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新型电牵引采煤机截割部设计【5张CAD图纸和说明书】

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新型 牵引 采煤 机截割部 设计 cad 图纸 以及 说明书 仿单
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摘  要

本说明书主要介绍了采煤机截割部的设计计算。此新型电牵引采煤机截割部主要是由一个摇臂减速箱和一个行星减速机构组成,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。截割部采用四行星单浮动结构,减小了结构尺寸,采用大角度弯摇臂设计,加大了过煤空间,提高了装煤效果。


关键词:采煤机;截割部;减速箱;行星轮系;设计



Abstract

Calculate in design which cuts the cutting department of main introduction mining machine of this manual.It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the   advanced mining machine cuts the cutting department,cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm,the power that the motor outputs leans on around of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth ,urge the cylinder ti rotate finally.Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary forms,have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve the rocker arm to design,have strengthened the space of coal,have improved the coal result of putting.

Key words: Mining machine;Cut the cutting department;Gearbox;A department of planet;Desigh





目  录 

前  言 1

1 绪论 2

1.1 采煤机发展概述 2

1.2 国内外发展现状及研究趋势 4

1.2.1 国外电牵引采煤机发展概况 4

1.2.2 国内电牵引采煤机发展概况 5

1.2.3技术特点与发展趋势 6

1.2.4 国内电牵引采煤机研究方向 9

2 煤的机械性能及截割理论 10

2.1 煤层构造特点 10

2.1.1 原生性构造特点 10

2.1.2 次生性构造特点 10

2.1.3 断裂和裂缝的观测 11

2.2 煤的物理机械性质 12

2.2.1 煤的物理性质 12

2.2.2 煤的机械性质 13

2.2.3 煤的坚固系数 17

2.2.4 煤的截割阻抗 17

3 截割部的设计与计算 18

3.1主要技术参数 18

3.2传动比和各轴转矩的计算 19

3.3 齿轮强度校核 22

3.3.1 第Ⅰ级、高速级减速齿轮 22

3.3.2 第Ⅱ级减速齿轮 29

3.4 行星机构的计算 36

3.5 截割部轴的设计计算 56

3.5.1 离合器齿轮轴 56

3.5.2 齿轮组轴 64

3.6 截割部轴承寿命校核 71

3.6.1 离合齿轮组轴承 71

3.6.2 齿轮组轴轴承 73

4 采煤机的使用与维护 75

4.1采煤机使用过程中常见故障与处理 75

4.1.1 采煤机截割部与牵引部连接部位损坏的原因分析: 75

4.2大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 76

4.2.1 发热原因的分析 77

4.2.2 解决方法 77

4.3采煤机轴承的维护及漏油的防治 78

4.3.1采煤机轴承损坏形式和原因 78

4.3.2 预防和改进措施 79

4.3.3 加强轴承使用中维护和保养 80

4.3.4 采煤机漏油及处理 80

4.4煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 81

4.4.1设计 82

4.4.2 选材 83

4.4.3 加工工艺 83

4.4.4 热处理 84

4.4.5 表由强化处理 85

4.4.6 正确安装运行 85

4.4.7 润滑 85

致  谢 89

参考文献 90





前  言

我国是一个贫油、少气、富煤的国家,因此我国是产煤大国,煤炭是我国最主要的能源,是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。

然而采煤一直以来都被人们看作一项非常危险的事情。在以前国内有很多小型煤窑,由于规模小,技术落后,大部分都是靠人工进行挖煤、运输煤。因此经常出现各种事故,而且大量浪费了资源。大型的采煤机械的出现使这一现象得到了改观。采煤机作为采煤的主要工具是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性,达到高产量、高效率、低消耗的目的。它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。

20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产的需要,到今天几乎是我国采煤机占领我国的整个采煤机市场,依靠科技进步,推进技术创新,开发高效矿井综合配套技术是我国煤炭科技的发展的主攻方向,我国的采煤机现在已经进入了自主研发,标准化,系列化阶段。


1 绪论 


1.1 采煤机发展概述 

机械化采煤开始于本世纪40年代,是随着采煤机械的出现而开始的。40年代初期,英国、苏联相继生产了采煤机,使工作面落煤、装煤实现了机械化。但当时的采煤机都是链式工作机构,能耗大、效率低,加上工作面输送机不能自移,所以生产率受到一定的限制。

50年代初期,英国、联邦德国相继生产出了滚筒式釆煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱,从而大大推进了采煤机械化技术的发展。滚筒式采煤机采用螺旋滚筒作为截割机构,当滚筒转动并切人煤壁后,通过安装在滚筒螺旋叶片上的截齿将煤破碎,并利用螺旋叶片把破碎下来的煤装人工作面输送机。但由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒,不能实现调高,因而限制了采煤机的适用范围,我们称这种固定滚筒采煤机为第一代采煤机。因此,50年代各国采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平。虽然在1954年英国已研制出了自移式液压支架,但由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善,综采技术仅仅处在开始试验阶段。


内容简介:
本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 职称: 所在院(系): 教研室(研究室): 题 目 新型电牵引采煤机截割部的设计学生姓名 王 专业班级 学号一、选题质量:1.采煤机截割部的设计符合本专业的培养目标,能够体现综合训练要求。2.题目难易程度中等偏上。3.设计说明书的设计与计算部分难度中等但工作量较大。4.此题目直接与现实中的采煤机相关,设计此采煤机可以直接与工厂生产相连,产生效益;同时新型采煤机的设计可以提高生产效率;此题目为创新型题目,可培养学生的研究精神。二、开题报告完成情况:已完成2三、阶段性成果:1.完成开题报告2.设计说明书计算部分草稿完成3.完成 AutoCAD 的部分图纸草绘4.完成国外文献的翻译四、存在主要问题:1.图纸设计需要查资料,因此进展缓慢2.设计计算工作量稍大,特别是需要校核部分3五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名)年 月 日本科毕业设计(论文)开题报告题目名称 新型电牵引采煤机截割部设计学生姓名 王 专业班级 学号一、 选题的目的和意义:与目前国外最先进的电牵引采煤机相比国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距(1)单台截割电动机功率均在 400kw 以上,目前多数采煤机的单台截割电动机已达到 600kW,最新的采煤机单台截割功率高达 750kw;(2)截割功率的增大,支架随机文护的实现,为加大滚筒截深创造条件,以前滚筒的截保大多足的 630-800mm,而今已普遍采用 1000-1200mm 截深,个别截深 l500mm除上述我同采煤机存总体水平上存在较大的差距外,在采煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质件能与国外先进水平有较大的距离。因使用条件的缘故,采煤机的结构具有其特殊性(截出、滚筒、行走机构等都有特定要求),如滚筒设计CAD滚筒设计制约因素很多,首先要根据复杂多样的煤层地质条件, 、然后是工作面的生产技术要求,还要考虑的是采煤机的结构参数(滚筒直秆、截深、转速、牵引速度),而最后要设计出一个截割效率高,装煤效果好,块煤产出多,粉煤生成少,截齿消耗小,使用寿命长,制造成本低的截割滚筒。二、 国内外研究综述:20 世纪 70 年代中期,德国 Eickhoff 公司和美国 JOY 公司相继研制出最早的直流电牵引采煤机。此后,世界上各主要采煤机研究制造公司均对电牵引采煤机进行了大量的研究开发。80 年代后期涌现了大量电牵引采煤机型,并出现了交流电牵引采煤机。20 世纪 90 年代,随着现代科学技术的飞速发展,开发出集电子电力、微电子、信息管理以及计算机智能技术与一体的大功率电牵引采煤机。如美国的 JOY 公司的路系列,英国的 Long-Airdox 公司的 Anderson Electra、Anderson EL 系列,德国Eickhoff 公司的 EDW 系列、SL 系列,日本三井三他制作所的 MCLE-DR 系列等电牵引采煤机。电牵引采煤机以其性能参数优、可靠性强、自动化程度高、操作方便、控制灵敏、监控保护及检测功能完善和经济效益好等众多优点在国际上被迅速推广使用。2三、 毕业设计(论文)所用的主要技术与方法:文献法,AutoCAD 绘图等四、 主要参考文献与资料获得情况:滚筒式采煤机理论设计基础 ,刘春生著,中国矿业大学出版社,2003采煤机 ,李昌熙等编,煤炭工业出版社,1988.05五、 毕业设计(论文)进度安排(按周说明)第一周,收集资料第二周,进行部分数据计算并撰写论文大纲第三周,撰写毕业设计论文第四周,运用 AutoCAD 设计部分零件图与装配图六、 指导教师审批意见:指导教师: (签名)年 月 日 高速金属切削立铣刀涂层的研究摘要一些用在硬质合金和金属陶瓷端铣刀上的新型民用试验 PVD (物理气相沉积)涂层正通过实验室试验进行研究.这些有涂层和无涂层刀具被用在高速的钢的干切削和铝合金的湿切削上.最后使用铣床进行精加工.刀具寿命被用来作为评价涂层性能的标准,同时也以切削力和功率损耗的现场监察为基础.最后的结果按照机械加工的单位体积损耗来进行讨论. # 1999 Elsevier Science S.A. All rights reserved.关键词 : PVD 涂层;端铣刀;高速铣削1.论文简介这项研究工作通过调查一些用在商用的硬质合金和金属陶瓷端铣刀上的新型涂层进行处理1-3.使用由物理气相沉积技术组成并基于阴极电弧的装置4.钢和铝合金被用作工件材料.一般来讲,大家都知道当金属陶瓷基板的涂层效果没有被完全评估时硬质合金表面的 PVD 涂层可以提升切削刀具的耐磨性5-11.2.试验2.1 材料钢块 AISI-SAE 1045(HB190)和过共晶铝合金(包含:硅 1719%, 铁 1.20%最大, 镁 0.40.7%)用作被加工材料.商用硬质合金端铣刀(ISO 等级 K10-20;体积组成:碳化钨90%,Co10%;HV30=1600;抗弯强度3700N/mm2),金属陶瓷(ISO 等级 P20;主要由TiCN, TiC, TaC, WC, NbC, Co, Ni 组成; HV30=1600; 抗弯强度 2300 N/mm2)用作切削刀具.硬质合金(HM)和金属陶瓷也被用作基板,外表涂上基于阴极电弧系统的PVD涂层4.一些单层按如下堆放: MoS 2和TiN(两种试验涂层基板 ) , TiCN, TiAlCN, TiAlNbN(仅HM); TiAlN(仅金属陶瓷)和如下混合层TiN+TiCN(两种试验涂层基板) .显微镜下的涂层如图 1.这些涂层的特性总结在下面表 1中. 2.2 铣削试验精加工是在 CNC 铣床上完成,切削速度平均在 vc=100600 m/min;进给速率fz=0.04 mm/每齿;轴向切削深度 aa=0.5 mm;径向切削深度 ar=10 mm.设备条件总结在表 2中:干切削以 AISI-SAE 1045 运行,当湿操作时需要 5%的乳液配合切削铝合金以免刀具被焊接到被加工工件上.该端铣刀刀具的几何参数列在表 3 中.通过切削力与功率的实时检测,刀具侧面磨损极限 VBB0.20 mm 被用作评价涂层表现的标准(ISO30021),VBB 是通过一套离线光学测量系统进行测量。切削力通过安装在机床上的三相陀螺仪进行测量。主轴电机消耗的功率通过切削过程中的功率监控器进行测量。力和功率通过在线的带有一个数字信号处理板的计算机系统进行监控。3.结果与讨论Fig2.3 是用铝合金作为工件材料的的铣削试验结果。Fig4-7 是用 AISI-SAE 1045 进行试验的铣削结果。由铣削试验结果可知,用铝合金作为工件材料,通过在重金属基板上涂层实验发现其可获得一个有限的提升,根据耐磨性与效率的观点,按照金属移除体积,未涂层刀具与涂层刀具有着相似的表现。如果将未涂层刀具作为基准,那么刀具寿命百分比将在87-113%的范围内进行变化,涂有 TiALNbN的刀具有着最好的表现:这是一种能抵抗高温的新型涂层。这些涂层不能进行干切削,因其不能产生工件材料与刀具的焊接屏障。至于钢 AISI-SAE 1045 的铣削,其切削表现主要依靠底层件板材料。当陶瓷材料为底层材料,未涂层刀具获得最好的表现,所有涂层材料在测试中均表现为减少,这种现象可能是由于刀具材料与工件材料之间的化学反应。这些涂层并不能有效阻止普遍性磨损,这是一种最重要的磨损理论,由此可以将金属干切削提高到更高的切削速度。(Vc=600/min)如果将未涂层刀具作为基准,那么刀具寿命将减少 63%(TiN+TiCN)-91%(TiAlN)你会发现 TiN+TiCN 是最低的氧化阻力而 TiN+TiCN 最高。另一方面,如果底层材料为重金属,那么未涂层材料表现最差。事实上使用Vc=200m/min 的切削速度,未涂层材料太低而不能与涂层材料相比。另外,即使未涂层材料使用 Vc=100m/min 的切削速度,其与在 Vc=200m/min 的涂层材料相比也有着很大差距。(fig6)如果将未涂层刀具作为基准,下面重要的刀具寿命将会增长:27%(TiALNbN)297%(TiN+TiCN)385%(TiCN)455%(TiAlN)和 473%(TiN),从经济角度来看,涂层与未涂层刀具有以下计算公式:,(1)VTCCtmtwm其中,Cw 是机械加工花费(it/cm3);Cm=1170, 机械刀具的使用花费(it/min);Ct 刀具花费(it);Tw 刀具寿命(以 VBb=0.2mm);Tt=3,磨损的刀具的变化时间(min),V 是金属的去除体积。与 Eq(1)有关的数据总结在表 4 中以,当刀具以经济方式涂层,刀具耗费意大利市场价格为准,当刀具特别的以实验为用途进行涂层,花费以每种底层材料的涂层的相似类型的经济花费为基础,下面的柱形表对机械花费进行了对比,并用 Eq(1)进行计算。Fig8 表明从经济角度看,未涂层重金属是最合适的即使其铣削铝合金时以刀具寿命(fig2)和金属移除体积(fig3)来看并不是表现最好的.涂层和未涂层刀具在价格方面的重要差异的影响因素(table4)。Fig9 表明从经济和切削效率来看用陶瓷作为刀具基层材料的未涂层刀具来铣削 AISI-SAE 1045 是最合适的。另一方面,fig10 与 6,7 表明考虑机械花费,以 TiN 为涂层的重金属刀具是最合适的,同样其在刀具寿命与金属移除体积方面表现最好。至于切削力功率与切削力,Fx 与 Fy 在表 11-13 中表明吸收的 plots,通过考虑在监控时上下铣削的价值,一般来讲,这些量随着时间增长与刀具磨损有关。Fig11 表明机械加工铝合金时,最好的涂层材料TiALNbN(table4)同样允许切削力的降低,这意味着更好的机械加工性。4.结论根据实验结论与以上讨论,可以得出以下结论:1. 重要刀具寿命的提升与机械加工花费的减少可以使用涂层重金属来铣削 AISI-SAE 10452. 通过应用于 AISI-SAE 1045,当用PVD 涂层时陶瓷端铣削的磨损极限增加。3. 涂有重金属的刀具不能加工铝合金,并且不会减少机械加工花费。4. 在一些情况下,以重金属为基础的PVD 涂层刀具可以在湿切削铝合金时提高磨损极限5. 这些涂层通过减少磨损和切削力可以提升 AISI-SAE 1045 的干机械加工性和铝合金的湿机械加工性References1 K.N. Strafford, C. Subramanian, J. Mater. Process. Tech. 53 (1995)393.2 C. Subramanian, K.N. Strafford, Wear 165 (1993) 85.3 F.H. Lo ffler, Surface and Coatings Tech. 68-69 (1994) 729.4 H. Curtins, W. Blosch, Proceedings of the International Conferenceon Metallurgical Coatings and Thin Films, ICMCTF95, San Diego,USA, 24-28 April, 1995, Elsevier, Amsterdam, p. 632.5 R.F. Bunshah et al., Deposition Technologies for Films and Coatings,Noyes Publications, 1982.6 G.E. DErrico, E. Guglielmi, in: E. Kuljanic (Ed.), Advanced Manufacturing Systems and Technology, CISM Courses and Lectures No. 372, Springer, Wien, New York, 1996, p. 169.7 S. Bugliosi, R. Chiara, R. Calzavarini, G.E. DErrico, E. Guglielmi, in: L.A. Dobrzanski (Ed.), Proceedings of the International Conference of AMT95, Zakopane, Poland, 17-21 May 1995, p. 67.8 G.E. DErrico, S. Bugliosi, E. Guglielmi, in: M.S.J. Hashmi (Ed.), Proceedings of the International Conference of AMPT95, Dublin,Ireland, vol. III, 8-12 August 1995, p. 1278.9 G.E. DErrico, E. Guglielmi, in: P.K. Datta, J.S. Burnell-Gray (Eds.),Advances in Surface Engineering, vol. III, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, UK, 1997, p. 179.10 G.E. DErrico, R. Chiara, E. Guglielmi, Surf. Coatings Technol.86-87 (1996) 735.11 W. Konig, R. Fritsch, Surf. Coatings Technol. 68-69 (1994) 747. 本 科 毕 业 设 计(论文)题目 新型电牵引采煤机截割部的设计 院(系部) 专业名称 年级班级 学生姓名 指导教师 1毕业设计(论文)任务书专业班级 学生姓名 一、题目 二、主要任务与要求三、起止日期 年 月 日至 年 月 日指导教师 签字(盖章)系 主 任 签字(盖章)年 月 日2毕业设计(论文)评阅人评语专业班级 学生姓名 题目 评 阅 人 签字(盖章)职 称 工作单位 年 月 日3毕业设计(论文)评定书专业班级 学生姓名 题目 指导教师 签字(盖章) 职称 年 月 日4毕业设计(论文)答辩许可证经审查, 专业 班 同学所提交的毕业设计(论文) ,符合学校本科生毕业设计(论文)的相关规定,达到毕业设计(论文)任务书的要求,根据学校教学管理的有关规定,同意参加毕业设计(论文)答辩。指导教师 签字(盖章)年 月 日根据审查,准予参加答辩。答辩委员会主席(组长) 签字(盖章)年 月 日5毕业设计(论文)答辩委员会(小组)决议院(系) 专业 班 同学的毕业设计(论文)于 年 月 日进行了答辩。题目 答辩委员会成员主 席(组长)委 员(成员)委 员(成员)委 员(成员)委 员(成员)委 员(成员)委 员(成员)答辩前向毕业设计答辩委员会(小组)提交了如下资料:、设计(论文)说明 共 页、图纸 共 张、评阅人意见 共 页6、指导教师意见 共 页根据学生所提供的毕业设计(论文)材料、评阅人和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况,毕业设计(论文)答辩委员会(小组)做出如下决议。一、毕业设计(论文)的总评语二、毕业设计(论文)的总评成绩毕业设计答辩委员会主席(组长) 签名委员(组员)签名7年 月 日I摘 要本说明书主要介绍了采煤机截割部的设计计算。此新型电牵引采煤机截割部主要是由一个摇臂减速箱和一个行星减速机构组成,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。截割部采用四行星单浮动结构,减小了结构尺寸,采用大角度弯摇臂设计,加大了过煤空间,提高了装煤效果。关键词:采煤机;截割部;减速箱;行星轮系;设计IIAbstractCalculate in design which cuts the cutting department of main introduction mining machine of this manual.It is made up of a gearbox and moderate breeze gear wheel transmission that the advanced mining machine cuts the cutting department,cut the electrical machinery of cutting department and put to fix up horizontally in the rocker arm,the power that the motor outputs leans on around of transmission of department of gear wheel and planet round via the tertiary straight tooth ,urge the cylinder ti rotate finally.Cut the cutting department and adopt the floating structure of four planetary forms,have reduced the physical dimension, adopt the large angle to curve the rocker arm to design,have strengthened the space of coal,have improved the coal result of putting.Key words: Mining machine;Cut the cutting department;Gearbox;A department of planet;Desighi目 录 前 言 .11 绪论 .21.1 采煤机发展概述 .21.2 国内外发展现状及研究趋势 .41.2.1 国外电牵引采煤机发展概况 41.2.2 国内电牵引采煤机发展概况 51.2.3 技术特点与发展趋势 61.2.4 国内电牵引采煤机研究方向 92 煤的机械性能及截割理论 102.1 煤层构造特点 102.1.1 原生性构造特点 .102.1.2 次生性构造特点 .102.1.3 断裂和裂缝的观测 .112.2 煤的物理机械性质 122.2.1 煤的物理性质 .122.2.2 煤的机械性质 .132.2.3 煤的坚固系数 .172.2.4 煤的截割阻抗 .173 截割部的设计与计算 183.1 主要技术参数 .183.2 传动比和各轴转矩的计算 .193.3 齿轮强度校核 223.3.1 第级、高速级减速齿轮 .22ii3.3.2 第级减速齿轮 .293.4 行星机构的计算 363.5 截割部轴的设计计算 563.5.1 离合器齿轮轴 .563.5.2 齿轮组轴 .643.6 截割部轴承寿命校核 713.6.1 离合齿轮组轴承 .713.6.2 齿轮组轴轴承 .734 采煤机的使用与维护 7541 采煤机使用过程中常见故障与处理 754.1.1 采煤机截割部与牵引部连接部位损坏的原因分析: .754.2 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 .764.2.1 发热原因的分析 .774.2.2 解决方法 .7743 采煤机轴承的维护及漏油的防治 784.3.1 采煤机轴承损坏形式和原因 .784.3.2 预防和改进措施 .794.3.3 加强轴承使用中维护和保养 .804.3.4 采煤机漏油及处理 .8044 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 814.4.1 设计 .824.4.2 选材 .834.4.3 加工工艺 .834.4.4 热处理 .844.4.5 表由强化处理 .85iii4.4.6 正确安装运行 .854.4.7 润滑 .85致 谢 89参考文献 901前 言我国是一个贫油、少气、富煤的国家,因此我国是产煤大国,煤炭是我国最主要的能源,是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。然而采煤一直以来都被人们看作一项非常危险的事情。在以前国内有很多小型煤窑,由于规模小,技术落后,大部分都是靠人工进行挖煤、运输煤。因此经常出现各种事故,而且大量浪费了资源。大型的采煤机械的出现使这一现象得到了改观。采煤机作为采煤的主要工具是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性,达到高产量、高效率、低消耗的目的。它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。20 世纪 70 年代主要靠进口采煤机来满足我国生产的需要,到今天几乎是我国采煤机占领我国的整个采煤机市场,依靠科技进步,推进技术创新,开发高效矿井综合配套技术是我国煤炭科技的发展的主攻方向,我国的采煤机现在已经进入了自主研发,标准化,系列化阶段。21 绪论 1.1 采煤机发展概述 机械化采煤开始于本世纪 40 年代,是随着采煤机械的出现而开始的。40 年代初期,英国、苏联相继生产了采煤机,使工作面落煤、装煤实现了机械化。但当时的采煤机都是链式工作机构,能耗大、效率低,加上工作面输送机不能自移,所以生产率受到一定的限制。50 年代初期,英国、联邦德国相继生产出了滚筒式釆煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱,从而大大推进了采煤机械化技术的发展。滚筒式采煤机采用螺旋滚筒作为截割机构,当滚筒转动并切人煤壁后,通过安装在滚筒螺旋叶片上的截齿将煤破碎,并利用螺旋叶片把破碎下来的煤装人工作面输送机。但由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒,不能实现调高,因而限制了采煤机的适用范围,我们称这种固定滚筒采煤机为第一代采煤机。因此,50 年代各国采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平。虽然在 1954 年英国已研制出了自移式液压支架,但由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善,综采技术仅仅处在开始试验阶段。60 年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现,解决了采高调整问题,扩大了采煤机的适用范围。这种采煤机的滚筒装在可以上下摆动的摇臂上,通过摆动摇臂来调节滚筒的截割高度,使采煤机适应煤层厚度变化的能力得到了大大加强。1964年,第三代采煤机双摇臂滚筒采煤机的出现,进一步解决了工作面自开切口问题。另外,液压支架和可弯曲输送机技术的不断完善,把综采技术推向了一个新水平,并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性3高效、高产、安全和经济,因此各国竞相采用综采。进入 70 年代,综采机械化得到了进一步的发展和提高,综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展,相继出现了功率为 7501000kW 的采煤机,功率为 9001000kW、生产能力达 1500th 的刮板输送机,以及工作阻力达 1500kN 的强力液压支架等。1970 年采煤机无链牵引系统的研制成功以及 1976 年出现的第四代采煤机电牵引采煤机,大大改善了采煤机的性能,并扩大了它的使用范围。世界上第一台直流电牵引(他励)采煤机是由西德艾柯夫公司 1976 年研制的 EDW 一1502L 型采煤机。该采煤机首次使用就显示出电牵引的优越性,即效率高、产量大、可靠性高,其故障率只是液压牵引采煤机的 l5。同年,美国久益公司研制出了 1LS 直流(串励)电牵引采煤机,以后陆续改进发展为 2LS、3LS、4LS 系列;1996 年生产的 6LS05 型采煤机,其总装机功率为 1530kW,是目前世界上功率最大的釆煤机。我国采煤机始于50年代,主要从国外引进,自70年代开始,我国处于引进与开发相结合的发展时期,能自行设计和生产适合各种煤层的螺旋滚筒式采煤机。我国采煤机的发展在80年代处于兴盛时期,在90年代进入电牵引阶段。1997年研制了我图第一台大功率电牵引采煤机,实现了采煤机技术的升级换代。现在我国采煤机技术正向高技术、高性能、高可靠性及电牵引方向发展。滚筒式采煤机总体结构一般由截割部、电动机、牵引部和电气控制系统以及辅助装置组成。截割部是工作机构及其驱动装置的总称,它包括固定减速箱、摇臂和滚筒,是采煤机实现截煤、破煤和装煤的工作部分。采煤机截割部减速器一般分为固定减速器和摇臂减速器,其作用是将电动机的动力传递给螺旋滚筒,它主要包括齿轮减速的机械传动系统和供摇臂调高滚筒用的液压传动系统。本文设计的电牵引采煤机就是采4用了摇臂减速器与行星机构的传动系统。1.2 国内外发展现状及研究趋势1.2.1 国外电牵引采煤机发展概况 20世纪70年代,美国JOY公司研制成功了1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机,此后又陆续研制了2LS-6LS等型多电机横向布置电牵引采煤机。7LS5采煤机总功率1940kW,牵引速度30mmin,采用JOY Ultratrac2000型强力销轨无链牵引系统,加大销轨节距和宽度,并采用锻造销排,装备了与6LS5型通用的JNA机载计算机信息中心,具有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能。德国Eickhoff公司于1976年研制成功直流电牵引采煤机,并基本停止了液压牵引采煤机的研发,此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机。20世纪90年代开发的SL系列横向布置交流电牵引采煤机,将截割电机布置在摇臂上。其中SL500型电牵引采煤机装机功率达1815kW,最大牵引力869kN;SL300型电牵引采煤机总装机功率1138kW,采用双变频器一拖一系统,最大牵引速度达367 mmin:SLl000型采煤机装机功率达2600kW,牵引力1003kN。控制系统具有交互式人机对话、设备状态监测与故障预报、在线控制、数据传输等功能。 英国long-Airdox公司于1984年研制成功第1台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置的Electra55V型直流电牵引采煤机,在此基础上又开发出功率更大的Electral000型直流电牵引采煤机。20世纪90年代,在Electra系列机型基础上,进一步加大功率,改进控制系统,开发了EL系列交流电牵引采煤机,主要机型有EL600、ELl000、EL2000、EL3000型。在EL系列机型上装置的Impact集成保护及监控系统具有负荷控制、5机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等功能。日本三井三池制作所1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的MCLEDR系列交流电牵引采煤机,近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵引采煤机。采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统,可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶底煤厚度、电机负载及各处温度,具有无线遥控装置,并可加装红外线发射器操纵液压支架。表l为国外代表性电牵引采煤机主要技术参数。1.2.2 国内电牵引采煤机发展概况我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上,通过二次开发拥有了许多具有自主知识产权的换代产品,在我国煤矿综合机械化采煤工作面,国产采煤机已经占据主导地位,完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现。1991年,煤炭科学研究总院上海分院与波兰合作,在国内率先研制成功我国第l台采用交流变频调速技术的薄煤层6爬底板采煤机,接着又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机。上海分院研制的MG系列电牵引采煤机已形成九大系列共几十个品种。太原矿山机器厂与上海分院合作,将AM500液压牵引采煤机改造成MG375830-WD型交流电牵引采煤机后,又自主研制成功了MGTY400900-33D型和MG7501800-33D型机载交流变频调速链轨式电牵引采煤机,现正在国家“十一五”科技支撑计划资助下研发装机总功率达2 500kW、最大采高6.0 m、年产1000万t的交流电牵引采煤机;鸡西煤机厂与上海分院合作将MG2x300-W型液压牵引采煤机改造成MG300360-WD型交流电牵引采煤机后,又开发了MG200463型、MG400985型交流电牵引采煤机;辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功我国首台应用电磁转差离合器调速技术的MG668-WD型电牵引采煤机;无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作研制成功国内首台应用开关磁阻电机调速技术的MG200500-CD型电牵引采煤机。表2为国内具有代表性机型的采煤机主要技术参数。1.2.3 技术特点与发展趋势(1)装机功率增大、性能参数提高7单台截割电机功率多在400kW以上。多数采煤机单台截割电机功率己达600kW以上,EL3000采煤机单台截割电机功率达900kW,SLl000采煤机的单台截割电机功率高达1000kW,太原矿山机器集团也正在研发单台截割电机功率1000kW的新型大功率采煤机。牵引功率多在80kW以上,最大已达300kW。总装机功率超过1000kW,如7LS5达1940kW,EL3000总装机功率达2000kW,SLl000总装机功率更高达2600kW。牵引速度、牵引力大幅提高。牵引速度1525 mmin,牵引力500 kN以上。最大牵引速度60mmin(EL3000),最大牵引力已达1000kN以上(EL3000、SLl000、西安煤矿机械厂生产MG9002210、鸡西煤矿机械厂生产的MG8002040),太原矿山机械集团有限公司即将推出牵引力l 125kN的采煤机。截割功率增大,支架实现随机支护,滚筒截深加大。10a前,截深大多是630-700mnl,现普遍采用截深10001200raln,别已达到1500 nun截深。采煤机可靠性和开机率提高。国外采煤机大修周期2a,出煤量400600万t,要求采煤机出煤量300-400万t而不大修,差距较大。(2)中高压供电随着采煤机装机功率大幅度提高,工作面不断加长,整个工作面容量超过5000kW,工作面长度达到300m。为减少输电线路损耗,提高供电质量和电机性能,普遍采用中高压供电。主要供电等级有2300V、3300V、4160V、5000V等。(3)监控保护系统智能化现代电牵引采煤机均配备有智能化监控、监测和保护系统,可以实现交互式人机对话、无线电遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储8及传输、故障诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能,以保证采煤机维护量最小,利用率最高,并可实现与液压支架、工作面输送机的信息交互和联动控制等功能。如安德森公司EL系列机型上装置Impact集成保护与监控系统,Eichhoff公司的Eichhoff数据汇集技术系统, JOY公司6LS型电牵引采煤机的JNA网络信息中心等。(4)电牵引系统向交流调速发展早期的电牵引采煤机大多采用直流调速系统。日本20世纪80年代中期研制成功第1台交流电牵引采煤机,交流调速系统以其技术先进、可靠性高、维护管理简单、价格低廉等优点,被迅速推广应用。20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。目前,交流电牵引已经取代直流电牵引。早期的交流牵引均采用一个变频器拖动2台牵引电机,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护功能无法完全发挥。如今主流交流电牵引采煤机均采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统已经成为电牵引技术发展的又一特点。(5)总体结构趋向模块化及多电机横向布置横向布置方式可使各部件由单独电机驱动,机械传动系统彼此独立,可模块化设计,结构简单,装拆方便。美国从1LS开始将截割电机横向布置在摇臂上,至今沿用。英国从Electra550开始,采用电机横向布置。德国于20世纪90年代开发了横向布置的SL系列电牵引采煤机。目前国内外的电牵引采煤机几乎都采用了横向布置方式。(6)无链牵引向齿轮-齿轨式演变随着牵引力的不断增大,销轮齿轨式无链牵引已经淘汰,齿轮链轨式无链牵引也已使用不多,现在采煤机无链牵引正逐步趋向于采用齿轮齿轨式无链牵引,这是一种从齿轮销轨式演变而来的无链9牵引结构,圆柱销被齿轨所取代,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度增大,节距由125mm增加至175 mm。1.2.4 国内电牵引采煤机研究方向国内电牵引采煤机代表机型在总体参数和性能方面已接近国外先进水平。但一些关键部件及其总体性能、功能、适应范围等方面还有待进一步完善和提高。尤其是在线工况监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术与国外相比还有较大的差距。因而国内电牵引采煤机的智能化程度低,设备可靠性、安全性和可维护性较差,今后国内电牵引采煤机的主要研究方向如下;(1)进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性。重点是完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能。(2)研究可靠的微机电气控制系统。重点是提高采煤机电控系统抗干扰、抗热效应的能力。(3)开发或增强电控系统的监控功能。重点是研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等。(4)开发可四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要。(5)开发装机功率更大、采高更高的采煤机,提高煤炭产量及回采率。(6)加强提高采煤机开机率和可靠性的研究。(7)电器元件小型化的研究。由于装机功率增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,必须研究设备小型化的技术途径。102 煤的机械性能及截割理论煤体是采煤机械的破碎对象,对采煤机的刀具受力、能耗和装机功率等都有直接影响,因此需要讨论煤及煤层的性质;同时,为了解煤的破碎机理,探求截煤过程的合理参数,仗工作机构可靠、经济地工作,也需要讨论截煤理论及截齿的受力。2.1 煤层构造特点煤是远古地质时代沉积物,并且在此后的漫长岁月中,在与空气隔绝、高压、高温的条件下,经过漫长的碳化变质过程形成的。原始沉积物的不同,碳化变质程度的差异,使煤炭的机械性质和煤层的构造在不同地域有很大差异。煤层含有矸石和硫化铁等硬夹杂物,沉积过程中形成的分层面(称为层理)、地质力使煤层破碎形成的断裂面(称为节理),使煤层各处的性质不同即煤是一种非均质、各向异性的脆性物质。煤层的构造特点按其形成原因分为原生性和次生性两大类。2.1.1 原生性构造特点原生性构造特点由煤层生成时的条件所致,如生成煤层的材料、当时的自然条件和环境条件等。人们用下面几个概念描述原生性构造特点,即层理、节理和非均质性等。原生性构造特点中的层理、节理是属于潜伏性的,是指在煤层整体中固有的结构面,这是一种非连续性弱结合面。通常肉眼不易发现它们,仅能在煤层破碎过程中显现出来,这时11人们能看到的是光滑而规则的离层面。2.1.2 次生性构造特点次生性构造特点是由于地质动力形成的煤层特征,通常用断裂和裂脒这两个概念来描述。断裂是指在煤层内明显充实的分离面;裂隙则是指煤层内张开着的明显可见的大裂缝。2.1.3 断裂和裂缝的观测煤层中存在着弱结合面,使煤层强度大为降低。在煤的开采过程中,为节省能源和延长机械寿命,采煤工艺过程就应充分利用煤层强度降低的这一现象。因此,在井下观测断裂和裂缝存在的规律,并对其进行正确描述和掌握,对于煤炭开采是十分必要的。从如下诸方面描述这些规律。(1)断裂和裂缝的倾角与走向断裂和裂缝的倾角是指断裂面和裂缝一侧的平面与水平面的夹角。裂缝和断裂的走向是指断裂和裂缝一侧平面与巷道轴线的夹角。这通常由地质和测量方面的工程技术人员给出,标注在图纸上。(2)裂缝密度线裂缝密度S 1:表示单位勘探线或测定线长度上的裂线条数,称为线裂缝密度,即(2-1)LNS1式中 N观测到的裂缝条数,条;L钻孔岩心长度或巷道壁必及工作面的测定线长度,m。面积裂缝密度S 2:表示巷道壁或工作面上单位煤层面积上裂缝线总长度,即12(2-2)FiLSNi12式中 F煤层被观测而积,m 2;N在F面积内的裂缝总条数,条;Li第i条裂缝长度,m。(3)裂缝平均间隔裂缝平均间距用s。表示,它表示在观测范围内裂缝之间的平均距离,由式(2一1)可得(2-3)NLS0(4)裂缝充填程度通过观察工作面可发现裂缝之中是否已充满煤粉,充满情况可分为全充填、半充填和基本未充填等类型。2.2 煤的物理机械性质煤的基本性质可以分为物理性质和机械性质两大类。2.2.1 煤的物理性质煤的物理性质主要是:容重、湿度、松散性、孔隙性、导电性和热胀性等。其中与煤层开采密切相关的有:容重和湿度。(1)客重煤岩体的容重是指单位体积煤在干燥状态下的重量。根据煤种类不同,如泥炭、烟煤、无烟煤以及褐煤等,其容重在1 3 tm 3145 tm 3范围内变化(计算时通常取l.35),表2-l给出了几种煤和岩石的容重。表21几种煤和岩石的容重13煤和岩石名称 花岗岩 砂岩 石灰岩 页岩泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤容重/tm -3 2.56-2.67 2.11-2.64 2.46-2.6 2.16 1.3-1.45(4)煤的湿度煤的湿度用含水率表示。含水率是指在煤层的缝隙中存留的水的重量与煤固体重量之比。含水率高的煤岩体,结构被弱化,其强度有明显降低。采煤机械开采这样的煤层时,功率消耗明显降低,而且粉尘也少。2.2.2 煤的机械性质煤的机械性质是指煤体受到机械旌加的外力时所表现出的性质和抵抗外力的能力。在破碎煤体时可借助于煤的机械性质选择对煤体作用力的形式、截煤刀具形状和种类等。因此,采用机械开采时,了解煤的机械性质尤其重要。煤体的机械性质主要是:强度、硬度、接触强度、摩擦与磨蚀性;弹性、塑性与脆性、蠕变与松弛等。这些性质的参数多数是借助于材料力学的研究方法在试验室中得到。(1)强度强度是衡量物体在特定方向上抵抗破坏能力的指标,如抗压强度y抗剪强度j和抗拉强度l等等。强度极限通常用试件在实验机上测定。研究结果表明,煤的抗压强度y最大,抗剪强度j次之,抗拉强度l最小,三种强度在数值上大约有如下关系:y/j/l=1:(0.1-0.4):(0.03-0.1)据此,在设计采煤机械时,设法尽量利用拉伸或剪切破坏,以减少刀具受力和能耗。几种煤岩体材料的抗压强度值见表22。表2-2煤岩材料的抗压强度14不同地区、不同矿层的煤岩材料强度均不同,由于煤的各向异性,因而同一煤体不同方向的强度也不同。前苏联学者和英国学者的研究结果表明垂直于层理加载与平行于层理加载二者相比较,前者抗压强度较后者大3050。另外,研究表明,各种煤体强度与其埋藏深度(由地表面算起的深度)之间的对应关系有所不同。波兰学者对某地区
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本文标题:新型电牵引采煤机截割部设计【5张CAD图纸和说明书】
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