中厚煤层采煤机截割部的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 随着我国经济的发展，对煤炭能源资源的需求量也日益增加，采煤机是专用的开采机械，其生产效率和能力对煤炭产量有决定性的影响 。 通过分析现代采煤机的截割部传动，并对其传动和摇臂的制作工艺进行了探讨和调查，设计 采煤机截割部 。介绍了采煤机截割部的传动， 主要是由一个减速箱和四级齿轮传动组成，截割部电机放在摇臂内横向布置，电动机输出的动力经由三级直齿圆拄齿轮和行星轮系的传动，最后驱动滚筒旋转。 在设计过程中，对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部件进行了设计计算、强度校核和选用。本说明书主要针对主要部 件的设计计算和强度校核进行了叙述和介绍。 关键词 ：截割部；减速箱；行星轮系；传动齿轮 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 s s on is a of a By of by a on in by hu In of of at 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 摘 要 . 第 1 章 绪论 煤机的发展史 . . . 煤机的发展趋势 . 煤机的类型和主要组成 于此设计的相关问题 . 2 章 总体方案的确定 . .案的提出与确定 .采煤机简介 主要技术参数 . . 00采煤机得特点 . .摇臂结构设计方案的确定 . 7 截割部电动机的选择 . 7 第 3 章 传动系统的设计 . 动比的确定与分配 . . 传动比的确定 . 8 动比的分配 .各级传动转速、功率、转矩的确定 .齿轮设计及强度效核 . 齿轮 1 和惰轮 2 的设计及强度效核 . 齿轮 4和齿轮 5设计及强度效核 . 齿轮 6和惰轮 7的几何尺寸计算 . 惰轮 8和齿轮 9的几何尺寸计算 .的设计及强度效核 . 求作用在齿轮上的力 . 轴的结构设计 . 23 轴的强度效核 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 安全系数效核计算 28 截割部行星机构的设计计算 . 29 齿轮材料热处理工艺及制造工艺的选 定 . 确定各主要参数 30 几何尺寸计算 34 啮合要素验 算 36 齿轮强度验算 38 轴承的寿命校核 . 51 对截轴的轴承 22219 . 行星轮轴承寿命的计算 52 花键的强度校核 . 52 轴花键校核 行星轮系花键校核 . 结 . . 54 致 谢 . 考文献 . 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V . . 1 . 1 . 2 . 3 . 3 of . 5 to . 5 . 6 . 6 00. 6 of . 7 of . 7 . 8 of . 8 of . 8 he of . 8 At of of . 11 , of . 11 , of . 16 , . 22 , . 22 of . 23 on on . 23 . 24 of . 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of of . 28 of . 29 of 30 . 30 of . 34 . 36 . 38 of . 51 2219c . 51 of 52 of . 52 . 52 53 . 54 T h a n k s . 55 . . 56买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 采煤机 的 发展史 20 世纪 40 年代初，英国和前苏联相继研制出了链式采煤机。这种采煤机是用截链式截落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤 工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。 50 年代初，英国和德国相继研制出了滚筒式采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上安装有截齿，用截煤滚筒实现落煤和装煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础 1。这种采煤机的主要缺点有二：其一是截煤滚筒的高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是截煤滚筒的装煤效果不佳，限制了采煤机生产率的提高 2。进入60 年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出革命性改进。 我国采煤机的发展 从 20 世纪 70 年代进入起步阶段，煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的 一方面改进普采配套的 70年代中后期，制造出 双滚筒采煤机 3。 20 世纪 70 年代我国采煤机的发展有以下特点： (1) 装机功率小。 (2) 有链牵引，输出牵引力小。 (3) 牵引速度低。 (4) 自开切口差。 . (5) 工作可靠性较差 4。 到了 80 年代，解决难采煤层的问题成为重大课题之一：具体的课 题是薄煤层综合机械化成套设备的研制：大倾角综采成套设备的研制：“三硬”、“三软” 4 5m 一次采全高综采设备的研制：解决短工作面的开采问题，短煤臂采煤机的研制 5， 6。 据初步统计， 20 世纪 80 年代自行开发和研制的采煤机品种有 50 余种，是我国采煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。 20 世纪 80 年代采煤机的发展有如下特点： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 (1) 重视采煤机系列的开发，扩大使用范围 (2) 元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高 (3) 链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使 用安全 7 进入 20 世纪 90 年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，此采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是： (1) 大功率高参数的液压牵引采煤机：最具代表性的机型是 型采煤机。 (2) 高性能电牵引采煤机国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但在性能和可靠性上与世界先进国家的 I 采煤机相比，还存在较大的差距，所以一些有实力的矿务局，在装备高产高效工作面时，把目光移到国外，进口国外先进电牵引采煤机。如神府华能集团 引进美国的 76牵引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的 和日本的 交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少 8， 9。 90 年代采煤机技术发展的特点如下： (1) 多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流 (2) 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小 (3) 液压紧固技术的开发研究取得成功 10。 回顾这 30 多年我国采煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路，也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从 20 世纪 70 年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个了不起的进步 11。 采煤机的发展趋势 80 年代以来，滚筒式采煤机在结构、性能参数、可靠性和易维修性上都有很大的改进。归结起来，滚筒式采煤机有以下特征和发展趋势： (1) 增大功率和能力 。 (2) 电牵引采煤机已成为主导机型 。 (3) 增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构 。 (4) 机器的结构布置有新的发展 。 (5) 截割滚筒的革新和改进 13， 14。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 (6) 扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤 层的机型 。 (7) 提高采区工作电压 。 (8) 采用微电子技术，实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断和自动控制 。 (9) 贯彻标准化、系列化和通用化原则，加速开发适合不同地质条件的新机型 。 (10) 提高采煤机的可靠性和寿命，提高易维修性，缩短井下更换部件时间，延长大修周期，提高机器的使用率和开机率 15。 采煤机的类型及主要组成 采煤机有不同的分类方法：按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和链式采煤机；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引采煤机；按牵引部位置可分为内牵引和外牵引；按牵引部动力可 分为机械牵引、液压牵引与电牵引；按工作机构位置可分为额面式与侧面式；还可以按层厚和倾角来分类 16,18。 120123图 1采煤机结构示意图 关于本设计的相关问题 中厚煤层的采量大，开采效率也高，所以一直是 中厚煤层采煤机的设计 一个很重要的问题。选择对中厚煤层采煤机截割部进行设计，就是为了适应中买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 厚煤层的工作环境，提高生产效率， 在之前的截割部 设计中，一般会出现卧底量较小或是调高范围小等问题，此设计的采煤机可以实现卧底量大，调高范围大，弥补了以前一些设计的不足。 通过采煤机和机械设计的相关书籍查询，了解了采煤机截割部、齿轮传动、轴的设计、行星减速器设计等有关知识，以这些理论知识为基础，并且应对实际工作情况参数进行设计。设计的主要内容有：截割部传动方案的确定， 对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部件进行了设计计算、强度校核和选用。 主要针对主要部件的设计计算和强度校核进行了 介绍。 本次设计在吸取了前人经验的基础上设计了大功率，适合于中 厚煤层的采煤机。对于采煤机的截割部进行了革新设计，采用强力 滚筒对称布置，提高了割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。机械传动系统采用直齿圆柱齿轮和行星轮传动动。故传动效率高，容易安装和维护，分别用两台 400割部采用 行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。本次设计的采煤机采煤效率高，生产可随不同的煤质的变化生产不同的机型，市场适应性强。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 总体方案的确定 方案的提出与确定 采煤机截 割部都采用齿轮传动，常见的传动方式有以下几种 (1) 电动机 减速箱 滚筒 (图 2这种传动方式取消了摇臂，靠由电动机、减速箱和滚筒组成的截割部来调高 (称为机身调高 )，使齿轮数大大减少，机壳的强度、刚度增大，且调高范围大，采煤机机身也可缩短，有利于采煤机开缺口工作。 采煤机采用这种传动方式。 (2) 电动机 摇臂 行星齿轮传动 滚筒 (图 2。这种传动方式的电动机轴与滚筒轴平行，取消了容易损坏的锥齿轮，使传动更加简单，而且调高范围大，机身长度小。新的电牵引采煤机都采 取这种传动方式。 图 a 图 b 1电动机； 2固定减速箱； 3摇臂； 4滚筒； 5行星齿轮传动； 6泵箱； 7机身及牵引部 图 2截 割部传动方式 对比以上传动方式，本采煤机截割部传动方式为 :电动机 摇臂 行星齿轮传动 滚筒。 该截割部采用销轴与牵引部联结，截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 采煤机简介 00机载交流电牵引采煤机，该机总装机功率 900割功 率 2 400 该采煤机使用的电气控制箱符合矿用电气设备防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤层爆炸危险的矿井中使用，并可在海拔不超过 2000m、周围介质温度不超过 40 或低于 10 、不足以腐蚀和破坏绝缘的气体与导电尘埃的情况下使用。 主要技术参数 该机的主要技术参数如 表 2 2数 采高 m 深 00 适应倾角 25 适应煤质硬度 F 4 滚筒转速 r/0 摇臂长度 500 牵引速度 m/ 引型式 齿轮 - 齿轨 机面高度 726 最小卧底量 65 灭尘方式 内外喷雾 装机功率 00 电压 v 1140 00采煤机 的 特点 00采煤机采用多电机横向布置方式，截割部用销轴与牵引部联结，左、右牵引部及中间箱采用高强度液压螺栓联结，在中间箱中装买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 有泵箱、电控箱、水阀和水分配阀。该机具有以下特点： (1) 截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复 杂的通轴。 (2) 主机身分为三段，即左牵引部、中间控制箱、右牵引部，采用高度液压螺栓联结，结构简单可靠、拆装方便。 摇臂结构设计方案的确定 根据已知条件 ： 最大采高 大摆角为 45 ，设采煤机行走部高度为 算出采煤机摇臂的长度为 2904于煤层地质条件的多样性，煤炭生产需要多种类型和规格的采煤机。利用通用部件，组装成系列型号的采煤机，可以给生产带来很多方便。系列化、标准化和通用化是采掘机械发展的 必然趋势。所以，这里把左右摇臂设计对称结构。 截割部电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 400 2 每个截割部功率为 400 据矿下电机的具体工作情况，要有防爆和电火花的安全性，以保证在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中绝对安全 ;而且电机工作要可靠，启动转矩大，过载能力强，效率高。据此选择顺厂三相鼠笼异步防爆电动机 00,其主要参数如下： 额定功率： 400 额定电压： 1140V 额定电流： 296A; 额定转速： 1470r/定频率： 50 绝缘等级： H 接线方式： Y 工作方式： 量： 1502 冷却方式：外壳水冷 该电机总体呈圆形 , 其电动机输出轴上带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 3 章 传动系统的设计 传动比的确定与分配 传动比的确定 由滚筒速度为 40r/知总传动比 总i 7536401470 滚总 n 电动机转速 r/n 滚筒转速 r/ 传动比的分配 在进行多级传动系统总体设计时，传动比分配是一个重要环节，能 否合理分配传动比，将直接影响到传动系统的外阔尺寸、重量、结构、润滑条件、成本及工作能力。多级传动系统传动比的确定有如下原则： (1) 各级传动的传动比一般应在常用值范围内，不应超过所允许的最大值，以符合其传动形式的工作特点，使减速器获得最小外形。 (2) 各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称；各传动件彼此间不应发生干涉碰撞；所有传动零件应便于安装。 (3) 使各级传动的承载能力接近相等，即要达到等强度。 (4) 使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等，从而使润滑比较方便。 由于采煤机在工作过程中常有过载和 冲击载荷，维修比较困难，空间限制又比较严格，故对行星齿轮减速装置提出了很高要求。因此，这里先确定行星减速机构的传动比。 本次设计采用 原理如图 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 1 2 3 4图 3行星减速器示意图 该行星齿轮传动机构主要由太阳轮 1、内齿圈 2、行星轮 3、行星架 4 等组成。传动时，内齿圈 2 固定不动，太阳轮 1 为主动轮，行星架 4 上的行星轮 4 面绕自身的轴线 而驱动行 星架 现减速。运转中，轴线 这种 类 型的行星减速装置，效率高、体积小、重量轻、结构简单、制造方便、传动功率范围大，可用于各种工作条件。因此，它用在采煤机截割部最后一级减速是合适的，该型号行星传动减速机构的使用效率为 动比一般为 3内齿圈 2固定，以太阳轮 1为主动件，行星架 4为从动件时，传动比的推荐值为 9。采煤机截割部行星减速机构的传动比一般为 4 6。这里定行星减速机构传动比 则其他三级减速机构总传动比 总 于采煤机机身高度受到限制，每级传动比一般为 ;43定各级传动比为： , , 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 以此计算，四级减速传动比的总误差为： 1 56 2 29 5 747） 36 75 0 2 在误差允许范围 5内，合适。 各级传动转速、功率、转矩的确定 各轴转速计算： 从电动机出来，各轴依次命名为、轴。 轴 14701 n r 轴 m in/ 4 7 03 n轴 1/234 r轴 m in/46 各轴功率计算： 轴 40031 96轴 39621212 轴 轴 231234 58轴 35831245 轴 轴 331267 轴 031278 各轴扭矩计算 : 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 轴 95509550111 214 7039 6 轴 95509550333 轴 95509550444 35 8 轴 95509550777 将上述计算结果列入下表 ,供以后设计计算使用运动和动 力参数 表 3轴参数 编号 功率 /速n/(r ) 转矩 T/(N m) 传动比 轴 396 1470 轴 轴 358 轴 3792 轴 齿轮设计及强度效核 齿轮 1 和惰轮 2 的设计及强度效核 1 选择 齿轮材料 通过 查表 80 齿轮选用 20碳淬火 56 62 2 根据齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 3111t / 0 2 2 ) n( 0 . 0 1 3v 估取圆周速度1 4 m / ，公差组 6级 ， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 由 表 8 1511选取小轮分度圆直径 1d ，由式（ 8 64） 可 得 ： 3 211 )(12 齿宽系数d查 1表 8 23按齿轮相对轴承为非对称布置，取 d 0 6 小轮齿数 1Z 1Z =19 惰轮齿数 2Z 2Z i 数比 u u 19/34/ 12 传动比误差 0/ 误差在 %3 范围内 小轮转矩 25726501 T N 载荷系数 K 由式（ 8 54） 11得 : A 式中 使用系数 查表 8 2011 1 75 动载荷系数 5711得初值1 11 齿向载荷分布系数 6011 K 间 载荷分配系数 5511及 0 得 co s)/1/1(21 +1/34)=表 8 2111并插值 K 1 则载荷系数 K 的初值 1.2Z 查表 8 2211 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 节点影响系数 查 表 8 27【 11 021 合度系数 6511 0Z 用接触应力 由式 698 11 H 接触疲劳极限应力 21 、查图 8 6911 21 1450H L 22 1450H L 应力循环次数由式 708 11 )103 0 020(21 4 7 060601 hn j 10 N 912 则 查图 8 7011 接触强度得寿命系数 121 查图 8 7111及说明 Z 1 接触强度安全系数 表 8 2711 按高可靠度查 S 221 11 4 5 0 故1 5 7 2 6 5 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 齿轮模数 3/11 m=10 查表 8 311 小齿分度圆直径的参数圆整值 10191 190 圆周速度 v 6 0 0 0 0/1 4 7 01 9 0 0 0/11 t=估取 相近，对必修正K 19011 轮分度圆直径 340341022 心距 a 2652 3419102 21 宽 b 1 1 i td 轮齿宽 1102 bb 轮齿宽 1151021 齿根弯曲疲劳强度效荷计算 由式 668 11 F 齿形系数 6711 小轮1轮2力修正系数 6811 小轮1轮2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 重合度系数Y,由式 8 6711 Y 许用弯曲应力 F 由式 8 7111 式中 弯曲疲劳极限 图 8 7211 21 850F 2 850F 曲寿命系数 7311 121 7411 1 安全系数 查表 8 2711 2 则 2/ 0/11121 i 2 121 5 7 2 F 222 F 4 齿轮几何尺寸计算 分度圆直径 d 190191011 40341022 顶高 顶圆直径 01021 9 0211 aa 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 360102340222 aa ff 1 0222 ff 圆直径 20co 0co dd b= 20co 0co dd b =距 p 厚 s 心距 a 265a 齿轮 4 和齿轮 5 设计及强度效核 1. 选择齿轮材料 查表 81 齿轮选用 20碳淬火 5662 2. 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速 度 公差组 7 级，参考表 8 14，表 8 1511选取 小轮分度圆直径 1d ，由式（ 8 64） 11 3 211 )(12 齿宽系数d查 表 8 2311按齿轮相对轴承为非对称布置，取d 0 6 小轮齿数 4Z =24 大轮 齿数 5Z i 5Z=37 齿数比 u u 24/37/45 合适 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 传动比误差 误差在 %5 范围内 小轮转矩 T 载荷系数 K 由式（ 8 54） 11 A 式中 使用系数 查表 8 2011 载荷系数 5711得初值向载荷分布