺旋式 是横轴式掘进机上使用的一种装载机构 它利用左右两个截割头旋向相 反的截割头 将煤岩向中间推入输送机构 这种机构目前使用很少 3 耙爪式 蟹爪式 是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运 输机构 这种方式结构简单 工作可靠 外形尺寸小 装载效果好 目前应用很普遍 但这种装载机构宽度受限制 为扩大装载宽度 可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆 动 或设计成双耙爪机构 以扩大装载范围 4 星轮式 拨盘式 该种机构比耙爪式简单 强度高 工作可靠 但装大块物料 的能力较差 通常 应选择耙爪式装载机构 但考虑装载宽度问题 可选择双耙爪机构 也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构 装载机构可以采用电动机驱动 也可用液压 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 8 马达驱动 但考虑工作环境潮湿 有泥水 选用液压马达驱动为好 b 具体结构的选择 装载运输机构由装载机构和单链刮板输送机两部分组成 它们由两台电动机驱动 左右减速器 两个对称的拨盘式装载装置 铲装板 单链刮板输送机 摆动液压缸及升 降液压缸等组成 装载机构 装在机构由铲板体 减速器 耙装部 电动机 液压马达 等组成 装载部实现采 掘下煤矿等接受采集 经过中间输送机 把煤矿输送到后续的输送带上 铲板体 铲板体上部表面从中线向两侧倾斜 前端呈三角形结构 有利于减小铲板的插入阻 力 有利于装载煤岩 铲板宽度为 3300mm 铲板尖自底板平面最大的升高量为 500mm 最低可降至 0mm 拨盘 本机的装载装置为拨盘式装载装置 它的三弧形耙杆呈弯曲状 整体铸钢结构 它 与转盘轴圆盘联接结构如图 左 右拨盘互相对称 安装时应按各自的转向选装 旋转 方向相反 左拨盘顺时针旋转 右拨盘逆时针旋转 同时向刮板机槽中装载物料 减速器 减速器从铲装板的上方装在铲装板构件上 为三级齿轮传动 电动机的轴插入行星 轮系的长轴中心轮的孔中心带动此轴 中间刮板运输机 采用单链刮板输送机 主要由主动链轮 单链链条 改向滚筒 刮板 输送机前端 在铲装板上 中段和后段机槽 链条张紧装置 机尾摆动液压缸 升降液压缸 侧 向稳定装置等组成 单刮板输送机的动力由左右装在机构减速器的输出轴经联轴器共同 带动五齿链轮轴旋转 传动刮板链条输送物料 刮板链条为套筒滚子链 节距 666 7mm 刮板间距为 400mm 刮板宽 695 32mm 底板呈直线形 保证运输顺畅 提高溜槽及刮板使用寿命 采用两个液压马达直接 驱动链轮 带动刮板链组实现物料运输 可以适当提高龙门 减少一运运输过程中大块 物料卡阻 3 行走机构实现形式及驱动方式 a 存在的主要形式 连续采煤机的行走机构有迈步式 导轨式和履带式几种 1 迈步式 该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的 采用框架结构 使人员能 自由进出工作面 并可越过装载机构到达机器的后面 使用支撑装置可起到掩护顶板 临时支护的作用 但由于向前推进时 支架反复交替地作用于顶板 掘进机对顶板的稳 定性要求较高 局限性较大 所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机 在煤巷 半煤岩 巷中也有应用 2 导轨式 将连续采煤机用导轨吊在巷道顶板上 躲开底板 达到冲击破碎岩石的 目的 而采用这种导轨式行走机构 就要求导轨具有较高的强度 这种行走机构主要用 于冲击式连续采煤机 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 9 3 履带式 适用于底板不平或松软的条件 不需修路铺轨 具有牵引能力大 机动 性能好 不受轨道限制 工作可靠 调动灵活和对底板适应性好等优点 但其结构复 杂 零部件磨损较严重 b 具体结构的选择 目前 连续采煤机通常采用履带式行走机构 由于其工作环境差 用电动机驱动易 受潮烧毁 最好选用液压马达驱动 行走机构有迈步式 导轨式和履带式等几种 履带式行走机构可在底板不平或者松 软的条件下工作 不需要修路等 牵引力大 机动性能好 工作可靠 调动灵活和对底 板适应性好等特点 采用履带式行走机构 履带式行走机构的驱动方式有两种 电动机和液压马达 由于液压回路的种种优点 选取液压马达驱动 4 冷却喷雾系统 a 存在的主要形式 连续采煤机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种 1 喷雾式 用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散 雾化 使粉尘附在雾状水珠表 面沉降下来 达到灭尘效果 这种除尘方式有以下两种 外喷雾降尘 是在工作机构 的悬臂上装设喷嘴 向截割头喷射压力水 将截割头包围 这种方式结构简单 工作可 靠 使用寿命长 由于喷嘴距粉尘源较远 粉尘容易扩散 除尘效果较差 内喷雾降 尘 喷嘴在截割头上按螺旋线布置 压力水对着截齿喷射 由于喷嘴距截齿近 除尘效 果好 耗水量少 冲淡瓦斯 冷却截齿和扑灭火花的效果也较好 但喷嘴容易堵塞和损 坏 供水管路复杂 活动联接处密封较困难 为提高除尘效果 一般采用内外喷雾相结 合的办法 并且和截割电机 液压系统的冷却要求结合起来考虑 将冷却水由喷嘴喷出 降尘 2 抽出式 常用的吸尘装置是集尘器 它是利用风机使集尘器内产生负压 将工作 面含尘空气由吸风口吸入后 采用湿式或干式除尘 集尘器主要有一下几种 湿式旋 1 流集尘器 湿式风机集尘器 湿式文丘里集尘器 湿式纤维集尘器 布袋集尘 2 3 4 5 器 设计采煤机时 应根据采煤机的技术条件来选集尘器 为提高除尘效果 可采用两 级净化除尘 由于集尘器跟随掘进机移动 风机的噪音很大 应安装消音装置 抽出式 除尘装置灭尘效果好 但因设备增多 使工作面空间减小 近年来 除尘设备有向抽出 式和喷雾式联合并用方向发展的趋势 b 具体结构的选择 采用喷雾式 矿井水经过滤器 二位二通球阀后再分成四路供水 其中第一 第二 路为采煤机右侧冷却喷雾 分别冷却采煤机右侧的行走部控制器 行走电动机 装煤铲 板电动机及截割部电动机 冷却后的回水经分流管从外滚筒的 12 个喷嘴 内滚筒底部的 12 个喷嘴以及装煤铲板的 4 个喷嘴喷出 第三 四路为采煤机左侧冷却喷雾 分别冷却 采煤机左侧的液压泵电动机 变压器 控制器 行走电动机 装煤铲板电动机及截割电 动机 冷却后的回水从外滚筒的 12 个喷嘴喷出 5 电控系统 电控系统包括动力部分 控制部分和检测部分 电控系统必须按照煤矿井下防爆要 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 10 求设计 制造 检测 必须符合 GB3836 2000 标准中的有关规定和要求 为了提高掘进 机在作业时的安全性 操作的灵活性以及机械传动部分的故障诊断及监控功能 从实用 角度考虑 装设必要的离机遥控装置 测控压力 温度 液位及关键部位的故障诊断装 置 6 液压系统 液压系统包括液压油箱 主泵 多路阀 电液压先导操纵台 液压马达 油缸 高 压过滤器 回油过滤 冷却器及管件 密封件 压力表等 a 液压系统的功能 1 用液压缸完成的功能有 截割头升降 铲装板升降 运输机升降 运输机摆动 稳定靴升降 2 用液压缸马达驱动的有 履带行走 煤浆泵 3 主阀的控制方式有两种 电液控制和手动操作杆操作 操作者可通过遥控器或 操作手柄操作主阀 进行控制各个动作 4 液压油箱设计容积 600L b 油泵和液压马达 液压泵是由 110kW 电机驱动的 将压力油按比例多路分别送到各个执行元件 本机 共有 8 个油缸 截割头升降缸 运输机升降缸 稳定靴升降缸和运输机摆动均设有安全 型平衡阀 3 2 总体参数确定 根据以上设计思想及设计结果进行连续采煤机的总体参数确定 连续采煤机的总体 参数 是指主要性能参数 它表示了连续采煤机特性的指标 连续采煤机的总体参数有 机重 外形尺寸 可掘断面 生产率 截深 摆动速度 切割力等 1 总体参数 采高 0 965 3 65 截割功率 2X170KW 总装机功率 664KW 挖底量 213mm 质量 49 9t 装在机构形式 圆盘 2 截割滚筒 宽度 3 302mm 直径 1118mm 3 刮板输送机 链速 2 36m s 槽宽 762mm 最小卸载高度 622mm 最大卸载高度 1886mm 4 履带行走机构 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 11 牵引速度 4 1m min 调动速度 21 35m min 5 机器外形尺寸 长度 10 789m 宽度 3 302m 高度 1 346m 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 12 4 传动装置的选用与设计 4 1 减速器的形式选择 机械传动装置系统的两大任务是保证工作装置实现预期的运动要求和传递动力 如 工作机上现有的机器 则传动系统的设计任务仅在于选择一个合理的传动装置 使动力 机的输出与工作机的输入相匹配即可 如设计任务上实现执行机构与动力机的匹配 则 传动系统的设计就比较复杂 需要分析执行机构件的运动要求 行程 速度 加速度 调速范围 实现急回要求 位置要求 轨迹要求 停歇要求 相互间动作配合要求 以 及动力要求 力 转矩和功率等 在选定动力机后 根据运动和动力的要求来确定传动 系统方案并进行具体的设计 这时 传动系统就可能包含连杆机构 凸轮机构和间歇机 构等 选择传动类型时 应综合考虑下列条件 1 工作机或执行机构的工况 运动和动力方面等 2 动力机的机械特性和调速性能 3 对传动的布置 尺寸和重量方面的要求 4 工作环境 如对多尘 高温 潮湿 腐蚀 易燃 易爆等恶劣环境的适应性 噪 声的限度等 5 经济性 如工作寿命 传动效率 制造费用 运转费用和维修费用等 6 操作和控制方式 7 其他要求 如国家的技术政策 现场的技术条件 环境保护等 上述条件矛盾时 应按具体的情况全面分析考虑后 解决主要矛盾 在本传动装置中 由于工作状况要求 传动比较大 传动功率和力矩较大 外形尺寸有较小 所以选择了 NGW 型行星减速器 齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式 与带 链 摩擦 液压等机械传动相 比 它具有功率范围大 传递效率高 传动比准确 使用寿命长 安全可靠等特点 而 且具有瞬时传动比恒定 工作平稳性高 传动不大 范围广 维护方便等优点 但是 齿轮传动中有振动 冲击与噪声 并会产生一定的动载荷 且无过载保护作用 4 2 减速器行星齿轮部分设计时的注意事项 在设计减速器时要同时考虑传动比要求 和外形尺寸要求 由于减速器的主体部分 是要嵌在截割滚筒内部的 所以行星齿轮的内齿圈尺寸不易过大 并且两级 NGW 行星减 速器的内齿圈尺寸应该相近 以便便于齿轮的装配和和减速器箱体的制造加工 在行星 齿轮的齿数配比计算过程中要同时满足传动比条件 同心条件 装配条件和邻接条件 另外 减速器的整体结构是有一根输出轴有两个 NGW 行星齿轮在中心轮和大圆锥齿轮中 心穿过的 所以两个行星轮的中心轮必须要大些 4 3 传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配 4 3 1 分配传动比 总的传动比 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 13 42950681 滚nid 预计分别采用圆柱齿轮传动 圆锥齿轮传动和双级 NGW 行星齿轮传动进行四级减速 由于一级直齿轮传动只传递功 不改变传动比 所以取 预设大小圆锥齿轮的1 i 传动比 所以双级 NGW 行星齿轮传动的传动比 下面计算双级2 i 7 42 9i双 NGW 行星轮各级的传动比 用角标 表示高速级参数 表示低速级参数 设高速级与低速级外啮合齿轮材料 齿面硬度相同 则 取 limlimHH wn wZ 03 1 bIdB CICIk 86 1dI 81NIVIZK 34 2lim2 IHWINIHVIdwZKnA 查 1 6 11 表得 658 30 148 3 BE 2 Ii 5 32471 Ii 4 3 2 传动装置参数计算 1 各级传动的转速 功率 转矩 轴 高速轴 轴 小圆锥齿轮所在轴 轴 大圆锥齿轮所在轴 轴 双级 NGW 的第一级行星轮的 H 轴 轴 双级 NGW 的第二级行星轮的 H 轴 2 各轴转速计算 轴 r min 1470nI 轴 II 轴 35r i2 IIi 轴 17r min 4nIV i 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 14 轴 50r min 317nVI i 3 各轴的输入功率 P kw 轴的输入功率 3kw1689 7mI C 轴的输入功率 4 031I g 轴的输入功率 0752 4P2II 轴的输入功率 kw8 19 89753IIV bg 轴的输入功率 3 08 14I 联轴器传动效率 0 99C 圆柱齿轮传动效率 七级 0 981 双列滚柱轴承传动效率 0 98g 圆锥齿轮传动效率 八级 0 962 NGW 行星轮传动效率 0 983 NGW 行星轮传动效率 0 984 花键连接传动效率 0 99b 4 各轴扭矩计算 轴的扭矩 m38 10947 68950T1I NnP 轴的扭矩 5 950II 轴的扭矩 8 1973 025TI NnPI 轴的扭矩 m4 4 90IVIV 轴的扭矩 5 32605138 5T NnP 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 15 4 4 四级减速器的具体设计计算 4 4 1 确定各齿轮的参数 1 计算两直齿圆柱齿轮 1 2 1 选择齿轮材料 1 由表表 10 1 1 选取 选取两齿轮材料均为 合金结构钢 并经调质及表面淬火 齿面硬度为r40G 48 55HRC 齿轮选取 7 级精度 计算两圆柱齿轮 1 2 由于这一级传动不改变转速 又因为 所以取 IT 取 241 Z 按齿面接触强度设计 由设计计算公式 10 9a 进行计算即 3211 2 HEdt ZuKTd 2 确定公式内的各计算数值 试选 t 计算齿轮 1 传递的转矩 m1094867N867 10947 36950TI nPI 计算齿轮 2 传递的转矩 10544 51074 6950I nI 因齿轮均为硬齿面 故宜选取稍小的齿宽系数 8 d 由表 10 6 查得材料的弹性影响系数 2 1 89MPaZE 由表 10 21 按齿面硬度硬度查得齿轮 1 和 2 的硬度 MPaH102limli 由式 10 13 计算应力循环次数 9121 05 308 47060 hjLnN 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 21NK 计算接触疲劳需用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 由式 10 12 得 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 16 MPaSKNH901 0 1lim1 2li2 许用接触应力 PaHH902 21 2 计算 1 计算齿轮 1 分度圆直径 由计算公式 mZuKTdHEdt 1 7 908 1 801932 3 2 3 2 2 计算圆周速度 smnvt 6 910647 106 2 计算齿宽 dbt 81 4 计算齿宽与齿高之比 hb 模数 mZdmtt 3651 71 ht 2 7 56 b 5 计算载荷系数 根据 m s 齿轮七级精度 0 9 v 由图 10 8 查得动载系数 175 VK 由表 10 2 查得使用系数 A 由表 10 4 插值法 查得 2 H 由图 10 13 查得 301 F 由表 10 3 查得 HK 故载荷系数 2075 3 175 1 FVAK 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 17 6 按实际的载荷系数校核所算得的分度圆直径 由式 10 10a 得 mkdt 06 1593 271 31 7 计算模数 m Z 45 372 1 3 按齿根弯曲强度设计 由式 10 5 321 FSdYZKTm 1 确定计算参数 计算载荷系数 2130 175 FVAK 查表 10 5 查得 421Y2 F 查表 10 5 查得 6 S S 计算齿轮 1 2 的 并比较 F 由图 10 20d 查得齿轮 1 2 的弯曲疲劳极限 MPaFE6201 由图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 5 8021 FNK 取安全系数 S 1 4 由式 10 12 得 PaSKFENF 3 476 850 112 943 7659 1 FSY 01 22 S 齿轮 2 的数值大 2 设计计算 mmn 28 4019 358 0 19732 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 18 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的法面模数 大于齿根弯曲疲劳强度计算nm 的法面模数 取 已可满足弯曲强度 但为了同时满足接触疲劳强度 需要接触mn5 疲劳强度算得的分度圆直径 来计算应有的齿数 于是由 d2 714 83156 091 dZ 取 21 4 几何尺寸计算 1 取 20 5 cha 计算两齿轮的分度圆直径 mZd16053211 计算中心距 mZ 1 计算齿轮宽度 db860 81 计算齿顶高 haa5 2 计算齿根高 mmcff 25 6 1 1 计算齿全高 fa2622 计算齿顶圆直径 hda1701 计算齿根圆直径 fff 54 22 计算基圆直径 mdb 3cos160cos1 计算齿距 mp7 54 3 计算基圆 法向 齿距 pb 0 712s4 8s 计算分度圆齿槽宽 e 21 计算分度圆齿厚 ms85 7 2 计算第二级圆锥齿轮传动 材料选择 选取大小圆锥齿轮材料均为 合金结构钢 并经调质及表面淬火 r40G 齿面硬度为 48 55HRC 齿轮选取 7 级精度 初步设计设计公式 3 式 1 7 8 2 195HPeuKTd 5 计算参数 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 19 1 载荷系数 p273 1 2 1 8 取 K 1 7 2 齿数比 u i 2 3 估算时的齿轮需用接触应力 由图 10 21e 1 得 MPaHH102lim1lilim 估算时的安全系数 S HP li 4 估算结果 muKTdHPIe 0 92311028 975 195195332 6 几何计算 1 齿数 1Z412uZ 2 分锥角 560 2arctnarct2 43 61rtarctn12Z 3 大端模数 查表 1 7 2 3 得 mdme 012 91 me12 4 大端分度圆直径 Zee25 Zdee50412 5 外锥距 dRe 7 8160 2sini21 6 齿宽系数 取 3R 7 齿宽 取 b 85mm 4 53m870 eb 实际齿宽系数 1 2 5 eR 8 中点模数 mmR 19 0 37 50 2 0 9 中点分度圆直径 de 23 1dRem 9 4 375 4 5 01 2 10 切向边位系数由图 1 7 6 3 查得 021ttx 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 20 11 变位系数 查表 1 7 5 35 01 x35 01 x 12 顶隙 mce42 13 大端齿顶高 mhea 2 6 11 mxhea 8 735 0 1 22 14 大端齿根高 xcef 10 35 01 1 cef 6 2 2 2 15 全齿高 4 eh 16 齿根角 073 5 281arctnarct11effRh 743 5 286rtnarct22effh 17 根锥角 4917 20 11ff 681 43 622ff 18 齿顶角 375 2arctnarct11eRh 8 75 2rtnarct22eah 19 顶锥角 874 290 3611aa 43 622a 20 大端齿顶圆直径 mhdaea 98 2056 cos2 15cos11 1438704222 21 冠顶距 hRAaek 76 245 6sin2 56 cos 1sinco11 m019438743728s22 取 mH30 22 大端分度圆弧齿厚 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 21 标准压力角mxmste 91 2 0tan35 02 1 tan2 11 0 mse 79 23 大端分度圆弦齿厚 dsse 8 21 56 1 2 61 me 7 04 7 5 222 24 大端分度圆弦齿高 dshea 63 1254 cos91 64co121 mea 8 70 7 822 25 当量齿数 48 356 cos111 zv 93 45 63cos2212 zv 26 当量齿轮分度圆直径 mudmv 5 39219 321 v57 22 27 当量齿轮顶圆直径 hdava 2631 391 mhdava 981295722 28 当量齿轮根圆直径 mvb 8 40cos25 cos1 d29972 29 当量齿轮传动中心距avv 13 58 7 23 1 12 30 当两齿轮基圆齿距 mmpvb 0 cos9 04 cos 31 啮合线长度 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 22 maddg vtvbavbava 13 602sin3 1598 29812 4 5263 1sin 1 32 端面重合度 0 7 36 vbapg 33 齿中部接触线长度 lvam 85218512 34 齿中部接触线的投影长度 bml 7 齿面接触疲劳强度校核 1 计算公式 式 1 7 HPKLSEHBMbmtHVAH ZZuldFK 121 9 2 重点分度圆上的切向力 NdTmIt 03 184679 235021 2 使用系数 查表 1 2 84 3 7AK 3 动载系数 选择齿轮精度为 7 级 中点节线速度 查图 1 7 9 smndvIm 47 16069 213061 3 21 VK 4 齿向载荷分布系数 由表 1 7 32 取 有效工作齿宽 桉式 1 7 10 eHK be85 0 98132 5 1 eHK 5 端面载荷系数 由表 1 7 33 mNbFtet 26 1753 46 01 HK 6 节点区域系数 由式 1 7 12495 0sin 2sin v HZ 7 中点区域系数 由式 1 7 13 计算 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 23 023 1 93619 28 42318 24563 0tan ta22121 vvbavvbavtBM zFdzFdZ 式中 1F va 8 弹性系数 表 1 2 91mNZE 19 9 螺旋角系数 直齿轮 10 锥齿轮系数 由式 1 7 14 80EZ 11 载荷分配系数 由式 1 7 15 1LS 12 计算接触应力 mN mNH 43 852 8 01 8945 203 12859 21303 467 7 2 13 许用接触应力 WXLVRNTHPZSlim 14 试验齿轮的接触疲劳极限 由图 10 21e 1 得 MPaHH102lim1lilim 15 寿命系数 912 105 38 4760 hjLnN3 20135 小锥齿 大锥齿 9 NTZ 94NTZ 16 润滑油影响系数 由图 1 2 34 5 0LVR sm 1024 17 工作硬化系数 1 WZ 18 尺寸系数 p94 X 19 最小安全系数 minHs 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 24 20 许用接触应力值 MPaHP 851 90 1 21 齿面接触强度校核结果 mNHP 43 852 8 齿根抗弯疲劳强度校核 1 计算公式 式 1 7 17 FPLSKFnmtFVAFYbK 5 71A 23V8 91 H 01 HFK Nt0846 2 符合齿形系数 按 查图 1 7 119 1 FSY3 42FS48 21 vz93 1vz 3 重合度系数 由式 1 7 18 625 0 75 2075 0 vY 4 锥齿轮系数 按式 1 7 19 计算 18 1 4 1 42 2 bmKl 5 载荷分配系数 1 2 LSZY 6 齿根弯曲应力计算值 MPaF 0 2516 04919 0853 673 271 7 MPaYFS1 25 4122 8 齿根许用弯曲应力 式 1 7 21 XRrelTlNTFEPYS min 9 齿根弯曲疲劳强度基本值 图 1 2 40 调质及表面淬火 2 70mFE 10 寿命系数 小锥齿 大锥齿 90 NTY 94NT 11 相对齿根圆角敏感系数 齿根圆角参数范围 表 1 2 97 1relT 5 1 sq 12 相对齿根表面状况系数 齿根表面粗糙度Rl mRa 16 a6 2 13 尺寸系数 图 1 2 4225 901 XY 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 25 14 最小安全系数 25 1min FS XRrelTlNTFEPYS min 15 许用弯曲应力值 MPaP 2465 901 701 aFP 2 4865 9 402517 16 齿轮抗弯曲强度校核结果 aFPF 625 3740 511 MPMaFPF 7 39 22 3 计算双级 NGW 行星齿轮 用角标 表示高速级参数 表示低速级参数 设高速级与低速级外啮合齿轮材料 齿面硬度相同 则 取 limlimHH wn wZ03 1 bIdB CIIk 86 1dI 8 1NIHVIZK 348 1 62lim2 IWIIIdwnA 查 1 6 11 表得 658 30 148 3 BE 2 Ii 5 32471 Ii 图 3 1 双级 NGW 传动 一 高速级 第一级 1 齿数配比计算 传动比条件 2 41 abbaHZi 同心条件 bc2 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 26 装配条件 整 数CnZwba 邻接条件 acd 180si2 由以上关系得出 等 10 的整数倍cZ abZ2 3 30 21 取 则 0 aZ64bc 2 计算变位系数 由图 1 6 10 及表 1 6 13 等变位 查得12064 cabZj 2 tcbta 按接触强度初算 a c 传动的中心距和模数输入转矩 m8 19753 02950TI NnPI 设载荷不均悉数 太阳轮与行星架同时浮动 齿轮转速大于 300r min cHK 查表 1 6 18 在一对 a c 传动中 小齿轮 太阳轮 传递的转矩 mNnTcwI 49 721 389751a 按表 1 6 21 查得接触强度使用的综合系数 K 3 8 齿数比 1 201aczu 太阳轮和行星轮的材料用 渗碳淬火 齿面硬度 56 60HRC 查图 1 2 31CrMnTi 选取 40 PH3lim 取齿宽系数 5 0ab 按表 1 2 81 中的公式计算中心距 muKTaHa 7 614530 159728 1 483 1 48332lim 模数 Zca 96 0 7 5 又考虑到减速器输出轴的直径 nAdV 6 14058 310P30min 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 27 第一级行星轮减速器中心轮的直径 取 mnAdI 8 67 501 732 1 P4340min 50 所以第一级中心轮的定位套至少为 由此估算第一级d4 132 中心轮的直径至少要大于 180mm 取 m 10 未变位时 mzmacac 210 102 21 按预取啮合角 可得 a c 传动中心距变动系数 ac 283 0 1cos 20 1os 21 accaaczy 则中心距 mmyc 83 取 ac13 计算 a c 传动的实际中心距变动系数 和啮合角acyac 3 012 myacac mac 92645713 cososs 1 2ac 计算 a c 传动的变位系数 13 02tan49 0 420tan2 20 tan2 ivivivizxccac 由表 1 2 18 查得 用图 1 2 3 校核 在 P5 与 P56 线之间 为综合性能较好区 可用 用途 1 2 4 分配变位系数 得 16 0 ax 而 5 310 accxx 计算 c b 传动的中心距变动系数 和啮合角cbycb c b 传动未变时的中心距 mzmaccb 210 64 102 2 3012 maycbcb 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 28 mabc 92645713 0cos213oss 1 2bca 计算 c b 传动的变位系数 13 0tan49 0 420tan tan iviivizxbcbc 由表 1 2 18 查得 20c 0 cbx 用图 1 2 3 校核 在 P5 与 P56 线之间 为综合性能较好区 可用 用途 1 2 4 分配变位系数 得 15 ax 而 460 310 cbxx 几何尺寸计算 按表 1 2 3 计算 轮的分度圆直径 齿顶圆直径bc 取 2 5 1 ha mZd02 b64 c1 计算齿顶高 haca10 mmhab 5 0 50 计算齿根高 5 2 af 齿顶圆直径 hd012 dabab 6756402 mcc 4 齿根圆直径 hdafaf 175 2 dbfbf 65 12640 cfcf 9 3 验算 a1 c1 传动的接触强度和抗弯强度 齿面接触强度的校核计算 齿面接触应力 H HVAtEHKubdFZ1 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 29 式中 使用系数 由于工作机的工作特性为严重冲击 故取 1 75AK 动载系数vk 圆周速度 smindvIaH 6 85601 2 41 7352601 由式 1 2 20 2211uvzKbFKatAV 由表 1 2 87 查得 861 0 932 端面内分度圆上的名义切向力 NtFNdTat 7420 201 21 1086 5293 10745 86 VK 计算接触强度的齿向载荷分布系数 HK 由表 1 2 88 非对称支承 齿轮七级精度 190 8023 01 2 6 01 8 2 1 3221 bdbKH 计算接触强度的齿间载荷分布系数 H 由表 1 2 90 10 79 1260 745 1 mNbFKtA 取 H 小齿轮分度圆直径 mm1d b 工作齿宽 mm u 齿数比 即 1 2zu 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 30 节点区域系数 HZ 由式 1 2 21 2 368tan20costancos2 tbH 弹性系数 经查表 1 2 91 取 189 8EZ mN 重合度系数 由式 1 2 23 134 由图 10 26 z 20 z 22 7 01 8 02 51 821 纵向重合度 tan 3tan 3ddzz 螺旋角系数 直齿轮 1 Z0Z 9 1357 4 将各个系数代人 得 HVAtEHKubdFZ1 MPa 75 192 571 20 974 0896 32 许用接触应力 Hp min liHXWLVRNTSZ 式中 试验齿轮的接触疲劳极限 MPaH130lim 2 mN 计算接触强度的最小安全系数 表 1 2 94 取 1 25inS 计算接触强度的寿命系数 由表 1 6 20 3 计算应力循环次数NTZhtHaa 7102 830 1753 60 经查图 1 2 32 取 75 1NTZ 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 31 润滑模油影响系数 取 0 95 图 1 2 34 LVRZ 工作硬化系数 W1 WZ 接触强度计算的尺寸系数 尺寸系数X 1 XZ 将各个系数代人 得 MPaHP 8315 9037 125 0 强度条件 故安全可行 min 2 78HHp SS 4 齿根弯曲强度的校核计算 齿根应力 F FPSFVAntFYKbm 式中 使用系数 由于工作机的工作特性为严重冲击 故取 1 75 动载系数VK 圆周速度 smindvIaH 6 85601 2 41 7352601 1 8 93 107245 82 VK 计算弯曲强度的齿向载荷分布系数 F 9 HFK 计算弯曲强度的齿间载荷分配系数 1 1 齿根应力的基本值 复合齿形系数0F 2 mNFSY 经查图 1 2 37 取 计算弯曲强度的螺旋角系数 5 04 FSY 73 1 275 2 Y 120 b 工作齿宽 3 0 将各个系数代人 得 FPSFVAntFYKm 中国矿业大学 2014 成人教育本科毕业设计 32 MPaYKbmFFSvAnt 2 16075 2 0419 275 10924 许用齿根应力 pminFXRrelTlNTEpY 式中 试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限 图 1 2 40 调质及表limF 2 630mNFE 面淬火 计算弯曲强度的寿命系数 查图 1 2 42 取NTY 7 9NTY 相对齿根圆角敏感系数 经查表 1 2 97 取 0 95rel 相对齿根表面状况系数 经查表取 1 0 式 1 2 29 RlT 计算弯曲强度的尺寸系数 由表 1 2 98 取XY 01 XY 计算弯曲强度的最小安全系数 查表 1 2 94 取minFS 6minFS 将各个系数代人 得 MPaSYFXRrelTlNTEFp 8 347 61 059306min 由于 故安全可行 5 根据接触强度计算来确定内齿轮材料 内齿轮材料选用 42