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編號(hào)：（ ）字 號(hào)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)
馬動(dòng)地 21040247
機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)04-2
題目：
姓名： 學(xué)號(hào)：
班級(jí)：
二〇〇八年六月
第85頁
中國礦業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
1概述
1.1采煤機(jī)的發(fā)展概況
機(jī)械化采煤開始于二十世紀(jì)40年代，是隨著采煤機(jī)械的出現(xiàn)而開始的。40年代初期，英國、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，德國生產(chǎn)了刨煤機(jī)，使工作面落煤、裝煤實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。但當(dāng)時(shí)的采煤機(jī)都是鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)，能耗大、效率低，加上工作面輸送機(jī)不能自移，所以限制了采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高。
50年代初期，英國、德國相繼生產(chǎn)出滾筒式采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)和單體液壓支柱，大大推進(jìn)了采煤機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)采煤機(jī)上的滾筒是死滾筒，不能實(shí)現(xiàn)調(diào)高，因而限制了采煤機(jī)的適用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機(jī)為第一代采煤機(jī)。
60年代是世界綜采技術(shù)的發(fā)展時(shí)期，第二代采煤機(jī)——單搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，解決了采高調(diào)整問題，擴(kuò)大了采煤機(jī)的適用范圍，特別是1964年第三代采煤機(jī)——雙搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，進(jìn)一步解決了工作面自開缺口的問題，再加上液壓支架和可彎曲輸送機(jī)的不斷完善等等，把綜采技術(shù)推向了一個(gè)新水平，并且在生產(chǎn)中顯示了綜采機(jī)械化采煤的優(yōu)越性——高產(chǎn)、高效、安全和經(jīng)濟(jì)。
進(jìn)入70年代，綜采機(jī)械化得到了進(jìn)一步的發(fā)展和提高，綜采設(shè)備開始向大功率、高效率及完善性能和擴(kuò)大使用范圍等方向發(fā)展。1970年采煤機(jī)無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及1976年出現(xiàn)的第四代采煤機(jī)——電牽引采煤機(jī)，大大改善了采煤機(jī)的性能，并擴(kuò)大了它的使用范圍。
80年代，德國、美國、英國都開發(fā)成功各種交、直流電牽引采煤機(jī)，同時(shí)把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用在采煤機(jī)上。并且開始重視系列化采煤機(jī)的開發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)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(jī)系列化是20世紀(jì)80年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。
至此，緩傾斜中厚煤層的綜采機(jī)械化問題已經(jīng)基本得到解決，專家開始對(duì)實(shí)現(xiàn)厚煤層、薄煤層、急傾斜及其它難采煤層開采的綜采機(jī)械的研發(fā)，以適用不同的開采條件。
1.2國際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
80 年代以來, 世界各主要產(chǎn)煤國家, 為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和實(shí)現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)的需要, 積極采用新技術(shù), 不斷加速更新滾筒采煤機(jī)的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu), 相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機(jī)。其中, 最具代表的是英國安德森的Eiect ra 系列, 德國艾柯夫的SL 系列, 美國喬依的LS 系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列電牽引采煤機(jī)。這些采煤機(jī), 體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機(jī)的最新發(fā)展方向。
德國艾柯夫公司, 整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為機(jī)身3 段式, 兩邊傳動(dòng)部分為鑄造箱體結(jié)構(gòu), 中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu), 搖臂為分體聯(lián)結(jié), 左右對(duì)稱通用, 可滿足不同的配套要求; 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩直流電機(jī)他激并列, 電樞采用微機(jī)控制, 勵(lì)磁采用串聯(lián), 既能滿足四象限運(yùn)行, 又能滿足雙牽引, 趨于負(fù)載均衡, 目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國喬依公司從3LS～7LS , 機(jī)身為3 段焊接結(jié)構(gòu)形式, 搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用, 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)為2電機(jī)串激串聯(lián), 目前已開始投入使用7LS 交流電牽引采煤機(jī)。日本三井三池公司RD101101 和RD102102 均為交流電牽引采煤機(jī), 其結(jié)構(gòu)形式為以前的截割電機(jī)布置在機(jī)身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式, 機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜?？偨Y(jié)這些國家電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn):
(1) 裝機(jī)功率和截割電動(dòng)機(jī)功率有較大幅度增加為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要, 不論是厚、中厚和薄煤層采煤機(jī), 均在不斷加大裝機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率) 。裝機(jī)功率大都在1000kW 左右, 單個(gè)截割電機(jī)功率都在375kW以上, 最高達(dá)600kW。直流電牽引功率最大達(dá)2 ×56kW , 交流電牽引功率最大達(dá)2 ×60kW。
(2) 電牽引采煤機(jī)已取代液壓牽引采煤機(jī)而成為主導(dǎo)機(jī)型 世界各主要采煤機(jī)廠商20 世紀(jì)80 年代都已把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開發(fā)電牽引采煤機(jī), 如德國艾柯夫公司是最早開發(fā)電牽引采煤機(jī)的, 80 年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機(jī), 研制出EDW 系列電牽引采煤機(jī), 90 年代又研制成功交流直流兩用SL300 ,SL400 , SL500 型采煤機(jī)。美國喬依公司70 年代中期開始開發(fā)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流電牽引采煤機(jī), 80 年代先后推出3LS , 4LS 和6LS 3 個(gè)新機(jī)型, 其電控系統(tǒng)多次改進(jìn), 更趨完善。英國安德森公司80 年代中期先后開發(fā)了EL ECTRA1000和EL ECTRA 薄煤層電牽引采煤機(jī)。日本三井三池公司80 年代中期著手開發(fā)高起點(diǎn)交流電牽引采煤機(jī), 最具代表的是MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤機(jī), 為國際首創(chuàng)。法國薩吉姆公司在90 年代也已研制成功Panda2E 型交流電牽引采煤機(jī)。交流電牽引近幾年發(fā)展很快, 由于技術(shù)先進(jìn),可靠性高、簡單, 有取代直流電牽引的趨勢(shì)。自日本80 年代中期研制成功第1 臺(tái)交流電牽引采煤機(jī),至今除美國外, 其它國家如德國、英國、法國等都先后研制成功交流電牽引采煤機(jī), 是今后電牽引采煤機(jī)發(fā)展的新目標(biāo)。
(3) 牽引速度和牽引力不斷增大液壓牽引采煤機(jī)的最大牽引速度為8m/ min 左右, 而實(shí)際可用割煤速度為4 ～5m/ min , 不適應(yīng)快速割煤需要。電牽引采煤機(jī)牽引功率成倍增加, 最大牽引速度達(dá)15～20m/ min , 美國18m/ min 的牽引速度很普遍,美國喬依公司的1 臺(tái)經(jīng)改進(jìn)的4LS 采煤機(jī)的牽引速度高達(dá)2815m/ min。由于采煤機(jī)需要快速牽引割煤, 滾筒截深的加大和轉(zhuǎn)速的降低, 又導(dǎo)致滾筒進(jìn)給量和推進(jìn)力的加大, 故要求采煤機(jī)增大牽引力, 目前已普遍加大到450～600kN , 現(xiàn)正研制最大牽引力為1000kN 的采煤機(jī)。
(4) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā)展：70 年代中期僅有美國的LS 系列采煤機(jī)、西德EDW215022L22W 型采煤機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng), 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立, 部件之間無機(jī)械傳動(dòng), 取消了錐齒輪傳動(dòng)副和復(fù)雜通軸, 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單, 裝拆方便。目前, 這類采煤機(jī)既有電牽引, 也有液壓牽引, 既有中厚煤層用大功率, 也有薄煤層的, 有取代傳統(tǒng)的截割電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。
(5) 滾筒的截深不斷增大 牽引速度的加快,支架隨機(jī)支護(hù)也相應(yīng)跟上, 使機(jī)道空頂時(shí)間縮短,為加大采煤機(jī)截深創(chuàng)造了條件。10 年前滾筒采煤機(jī)截深大都是630 ～ 700mm , 現(xiàn)已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美國正在考慮采用1500mm 截深的可能性。
(6) 普遍提高供電電壓：由于裝機(jī)功率大幅度提高, 為了保證供電質(zhì)量和電機(jī)性能, 新研制的大功率電牽引采煤機(jī)幾乎都提高供電電壓, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美國現(xiàn)有長壁工作面中, 45 %以上的電牽引采煤機(jī)供電電壓為≥2300V。
(7) 有完善的監(jiān)控系統(tǒng)：包括采用微處理機(jī)控制的工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動(dòng)控制系統(tǒng); 就地控制、無線電隨機(jī)控制, 并已能控制液壓支架、輸送機(jī)動(dòng)作和滾筒自動(dòng)調(diào)高。
(8) 高可靠性：據(jù)了解美國使用的EL ECTRA 1000 型采煤機(jī)的時(shí)間利用率可達(dá)95 %～98 % ,采煤量350 萬t 以上,最高達(dá)1000 萬
1.3國內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
1.3.1. 20世紀(jì)70年代是我國綜合機(jī)械化采煤起步階段
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(jī)，另一方面改進(jìn)普采配套的DY100型、DY150型單滾筒采煤機(jī)；70年代中后期，制造出MLS3-170型雙滾筒采煤機(jī)。20世紀(jì)70年代我國采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)：
1．裝機(jī)功率小
例如，MLS3-170型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率170KW；KD-150型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率150KW；DY-100和DY-150型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率100KW和150KW。
2．有鏈牽引，輸出牽引力小
此時(shí)期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動(dòng)，傳遞牽引力小，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(jì)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(jī)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(jī)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(jī)的壽命普遍較低,特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。
1.3.2 20世紀(jì)80年代是我國采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)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(jī)生產(chǎn)國如英國、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(shí)通過20世紀(jì)70年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，確立了我國采煤機(jī)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(jī)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(jī)的研制。
據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代自行開發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有50余種，是我國采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，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(jī)的發(fā)展有如下特點(diǎn)：
1．重視采煤機(jī)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(jī)，一種類型只有一個(gè)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(jī)的開發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)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(jī)系列化是20世紀(jì)80年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。
2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高
總結(jié)20世紀(jì)70年代采煤機(jī)開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機(jī)開發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī)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(yàn)，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(jī)構(gòu)等都列入重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。
3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全
在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時(shí)，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(jī)的無鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機(jī)更是如此。無鏈牽引使采煤機(jī)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(jī)都采用無鏈牽引系統(tǒng)。
1.3.3 20世紀(jì)90年代至今是我國電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)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(shì)在必行，此采煤機(jī)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(jī)：最具代表性的機(jī)型是MG2X400－W型采煤機(jī)。
（2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)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(jī)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(jī)，變頻調(diào)速箱可以是機(jī)載，也可以是非機(jī)載。另外派生出8種機(jī)型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機(jī)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(jī)，雞西煤機(jī)廠、遼源煤機(jī)廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。
國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國家的I采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實(shí)力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時(shí)，把目光移到國外，進(jìn)口國外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國的7LS、6LS電牽引采煤機(jī)；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(jī)，但由于價(jià)格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)如下：
1．多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流
我國開發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，無動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因而有取代電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。
2．我國采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小
在裝機(jī)功率方面，我國的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到800KW，電牽引采煤機(jī)裝機(jī)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(duì)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(jī)的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機(jī)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(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動(dòng)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(jī)中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問題。
回顧這30多年我國采煤機(jī)發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進(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(jī)來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機(jī)占我國整個(gè)采煤機(jī)市場，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。
我國從20 世紀(jì)80 年代末期, 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發(fā)了我國第1 臺(tái)MG3442PWD薄煤層強(qiáng)力爬底板交流電牽引采煤機(jī), 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD 電牽引采煤機(jī)的電牽引技術(shù), 對(duì)液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新。第1 臺(tái)MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機(jī)是在雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MG300 系列液壓牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時(shí), 在太原礦山機(jī)器廠生產(chǎn)的AM2500 液壓牽引采煤機(jī)上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造MG375/8302WD 型電牽引采煤機(jī)。截止目前, 我國已形成5 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地, 雞西煤礦機(jī)械廠、太原礦山機(jī)器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī), 西安煤礦機(jī)械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。我國近期開發(fā)的電牽引采煤機(jī)有以下特點(diǎn):
(1) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置電牽引采煤機(jī)。截割電機(jī)橫向布置在搖臂上, 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。
(2) 總裝機(jī)功率、牽引功率大幅度提高, 供電電壓(對(duì)單個(gè)電機(jī)400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機(jī)性能。
(3) 電牽引采煤機(jī)以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位, 部分廠商同時(shí)也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。
(4) 主機(jī)身多分為3 段, 取消了底托架, 各零部件設(shè)計(jì)、制造強(qiáng)度大大提高, 部件間用高強(qiáng)度液壓螺母聯(lián)接, 拆裝方便, 提高了整機(jī)的可靠性。
(5) 電控技術(shù)研究和采煤機(jī)電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進(jìn)了一大步, 功能逐步齊全, 無線電隨機(jī)控制研制成功, 數(shù)字化、微機(jī)的電控裝置已進(jìn)入試用階段。
(6) 在橫向布置的截割電機(jī)上, 設(shè)計(jì)使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸,改善了傳動(dòng)件的可靠性, 對(duì)提高采煤機(jī)的整體可靠性和時(shí)間利用率起到了積極作用。
(7) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究, 推進(jìn)了我國的滾筒及截齒制造技術(shù),開發(fā)研制的耐磨滾筒,可適用于截割f = 3～4 的硬煤。具有使用中軸向力波動(dòng)小,工作平穩(wěn)性好,塊煤率高,能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
1.4采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
電牽引采煤機(jī)經(jīng)過25年的發(fā)展，技術(shù)已趨成熟。新一代大功率電牽引采煤機(jī)已集中采用了當(dāng)今世界最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成為具有人工智能的高自
動(dòng)化機(jī)電設(shè)備代替液壓牽引已成必然。技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)可簡要?dú)w結(jié)如下:
⑴電牽引系統(tǒng)向交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)發(fā)展。
⑵結(jié)構(gòu)形式向多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置發(fā)展。
⑶監(jiān)控技術(shù)向自動(dòng)化、智能化、工作面系統(tǒng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展。
⑷性能參數(shù)向大功率、高參數(shù)發(fā)展。
⑸綜合性能向高可靠性和高利用率發(fā)展。
國內(nèi)電牽引采煤機(jī)研制方向與國際發(fā)展基本一致經(jīng)過近15年的研究，已取得較大進(jìn)展但離國際先進(jìn)水平特別是在監(jiān)控技術(shù)及可靠性方面尚有較
大差距，必須進(jìn)行大量的技術(shù)和試驗(yàn)研究。
1.5采煤機(jī)類型
滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速傳動(dòng)方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送乳汁機(jī)配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類。
按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。按行走機(jī)構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速方式分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)（通常簡稱機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引采煤機(jī)）。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機(jī)。按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割（主）電動(dòng)機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割（主）電動(dòng)機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)。
兩種總體結(jié)構(gòu)布置方式的分析比較：
1)整機(jī)布置
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)由左、右搖臂、左、右截割部固定減速箱、主(副)電機(jī)、牽引泵箱和中間箱共七段(或八段)組成。截割電機(jī)布置在采煤機(jī)中段、采用偏心兩端出軸，一側(cè)留出足夠?qū)挾裙┌惭b采煤機(jī)電器與控制元件。各大部件間除對(duì)接聯(lián)接外，還通過地腳螺柱與底托架相聯(lián)、因而機(jī)身較長。但機(jī)身寬度可做得窄些，有利于減小控頂距。
橫向布置
滾筒采煤機(jī)采用橫向布置時(shí)，截割主電機(jī)與搖臂直接相聯(lián)，中間段是左、右牽引行走減速箱和中間箱(其中分成調(diào)高泵箱和電控箱兩個(gè)隔腔)。這種布置方式，機(jī)身較短，無底托架，（為了克服調(diào)斜底托架鉸接點(diǎn)多、間圍大、扳動(dòng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難維護(hù)等缺點(diǎn)，近年來采煤機(jī)改用固定式底托架，在多電機(jī)布局推廣中又發(fā)展了框式底托架。機(jī)器各主要部件以插件形式裝入底托架。另-趨勢(shì)是取消底托架，直接用強(qiáng)力液壓自鎖螺栓將采煤機(jī)各部件固定在一起。螺栓的張緊力約為500kN,巨大的張緊力將各部件聯(lián)為一個(gè)整體，采煤機(jī)因此沒有底托架，使得總體結(jié)構(gòu)簡化，并且增加了過煤空間。采煤機(jī)工作過程中要承受震動(dòng)沖擊載荷，聯(lián)結(jié)件采用普通高強(qiáng)度螺栓時(shí)，松動(dòng)現(xiàn)象不可避免。由于采煤機(jī)工作環(huán)境的特殊性，要求螺栓松動(dòng)后隨時(shí)緊固和檢修時(shí)按規(guī)定緊固所有聯(lián)接螺栓是無法做到的。因此，采煤機(jī)在聯(lián)結(jié)件松動(dòng)的情況下仍繼續(xù)工作是一種普遍現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致采煤機(jī)部件和機(jī)身限位裝置損壞和機(jī)器殼的某些部位變形。液壓螺栓的使用從根本上解決了這些問題
2)動(dòng)力傳遞
縱向布置
縱向布置形式的采煤機(jī)，各大部件間都有動(dòng)力傳遞，部件間的聯(lián)接對(duì)中要求高。聯(lián)接面存在有漏油環(huán)節(jié)。
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)各大部件間沒有動(dòng)力傳遞、獨(dú)立性強(qiáng)，安裝、維護(hù)、檢修方便。
3)受力狀況
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)，其搖臂支承座受到的截割阻力、油缸支承座受到的支承反力、行走機(jī)構(gòu)受到的牽引反力均由牽引行走箱箱體來承受。受力情況簡化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)，上述幾種力都要通過底托架及其對(duì)接螺栓和各大部件的對(duì)接螺栓來承受，一旦這些聯(lián)接螺栓有松動(dòng)，會(huì)帶來嚴(yán)重后果。
4)部件設(shè)計(jì)的合理性
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)．由于截割電機(jī)橫向布置、從截割電機(jī)出軸到滾筒輸出軸，全部采用正齒輪傳動(dòng)，省去一對(duì)加工、調(diào)整復(fù)雜的錐齒輪傳動(dòng)．使結(jié)構(gòu)簡化、傳動(dòng)效率高、降低制造成本。
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)，因截割電機(jī)布置在中間段。從電機(jī)到滾筒輸出軸必須有一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)，因此加工、調(diào)整都比較復(fù)雜、制造成本高；由于電機(jī)布置在機(jī)身中段，動(dòng)力從電機(jī)傳到左、右滾筒輸出軸，其中一端必須通過液壓泵箱。為此，需要有一根貫穿液壓泵箱全長的通軸，給泵箱的設(shè)計(jì)帶來一定的難度，也使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
5)對(duì)煤層的適應(yīng)性
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)對(duì)煤層厚度的適應(yīng)強(qiáng)，綜采和普采都有機(jī)型。
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)，因主電機(jī)的長度尺寸大，采煤機(jī)的寬度相應(yīng)增大。工作面的控頂距大。因而，在普采或煤層較薄以及對(duì)工作面的控頂距有嚴(yán)格要求的情況下，橫向布置的采煤機(jī)在使用上受到一定的限制。隨著電機(jī)功率的增大，電機(jī)寬度加寬，對(duì)工作面支護(hù)會(huì)帶來困難。在較薄煤層時(shí)，如果使用橫向布置的采煤機(jī)，還存在一個(gè)截割電機(jī)擋煤的問題。
6)設(shè)置破碎結(jié)構(gòu)
橫向布置
橫向布置采煤機(jī)設(shè)置破碎結(jié)構(gòu)難度較大，目前國外雖然也有帶破碎結(jié)構(gòu)的，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且功率偏小，最大功率也只有75kw。
縱向布置
縱向布置采煤機(jī)的破碎機(jī)構(gòu)設(shè)置方便、合理、破碎功率可根據(jù)需要設(shè)計(jì)，因其動(dòng)力是直接從主電機(jī)取得的。
7）裝機(jī)功率
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)。其牽引與截割所需的動(dòng)力均由各自的電機(jī)提供。近十年來隨著采煤機(jī)功率和生產(chǎn)能力的增大，單電機(jī)驅(qū)動(dòng)已不能適應(yīng)生產(chǎn)力的發(fā)展，因此各先進(jìn)國家先后采用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)。特別是電牽引采煤機(jī)都采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)的主電機(jī)，除用于割煤外，還要分出一部分動(dòng)力用于采煤機(jī)的牽引與搖臂調(diào)高。
1.6采煤機(jī)的組成
采煤機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖1.1）。
電動(dòng)機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動(dòng)力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)截割部和牽引部。采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動(dòng)機(jī)的尺寸。
牽引部：通過其主動(dòng)鏈輪與固定在工作面輸送機(jī)兩端的牽引鏈3相嚙合，使采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。
左、右截割部減速箱：將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂5的齒輪，驅(qū)動(dòng)滾筒6旋轉(zhuǎn)。
滾筒：是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機(jī)中。為提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來回翻轉(zhuǎn)180°。
如圖1.1 雙滾筒采煤機(jī)
底托架：是固定和承托整臺(tái)采煤機(jī)的底架，通過其下部四個(gè)滑靴9將采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)的槽幫上，其中采空區(qū)側(cè)兩個(gè)滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以保證采煤機(jī)的可靠導(dǎo)向。
調(diào)高油缸：可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機(jī)的采高。
調(diào)斜油缸：用于調(diào)整采煤機(jī)的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平時(shí)的截割要求。
電氣控制箱：內(nèi)部裝有各種電控元件，用于采煤機(jī)的各種電氣控制和保護(hù)。
此外，為降低電動(dòng)機(jī)和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機(jī)設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機(jī)的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi)，并由采煤機(jī)拉動(dòng)在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。
1.7電牽引采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
采煤機(jī)牽引負(fù)載特性在截割時(shí)多為恒轉(zhuǎn)矩特性，所需動(dòng)力為機(jī)械特性為硬特性；調(diào)動(dòng)時(shí)是恒功率特性，所需動(dòng)力機(jī)械的機(jī)械特性為軟特性。這對(duì)于電動(dòng)機(jī)或泵－馬達(dá)系統(tǒng)只有調(diào)速才能滿足這種恒轉(zhuǎn)矩恒功率的負(fù)載特性，這種特性是為人為機(jī)械特性，即負(fù)載的變化按人規(guī)定的規(guī)律來變化。對(duì)調(diào)還特性來講，需要速度剛度越大越好，其調(diào)速過程或工作速度就越平穩(wěn)。從這點(diǎn)出發(fā)，直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、液壓泵馬達(dá)系統(tǒng)都是硬特性。因此，不論電牽引或液壓牽引，應(yīng)該說都具有良好的調(diào)速特性。但液壓牽引的機(jī)械特性除了受負(fù)載影響外，還受油液的泄漏、粘度、溫度和清潔度、制造和維修質(zhì)量的影響到，特性曲線慢慢變軟，但電動(dòng)機(jī)特性除了受負(fù)載影響外，就沒有像液壓傳動(dòng)那么多的影響，也就是電牽引的牽引特性好，調(diào)速平穩(wěn)性好，牽引特性曲線可長時(shí)間的保持穩(wěn)定。
在牽引特性的實(shí)際應(yīng)用中還有兩個(gè)問題：
1、目前的液壓牽引，當(dāng)雙牽引時(shí)牽引力增加１倍，牽引速度比單牽引時(shí)大約減少一半，這在設(shè)計(jì)中可以使泵馬達(dá)的排量增大１倍，但液壓件的體積要增大很多。電牽引動(dòng)力源泉就沒有此問題。
2、直流和交流電牽引可以在負(fù)載特性坐標(biāo)系中四象限運(yùn)行，能向采煤機(jī)提供牽引力或制動(dòng)力，而液壓牽引中能在象限運(yùn)行，只能提供牽引力，制動(dòng)力由制動(dòng)閘提供。液壓牽引也有用液控背壓來產(chǎn)生制動(dòng)的，如法國ＤＴＳ３００、ＳＩＲＵＳ４００采煤機(jī)，但制動(dòng)力不大。電牽引采煤機(jī)在超速牽引時(shí)，一般是指在大傾角工作面上機(jī)器下滑時(shí)出現(xiàn)超速牽引，對(duì)電動(dòng)機(jī)為超同步轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)電反饋電網(wǎng)，同時(shí)產(chǎn)生制動(dòng)力矩。只要牽引力在傾斜工作面中足夠大時(shí)，司機(jī)仍可按要求的牽引速度進(jìn)行操作運(yùn)行。
3、機(jī)械傳動(dòng)效率高
電牽引沒有能量多次轉(zhuǎn)換問題，總效率可達(dá)0.9以上，而液壓牽引一般在0.65~0.70。
牽引力大、牽引速度高：液壓牽引性能指標(biāo)的提高，必須采用大功率液壓泵和液壓馬達(dá)，其壽命較短，可靠性較差，這也限制了載割功率進(jìn)一步增大。目前電牽引采煤機(jī)的牽引力可達(dá)950KN；電牽引采煤機(jī)的牽引速度已達(dá)到：載割時(shí)8~12m/min，最大可達(dá)25m/min;裝機(jī)總功率：電牽引已達(dá)1530kW，而液壓牽引為900kW和1000kW，所以世界紀(jì)錄的采煤機(jī)都是電牽引采煤機(jī)，其牽引速度和可用率都明顯高于液壓牽引的采煤機(jī)。
4、工作可靠行很高
EDW450/1000L電牽引采煤機(jī)在澳大利亞尤蘭礦的可用率為97%，6LS電牽引采煤機(jī)在美國杜賓的可用率為97%，ELECTRA1000電牽引采煤機(jī)在美國、英國一些礦的可用列表為96~98%；液壓牽引采煤機(jī)的可用率一般在50%~60%以下。
5、易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制
由于微機(jī)控制的功能齊全、計(jì)算速度極快、與電牽引電控的電參數(shù)容易配合，因此，易于實(shí)現(xiàn)工況檢測、幾點(diǎn)保護(hù)、故障診斷、數(shù)據(jù)顯示。特別是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，電牽引微機(jī)控制的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間或滾筒卡住或悶車自動(dòng)退機(jī)時(shí)間一般都在1s以內(nèi)，德國EE-23電牽引部的自調(diào)整時(shí)間只需30s；而液壓牽引的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間一般在10~20s.高壓過載調(diào)整時(shí)間較短，如EDW300L為0.6s。
EIECTRA1000電牽引采煤機(jī)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)裝有4塊單片機(jī)模塊，可提供197個(gè)參數(shù)，進(jìn)行檢測、診斷、數(shù)據(jù)處理及顯示等，其功能很完善。液壓牽引采煤機(jī)也有采用微機(jī)控制的，如法國的幾種采煤機(jī)，但功能較少，因?yàn)橐簤旱姆请娏繀?shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)量較難。
6、機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)簡單
電牽引采煤機(jī)采用了多電機(jī)和獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、模塊式結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡化。特別是截割電動(dòng)機(jī)橫向布置，取消了壽命較短、傳動(dòng)效率較低、調(diào)整嚙合間隙較復(fù)雜的圓錐齒輪。
7、生產(chǎn)率顯著提高
由于牽引力大、牽引速度高、截割電動(dòng)機(jī)功率大，尤其是故障非常低，因而使生產(chǎn)率大大提高
綜合上述，電牽引采煤機(jī)最主要的優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)性能明顯提高，工作可靠性大大加強(qiáng)，從而保證生產(chǎn)率明顯提高。
2牽引部的設(shè)計(jì)
2.1牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)
圖2.1 牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)圖
2.1.1主要技術(shù)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備：
采高（m）：2.2～3.5；
適應(yīng)傾角（°）：≤25；
煤質(zhì)硬度 : f≤4；
截深（m）：0.8
滾筒直徑 （m）： ￠1.6
電壓（V）：1140；
牽引形式 ：強(qiáng)力輪齒—齒軌電牽引；
牽引電機(jī)型號(hào)：YBXn225S-4
裝機(jī)功率（KW）：904
（其中兩個(gè)截割電機(jī)2×400KW 兩個(gè)牽引電機(jī)2×37KW，一個(gè)泵電機(jī)30KW，共計(jì)2×400＋2×37＋30=904KW）
2.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)要求牽引部功率為37KW，根據(jù)礦井電機(jī)的具體工作環(huán)境情況，電機(jī)必須具有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對(duì)安全，而且電機(jī)工作要可靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，效率高。所以選擇由南陽生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YBXn225S-4；其主要參數(shù)如下：
額定功率：37KW；
額定電壓：380V；
滿載電流：69A；
額定轉(zhuǎn)速：1470r/min；
滿載效率：0.936；
滿載功率因數(shù)：0.87；
接線方式：Y；
質(zhì)量：400KG；
冷卻方式：水冷
該電動(dòng)機(jī)輸出軸上帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機(jī)將輸出的動(dòng)力傳遞給齒輪減速機(jī)構(gòu)。
2.1.3傳動(dòng)比的分配
在進(jìn)行多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)比分配是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動(dòng)比，將直接影響到傳動(dòng)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(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的確定有如下原則：
1.各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)形式的工作特點(diǎn)，使減速器獲得最小外形。
2.各級(jí)傳動(dòng)間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動(dòng)件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動(dòng)零件應(yīng)便于安裝。
3.使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強(qiáng)度。
4.使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。
由于采煤機(jī)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(duì)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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。
設(shè)計(jì)采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖所示：
a太陽輪 b內(nèi)齒圈
c行星輪 h行星架
圖2.2 NGW型行星機(jī)構(gòu)
該行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪c、行星架h等組成。傳動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒圈b固定不動(dòng)，太陽輪a為主動(dòng)輪，行星架h上的行星輪c繞自身的軸線ox—ox轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)行星架h回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線ox—ox是轉(zhuǎn)動(dòng)的。
這種型號(hào)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(dòng)功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)截割部最后一級(jí)減速是合適的，該型號(hào)行星傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動(dòng)比一般為2.1～13.7。如圖2.3，當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動(dòng)件，行星架h為從動(dòng)件時(shí)，傳動(dòng)比的推薦值為2.7～9。從《采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備》上可知,采煤機(jī)截割部行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比一般為5～6。所以這里先定行星減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
i
i
根據(jù)前述多級(jí)減速齒輪的傳動(dòng)比分配原則及齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17為依據(jù)，另參考MG250/591型采煤機(jī)截割部各齒輪齒數(shù)分配原則，初定齒數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比為：
i=z/z=2.84
i=z/z=2.13
i=1.36
2.2牽引部傳動(dòng)計(jì)算
2.2.1各級(jí)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩
1) 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：
從電動(dòng)機(jī)出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸。
Ⅰ軸 nr/min
Ⅱ軸 n= n/ i
=1470/2.84
=517.6 r/min
Ⅲ軸 n= n/ i
=517.6/2.13
=243 r/min
Ⅳ軸 n= n/ i
=243/6。3
=38.57 r/min
Ⅴ軸 n= n/ i
=38./4.5
=8.57 r/min
2) 各軸功率計(jì)算：
Ⅰ軸
=37×0.99×0.98
=35.89kW
Ⅱ軸 .
=35.89×0.98×0.97
=34.124kW
Ⅲ軸 P=P
=34.124×0.98×0.97
=33.107 kW
Ⅳ軸 P=P
= 33.107×0.98×0.97
=32.12kW
Ⅴ軸 P=P
=32.12×0.98×0.97
=30.534 kW
式中 ——滾動(dòng)軸承效率 =0.99
——閉式圓柱齒輪效率 =0.97
——花鍵效率 =0.99
3) 各軸扭矩計(jì)算:
Ⅰ軸 T=9550
Ⅱ軸 T=9550
Ⅲ軸 T=9550
Ⅳ軸 T=9550
Ⅶ軸 T=9550
將上述計(jì)算結(jié)果列入下表：
軸號(hào)
輸出功率
P（kW）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
輸出轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
傳動(dòng)比
Ⅰ軸
35.89
1470
233.211
2.84
2.13
6.3
Ⅱ軸
34.124
517.6
629.6
Ⅲ軸
33.107
243
1301.119
Ⅳ軸
32.12
38.57
7953.09
4.5
Ⅴ軸
30.534
8.57
3402564
1.36
2.3牽引部齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
2.3.1齒輪1和惰輪2的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
(一) 計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
查1表 兩個(gè)齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度。
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=25
惰輪齒數(shù)：
＝i=71
齒數(shù)比 ：
＝/=71/25
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=233211.N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1．75
動(dòng)載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
則載荷系數(shù)的初值
=1.75
=2.541
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.84=2.795
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
=1 ,(不許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=66.587mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=66.587/25=2.66
查表 取m=4mm
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值：
=25
小輪分度圓直徑：
d=mZ=4
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=192mm
齒寬：
b=0.8mm
圓整 b=54mm
齒寬：
小輪齒寬：
=60
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.62
大輪Y=2.222
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.59
大輪Y=1.752
重合度 =
=1.675
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.675
=0.698
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.5
則公式:
[]
==107.69
==93.62
合格
2.3.2齒輪3和惰輪4的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
查表 兩個(gè)齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=38
大齒數(shù)：
＝i=80.94
圓整取=81
齒數(shù)比 ：
＝/=81/38
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=629600N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1．75
動(dòng)載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
則載荷系數(shù)的初值
=1.75
=2.541
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.13=1.312
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
Z= Z=1
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=95.33mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=95.33/38=2.51
查表 取m=4mm
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值：
=38
小輪分度圓直徑：
d=mZ=4
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=238mm
齒寬：
b=0.8mm
惰輪齒寬：
小輪齒寬：
=82mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.43
大輪Y=2.202
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.652
大輪Y=1.771
重合度 =
=1.66
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.66
=0.701
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.7
[]
[]=581/358.24
[]=581/358.24
則公式:
==194.86
==175.442
合格
2.3.3齒輪5和惰輪6的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
查1表 兩個(gè)齒輪都選用20GrMnTi調(diào)質(zhì)
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=17
惰輪齒數(shù)：
＝i=23.18
圓整 =23
齒數(shù)比 ：
＝/=23/17
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=34025640N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1
動(dòng)載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
=1.1
則載荷系數(shù)的初值
=1
=1.45
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/1.36=3.39
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
Z=1.04
Z=1.06
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=275.335mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=275.335/17=16.1
查表 取m=16mm
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值：
=17
小輪分度圓直徑：
d=mZ=16
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=320mm
齒寬：
b=0.8mm
圓整b=220
惰輪齒寬：
小輪齒寬：
=226mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.97
大輪Y=2.69
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.52
大輪Y=1.575
重合度 =
=1.554
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.554
=0.732
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.5
則公式:
[]
得：
[]=595425
[]=595/210
==328.177
==319.621
合格
2.4牽引部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
配齒計(jì)算
這里采用2K-H型行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 該種機(jī)構(gòu)要正確嚙合，必須滿足四個(gè)條件：
(1) 傳動(dòng)比條件：當(dāng)中心輪a輸入時(shí)，設(shè)給定的傳動(dòng)比為，內(nèi)齒圈的齒數(shù)為Zb，中心輪的齒數(shù)為Za，則上述三個(gè)量滿足滿足下列關(guān)系：
=1+Zb/Za (4-1)
(2)同軸條件：為保證行星輪g同時(shí)與中心輪a,太陽輪b實(shí)現(xiàn)正確嚙合，對(duì)于圓柱齒輪行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，要求外嚙合副的中心距與內(nèi)嚙合副的中心距相等，即=。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)或高度變位傳動(dòng)，有
=
可得： (4-2)
在標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)中，外嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度遠(yuǎn)低于內(nèi)嚙合齒輪的接觸強(qiáng)度，為適當(dāng)調(diào)節(jié)內(nèi)外嚙合齒輪副的接觸強(qiáng)度，常采用角度變位傳動(dòng)，外嚙合齒輪副通常采用大嚙合角的正傳動(dòng)，；內(nèi)嚙合齒輪副一般采用小嚙合角的正傳動(dòng)或負(fù)傳動(dòng)，，這樣整個(gè)行星傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度可提高30%，采用角變度傳動(dòng)時(shí)，外嚙合和內(nèi)嚙合的中心距分別為：
由以上兩式可得： (4-3)
以上三式中 —分度圓壓力角；—外嚙合齒輪副的嚙合角;
—內(nèi)嚙合齒輪副的嚙合角
(3)裝配條件：為保證各行星齒輪均勻分布在中心輪的周圍，而且能準(zhǔn)確的裝入兩中心輪的齒間實(shí)現(xiàn)正確嚙合，則必須滿足兩中心輪的齒數(shù)和與行星輪的數(shù)目的比值為整數(shù)，即：
（整數(shù)）
亦可表示為： (4-4)
(4)鄰接條件：行星機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的過程中，行星輪之間不能發(fā)生干涉，即要保證兩行星輪的中心距L大于兩行星輪齒頂圓半徑之和，即：
或表示為： (4-5)
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)或高度變位傳動(dòng)有：
將以上兩式代入式(3-5)得：
(4-6)
依據(jù)上述四個(gè)條件，初步確定太陽輪，內(nèi)齒圈以及行星輪的齒數(shù)。
2.4.1行星齒輪的計(jì)算
已知：輸入功率3.107KW,
轉(zhuǎn)速243r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=38.57r/min
一、 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?yàn)閷?duì)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(jí)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(qiáng)度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。
試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限MPa
試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪：
MPa
行星輪：
MPa
齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級(jí)。
內(nèi)齒圈的材料為20CrMnTi，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.
齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。
二、 確定各主要參數(shù)
⑴行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比：
i=6.3，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。
⑵行星輪數(shù)目：
取3。
⑶載荷不均衡系數(shù)：
采用太陽輪浮動(dòng)和行星架浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 =1.15
⑷配齒計(jì)算：
太陽輪齒數(shù)
=13
內(nèi)齒圈齒數(shù)
z =z圓整z=69
行星輪齒數(shù)
z= =29 取 z=28
⑸齒輪模數(shù)：
按公式計(jì)算中心距：
1) 綜合系