MG300700WD型采煤機截割部的設(shè)計

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1、 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計題目： MG300/700 WD型采煤機截割部的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 1. 設(shè)計要求： 1） 了解、完成雙滾筒采煤機的總體布置方案； 2） 根據(jù)工作參數(shù)、傳動功率確定截割部（電機橫向布置）機械傳動方案并完成截割部總體設(shè)計； 3） 完成主要部件（組件）設(shè)計及指定加工圖設(shè)計； 4） 選擇合適比例、設(shè)計圖紙總量0號圖3.5張。 2. 主要工作參數(shù)： 裝機總功率: 700 kw 機面高度 : 1726 mm 滾筒截深 : 800 mm 采高范圍 : 1.8-4.

2、2 m 適應(yīng)傾角 : ≤ 45 電機型號 : YBC3─300 摘要 本文介紹了采煤機的發(fā)展歷史、組成及工作原理，在分析煤炭工業(yè)及煤炭工業(yè)的行業(yè)背景的基礎(chǔ)上，展望了采煤機的發(fā)展趨勢，并針對采煤機的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)行了 MG300/700-WD 型采煤機的截割部設(shè)計。 本文首先確定了設(shè)計方案和選擇了基本部件并開展了傳動系統(tǒng)的可靠性分析，MG300/700-WD型采煤機截割部主要是由一個減速箱和四級齒輪傳動組成，截割部電機放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動機輸出的動力經(jīng)由三級直齒圓拄齒輪和行星輪系的傳動，最后驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。并對所設(shè)計的齒輪和花鍵進(jìn)行了公差分析，同時介紹了截割部的安裝、

3、維護(hù)和故障處理。本采煤機截割部具有較高的可靠性和安全維修性。 關(guān)鍵詞：滾筒式采煤機； 截割部； 行星齒輪傳動 ABSTRACT The design of MG300/700-WD Shearer’s cutting unit This paper presents the development history, the composition and the principle of shearers in brief. On the founda

4、tion of analyzing the trade background of coal industry and mining equipment, look ahead the development of shearers, and according to the present development situation of shearers, we carried out the design of MG300/700-WD Shearer’s cutting unit. This design firstly fixed on design scheme and s

5、elected basic components, and besides, developed the reliability analysis of transmission system. The design of MG300/700-WD Shearer’s cutting unit. It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the MG300/700-WD type mining machine cuts the cutting department, Cut the e

6、lectrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm, The power that the motor outputs leans on a round of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth, Urge the cylinder to rotate finally. And gears and involute spli

7、nes’ tolerances of geometrical quantity were analyzed. At the same time, introduced the installation, maintenance and fault disposal of this cutting unit. The cutting unit of MG300/700-WD Shearer has reliability and installation maintainability. Keywords: shearer; the cutting unit; planetary gear d

8、rive 目錄 1 概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.1采煤機的發(fā)展歷史．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2我國采煤機30多年的發(fā)展進(jìn)程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3采煤機的發(fā)展趨勢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1.4采煤機的類型及主要組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2 總體方案的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

9、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.1 主要技術(shù)參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2.2 搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.3 截割部電動機的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 2.4 傳動方案的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2.5 傳動系統(tǒng)的設(shè)計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2.6 齒輪設(shè)計與強度效核．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 2.7 軸的設(shè)計及強度效核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 2.8 行星機構(gòu)的設(shè)計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32 2.9 截割部軸承壽命的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．54 2.10 截割部鍵及其花鍵強度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．55 3 采煤機的使用與維護(hù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 3.1 潤滑及注油．

11、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 3.2 地面檢查與試運行．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57 3.3 下井及井下組裝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58 3.4 采煤機的井下操作．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．59 3.5 機器的維護(hù)與檢修．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．61 4. 結(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

12、．．．．．．．．．．．63 5. 致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64 6. 參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65 第一章 概述 １.１采煤機發(fā)展的歷史 20世紀(jì) 40年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C。這種采煤機是用截鏈?zhǔn)浇芈涿海诮劓溕习惭b有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制出了用刨削方式落煤的刨煤機。50年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機，在這種采煤機上安裝有截煤滾筒，

13、這是一種圓筒形部件，其上安裝有截齒，用截煤滾筒實現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎(chǔ)。這種采煤機的主要缺點有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層厚度及其變化適應(yīng)性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采煤機生產(chǎn)率的提高。進(jìn)入60年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。1．截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應(yīng)性；2．把圓筒形截割滾筒改進(jìn)成螺旋葉片截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這倆項關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化采煤機械的基礎(chǔ)。 可調(diào)高螺旋滾筒采煤機或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送

14、機配套，構(gòu)成綜合機械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工礦自動檢測、故障診斷以及計算機數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機上得到應(yīng)用。 我國現(xiàn)行采煤機搖臂殼體的設(shè)計基本上都采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法:根據(jù)經(jīng)驗和以往設(shè)計實例設(shè)計人員在紙面上設(shè)計所需的產(chǎn)品,根據(jù)小功率采煤機搖臂尺寸適當(dāng)加大來設(shè)計更大功率的采煤機搖臂,如果出現(xiàn)問題或不滿足預(yù)定設(shè)計要求的情況,就要修改設(shè)計,這在現(xiàn)實設(shè)計中確實出現(xiàn)了許多的問題。隨著采煤機裝機功率越來越大,單純依靠經(jīng)驗,根據(jù)小型機器設(shè)計大功

15、率機器和加大安全系數(shù)的方法,往往使設(shè)計產(chǎn)品的尺寸越來越大,結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、變形分布、內(nèi)力分布也很難得到合理保證。然而通過對采煤機搖臂進(jìn)行有限元分析,可以得出采煤機搖臂殼體在不同位置、不同工況的應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律,摸清其危險截面、極限工況、極限載荷和極限應(yīng)力,提出搖臂承載能力的優(yōu)化方案。同時還可以對搖臂殼體固有頻率、各階振型、動力性能進(jìn)行探索性分析研究。應(yīng)用該技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計階段預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量,使產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前進(jìn)行優(yōu)化以提高產(chǎn)品質(zhì)量,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,進(jìn)而降低開發(fā)成本,提高市場競爭力。 1.2我國采煤機30多年的發(fā)展進(jìn)程 1．2．1 20世紀(jì)70年代是我國綜合機械化采煤起步階段

16、 20世紀(jì)70年代初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的MD-150型雙滾筒采煤機，另一方面改進(jìn)普采配套的DY100型、DY150型單滾筒采煤機；70年代中后期，制造出MLS3-170型雙滾筒采煤機。20世紀(jì)70年代我國采煤機的發(fā)展有以下特點： 1．裝機功率小 例如，MLS3-170型雙滾筒采煤機，裝機功率170KW；KD-150型雙滾筒采煤機，裝機功率150KW；DY-100和DY-150型單滾筒采煤機，裝機功率100KW和150KW。 2．有鏈牽引，輸出牽引力小 此時期的采煤機牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動，傳遞牽

17、引力小，牽引力在200KN以下。 3．牽引速度低 由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過6m /min 。 4．自開切口差 由于雙滾筒采煤機搖臂短,又都是有鏈牽引,很難割透兩端頭,且容易留下三角煤,故需要人工清理,單滾筒采煤機更是如此. 5．工作可靠性較差 我國基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱,元部件質(zhì)量較差,反映在采煤機的壽命普遍較低,特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。 1．2．2 20世紀(jì)80年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期 20世紀(jì)70年代后期，我國總共引進(jìn)143套綜采成套設(shè)備。世界主要采煤機生產(chǎn)國如英

18、國、德國、法國、波蘭、日本等都進(jìn)入中國市場，其技術(shù)也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時通過20世紀(jì)70年代自行研制采煤機的實踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗與教訓(xùn)，確立了我國采煤機的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 解決難采煤層的問題是20世紀(jì)80年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機械化成套設(shè)備的研制：大傾角綜采成套設(shè)備的研制：“三硬”、“三軟”4．5m一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計，20世紀(jì)80年代自行開發(fā)和研制的采煤機品種有50余種，是我國采煤機收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，

19、大量依靠進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。20世紀(jì)80年代采煤機的發(fā)展有如下特點： 1．重視采煤機系列的開發(fā)，擴(kuò)大使用范圍 20世紀(jì)70年代開發(fā)的采煤機，一種類型只有一個品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。20世紀(jì)80年代起重視系列化采煤機的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生出多種機型，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機系列化是20世紀(jì)80年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。 2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機工作可靠性的提高 總結(jié)20世紀(jì)70年代采煤機開發(fā)中的經(jīng)驗教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功

20、關(guān)內(nèi)容為：主電機的攻關(guān)，以解決燒機的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗，以德國齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達(dá)的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在20世紀(jì)80年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機構(gòu)等都列入重點攻關(guān)內(nèi)容。 3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全 在引進(jìn)大功率采煤機的同時，無鏈牽引技術(shù)傳入中國，德國艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒軌式無鏈牽引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國研制采煤機的無鏈牽引都向引進(jìn)機組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引

21、進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機更是如此。無鏈牽引使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機都采用無鏈牽引系統(tǒng)。 1．2．3 20世紀(jì)90年代至今是我國電牽引采煤機發(fā)展的時代 進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢在必行，此采煤機開發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是： （1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機：最具代表性的機型是MG2X400－W型采煤機。 （2）高性能電牽引采煤機：電牽引采煤機的研制從20世紀(jì)80年代開始起步，20世紀(jì)90年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流

22、兩種技術(shù)途徑。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，交流變頻調(diào)速技術(shù)在中厚煤層采煤機中推廣使用，上海分院先后開發(fā)成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和MG450/1020-WD等采煤機，變頻調(diào)速箱可以是機載，也可以是非機載。另外派生出8種機型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機械廠在引進(jìn)英國Electra1000直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出MG400/900-WD和MG250/600-WD型兩種電牽引采煤機，雞西煤機廠、遼源煤機廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機。 國產(chǎn)電牽引采煤機雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國家

23、的I采煤機相比，還存在較大的差距，所以一些有實力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時，把目光移到國外，進(jìn)口國外先進(jìn)電牽引采煤機。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國的7LS、6LS電牽引采煤機；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流電牽引采煤機，但由于價格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90年代采煤機技術(shù)發(fā)展的特點如下： 1．多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機發(fā)展的主流 我國開發(fā)的電牽引采煤機，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨的電動機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)彼此獨立，無動力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因而有取代電動機縱向布置的趨勢。 2．我國采煤機的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在

24、縮小 在裝機功率方面，我國的液壓牽引采煤機裝機功率達(dá)到800KW，電牽引采煤機裝機功率達(dá)到1020KW，其牽引功率為2X50KW，可滿足高產(chǎn)高效工作面對功率的要求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力已達(dá)到700KN，最大牽引速度達(dá)12．56m/min,微處理機的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。 3．液壓緊固技術(shù)的開發(fā)研究取得成功 采煤機連接構(gòu)件經(jīng)常松動是影響工作可靠性的重要因素，而且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機連接可靠性的問題。 回顧這30多年我國采煤機發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生

25、和仿制引進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從20世紀(jì)70年代主要靠進(jìn)口采煤機來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機占我國整個采煤機市場，這也是個了不起的進(jìn)步。 1.3 采煤機的發(fā)展趨勢 80年代以來，滾筒式采煤機在結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、可靠性和易維修性上都有很大的改進(jìn)。歸結(jié)起來，滾筒式采煤機有以下特征和發(fā)展趨勢： 1）增大功率和能力 為了適應(yīng)綜采工作面高產(chǎn)、高效和在不同地質(zhì)條件下快速截割煤巖的需要，不論厚、中厚和薄煤層的采煤機均在不斷增大裝機功率和生產(chǎn)能力。 2）電牽引采煤機已成為主導(dǎo)機型 目前電牽引采煤機已成為德國、英國、美國、日本和法國等主要生產(chǎn)

26、國的主導(dǎo)機型。 3）增大牽引速度和牽引力，并改進(jìn)無鏈牽引機構(gòu) 為了適應(yīng)綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機的牽引速度和牽引力都有較大的增大。 4）機器的結(jié)構(gòu)布置有新的發(fā)展 近年來不斷發(fā)展和研制出了多機橫向布置、部件可側(cè)面拉裝的整機箱式機身、縱向布置采煤機的牽引部和截割部合為一個部件、破碎機采用單獨電動機傳動、改進(jìn)擋煤板傳動裝置、無底托架或不用整體底托架等新的結(jié)構(gòu)布置方式。 5）截割滾筒的革新和改進(jìn) 截割滾筒的改進(jìn)是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤率和提高壽命等目標(biāo)進(jìn)行的其主要改進(jìn)有增大截深、采用強力截齒、增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設(shè)計CAD、高壓水射流噴霧降塵和助切

27、、加固滾筒結(jié)構(gòu)等方面。 6）擴(kuò)大采煤機的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機型 薄煤層、厚煤層、硬粘并有夾矸煤層、大傾角、破碎頂板等難采煤層的機型的發(fā)展有，開發(fā)出了薄煤層、厚煤層、大傾角、短機身、窄機身等機型。 7）提高采區(qū)工作電壓 80年代以前，各國采區(qū)工作面設(shè)備電壓多為1000V左右。隨著綜采設(shè)備向大功率發(fā)展，目前采煤機最大功率達(dá)1220kW ，截割電機最大功率達(dá)6000kW，刮板輸送機最大功率達(dá)1125kW，驅(qū)動電機最大功率達(dá)525 kW，加上工作面長度的不斷增長，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國生產(chǎn)的大功率采煤機，其供電電壓一般為2300、3300、4160和5000

28、V等幾檔。 8）采用微電子技術(shù)，實現(xiàn)機電液一體化的采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制 現(xiàn)代采煤機均裝有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制，這是代表采煤機水平的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代采煤機的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測，還可以對其采集信息進(jìn)行分析處理，再輸出顯示、存儲、控制和傳輸?shù)?，以實現(xiàn)檢測、預(yù)警、保護(hù)、健康診斷、事故查詢、維修指導(dǎo)和調(diào)度分析等多種功能。 9）貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化原則，加速開發(fā)適合不同地質(zhì)條件的新機型 目前各主要采煤機生產(chǎn)廠家都十分重視三化原則，將采煤機各主要部件 （如電動機、截割部固定減速箱、搖臂、滾筒、牽引部、截牽箱、行走箱、牽引機構(gòu)等

29、）制定標(biāo)準(zhǔn)，作為適合不同條件的通用部件，各部件間的連接尺寸一致。這樣，就可以根據(jù)不同的地質(zhì)條件的要求，很容易用積木式方法將各部件組合成新機型，以擴(kuò)大采煤機的系列和加速研制過程。 10）提高采煤機的可靠性和壽命，提高易維修性，縮短井下更換部件時間，延長大修周期，提高機器的使用率和開機率。 1.4 采煤機的類型及主要組成 采煤機有不同的分類方法：按工作機構(gòu)形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C；按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引采煤機；按牽引部位置可分為內(nèi)牽引和外牽引；按牽引部動力可分為機械牽引、液壓牽引與電牽引；按工作機構(gòu)位置可分為額面式與側(cè)面式；還可以按層厚和傾角來分類。

30、第二章 總體方案的確定 2．1 MG300/700-WD型機載交流電牽引采煤機，該機裝機功率700KW，截割功率2300KW,牽引功率 該采煤機使用的電氣控制箱符合礦用電氣設(shè)備防爆規(guī)程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險的礦井中使用，并可在海拔不超過2000m、周圍介質(zhì)溫度不超過＋40℃或低于－10℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導(dǎo)電塵埃的情況下使用。 2．1．2主要技術(shù)參數(shù) 該機的主要技術(shù)參數(shù)如下： 采高 m 1.8-4.2 截深 mm 800 適應(yīng)傾角 　 ≤ 45 滾筒直徑 mm Φ2000, Φ2200 滾筒轉(zhuǎn)速 r/min

31、 31.4,36,41 搖臂長度 mm 2200 牽引力 KN 500 牽引速度 m/min 0-8.2/11 牽引型式 　 齒輪 - 銷軌 機面高度 mm 1726 最小臥底量 mm 265 滅塵方式 　 內(nèi)外噴霧 裝機功率 kw 3002+372+18.5 電壓 v 1140 機重 t 41 2．1．3 MG300/700-WD型采煤機采用多電機橫向布置方式，截割部用銷軸與牽引部聯(lián)結(jié)，左、右牽引部及中間箱采用高強度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，在中間箱中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機具有以

32、下特點： 1．截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身連接沒有動力傳遞，取消了縱向布置結(jié)構(gòu)中的螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 2．主機身分為三段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)簡單可靠、拆裝方便。 2．2搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定 由于煤層地質(zhì)條件的多樣性，煤炭生產(chǎn)需要多種類型和規(guī)格的采煤機。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機，可以給生產(chǎn)帶來很多方便。系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是采掘機械發(fā)展的必然趨勢。所以，這里把左右搖臂設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)。 2．3截割部電動機的選擇 由設(shè)計要求知，截割部功率為3002KW，即每個截割部功率為3

33、00KW。根據(jù)礦下電機的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對安全;而且電機工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強，效率高。據(jù)此選擇由撫順廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動機YBC3─300,其主要參數(shù)如下： 額定功率：300KW； 額定電壓：1140V 額定電流：206A; 額定轉(zhuǎn)速：1475P/m 額定功率：50HZ; 絕緣等級： H 接線方式：Y 工作方式：S1

34、 質(zhì)量： 1502KG 冷卻方式：外殼水冷 該電機總體呈圓形, 其電動機輸出軸上帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給搖臂的齒輪減速機構(gòu)。 2．4傳動方案的確定 2．4．1 傳動比的確定 滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)低速化的趨勢。滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒截割和裝載過程影響都很大；但對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。 總傳動比 ——電動機轉(zhuǎn)速 r/mi

35、n ——滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 2.4.2 傳動比的分配 在進(jìn)行多級傳動系統(tǒng)總體設(shè)計時，傳動比分配是一個重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比的確定有如下原則： 1．各級傳動的傳動比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過所允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點，使減速器獲得最小外形。 2.各級傳動間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應(yīng)便于安裝。 3．使各級傳動的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強度。 4．使各級傳動中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大

36、致相等，從而使?jié)櫥容^方便。 由于采煤機在工作過程中常有過載和沖擊載荷，維修比較困難，空間限制又比較嚴(yán)格，故對行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先確定行星減速機構(gòu)的傳動比。 本次設(shè)計采用NWG型行星減速裝置，其原理如圖所示： 該行星齒輪傳動機構(gòu)主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪g、行星架x等組成。傳動時，內(nèi)齒圈b固定不動，太陽輪a為主動輪，行星架x上的行星輪g—面繞自身的軸線ox—ox轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動行星架x回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)減速。運轉(zhuǎn)中，軸線ox—ox是轉(zhuǎn)動的。 這種型號的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳動功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機

37、截割部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減速機構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動比一般為2.1～13.7。如上圖所示，當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動件，行星架g為從動件時，傳動比的推薦值為2.7～9。查閱文獻(xiàn)[4],采煤機截割部行星減速機構(gòu)的傳動比一般為4～6。這里定行星減速機構(gòu)傳動比 則其他三級減速機構(gòu)總傳動比 36.755.747=6.39 由于采煤機機身高度受到嚴(yán)格限制，每級傳動比一般為根據(jù)前述多級減數(shù)齒輪的傳動比分配原則和搖臂的具體結(jié)構(gòu)，初定各級傳動比為： 以此計算

38、，四級減速傳動比的總誤差為： 1．562．295．747）36．75＝0．2‰ 在誤差允許范圍5﹪內(nèi)，合適。 2.5 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 2.5.1各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確 各軸轉(zhuǎn)速計算： 從電動機出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。 Ⅰ軸 min Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅵ軸 各軸功率計算： Ⅰ軸 0.99=297 Ⅱ軸 0.980.99=288.15 Ⅲ軸 0.980.99=279.56 Ⅳ軸 0.980.990.99

39、=271.23 Ⅴ軸 0.980.990.99=263.15 Ⅵ軸 0.980.99=255.31 Ⅶ軸 0.980.990.99=247.70 Ⅷ軸 0.980.990.99=240.32 各軸扭矩計算: Ⅰ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅶ軸 Ⅷ軸 將上述計算結(jié)果列入下表,供以后設(shè)計計算使用 運動和動力參數(shù) 編號 功率/kW 轉(zhuǎn)速n/(rmin) 轉(zhuǎn)矩T/(Nm) 傳動比 Ⅰ軸 297 1470 1

40、929.5 1.79 Ⅲ軸 279.56 821.2 3251.1 Ⅳ軸 271.23 526.43 4920.4 1.56 Ⅶ軸 247.70 229.88 10290.3 2.29 Ⅷ軸 240.32 229.88 427494.2 5.747 2.6 齒輪設(shè)計及強度效核： 這里主要是根據(jù)查閱的相關(guān)書籍和資料，借鑒以往采煤機截割部傳動系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動的功率、轉(zhuǎn)矩以及各級傳動的效率，進(jìn)而對各級齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，具體計算過程級計算結(jié)果如下：統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動的功率、轉(zhuǎn)矩以及各

41、級傳動的效率，進(jìn)而對各級齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，截割部齒輪的設(shè)計及強度效核，具體計算過程及計算結(jié)果如下： 齒輪1和惰輪2的設(shè)計及強度效核 計算過程及說明 計算結(jié)果 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn)1表8-17 齒輪選用20GrMnTi滲碳淬火 2)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取 小輪分度圓直徑，由式（8－64）得 齒寬系數(shù)查文獻(xiàn)1表8－23按齒輪相對軸承為非對稱布置，?。?．6 小輪齒數(shù) =19 惰輪齒數(shù) ＝34.01 齒數(shù)比 ＝ 傳動比誤差 誤差

42、在范圍內(nèi) 小輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 由式（8－54）得 使用系數(shù) 查表8－20 動載荷系數(shù) 查圖8－57得初值 齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60 齒間載荷分配系數(shù) 由式8－55及得 ＝[1.88－3.2(1/19+1/34)]=1.617 查表8－21并插值 ＝1 則載荷系數(shù)的初值 彈性系數(shù) 查表8－22 ＝189.8 節(jié)點影響系數(shù) 查圖8－64 重合度系數(shù) 查圖8－65 許用接觸應(yīng)力 由式得 ＝ 接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得

43、 則 查圖8－70得接觸強度得壽命系數(shù) 硬化系數(shù) 查圖8－71及說明 接觸強度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取 故的設(shè)計初值為 齒輪模數(shù) 查表8－3 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝ 圓周速度 與估取很相近，對取值影響不大，不必修正 ＝1.11， 小輪分度圓直徑 惰輪分度圓直徑 中心距 齒寬 惰輪齒寬 小輪齒寬 齒根彎曲疲勞強度效荷計算 由式 齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪

44、 大輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪 大輪 重合度系數(shù),由式8－67 許用彎曲應(yīng)力由式8－71 彎曲疲勞極限 查圖8－72 彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73 尺寸系數(shù) 查圖8－74 安全系數(shù) 查表8－27 則 4. 齒輪幾何尺寸計算 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑

45、 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚 中心距 圓整 HRC 56～62 公差組6級 ＝0．6 =19 ＝34 ＝1.79 合適 ＝1．75 ＝1．11 ＝1.08 ＝1 ＝189.8 ＝2.5 ＝0.897 ＝1

46、mm ＝171mm , .5mm mm ＝2.86 ＝2.47 =1.54 =1.63 ＝1 ＝2 齒輪4和齒輪5設(shè)計及強度效核： 1)選擇齒輪材料 查文獻(xiàn)1表8-17 齒輪選用20GrMnTi滲碳淬火 2)按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 確定齒輪傳動精度等級，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取 小輪分度圓直徑，由式（8－64）得 齒寬系數(shù)查文獻(xiàn)1表8－23按齒輪相對軸承

47、為非對稱布置，?。?．6 小輪齒數(shù) 大輪齒數(shù) ＝35.88圓整取 齒數(shù)比 ＝ 傳動比誤差 誤差在范圍內(nèi) 小輪轉(zhuǎn)矩 載荷系數(shù) 由式（8－54）得 使用系數(shù) 查表8－20 動載荷系數(shù) 查圖8－57得初值 齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60 齒向載荷分配系數(shù) 由式8－55及得 ＝[1.88－3.2(1/23+1/36)]=1.65 查表8－21并插值 ＝1.1 則載荷系數(shù)的初值 彈性系數(shù) 查表8－22 ＝189.8 節(jié)點影響系數(shù) 查圖8－64

48、重合度系數(shù) 查圖8－65 許用接觸應(yīng)力 由式得 ＝ 接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得 則 查圖8－70得接觸強度得壽命系數(shù) 硬化系數(shù) 查圖8－71及說明 接觸強度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取 圓整 齒輪模數(shù) 查表8－3 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝ 圓周速度 與估取很相近，對取值影響不大，不必修正＝1.18， 小輪分度圓直徑 惰輪分度圓直徑 中心距 齒寬 惰輪齒寬 小輪

49、齒寬 齒根彎曲疲勞強度效荷計算 由式 齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪 大輪 應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪 大輪 重合度系數(shù),由式8－67 許用彎曲應(yīng)力由式8－71 彎曲疲勞極限 查圖8－72 彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73 尺寸系數(shù) 查圖8－74 安全系數(shù) 查表8－27 則 (4)齒輪幾何尺寸計算 分度圓直徑 齒頂高

50、 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚 中心距 圓整 HRC 56~62 公差組7級 ＝0．6 =23 ＝36 ＝1.565 合適 ＝1.75 ＝1.18 ＝1.08 ＝1.1 ＝189.

51、8 ＝2.5 ＝0.87 ＝1 ＝2.71 ＝2.45 =1.58 =1.64 ＝0.98 ＝2 齒輪6和惰輪7的幾何尺寸計算： 齒輪幾何尺寸計算： 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑

52、 齒根圓直徑 基圓直徑 齒距 齒厚 中心距 圓整 惰輪8和齒輪9的幾何尺寸計算： 齒輪幾何尺寸計算： 分度圓直徑 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑

53、 基圓直徑 齒距 齒厚 中心距 圓整 由于齒輪的強度效核方法都是相似的，因而對其它齒輪的強度效核過程安排在設(shè)計說明書以外的篇幅中進(jìn)行，并全部強度驗算合格。 2.7　軸的設(shè)計及強度效核 先確定Ⅲ軸 1.選擇軸的材料 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理 2.軸徑的初步估算

54、 由表4－2取A＝115， 可得 3.求作用在齒輪上的力 Ⅲ軸上大齒輪分度圓直徑為： 圓周力，徑向力和軸向力的大小如下 小輪分度圓直徑為： 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）擬定軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 Ⅰ段安裝調(diào)心滾子軸承。軸承型號22219c，尺寸 取軸段直徑 取齒輪距箱體內(nèi)壁距離軸承距箱體內(nèi)壁則： Ⅱ段安裝齒輪，齒輪左端采用套筒定位，右端使用軸肩定位，取軸段直徑軸段長度

55、 Ⅲ段取齒輪右端軸肩高度軸環(huán)直徑91軸段長 Ⅳ段用于裝軸承，選用深溝球軸承Nj419，尺寸，取軸段直徑軸段長164 2）軸上零件的周向定位 兩個齒輪均采用花鍵聯(lián)結(jié)，花鍵適用于載荷較大和定心精度要求較高的靜聯(lián)接和動聯(lián)接，它的鍵齒多，工作面總接觸面積大，承載能力高，它的鍵布置對稱，軸、轂受力均勻，齒槽淺，應(yīng)力集中較小，對軸和輪轂的消弱小。 花鍵尺寸為： 軸承與軸的周向定位采用過渡配合保證的，因此軸段直徑公差取為. 軸端倒角 5.軸的強度效核： 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算

56、簡圖： 2） 求支反力： 水平面： 垂直面： 3） 計算彎矩，繪彎矩圖 水平彎矩：圖（b）所示 垂直面彎矩：圖（c）所示 合成彎矩：圖（d）所示 4) 扭矩： 5） 計算當(dāng)量彎矩：圖（f）所示 顯然D處為危險截面，故只對該處進(jìn)行強度效核 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表4－1得

57、 由得 取 < 6.安全系數(shù)效核計算： 1）確定參數(shù) 由前述計算可知： 抗扭截面模量： 2）計算應(yīng)力參數(shù) 彎曲應(yīng)力幅 因彎矩為對稱循環(huán)，故彎曲平均應(yīng)力 扭剪應(yīng)力幅 因轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，故扭剪平均應(yīng)力 3）確定影響系數(shù) 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表4－1查得，

58、 軸肩圓角處得有效應(yīng)力集中系數(shù) 根據(jù) 由表4－5經(jīng)插值可得： 尺寸系數(shù)、 根據(jù)軸截面為圓截面查圖4－18得：＝0.75 =0.85 表面質(zhì)量系數(shù)、 根據(jù)和表面加工方法為精車，查圖4－19，得 ＝＝0.88 。材料彎曲扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)、 取＝0.1 ＝0.5=0.05 可得： 所以強度足夠。 2.8 行星齒輪傳動設(shè)計計算過程 以下參考《現(xiàn)代機械傳動手冊》 機械工業(yè)出版社 已知：輸入功率247.70kW,轉(zhuǎn)速=229.88kW，輸出

59、轉(zhuǎn)速=40r/min 1．齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定 太陽輪和行星輪的材料為20CrNi2MoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57～61HRC。因為對于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高級滲碳鋼，經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。 試驗齒輪齒面接觸疲勞極限MPa 試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限： 太陽輪： 行星輪： 齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級。 內(nèi)齒圈的材料為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS. 試驗齒輪的接觸疲勞極限：

60、 試驗齒輪的彎曲疲勞極限： 齒形的終加工為插齒，精度為7級。 2．確定各主要參數(shù)： ⑴行星機構(gòu)總傳動比：i=5.747，采用一級NGW型行星減速機構(gòu)。 ⑵行星輪數(shù)目, 根據(jù)表2.9-3及傳動比i，取。 ⑶載荷不均衡系數(shù)，采用太陽輪浮動和行星架浮動的均載機構(gòu)，取 =1.15 ⑷配齒計算 太陽輪齒數(shù) 式中取 c=20（整數(shù)） 內(nèi)齒圈齒數(shù) 行星輪齒數(shù) ⑸a-c齒輪接觸強度初步計算按表義14-1-60中的公式計算中心距 1.輸入扭矩

61、 2.設(shè)載荷不均勻系數(shù) 3.在一對a-c傳動中，太陽輪傳遞的扭矩： 4.查表14-1-61 （《機械設(shè)計手冊》第三版，第3卷化工出版社）得： 接觸強度使用的綜合系數(shù)K=2.0（k=1.6～2.2） 5. 齒數(shù)比 6.取齒寬系數(shù) 7.初定中心距，將以上各值代入強度計算公式，得： 取 8.計算模數(shù)m 取標(biāo)準(zhǔn)值 m=8（mm） 9.未變位時中心距a 10. 初選嚙合角： 查圖14-5-2，取 11.中心距

62、變動系數(shù)， 12.實際中心距 取 13.a-c齒輪傳動的主要尺寸 A．實際中心距變動系數(shù)y B．實際嚙合角 C．總變位系數(shù) D．分配變位系數(shù)： 和 取 （見《機械傳動

63、裝置設(shè)計手冊》上冊） 14.齒頂降低系數(shù) (6) c-b傳動 嚙合角， 式中， 代入 變位系數(shù)和 中心距變動系數(shù) 齒頂降低系數(shù) 分配變位系數(shù) 3.幾何尺寸計算 分度圓 齒頂圓 齒根圓 基圓直徑 此頂高系數(shù)

64、 太陽輪，行星輪— 內(nèi)齒輪— 頂隙系數(shù) 太陽輪，行星輪— 內(nèi)齒輪— 代入上組公式計算如下： 太陽輪 行星輪 內(nèi)齒輪 太陽輪，齒寬b 由表2.5-12,取 則 取 ～ 4.嚙合要素驗算 ⑴ a-c傳動端面重合度 A.頂圓齒形曲徑 太陽輪 行星輪 B.端面嚙合長度

65、 式中“”號正號為外嚙合，負(fù)號為內(nèi)嚙合； — 端面節(jié)圓嚙合角 直齒輪 C.端面重合度 ⑵.c-b端面重合度 A.頂圓齒形曲徑 由上式計算得 行星輪 內(nèi)齒輪 B.端面嚙合長度 C. 端面重合度 5.齒輪強度驗算 (1)㈠

66、.a-c傳動 （以下為相嚙合的小齒輪（太陽輪）的強度計算過程，太陽輪（行星輪）的計算方法相同。） ⑴.確定計算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 名義圓周力 ⑵.應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式中 —太陽輪相對于行星架的轉(zhuǎn)速, ； —壽命期內(nèi)要求傳動的總運轉(zhuǎn)時間，。 ⑶.確定強度計算中的各種系數(shù) A.使用系數(shù) 根據(jù)對截割部使用負(fù)荷的實測與分析，?。ㄝ^大沖擊） B.動負(fù)荷系數(shù) 因為 和 可根據(jù)圓周速度： 和 由圖2.4-4查得6級精度時：