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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(yè)
中國(guó)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(guó)、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，德國(guó)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(guó)、德國(guó)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(wèn)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(wèn)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(wú)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(guó)、美國(guó)、英國(guó)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(wèn)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(guó)際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
80 年代以來(lái), 世界各主要產(chǎn)煤國(guó)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(guó)安德森的Eiect ra 系列, 德國(guó)艾柯夫的SL 系列, 美國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)際首創(chuàng)。法國(guó)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(jiǎn)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(guó)外, 其它國(guó)家如德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)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(guó)18m/ min 的牽引速度很普遍,美國(guó)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(guó)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(wú)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(jiǎn)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(guó)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(guó)現(xiàn)有長(zhǎng)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(cè)、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動(dòng)控制系統(tǒng); 就地控制、無(wú)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(guó)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(wàn)t 以上,最高達(dá)1000 萬(wàn)
1.3國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(guó)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(guó)采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期
20世紀(jì)70年代后期，我國(guó)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(guó)如英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、波蘭、日本等都進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，其技術(shù)也展示在中國(guó)人的面前，為我們深入了解外國(guó)技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時(shí)通過(guò)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(guó)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(wèn)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(wèn)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(guó)采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國(guó)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(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)，以德國(guó)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(wèn)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(wú)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(wú)鏈牽引技術(shù)傳入中國(guó)，德國(guó)艾柯夫公司的銷軌式無(wú)鏈牽引和英國(guó)安德森公司的齒軌式無(wú)鏈牽引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國(guó)研制采煤機(jī)的無(wú)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(wú)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(wú)鏈牽引系統(tǒng)。
1.3.3 20世紀(jì)90年代至今是我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)外，進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國(guó)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(guó)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(guó)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(wú)動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)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(guó)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(cè)、故障顯示、無(wú)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(wèn)題。
回顧這30多年我國(guó)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(guó)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(lái)滿足我國(guó)生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)占我國(guó)整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。
我國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(wú)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(guó)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(guò)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(jiǎn)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(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)研制方向與國(guó)際發(fā)展基本一致經(jīng)過(guò)近15年的研究，已取得較大進(jìn)展但離國(guó)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(wú)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(jiǎn)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(guò)地腳螺柱與底托架相聯(lián)、因而機(jī)身較長(zhǎng)。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(wú)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(lái)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(méi)有底托架，使得總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并且增加了過(guò)煤空間。采煤機(jī)工作過(guò)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(wú)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(wèn)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(méi)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(lái)承受。受力情況簡(jiǎn)化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)底托架及其對(duì)接螺栓和各大部件的對(duì)接螺栓來(lái)承受，一旦這些聯(lián)接螺栓有松動(dòng)，會(huì)帶來(lái)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(jiǎn)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(guò)液壓泵箱。為此，需要有一根貫穿液壓泵箱全長(zhǎng)的通軸，給泵箱的設(shè)計(jì)帶來(lái)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(zhǎng)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(lái)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(wèn)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(guó)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(lái)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(guó)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(lái)變化。對(duì)調(diào)還特性來(lái)講，需要速度剛度越大越好，其調(diào)速過(guò)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(shuō)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(méi)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(zhǎng)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(wèn)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(méi)有此問(wèn)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(lái)產(chǎn)生制動(dòng)的，如法國(guó)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(méi)有能量多次轉(zhuǎn)換問(wèn)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(guó)杜賓的可用率為97%，ELECTRA1000電牽引采煤機(jī)在美國(guó)、英國(guó)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(cè)、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(guó)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(guò)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(cè)、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(guó)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(jiǎn)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(jiǎn)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(guò)載能力強(qiáng)，效率高。所以選擇由南陽(yáng)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(guò)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(rùn)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(guò)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(guò)程中常有過(guò)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jiǎn)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(yáng)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(lái)，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(guò)程及說(shuō)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(shuō)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(guò)程及說(shuō)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(shuō)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(guò)程及說(shuō)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(shuō)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(yáng)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(guò)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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