矿山机电毕业论文---采煤机截割部的设计.doc

山西大同大学毕业论文 摘要摘要 MG160/380-WDK 型交流电牵引采煤机，采用多点击驱动、横向布 置的新型电牵引采煤机，总装机功率 380KW，截割功率 2160KW，牵 引功率 222KW，采用机载交流变频技术调速、销轨式牵引，适用于 1.43.15m，煤层倾角25，煤质中硬或是硬的综采工作面。 本说明书主要介绍了采煤机截割部的设计计算。MG160/380-WDK 型采煤机截割部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。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。 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。 此外，还对 MG160/380-WDK 采煤机的使用与维护进行了说明，以 便能更好的发挥该采煤机的性能，达到最佳工作效果 关键词关键词：采煤机；截割部；减速箱；行星轮系；传动齿轮；设计 山西大同大学毕业论文 I 目 录 一、 概述 .1 （一）（一） 采煤机发展的历史采煤机发展的历史.1 （二）（二）我国采煤机我国采煤机 30 多年的发展进程多年的发展进程2 （三）（三） 采煤机的发展趋势采煤机的发展趋势4 （四）（四） 采煤机的类型及主要组成采煤机的类型及主要组成6 二 、总体方案的确定 .8 （一）（一）MG400/900-3.3D 型采煤机简介型采煤机简介 .8 （二）（二）摇臂结构设计方案的确定摇臂结构设计方案的确定9 （三）（三） 截割部电动机的选择截割部电动机的选择9 （四）（四）传动方案的确定传动方案的确定9 三、传动系统的设计 .12 （一）（一）各级传动转速、功率、转矩的确定各级传动转速、功率、转矩的确定12 （二）（二）齿轮设计及强度效核：齿轮设计及强度效核：13 （三）（三） 轴的设计及强度效核轴的设计及强度效核24 （四）（四）截割部行星机构的设计计算截割部行星机构的设计计算31 （五）（五）轴承的寿命校核轴承的寿命校核53 （六）（六） 花键的强度校核花键的强度校核54 四、采煤机的使用与维护 .56 （一）（一）采煤机使用过程中常见故障与处理采煤机使用过程中常见故障与处理56 （二）（二）大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法57 （三）（三）采煤机轴承的维护及漏油的防治采煤机轴承的维护及漏油的防治58 （四）（四）煤矿机械传动齿轮失效的改进途径煤矿机械传动齿轮失效的改进途径60 （五）（五）硬齿面齿轮的疲劳失效及对策硬齿面齿轮的疲劳失效及对策64 山西大同大学毕业论文 0 1 绪论绪论 振兴煤炭行业，煤机要先行。我国作为世界第一的产煤大国，对高 性能的煤机有着巨大的需求。然而我国的煤炭装备制造工厂没有技术研 发中心，企业规模小而分散，制造工艺落后，缺乏产业巨头的支持。同 时由于煤矿行业的特殊性，对煤机的耐热、耐腐蚀、防爆、抗冲击载荷 的性能要求较高。行业内优秀人才较为稀缺。等等原因造成我国的煤机 行业较为落后。尽管煤炭作为能源被石油大规模替代已经过了 100 多年， 但当石油出现问题时，其还是最直接的替代能源。近年来世界原油价格 的飙升带动国际煤炭价格的上涨，而国际煤炭价格的上涨则会推高国内 的煤炭价格的上涨，煤炭行业的景气程度会与日俱升。 G300/700-WD 型采煤机适用于 1.6-3.3m 中煤层的开采。它采用了 当今国内外的一些比较先进的技术，例如变频技术、机载操作站操作等。 这款采煤机的的设计生产和使用，能大大的提高采煤的效率，对降低工 人工作的强度，提高年产量都有很大的帮助。采煤机截割部主要由箱体、 原动机、输出轴、减速部分、除尘及冷却系统。润滑系统等组成，采煤 机截割部减速器主要是由固定减速器和摇臂行星减速器两部分组成，截 割部承担截煤和装煤任务，是采煤机的主要部件之一，通过对截割部设 计的完善，从总体上提高了我国对中煤层的开采效率 1.1 国外采煤机的发展历史国外采煤机的发展历史 在20世纪70年代初期，国外部分厂商开始在煤矿机械上使用电气调 速技术，用于改进采机械设备的牵引方式。美国JOY公司研制成功了1LS 山西大同大学毕业论文 1 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 30m/min,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1 815 kW,最大牵引 力869 kN;SL300型电牵引采煤机总装机功率1138 kW,采用双变频器一拖 一系统,最大牵引速度达36.7 m /min;SL1000型采煤机装机功率达2600 kW,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Electra55V型直流电牵引采煤机,在此基础上 又开发出功率更大的Electra1000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EL600、EL1000、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、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MCLE - DR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 山西大同大学毕业论文 2 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采煤机。 波兰在与中国合作研制成功 KSE-344 型薄煤层交流电牵引采煤机 的基础上，陆续开发了 KSE-360、KSE-700、KSE-800RW/2BP、KSE- 535S、KSE1000 型等交流电牵引采煤机。采煤机截深有 630mm 提高到 8001000mm。 前苏联 20 世纪 70 年代研制出 K128直流电牵引采煤机后，又相 继研制成功多种直流电牵引采煤机。90 年代开发了 K-88 型等交流电牵 引采煤机。总体来看，俄罗斯的电牵引采煤机功率较小，直流牵引，性 能参数较低。 1.2 我国采煤机的发展历史我国采煤机的发展历史 从上世纪八十年代开始，我国进入了采煤机发展的兴旺时期，在 广泛吸取国外先进技术的同时，不断的实践创新，锐意进取，重视采煤 机成系列的开发，不断矿大使用范围，同时推广使用无连牵引，是采煤 机工作更平稳，使用更更安全。在九十年代，电牵引技术逐渐成熟，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，为提高生 产效率立下了汗马功劳。 随着科技的进步，开发高产高效矿井综合配套设备已成为我国煤炭 科技发展的主流：大功率、大截深电牵引采煤机被广泛的开发和使用， 一些世界前沿的先进技术也被用到了采煤机的开发应用中，如变频技术， 远程监控、无线遥控等等，为更好的服务我国煤矿事业奠定了坚实的基 础。 1991 年 ，煤炭科学总院上海分院与波兰合作，在国内率先研制成 山西大同大学毕业论文 3 功了我国第一台交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机后，上海分院 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，并成功应用于晋 城、淮南、徐州、大同等矿务局。 到目前为止，国内采煤机生产厂家均对交流电牵引采煤机进行了大 量的研究开发。上海分院研制的 MG 系列电牵引采煤机已形成 9 大系列 共几十个品种，现正在开发装机功率达 1800kw 的交流电牵引采煤机； 太原矿上机器厂与上海分院合作，将 AM500 液压牵引采煤机改造成 MG375/830-WD 型交流电牵引采煤机后，又与兖州矿业集团合作，研制 成功了 MGTY400/-3.3D 型交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合 作将 MG2300-W 型液压牵引采煤机改造 MG300/360-WD 型交流电牵引采 煤机后，又开发了 MG200/463 型、MG400/985 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了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，开发研制成功了国内首台应用开关磁阻电机调速技术的 MG200/500-CD 型电牵引采煤机。 采煤机发展到现在，随着各项技术的掌握，我国将在以下方面进 行攻关研究，力争赶上世界先进水平： （1）大功率、大截深电牵引采煤机的进一步研究； （2）大功率采煤机的工况监制。故障诊断于控制系统的研究； （3）为最大限度的利用我国能源，着力研制发展薄煤层采掘机； （4）应用高新技术，严格管理，提高可靠性. 在电牵引采煤机的研制领域，我国虽然取得了一些客观的成绩，但 与目前与国外先进的采煤机相比，再总体参数性能方面尚有较大差距， 山西大同大学毕业论文 4 某些关键部件的性能、功能、适用范围还亟待完善和提高，尤其是线监 控、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 术和机械部件的可靠性、寿命与国外的相比差距很大，此外，我国在采 煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质性能上与国外先进水平也有 较大的差距。因此，为提高产品质量，采煤机的机械传动系统理论设计 尚需加大研究力度。 1.3 采煤机的发展趋势采煤机的发展趋势 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 为了适应综采工作面高产、高效和在不同地质条件下快速截割煤岩 的需要，不论厚、中厚和薄煤层的采煤机均在不断增大装机功率和生产 能力。 2）电牵引采煤机已成为主导机型 目前电牵引采煤机已成为德国、英国、美国、日本和法国等主要生 产国的主导机型。 3）增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构 为了适应综采高产高效的要求，近代采煤机的牵引速度和牵引力都 有较大的增大。 4）机器的结构布置有新的发展 近年来不断发展和研制出了多机横向布置、部件可侧面拉装的整机 箱式机身、纵向布置采煤机的牵引部和截割部合为一个部件、破碎机采 用单独电动机传动、改进挡煤板传动装置、无底托架或不用整体底托架 等新的结构布置方式。 5）截割滚筒的革新和改进 截割滚筒的改进是围绕增大截深、减低煤尘、增大块煤率和提高寿 命等目标进行的其主要改进有增大截深、采用强力截齿、增大块煤率和 减少煤尘生成、滚筒设计 CAD、高压水射流喷雾降尘和助切、加固滚 筒结构等方面。 山西大同大学毕业论文 5 6）扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型 薄煤层、厚煤层、硬粘并有夹矸煤层、大倾角、破碎顶板等难采煤 层的机型的发展有，开发出了薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机 身等机型。 7）提高采区工作电压 80 年代以前，各国采区工作面设备电压多为 1000V 左右。随着综采 设备向大功率发展，目前采煤机最大功率达 1220kW，截割电机最大功 率达 6000kW，刮板输送机最大功率达 1125kW，驱动电机最大功率达 525 kW，加上工作面长度的不断增长，所以必须提高采区的供电电压， 目前各国生产的大功率采煤机，其供电电压一般为 2300、3300、4160 和 5000V 等几档。 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 现代采煤机均装有功能完善的用微处理器控制的数据采集、工况监 测、故障诊断和自动控制，这是代表采煤机水平的重要标志。现代采煤 机的微处理系统除了工况监测，还可以对其采集信息进行分析处理，再 输出显示、存储、控制和传输等，以实现检测、预警、保护、健康诊断、 事故查询、维修指导和调度分析等多种功能。 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 目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则，将采煤机各主要 部件 （如电动机、截割部固定减速箱、摇臂、滚筒、牵引部、截牵箱、行走 箱、牵引机构等）制定标准，作为适合不同条件的通用部件，各部件间 的连接尺寸一致。这样，就可以根据不同的地质条件的要求，很容易用 积木式方法将各部件组合成新机型，以扩大采煤机的系列和加速研制过 程。 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。 山西大同大学毕业论文 6 1.4采煤机的分类和组成采煤机的分类和组成 采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类， 可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；现在我们所说的采煤机主要是 指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可靠性高，效率高，所以现在 使用很广泛。 滚筒采煤机的组成如图 1-1 所示。采煤机于刮板输送机配套如图 1-2 图所示。 采煤机组要组成：左、右截割滚筒，左、右行走减速箱，左、右行 走箱，电器控制箱，变频调速箱，中间框架，托缆装置及喷雾冷却系统 等组成。 截割部：截割电动机横向布置在摇臂上单独驱动，经摇臂减速箱三 级直齿、以及行星传动减速后，通过方形出轴与截割滚筒连接，驱动截 割滚筒旋转，实现割煤、落煤、装煤。 牵引部：两台行走电机横向布置在左右行走箱内实现双牵引，经行 星减速器的减速后，带动左右行走箱体中的小齿轮轮回转，经一级直齿 减速后，驱动行走轮和销轨啮合，使采煤机沿工作面刮板输送机正或是 饭方向移动，牵引多采用交流变频调速、齿轮-销轨式牵引系统。 电控箱（矿用隔爆兼本安型）：该电控箱为独立隔爆箱体，可以从 采空侧抽出。电气控制系统采用可编程控制器（PLC）控制，具有瓦斯 报警装置。各项保护和显示功能齐全，并配备中文液晶显示屏，实时显 示采煤机的工况参数。 变频调速箱（矿用隔爆型交流变频）：该变频调速箱为独立隔爆箱 体，由三个腔体组成，变压器腔、变频器腔和接线腔。大盖板上设有电 控按钮和显示窗，箱体上设有冷却水通道。 支撑：由采煤机煤壁侧的两个滑靴和采空侧的两个导向滑靴分别支 承在工作面刮板机的槽帮和销轨上。 调高：主要由调高电机、调高泵、粗过滤器、手液动换向阀、集成 块阀和油箱等组成。各部分均可以从中间框架的采空侧抽出，维修方便。 喷雾冷却系统：主要由接头、水封、泄露环、轴承装置、外壳、不 锈钢水管、O 形圈、定位销、管座、高压软管、铰接体、交接螺钉等组 成。 山西大同大学毕业论文 7 山西大同大学毕业论文 8 图 1-1 MG160/380-WDK 型电牵引采煤机 山西大同大学毕业论文 9 1.采煤机2.刮板输送机3.液压支架 图 1-2 三机配合图 山西大同大学毕业论文 10 1、总体方案的确定总体方案的确定 （一）（一）MG160/380-WDK 型采煤机简介型采煤机简介 MG160/380-WDK 型机载交流电牵引采煤机，该机装机功率 380KW，截割功率 2160KW,牵引功率 222KW。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。 （二）主要技术参数 具体技术参数如下： 适用煤层1.4-3.15m 机面高度1438mm 下切量540mm 牵引力580/350KN 截深630mm 适用倾角 25 最大采高3680mm 滚筒直径1800 2000 装机功率375KW 截割电机型号YBCS-160 牵引电机型号KCB2-22 牵引形式交流变频 截割电机电压1140V 山西大同大学毕业论文 11 牵引电机电压 380V 泵电机型号 YBRB-11 滚筒转速 34.04r/min 摇臂长度2228.69mm 截割电机功率 2160KW 牵引电机功率 222KW 泵电机功率 11KW 摇臂摆角 +37.6-14 无链牵引方式 销轨 牵引形式 交流变频 整机重量 30t 配套刮板机 SGZ630/264 配套喷雾泵站 PB-320/6.3 山西大同大学毕业论文 12 （三）采煤机截割部传动系统概述（三）采煤机截割部传动系统概述 截割机构是采煤机的工作机构，在采煤过程中完成实现割煤、落煤、 装煤、喷雾等作业。截割机构主要由截割电动机、摇臂减速箱、截割滚 筒等组成，截割机构并设有冷却系统、内喷雾系统、离合器等装置。 截割电动机横向直接安装在摇臂减速箱内，与传统的纵向布置的采 煤机相比，没有固定减速箱、摇臂回转套、螺旋锥齿轮等结构，传动效 率高，结构简单、紧凑。 两个摇臂，分别用阶梯轴同左右行走减速箱铰接。同时通过摇臂回 转腿上的 90 孔用圆柱销与安装在减速箱上的调高油缸铰接，通过调 高油缸的伸缩，实现左右滚筒的升降。 截割机构由如下特点： 1.摇臂回转处采用铰接轴结构，与机身没有机械传动，回转部分的 磨损与摇臂内的齿轮啮合无关，提高传动精度； 2.摇臂齿轮减速都采用直齿传动，传动效率高； 3.截割电动机和摇臂一轴主动轮之间，采用细长肉想扭矩轴联结， 电动机和摇臂主动轴齿轮位置的少量误差，也不影响动力传递， 便于安装；在截割滚筒受到较大的冲击载荷 时对机械传动系统的齿轮和轴承起到缓冲的作用，提高可靠性； 4.高速轴油封尺寸小，线速度大大降低，提高了油封的可靠性和使 用寿命； 5.摇臂采用弯摇臂形式，相对直摇臂结构可以加大装煤口，提高装 煤率，增加块煤率。摇臂外壳上、下由冷却水套，以降低摇臂内 山西大同大学毕业论文 13 油池的温度。输出端采用 410410mm 方形出轴与滚筒联结，滚筒 采用三头螺旋叶片，其直径可根据煤层厚度在 1.51.8m 内选 择，输出转速可根据不同直径滚筒的线速度要求和煤质硬度，在 三档速度内选择. 截割电动机的输出轴是带有内花键的空心轴，通过细长的柔性扭矩 轴与一轴齿轮 Z1 相连。电动机输出转矩通过齿 Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6,Z7,Z8,Z9 传到行星减速器，最后由行星减速器的行星架输出，将动力传给截割滚 筒。 左、右摇臂减速箱传动方式相同，传动元件全部通用。 （四）采煤机牵引部概述（四）采煤机牵引部概述 行走机构由机械传动系统和变频调速系统组成。 表 2-1 行走机构牵引特征表 牵引功率（KW） 222 50HZ83.4HZ电动机转速（r/min） 14722455 牵引速度（m/min）7.3412 牵引力（KN）570350 （五）电机的选择（五）电机的选择 截割电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 3002KW，即每个截割部功率为 山西大同大学毕业论文 14 300KW。根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。据此选择由抚顺厂生产的 三相鼠笼异步防爆电动机 YBC3300,其主要参数如下： 额定功率：160KW； 额定电压：1140V 额定电流：98A; 额定转速：1475P/m 额定频率：50HZ; 绝缘等级： H 接线方式：Y 工作方式：S1 质量： 1502KG 冷却方式：外壳水冷 螺孔： 19-18 输出轴： EXT21Z3m 30P 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。 牵引电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 222KW，即每个截割部功率为 40KW。根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。据此选择由抚顺厂生产的 三相鼠笼异步防爆电动机 YBCS440B,其主要参数如下： 额定功率：22KW； 额定电压：380V 额定电流：44A; 额定转速：1472P/m 额定频率：50HZ; 绝缘等级： H 接线方式：Y 工作方式：S1 质量： 802KG 冷却方式：外壳水冷 螺孔： 4-18 输出轴： EXT17Z2.5m 30P 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 山西大同大学毕业论文 15 花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。 2.6 截割部总体传动方案的确定截割部总体传动方案的确定 2.6.1 传动比的确定传动比的确定 滚筒上截齿的切线速度，称为截割速度，它可由滚筒的转速和直径 计算而的，为了减少滚筒截割产生的细煤和粉尘，增大块煤率，滚筒的 转速出现低速化的趋势。滚筒转速对滚筒截割和装载过程影响都很大； 但对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。 总传动比 总 i 24.43 07.34 1472 滚 总 n n I 电动机转速 r/minn 滚筒转速 r/min 滚 n 2.6.2 传动比的分配传动比的分配 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 NWG 型行星减速装置，其原理如图所示： 山西大同大学毕业论文 16 a-太阳轮 b-内齿圈 g-行星轮 x-行星架 NWG行星机构 该行星齿轮传动机构主要由太阳轮 a、内齿圈 b、行星轮 g、行星 架 x 等组成。传动时，内齿圈 b 固定不动，太阳轮 a 为主动轮，行星架 x 上的行星轮 g面绕自身的轴线 oxox 转动，从而驱动行星架 x 回转， 实现减速。运转中，轴线 oxox 是转动的。 这种型号的行星减速装置，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 0.970.99,传动比一般为 2.113.7。如上图所示，当内齿圈 b 固 定，以太阳轮 a 为主动件，行星架 g 为从动件时，传动比的推荐值为 2.79。查阅文献4,采煤机截割部行星减速机构的传动比一般为 46。这里定行星减速机构传动比9 . 5 b ag i 则其他三级减速机构总传动比43.245.9=7.32 总 II b ag i 由于采煤机机身高度受到严格限制，每级传动比一般为 根据前述多级减数齿轮的传动比分配原则和摇臂的具体结构， ; 43 j i 初定各级传动比为： , 6 . 1 1 i,14 . 2 2 i16 . 2 3 i 以此计算，四级减速传动比的总误差为： 2.142.165.9）43.2496 . 124.43( 在误差允许范围 5内，合适。 山西大同大学毕业论文 17 3 齿轮设计齿轮设计 3.1 齿轮正确啮合条件齿轮正确啮合条件 齿轮正确啮合条件：啮合齿轮的模数、压力角分别相等。 连续传动条件：齿轮啮合的重合度大于 1. 3.2 齿轮材料的选择齿轮材料的选择 选择原则 满足工作条件的要求； 考虑齿轮尺寸的大小； 考虑到齿轮受到重载和冲击载荷的情况； 选用高强度钢表面要硬化处理。 选用材料 选用 18Cr2Ni4Wa，需经过表面渗碳淬火，有效硬化层深度为 1.11.4mm，表面硬度为 5862HRc，齿芯硬度为 3842HRc，强 度极限为 b =1200Mpa，屈服极限 s=1100Mpa。 3.3 传动系统运动参数的计算传动系统运动参数的计算 3.3.1 各轴转速计算各轴转速计算： 从电动机出来，各轴依次命名为 、轴。 轴 min1472 1 n/r 轴 min/9206 . 1/1472 3 rn 山西大同大学毕业论文 18 轴 43014 . 2 /920/ 234 inn min/r 轴 min/19916 . 2 /430/ 346 rinn 3.3.2 各轴功率计算各轴功率计算： 轴 0.99=297300 31 PPkW 轴 0.980.99 =285.27297 2 1212 PP 2 kW 轴 0.980.99=276.7827.285 1223 PPkW 轴 0.980.990.99=265.8378.276 31234 PPkW 轴 0.980.990.99=255.3383.265 31245 PPkW 轴 0.980.99=248.283.255 1256 PPkW 轴 0.980.990.99=238.4 2 . 248 31267 PPkW 轴 0.980.990.99=229 4 . 238 31278 PPkW 3.3.3 各轴扭矩计算各轴扭矩计算: 轴 95509550 1 1 1 n P TmN 1927 1472 297 轴 95509550 3 3 3 n P TmN 2900 920 78.276 轴 95509550 4 4 4 n P TmN 1 . 6011 64.430 83.265 轴 95509550 7 7 7 n P TmN 11440 199 4 . 238 山西大同大学毕业论文 19 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 编号功率/kW转速 n/(rmin) 1 转矩 T/(Nm) 传动比 轴 29714721927 轴 285.279202900 1.6 轴 265.8543060112.14 轴 229199114402.16 3.4 齿轮的受力分析齿轮的受力分析 山西大同大学毕业论文 20 3.4 齿轮设计及强度效核齿轮设计及强度效核： 这里主要是根据查阅的相关书籍和资料，借鉴以往采煤机截割部传 动系统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数、转速、传动的功率、 转矩以及各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进行初步确定，具体计 算过程级计算结果如下：统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数、 转速、传动的功率、转矩以及各级传动的效率，进而对各级齿轮模数进 行初步确定，截割部齿轮的设计及强度效核 山西大同大学毕业论文 21 我国薄及较薄煤层分布广泛，全国多处矿井都赋存有薄及较薄煤层。 薄及较薄煤层可采储量 61.5 亿吨，约占煤炭总开采量的 19%。为了充 分实现较薄煤层的高效开采，充分利用煤炭资源，可以对较薄煤层采取 长壁开采方式，本设计就是较薄煤层长臂开采的配套设备中采煤机的设 计。在设计过程中得到了高峰老师的亲切指导。 从采煤机选型到参数 确定过程中，高峰老师给于多次指导，最初的设计也是数易其稿。 本文设计的采煤机主要有以下特点： (1) 针对脚脖煤层赋存特点，结构紧凑，过机空间、人员操作、行 走空间相对较大；顶梁为变断面薄型、前翘整体顶梁，结构简单，对前 部顶板的支撑效果好，并具有较高的可靠性； (2) 平衡千斤顶采用两个 125mm 缸径千斤顶，增加了平衡千斤顶 作用可靠性以及连接装置的可靠性； (3) 采用前单、后双连杆机构，支架稳定性好，纵向尺寸小，搬家、 运输方便； (4) 底座采用整体刚性底座，即可保证推移机构能顺利出煤，又可 提高支架整体刚度； (5) 推移机构为短推杆机构，结构可靠，拆装方便，利于实现快速 移架； 根据现有支架的结构和特点，设计出了顶梁、底座、四连杆、立柱 等重要部件的结构。在此基础上，对各个结构件的强度进行了校核，均 满足强度条件。 在设计中，利用三维制图软件绘制了采煤机。先绘制支架的主要的 结构件：顶梁、掩护梁、前后连杆、底座、立柱、平衡千斤顶，并进行 装配成整体支架。通过绘制完整三维采煤机加深了设计过程中对采煤机 山西大同大学毕业论文 22 的结构设计和参数设计的理解。在结构确定和参数确定过程中参阅了大 量的资料，并参考了在实习中看到的采煤机的实体，最终确定最后结构 形式和具体参数。在进行最后的强度校核时，选取了众多方法种的一种， 主要以建立支架力学模型和受力分析为主，目前，出现了一些新的方法 来研究支架的结构强度，有限元法，薄壁箱型截面组合强度的计算机辅 助算法以及采煤机强度的概率设计法是当前计算机辅助程度较高的方法， 这些新的技术和知识都有待于在今后的工作和学习中进行研究。 山西大同大学毕业论文 23 参考文献参考文献 1 2 3 程居山.矿山机械.徐州：中国矿业大学出版社，2000， 77117 4 5 6 雷天觉.新编液压工程手册.北京：北京理工大学出版社，1998， 812 7 8 7 9 10 甘永立.几何量公差与检测.上海：上海科学技术出版社，2001， 1265 11 徐灏.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2003， 817 12 13 14 15 16 17 山西大同大学毕业论文 24 致谢致谢 三年大学学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲 人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。在这大学学习生活的最后 阶段，我们按照学校安排，完成了毕业设计，这不仅是对四年所学知识 的全面系统的总结和检验，也是今后学习和工作的开始。在这里，我要 感谢我的毕业设计指导老师李新平老师。在我做毕业设计的每个阶 段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，论文图纸的修改，后期论文 的调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，老师不仅 在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此 谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在设计过程中，同组的各位同 学给了我很大的帮助，再此向他们表示真心的感谢。 感谢学校、学院在我完成论文过程中提高一切资源和便利。 感谢从百忙之中抽出时间来评阅论文的各位专家、教授，向各位对 我毕业设计评审和指导的专家、教授和各位老师表示衷心感谢！ 山西大同大学毕业论文 25 附录一附录一 开关磁阻电动机驱动电牵引采煤机开关磁阻电动机驱动电牵引采煤机 摘要摘要-本文介绍了双开关磁阻电动机并联传动系统控制驱动电牵引 采煤机。 本文介绍了系统的各个组件，如开关磁阻电机，主电路中的 功率变换器和控制器等。 这里给出了它的控制原理，它主要是用 PI 算法和载荷均匀分布的模糊算法获得信号来控制电机转速这样一个闭环 系统。 这里也列出了它的测试结果。测试结果表明，在磁阻电动机 1 上供应的平均直流电流于在磁阻电动机 2 上的相对误差在 10以内。 关键词：开关磁阻； 电机控制； 采煤机； 煤矿；电牵引。 1、导言、导言 地下矿井周围的环境是相当恶劣的。 一方面，它非常潮湿和高粉 尘并且属于易燃易爆环境。 而在另一方面，井下的空间是非常有限的， 因为它要节约开采矿井的投资，所以这些给井下设备的维护带来了很大 的困难。 在现代煤矿开采过程中，自动化设备得到了广泛的使用，但 是自动化设备的故障，可以影响到煤矿的正常生产和生产效益。 采煤 机是可以将煤从煤壁中开采下来的采矿设备。传统的采煤机是用液压传 动系统驱动的，但是由于液压系统中的油液很容易被污染所以导致液压 系统的故障率很高。液压传动系统的故障可能直接影响矿井的生产和效 益。电机驱动系统的故障率相对液压传动系统是比较低的，但是由于电 机安装在防暴外壳中所以给电机的冷却带来了困难。 电机驱动系统也 自动化设备是其中的关键部件，所以发展新型电动机调速系统一直是煤 矿开采重视的问题。 开关磁阻电机驱动之所以能成为煤矿主要设备的 调速电气传动系统，1 因为它具有较高的运行可靠性和容错能力2 。 开关磁阻电机驱动由双凸极开关磁阻电机，单极功率变换器和控制 器组成，它们被固定在电机和电力变换器中。 在电机中没有电刷结构， 并且双极功率变换器的功率变换器的故障率比较低。 开关磁阻电动机 可以用在电机和功率变换器相故障少，而且每种相故障取决于其本身的 情况下。开关磁阻电机中没有绕组转子等，所以没有铜损的损失，只有 在转动过程中很少的铁损。这样开关磁阻电机就很容易冷却了，因为它 山西大同大学毕业论文 26 没有必要冷却转子。 采煤机用的开关磁阻电机驱动已经研制成功。 文 章中给出了样机。 二、系统组件二、系统组件 研制成功的驱动电牵引采煤机的开关磁阻电机驱动是一种双重开关 磁阻电动机并联驱动的系统。 该系统是由两个开关磁阻电动机和一个 安装功率变换器和控制器的控制箱。 通过两个开关磁阻电动机都是三 相 12 / 8 结构。开关磁阻电机如图 1 所示。 两个开关磁阻电动机都 分别包在防爆外壳中。其中电机额定功率 22 千瓦，额定转速 1155 转 /分钟，调速范围从 100 转/分钟到 1500r/min 。 功率转换包括两个三相对称桥功率转换器并联。 该 IGBT 的则作为 主开关。 三相 380V 交流电源被整流并供应给电源转换器。主电路中 的功率变换器如图 2 所示。IGBTS 是主 要使用的开关磁阻电机。 在控制器中，有转子位置检测电路， 整流电路，电压和电流的保护电路，主开 关的栅极驱动电路和闭环转速，负荷平衡 分布的数字控制器。 三三 控制策略控制策略 这两个开关磁阻电机都可以在相同的牵引 导轨上驱动所有采煤机的输电装备，因此 这两个开关磁阻电动机转子的转速就可以 达到同步。 这个以闭环系统控制转速的双重开关磁阻电动机驱动系统时可以采 用 PI 算法。 在开关磁阻电动机 1 中，功率变换器中主开关的触发信 号是通过调制 PWM 信号来给定的，当比较给定转速和实际转速时，所 用占空比的 PWM 信号，其规定如下： e= gf nn 1( )1 () kikpkk Dk eKee AA 1( )1(1)1( )kkk DDD 在上式中，ng 表示给定的转速，nf 表示实际的速度，e 表示给定和实 际转速之间的偏差，表示开关磁阻电动机 1 在 K 时刻时 PWM 信号 1( )k D 占空比的变化量，Ki 表示积分系数，Kp 是比例系数，ek 表示在 k 时 山西大同大学毕业论文 27 刻时