MG5001150-WDK型采煤机牵引部设计【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 目 录 . 1 功率厚煤层采煤机的意义 . 1 功率厚煤层采煤机国内外发展动态 . 1 内大功率厚煤层采煤机研究方向 . 1 滚筒采煤机的类型及总体结构 . 2 煤机的类型 . 2 煤机的总体结构 . 2 2 开关磁阻电机调速系统简介 . 3 关磁阻电机调速系统的组成和技术优势 . 3 关磁阻电机调速系统的原理 . 4 关磁阻电机电机的控制方式 . 5 3 总体设计 . 6 动方案的确定 . 6 动机的选择 . 7 传动比及传动比分配 . 7 传动比 . 8 动比分配 . 8 引部传动系统运动学、动力学参数的计算 (2) . 9 动效率的选择 . 9 轴的转速计算 . 9 轴功率计算 . 10 轴的扭矩计算 . 10 据汇总 . 11 4 牵引部齿轮设计计算 . 11 引部第一级齿轮传动设计计算 . 12 二轴上大齿轮的强度校核 . 17 二级齿轮传动的强度校核 . 21 星齿轮减速器的设计 . 26 算传动比 . 26 速级计算 . 26 速级 . 32 . 39 一轴设计与校核 . 39 二轴结构设计和强度校核 . 41 6 牵引部轴承寿命校核 . 45 一轴的轴承寿命校核 . 45 二轴上轴承的寿命校核 . 46 三 轴上轴承的寿命校核 . 47 7 刮板输送机的选型 . 47 板输送机的机构与作用 . 47 板输送机的型式与型号的编制方法 . 48 板输送机的选型计算 . 48 8 基于模糊神经网络的采煤机故障诊断专家系统 . 49 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 家系统简介 . 49 糊神经网络与专家系统的结合 . 49 糊神经网络故障诊断专家系统总体结构 . 50 煤机智能故障诊断系统 . 51 练样本及其模糊化 . 51 机界面的设计 . 52 参考文献 . 58 总 结 . 59 附 录 . 60 英文原文 . 75 中文 译文 . 85 致 谢 . 94 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 功率厚煤层采煤机的意义 150型交流电牵引采煤机属于大功率厚煤层采煤机。 当前，国家大力发展大型煤矿建设，作为煤矿开采的核心设备之一的采煤机也迎来了一轮新的发展机遇和挑战。2006 年国内使用进口大功率采煤机的综 采工作面，最高单产已超过 10Mt/a 。截止目前，据不完全统计，国内各大煤矿先后引进国外大功率采煤 机 30台以上 。 为满足大型煤矿基地的生产需要，大功率采煤机于 2006年列入国家发改委项目“年产 600万吨综采成套装备研制” 的子项。 大功率采煤机 在厚煤层工作面可以一次性采全高，极大地提高煤炭开采效率。大功率采煤机 的推广使用， 将极大提高采煤工作面生产能力，改善安全生产环境，满足我国高产高效煤炭生产的需要，对我国国民经济可持续发展具有推动作用。 功率厚煤层采煤机国内外 发展动态 1 国外大功率厚煤层采煤机水平，目前处于全球行业领先地位，特别是德国 国 国 创造了综采工作面最高单产纪录 。 6m，适用煤层倾角35，号称可以截割 10f 的煤和岩石。滚筒 23 / 截割功率 2 750， 2 825，破碎机功率 100 牵引功率 2 90，泵站功率 35因此装机总功率可达 1965该机最大牵引力可达 1000最大牵引速度可达 37 / 自动调高方面， 步位置传感器、油缸传感器，通过计算机的记忆储存及自动控制实现 了 采煤机滚筒的自动调高 （ 记忆截割 ） ； 在工况检测、故障诊断技术方面， 障诊断信息，可以通过遥控选择显示主菜单、信息汇总、左（右） 截割部电流曲线、左（右） 截割部温度曲线 、 牵引电流曲线、牵引速度曲线、泵站电机电流曲线、状态显示灯、错误信息记录、单项记录 /重新整定 、记忆截割菜单、参数模式整定。 目前国产大功率厚煤层采煤机有上海 20高范围分别为 用煤层倾角 10，可以截割 5f 的煤和岩石。截割功率分别为 2 4 0 0 2 5 0 0k W k W， ， 破碎机功率 70牵引功率分别为 2 50，2 55， 泵站功率 20 装机总功率分别为 9201200海正在研制与 820以实现整机和主要部件的互换 ， 并 将实现记忆截割 。 国内外采煤机工况检测、故障诊断技术差距很大，主要表现在：国外微机控制，国内多为 制，仅有太矿微机控制；国外传感器多，信息量大，显示屏大，显示点多；国内传感器少，信息量小，显示屏小，显示 点少；国外有数字和曲线显示，国内只有数字，但是汉化了；国外可以工作数据和故障信息的记录和远程传输，国内尚无 。 内 大功率厚煤层采煤机 研究方向 2 随着国际采煤自动化程度的快速发展，未来开发的大功率采煤机一定是高可靠性、高度自动化、具有很强适应性、能远程控制的产品。根据我国煤炭生产远景规划及采煤机技术发展趋势，国产大功率采煤机的主要研究方向为： (1)满足整机 2000万 足 600万 000万 系统的研究 。 (2)长寿命、可靠性油封技术的研究 。 (3)开发 1140300幅提升采煤机整机适应性的研究。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (4)高可靠性、高性能、抗干扰、抗热效应、拥有远程实时操作的嵌入式矿用计算机控制系统的研究。 (5)开发或增强电控系统中的专家诊断系统、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行集中控制系统、采煤机记忆截割系统的研究。 (6)开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠度实时传输的研究。 滚筒采煤机 的类型及 总体结构 煤机的类型 滚 筒采煤机的类型很多，可按滚筒数目、行走机构形式、行走驱动装置的调速传动方式、行走部布置位置、机身与工作面输送乳汁机配合导向方式、总体结构布置方式等分类。 按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机）。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电 动机纵向布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。 煤机的总体结构 双滚 筒采煤机主要有电动机、截割部、行走部、电控系统、辅助装置等组成。如图 1 采煤机的截割部 ： 是由采煤机的工作机构和驱动工作机构的减速器所组成的部件。工作机构的类型较多，螺旋滚筒式工作机构是目前采煤机使用最广泛的工作机构 。 螺旋滚筒实现了落煤和装煤的任务。 截割部消耗功 率占采煤机装机总功率的 80%90%。工作机构的截割性能好坏，减速器传动质量的好坏，直接影响采煤机的生产率 ，传动效率，比能耗和使用寿命。生产率高和比能耗低主要体现在截割部。 采煤机的行走部 ：行走部是采煤机的重要组成部分，它不但担负着工作时采煤机的移动和非工作时的调动，而且其牵引速度的大小对整机的生产率和工作性能产生很大影响。行走部包括牵引部和行走驱动机构两部分。牵引部主要是传递 原动机 的动力和实现行走部的 运动速度和牵引力，主要是齿轮减速。行走部是直接移动采煤机的装置。它分为钢丝绳牵引，链牵引，无链牵引 。随着高产高效工作面的出现 以及采煤机功率的增大，同时为了工作面更加安全可靠，无链牵引机构 逐渐取代链牵引。 电控系统： 采煤机的操作指令，截割部的恒功率控制以及记忆截割技术，行走部的驱动调速装置的运行指令和负荷平衡控制，采煤机的监测监控显示，系统保护和故障诊断等，都由电控系统来完成。 近年来，国内采煤机电气控制系统有较大的发展。主要有两类：一类是基于 一种是基于工控机的控制系统，但都是普通产品应用级的控制系统。 辅助装置：采煤机的辅助装置包括调高和调 斜装置、底托架、降尘装置、拖缆 装置、破碎装置、挡煤板、张紧装置，防滑装置，和辅助液压装置等。 当然，要根据实际工况和环境要求，对个辅助装置进行取舍。根据工作面的倾角等来确定是不是用防滑装置；根据买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 煤层的厚度来确定是否加装破碎装置。 图 1煤机总体结构图 1 电控箱： 2 右牵引部； 3 左牵引部； 4 右摇臂； 5 左摇臂； 6 右螺旋滚筒； 7 左螺旋滚筒； 8 左行走部； 9 右行走部； 10 滑靴 2 开关磁阻电机调速系统简介 目前国内的电牵引系统多采用电磁调速电机和交流变频系统。前者电 机体积大、效率低、故障较多 ;后者多采用国外生产的通用变频器改造冷却方式而成，其性能和使用条件难以与采煤机完全适应，如起动转矩不够大、机械特性较软、不适合频繁起、停等，尤其是国内的公司还未能完全掌握变频器的核心技术，故改装中一旦出现故障，维修困难，费用极高。另外，目前通用变频器的电压等级为 380V,对于 1140140V/380加了系统造价和复杂程度。因此，选择一种高性能，高可靠性的电机调速系统用于采煤机牵引是技术上的一个新的尝试 3 。 开关磁阻电动机调速系统（ ,是 20世纪 80年代中期发展起来的新型交流调速系统。开关磁阻电动机驱动系统是典型的机电一体化的装置，主要有开关磁阻电机、功率变换器、控制器和检测器 几部分组成，如图 2它在电机结构上比鼠笼感应式电动机还要简单，十分坚固可靠，只有定子有集中绕组，易于水冷和提高电压等级 ;控制器的电路结构非常简单，无桥臂直通短路的危险，故它具有较高的性价比和可靠性。 其控制参数主要有转速、绕组电流、开通角和关断角，只要适当合理控制相绕组的通电位置角和各相的相电流就可以控制电磁转居和角速度 ， 相电流作为控制系统的中间变量，直接关系到电机的输出转矩和转速。 变速性能上较其他调速 系统具有突出的技术优势。 (1)调速性能和转矩特性好 30%的额定电流可达到 150%的额定转矩，非常适合频繁起停的应用；它还具有低速转矩大、调速范围宽等特点，可以满足多数机械的调速要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2关磁阻电动机调速系统（ 控制系统框图 3 (2) 系统效率高 包 括系统中所有的电气、机械损耗和电子元件损耗在内 )，而且在很宽的调速范围内可维持较高效率，图 2额定转速为 1500r/率为 )的等效率曲线图。从图中看出，在转速和负载转矩大范围变化的情况下，均能保持很高的效率。因此，应用 户通常可以在短期内靠节能收回投资成本 3 。 (3 ) 可实现四象限运行 转以及电动、制动状态的切换，并保持输出特性的对称，即实现所 谓的四象限运行，满足要求快速停车或位能性负载的需要。图 2 图 2效率曲线图 4 原理 5 由于电动机磁路的非线性，通常 矩方程有 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 ),( iT 转子位置角 ； i 绕组电流。 机械运动方程 ： 2 式中 ， J 系统惯量； D 摩擦系数 ； 负载 转矩。 可以看出控制电流 i 和通电角度 ，就能控制转矩 T 和角速度 。 图 2四象限运行机械特性图 4 5 如果认为外加电压和 2 （ 2 中 ， k 比例常数； T 平均电磁转矩 ； 角速度。 对于 高外加电压和允许最大电流条件下，存在一个临界角速度b，这个角速度是 称为 速”。显然，基速也是 对于传动系统所需要的转矩 (1) 电流斩波控制 若要 0b速度范围内获得恒转矩特性 ，可固定开关角，用电流的限值控制电压加在导通绕组上的有效时间，以实现磁链和电流值的限定和得到恒转矩特性。改变 限流幅值的大小，即可控制输出转矩的变化。这种方式只能在基速以下使用，使 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 速特性。 (2) 角度位置控制 当 速度范围运行时，因旋转电动势较大且各相主开关器件导通时间较短，电流较小，从式（ 2可知，随着角速度的增加，平均力矩则下降 2r ，这时，若通过按比例地增大导通角，导通时间下降变慢，通过控制，使磁通以角速度 12r下降，则电磁转矩 随 1r 下降，即可在基速以上一个较宽的范围内得到恒功率输出特性。 近年来，随着技术水平提高和功率半导体器件的发展， 80601140 ，为采煤机提供无需 V/380压器的电牵引系统，这种方式非常适合小型的、用于薄煤层的采煤机，替代原来的液压牵引系统。它将有可能形成一种非常有市场潜力的规格范围。 本次设计的大功率厚煤层采煤机便采用了开关磁阻电机调速系统。 3 总体设计 动方案的确定 根据现有采煤机的牵引部的常用结构和本采煤机的传动特点， 150采煤机牵引部采用两级直齿轮和两级行星齿轮减速。同时，为保证有足够的装配空间，两级直齿轮传动中添加一个惰轮组件。齿轮传动瞬时传动比不变，且效率高，体积小。 行星齿轮减速器功率经多 个行星轮分流而同轴输出，减小了轴和轴承上的载荷。与其他平行轴系齿轮传动相比，它具有结构紧凑、扭矩与质量比大等的优点，非常适合于矿山机械中的动力与运动传递。 150/1500 型采煤机的传动系统图如图 3示。 图 3150/1500 型采煤机牵引部传动系统图 从牵引部第二级行星齿轮的行星架，通过渐开线花键驱动驱动轮，驱动轮驱动走轮与铺设在输送机上的圆柱销排式齿轨相啮合使采煤机移动。 150煤机的行走箱如图 3示。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3150/1500 型采煤机行走箱结构 动机的选择 150500 型采煤机 采用了四象限运行的组合式开关磁阻调速系统（ 可遥控、手动和两端按钮操作 。 该产品是目前国内最为新型的大功率四象限开关磁阻调速电牵引采煤机。 根据煤矿工作条件和煤矿安全规程的要求，选择抚顺煤矿电机厂生产的 开关磁阻 电动机，电动机型号 60，电动机的主要参数如表 3 电动机的外形如图 3 表 3关磁阻 电动机的主要参数 项目 额定功率（ 电源电压（ V） 额定转速（ r/ 绝缘等级 冷却水量（ 3m /h） 数量 60 380 1100 H 1 项目 冷却水温（） 数量 30 图 3开关磁阻 电动机的外形 传动比及传动比分配 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 传动比 要确定传动系统的总传动比，就要首先明确电动机的输入速度和采煤机的牵引速度。由上一节可知电动机的额定转速为 1100r/煤机的目标牵引速度定为 10m/据三机配套的要求 采煤机、液压支架和刮板输送机的配套，驱动轮（ 12Z ）和行走轮 (13Z)的齿数分别定为 1012 Z , 1313m 1 3 1 313131 2 1 2 1 3 1 33 9 . 7 9 1 3 5 1 7 . 2 71 0 0 0 1 0 1 0 0 06 . 2 / m i . 7 9 1 3136 . 2 8 . 0 6 / m i m z m i n r 牵引部传动系统的总传动比： 1100 1 3 6 . 58 . 0 2 电 动 机总 驱 动 动比分配 总传动比 等于各级传动比的连乘积，即 1 2 3 ni i i i i （ 3 如果把传动比分配的合理时，传动系统结构合理紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好；但分配不合理，其结果正好相反，因此分配传动比时要考虑以下几条原则： 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。 二级圆柱齿轮减速的推荐传动比范围为 （淬硬齿轮），单级行星齿轮减速的传动比范围为 ，考虑到减速范围和采煤机的尺寸要求，暂定二级圆柱齿轮减速的传动比为 直，两级行星齿轮减速的传动比 31i 行。 对展开式二级圆柱齿轮减速 器，为保证其高低速级大齿轮浸油深度大致相近，其传动必要满足下式： ( 2 )12(1 1 3式中 1i 高速级传动比； 2i 低速级传动比； 所以有 3 已知 12 i i直求解得 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 1 1 . 3 1 . 8 4 2 . 3 9i 根据机械设计手册提供的公式和图线，分配两级行星齿轮传动的传动比。 取 2H 42 21 K 121222 211 可以求得 ： 4 1 1 . 9 2 . 5 33A 332 . 5 3 1 . 2 4 . 3 7E A B (3查图 文献 10中图 14知 ： i i 式中 3i 两级行星齿轮减速的高速级传动比 ； 4i 两级行星齿轮减速的低速级传动比 。 总传动比误差 %( 4321 i 3在误差允许范围 5内，满足设计要求。 引部传动系统运动学、动力学参数的计算 (2) 动效率的选 择 1滚子轴承的效率：1 ； 2圆柱齿轮传动的效率：2 ； 3单级行星圆柱齿轮减速的传动效率：3 。 轴的转速计算 电机轴转速： 1001 惰轮轴的转速： 2112 z 牵二轴的转速： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 m 牵三轴 （第一级行星 齿轮减速器的输入 转速 ） 的转速： m 2234 第二级行星齿轮减速器的输入 转速 ： m 8345 驱动轮的转速 ： m 行走轮的转速： m 轴功率计算 输入功率： 1 惰轮轴 的功率： 2 牵二轴 的功率： 3 牵三轴 的功率： 4 第二级行星齿轮减速器的输入 功率： 5 第二级行星齿轮减速器的输出 功率： 6 行走箱 的输出 功率： 7 轴的扭矩计算 扭矩公式： (3牵一轴（电动机）的扭矩： 0 . 4 9 0 05 8 . 89 5 5 0 5 0牵二轴 的扭矩： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 3 5 0 5 0牵三轴 的扭矩： 8 . 7 75 3 . 6 59550 5 9第二级行星齿轮减速器 的 输入 扭矩 ： . 55 2 . 5 7 79550 7 1 1第二级行星齿轮减速器 的输出扭矩： 0 65 1 . 5 2 59550 6 1 0 5 0行走箱 的 输出 扭矩： 7 7 0 . 8 8 25 0 . 4 99550据汇总 将以上数据列于 表 3 表 3引部运动和动力参数 轴 号 转 速 n(r/输出功率 （ 输出扭矩 （ ） 传动比 i 效率 电机轴 1100 60 一轴 1100 二轴 462 143 三轴 二级 行星齿轮减速器的 输入轴 动轮 轮轴 1050 走轮轴 牵引部齿轮设计计算 在借鉴以往采煤机牵引部 传动系统的设计经验的基础上 和采煤机工作环境的恶劣，结合文献 10中的齿轮传动的计算，牵引 部齿轮的 结构 设计及强度 校 核，具体计算过程及计算结果如下： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 引部第一级齿轮传动设计计算 (1) 选择齿轮材料和热处理方法 根据以前采煤机的设计经验，由 文献 10第一卷，选 小齿轮 18 渗碳淬火，齿面硬度 58大齿轮 18 渗碳淬火 ， 齿面硬度 58齿轮的疲劳极限应力按中等质量（ 求查文献中的图查得 ： M 5 4 02 M 002 (2) 初定齿轮的主要参数 按照齿根弯曲疲劳强度估算齿轮尺寸 。 小齿轮传递的扭矩 ： 0 . 1 . 8955011 (4许 用齿根应力 ： l i 7 1 . 4 1 . 4 5 0 0 7 0 0F P F E F M p a 选齿宽系数d： 选用小齿轮的齿数 211 z ，大齿轮的齿数 492 z 。 由文献 10中的图 14齿轮齿廓系数 由文献 10中的图 14齿轮应力修正系数 合齿廓系数 将以上数据代入公式 11 33 212 5 1 0 4 . 31 2 . 6 1 2 . 6 4 . 5 50 . 6 2 1 3 5 0 (4圆整并取标准模数 则齿轮的主要尺寸 齿轮分度圆直径 2d ： 4 549522 齿宽 b ： 31 0 (4 大齿轮的宽度 2b ： 32