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目錄
1 前言 1
2 方案選定 5
3 滾筒采煤機(jī)的總體設(shè)計及計算 7
3.1 采煤機(jī)的滾筒 7
3.2 采高和截深 7
3.3 設(shè)計生產(chǎn)功率 7
3.4 裝機(jī)功率 7
3.5 搖臂和電動機(jī) 8
4 滾筒采煤機(jī)截割部設(shè)計 9
4.1 螺旋滾筒設(shè)計 9
4.2 截割部減速器傳動系統(tǒng) 15
5 滾筒采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和配套設(shè)備 21
6 采煤機(jī)的主要特點 23
7 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析 25
8 總結(jié) 26
致謝 28
參考文獻(xiàn) 29
明細(xì)表 30
中原工學(xué)院調(diào)研報告
前言
引言
滾筒式采煤機(jī)是綜合機(jī)械化采煤工作而的主要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)劣直接關(guān)系到煤碳產(chǎn)量及人身安全、設(shè)備安全。自20世紀(jì)50年代初滾筒式采煤饑問世以來，其研究、生產(chǎn)大致經(jīng)歷了四代，即固定滾筒采煤饑、單搖臂滾筒采煤機(jī)、雙搖臂滾筒采煤機(jī)、電牽引采煤機(jī)。我國在長期煤炭生產(chǎn)實踐中，也已陸續(xù)研制生產(chǎn)了一系列國產(chǎn)采煤機(jī)，并且在借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(jī)(總裝機(jī)功率達(dá)1 400KW 以上)。通過調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)滾筒采煤機(jī)尚有很多需要改進(jìn)的地方。我們主要就滾筒采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)布置、滾筒改進(jìn)、自動控制、液壓系統(tǒng)的改進(jìn)、旋滾筒的優(yōu)化設(shè)計等方面進(jìn)行設(shè)計、改進(jìn)以提高滾筒采煤機(jī)的工作效率。
實習(xí)目的
本次實習(xí)在理論教學(xué)之后進(jìn)行，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生“完成設(shè)計工作者的基本訓(xùn)練”的重要環(huán)節(jié)，其目的是：
a. 鞏固、加深和擴(kuò)大所學(xué)的理論知識，使理論更好的結(jié)合實際，通過參觀和學(xué)習(xí)，對機(jī)械設(shè)計建立全面的系統(tǒng)概念，補(bǔ)充理論教學(xué)的不足；
b. 通過仔細(xì)了解和自己畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程（機(jī)床的布局，各零部件的加工工藝過程，零部件組裝成成品的裝配過程等等），來熟悉工廠的生產(chǎn)加工過程（零件設(shè)計過程，零件工藝設(shè)計過程，裝配設(shè)計過程）；
c. 通過對和自己畢業(yè)設(shè)計有關(guān)產(chǎn)品的原理、結(jié)構(gòu)以及各零部件的結(jié)構(gòu)的了解認(rèn)識，為畢業(yè)設(shè)計（論文）收集資料，使自己的畢業(yè)設(shè)計得以順利完成；
d. 通過親身感受工廠的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)管理等，為即將走上工作崗位積累感性認(rèn)識；
e. 通過在工廠參觀實習(xí)，了解現(xiàn)代工廠的生產(chǎn)組織、生產(chǎn)管理，零件的加工工藝過程及其各種機(jī)床的加工特點，為今后走向工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)。
實習(xí)過程
本次實習(xí)我們主要參觀了河北神風(fēng)重型機(jī)械有限公司和鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責(zé)任公司。河北神風(fēng)重型機(jī)械有限公司是由原峰峰集團(tuán)所屬的機(jī)械總廠、馬頭機(jī)械廠、機(jī)電設(shè)備廠整合改制而成的有限責(zé)任公司，地處晉冀魯豫四省交匯處的歷史名城——邯鄲市。公司現(xiàn)有員工 2200 余人，各類專業(yè)技術(shù)人員 300 余人，高級工程師 35 人，工人技師 50 余人，注冊資金 1.2 億元，年銷售超過 4.8 億元，年生產(chǎn)能力突破 4 萬噸，以強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)備開發(fā)、制造和配套能力而首推于冀南豫北大地 , 形成了“天擇”牌煤炭和冶金兩大系列的主導(dǎo)產(chǎn)品。現(xiàn)是全國煤炭行業(yè)機(jī)電配件定點生產(chǎn)企業(yè)，全國煤礦綜機(jī)配件定點生產(chǎn)單位，中國質(zhì)量檢驗協(xié)會團(tuán)體會員單位，全國煤機(jī)協(xié)會常務(wù)理事單位。多次獲得省重合同、守信用單位，河北省十大優(yōu)秀發(fā)明創(chuàng)造單位，中國誠信單位，中國標(biāo)準(zhǔn)計量質(zhì)量技術(shù)，全國煤炭機(jī)械工業(yè)優(yōu)秀企業(yè)等榮譽(yù)稱號。 在相繼通過 ISO9002質(zhì)量體系認(rèn)證、ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證、ISO14001環(huán)境認(rèn)證后，2006年2月順利通過GB/T19001-2000質(zhì)量管理體系、GB/T24001-2004環(huán)境管理體系、GB/T28001-2001職業(yè)健康安全管理體系“三合一”體系認(rèn)證。??煤炭系列產(chǎn)品：主要以綜采成套設(shè)備設(shè)計、制造為主， 是我國目前唯一生產(chǎn)“三機(jī)（ 采煤機(jī)、刮板機(jī)、液壓支架） 配套”產(chǎn)品的廠家，可對 30 萬～ 150 萬噸礦井采煤工作面進(jìn)行配套，并配有相應(yīng)的順槽裝載機(jī)、膠帶運輸機(jī)、輔助絞車、單體支柱等設(shè)備，覆蓋了整個采煤工作面的生產(chǎn)和運輸系統(tǒng)設(shè)備；“三機(jī)”配套產(chǎn)品與多廠家產(chǎn)品配套相比有不可比擬的優(yōu)勢， 可實現(xiàn)礦井采掘工作面設(shè)計、設(shè)備制造、安裝、技術(shù)服務(wù)指導(dǎo)等一條龍配套服務(wù) 。目前我公司生產(chǎn)成套的“三機(jī)”配套設(shè)備已裝備了有五十多個工作面，包括峰峰集團(tuán)所屬十三個礦、河北省磁縣六合工業(yè)有限公司、河南省濟(jì)源煤業(yè)有限公司、山西長治三荊溝煤礦、山西襄垣上良煤礦、內(nèi)蒙棋盤井礦業(yè)有限責(zé)任公司等礦井，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 煤炭系列主導(dǎo)產(chǎn)品有： MG150(200)/375(475) 、 MG200 液壓采煤機(jī)、 MG150(200)/365(465) 、 MG150 （ 200 ） /350 （ 450 ）電牽引采煤機(jī)、 MG132/300 薄煤層采煤機(jī)、 LMG900 以下露天采煤機(jī)、 SGZ764/400 以下各種系列刮板運輸機(jī)、各種類型阻力的液壓支架、 MRB400 以下乳化液泵站及各種型號的絞車、 1.6M 以下帶式輸送機(jī)、單體液壓支柱等。
?冶金系列產(chǎn)品：主要進(jìn)行冷熱成套生產(chǎn)線的設(shè)計、設(shè)備制造、安裝、服務(wù)等一條龍服務(wù)。 目前我公司成套生產(chǎn)線已裝備了有二十多條，包括河北卓立 1050 mm 冷軋薄板、河北三河 60 萬噸 500mm 帶鋼、河北鹿泉 35 萬噸角鋼、新興鑄管 35 萬噸螺紋鋼、寧夏石嘴山 60 萬噸棒材、河北武安興華 350H 型鋼等成套生產(chǎn)線。主導(dǎo)產(chǎn)品有： 1250mm 以下冷熱軋帶鋼、 350mm 以下 H 型鋼、Φ 850 輥徑以下線棒材、Φ 250mm 以下無縫鋼管、 450mm 以下 H 型鋼等成套生產(chǎn)線以及非標(biāo)人字齒輪座、軋機(jī)、卷曲機(jī)、矯直機(jī)、冷床、飛剪、冷剪、重型齒輪箱、硬齒面減速機(jī)等各種機(jī)械設(shè)備、零部件等。
鶴壁鑫镕鑄業(yè)有限責(zé)任公司，位于河南省鶴壁市山城區(qū)車站路3號，東臨京廣鐵路、京珠高速公路、107國道，地理位置十分優(yōu)越。
公司技術(shù)力量雄厚，擁有一支專業(yè)素質(zhì)優(yōu)良的技術(shù)隊伍。其中，高級工程師3名、工程師11名、技師9名。具有新工藝新材料的研究開發(fā)能力；可利用CAD和PRO/E進(jìn)行二維和三維設(shè)計；能夠應(yīng)用“華鑄CAE/InteCAST鑄造工藝分析系統(tǒng)”對鑄造工藝進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步優(yōu)化鑄造工藝。
公司鑄造設(shè)備先進(jìn)、齊全。擁有3噸三相電弧煉鋼爐三臺;2.5t/hr及3t/hr沖天爐各一臺；575kg中頻爐一臺；2500kg中頻爐兩臺；S116混砂機(jī)5臺；30kg、10kg、3kg碗型樹脂砂混砂機(jī)各一臺；SH－300雙攪拌樹脂砂混砂機(jī)一臺；橋式起重機(jī)20臺，其中，最大起重能力為20噸；Q7710型拋、噴聯(lián)合清理設(shè)備一臺；Q365C臺車式拋丸清理機(jī)；熱處理設(shè)備有450KW、480Kw大型電阻箱式熱處理爐各一臺；15噸煤氣發(fā)生爐一臺；40噸燃煤大型熱處理爐一臺。
公司檢測設(shè)備完備，可進(jìn)行著色、磁粉、超聲波等無損探傷；能進(jìn)行多種元素的化驗及機(jī)械性能、物理性能的測定，配備有爐前檢測室及中心化驗檢測室。
公司先后為四川東方汽輪機(jī)廠、北京重型電機(jī)廠、武漢汽輪機(jī)廠、錦州汽輪機(jī)廠、四川樂山汽輪機(jī)廠等廠家生產(chǎn)了大量耐高溫、耐高壓、優(yōu)質(zhì)合金鋼鑄件；為北京航天部、上海冶金礦山機(jī)械廠、上海澎浦機(jī)器廠、上海良工閥門廠、上海第二石油機(jī)械廠、中原油田、上海煤炭科學(xué)研究院、中核蘇閥等單位生產(chǎn)了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄鋼件；通過外貿(mào)公司，先后生產(chǎn)了多批出口鑄鋼件、鑄銅件。公司于于2001年5月獲得鑄件進(jìn)出口權(quán)；2006年1月通過了ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證。
國內(nèi)最大品種的采煤機(jī)搖臂殼體，材質(zhì)ZG25Mn2。
1 課題調(diào)研
1.1、滾筒采煤機(jī)發(fā)展概況和發(fā)展趨勢
最早的滾筒采煤機(jī)出現(xiàn)在英國，它是把截煤機(jī)的減速箱部分改成允許安裝一根橫軸和截割滾筒。由于其水平軸截割滾筒的設(shè)計優(yōu)于截煤機(jī)，因此其改進(jìn)型比刨煤機(jī)更適宜英國開采條件，但在20世紀(jì)50年代這種采煤機(jī)并非是唯一應(yīng)用的采煤設(shè)備。另外有一種有競爭的采煤機(jī)是鉆削式采煤機(jī)。這種采煤機(jī)配有一個按螺鉆原理設(shè)計的主截割部，其應(yīng)用范圍主要局限與薄煤層。
滾筒采煤機(jī)經(jīng)過多次改進(jìn)設(shè)計而得到不斷的發(fā)展。最早設(shè)計的滾筒采煤機(jī)僅能單向采煤，輸送機(jī)和液壓支架在向前推移之前，留在軌道上采出的煤在回空段被裝載。后來又研發(fā)了雙向采煤的滾筒采煤機(jī)。然而由于這種采煤機(jī)受到調(diào)向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機(jī)應(yīng)運而生。
20世紀(jì)60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM 系列的連續(xù)采煤機(jī)，它是現(xiàn)代這種機(jī)型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎(chǔ)上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機(jī)。經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機(jī)的不斷改進(jìn)、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開采中硬煤層的12CM12—10B、12CM18—10D和B型機(jī)，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(jī)(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機(jī)在采煤業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機(jī)的應(yīng)用始于70年代中期。那時主要靠引進(jìn)外國的產(chǎn)品，80年代以前主要是引進(jìn)單機(jī)。隨著國內(nèi)采煤機(jī)技術(shù)的發(fā)展到了90年代變成以配套引進(jìn)為主。目前國內(nèi)在采煤機(jī)研發(fā)和設(shè)計方面和國外有很大的差距。煤炭科學(xué)研究總院太原分院早在1990年就開始進(jìn)行連續(xù)采煤機(jī)的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機(jī)的設(shè)計、引進(jìn)設(shè)備的國產(chǎn)化大修等工作。煤炭科學(xué)研究總院上海分院也承擔(dān)了一些項目。盡管國內(nèi)各大科研院所、生產(chǎn)廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機(jī)等技術(shù)的國產(chǎn)化研究，但均存在一些問題，仍沒有真正在煤礦上見到國產(chǎn)連采機(jī)的新產(chǎn)品。
1.2、滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)布置設(shè)計的改進(jìn)方向
1.2.1、橫向布置多個電動機(jī)。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機(jī)構(gòu)設(shè)計成橫向布置方式。采用這種電動機(jī)布置方式，可將搖臂回轉(zhuǎn)傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結(jié)構(gòu)，減少了薄弱環(huán)節(jié)和故障因素；可將傳動鏈中錐齒輪取消，消除了加工、裝配、維修錐齒輪的復(fù)雜工藝，提高了可靠性；各電動機(jī)傳動系統(tǒng)功能單一，無過軸、旁輪等多余饑件和交叉重疊環(huán)節(jié)，部件為自封閉，部件之間無饑械傳動， 只有管線等柔性聯(lián)接，故結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、機(jī)身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機(jī)時不需拆卸底托架和對口螺栓。
1.2.2、將機(jī)身設(shè)計成使部件可側(cè)面拉裝的整體箱式。即整個機(jī)身是個箱形結(jié)構(gòu)的焊接件，根據(jù)需要分成若干個間隔室，安放變壓器電控部 電牽引部、液壓站等部分；而在采空區(qū)一側(cè)其敞開，可以將上述具有自封結(jié)構(gòu)的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機(jī)身兩端鉸接的截割部及其電動機(jī)也可以從采空區(qū)側(cè)拆裝。采用這種機(jī)身設(shè)計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實現(xiàn)整個機(jī)身無對口螺栓，也無底托架，強(qiáng)度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩，可將機(jī)身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。
1.2.3、將采煤機(jī)的截割部與牽引部合為一個部件。即截牽合一，縱向布置的主電動機(jī)可直接驅(qū)動煤壁側(cè)的截割部件，牽引部件(電牽引或液壓牽引)則放在采空區(qū)側(cè)，以合理利用空間。采用這種合并方式，可減少部件聯(lián)接對口數(shù)，縮短機(jī)身縱向長度，取消泵通過牽引部傳遞電動機(jī)全功率的過軸及齒輪，簡化_f結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率。這樣雖使機(jī)身略寬，但由于大功率采煤機(jī)所配套的輸送機(jī)溜槽也寬，所以對機(jī)身整體無大影響。
1.2.4、改進(jìn)擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達(dá)，通過內(nèi)齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉(zhuǎn)臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達(dá)帶動長牙齒輪驅(qū)動柱銷翻轉(zhuǎn)擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結(jié)構(gòu)更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅減少故障。
1.2.5、取消底拖架或不用整體底拖架。即采用上述的部件可側(cè)面拉裝的整體箱式機(jī)身，在電動機(jī)、截割牽引部．高壓水泵和電控箱之間用若干個M4 0以上螺栓聯(lián)接，再輔之以2~4根液壓助力梁聯(lián)接，使聯(lián)接更可靠。采用無底托架的設(shè)計方案，其最大特點和優(yōu)點就是克服了傳統(tǒng)底托架聯(lián)接螺栓多、加工困難、拆裝維修困難的缺點。
1.3、滾筒采煤機(jī)截割滾筒設(shè)計改進(jìn)方向
1.3.1、增大截煤深度。截深在750mm 以上方能稱為大截深，由于加大了截深，相應(yīng)的滾筒軸、軸承和搖臂強(qiáng)度也應(yīng)加大，同時適當(dāng)增大螺旋葉片的升角(一般大于等于20。)，以改善裝煤效果。
1.3.2、用強(qiáng)力截齒。由于速度加大，截齒的切削厚度增大， 可采用齒伸較長(120 mm—l50 mm 左右)、大斷面齒柄(30*50mm)、硬質(zhì)合金片厚度達(dá)l8mm以上的強(qiáng)力截齒，同時加大齒座尺寸和強(qiáng)度，這樣可減少截齒數(shù)、降低截齒消耗、增大塊煤率和降低煤塵。
1.3.3、增大塊煤率，減少煤塵生成。即采用雙行星傳動截割頭，適當(dāng)降低滾筒轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速在22—24r／min左右，以增大塊煤率，減少二次破碎；或減少截齒數(shù)，增大截距(60mm左右)以使塊煤率增加；滾筒結(jié)構(gòu)上還可采用碟形端盤開窗口，輪轂采用錐形或指數(shù)曲線形，以使截落的煤快速排出，從而減少二次破碎；此外還可在螺旋葉片上采用盤形滾刀以及采用抽風(fēng)和吸塵滾筒。
1.3.4、加設(shè)高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機(jī)上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達(dá)到l8MPa以上，流量達(dá)到140L／min以上，這樣可有效降低煤塵和防止截割時產(chǎn)生火花。另外減少噴霧噴嘴的直徑(0．5—0．8mm)，可形成高壓射流，起到輔助切割作用，以減少截齒受力，降低能耗。同時還可加設(shè)流量壓力自動控制型水泵，使采煤機(jī)滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。
1.4、采煤機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)
1.4.1、電牽引采煤機(jī)液壓系統(tǒng)存在的問題
(1)液壓系統(tǒng)的高、低壓都是靠一個調(diào)高泵來完成的，這樣壓力極不穩(wěn)定，對液壓元件產(chǎn)生沖擊和震動，影響液壓元件的使用壽命；
(2)牽引電機(jī)的啟停和剎車制動器的啟停不同步，經(jīng)常有燒毀剎車制動器的現(xiàn)象。
1.4.2、電牽引采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)措施
(1)調(diào)高泵換成雙聯(lián)齒輪泵，這樣可以把系統(tǒng)的高、低壓回路分隔開，分別供壓，不用一個回路，高壓就不會對低壓產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的壓力相對比較穩(wěn)定，這樣采煤機(jī)工作穩(wěn)定、可靠，不會對液壓元件產(chǎn)生沖擊。
(2)在液壓系統(tǒng)的低壓回路中串聯(lián)一個電液壓力繼電器(如圖1所示)；它一端通過主控器與牽引電機(jī)相連，另一端串聯(lián)在低壓回路中，電液壓力繼電器可以設(shè)定壓力，當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)不到給定的壓力值時，制動器打不開，牽引電機(jī)啟動不起來，從而防止燒毀制動器。
1.5、課題提出
通過以上所述，我們可以看出國內(nèi)在采煤機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)方面和國外先進(jìn)技術(shù)相比還有很大的差距，我們必須自力更生，加快國產(chǎn)采煤機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)的改進(jìn)，縮小和國外先進(jìn)技術(shù)的差距。在采煤機(jī)的設(shè)計中我們必須充分考慮上述采煤機(jī)設(shè)計的改進(jìn)方向。我該次畢業(yè)設(shè)計的題目就是滾筒采煤機(jī)的設(shè)計，希望自己能夠在設(shè)計技術(shù)方面所突破。
實習(xí)總結(jié)
通過這次實習(xí)我們開闊了眼界，對所要進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計的題目有了感性的認(rèn)識。在這次參觀實習(xí)中我們認(rèn)真觀察了工廠的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝。對各種機(jī)加工過程有了更深入的了解和認(rèn)識，對各種機(jī)床的應(yīng)用和設(shè)備的布置有了一個感觀的認(rèn)識。另外對工廠的管理方法和生產(chǎn)方式以及工作的規(guī)章制度有了初步的認(rèn)識，為我們即將開始的工作提供一個心理準(zhǔn)備。
通過這次實習(xí)我們對采煤機(jī)的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)工藝有了深入的認(rèn)識，加之各方面資料的收集我們對采煤機(jī)的設(shè)計和制造原理、設(shè)計步驟等都有了一定的理解。通過對各方面資料的篩選，我們對采煤機(jī)的設(shè)計方案進(jìn)行了分析和論證。在這次實習(xí)中我們通過和師傅們的交流，加深了理論和實際的聯(lián)系。鞏固了我們以前所學(xué)過的理論知識。
通過這次實習(xí)，我更能體會到一個做工程人員的責(zé)任，我想我一定會更加努力學(xué)習(xí)，將來認(rèn)真對待工作的每一個細(xì)節(jié)，做一個合格的工程人員。這次實習(xí)是我們畢業(yè)設(shè)計前的關(guān)鍵一環(huán)，也是我們大學(xué)四年的必要環(huán)節(jié)。不但可以對我們的畢業(yè)設(shè)計有很大的幫助，而且對我們以后的工作也會產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。感謝學(xué)校和老師給我們提供了這么好的實習(xí)機(jī)會。
參考文獻(xiàn)
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8
畢業(yè)設(shè)計（論文）
實習(xí)報告
題目名稱：滾筒采煤機(jī)截割部的設(shè)計
院系名稱：機(jī)電學(xué)院
班 級：機(jī)自031
學(xué) 號：20030314131
學(xué)生姓名：黃坤杰
指導(dǎo)教師：胡敏
2007年3月
中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計開題報告
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中原工學(xué)院
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畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
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課題名稱： 滾筒采煤機(jī)的改進(jìn)
畢業(yè)設(shè)計起止時間： 2006 年 3 月 5 日 ～ 6 月 16日(共 15 周)
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學(xué)生姓名： 黃坤杰
學(xué) 號： 20030314131
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機(jī)自031
指導(dǎo)教師： 胡敏
報告日期： 2007年3月21日
?1．本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀綜述
滾筒采煤機(jī)實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一。機(jī)械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。采煤機(jī)分鋸削式、刨削式、鉆削式和銑削式四種：①鋸削式采煤機(jī)，即截煤機(jī)，靠安裝在循環(huán)運動的截鏈上的截齒深入煤壁截煤；②刨削式采煤機(jī)，即刨煤機(jī)，靠刨刀的往復(fù)運動刨削破煤；③鉆削式采煤機(jī)，靠鉆頭邊緣的刀齒鉆入煤體，由鉆頭中部的破煤刀齒將中部的煤體破碎;④銑削式采煤機(jī),靠滾筒上的截齒旋轉(zhuǎn)銑削破煤。本課題主要研究滾筒采煤機(jī)的改進(jìn)。一種銑削式淺截深采煤機(jī)，由截割部分、牽引部分和動力部分組成。截割部分包括工作機(jī)構(gòu)和減速器，牽引部分包括行走機(jī)構(gòu)（鏈輪、牽引鏈及其拉緊裝置）和液壓傳動裝置，動力部分包括電動機(jī)和電氣控制箱。另外，還有輔助裝置，包括底托架、電纜架、噴霧裝置和信號照明等設(shè)備。滾筒采煤機(jī)適于在煤層厚度變化小、無夾石、地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層傾角 15°以下、頂板易于管理的條件下使用。傾角較大時，需裝防滑裝置。滾筒采煤機(jī)騎在可彎曲刮板輸送機(jī)上工作，沿工作面往返運行。螺旋式滾筒上裝有按一定規(guī)律排列的截齒。滾筒轉(zhuǎn)動時，截齒按一定順序在煤體上先后截出很多溝槽，使溝槽之間的煤體破落，通過滾筒旋葉和弧形擋煤板裝入輸送機(jī)。滾筒直徑為測量到截齒齒尖的截割直徑，各制造廠有各種不同的系列，根據(jù)采高選定。滾筒寬度相當(dāng)于截深，有0.6、0.8、1.0、1.2m等幾種規(guī)格。
滾筒采煤機(jī)分單滾筒和雙滾筒兩種：
單滾筒采煤機(jī) 進(jìn)刀方式有三種：①先進(jìn)刀后移機(jī)頭，一般采用斜切進(jìn)刀，這種方式簡單易行，但進(jìn)刀時間長；②先移機(jī)頭后進(jìn)刀，能充分利用工時，但開缺口工作量大；③進(jìn)刀同時移機(jī)頭，進(jìn)刀簡單，時間短，但需強(qiáng)力推移輸送機(jī)的設(shè)備。
割煤方式有兩種：①單向采煤，采煤機(jī)上行進(jìn)一刀割煤，下行裝煤。優(yōu)點是能充分利用機(jī)器裝煤，效率高，但工作面割一刀時間長，頂板懸露時間長，一般適用于頂板穩(wěn)定、采高較大、裝余煤量大的煤層。②雙向采煤，往返各進(jìn)一刀。優(yōu)點是能提高工時利用率，工作面生產(chǎn)能力大，支護(hù)頂板及時，工序緊湊，但采高大時清浮煤工作量大。
雙滾筒采煤機(jī) 一次采全厚，采煤機(jī)兩端各有一個滾筒。前滾筒在上割頂煤，后滾筒在下割底煤。兩滾筒一般相背旋轉(zhuǎn)，司機(jī)左側(cè)滾筒用左螺旋，司機(jī)右側(cè)滾筒用右螺旋。也可相向旋轉(zhuǎn)，司機(jī)左側(cè)滾筒用右螺旋，司機(jī)右側(cè)滾筒用左螺旋。一般采用雙向采煤，先進(jìn)刀后移機(jī)頭的斜切進(jìn)刀方式；也可采用進(jìn)刀同時移機(jī)頭的正切進(jìn)刀方式。
自從60年代開始使用滾筒采煤機(jī)以來采煤機(jī)有了很大的發(fā)展。60年代開始使用淺截式滾筒采煤機(jī)，70年代初在一些礦區(qū)開始使用淺截式雙滾筒采煤機(jī)，機(jī)采產(chǎn)量不斷提高。70年代以來，采煤機(jī)不斷改進(jìn),如采用大功率水冷電機(jī)來提高生產(chǎn)能力,開采厚度較大的堅硬煤層；采用粗齒滾筒提高塊煤率；采用無鏈牽引減少機(jī)械事故并適應(yīng)長工作面多臺采煤機(jī)同時作業(yè)等。目前國內(nèi)采煤機(jī)正向著無鏈牽引系統(tǒng)以及能夠降塵的螺旋滾筒采煤機(jī)等方向發(fā)展。
2．本課題有待解決的主要關(guān)鍵問題
本課題研究的目的是改善采煤機(jī)的工作性能以及滾筒對采煤效率的影響以提高采煤機(jī)的工作效率。通過對滾筒的參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計來改善采煤效率。滾筒采煤機(jī)基本上是依靠螺旋葉片將破碎的煤裝入溜槽，其裝煤率約為 60%~70% 。為了提高裝煤率，在滾筒后方加擋煤板，可將裝煤率提高到 90 ％；為了提高裝煤率，除了從設(shè)備結(jié)構(gòu)方面采取措施外，在使用中應(yīng)盡量使出煤口加大些，擋煤板與滾筒的間隙應(yīng)適當(dāng)；加大牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速都有利于提高裝煤率，但是提高割煤效率與裝煤效率有矛盾時，原則上應(yīng)先滿足割煤效率的要求。
主要研究內(nèi)容包括：
建立滾筒采煤機(jī)的截割部的有限元分析模型和結(jié)構(gòu)設(shè)計的模型 ；
采用ANSYS進(jìn)行滾筒的結(jié)構(gòu)分析；
提供一套合理的滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)；
形成一套較為完整的截割部設(shè)計設(shè)計方法。
3．對課題要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 (包括解決關(guān)鍵問題技術(shù)和所需條件兩方面)
該課題的預(yù)期目標(biāo)為：
1、完成滾筒參數(shù)的分析以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，為截割部設(shè)計做好充分準(zhǔn)備。
2、為為整個的滾筒采煤機(jī)截割部的設(shè)計提供一套合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
由于各方面的原因該課題的研究還可能存在很多的困難和問題具體表現(xiàn)如下：
1、由于滾筒采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且在使用過程中，受力情況比較復(fù)雜，因此力學(xué)分析不太容易進(jìn)行。
2、由于滾筒采煤機(jī)是一個集機(jī)械、電氣和液壓為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng),因此在改進(jìn)方面需要查閱多方面的資料而又缺乏這寫資料。
3、缺乏相關(guān)的校核設(shè)備。
為了能夠更好的完成設(shè)計任務(wù)我們必須勇于面對困難解決困難，真對以上可能出現(xiàn)的困難和問題做了以下的應(yīng)對辦法：
1、加強(qiáng)跟本課題組指導(dǎo)成員的聯(lián)系及各方面相關(guān)信息的收集；對受力狀況進(jìn)行模擬性和替代性分析，盡量簡化分析模型使之易于著手分析。
2、加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，拓寬知識面，盡可能多的借助圖書館、網(wǎng)絡(luò)以及各種機(jī)械手冊等工具來彌補(bǔ)資料的缺乏。
3、不斷優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)效率和實用性。多進(jìn)行模擬計算。
4．完成本課題的工作計劃及進(jìn)度安排
2007.3.05~2007.3.17 收集資料，調(diào)研，開題；
2007.3.18~2007.3.20 方案論證，確定方案；
2007.3.20~2007.3.25 完成開題報告和實習(xí)報告；
2007.3.26~2007.4.01 進(jìn)行滾筒采煤機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計；
2007.4.03~2007.4.15 對截割部個零部件進(jìn)行力學(xué)分析；
2007.4.16~2007.5.10 設(shè)計滾筒以及截割部的其他零部件；
2007.5.11~2007.5.20 完成設(shè)計圖紙以及各種校核；
2007.5.21~2007.5.27 設(shè)計說明書及相關(guān)技術(shù)文件；
2007.5.28~2007.6.03 理論總結(jié)，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯；
2007.6.04~2007.6.09 評閱；
2007.6.11~2007.6.14 畢業(yè)答辯；
2007.6.15 ~2007.6.16 修改畢業(yè)設(shè)計。
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5．指導(dǎo)教師審閱意見
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指導(dǎo)教師(簽字)： 年 月 日
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6．指導(dǎo)小組意見
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指導(dǎo)小組組長(簽字)：
年 月 日
說明：
1. 本報告前4項內(nèi)容由承擔(dān)畢業(yè)論文(設(shè)計)課題任務(wù)的學(xué)生獨立撰寫；
2. 本報告必須在第八學(xué)期開學(xué)兩周內(nèi)交指導(dǎo)教師審閱并提出修改意見；
3. 學(xué)生須在小組內(nèi)進(jìn)行報告，并進(jìn)行討論；
4. 本報告作為指導(dǎo)教師、畢業(yè)論文(設(shè)計)指導(dǎo)小組審查學(xué)生能否承擔(dān)該畢業(yè)設(shè)計(論文)課題和是否按時完成進(jìn)度的檢查依據(jù)，并接受學(xué)校的抽查。
6
摘要
滾筒采煤機(jī)是煤炭采掘的重要設(shè)備。是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一。因此，它對提高煤的采掘效率有著重要的影響。目前，采煤機(jī)的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)完善，但是在國內(nèi)采煤機(jī)技術(shù)和國外相比依然還比較落后。
本次設(shè)計在吸取了前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上設(shè)計了大功率，適合于中厚煤層的采煤機(jī)。對于采煤機(jī)的截割部進(jìn)行了革新設(shè)計，采用強(qiáng)力耐磨型滾筒對稱布置，提高了割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。機(jī)械傳動系統(tǒng)采用直齒圓柱齒輪和行星輪傳動動。故傳動效率 高，容易安裝和維護(hù)，分別用兩臺250KW的電動機(jī)驅(qū)動兩截割部。截割部電機(jī)容量調(diào)整范圍寬，其調(diào)整范圍為150～300Kw，通過調(diào)整截割電機(jī)容量，可實現(xiàn)一機(jī)多型。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，加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大。本次設(shè)計的采煤機(jī)采煤效率高，生產(chǎn)可隨不同的煤質(zhì)的變化生產(chǎn)不同的機(jī)型，市場適應(yīng)性強(qiáng)。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)、強(qiáng)力耐磨滾筒、截割部、彎搖臂、傳動系統(tǒng)
Abstract
Sheare is an important equipment for excavation. It is one of the important facilities for the mechanization and modernization of coal-mining production. Hence it has important effects on the improvement of excavation efficiency. Presently the design technologies of sheares have developed relatively perfect. When comparing with abroad, however, the technology of this area is still behindhand.
Basing on assimilating the experience of people has worked in this area, this design, schemes out High-power sheare which is suitable for medium thickness seam. It does innovatory design on the cutting unit of shears by resorting to disposal symmetry of Mightiness Worn Roller, which improves the cutting effect and longevity. At the same time it reduces the wastage of truncation straight and customers’ cost. As to Machine driven system, its transmission resorts to spur gear and planetary wheel. Hence the transmission efficiency is improved and its installation and maintenance are easier. Two of the departments of crop are driven by two separate 250kw- electromotors. The modulation range of electromotors’ capacity in the departments of crop is large, which is ranging from 150kw to 300kw. Through the modulation of the electromotors’ capacity, the one machine-multi-type style can be carried out. The departments of crop resort to globe certificate floating structure, whose carrying capacity is large and reducing the structure measure. The applications of ply rockerarm increase the coal’s transit space and improve the coal’s load effect. The bottom taking quantity is large. This design of sheare has the features as follows:
The excavation efficiency is high; the production of types can be different according to different coal quality. The adaptability in marketing is strong.
Key Words: Sheare; Mightiness Worn Roller; cutting unit; ply rockerarm ; transition system
III
中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）
1 引言
煤是重要的能源物質(zhì)，在我國有著很大的儲量。采煤一直以來都被人們看作一項非常危險的事情。在以前國內(nèi)有很多小型煤窯，由于規(guī)模小，技術(shù)落后，大部分都是靠人工進(jìn)行挖煤、運輸煤。因此經(jīng)常出現(xiàn)各種事故，而且大量浪費了資源。大型的采煤機(jī)械的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到了改觀。采煤機(jī)作為采煤的主要工具是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要設(shè)備之一。機(jī)械化采煤可以減輕體力勞動、提高安全性，達(dá)到高產(chǎn)量、高效率、低消耗的目的。它對提高煤的采掘效率有著重要的影響。因此國內(nèi)外采煤機(jī)的設(shè)計、改進(jìn)一直都在以較快的速度向前發(fā)展。
最早的滾筒采煤機(jī)出現(xiàn)在英國，它是把截煤機(jī)的減速箱部分改成允許安裝一根橫軸和截割滾筒。由于其水平軸截割滾筒的設(shè)計優(yōu)于截煤機(jī)，因此其改進(jìn)型比刨煤機(jī)更適宜英國開采條件，但在20世紀(jì)50年代這種采煤機(jī)并非是唯一應(yīng)用的采煤設(shè)備。另外有一種有競爭的采煤機(jī)是鉆削式采煤機(jī)。這種采煤機(jī)配有一個按螺鉆原理設(shè)計的主截割部，其應(yīng)用范圍主要局限與薄煤層。
滾筒采煤機(jī)經(jīng)過多次改進(jìn)設(shè)計而得到不斷的發(fā)展。最早設(shè)計的滾筒采煤機(jī)僅能單向采煤，輸送機(jī)和液壓支架在向前推移之前，留在軌道上采出的煤在回空段被裝載。后來又研發(fā)了雙向采煤的滾筒采煤機(jī)。然而由于這種采煤機(jī)受到調(diào)向的限制，加之固定滾筒缺乏自由性，因此搖臂滾筒采煤機(jī)應(yīng)運而生。
20世紀(jì)60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM 系列的連續(xù)采煤機(jī)，它是現(xiàn)代這種機(jī)型的雛形。到70年代末，在11CM型基礎(chǔ)上又生產(chǎn)出12CM系列連續(xù)采煤機(jī)。經(jīng)過對12CM系列連續(xù)采煤機(jī)的不斷改進(jìn)、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開采中硬煤層的12CM12—10B、12CM18—10D和B型機(jī)，以及適用于特別堅硬煤層的12HM31C型和B型機(jī)(神東常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今連續(xù)采煤機(jī)在采煤業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了長足的發(fā)展。我國對這種連續(xù)型采煤機(jī)的應(yīng)用始于70年代中期。那時主要靠引進(jìn)外國的產(chǎn)品，80年代以前主要是引進(jìn)單機(jī)。隨著國內(nèi)采煤機(jī)技術(shù)的發(fā)展到了90年代變成以配套引進(jìn)為主。目前國內(nèi)在采煤機(jī)研發(fā)和設(shè)計方面和國外有很大的差距。煤炭科學(xué)研究總院太原分院早在1990年就開始進(jìn)行連續(xù)采煤機(jī)的研究，曾完成了輕型連續(xù)采煤機(jī)的設(shè)計、引進(jìn)設(shè)備的國產(chǎn)化大修等工作。煤炭科學(xué)研究總院上海分院也承擔(dān)了一些項目。盡管國內(nèi)各大科研院所、生產(chǎn)廠家、煤礦企業(yè)曾開展過規(guī)模不等的連續(xù)采煤機(jī)等技術(shù)的國產(chǎn)化研究，但均存在一些問題，仍沒有真正在煤礦上見到國產(chǎn)連采機(jī)的新產(chǎn)品。
我國引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)早期使用效果不好的主要問題是：連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備體積大、噸位高，我國老礦井條件受到限制，設(shè)備下井困難；缺乏支護(hù)、清道、除塵等配套設(shè)備，生產(chǎn)能力受到一定限制；引進(jìn)的連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備電氣防爆性能與我國防爆標(biāo)準(zhǔn)不一致；主要部件或零件在國內(nèi)買不到，備件進(jìn)口渠道不暢通、價格昂貴；國內(nèi)沒有對連續(xù)采煤機(jī)開采的成套技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究；對回采工藝，支護(hù)方式和工藝及煤巖柱控制等相關(guān)問題沒有得到閉，對通風(fēng)管理不利；對有自然發(fā)火危險的礦井，煤體暴露多，帶來了安全隱患。因此我國需要自己對采煤機(jī)進(jìn)行設(shè)計、改進(jìn)使其適合我國的煤礦生產(chǎn)情況。
連續(xù)采煤機(jī)的特點是截割滾筒長，截割功率大，因此截割能力強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，調(diào)動靈活，可控性好。尚需研究的主要內(nèi)容如下。
1 連續(xù)采煤機(jī)總體參數(shù)的研究。機(jī)器牽引力及速度的確定，滾筒長度、直徑、功率、轉(zhuǎn)速及切割牽引力大小和變化等研究。
2 整機(jī)截割穩(wěn)定性的研究。機(jī)器的重心位置、截割臂長度、截割速度、功率等切割參數(shù)對機(jī)器工作穩(wěn)定性的影響。
3 截割機(jī)構(gòu)方式的研究。根據(jù)電機(jī)不同的安裝形式，其截割機(jī)構(gòu)方式的確定須進(jìn)行專項調(diào)查研究與分析對比。
4 切割技術(shù)的研究。截割滾筒上截齒排列對機(jī)器的截割效率、振動及截齒的壽命有著重要的影響，必須利用計算機(jī)進(jìn)行截齒排列優(yōu)化設(shè)計和實驗室模擬試驗。
5 行走電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機(jī)工作時，需要頻繁調(diào)動；截割時，根據(jù)煤的硬度，行走速度在0～4m／rain之間自動調(diào)整，以適應(yīng)截割電
動機(jī)的工作特性；調(diào)動時，需以20m／rain的行走速度實現(xiàn)快速調(diào)動。
6 機(jī)器的自動控制、工況檢測和故障診斷系統(tǒng)的研究。連續(xù)采煤機(jī)常在環(huán)境惡劣、安全得不到保障的工況下工作，因此必須使機(jī)器具有自動化控制功能，裝設(shè)離機(jī)搖控系統(tǒng)。為了提高機(jī)器的可靠性，需研制工況檢測和故障診斷系統(tǒng)，使連續(xù)采煤機(jī)具有監(jiān)控電流、電壓、電機(jī)功率、油溫油位油壓等的自動監(jiān)測、存儲、顯示、報警及故障提示等功能。
7 機(jī)載集塵裝置的研究。需進(jìn)行水噴霧集塵系統(tǒng)的試驗研究。
8 對專用電動機(jī)、傳感器、扭矩軸等特性元部件的研究。
我國在長期煤炭生產(chǎn)實踐中，也已陸續(xù)研制生產(chǎn)了一系列國產(chǎn)采煤機(jī)，并且在借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，迅速發(fā)展了大功率電牽引采煤機(jī)(總裝機(jī)功率達(dá)1 400KW 以上)，但是和國外先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備相比較還有很大的差距。因此我們必須抓住機(jī)遇，加快采煤機(jī)的設(shè)計和改進(jìn)步伐，加快縮短與國外技術(shù)和設(shè)備的差距。
關(guān)于采煤機(jī)的設(shè)計可以從以下方面著手進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計：
1 橫向布置多個電動機(jī)。即將截割部、牽引部、泵站和破碎機(jī)構(gòu)設(shè)計成橫向布置方式。采用這種電動機(jī)布置方式，可將搖臂回轉(zhuǎn)傳動裝置取消，而代之不傳動功率的鉸接軸，簡化了結(jié)構(gòu)，減少了薄弱環(huán)節(jié)和故障因素；可將傳動鏈中錐齒輪取消，消除了加工、裝配、維修錐齒輪的復(fù)雜工藝，提高了可靠性；各電動機(jī)傳動系統(tǒng)功能單一，無過軸、旁輪等多余饑件和交叉重疊環(huán)節(jié)，部件為自封閉，部件之間無饑械傳動， 只有管線等柔性聯(lián)接，故結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、機(jī)身長度可縮短；便于組裝拆卸及在維修更換部件、換搖臂及截割電動機(jī)時不需拆卸底托架和對口螺栓。
2 將機(jī)身設(shè)計成使部件可側(cè)面拉裝的整體箱式。即整個機(jī)身是個箱形結(jié)構(gòu)的焊接件，根據(jù)需要分成若干個間隔室，安放變壓器電控部 電牽引部、液壓站等部分；而在采空區(qū)一側(cè)將其敞開，可以將上述具有自封結(jié)構(gòu)的部件方便地裝入固定和拆下拉出，而機(jī)身兩端鉸接的截割部及其電動機(jī)也可以從采空區(qū)側(cè)拆裝。采用這種機(jī)身設(shè)計方式，可以為井下組裝維修創(chuàng)造更方便快捷的條件，同時可實現(xiàn)整個機(jī)身無對口螺栓，也無底托架，強(qiáng)度大，剛性好， 免除了螺栓緊固的麻煩可將機(jī)身做成兩段拼裝，并用液壓螺栓緊固。
3 破碎機(jī)采用單獨電動機(jī)傳動。即將滾筒做成電動滾筒，由單獨電動機(jī)經(jīng)行星傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動破碎滾筒。采用這種破碎機(jī)驅(qū)動方式，可以利用按鈕控制破碎機(jī)，操作方便，而且單獨電動機(jī)還便于控制和保護(hù)。
改進(jìn)擋煤板傳動裝置。即用中低速擺線馬達(dá)，通過內(nèi)齒輪或柱銷傳動。比如，可在擋煤板回轉(zhuǎn)臂環(huán)架圓周安裝軸向柱銷，利用固裝在搖臂上的液壓馬達(dá)帶動長牙齒輪驅(qū)動柱銷翻轉(zhuǎn)擋煤板。采用這種擋煤板傳動裝置，可使擋煤板結(jié)構(gòu)更可靠，且不怕煤粉堵塞，不易存煤泥，可大幅減少故障。
4 增大截煤深度。截深在750mm 以上方能稱為大截深，由于加大了截深，相應(yīng)的滾筒軸、軸承和搖臂強(qiáng)度也應(yīng)加大，同時適當(dāng)增大螺旋葉片的升角(一般大于等于20)，以改善裝煤效果。采用強(qiáng)力截齒。由于速度加大，截齒的切削厚度增大， 可采用齒伸較長(120mm -l50mm 左右)、大斷面齒柄(30*50ram)、硬質(zhì)合金片厚度達(dá)l8ram以上的強(qiáng)力截齒，同時加大齒座尺寸和強(qiáng)度，這樣可減少截齒數(shù)、降低截齒消耗、增大塊煤率和降低煤塵。
5 增大塊煤率，減少煤塵生成。即采用雙行星傳動截割頭，適當(dāng)降低滾筒轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速在22—24r／rain左右，以增大塊煤率，減少二次破碎；或減少截齒數(shù)，增大截距(60ram左右)以使塊煤率增加；滾筒結(jié)構(gòu)上還可采用碟形端盤開窗口，輪轂采用錐形或指數(shù)曲線形，以使截落的煤快速排出，從而減少二次破碎；此外還可在螺旋葉片上采用盤形滾刀以及采用抽風(fēng)和吸塵滾筒。加設(shè)高壓水射流噴霧裝置。即在采煤機(jī)上加裝增壓水泵(60—70kW )，使噴霧水壓達(dá)到l8MPa以上，流量達(dá)到140L／min以上，這樣可有效降低煤塵和防止截割時產(chǎn)生火花。
另外減少噴霧噴嘴的直徑(0．5—0．8ram)，可形成高壓射流，起到輔助切割作用，以減少截齒受力，降低能耗。同時還可加設(shè)流量壓力自動控制型水泵，使采煤機(jī)滾筒只在割煤時噴霧灑水，以節(jié)約水能源。
改進(jìn)滾筒材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。即采用國際最新耐磨合金鋼板制造滾筒，以提高其剛度、強(qiáng)度和耐磨性，同時加大輪轂板厚度和葉片板厚度。在有條件的情況下，我國煤機(jī)廠可適當(dāng)引進(jìn)國外成型高強(qiáng)度滾筒。
由上述分析，我們確定了我國新型采煤機(jī)的設(shè)計的大方向以及在設(shè)計中應(yīng)該注意的方面。下面我就對本次采煤機(jī)設(shè)計作一個總體的介紹。
本次采煤機(jī)設(shè)計采用電牽引，多電機(jī)橫向布置。該機(jī)具有電機(jī)橫擺、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、運行可靠、可實現(xiàn)電液互換、大功率能力強(qiáng)等特點。截割電機(jī)、牽引電機(jī)的啟動、停止等操作采用旋轉(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。 所有電機(jī)橫向布置。機(jī)械傳動都是直齒傳動。電機(jī)、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側(cè)抽出。故傳動效率 高，容易安裝和維護(hù)。采用強(qiáng)力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。可通過更換電控部或液壓傳動部而成為交流變頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機(jī)以實現(xiàn)電液互換，而其它 部件通用。兩動力輸入部位可安裝液壓馬達(dá)，也可安裝40Kw牽引電機(jī)。兩種形式聯(lián)接尺寸相同。
2 方案選定
1 滾筒的數(shù)量和位置：
滾筒采煤機(jī)有單滾筒和雙滾筒之分。由于滾筒直徑不宜過大，當(dāng)煤層較厚
單滾筒采煤機(jī)往返截割兩個行程才能推進(jìn)一個截深；雙滾筒采煤機(jī)每截割一個行程就可以推進(jìn)一個截深，對煤層變化和頂板、底板的起伏，適應(yīng)性也好。在滾筒采煤機(jī)的設(shè)計中雖然也曾出現(xiàn)過三滾筒或四滾筒，但因出煤碎、粉塵多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，卻對提高采煤機(jī)性能無益，故不予考慮。綜上述本次設(shè)計采用雙滾筒。
對于雙滾筒可有兩種位置布置，一是對稱布置于兩端，另一種就是兩滾筒都布置于一端即采用不對稱布置。不對稱布置雖然設(shè)計相對簡單，但是其工作穩(wěn)定性不好。所謂工作穩(wěn)定性就是采煤機(jī)在工作過程中保持不翻轉(zhuǎn)、傾斜和不脫離導(dǎo)向物的能力。工作穩(wěn)定性好將有利于正常工作。而對稱布置的滾筒采煤機(jī)受到的外力基本是平衡的，因而工作穩(wěn)定性較好。因此采用雙滾筒對稱布置。
2 調(diào)高方式：
本機(jī)采用搖臂調(diào)高，這種調(diào)高方式不僅調(diào)高范圍大，并且隨時可以調(diào)高。
3 搖臂：
采用大角度彎搖臂。這樣可以加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大。
4 軸承：
軸承主要有滑動軸承和滾動軸承?；瑒虞S承的潤滑和密封條件一般都比較差，軸承的磨損可能引起搖臂較大的徑向竄動。截割部主減速箱最后一級傳動不宜用圓錐齒輪，以免搖臂的徑向竄動嚴(yán)重影響齒輪的嚙合質(zhì)量。滾動軸承的密封和潤滑問題比較好解決，軸承的磨損也比較輕微。本機(jī)采用滾動軸承。
5 牽引方式：
滾筒采煤機(jī)有各種不同的牽引方式。牽引部和截割部聯(lián)結(jié)成一個整體，在工作面上來回移動，稱為內(nèi)牽引。工作面上只有截割部，卻把牽引部設(shè)在工作面短頭上下順槽里，牽引部不跟截割部一起移動，只隨工作面向前推移，則為外牽引。外牽引只能為有鏈牽引，而內(nèi)牽引可以為有鏈條牽引和無鏈牽引。有鏈牽引有斷鏈和跳鏈的危險，鏈條的彈性振動和鏈傳動造成的速度脈動，使采煤機(jī)受到較大的動負(fù)荷，鏈條對于滾筒的裝載、運輸機(jī)和液壓支架的推移也有一定的妨礙，所以有鏈牽引有很多不足之處。而無鏈牽引和有鏈牽引相比具有很多優(yōu)點：
（1）采煤機(jī)移動比較平穩(wěn)，保證了采煤機(jī)的載荷比較穩(wěn)定；
(2) 提高了設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)的安全；
（3） 采煤機(jī)移動所消耗的能量較少；
（4）采煤機(jī)的運轉(zhuǎn)噪音較低，有利于改善工作面的勞動條件；
（5） 提高了采煤機(jī)的爬坡能力；
（6） 在一個工作面上可能采用多臺采煤機(jī)同時作業(yè)，以提高工作面量。通過以上比較本機(jī)采用無鏈牽引中的液壓傳動。
6 驅(qū)動方式：
采煤機(jī)驅(qū)動的方式有薩那種：
1） 單驅(qū)動方式——用一臺電動機(jī)驅(qū)動采煤機(jī)的各個部分，包括牽引部、全部截割部及其他輔助裝置等‘
2） 分別驅(qū)動方式——各截割部由單獨的電動機(jī)驅(qū)動，牽引部和其他輔助裝置可以由截割部電動機(jī)驅(qū)動，或另設(shè)電動機(jī)驅(qū)動；
3） 聯(lián)合驅(qū)動方式——把兩臺電動機(jī)結(jié)合成整體，共同驅(qū)動采煤機(jī)的各部分。
分別驅(qū)動時，各電動機(jī)的功率一般相同。雙滾筒采煤機(jī)每臺截割部電動機(jī)的功率只有單機(jī)驅(qū)動和聯(lián)合驅(qū)動時的一半，截割部可以設(shè)計的較小，且結(jié)構(gòu)簡單，可以取消易引起發(fā)熱等問題的橫貫牽引部的過軸。本次設(shè)計采用分別驅(qū)動方式，用兩個250KW的電機(jī)分別驅(qū)動兩個截割部，用兩個40KW的電動機(jī)驅(qū)動牽引部，也可用液壓馬達(dá)驅(qū)動牽引部。
7 采煤機(jī)的附屬設(shè)備：
滅塵方式：采煤機(jī)在工作中會產(chǎn)生很多的粉塵，需要采取多方面的處理措施。主要有噴霧滅塵、泡沫滅塵和吸塵器捕塵。噴霧滅塵就是用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散，使其霧化，形成把粉塵源與外界隔離的水幕。泡沫滅塵雖然具有一定的優(yōu)點但是泡沫滅塵需要較復(fù)雜的設(shè)備，目前還不能大量生產(chǎn)高效、無毒和廉價的泡沫劑，因此在采煤機(jī)上未能得到推廣。吸塵器從粉塵源吸取塵空氣，排入捕塵器，利用擴(kuò)散、碰撞或離心力等，使粉塵與空氣分離，沉積在捕塵器的殼體內(nèi)壁，然后用水沖洗排入運輸機(jī)，凈化空氣直接排出。通過吸塵器的粉塵約95%-98%，滅塵效率相當(dāng)高。但是，吸風(fēng)管口要靠近粉塵源，吸入的含塵空氣要多，否則含塵空氣在旁邊流走，就達(dá)不到凈化空氣的目的了。本機(jī)采用噴霧滅塵方式。噴霧滅塵有可分為內(nèi)噴霧滅塵和外噴霧滅塵，在這里我們選擇內(nèi)外噴霧結(jié)合滅塵。
3 滾筒采煤機(jī)的總體設(shè)計及計算
3.1 本采煤機(jī)采用雙滾筒對稱布置，采用液壓缸調(diào)高，調(diào)高范圍：1.3~3.0（米）。由經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)取滾筒水平中心距為10810mm、兩搖臂鉸接中心距為6700mm、兩牽引輪中心距為5591mm， 機(jī)身寬為1210mm。
3.2 采高為：1.6~3.2（米）。截深為 0.62m 0.66m。滾筒直徑分別為：1400m 1600m。牽引速度為0~8（米/分）
3.3 設(shè)計生產(chǎn)功率：[1]
Q = 60·J·H·Vq·γ （3-1）
式中 J——滾筒的有效截深（米）J = 0.63；
H——采煤機(jī)的平均采高（米）H = 2.4；
Vq——采煤機(jī)的最大工作牽引速度（米/分）Vq =8；
γ = 1.35——煤的重率（噸/）。
Q = 60×0.63×2.4×8×1.35
= 979.7（噸/時）
= 979.7/60（噸/分）
3.4 裝機(jī)功率：[1]
（3-2）
式中 ——功率利用系數(shù)，以為該機(jī)的驅(qū)動方式為分別驅(qū)動所以=0.8。
——功率水平系數(shù)，由表3—1查得=0.9。
——后滾筒的工作條件系數(shù)，=0.8。
——采煤機(jī)的比能耗，由表3—2查得=0.44（KW.h/T）。
=
≈=300N/mm。
。
取 N = 591KW。
表3—1功率水平系數(shù)
電動機(jī)
自動調(diào)速
人工調(diào)速
2.0~2.2
0.90
0.80
2.2~2.4
0.95
0.85
2.4~2.6
1.00
0.90
表3—2螺旋滾筒采煤機(jī)比能耗
牽引速度（米/分）
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
（KW.h/T）
0.50
0.44
0.42
0.40
3.5 彎搖臂 2055.02mm，搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。 裝機(jī)功率P=591KW，機(jī)重36T。本機(jī)采用無鏈牽引，多電動機(jī)橫向布置同時驅(qū)動，可以電液互換。截割電機(jī)功率為：2×250 = 500KW。電牽引速度為0~8（m/min），液壓牽引速度為0~6.9（m/min）。滾筒轉(zhuǎn)速40~50（r/min）。滅塵方式：內(nèi)外噴霧。
4 滾筒采煤機(jī)截割部設(shè)計
4.1 螺旋滾筒設(shè)計：[1] [17] [12]
螺旋滾筒是一個帶有螺旋葉片的圓柱體，刀具裝在焊于螺旋葉片上的齒座中，工作時滾筒轉(zhuǎn)動并作徑向移動，截割破碎煤炭，再由螺旋葉片把煤沿滾筒的軸線方向推運出來，裝進(jìn)工作面運輸機(jī)。
通常所說的滾筒直徑是指刀尖所在的圓的直徑。齒座焊到葉片上后，螺旋葉片的最大回轉(zhuǎn)直徑，稱為葉片直徑。螺旋葉片的內(nèi)緣和筒彀相結(jié)合處的直徑稱為筒彀直徑。
4.1.1 螺旋葉片的表面是螺旋面，其上任意點的螺旋升角為：
（4-1）
式中 、——該點所在螺旋線的直徑和螺距（采用多頭螺旋滾筒時則應(yīng)為導(dǎo)程）。
4.1.2 切削厚度：[1]
（4-2）
式中 ——最大切削厚度；
m——刀具同一條軌跡（截線）上安設(shè)的刀具數(shù)；
n—滾筒的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；
——牽引速度（米/分）。
刀具的平均切削厚度可用月牙形面積和截割長度相除而得：
式中 ——平均切削厚度。
4.1.3 螺旋滾筒的轉(zhuǎn)向：
為了保證螺旋葉片向運輸機(jī)裝煤，而不是向煤壁推煤，滾筒葉片的螺旋方向應(yīng)與滾筒轉(zhuǎn)向相適應(yīng)。站在采空區(qū)一側(cè)看滾筒，右螺旋滾筒應(yīng)是順時針方向轉(zhuǎn)動，左螺旋滾筒應(yīng)是逆時針方向轉(zhuǎn)動。在采煤機(jī)往返采煤的過程中，滾筒轉(zhuǎn)向雖然不變，卻有兩種不同的情況：順轉(zhuǎn)時，刀具截割方向與碎煤下落方向相同；逆轉(zhuǎn)時，刀具截割方向與碎煤下落的方向相反。為了增強(qiáng)采煤機(jī)的工作穩(wěn)定性，避免兩個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機(jī)的兩個滾筒的轉(zhuǎn)向應(yīng)該相反。兩滾筒的轉(zhuǎn)向有前順后逆和前逆和順兩種方案。滾筒直徑較大時，滾筒生產(chǎn)率大于運輸機(jī)生產(chǎn)率，確定滾筒轉(zhuǎn)向應(yīng)偏重于節(jié)省能耗和提高工作穩(wěn)定性及操作安全的要求。前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，是采煤機(jī)騎座運輸機(jī)工作的一般情況，因此在該采煤機(jī)中滾筒采用前順后逆。
4.1.4 滾筒的三個直徑
雙滾筒采煤機(jī)一般要在每個行程中開采全部采高，滾筒直徑不宜小于采高的一半。根據(jù)保持兩滾筒裝煤量相同的要求確定滾筒的直徑，設(shè)滾筒直徑與采高H的比值為a，滾筒的裝載效率是η，則：
A·H = （1-a）·H + （1-η）ah （4-3）
aH和（1-a）H分別是兩個滾筒的截割高度，（1-η）ah是前滾筒丟剩的浮煤量，應(yīng)由后滾筒裝走。整理即得
大直徑滾筒的裝載效率約為70~80%，所以a = 0.6。
= 0.6×H = 0.6×1.6~0.6×3.2
= 0.96~1.98（米）
由經(jīng)驗類比取兩滾筒的分別為1.4米和1.6米。
滾筒的最大切削厚度受到最大截距的限制：
（4-4）
式中 ——滾筒刀具的最大截距（厘米）；
b——刀具的截刃寬度（厘米）截刃寬一般取12~20mm，本機(jī)取b = 15mm=1.5cm；
——截槽側(cè)面的崩角，由表4—1取值。=38°。
表4—1截槽崩裂角與煤質(zhì)和切削厚度的關(guān)系
質(zhì)
裂
崩
煤
度
厚
削
切
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
4.0
5.0
6.0
8.0
10
15
20
25
脆性煤
82
77
73
71
68
65
61
58
55
52
49
43
38
34
韌性煤
69
63
58
55
52
49
45
42
41
38
36
32
29
25
整理得
=2×0·7813×7·75+1.5=13.6cm
為了避免螺旋葉片與截槽間殘留的煤棱相抵觸，滾筒的最大切削厚度不得超過刀具伸出刀座長度的70%，即
（4-5）
整理得
≦-22.15=1600-221.5 =1278.5mm
取=1.2m，
葉片直徑與筒彀直徑應(yīng)保持適當(dāng)?shù)谋壤笾睆綕L筒應(yīng)保持比值
大于或者等于2。因此取：
m
4.1.5 對于直徑為1.5米左右的滾筒，螺旋升角。
4.1.6 螺旋頭數(shù)。實驗研究證明：葉片螺旋頭數(shù)對滾筒裝煤過程的影響很小。但是為了調(diào)節(jié)滾筒葉片的螺旋升角常采用多頭螺旋。雙頭螺旋滾筒每條皆線上可以安裝1~2把刀。在設(shè)計時，應(yīng)使葉片高度
和葉片間距保持適當(dāng)?shù)谋壤?，?yīng)使
（4-6）
式中 ——螺旋線導(dǎo)程；
——螺旋頭數(shù)。
大直徑滾筒K=0.8，因此
==0.48m=48mm
取S=50mm。
4.1.7 截齒[11] [1]
采煤機(jī)滾筒設(shè)計的一個重要問題是截齒配置，基本要求是：采出的塊煤要多，產(chǎn)生的煤塵要小，截割阻力和牽引力要比較均衡地作用在滾筒上。這些要求若能實現(xiàn)，則采煤機(jī)使用壽命延長，同時也將提高煤的售價，保護(hù)了井下工作人員的身體健康。塊煤率的大小與截齒的尺寸、安裝數(shù)量以及排列方式都有較大的關(guān)系，加大截齒的伸出長度或減少截齒的數(shù)量都可以提高塊煤率，但這將會加劇整個采煤機(jī)的振動，影響采煤機(jī)的使用壽命。
圖4-1、采煤機(jī)滾筒端面結(jié)構(gòu)圖
1.端盤端面截齒 2．端盤截齒3．葉片截齒
端盤截齒的作用是平衡軸向力與自開缺口。
(1)端盤截齒的工作條件接近為半封閉，截齒負(fù)荷大，消耗的功率占工作機(jī)構(gòu)的1／3左右，端盤截齒消耗占滾筒截齒消耗的一半左右，故其截距要縮小，每條截線上安裝的截齒數(shù)要增多。。端盤端面安裝有6個端面截齒，以利于采煤機(jī)開缺口及防止端盤接觸煤壁，增加摩擦和磨損。端盤截齒截距從煤壁向外逐漸加大，即18mm一28mm一34mm — 40 mm。
(2)滾筒截齒在截煤過程中所產(chǎn)生的振動對采煤機(jī)截割部內(nèi)的各部件及整個采煤機(jī)的使用壽命和工作可靠性的影響都是極為嚴(yán)重的。產(chǎn)生振動的原因除了煤是脆性非均勻材料外，另一個較重要的因素是滾筒本身的結(jié)構(gòu)。切槽斷面形狀不對稱是產(chǎn)生截齒側(cè)向力的根本原因 J，所有截齒的側(cè)向力之和就形成了沿滾筒軸向作用的滾筒側(cè)向力，這個力對采煤機(jī)的穩(wěn)定性起著決定性的作用，側(cè)向不平衡力大小的不斷變化導(dǎo)致了滾筒、搖臂以及整個采煤機(jī)沿著這個方向振動。因此在每組截齒中設(shè)置一個向采空區(qū)負(fù)傾斜截齒，用以平衡軸向力，以減輕采煤機(jī)的振動，提高采煤機(jī)的穩(wěn)定性。
(3)開道截齒采用零度齒，這樣對截割是最有利的，因為開道截齒是在半封閉一封閉截槽里工作，條件最差，當(dāng)它開出一個自由面后，即為以后截齒開創(chuàng)了良好的工作條件。端盤的截割寬度為120 mm，與滾筒的有效截深630 mm相比只是很小的一個寬度，但對整個滾筒的影響卻是不能忽視的。
對截齒的基本要求是：
1)耐磨性要好；
2)截齒的幾何形狀要能適應(yīng)不同的煤質(zhì)和截割條件，截割比能耗要低；
3)拆裝截齒要簡便迅速，安裝固定要可靠，以免截齒丟失；
4)截齒及其固定裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，以利制造和維護(hù)。
滾筒采煤機(jī)采用的截齒基本可分為兩大類：扁截齒和鎬型截齒。該滾筒選用扁截齒。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，類比去截角α=25°、前角β=90°-α=5°、后角γ=18°、側(cè)角=6°、尖角ω=3°。截刃b取15mm。
4.1.8 截齒的材料以及截齒的固定
為了保證截齒的強(qiáng)度和耐磨性，截齒齒身常用30~35CrMnSi，30~35SiMnV或者40Cr鋼制作，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為了減少截齒的丟失和更換截齒所消耗的時間，要求截齒裝拆方便而固定可靠。由于截煤過程中截齒受到的載荷較重，且有振動所以現(xiàn)代采煤機(jī)多采用彈性元件固定截齒。該機(jī)的滾筒采用彈簧鋼絲擋住柱銷來固定截齒。
4.2 截割部減速器傳動系統(tǒng)特點；
截割部減速器要傳遞采煤機(jī)的絕大部分裝機(jī)功率，載荷重而不穩(wěn)定，工作條件惡劣，可靠性要求高，外形和尺寸卻受到工作環(huán)境的嚴(yán)格限制。截割部減速器的強(qiáng)度、剛度、潤滑、密封、效率和散熱等問題，都應(yīng)予以著重考慮。
由以往的經(jīng)驗，以及原來采煤機(jī)的傳動系統(tǒng)可以了解到滾筒采煤機(jī)截割部減速器傳動系統(tǒng)都具有以下特點：
1） 由于滾筒軸和電機(jī)軸互相垂直，傳動系統(tǒng)中必須有一隊圓錐齒輪；
2） 截割部系統(tǒng)中還應(yīng)該有一個離合器或者一個離合齒輪，當(dāng)離合器或離合齒輪脫開時，調(diào)高泵應(yīng)仍能獲得動力。
3） 為了操作輕便，離合器或離合齒輪不設(shè)在低速軸上；為了避免圓錐齒輪的模數(shù)過大，圓錐齒輪也不宜設(shè)在低速軸上。
4.2.1 截割部搖臂傳動系統(tǒng)
圖4-2、截割部傳動系統(tǒng)圖
4.2.2 截割部搖臂傳動系統(tǒng)齒輪
齒輪代號
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
Z7
Z8
Z9
Z10
Z11
Z12
齒數(shù)
19
33
34
25
（23、26）
34
（33、36）
17
28
28
39
25
14
66
模數(shù)
7
7
7
8
8
10
10
10
10
8
8
8
4.2.3 各齒輪的基本尺寸及相關(guān)計算：[7]
由于采煤機(jī)齒輪采用較大的變位系數(shù)，齒輪的最小齒數(shù)一般為13或者14。但第一級齒輪轉(zhuǎn)速很高，齒數(shù)不宜太小。本傳動系統(tǒng)中齒輪的最小齒數(shù)取14，第一級齒輪的齒數(shù)取19。齒輪受到偏載常使齒輪端部折斷。為了避免偏載，特別是為了消除機(jī)殼剛度不足造成的偏載的影響，齒輪可沿齒寬方向進(jìn)行鼓形修緣，修緣量為0.1~0.15mm。
1）Z1：Z = 19，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 133；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 147；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=115.5；
2）Z2： Z = 33，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 231；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 245；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=213.5；
3）Z3： Z = 34，m = 7；
齒距： P = πm = 21.98；
齒頂高： = m = 7；
齒根高： = 1.25m = 8.75；
齒高： h = 2.25m = 15.75；
分度圓直徑： d = mZ = 238；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 252；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=220.5；
4）Z4： Z = 25，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 200；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 216；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=180；
5）Z5： Z = 34， m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 272；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 288；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=252；
6）Z7： Z = 28，m = 10；
齒距： P = πm = 31.4；
齒頂高： = m = 10；
齒根高： = 1.25m = 12.5；
齒高： h = 2.25m = 22.5；
分度圓直徑： d = mZ = 280；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 300；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=255；
7）Z9： Z = 39，m = 10；
齒距： P = πm = 31.4；
齒頂高： = m = 10；
齒根高： = 1.25m = 12.5；
齒高： h = 2.25m = 22.5；
分度圓直徑： d = mZ = 390；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 410；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=365；
8）Z11： Z = 14，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 112；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 128；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=92；
9）Z12： Z = 66，m = 8；
齒距： P = πm = 25.12；
齒頂高： = m = 8；
齒根高： = 1.25m = 10；
齒高： h = 2.25m = 18；
分度圓直徑： d = mZ = 528；
齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 544；
齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=508；
圖4-3、齒輪結(jié)構(gòu)
圖4-4、齒輪結(jié)構(gòu)圖
4.2.4 傳動比以及輸出轉(zhuǎn)速：
4.2.4.1 傳動比
高速傳動比i = 34/19×33/26×39/17×（1+66/14）=29.774；
中速傳動比i = 34/19×34/25×39/17×（1+66/14）=31.904；
低速傳動比 i = 34/19×36/23×39/17×（1+66/14）=36.718；
4.2.4.2 輸出轉(zhuǎn)速
采煤機(jī)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般為1460~1475轉(zhuǎn)/分。本機(jī)采用YBCS4—250C型電機(jī)，功率為250KW，電壓1140V，轉(zhuǎn)速1476r/min。輸出轉(zhuǎn)速：
高速 n = 1476/i = 1476/29.774 = 49.6（r/min）；
中速 n = 1476/i = 1476/31.904 = 46.3（r/min）；
低速 n = 1476/i = 1476/36.718 = 40.2（r/min）；
4.2.5 各軸承選用的規(guī)格和代號
采煤機(jī)中普遍采用滾動軸承。適應(yīng)采煤機(jī)載荷重而尺寸受到嚴(yán)格限制的特點，本采煤機(jī)采用調(diào)心滾子軸承和圓柱滾子軸承。
序號
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
軸承代號
NJ220E
22218C
NJ19
22219C
22224C
22222C
22222C
42136
22314C
22224C
4.2.6 滾筒采煤機(jī)的搖臂[14]
采煤機(jī)搖臂是采煤機(jī)的關(guān)鍵部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不規(guī)則。它的一端聯(lián)接截割滾筒，一端接電機(jī)。電機(jī)經(jīng)過多級齒輪傳動，將動力傳給滾筒，齒輪軸通過軸承安裝在搖臂上。本機(jī)采用彎搖臂，搖臂長度為2055.02mm。搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。
4-5采煤機(jī)搖臂殼簡圖
1、2、3、4、5、6工藝基準(zhǔn)塊
4.2.7 截割部減速器的潤滑
采用飛濺潤滑時，油面位置應(yīng)適當(dāng)，使?jié)櫥湍鼙晦D(zhuǎn)動的齒輪濺到嚙合面上，同時也甩到箱壁上，以利散熱，軸承也應(yīng)獲得必要的潤滑。減速器的軸布置在同一水平或接近同一水平，潤滑效果一般較好。飛濺潤滑的優(yōu)點是：潤滑強(qiáng)度高，散熱快，對潤滑油的粘度變化和雜質(zhì)不敏感，也不要添加潤滑設(shè)備。但當(dāng)采煤機(jī)在傾斜煤層中工作時，潤滑油集中在低處，位于高處的傳動件潤滑條件較差。為了保證正常的潤滑條件，應(yīng)避免加速器過長，如不可避免，應(yīng)將減速器內(nèi)腔分隔成幾個獨立油池。
搖臂減速器的潤滑是個特殊的問題。當(dāng)搖臂下傾，滾筒截割底煤時，搖臂內(nèi)的潤滑油積在端頭；反之，上傾截割頂煤時，搖臂端頭的齒輪得不到良好的潤滑。為了解決這個問題，需設(shè)置回油裝置。
另外為了保證噴油潤滑系統(tǒng)能正常工作，需要設(shè)置過濾器、流量監(jiān)測元件和油位指示器等。采煤機(jī)搖臂和機(jī)頭減速箱連接處，支承搖臂套的軸承載荷重而運動速度很低，滾筒軸靠近煤壁處的軸承，載荷也很大，這些軸承最好與截割部減速器隔開，采用壓力注油器定期注入潤滑脂。經(jīng)過實踐證明大功率采煤機(jī)截割部應(yīng)采用極壓工業(yè)齒輪油。這種油是在齒輪油中加入極壓添加劑，以改善油液的品質(zhì)，提高抗磨性和抗燒結(jié)性。本機(jī)在齒輪腔中加注N320硫磷工業(yè)齒輪油。
5 滾筒采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)和配套設(shè)備
采高（m）： 1.6～3.2
截深（m）： 0.63;0.66
適應(yīng)傾角： 液壓牽引≤40° 電牽引≤15°（35°）
滾筒直徑（m）： 1.4;1.6
滾筒轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）： 49.6;46.3;40.2
搖臂長度（mm）： 2055.02
搖臂擺動中心距（mm）： 6400
牽引力（KN）： 液壓牽引 500;417
電牽引 524;437
牽引速度（m/min）： 液壓牽引 0～5.7;0～6.9
電牽引 0～8
牽引型式： 電液互換,無鏈,銷軌
機(jī)面高度（mm）： 1100;1200
最小臥底量（mm）： 337（機(jī)面高1100mm）;237（機(jī)面高1200mm）
滅塵方式： 內(nèi)外噴霧
裝機(jī)功率（KW）：
2×250+2×40+11
電壓（V）： 1140
機(jī)重（T）： 36
輸送機(jī)： SGZ-830/630 SGZ-764/500 SGZ-730/320
支架： ZZS5600/14/25等
電機(jī)
型號；YBCS4-250C
功率：250KW
電壓：1140V
轉(zhuǎn)速：1476r/min
6 本機(jī)的主要特點
1）機(jī)身矮，裝機(jī)功率大。截割電機(jī)容量調(diào)整范圍寬。
2）整機(jī)為無底托架積木式組合結(jié)構(gòu)。各部件之間為干式對接，對接面之間無任何機(jī)械或液壓傳動關(guān)系。機(jī)身
三大部件之間使用高強(qiáng)度 T形螺栓和四個楔形啞鈴銷以及兩個Φ150定位銷連接和緊固，提高了大部件之間
聯(lián)接的可靠性。
3）截割電機(jī)、牽引電機(jī)的啟動、停止等操作采用旋轉(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。
4）所有電機(jī)橫向布置。機(jī)械傳動都是直齒傳動。電機(jī)、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側(cè)抽出。故傳動效率
高，容易安裝和維護(hù)。
5）液壓系統(tǒng)設(shè)計合理，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；液壓元件全部選用專業(yè)廠家的各牌產(chǎn)品，如調(diào)高泵選用A2F12R4P1，性能穩(wěn)定，技術(shù)可靠。
6）截割機(jī)械傳動鏈設(shè)有扭矩軸過載保護(hù)裝置，并設(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。
9）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，加大過煤空間， 提高裝煤效果，臥底量大。
10）保證可靠性及使用壽命，傳動系統(tǒng)中的軸承和高速端的油封采用進(jìn)口件，齒輪材料選用國內(nèi)最好的鋼種 18Cr2Ni4WA（軍工材料）。
11）采用強(qiáng)力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。
12）可通過更換電控部或液壓傳動部而成為交流變頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機(jī)以實現(xiàn)電液互換，而其它
部件通用。兩動力輸入部位可安裝液壓馬達(dá)，也可安裝40Kw牽引電機(jī)。兩種形式聯(lián)接尺寸相同。
13）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。
14）行走箱與牽引部為干式對接，拆行走箱后，牽引部不漏油。行走箱內(nèi)為干油潤滑，行走輪軸承壽命高。
7 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析
一直以來，采煤機(jī)的發(fā)展方向都是向大功率、高效率、采掘厚煤層方面發(fā)展。這符合國內(nèi)目前的煤炭采掘業(yè)的實際情況。在以前很多采煤機(jī)也已經(jīng)開始采用多電機(jī)驅(qū)動采煤機(jī)，以提高采煤機(jī)的功率。本機(jī)吸取了前人的實踐經(jīng)驗，采用多電機(jī)橫向布置電牽引。兩臺截割部分別由兩個250KW的電動機(jī)驅(qū)動，牽引部以及其他的輔助裝置由單獨的2個40KW的電動機(jī)或者液壓馬達(dá)驅(qū)動。另外，該機(jī)還可通過更換電控部及液壓傳動部面成為交流變頻調(diào)速電牽引或液壓牽引采煤機(jī)，并且可通過更換行走部和支承組件，形成1.1m和1.2m兩種機(jī)面高度，而其它部件通用。
本機(jī)機(jī)身矮，裝機(jī)功率大。截割電機(jī)容量調(diào)整范圍寬。為了加寬截割電機(jī)的功率調(diào)整范圍，采煤機(jī)截割部設(shè)計強(qiáng)度為300Kw，電機(jī)容量調(diào)整范圍為150～300Kw，通過調(diào)整截割電機(jī)容量，可實現(xiàn)一機(jī)多型。從而能夠更好地適應(yīng)不同工作面煤質(zhì)變化要求。三種容量截割電機(jī)的聯(lián)接尺寸完全相同?？刹芍泻衿∶簩又械挠裁?，是采高范圍1.5～3.2m 硬煤層選擇的理想機(jī)型。該采煤機(jī)可以根據(jù)各個煤礦企業(yè)煤層的不同，生產(chǎn)不同的機(jī)型以適應(yīng)市場的要求，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性。另外也節(jié)約了研發(fā)設(shè)計的時間和資金。
該機(jī)機(jī)械傳動都是直齒傳動。電機(jī)、行走箱驅(qū)動輪組件等均可從老塘側(cè)抽出。故傳動效率高，容易安裝和維護(hù)。截割機(jī)械傳動鏈設(shè)有扭矩軸過載保護(hù)裝置，并設(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。保證可靠性及使用壽命，傳動系統(tǒng)中的軸承和高速端的油封采用進(jìn)口件，齒輪材料選用國內(nèi)最好的鋼種 18Cr2Ni4WA（軍工材料）。雖然這些材料價格不便宜，但質(zhì)量優(yōu)異，能夠保證采煤機(jī)的正常工作時間，提高采煤機(jī)的生產(chǎn)效率。這就應(yīng)了那句買的貴，用的便宜的俗語。
機(jī)器采用了強(qiáng)力耐磨滾筒，提高割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。為提高采煤機(jī)的維護(hù)性，液壓傳動各主要控制閥，均設(shè)于箱體以外，以便于調(diào)整。為進(jìn)一步提高采煤機(jī)的可靠性，除設(shè)有電機(jī)過載，過熱保護(hù)之外，液壓傳動設(shè)有恒功率自動控制，高壓保 護(hù)和失壓保護(hù)，另外左右截割部（搖臂）高速端各設(shè)有機(jī)械離合，機(jī)身兩端和中間各設(shè)有急停開關(guān)。能夠很好的保證機(jī)器的正常工作。
8 總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計，是對采煤機(jī)截割部進(jìn)行設(shè)計。通過這次設(shè)計我對礦山機(jī)械和采掘機(jī)械都有了更進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。滾筒采煤機(jī)作為煤炭采掘的重要工具之一，已經(jīng)經(jīng)歷了近百年的發(fā)展歷程，目前其設(shè)計技術(shù)也日趨成熟。本次設(shè)計主要是在前人的基礎(chǔ)上，對采煤機(jī)進(jìn)行改進(jìn)和革新。本次設(shè)計的采煤機(jī)采用了兩個250KW的大功率電動機(jī)分別驅(qū)動左右截割部，另外還還用了2個40KW的電動機(jī)驅(qū)動牽引部和采煤機(jī)的輔助設(shè)備。液壓系統(tǒng)設(shè)計采用集成閥塊結(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；
這次設(shè)計我主要負(fù)責(zé)截割部的設(shè)計，在這次設(shè)計中我對采煤機(jī)的滾筒、搖臂以及截割部傳動系統(tǒng)等做了技術(shù)分析和類比，對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了革新設(shè)計。該機(jī)的滾筒采用強(qiáng)力耐磨滾筒，提高了割煤效果和滾筒壽命，降低截齒消耗量和用戶成本。搖臂采用彎搖臂。傳動系統(tǒng)都采用直齒輪，在最后一級傳動中采用行星輪進(jìn)行傳動。
本次所設(shè)計的采煤機(jī)截割功率大、適用于中厚煤層。，另外該機(jī)還可以通過調(diào)整截割電機(jī)的容量，還可以隨媒質(zhì)的變化實行一機(jī)多型。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對機(jī)械設(shè)計有了更深刻的認(rèn)識。在以前的課程設(shè)計中我們大都是對一個機(jī)器中的一個小部件進(jìn)行設(shè)計，工作量小、結(jié)構(gòu)簡單。通過簡單的查點資料基本上就可以解決問題了。而這次畢業(yè)設(shè)計是對一個大型的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計，雖然我只做了截割部的設(shè)計，但工作量卻是以前的好幾倍。而且完全是按照實際工作中查找資料、調(diào)研、分析、方案論證、整體設(shè)計再到具體設(shè)計的步驟走下來的。這是一次獨立的設(shè)計的鍛煉，使我們設(shè)計的過程和步驟有了 更進(jìn)一步的了解，將對我以后的工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
另外在這次畢業(yè)設(shè)計中幾乎用到了大學(xué)四年所有的專業(yè)課知識，包括機(jī)械制圖、機(jī)械原理、材料成型、公差配合，機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造技術(shù)等等。這次設(shè)計使我們系統(tǒng)的總結(jié)了以前的理論知識，鞏固了所學(xué)的知識，加深了對那些知識的理解。使我們認(rèn)識到了所學(xué)專業(yè)知識在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用方式以及在實際生產(chǎn)的作用。
再者通過這次畢業(yè)設(shè)計使我重新認(rèn)識了機(jī)械設(shè)計的方法和設(shè)計思想。那就是在機(jī)械設(shè)計的過程必須在吸取前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，大膽改進(jìn)、大膽創(chuàng)新。自己設(shè)計的東西需要經(jīng)過各種各樣的理論和實踐的檢驗，一旦都合格了就可以應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，當(dāng)然也有失敗的時候，但是不能怕失敗，因為前人的設(shè)計經(jīng)驗就是從不斷的失敗中慢慢摸索出來的。也就是說創(chuàng)新設(shè)計是設(shè)計的生命力的源泉。
最后這次畢業(yè)設(shè)計是我們離校前的一項重要任務(wù)，它是我們從學(xué)校步入生產(chǎn)的橋梁。我們通過這次設(shè)計對實際生產(chǎn)的過程有了進(jìn)一步的了解，為我們即將開始的工作做一個心理的準(zhǔn)備。這也應(yīng)該是畢業(yè)設(shè)計的最大的意義。雖然在畢業(yè)設(shè)計中難免會出現(xiàn)很多的問題，但是這樣的接近實際生產(chǎn)的實習(xí)是非常必要的，它給我們提供了一個非常好的鍛煉機(jī)會。這樣的鍛煉很可能對我們以后的工作生活產(chǎn)生不可替代的影響。
致謝
通過這次畢業(yè)設(shè)計我獲得了很多知識，不但理論知識得到了鞏固，而且對制圖軟件等方面有了更深的認(rèn)識和理解。在這次設(shè)計中胡老師以她極其豐富的知識對我進(jìn)行了精心的指導(dǎo)。胡老師給我提供了很多有價值的資料，并對我在設(shè)計中出現(xiàn)的問題耐心的給予糾正。在設(shè)計思想和設(shè)計方法中也得到了胡老師的指導(dǎo)和幫助，在此表示誠摯的感謝！另外感謝張雙鵬、張國勝和王志峰等同學(xué)在制圖和計算機(jī)方面給予的幫助。
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明細(xì)表
1 截割部：
序號
代號
名稱
數(shù)量
材料和規(guī)格
每件凈重
備注
1
0501
蓋板
1
Q235
2
0502
壓板
1
Q235
3
0503
放氣閥
1
4
0504
傾角傳感器組件
1
5
0505
左潤滑組件
1
6
0506
護(hù)罩
1
7
0507
壓板
2
Q235
8
0508
護(hù)罩
1
ZG270~250
9
0509
壓板
4
Q235
10
0510
YWZ807液位指示器
1
11
0511
PZB2.5/70噴嘴M20×15
14
12
0512
壓板
2
Q235