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曲柄 往复 设计 源文件

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k型单曲柄往复式给煤机设计(含源文件),曲柄,往复,设计,源文件

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第 1 页 摘 要 给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一 ,给煤设备的可靠性 ,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性 ,直接影响整个生产系统的正常运行。 生产实践证明 ,现有的往复式给料机的生产能力小、安装和拆卸不方便、受力不均匀等缺点。，随着煤炭工业的发展 ,煤矿井型不断地扩大 ,现有型往复给煤机生产能力小 ,不能满足大型矿井的要求，因此 ,改进和扩大现有型往复给煤机是完全必要的。本设计的往复式给煤机是在原有的基础上作了一些改进，具有 结构简单、维修量小、性能稳定、噪音低、安装方便等优点。 本文主要介绍了： 往复式给煤机的发展历史， 用途，组成及工作原理；往复式给煤机的特点； 设计的一般步骤； 使用中存在的问题及改进措施；安装和维护等内容。 在本次往复式给煤机 的设计过程中，着重对减速器、传动平台、曲柄连杆机构、托辊进行了分析和设计。对重要的部件进行了受力分析、强度的校核，根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要 部 件的受力分析、强度和刚度的设计方法。 关键词 ： 往复式给煤机 ； 减速器； 曲柄连杆机构； 受力分析； 强度校核 第 2 页 is of is to of a on to of of to of to of to is of to on of it a a of is to of to of of of so in to on of in is an of of to 第 3 页 目 录 第一章 概述 . 1 复式给煤机的发展历史 . 6 复式给煤机的用途 . 8 煤机的组成及工作原理 . 8 复式给煤机的特点 . 8 复式给煤机的特点 . 8 复式给煤机与振动式给煤机的比较 . 9 复式给煤机 的设计目的、基本要求及基本参数 . 9 复式给煤机的设计目的 . 9 往复式给煤机的基本要求 . 9 计参数 . 9 文所做的基本工作 . 9 第二章 往复式给煤机的总体设计 . 10 煤机箱体尺寸的确定 . 10 煤机整体结构布局 .煤机的受力分析 . 往复式给煤机的运行阻力 . 产生运行阻力的因素 . 曲柄连杆机构的运动分析 . 14 第三章 往复式给煤机减速器的设计 . 15 动机的选择 . 15 择电动机类型 . 15 择电动机容量 . 15 定电动机转速 . 16 动装置的总传动比及其分配 . 16 算传动装置的运动和动力参数 . 16 轮的设计及校核计算 . 17 一对齿轮的设计 . 17 第 4 页 二对齿轮的设计 . 25 的设计及校核计算 . 32 轴的设计及校核 . 32 轴的设计及校核 . 37 轴的设计及校核 . 42 承的选择与校核计算 . 47 轴上的轴承选择与校核 . 47 轴的轴承选择与校核 . 48 轴的轴承选择与校核 . 48 的选择与校核计算 . 49 轴上键 的选择与校核 . 49 轴上键的选择与校核 . 50 系部件的结构设计 . 50 承盖的结构设计 . 50 外伸处的密封设计 . 52 筒的设计 . 53 速器箱体的设计 . 54 面位置及箱座高度的确定 . 55 沟的结构形式及尺寸 . 56 速器的附件 . 56 查孔与检查孔盖的设计 . 56 气器的结构及尺寸 . 57 油孔、螺塞和封油圈 . 58 标指示器 . 59 吊装置 . 60 位销 . 61 盖螺钉 . 62 速器主要零件的加工工艺 . 63 件图样分析 . 63 间轴的机械加工工艺过程卡 . 64 第四章 往复式给煤机其它部件的设计 . 64 第 5 页 托板的设计及校核 . 64 辊的设计及校核 . 66 辊轴的设计及校核 . 66 承选择与校核 . 71 第五章 往复式给煤机的使用 、安装、维护、发展趋势 . 72 复式给煤机使用中存在的问题及改进措施 . 72 复式给煤机的安装 . 73 复式给煤机的维护 . 74 复式给煤机的发展趋势 . 74 结 论 . 75 参考文献 . 76 附录 . 77 翻译部分 . 82 英文原文 . 82 中文翻译 . 90 致 谢 . 94 第 6 页 第一章 概述 往复式给煤机在我国煤矿广泛应用几十年。生产实践证明 ,该设备对煤的品种、粒度、外在水份等适应性强 ,与其他给料设备相比 ,具有运行安全可靠、性能稳定、噪音低、维护工作量少等优点 ,仍不失推广使用的价值。随着煤炭工业的发展 ,煤矿井型不断地扩大 ,现有型往复给煤机生 产能力小 ,不能满足大型矿井的要求。因此 ,改进和扩大现有型往复给煤机是完全必要的。 复式给煤机的发展历史 给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一 ,给煤设备的可靠性 ,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性 ,直接影响整个生产系统的正常运行。目前 ,我国煤矿使用的给煤设备主要是往复式给煤机和电振给煤机。 往复式给煤机最早研制于 20世纪 60年代初 ,70年代 ,在 基础上 ,更换了驱动装置 ,改为系列 ,并一直沿用至今。国外给煤机发展状况也与国内大相径庭 ,并没有更高的技术含量 ,但价格却是国内同类产品的 4 5倍。 自 20世纪 60年代定型后 ,我国各大煤矿使用的给煤机主要是 系列给煤机共有五种型号 : 技术参数（表 1结构尺寸（表 1下所示： 表 1术参数 型号规格 料能力 （ t/h） 底版行程 曲柄位置 无烟煤 烟煤 无烟煤 烟煤 无烟煤 烟煤 无烟煤 烟煤 无烟煤 烟煤 200 100 90 150 135 225 200 330 300 590 530 150 75 67 112 100 170 150 247 220 440 395 100 50 45 75 68 133 100 165 150 295 268 50 25 22 34 34 55 50 83 75 148 132 曲柄转速（ r/ 57 57 62 62 62 电动机 型号 160160160160160率 （ 4 4 4 速（ r/ 720 720 720 970 970 第 7 页 减速机 型号 比 许最大颗粒（ 含量 10%以下 250 350 400 500 700 含量 10%以上 200 300 350 450 550 设备重量 （ 带料斗 1127 1251 1481 1927 2737 不带料斗 1026 1144 1342 1735 2505 图 1 表 1构尺寸 型号 A B C H 2 11 12 13 14 15 16 360 3100 846 210 210 325 1051 2450 840 1000 800 750 1040 750 360 3100 1112 210 210 325 1051 2450 840 1000 800 750 1040 1000 360 3540 1112 208 208 325 1297 2850 1150 1250 1050 1000 940 1000 第 8 页 352 3950 1360 250 250 345 1340 3270 1400 1500 1300 1250 1157 1250 622 4740 1632 330 330 345 1543 3850 1700 1750 1550 1550 1435 1500 型号 17 18 19 110 111 112 n*113 114 n*115 116 N*50 500 500 830 35 191 1*200 131 1*190 190 14*00 750 750 1080 35 275 1*280 131 1*190 190 16*00 750 750 1080 35 208 1*208 91 1*225 225 17*050 1000 1000 1300 35 273 1*273 91 1*290 290 17*300 1250 1580 1580 35 270 1*270 96 1*320 220 20*复式给煤机的用途 最通用的往复式给煤机为 K 型，一般用于煤或其他磨琢性小、黏性小的松散粒状物料的给料。 往复式给煤机适用于矿井和选煤厂，将煤碳经煤仓均匀地装载到输送机或其它筛选、贮存装置上。 煤机的组成及工作原理 如图 1示，往复式给煤机结构是由电动机、减速器、联轴器、 H 形架、连杆、底板 (给料槽 )、传动平台、漏斗闸门、托辊等组成。 传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连 杆 机构拖动倾斜的底板在 托 辊上作直线往复运动， 当底板正行时 ,将煤仓和槽形机体内的煤带到机体前端 ;底板逆行时 ,槽形机 体内的煤被机体后部的斜板挡住 ,底板与煤之间产生相对滑动 ,机体前端的煤自行落下。 将煤均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。该机设有带漏斗、带调节阀门和不带漏斗、不带调节阀门两种形式。 复式给煤机的特点 复式给煤机的特点 (1) 结构简单 ,维修量小 在往复式给煤机中 ,电动机和减速器均采用标准件 ,其余大部分是焊接件 ,易损部件少 ,用在煤矿恶劣条件下 ,其适用性深受使用单位的好评。 (2) 性能稳定 往复式给煤机对煤的牌号 ,粒度组成 ,水分、物理性质等要求不严 ,当来料不均匀 ,水分不稳定且夹有大块煤、 橡胶带、木头及钢丝等时 ,仍能正常工作。 (3) 噪音低 往复式给煤机是非振动式给料设备 ,其噪音发生源只有电动机和减速器 ,而这两个的噪音都很低。尤其在井下或煤仓等封闭型场所 ,噪音无法扩散 ,这 第 9 页 一点是电动给料机所无法达到的。 (4) 安装方便、高度小 往复式给煤机一般安装在煤仓仓口 ,不需另外配制仓口闸门溜槽及电动机支座 ,安装可一步到位 ,调整工作量小 ,而电动给煤机由于不能直接承受仓压 ,需要另外安放仓口过渡溜槽 ,相比之下 ,往复式给煤机占有高度小 ,节省了建筑面积和投资。 复式给煤机与振动式给煤机的比较 往复式与振动式给煤机两种给料方式不同点是给料频率和幅值以及运动轨迹不同。在使用过程中，由于振动式给料机给料频率高，噪声也大；由于它是靠高频振动给料，其振动和频率受物料密度及比重影响较大，所以，给料量不稳定，给料量的调整也比较困难；由于是靠振动给料，给料机必须起振并稳定在一定的频率和振幅下，但振动参数对底板受力状态很敏感，故底板不能承受较大的仓压，需增加仓下给料槽的长度，结果是增加了料仓的整体高度，使工程投资加大；由于给料高度加大，无法用于替换目前大量使用的往复式给煤机。 复式给煤机的设计目的、基 本要求及基本参数 复式给煤机的 设计目的 随着煤炭工业的迅猛发展 ,煤矿井型也在不断扩大 ,现有的往复式给煤机，如 产能力最大 ,但也只有 已不能再满足煤矿生产系统的选型要求。正是基于这个原因 ,我们在对给煤机使用情况大量调研的基础上 ,研制了 大型往复式给煤机。 往复式给煤机的 基本要求 了 解往复式给煤机的用途、工作原理以及工作中存在的问题，设计一台单曲柄往复式给煤机。 计 参数 给料量： 往复行程： 文所做的基本工作 件的工作图设计； 第 10 页 第二章 往复式给煤机 的总体设计 在确定往复 式给煤机整体结构尺寸之前，首先考虑给煤机的容积利用系数。容积利用系数是给煤机槽体内煤的体积与槽体容积的比值。在给煤机槽体容积一定的情况下 ,容积利用系数取值的高低 ,决定设计 给料 能力的 值就越大 ,则设计生产能力大 ,反之就小。现有 为了提高给煤机的综合性能 ,通过对 K 型往复给煤机的使用情况进行大量调查和性能测试 ,给煤机实际生产能力比设计生产能力偏大约 10 20%。这说明原设计容积利用系数取值偏低。在该往复给煤机设计中 ,我们将容积利用系数提高到 就意味着 ,与原设计 比较 ,在相同设计生产能力条件下 ,给煤机槽体容积可以缩小 13%。给煤机的实际生产能力与煤的粒度、水份有较大关系。同样一台给煤机 ,煤的流动性好 ,则实际生产能力大 ;煤的流动性差 ,则实际生产能力就小。现有型往复给煤机之所以适应 范围广 ,除其它性能以外 ,就在于设计时余量较大 ,即容积利用系数取值较低。我认为 ,容积利用系数不宜取值过大 ,以保证往复给煤机对各种煤的适应性。 煤机箱体尺寸的确定 根据已知参数 （ 给料量： 往复行程： ，初步设定曲柄的转数为 箱体的有效高 度和宽度，高度为 宽度为 给料量可表示为 0 12 式中 Q给煤机给料量， H 给料机箱体高度， m ； B 给料机箱体宽度， m ； l 给料机行程， m ； 煤的密度， 32.1 n 给料机箱体高度， 第 11 页 工况系数， 。 因此，由式 12 可求出给料量 0 由上式结果可得出，箱体尺寸满足给料要 求。 煤机整体结构布局 如图 2示 图 2煤机整体结构布局图 煤机的受力分析 复式给煤机的运行阻力 往复式给煤机运行时，电动机功率主要消耗在 克服下列阻力上。 正行时：底板在托滚上的运动阻力 1F 和煤与固定侧板的摩擦阻力 2F 。 逆行时：底板在托滚上的运动阻力 1F 和煤与底板的摩擦阻力3F。 此外，还有一些能量消耗在克服底板加速运动时的运行阻力上。 往复式给煤机正行时的功耗是有效功耗，逆行时的功耗是无效功耗。 生运行阻力的因素 现有往复式给煤机的运行阻力有以下公式计算： 211 22 第 12 页 3122 32 13 42 式中 1m 给煤机槽体内煤的质量， 2m 给煤机运动部件的质量， g 重力加速度， ； p 煤仓出口处压力， 2 1l 给煤机底板水平投影长度， m ； 3l煤仓出口对底板有效压力区长度， m ； b 给煤机槽体净宽度， m ； 底板在托滚轮上的运动阻力系数， ； 煤对侧板的侧压系数； 煤的松散容重， 3950 ； h 底板上煤的厚度， 17.0 ， m ； 往复式给煤机计算简图见图 2 图 2给料机的计算简图 第 13 页 正行阻力： 214 52 正行阻力：315 62 运行阻力按正行阻力和逆行阻力的均方值计算，即 25240 21 72 式中 22 、 32 、 42 括号内的第一项 1 表示给煤机槽 体内煤的重量和活动件的重量； 示给煤机槽体内煤的重量； 表示煤的重量对给煤机固定侧板产生的侧压力。号内的第二项 于底板在托滚轮上的运动阻力 1F 较小 (运动阻力系数 值较小 ),给煤机运行阻力主要是煤与固定侧板的摩擦阻力 2F 和煤与底板的摩擦阻力3F。因此可知 ,产生运行阻力的主要因素是给煤机槽体内的煤的重量和煤仓出口处的压力以及煤与侧板或底板的摩擦系数。 从以上分析可知 ,我们只能从减少煤仓出口处压力对底板的作用 ,以及减小煤与固定侧板和底板的摩擦力来往复式给煤机的节能措施。 采用倾斜式仓口漏斗由于煤仓出口处压力的作用 ,使底板产生了运行阻力 ,如果采用斜仓口漏斗 ,使煤仓出口压力对底板作用减小或不作用在底板上 ,底板的运行阻力就可以减小。 往复式给煤机的运行阻力由以下简化公式计算： 1 12F m m g 82 22 1hF l g 92 3 1 102 给煤机槽体内煤的质量： 991 第 14 页 底托板选用的材料为 235Q ，其密度 38.7 ，底托板厚度为 底托板质量： 3 0 0 92 则 1 12F m m g 5 22 1hF l g 3 1 正行阻力： 214 4 73 9 9 71 4 5 0 正行阻力：315 4 2 61 0 9 7 61 4 5 0 运行阻力： 25240 21 9 41 2 4 2 65 4 4 721 22 减少煤与底板的磨擦系数是有限的。这是 因为正行时，给煤机槽体内的煤是在其与底板之间的磨擦力的作用下，移到给煤机前端。煤与底板的磨擦力要大于煤在加速时的动阻力和煤与固定侧板的磨擦力，才能保证在正行时，煤与底板间不产生相对滑动。 柄连杆机构的运动分析 图 2柄连杆运动简图 第 15 页 已知：由滑块行程 出曲柄 25 ，连杆长 80 ，曲柄转速 。参考文献 1表 算 底托板的 运动速度 为： 第 三 章 往复式给 煤机 减速器 的 设计 动机的选择 择电动机类型 本设计中的往复式给煤机工作于井下煤仓。井下煤尘多、瓦斯浓度较大、易发生爆炸 。根据工作环境要求， 参考文献 2表 23择 列隔爆型三相异步电动机。 择电动机 容 量 电动机所需工作功率为 即 000 13 传动装置的总效率为 5423321 23 参考文献 3，查 表 2定各部分效率为：联轴器效率 ，滚动轴承传动效率（一对） ，闭式齿轮传动效率 ，曲柄 连杆的传 动 效 率 ， 槽 摩 擦 传 动 效 率 代入 23 式得 3 。 有式 3出， 所需电动机功率为 d 0 0 7 8 9 41 0 0 0 因载荷有轻微冲击，故电动机额定功率参考文献2,列电动机技术数据，选用电动机的功率 第 16 页 定电动机转速 连杆所需的 转速 二级圆柱齿轮减速器的传动比常用的范围为 408 i ，故电动机转速的可选范围为 m i 0 048060408 符合这一范围的同步转速有很多， 参考文 献 2的表 23经过比较决定选取： rn m 参考文献 2，选用 电动机。 动装置的总传动比及其分配 （ 1） 总传动比 33 （ 2） 分配传动装置各级传动比 参考文献 3表 2取两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 对于展开式二级圆柱齿轮减速器，在两极齿轮配对材料、性能及齿宽系数大致相同的情况下，即 齿面接触强度大致相等时，两极齿轮的传动比可按下式分配： 21 .1 即 33 代入式 33 得 5 8 5 2 算传动装置的运动和动力参数 各轴的转速根据电动机的满载转速计算 ;传动装置各部分的功率和转矩 。 计算各轴时将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号， 定 0 轴（电动机轴）， 1 轴， 2 轴， 3 轴， 4 轴；相邻两轴间的传动比表示为 12i ，23i；各轴的输出功率为0p， 1p ， 2p ，3p； 各轴的输出转矩为0T， 1T ， 2T ，3T。 第 17 页 各轴的输出功率 0 轴（电动机轴） 1 轴（高速轴） 2 轴（中间轴） 3 轴（低速轴） 各轴的输出转速 0 轴（电动机轴） m 1 轴（高速轴） m i 001 2 轴（中间轴） m i 15 8 01212 3 轴（低速轴） m i 12323 各轴的输出 转矩 0 轴（电动机轴） 5 09 5 5 001 轴（高速轴） 2 轴 （中间轴） 3 轴 （低速轴） 轮的 设计及校核计算 一对齿轮的设计 (1) 选择齿轮材料 参考文献 4查表 8 小齿轮选用 质并 表面淬火 55481 第 18 页 大齿轮选用 质并 表面淬火 55482 (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 13.0 t 估取圆周速度t 参考文献 4表 8 8取 公差组 8 级 小轮分度圆直径 参考文献 4， 由式 （ 8求 得 3211 12 齿宽系数d参考文献 4， 查表 8 23 按齿轮相对轴承为非对称布置，取 6.0d小齿轮齿数 1Z , 在推荐值 20选 241 Z 大齿轮齿数 2Z ，圆整取 1102 Z 齿数比 u 012 传动比误差 误差在 %5 范围内 。 合适 小齿轮转矩 1T 参考文献 4， 由式 （ 8求 得 161 1055.9 8 2 载荷系数 K 参考文献 4， 由式 （ 8得 使用系数 参考文献 4， 查表 8 K 第 19 页 动载荷系数4， 查图 8初值 参考文献 4， 查图 8参考文献 4， 由式（ 8 0 得 c o 参考文献 4， 查表 218 并插值 Z 参考文献 4， 查表 8 节点影响系数 参考文献 4， 查图 8英文原文 In of of OY 0s 0 a to to a a a to to to on to in a of of a to to to to in to S OY SL of SL of to to s be an 1 to 976 to to it to a to to a of to to L is to to to to in to to to to 80 98 to to 18 in to 4.5 ms/to a a 984 to to at of to at to to on of L to to L up of to to to OY 070s in s a 1 ls is to a 2 to to 40 0 ms/a a to no to is a to a in NA s to a as 987to of to to to to of to to a a a to a a SE in SE a 344 to of a 360, a 700, 00 a 535 to 30171111 00he 0s 0 a to to to of o a 8 to to to is 2 to n to of to a on in to to in to an of a at in s in to to to to to to of be to in of to at in 3 .1 to 1)in 00 to to OO to to be up 50 (2)in 0 20 (3)00 to 4 as as 000 (4)to l 5ms/00 4.5 ms/ 98 (5)to to of l is a 630000is to 500 to (6)a a a he 2500 00004000 40,000 to a 0000,000 a 15000,000 ts is 3.2 to 000 00 to to of in a 2300, 3300, 4160 000 V 3.3 he to in to to a to up by is to a of to a en L up he t of a OY LS NA of to (1)to of to of on a to to to t be at (2)s to is of in a to (3)a of to to of of to of to (4)up a of to to a to a a to to to or be in at of a of to an to a to an at is to up a in s a to be be a of a (5)a to an f L a to to 0 to to go ut to a a to a to s (6)s a be of (7)of on a on to of to 3.4 to to he to a of s to of is to to in to to to 0s 0 to is in to in of o .6 no to hi of a hi s no to s no to as no to hi no on a to in to no to s is by hi to or is to to25 l 75 4 to he to a to to to in 0 o it to a to to a As a of to to is as (1)in of is of (2)is of (3)or to up of is to to in of to up (4)of to in to to to (5)to of (6)is to to to in of of to an of 中文译文 电牵引采煤机的 技术现状和发展趋势 现 摘 要 ： 本文介绍了我国薄煤层电牵引采煤机的技术发展历史和现状，重点介绍薄煤层电牵引采煤机的主要技术参数、总体结构、系列化及其发展趋势。 关键词 ： 薄煤层；采煤机；电牵引；多电机驱动；横向布置 德国 司和美国 司， 20 世纪 70 年代中期相继研制出直流电牵引采煤机。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 年代后期出现了交流电牵引采煤机。 90 年代，开发出集电子、微电子、信息管理以及计算 机智能技术于一体的大功率电牵引采煤机，如美国 司的 列、英国 司的 列，德国司的 列， 日本三井三池制作所的 列等电牵引采煤机。电牵引采煤机以其性能参数优良、可靠性高、自动化程度高、操作方便、监控保护及检测功能完善、经济效益高等优点被迅速推广使用。 1 国外电牵采煤机发展概况 国 司 自 1976 年研制成功直流电牵引采煤机后，基本停止了液压牵引采煤机的开发研究，陆续开发了多种形式电牵引采煤机。 90 年代开发的 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 S 型电牵引采煤机装机功率达 1 580大牵引力 998电牵引采煤机总装机功率 1 018 用双变频器一拖一系统，最大牵引速度达 54 5m 系统具有交互式人机对话、设备健康预报、在线控制、数据传输等功能。 英国 司 自 1984 年研制成功第一台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置得直流电牵引采煤机后，在其基础上加大功率，又研制成直流电牵引采煤机。 90 年代，在 列机型基础上，加大功率，改进控制系统，开发了 列交流电牵引采煤机，主要机型有 。在 列机型上装置的 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、智能化安全连锁、随机故障诊断、数据传输等功能。 国 司 20 世纪 70 年代研制成功 1电机横向布置直流电牵引采煤机后，又陆续研制了 2型多电机横向布置直流电牵引采煤机。 71 55 采煤机总功率 1 940 牵引速度 30m 用 强力销轨无链牵引系统，加大链轨节距和宽度，并采用锻造销排；装备了与 6通用的 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。 本 1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的 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，并可加装红外线发射器操纵液压支架。 1 5 波兰 矿机械化研究中心 波兰在与中国合作研制成功 344 型薄煤层交流电牵引采煤机的基础上，陆续开发了 360、 700、 8002 535S 2煤机截深由 630 171111 提高到 800 1 000 1 6 俄罗斯 前苏联 20 世纪 70 年代研制出 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。 9o 年代开发了 K 一 8 国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。 2 国内电牵引采煤机发展概况 近年来。我国电牵引采煤机的研制和开发取得了长足的进步，在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上，进行二次开发，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一台采用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，国内各采煤机生产厂中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中 国 矿 业 大 学 本 科 生 毕 业 论 文 姓 名： 杨艳丽 学 号 ： 14030359 学 院： 应用技术学院 专 业： 机械工程及自动化 03 论文题目： 单曲柄往复式给煤机 专 题： 指导教师： 黄嘉兴 职 称： 副教授 2007 年 6 月 徐州 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中国矿业大学毕业论文任务书 学院 应用技术学院 专业年级 机自 03学生姓名 杨艳丽 任务下达日期： 2007 年 1 月 1 日 毕业论文日期： 2007 年 3 月 25 日 至 2007 年 6 月 20 日 毕业论文题目： 单曲柄往复式给煤机 毕业论文专题题目： 毕业论文主要内容和要求： 主要内容 了 解往复式给煤机的用途、工作原理以及工作中存在的问题，设计一台单曲柄往复式给煤机。给料量： 往复行程： 基本要求 件的工作图设计； 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书 指导教师 评语 （基础理论及基本技能的掌握； 独立解决实际问题的能力； 研究内容的 理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度 及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书 评阅教师评语 （ 选题的意义； 基础理论及基本技能的掌 握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩； 存在问题； 是否同意答辩等 ）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 摘 要 给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一 ,给煤设备的可靠性 ,特别 是关键咽喉部位给煤设备的可靠性 ,直接影响整个生产系统的正常运行。 生产实践证明 ,现有的 往复式给料机的 生产能力小、安装和拆卸不方便、受力不均匀等缺点。 ， 随着煤炭工业的发展 ,煤矿井型不断地扩大 ,现有型往复给煤机生产能力小 ,不能满足大型矿井的要求， 因此 ,改进和扩大现有型往复给煤机是完全必要的。 本设计的往复式给煤机是在原有的基础上作了一些改进，具有 结构简单、维修量小、性能稳定、噪音低、安装方便等优点。 本文 主要 介绍了： 往复式给煤机的发展历史 ， 用途 ， 组成及工作原理；往复式给煤机的特点； 设计的一般步骤； 使用中存在的问 题及改进措施 ；安装 和 维护等 内容 。 在本次往复式给煤机 的设计过程中，着重对减速器、传动平台、曲柄连杆机构、托辊进行了分析和设计。对重要的部件进行了受力分析、强度的校核 ，根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要 部 件的受力分析、强度和刚度的设计方法。 关键词 ： 往复式给煤机 ； 减速器 ； 曲柄连杆机构 ； 受力分析 ； 强度 校核 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 is of is to of a on to of of to of to of to is of to on of it a a of is to of to of of of so in to on of in is an of of to 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 1 页 1 往复式 给煤 机 概述 往复式给煤机在我国煤矿、选煤厂及其它行业应用已有几十年。 给煤设备是煤矿生产系统的主要设备之一 ,给煤设备的可靠性 ,特别是关键咽喉部位给煤设备的可靠性 ,直接影响整个生产系统的正常 运 行 。 生产实践证明 ,该设备对煤的品种、粒度、外在水份等适应能力强 ,与其他 给煤 设备相比 ,具有运行可靠、性能稳定、噪音低、完全可靠、维护工作量小等优点。 往复式给煤机的主要缺点是能耗较高。 随着煤炭工业的发展 ,煤矿井型不断地扩大 ,现有型往复 式 给煤机生产能力小 ,不能满足大型矿井的要求。因此 ,改进和扩大现有型往复给 煤机是完全 有必要的。 复式 给煤 机 的用途 最通用的往复式给煤机为 K 型，一般用于煤或其他磨琢性小、黏性小的松散粒状物料的 给煤 ，将储料仓或料坑里的物料连续均匀地卸运到运输设备或其他筛选设备中。 型 往复式 给煤 机 的组成 煤 机由 机架、 底 拖 板（ 给煤 槽）、 电动机、 减速器、联轴器 、 传动平台、 漏斗、闸门、托辊等组成。 本机可根据需要设有带漏斗、不带漏斗两种形式。给煤机设有两种结构形式： 1、带调节闸门 2、不带调节闸门，其 给煤能力由底板行程来达到。 型往复 式给煤机工作原理简述 往复式 给煤机由槽形机体和带有曲柄连杆装置的活动地板组成的曲柄滑块机构， 地板是工作机构。 传动原理：当电动机开动后，经弹性联轴器、减速器、曲柄连 杆 机构拖动倾斜的底板在 托 辊上作直线往复运动， 当底板正行时 ,将煤仓和槽形 机体内的煤带到机体前端 ;底板逆行时 ,槽形机体内的煤被机体后部的斜板挡住 ,底板与煤之间产生相对滑动 ,机体前端的煤自行落下。 将煤均匀地卸到运输机械或其它筛选设备上。 4 型给煤机的 主要特点： 工作可靠、寿命长；重量轻、体积小、维护保养方便；结构简单，运行可靠，调节安装方便；封闭式框架结构，大大提高了机架的刚度； 装有限矩形液力偶合器，能满载启动，过载保护； 给煤 量大是目前国内最大的 给煤 设备 ；采用了先进的平面二次包络环面螺杆减速器设计，承载能力大，传动效率高； 侧衬板与地板之间留缝可调，能较准确地控制留缝大小， 大大减少了漏料；驱动装置对称布置，并采用双推杆，使整机受力均衡，传动平稳，008 届本科生毕业设计 第 2 页 时的扭摆现象； 地板有立向筋板，并用三道通长拖辊支撑，保证了地板本身刚度，消除了现有机械的缺点。 复式给煤机与振动式 ，板式 给煤机的比较 往复式与振动式给煤机两种 给煤 方式不同点是 给煤 频率和幅值以及运动轨迹不同。在使用过程中，由于振动式 给煤 机 给煤 频率高，噪声也大；由于它是靠高频振动 给煤 ，其振动和频率受物料密度及比重影响较大，所以， 给煤 量不稳定， 给煤 量的调整也比较困难；由于是靠振动 给煤 ， 给煤 机必须起振并稳定在一定 的频率和振幅下，但振动参数对底板受力状态很敏感，故底板不能承受较大的仓压，需增加仓下 给煤 槽的长度，结果是增加了料仓的整体高度，使工程投资加大；由于 给煤 高度加大，无法用于替换目前大量使用的往复式给煤机。 往复式给煤机与板式给煤机安装方式的区别主要在于往复式给煤机采用悬挂式安装方式，在地坑基础完工后，往复式给煤机可以直接通过料斗固定在地坑基础上。而板式给煤机则采用设备基础安装的方式，不但要完成地坑基础施工，而且还要进行设备基础施工。采用往复式给煤机可以减少工程施工周期，节约工程造价。 除此之外，往复式给煤机还具 有结构简单，经久耐用，故障率低的特点，从而在井下矿山机电运输中得到广泛应用。鉴于此，将往复式给煤机应用于地面和井下完全能适应生产环境需要，从而达到减少投入，提高设备运转率，解放劳动力的目的。 往复式给煤机 的 技术参数 表 1型号规格 煤 能力 /（ t/h） 底板行程 曲柄位置 无烟煤 烟煤 200 4 590 530 150 3 440 395 100 2 295 268 50 1 148 132 曲柄转速 /（ / 62 008 届本科生毕业设计 第 3 页 电动机 型号 8(1 功率 /速 /（ / 970 减速器 型号 比 大允许粒度 /含量 10 %以下 700 含量 10 %以上 550 设备重量 / 带料斗 2337 不带料斗 2505 2 往复式给煤机 的总体设计 在确定往复式给煤机整体结构尺寸之前，首先考虑给煤机的容积利用系数。容积利用系数是给煤机槽体内煤的体积与槽体容积的比值。在给煤机槽体容积一定的情况下 ,容积利用系数取值的高低 ,决定设计 给煤 能力的 值就越 大 ,则设计生产能力大 ,反之就小。现有 型往复给煤机容积利用系数取值为 为了提高给煤机的综合性能 ,通过对 K 型往复给煤机的使用情况进行大量调查和性能测试 ,给煤机实际生产能力比设计生产能力偏大约 10 20%。这说明原设计容积利用系数取值偏低。在该往复给煤机设计中 ,我们将容积利用系数提高到 就意味着 ,与原设计比较 ,在相同设计生产能力条件下 ,给煤机槽体容积可以缩小 13%。给煤机的实际生产能力与煤的粒度、水份有较大关系。同样一台给煤机 ,煤的流动性好 ,则实际生产能力大 ;煤的流动性差 ,则实际生 产能力就小。现有型往复 式 给煤机之所以适应 范围广 ,除其它性能以外 ,就在于设计时余量较大 ,即容积利用系数取值较低。我认为 ,容积利用系数不宜取值过大 ,以保证往复给煤机对各种煤的适应性。 复式给煤机的参数 根据已知参数 ， 给煤 量： 往复行程： 008 届本科生毕业设计 第 4 页 000800 煤机的 总体 外型 设计 1）。 参考 往复式给煤机取料仓宽度为 B =1250底托板材料选用 =1500 由此可推出每转推出煤的容积为： 为 式中： m 曲柄每转推出煤 查表得散煤的容重 3/950 由式得 V=323.0 m 推出煤的最低高度： h=步设定曲柄的转数为 箱体的有效高度和宽度，高度为 宽度为 给煤 量可表示为 0 12 式中 Q 给煤机 给煤 量， H 给煤 机箱体高度， m ； B 给煤 机箱体宽度， m ； l 给煤 机行程， m ； 煤的密度， 32.1 n 给煤 机箱体高度， 工况系数， 。 0 2 008 届本科生毕业设计 第 5 页 s 22 式 12 可求出 给煤 量 图 2复式给煤机 箱体尺寸 0 800 由上式结果可得出，箱体尺寸满足 给煤 要 求。 2）。 曲柄 连杆尺寸 及底板速度的确定 已知行程 设偏距 e 为 120 斜角度为 010 在有三角形关系式和理论力学中最小角定理，当 可求得 速度 1+) =s . 曲柄 a=124杆长 l=1057mm 008 届本科生毕业设计 第 6 页 图 2型往复式给煤机 曲柄连杆运动简图 煤机的受力分析 复式给煤机的运行阻力 往复式给煤机运行时，电动机功率主要消耗在克服下列 阻力上。 正行时：底板在托滚上的运动阻力 1F 和煤与固定侧板的摩擦阻力 2F 。 逆行时：底板在托滚上的运动阻力 1F 和煤与底板的摩擦阻力3F。 此外，还有消耗 在克服煤与侧板之间黏着力和 在克服底板加速运动时的运行阻力上。 生运行阻力的因素及力的计算 往复式给煤机的运行阻力有以下公式计算： 211 )22( 3122 )32( 13 )42( 式中 1m 给煤机槽体内煤的质量， 008 届本科生毕业设计 第 7 页 25240 21 2m 给煤机运动部件的质量， g 重力加速度， ； p 煤仓出口处压力， 2 1l 给煤机底板水平投影长度， m ； 3l 煤仓出口对底板有效压力区长度， m ； b 给煤机槽体净宽度， m ； 底板在托滚轮上的运动阻力系数， ； 煤对侧板的侧压系数； 煤的松散容重， 3950 ； h 底板上煤的厚度， 18.0 ， m 。 正行阻力： 214 )52( 正行阻力：315 )62( 运行阻力按正行阻力和逆行阻力的均方值计算，即 )72( 式中 )22( 、 )32( 、 )42( 括号内的第一项 1 表示给煤机槽 体内煤的重量和活动件的重量； 示给煤机槽体内煤的重量； 表示煤的重量对给煤机固定侧板产生的侧压力。号内的第二项 于底板在托滚轮上的运动阻力 1F 较小 (运动阻力系数 值较小 ),给煤机运行阻力主要是煤与固定侧板的摩擦阻力 2F 和煤与底板的摩擦阻力3F。因此可知 ,008 届本科生毕业设计 第 8 页 阻力的主要因素是给煤机槽体内的煤的重量和煤仓出口处的压力以及煤与侧板或底板的摩擦系数。 从以上分析可知 ,我们只能从减少煤仓出口处压力对底板的作用 ,以及减小煤与固定侧板和底板的摩擦力来往复式给煤机的节能措施。 采用倾斜式仓口漏斗由于煤仓出口处压力的作用 ,使底板产生了运行阻力 ,如果采用斜仓口漏斗 ,使煤仓出口压力对底板作用减小或不作用在底板上 ,底板的运行阻力就可以减小。 往复式给煤机的 运行阻力由以下简化公式计算： 1 12F m m g )82( 22 1hF l g )92( 3 1)102( 给煤机槽体内煤 的质量： 1 =950 底托板选用的材料为 235Q ，其密度 38.7 ，底托板长、宽、厚度分别为 1500 1250 16则底托板质量为： 3 5 01 5 0 0 92 则 1 12F m m g 9 3 6 3 22 1hF l g 3 1 6 3 正行阻力： 214 7 47 1 8 41 2 9 0 )112( 008 届本科生毕业设计 第 9 页 25240 21 4 5 81 0 4 5 58 4 7 421 22 正行阻力：315 4 5 59 1 6 51 2 9 0 )122( 运行阻力： )132( 减少煤与底板的磨擦系数是有限的。这是因为正行时，给煤机槽体内的煤是在其与底板之间的磨擦力的作用下，移到给煤机前端。煤与底板的磨擦力要大于煤在加速时的动阻力和煤与固定侧板的磨擦力，才能保证在正行时，煤与底板间不产生相对滑动。 3. 给 煤 机 的减速器设计方案 电机选型 因设备是在井下工作，电机选为隔爆异步电动机。 1. 给煤机所需功率： )13( 2. 给煤机的传动效率 (1) 曲柄连杆的传动效率 1 ： 2)减速器的传动效率 2 ： (3)联轴器的传动效率3： 以，给煤机的总传动效率为 )23( 3. 电动机的功率确定 电动机的实际功率为 d )33( 008 届本科生毕业设计 第 10 页 择电动机容量时应保证电动机的额定功率，所以，选择电机额定功率为 15选择电机型号如表 3示 表 3复式给煤机电机选型 型号 额定功率 额定转速 同步 转速 功率因数 5970 1000 减速器选型 减速器选型 现在已使用的 K 系列往复式给煤机常用的减速器型号如表 3示。 表 3 K 系列往复式给煤机常用的减速器型号 型号规格 速机 型号 比 Q、 减速器具有机械性能好、工作可靠、维修方便、过载能力强、耐冲击、惯性力矩小等特点。适用于起重、运输、冶金、矿山、建筑、化工、纺织等行业。 其适用条件如下：减速器齿轮圆周速度不大于 12m/s；高速轴的转速不大于 1500r/用于正反两向运转；工作环境温度为 +40 。减速器有九种传动比、九种装配形式和三种低速轴轴端型式。 1) 计算速比 减速器速比为 2）分配传动装置各级传动比 参考文献 3表 2两级圆柱齿轮减速器高速级的传动比 对于展开式二级圆柱齿轮减速器，在两极齿轮配对材料、性能及齿宽系数大致相同的情况下，即齿面接触强度大致相等时，两极齿轮的传动比可按下式分配： 21 .1 即 43 代入式 43 得 008 届本科生毕业设计 第 11 页 算传动装置的运动和动力参数 各轴的转速根据电动机的满载转速传动装置各部分的功率和转矩。 计算各轴时将传动装置中各轴从高速轴到低速轴依次编号，定 0 轴（电动机轴）， 1 轴， 2 轴， 3 轴， 4 轴；相邻两轴间的传动比表示为 12i ，23i；各轴的输出功率为0p， 1p ， 2p ，3p；各轴的输出转矩为0T， 1T ， 2T ，3T。 各轴的输出功率 0 轴（电动机轴） 1 轴（高速轴） 2 轴（中间轴） 3 轴（低速轴） 各轴的输出转速 0 轴（电动机轴） m 1 轴（高速轴） m i 001 2 轴（中间轴） m i 01212 3 轴（低速轴） m i 各轴的输出转矩 0 轴（电动机轴） 19 7 0 5 09 5 5 001 轴（高速轴） 2 轴（中间轴） 3 轴（低速轴） 3322323 008 届本科生毕业设计 第 12 页 2140 轮的设计及校核计算 一对齿轮的设计 (1) 选择齿轮材料 参考文献 4查表 8 小齿轮选用 质并表面淬火 62561 大齿轮选用 质并表面淬火 62562 (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 13.0 t 估取圆周速度t 参考文献 4表 8 8取 公差组 8 级 小轮分度圆直径 参考文献 4， 由式求得 3211 12 齿宽系数d参考文献 4， 查表 8 23 按齿轮相对轴承为非对称布置，取 6.0d 小齿轮齿数 1Z , 在推荐值 20选 251 Z 大齿轮齿数 2Z ，圆整取 1142 Z 齿数比 u 412 传动比误差 0 0 误差在 %5 范围内。合适 小齿轮转矩 1T 参考文献 4， 由式（ 8得 008 届本科生毕业设计 第 13 页 161 1055.9 1 4 0 4 0 09 7 载荷系数 K 参考文献 4， 由式（ 8 使用系数 参考文献 4， 查表 8 K 动载荷系数4， 查图 8初值 参考文献 4， 查图 8参考文献 4， 由式（ 8 0 得 c o 参考文献 4， 查表 218 并插值 的初值 Z 参考文献 4， 查表 8 节点影响系数 参考文献 4， 查图 80,0 21 得 Z 重合度系数4， 查图 8 65 0得 Z 许用接触应力 H 参考文献 4， 由式（ 8 69）得 008 届本科生毕业设计 第 14 页 接触疲劳极限应力 1、 2 参考文献 4， 查图 8 69 21500 22500 参考文献 4， 应力循环次数由式 (8 70) 预设给煤机每天工作 20 小时，每年工作 300 天，预期寿命为 10 年 10203 0 019 7 060601 hn 2 89 则参考文献 4， 查图 8接触强度的寿命系数1允许有点蚀） 121 Z 硬化系数4， 查图 8说明 1接触强度安全系数 参考文献 4， 查图 8一般可靠度查 取 S 1 21500 2 008 届本科生毕业设计 第 15 页 21500 故 1d 的设计初值3211 12 0 4 0 齿轮模数 m t 参考文献 4， 查表 8 3 取 小轮分度圆直径的参数圆整值 1t 圆周速度 v t 0 0 09 7 0 0 011 与估计取 04.4大 ，对需修正 11 大轮分度圆直径 8 51 1 中心距 a 11425( 21 齿宽 b i ， 取 小 轮齿宽 88402 008 届本科生毕业设计 第 16 页 大 轮齿宽 01 (3) 齿根弯曲疲劳强度校核计算 211 T 63 齿形系数4， 查图 8 小轮 4， 查图 8小轮 参考文献 4， 由式（ 8 F 参考文献 4， 由式（ 8 l i m 弯曲疲劳极限考文献 4， 查图 87201l im 26 0 02l i m 弯曲寿命系数4， 查图 821 4， 查图 8 1S 参考文献 4， 查表 8S 则 1720/111l i m1 1600/222l i m2 008 届本科生毕业设计 第 17 页 故 /1 2 FF 齿根弯曲强度足够。 (4) 齿轮其他尺寸计算与结构设计 (参考文献 4表 81) 小齿轮的相关尺寸 分度圆直径 2511 齿顶高 11*1 齿根高 1 齿全高 *1 齿顶圆直径 12252 1*11 齿根圆直径 *11 基圆直径 o o 齿距 齿厚 齿槽宽 基圆齿距 o o 法向齿距 o o 顶隙 2 2) 大齿轮的相关尺寸 分度圆直径 8 412 齿顶高 11*2 齿根高 2 齿全高 2 *2 008 届本科生毕业设计 第 18 页 齿顶圆直径 9 42 1*22 齿根圆 *22 基圆直径 720c o o 齿距 齿厚 齿槽宽 基圆齿距 o o 法向齿距 o o 顶隙 2 中心距 11024(32 )( 21112 传动比 参考文献 4表 8知，当 00200 ，选用 腹板式的结构 3 7 5 1 hm n 取 101 应大于 h 为齿全高 02 a = )2(10)2( * =274 n 008 届本科生毕业设计 第 19 页 k 2 二对齿轮的设计 (1) 选择齿轮材料 参考文献 4查表 8 小齿轮选用 质并表面淬火 62561 大齿轮选用 质并表面淬火 62562 (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 13.0 t 估取圆周速度t 参考文献 4表 8 8取 公差组 8 级 小轮分度圆直径 参考文献 4， 由式求得 3211 12 齿宽系数d参考文献 4， 查表 8 23 按齿轮相对轴承为非对称布置，取 6.0d 小齿轮齿数 1Z , 在推荐值 20选 301 Z 大齿轮齿数 2Z 1 0 齿数比 u 传动比误差 0 0 误 差在 %5 范围内。合适 小齿轮转矩 1T 参考文献 4， 由式（ 8得 161 1055.9 649740 008 届本科生毕业设计 第 20 页 载荷系数 K 参考文献 4， 由式（ 8 使用系数 参考文 献 4， 查表 8 K 动载荷系数4， 查图 8初值 参考文献 4， 查图 8参考文献 4， 由式（ 8 0 得 c o 1 参考文献 4， 查表 218 并插值 的初值 Z 参考文献 4， 查表 8 2188 节点影响系数 参考文献 4， 查图 80,0 21 得 Z 重合度系数4， 查图 8 65 0得 Z 许用接触应力 H 参考文献 4， 由式（ 8 69）得 接触疲劳极限应力 1、 2 参考文献 4， 查图 8 69 008 届本科生毕业设计 第 21 页 2