薄煤层滚筒采煤机总体方案设计与摇臂设计【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 1 目录 前言 . 5 1 概述 . 8 煤机工艺特点 . 8 设计采煤机简介 . 9 2 采煤机基本功能的结构方案 . 10 现破碎煤壁功能的结构方案 . 10 削式结构方案 . 10 削式结构方案 . 11 压式结构方案 . 11 现装煤功能的结构方案 . 12 现采煤机自移功能的结构方案 . 12 动方式的选择 . 12 引机构的形式选择 . 14 割部传动的选择 . 16 动机 . 16 动机 固定减速箱 摇臂 行星齿轮传动 滚筒 . 16 动机 减速箱 滚筒 . 16 动机 摇臂 行星齿轮传动 滚筒 . 17 3 采煤机辅助功能的结构方案 . 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 现适应煤层赋存状态变化功能的结构方案 . 18 实现使用煤层厚度变化的功能结构方案 . 18 应煤层沿走向波浪起伏以及存在断层的功能的结构方案 . 19 有开采大倾角煤层功能的结构方案 . 19 现降尘和冷却功能的结构 . 19 现降尘功能的方案 . 19 电缆装置 . 20 4 采煤机主要特点及主要参数 . 21 煤机的主要特点 . 21 要技术参数 . 21 5 摇臂工作机构设计 . 23 6 总传动方案设计 . 25 动方案介绍 . 25 动方案的比较及确定 . 25 总传动参数的计算 . 27 配传动比 . 27 配原则 . 27 动比数 . 28 轴转矩 . 28 择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数 . 30 速轴齿轮模数的确定及校核 . 30 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 齿面接触疲劳强度设计计算 . 30 速轴齿轮模数的确定 . 34 择齿轮材料 . 34 齿面接触疲劳强度设计计算 . 34 星齿轮设计计算 . 36 取行星齿轮传动的传动类型 . 36 齿计算 . 37 步计算齿轮的主要参数 . 37 合参数计算 . 38 何尺寸计算 . 38 轮强度验算 . 38 7 轴设计 . 42 速轴尺寸 的确定 . 42 出轴的转矩 T . 42 用在齿轮上的力 . 42 定轴的最小直径 . 42 高速轴相连的惰轮轴的确定 . 43 速轴尺寸的确定 . 43 出轴的转矩 T . 43 用在齿轮上的力 . 43 定轴的最小直径 . 44 中速轴相连的惰轮轴尺寸的确定 . 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 速轴尺寸的确定与校核 . 44 出轴的转矩 T . 44 用在齿轮上的力 . 44 定轴的最小直径 . 45 的结构设计 . 45 的强度校核 . 46 确校核轴的疲劳强度 . 47 星轮轴的确定 . 49 8 润滑与密封 . 50 动件的润滑 . 50 动轴承的润滑 . 50 滑剂的选择 . 50 速器的密封 . 50 9 其他数值的确定 . 51 筒和截齿的选取 . 51 筒 . 51 齿 . 51 臂总体尺寸的确定 . 52 结论 . 53 致谢 . 55 参考文献 . 56 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 前言 我国薄煤层资源分布广泛， 0%。在一些省、区薄煤层储量比重很大，如四川省占 60%，山东省 54% ,黑龙江省占 51%，贵州省占37%。特别是在南方地区，有些省份薄煤层净占 50%以上，而目薄煤层分布广，煤质好。但由于其开采煤层厚度薄 ，与中厚和厚煤层相比，薄煤层机械化开采存在着工作条件差，设备移动困难，煤层厚度变化、断层等地质构造，对薄煤层设备生产性能影响大，以及投入产出比高、经济效益不如厚与中厚煤层等特殊问题，造成薄煤层机械化开采技术发展速度相对缓慢。 另外，对一些薄、厚煤层并存的煤矿，由于薄煤层开采速度缓慢，使其下部的中厚煤层长期得不到及时开采，以至影响工作面的正接替，而有的就只能被迫丢失一些薄煤层资源。随着大批煤矿中厚 :煤层的资源开采比较多，使得资源越来越少，所以薄煤层的开采己列入日程。因此，研制适合我国实际国情的薄煤层采煤机，以 适应不同的煤层结构，提高薄煤层采煤的工作效率是当务之急。 我国薄煤层采煤机的研究始于 60年代。 60年代初，在顿巴斯一 1型采煤机基础上，我国开始自行研制生产采煤机。这类薄煤层滚筒采煤机主要有 列采煤机，如 1964年生产的 64 型， 1980 年生产的 80 型浅截石单滚筒采煤机，另外还有 00型采煤机。 70年代至 80年代初期，我国自行研制开发了中小功率薄煤层滚筒采煤机。比较典型的有山东煤研所和淄博矿务局研制的 100 型单滚筒骑输送机采煤机。 100 型采煤机装机功率 100链牵引，牵引传动方式为液压调速加齿轮减速。牵引力 90引速度 0高 煤质硬度为中硬以下的缓倾斜薄煤层。 80年代，我们在引进了德国、英国等采煤机生产技术的基础上，自主开发和制造适应我国不同的煤层条件的滚筒式采煤机系列产品，并在 90 年代中期初步完成了主导机型，由液压牵引采煤机向电牵引采煤机升级换型工作。 1980年，黑龙江煤矿械研究所和鸡西煤矿机械厂共同开发出 列骑输送机滚筒采煤机，其中 00型双滚筒采煤机，性能良好，能自开缺日、强度高、工作可靠，在我国薄 煤层采煤中广泛应用。但是用双滚筒采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 薄煤层，结构较复杂，机身又长，所以使用不便，于是又生产出更加简化的 - 100型单滚筒薄煤层采煤机。 列采煤机在我国多个局、矿均有推广使用，其牵引力达 120引速度为06m/适用于采高 质硬度为中硬以下缓倾斜薄煤层中使用，平均年产量为 16万 上世纪 8090年代期间，为了满足开采较硬薄煤层的需要和提高薄煤层滚筒采煤机的可靠性，研制了新一代的薄煤层滚筒采煤机。主要有黑龙江煤研所、鸡西煤机厂研制的采煤机，煤科 总院上海分院与大同矿务局联合研制的 采煤机，中波合作研制的 强力爬底板采煤机，以及上海分院与西安煤机厂合作研制的 00型采煤机的改进，用以克服 引力小的问题，将功率提高到 150牵引力提高到 160用于 . 5m， 煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层工作面，平均月产量为 2200- 00用液压驱动、无级调速，链牵引， 最大牵引力 180用采高为 是国内同类型薄煤层采煤机中功率较大的一种，平均日产在 1000 七五 ” 和 “ 八五 ” 期间由煤科总院上海分院与波兰科玛克合作研制成功的国内第一台交流变频调速薄煤层采煤机，该机具有机面高度低 （ 仅为 721、装机功率大、机组运行平稳、工作 可 靠等优点。总装机功率为 344中截割功率为 300引功率 22用齿轮一销轨式无链牵引，最大牵引力 350引速度 06m/用于采高范围为 质较硬的薄煤层工作面。由于该采煤机采用爬底板工作方式，对底板要求较高，底板太软或起伏太大，适应性差，因此其使用范围有一定的局限性。 W 型采煤机实际上是中厚煤层采煤机的派生机型，将机面高度压低以适应薄煤层工作面开采需要。装机功率为 375用液压调速，摆线轮一销轨无链牵引系统，适用于采高 业性试验期间在采高 .7 6008t，最高日产为 1884t。 进入 上世纪 90 年代以来，为了满足厚薄煤层并存、薄煤层作为解放层开采矿井的迫切需要 ，并结合当代中厚煤层滚筒采煤机技术， 1997 年，由大同矿务局、煤科总院上海分院联合研制了新一代 50- 薄煤层采煤机，该采煤机采用多电机驱动、交流变频调速、无链牵引等技术。总装机功率达 450中截割功率 200引功率 25文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 牵引力 400引速度 06m/用骑输送机布置方式，可用于采高为 一台样机于 1997 年 12 月在晋华宫煤矿 9 层 8301 工作面投入使用，取得了最高月产量 t,最高日产量 5300 在此 基础上，又研制出 50- 了满足广大中小型矿井薄煤层普采与高档普采工作面的需要，研制了 用骑输送机布置和液压调速无链牵引方式，装机功率 250割电机采用特别设计的充液电机。最大牵引力300引速度 06m/ 电动机纵向布置，机身分为 3段，中间为电机，两端为牵截部。该采煤机的牵截部将泵箱、牵引齿轮传动部、截割部固定齿轮传动箱合为一体，结构十分紧读。各段之间采用高强度螺栓连接，机身无底托架，配用 150C 溜槽，机 面高度为 699m m，可适应采高为 采煤机的使用效果有待进一步考察。 我国薄煤层采煤机经过 40多年的发展，技术己趋成熟。但一个突出的问题是 :日前我国薄煤层采煤机为方便设计，在行走机构上均采用中厚煤层采煤机所用的相关参数，例如销排节距，一般大都采用 126样做虽能保证其正常运行，但其强度余量过大。 以 16- 最大牵引力为 37t，每个牵引部牵引力仅为 现用销排强度约 60t,可见其销排强度的余量过大。实际上其 使用的还是沿用中厚煤层采煤机所用的销排，从而薄煤层采煤机的行走机构尺寸较大，采煤机机面高度降不下来，影响了薄煤层采煤机的适用性。另一方面，与薄煤层采煤机配套的现用输送机、液压支架等也是根据销排尺寸来设计的，同样尺寸较大，这样造成采煤机价格较高，不利于薄煤层采煤机的应用推广。因此，为了使薄煤层采煤机得到进一步的推广和发展，在减小采煤机行走机构的参数、降低采煤机机身高度的同时，设计和开发适合薄煤层开采所需要的工作面输送机和液压支架也己变得迫在眉睫，这将推进采煤机制造业的进一步发展。 近 几 年来，我国薄煤层采煤机得 到了很大的发展，但在质量和寿命和高新技术应用等方面与国内大型采煤机，特别是与国外采煤机相比，还存在较大的差距。主机用原材料、关键零部件、轴承、密封件、电机、电气元件、液压元部件等都存在较大的差距。这些问题造成了我们的产品可靠性不高，寿命较低。如采煤机齿轮寿命国 内 5000h，而国外为 2万 h，仅为国外同类产品的 1/4； 很简单的带式输送机托辊，国内最好产品的寿命达到 3万 h，而国外同类产品寿命可达 9 万 h。国外综采工作面采煤机一般都装有自动监控、诊断、数据传输、无线电遥控装置，不仅操作方便，而目能通过诊断装置预先发现 故障并及时排除。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 1 概述 煤机工艺特点 薄煤层滚筒采煤机： 薄煤层工作面采高低，要求采煤机机身矮，且要有足够的功率，通常功率不应低于 100200身尽可能短，以适应煤层的起伏变化；要有足够的过煤和过机空间高度；尽可能实现工作面不用人工开口进刀；有较强过地质构造能力；结构简单、可靠，便于维护和安装。根据这些要求，薄煤层采煤机分为骑输送机式和爬输送机式两类。七输送机式采煤机由输送机机槽支撑和导向，只能用于开采厚度大于 层。爬行板式采煤机机身位于滚筒开出的机道内，机面高度低，当采 高相同时，与骑输送机式相比，过煤空间高，电机功率可以增大，具有较大生产能力，并且工作面过风断面大、工作安全，可用于开采 煤层。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 设计采煤机简介 1） 本设计所研究的 薄煤层采煤机是为普采、高档普采工作面研制的一种新型的由多电机驱动的横向布置、较大功率的薄煤层齿轮销轨式牵引采煤机。该机由三部电动机驱动，其中左、右截割电机功率分别为 100引电机功率为 40装机功率共 240要由左摇臂、主机体、右摇臂、调高油缸、机身连接、冷却喷雾装置以及滚筒和其它 附属装置等组成 。 该机是一种沿长壁回采工作面全长穿梭式采煤的薄煤层采煤机。主机分别由煤壁侧两个支承滑靴和老塘侧的两个导向滑靴支承在运输机的中部槽上，在两液压马达所驱动的左、右行走箱中摆线轮与销排的强力啮合，再由装在两行走箱上的导向滑靴的导向，来实现采煤机沿运输机方向的牵引行走，同时左、右截割部的两滚筒也在截割电机的驱动下进行旋转， 挡 煤板铰接在滚筒后从而完成采煤工作面的落煤和装煤。 2） 主要用途和适用条件 ： 该机适用于顶板中等稳定，煤层厚度在 ，倾角 30 的煤层，可采普氏硬度系数 f3 的煤质和非金属层状矿 床。工作时可与单体液压支柱、金属铰接顶梁配套组成普采或高档普采工作面、也可与薄煤层液压支架配套组成综采工作面。该机设有液压防滑制动器。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 2 采煤机基本功能的结构方案 现破碎煤壁功能的结构方案 削式结构方案 在鼓形滚筒的表面或在螺旋滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿边用铣削的方式把煤从煤壁上截割下来，这是铣削结构。 在侧铣方式 中 螺旋滚筒结构应用最普遍，其主要优点是它不仅能实现截落煤的功能，还能实现装煤的功能；水平旋转轴调整滚筒高 度比较方便，对不同煤层厚度的适应性好；具有自开缺口的功能等。 垂直滚筒结构的特点是，滚筒结构简单，制造方便；破碎煤层时，截齿沿层里运动，截齿所受截割阻力小，采煤机能耗比较低；这种滚筒只能在煤层厚度变化不大的薄煤层中工作，或与其他结构形式的破煤结构组合在一起共同工作，滚筒的适应性小。 图 2平轴螺旋滚筒结构 图 2直轴滚筒结构 he 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 2铣式结构方案 nd 钻削式结构方案 钻削式结构是在环形悬臂的首端安装截齿，这种悬臂的内表面也安装有截齿。这种结构被称为钻削臂。当钻削头自转并沿其轴线方向推进时，首先在煤层中钻削头截割出现形截槽，而此环形槽所围成的柱状煤体则被轴线头内的截齿所破碎。 这种结构的优点是结构简单，制造方便 ；集落煤和装煤功能于一体；煤的坡度大，及其能耗低。其缺点是这种结构应布置于采煤机的端面，机身必沿其钻削出的空间前进，因此，机身长；这种破煤结构不能自开缺口；为使顶底板平整，还必须配有截割盘，沿顶板和底板截割煤层，因此整个机器的结构复杂；此外，这种破煤结构对煤层厚度的适用性小。 压式结构方案 滚压式破 煤 结构是在螺旋滚筒的旋叶上和滚筒端面安装滚压盘刀，当滚筒前移并自转时，盘刀压向煤壁，其刃部的挤压和剪切作用达到破煤的目的。 这种破碎煤层的就都优点在于，采下煤的块度大，煤尘明显低；机器能耗小；盘刀寿命长，结构复杂成本高。 综合上述各种结构的优缺点，结合该采煤机是在煤层厚度小的薄煤层中工作，适用螺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 旋滚筒结构的特点，所以实现破碎煤壁功能结构方案选择螺旋滚筒结构。 现装煤功能的结构方案 把煤从煤壁上破碎下来以后，还要装 到工作面输送机里运到到工作面之外。能实现这种装煤工作的结构与落煤结构的种类有关。经过淘汰和筛选，只有两种 类 型的装煤机构被广泛应用。 一种是与落煤结构相结合，不仅具有落煤功能，而且兼有装煤功能。比如，螺旋滚筒式工作结构，采落下来的碎煤被螺旋叶片自煤壁向采空区方向输送，并装到工作面输送机里。钻削式工作机构的钻削臂也起装煤作用。这两种工作机构的装煤功能要与工作面输送机的铲煤板相配合，才能更好的实现。经验表明，通常还有 5%20%的采落煤不能装入输送机里而留在工作面底板上，这些没被称为浮煤。当浮煤量较小时，不必进行人工清理，在输送机向煤壁方向推移时，浮煤会顺采煤板滑入输送机里运走。而当浮煤量较大时，必须在采煤机之后进行人工清理，称为扫浮煤。为了减少浮煤量，有时在螺旋滚筒轴上悬有弧形挡煤板，置于滚筒后面，浮于底板之上，收集底板上的浮煤，再由螺旋滚筒通外运。 另一种是 专门用于装煤的结构，如犁地的犁一般，被单独的牵引机构牵引，在工作面往返运行，把碎落在底板上的煤装入输送机里。这种结构往往与没有装煤功能的工作机构配合，如水平轴鼓形滚筒工作机构等。 由于破碎煤壁功能结构方案选择螺旋滚筒结构，并且其具有落煤与装煤功能，所以装煤功能的结构方案采用螺旋滚筒式工作结构。 现采煤机自移功能的结构方案 动方式的选择 1） 液压传动 如下图 ， 液压传动的牵引系统是有牵引部电动机带动油泵，经油泵排出的压力油经过控制油路的控制阀驱动油马达，油马达在经减速器 齿轮系统（或直接驱动链轮）驱动牵引链轮。通过改变油泵的排油方向和排油量的大小，改变油马达的旋转方向和转速以实现牵引的换向和牵引速度的调整。在液压系统中还要设有安全阀和溢流阀，以防止牵引力过载，起到保护系统的目的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 液压传动系统的特点是 ： 可以实现无级调速，保护完善，换向方便，可以实现自动调速和离机遥控调速，单液压元件加工精度高，对 于 要求严格，故障处理较困难，在井下工作面检修不便。随着及其功率的加大和长时间的运转，使油的温度升高，会造成容积效率降低和油质变劣等后果。 图 2压传动系统方框图 ） 电气传动 电气传动的牵引方式又称 “ 电牵引 ” ，就是用可以调速的直流电动机驱动牵引部。为了简化采煤机的电源种类和减少输电过程的损失，截割部和牵引部都采用交流电源，在采煤机上附设整流设备 向 牵引部供应直流电。 但 采煤机的外形尺寸受到严格的限制。 电气传动的牵引系统如下图所示。在电动机的控制回路中装设了可控硅调速回路，该回路可接受两个反馈信号，一个是牵引链轮的转速，经截割部电动机的截割回路反馈到控硅调速回路实现电机转速的调节。另一个是 与电动机的限速发电机的电压反馈信号，反馈到可控硅调速回路来提案接电动机的转速。 图 2电气传动系统方框图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 种传动方式的调速、换向、过载保护和各种监护保护都可以由电气系统实现，使得机械传动部分大为简化，因而可以缩小采煤机的体积，采煤机的总质量比液压牵引的采煤机减轻约 13 ；调速方便，调速范围广，调速特性好；牵引部传动效率比液压牵引部提高近 30%； 可以用于有链或无链牵引系统；装有两台电牵引部的采煤机，可以不降低牵引速度的条件下把牵引力提高一倍。而液压传动的无链双牵引部采煤机，因为油泵公用，牵引力提高一倍时牵引速度将降低一倍。 根据该薄煤层采煤机的工作环境，传动方式选择液压传动。 引机构的形式选择 长壁回采工作面采煤机的牵引机构有三种：钢丝绳牵引机构、锚链牵引机构和无链牵引机构。 图 2链牵引机构 ） 钢丝绳牵引机构 过去的采煤机基本都用这种牵引机构 ，由于是靠钢丝绳与卷筒之间的摩擦力实现传动，所以两者磨损较快，使用寿命短（钢丝绳的使用寿命为 2到 3个月）；又因受到井下空间条件的限制，钢丝绳直径不可能太粗，限制了采煤机牵引力的提高；而且断绳时容易伤人。所以，只有某些特殊条件才被选用。 2） 锚链牵引机构 采煤机锚链牵引方式有两种：内牵引和外牵引。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 牵引部和截割部联结城一个整体，在工作面上来回移动，称为内牵引，牵引部出轴上装一链轮与锚链想啮合，该锚链绕过链轮、两端经导向轮后拉直，分别固定在工作面输送机机头和机尾上，链轮转动时，迫使机身盐工作面移动。 外牵引是把牵引部设在工作面的端部，不跟截割部一起移动，只随工作面向前推移。 和内牵引相比，外牵引有不少缺点，主要表现在： a) 牵引部设在工作面一端时，要用两条在工作面上不断拖动的牵引链，对滚筒装煤、输送机和液压支架的推移都有妨碍，而且容易伤人； b) 如果在工作面两端各设一个主动链轮，虽然可以减少一根牵引链，但是牵引链的收放很麻烦。实际上不得不采用两条牵引链，采煤机更加复杂，操纵更不便； c) 由于牵引链要在工作面上移动，使采煤机的牵引阻力比内牵引约大 15%20%；而且牵引链的弹性振动较大，引起采煤机的动载荷也较大； d) 采 煤机在工作面上移动的比内牵引时轻，在一定条件可能影响采煤机的工作稳定性； e) 截割部和牵引部相距很远，给操纵造成一