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新型电牵引采煤机截割部设计【5张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 新型电牵引采煤机截割部设计 cad图纸

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新型电牵引采煤机截割部设计

95页 23000字数+说明书+中期报告+开题报告+5张CAD图纸【详情如下】

中期报告.doc

新型电牵引采煤机截割部设计开题报告.doc

新型电牵引采煤机截割部设计论文.doc

滚筒部件图A1.dwg

电机齿轮组A2.dwg

离合齿轮组A1.dwg

行星机构A1.dwg

装配图A0.dwg

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

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。1.1 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——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750—1000kW的采煤机，功率为900—1000kW、生产能力达1500t／h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一150—2L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l／5。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36．7 m／min：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、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MG375／830-WD型交流电牵引采煤机后，又自主研制成功了MGTY400／900-3·3D型和MG750／1800-3．3D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MG200／500-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

　　装机功率增大、性能参数提高

　　　①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。

　　　②牵引功率多在80kW以上，最大已达300kW。

　　　③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。

　　　④牵引速度、牵引力大幅提高。牵引速度15～25 m／min，牵引力500 kN以上。最大牵引速度60m／min(EL3000)，最大牵引力已达1000kN以上(EL3000、SLl000、西安煤矿机械厂生产MG900／2210、鸡西煤矿机械厂生产的MG800／2040)，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。

　　　⑤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1000～1200raln，别已达到1500 nun截深。

　　　⑥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400～600万t，要求采煤机出煤量300-400万t而不大修，差距较大。

　　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。2 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。　　因此轮齿接触表而材质的局部弹性变形不容忽视：同时齿轮在共轭啮合过程中，除切点部位以外，均为滚、滑运行。这一特征完全符合弹性流体动力润滑(EHL)理论。它与传统的Marin润滑理论的基本区别在于：上述齿轮表而的局部弹性变形晕往往比按刚性边界计算的油膜厚度大许多倍，因此对油膜的形状和压力分布带来明口的影响。我们应当按照这个理论和规律进行齿轮润滑参数设计。笼统地认为“润滑对提高齿面强度是有利的”观点并不全面，应该根据各类润滑工况对齿面强度的影响进行具体的分析，才能改善润滑质量。以此来确定啮合表面的终加_工粗糙度，便能极大减轻材料的磨损程度，延长齿面疲劳寿命；同时此种油膜的建立，使表而摩擦力值大大下降，减小了齿面的内应力幅值，延缓疲劳裂纹的扩展速率。耍根据不同的齿轮，合理选用润滑油种类。对于传递负荷较轻的(齿而应力小于4000 kg/cm2)齿轮，宜选用纯矿物油，如机械油、一般齿轮油、汽缸油等；对于传递中等负荷(齿面应力的方向与滑动方向相同。可见，齿面微裂纹尖端的指向正好和齿面摩擦力方向相反。齿而摩擦力在单齿啮合起始点处最大，这将使该区域齿而下最大剪应力接近齿面，引发微裂纹和微点蚀产生的二次裂纹向齿血内扩展。

　　硬齿而齿轮的跑合条什差硬齿而的齿轮在工作期间的磨损量很少，即使发生点蚀，齿血的加工刀痕依然存在，这些刀痕就形成了很多波峰和波谷。由于在跑合中没有消除波峰，当处于边界润滑状态时，便在这此波峰上产生较大的接触应力，导致微裂纹和灰斑的产生。

　　　硬齿面齿轮的弯曲疲劳失效

　　　弯曲疲劳断齿基本上是从受抟侧齿根30度切线外开始，扩展至全齿断裂。用扫描电镜观察硬齿面齿轮弯曲疲劳断口可分为三个区域——裂纹起源区，疲劳扩展压，快速终断区。裂纹一般在齿根表面产生，在此区域完全以严晶的方式断裂。在以下的硬化层内裂纹以解理穿晶和严晶混合方式打展。在紧接着的基体中，以周期节理疲劳扩展，可观察到极小的疲劳裂纹，再行下则进入韧性疲劳扩展区，在此区域可看到明显疲劳裂纹，以及二次裂纹。随后进入快速终断区，此区域为脆断区，可观察到大量韧窝。最后的硬化层断裂区为准解晶和严晶的混合方式。剥氮化齿轮，韧性疲劳打展区大，剪切唇高而且明显。

　　提高硬齿面齿轮的疲劳强度措施

　　选用合适的润滑油

　　①在边界润滑状态下应使用含极压扰磨添加剂的润滑油。在边界润滑状态下，由于油膜厚比λ<l，齿轮工作时齿面有凸峰相碰的情况发生。这时润滑油的粘度起不到什么作用。降低摩擦、避免磨损的任务要由檄J土添加剂来承担，添加剂可与金属表面形成物理、化学吸附膜或化学反应膜米保护曲面。添加剂的齿轮油。混合润状态下，油膜厚比1<λ<3相对增大，会有齿面相碰的情况发生。摩擦力由凸峰间的摩擦力和润滑油内部的摩擦力两部分构成，齿面负荷由油膜和凸峰共同承担。

　　②全膜润滑状态下，油膜厚比λ>3。即油膜厚度远大丁表面粗糙度，两运动表而完全被油膜隔开。因此润滑剂的粘度起主导作用，添加剂不起什么作用.

　　对重要的齿轮采用真空炉渗碳淬火

渗碳淬火齿面能产生残余压应力，这对提高齿轮的弯曲疲劳强度十分有利。残余压应力的产生是由于渗碳后轮齿表层的含碳量较高里层的碳含量较低。在淬火过程中，马氏体的开始转变温度随含碳量的不同而不同，这样轮齿由表及里的各层次问组织转变顺序的不同产生了残余J土应力。表而脱碳会影响到齿面的显微组织，因而会影响到残余应力。对于较重要的齿轮可采用真空炉渗碳淬火的热处理工艺。低档的渗碳钢齿轮，渗碳后直接淬火，不存在二次加热保温淬火的过程，脱碳现象明

参考文献

[1] 刘春生.《滚筒式采煤机理论设计基础》,中国矿业大学出版社, 2003

[2] 全国煤炭技工教材编审委员会.《采煤机》.煤炭工业出版社,2000.8

[3] 中国矿业学院.《双滚筒采煤机》.煤炭工业出版社，1979

[4] 朱龙根.《简明机械零件设计手册》.机械工业出版社，1997.11

电机齿轮组A2.gif

滚筒部件图A1.gif

行星机构A1.gif

离合齿轮组A1.gif

新型电牵引采煤机截割部设计.gif

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河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师：向道辉职称：副教授所在院（系）：机械与动力工程系教研室（研究室）：机制教研室题目新型电牵引采煤机截割部的设计学生姓名王鸿凯专业班级万方07机制2班学号0720110101一、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3河南理工大学万方科技学院本科毕业设计（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鸿凯专业班级万方07机制二班学号0720110101一、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。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 3河南理工大学万方科技学院本科毕业论文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AbstractCalculate 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223.3.2 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854.4.6 正确安装运行854.4.7 润滑85致谢89参考文献90ii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。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、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。2 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S1: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）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S2：表示巷道壁或工作面上单位煤层面积上裂缝线总长度，即（2-2）式中 F煤层被观测而积，m2； 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）（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 tm3145 tm3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-32.56-2.672.11-2.642.46-2.62.161.3-1.45（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。波兰学者对某地区煤岩体的强度与其埋藏深度关系的研究结果见表23。表23煤岩体的强度与其埋藏深度的关系（2）硬度煤体硬度表示在较小的局部表面积上抵抗外力作用而不破坏的能力。可以用布氏硬度计、洛氏硬度计或肖氏硬度计来测定煤体的硬度。（3）接触强度上面提到的硬度，由于其测定方法所限，只代表煤岩体测定部位的个别颗粒或嬲粒间粘结物的硬度。为了能在宏观上表示煤岩材料的表面强度，采用接触强度这一概念。接触强度可按几次实验测压头上的载荷值只与S压头下表面积之比来计算，即（2-4）式中 pk岩石材料接触强度，MPa； pi岩石材料脆性破坏的蹄间压头的载荷，N； n压头下压次数； s压头下表面积，mm2。接触强度的概念在掘进机设计与使用中经常遇到。前苏联有关学者根据接触强度值的太小，把岩石分为六类：松软(400 MPa以下)，次中等坚固(400 MPa一600 MPa)，中等坚固(650 MPa1250 MPa)，坚固(1250 MPa2450 MPa)，很坚固(2450 MP84500 MPa)和极坚固(4500 MPa以上)。（4）摩擦与腐蚀性金属零部件或硬质台金在煤体表面运动时，要受到摩擦阻力的作用。这种金属与非金属问的摩擦作用将引起如下后果：金属部件是运动主体，将消耗其有用功；使金属零部件表面或硬质合金受到磨损，表面形状改变，增加了切割阻力；使金属零部件和硬质合金发热，使其硬度降低，加剧磨损，因此需要用水来冷却。煤体对金属或硬质合金的摩擦作用大小用摩擦系数p表示，F值大小因金属或硬质合金以及煤岩材料种类而异，也因作相对运动的二者之间压力大小和相对运动速度大小而异。前苏联学者对煤炭与钢的摩擦系数研究结果表明：煤的强度增加，摩擦系数p值由0.5下降到0.3左右；当煤与钢相对滑动速度由0.lm/s增加到3.1 m/s时,值由0.4下降到0.15；当法向压力增加，值也减少。表2-4和表2-5给出了几种材料之间的摩擦系数值。表24钻头钢、硬质台金与岩石的摩擦系数表25煤与钢、煤与煤的摩擦系数磨蚀性(研磨性)：煤岩对金属、硬质合金或其他固体磨蚀的能力。表征煤岩磨蚀性的方法很多，这里介绍几种应用比较普遍的方法，用标准金属试件在一定压力下与被测煤岩材料接触，并作相对移动。设作用力为P(N)，摩擦路程为L(m)，金属试件被磨蚀掉的体积为V(cm3)，则磨蚀系数。为 (2-5)此外：还有用标准金属试棒在一定条件下每千米摩擦路程磨蚀掉的质量(mg)或长度l(mm)来表征磨蚀性的，此时用表示磨蚀性系数。研究结果表明，对于磨蚀性已定的煤岩，切割刀具在破碎煤岩时的磨损量与摩擦路径成正比，与刀具对煤岩表面正压力成正比与刀具和煤岩之间的相对速度成正比，还与刀具的温升成正比。这一研究成果对采煤机械的设计和使用都是很重要的，应该使采煤机械具有适当的工况参数“尽量减少在工作过程中刀具的磨损量。（5）弹性、塑性与脆性煤体的弹性、塑性与脆性是反映煤炭受外力作用与其变形之间关系的性质。煤体的弹性：当作用于煤体上的外力消失后，煤体的变形也完全消失，称煤的这种能恢复其原来形状和体积的性能为弹性。破碎弹性较高的煤体，消耗的能量也较高，破碎也显得困难。一般煤体的弹性都比较小。煤体的脆性：当作用于煤体上的外力除去后，煤体无残余变形，当煤体在外力作用下破碎时，其变形也极小，这种性质被称为脆性。脆性好的煤体，容易被破碎。通常煤体材料的脆性都极好，因此其破坏也都属于脆性破坏。2.2.3 煤的坚固系数坚固性系数又称坚硬度，是用来衡量煤破碎难易程度的指标，它综合反映了煤的强度、硬度和弹塑性等因素。坚固性系数是前苏联学者普罗托季雅柯诺夫于1926年提出的，固此又称普氏系数。我国用坚固性系数来进行岩石分级和煤层分类。煤和软岩4，中硬岩=48，硬岩 820(最硬的岩石)；同时还规定1.5的煤称为软煤，=1.53.0的煤称为中硬煤，3.0的煤称为硬煤。2.2.4 煤的截割阻抗截割阻抗是刀具截煤时煤及煤层抵抗机械作用的能力。它不仅能反映采煤机械刀具截煤的真实过程，而且可在井下现场测定，即能全面反映矿山条件的影响。因此，截割阻抗是表征煤的截割性能的一个常用指标。煤、岩及硬杂物的截割阻抗见表26。表26煤、岩机硬杂物的截割阻抗从有效使用采煤机械的角度，可将煤层按截割阻抗分为三类： A180 Nmm的煤称为软煤，适合用各种刨煤机，特别是脆性煤层最适于刨煤机工作；A=180 Nmm240 Nmm的煤称为中硬煤。其中韧性煤适合用采煤机，脆性煤适合用滑行刨；A=240 Nmm360 Nmm的煤称为硬煤，韧性煤必须用大功率采煤机，脆性煤可用滑行刨或动力刨。3 截割部的设计与计算3.1 主要技术参数1. 适应煤层：采高范围 1.53.0 m煤层倾角 20煤质硬度 4.50MPa截割电机电机型号 YBC-150A（水冷）额定功率（kW） 150额定电压（V） 1140额定转速（r/min） 1475牵引电机电机型号 YBC-75（水冷）额定功率（kW） 75额定电压（V） 1140额定转速（r/min） 14652. 其它参数：截深（mm） 800牵引速度（m/min） 07.7牵引力（kN） 400滚筒直径（mm） 1400滚筒转速（r/min） 39.263. 配套输送机：SGB630/220型刮板输送机 3.2 传动比和各轴转矩的计算1.确定总传动比： = =39.26 2.确定各级传动比：各级传动比分配如下：（、）（、）（、）行星减速：（、） 3.确定各级传动效率和总效率： =0.992 =0.992 =0.992 =0.992 =0.992 =0.992 则： =0.602-注：调高系统的功率损失不计，以偏安全。4.确定各轴转速、输入功率：1）转速： 2）输入功率： 3.3 齿轮强度校核3.3.1 第级、高速级减速齿轮(1)选择齿轮材料和热处理方法，确定齿轮的疲劳极限应力：由于齿轮尺寸要求小，大小齿轮均选用合金钢硬齿面齿轮。有效硬化层深小齿轮：20CrMnMo,渗碳淬火，有效硬化层深1.21.6mm，齿面硬度5862HRC，心部硬度32HRC。大齿轮：20CrMnMo,渗碳淬火， 1.11.5mm，齿面硬度5660HRC，心部硬度32HRC。齿轮的疲劳极限应力按中等质量要求MQ (2)初定齿轮主要参数和尺寸：分度圆直径：节圆直径：基圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：校核重合度：无纵向重合度：端面重合度：齿顶圆压力角：啮合角：则总的重合度：所以重合度符合要求。齿轮圆周速度：按此速度参考表“第公差组精度与圆周速度的关系”选用较高的齿轮精度等级-7-6-6(GB/T10095-1988）,以提高齿轮传动的质量，减低齿轮的噪声。(3）校核齿面接触疲劳强度许用接触应力：实际接触应力：确定式中各参数：分度圆上的切向力：使用系数：动载系数：其中：齿向载荷分布系数：齿间载荷分布系数：根据查表“齿间载荷分配系数、”得：节点区域系数：材料弹性系数：重合度系数：螺旋角系数：单对齿啮合系数：计算齿面接触疲劳强度安全系数：齿面接触应力循环数：t 按使用寿命为10年，每年360天，每天工作8小时。按齿面允许有一定点蚀查图“接触强度计算的寿命系数”得寿命系数。润滑油膜影响系数：查表“润滑油膜影响系数值”得：齿面工作硬化系数：由图“齿面工作硬化系数”得尺寸系数：按，查图“接触强度计算的尺寸系数”得将以上数据代入安全系数计算式得：由表“最小安全系数、参考值”取一般可靠度（失效概率0.01），选用最小安全系数。大小齿轮的安全系数。 4）校核齿根弯曲强度：算式中各参数确定如下：齿向载荷分布系数：齿间载荷分布系数：重合度系数：螺旋角系数：当量齿数：由此查图“外齿轮的复合齿形系数”得将以上数据代入计算式：齿轮弯曲疲劳安全系数：应力修正系数：弯曲应力循环数与接触应力循环数相同，据此查图“弯曲强度计算的寿命系数”得相对齿根圆角敏感系数：相对齿根表面状况系数：取齿根表面粗糙度，据此查图“相对齿根表面状况系数”得尺寸系数：查图“弯曲强度计算的尺寸系数”得将以上数据代入安全系数计算式：按一般可靠度，查表“最小安全系数、参考值”取最小安全系数。由此可知第一级齿轮强度满足要求d1=138mm故很安全故很安全3.3.2 第级减速齿轮(1) 选择齿轮材料和热处理方法，确定齿轮的疲劳极限应力：由于齿轮尺寸要求小，大小齿轮均选用合金钢硬齿面齿轮。小齿轮：20CrMnMo,渗碳淬火，有效硬化层深1.21.6mm，齿面硬度5862HRC，心部硬度32HRC。大齿轮：20CrMnMo,渗碳淬火，有效硬化层深1.11.5mm，齿面硬度5660HRC，心部硬度32HRC。齿轮的疲劳极限应力按中等质量要求MQ (2) 初定齿轮主要参数和尺寸：分度圆直径：节圆直径：基圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：校核重合度：无纵向重合度：端面重合度：齿顶圆压力角：啮合角：则总的重合度：所以重合度符合要求。齿轮圆周速度：按此速度参考表“第公差组精度与圆周速度的关系”选用较高的齿轮精度等级-7-6-6(GB/T10095-1988,以提高齿轮传动的质量，减低齿轮的噪声。(3）校核齿面接触疲劳强度许用接触应力：实际接触应力：确定式中各参数：分度圆上的切向力：使用系数：动载系数：其中：齿向载荷分布系数：齿间载荷分布系数：根据查表“齿间载荷分配系数、” 节点区域系数：材料弹性系数：重合度系数：螺旋角系数：单对齿啮合系数：计算齿面接触疲劳强度安全系数：齿面接触应力循环数：t 按使用寿命为10年，每年360天，每天工作8小时。按齿面允许有一定点蚀查图“接触强度计算的寿命系数”得寿命系数。润滑油膜影响系数：查表“润滑油膜影响系数值”得：齿面工作硬化系数：由图“齿面工作硬化系数”得尺寸系数：按，查图“接触强度计算的尺寸系数”得将以上数据代入安全系数计算式得：由表“最小安全系数、参考值”取一般可靠度（失效概率0.01），选用最小安全系数。大，小齿轮的安全系数。 (4）校核齿根弯曲强度：算式中各参数确定如下：齿向载荷分布系数：齿间载荷分布系数：重合度系数：螺旋角系数：当量齿数由此查图“外齿轮的复合齿形系数”得将以上数据代入计算式：齿轮弯曲疲劳安全系数：应力修正系数：弯曲应力循环数与接触应力循环数相同，据此查图“弯曲强度计算的寿命系数”得相对齿根圆角敏感系数：相对齿根表面状况系数：取齿根表面粗糙度，据此查图“相对齿根表面状况系数”得尺寸系数：查图“弯曲强度计算的尺寸系数”得将以上数据代入安全系数计算式：按一般可靠度，查表“最小安全系数、参考值”取最小安全系数。由此可知第二级减速齿轮强度满足要求d1=147mm得：故很安全故很安全3.4 行星机构的计算根据实际情况，选用NGW型行星传动机构a-太阳轮，b-内齿圈，c-行星齿轮，H-行星架参考现代机械传动手册之第六章“渐开线行星齿轮传动”由于传动比为，故参照“NGW型行星齿轮传动的齿数组合”选定： 1.齿轮的材料、热处理工艺及制造工艺的选定太阳轮和行星轮的材料为20CrMnMo,表面渗碳淬火处理，齿面硬度为5862HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限：：试验齿轮齿根弯曲疲劳极限太阳轮：行星轮：齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度为六级。内齿圈的材料为42CrMo,调质处理，硬度为262302HBS. 试验齿轮齿面接触疲劳极限：试验齿轮齿根弯曲疲劳极限：齿形的最终加工为插齿，精度为七级。2.确定各主要参数(1)传动比i= 4.75 (2)行星轮数目： (3)按接触强度初算中心距和模数输入扭矩： P=91.223 kW n=186.51 r/min 则 =4670.954 设载荷不均匀系数在一对A-C传动中，太阳轮传递的扭矩： = 齿数比综合系数 K=2.4 齿宽系数则中心距：模数圆整取：m=8 3.几何尺寸计算 (1)齿顶高系数：太阳轮、行星轮- 内齿轮-(2)顶隙系数：太阳轮、行星轮- 太阳轮- (3)太阳轮尺寸分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：则：行星轮尺寸：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：内齿轮尺寸：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：齿宽b：参考表“刚性结构中的最大值”取=1.1 则 4.啮合要素验算（1）a-c传动端面重合度顶圆齿形曲径太阳轮行星轮端面啮合长度式中：“”号，正号为外啮合，负号为内啮合； -端面节圆啮合角直齿轮则：端面重合度：（2）c-b端面重合度顶圆齿形曲径行星轮由上可知内齿轮端面啮合长度端面重合度： 5.齿轮强度验算（1）ac传动确定计算负荷名义转矩名义圆周力应力循环次数式中 -太阳轮相对于行星架的转速（r/min） t-寿命期内要求传动的总运转时间（h） t=10年360d/年8h/d=28800接触强度计算a.使用系数 b.动载系数 c.齿向载荷分布系数、对于计算的齿轮，参考表“小齿轮结构系数”中的s=0，故取=0.48；表“小齿轮结构尺寸系数”中的K=100，故得小齿轮（太阳轮）的结构尺寸系数，则由表“计算公式”得，而由表“、计算公式”得式中的15是由公差表查得的6级精度齿轮的齿向误差。由表“、计算公式”取，则下面由表“、计算公式”计算啮合刚度：由于，所以、，又，算得：其中：、则由表“、计算公式”得：式中： d.齿间载荷分布系数、：由表“、计算公式”得取，则由表“齿廓跑合量”得，计算出，按表“、计算公式”取：同样可以算得 e.节点处计算接触应力的基本值式中 -节点区域系数： -弹性系数； -重合度系数；由表“重合度系数” 又 -螺旋角系数，因，得又 =1 u-齿数比则：得 f.计算接触应力由表“、的计算公式”得 g.许用接触应力式中 -寿命系数 =1； -润滑油膜系数 =0.92； -齿面工作硬化系数 =1； -尺寸系数 =1.04； -最小安全系数 =1.25； h.接触强度的安全系数弯曲强度计算a.系数、，这些系数前面均已算出。b.齿根应力的基本值式中、，前面也已求出； -齿形系数。 -应力修正系数；则 c.计算齿根应力 d.许用齿根应力式中 -试验齿轮的应力修正系数 -弯曲强度的寿命系数 -相对齿根圆角敏感系数 -相对齿根表面状况系数 -弯曲强度寿命系数 -最小安全系数则 e.弯曲强度的计算安全系数故太阳轮很安全（2）c-b传动名义切向力应力循环次数式中 -内齿轮相对于行星架的转速： =(3)接触强度计算.使用系数 .动载系数 . 齿向载荷分布系数、按齿轮副的具体情况，参考表“小齿轮的结构系数” s=0、。行星轮有三个，故表“小齿轮结构尺寸系数”中的K=33%，则由表“计算公式”得查齿轮公差表由表“计算公式”得由表“、计算公式” 得由表“、计算公式”因，下面按表“、计算公式”计算啮合刚度：、对于内齿轮，故算得、故啮合刚度= 则由表“、计算公式”得 =1.36则又：则 d.齿间载荷分配系数、由表“、计算公式”得由表“齿廓跑合量”得得 =1.4 =1.46 e.节点处计算接触应力的基本值式中 -节点区域系数： -弹性系数； -重合度系数；由表“重合度系数” 又 -螺旋角系数，因，得又 =1 u-齿数比则：得 f.计算接触应力 g.许用接触应力式中 -寿命系数； -润滑油膜系数； -齿面工作硬化系数； -尺寸系数； -最小安全系数； h.接触强度的安全系数 (4)弯曲强度计算a.系数、，这些系数前面均已算出。b.齿根应力的基本值式中、，前面也已求出； -齿形系数。 -应力修正系数；则 c.计算齿根应力 d.许用齿根应力式中 -试验齿轮的应力修正系数 -弯曲强度的寿命系数 -相对齿根圆角敏感系数 -相对齿根表面状况系数 -弯曲强度寿命系数 -最小安全系数则 e.弯曲强度的计算安全系数故内齿轮很安全取取=2.71=1.57=2=1=0.98=1.03=0.99 =1.6=1=0.85=1.1=1. =1.25=2.343=2.545=2=1=0.98=1.03=0.99=1.63.5 截割部轴的设计计算3.5.1 离合器齿轮轴1按扭转强度概略计算轴径选用45号钢，调质。查表“轴的常用材料及其机械性能”得：查表“轴的许用弯曲应力”得：按式：计算轴的直径： C为与许用扭转应力有关的系数： 2. 计算支反力和绘弯扭矩图：L1=67mmL2=97.5mm L3=64.5mm剖面E-E与剖面C-C之间的转矩 =9550000126.237/966 其中： (1)垂直平面内支承点A的支反力：垂直平面内支承点B的支反力： (2)垂直平面内剖面CC处的弯矩：垂直平面内剖面E-E处的弯矩： (3)水平平面内支承点A的支反力：水平平面内支承点B的支反力： (4)水平平面内剖面C-C处的弯矩：水平平面内剖面E-E处的弯矩： (5)剖面CC处的合成弯矩：剖面E-E处的合成弯矩： 3.强度精确校核（验算安全系数）根据轴的结构和弯矩图及扭矩图可见，剖面EE 为危险截面，故对之作精确校核。(1) 查表“螺纹、键、花键、横孔处及配合的边缘处有效应力集中系数、”得过盈配合为时的应力集中系数、查表“尺寸系数、”（按毛坯尺寸），得尺寸系数查表“不同表面粗糙度的表面质量系数” （按表面磨削考虑）得表面质量系数。综合影响系数弯曲应力幅：其中： (6)平均应力： (7)扭转应力幅：其中： (8)扭转平均应力： (9)只考虑正应力时的安全系数：只考虑切应力时的安全系数：则工作安全系数S：按材质不够均匀，计算不够精确。查表“轴的许用安全系数”得 S=1.51.8 可知：故轴满足强度要求。 C=118取： T=1.69N.mm 3.5.2 齿轮组轴1按扭转强度概略计算轴径选用40Cr钢，调质。查表“轴的常用材料及其机械性能”得：查表“轴的许用弯曲应力”得：按式：计算轴的直径： C为与许用扭转应力有关的系数： 2. 计算支反力和绘弯扭矩图 L1=69.5mm L2=97.5mm L3=64.5mm 剖面E-E与剖面C-C之间的转矩 =9550000116.390/417.17 其中： (1)垂直平面内支承点A的支反力：垂直平面内支承点B的支反力： (2)垂直平面内剖面CC处的弯矩：垂直平面内剖面E-E处的弯矩： (3)水平平面内支承点A的支反力：水平平面内支承点B的支反力： (4)水平平面内剖面C-C处的弯矩：水平平面内剖面E-E处的弯矩： (5)剖面CC处的合成弯矩：剖面E-E处的合成弯矩： 3.强度精确校核（验算安全系数）根据轴的结构和弯矩图及扭矩图可见，剖面EE为危险截面，故对之作精确校核。(1) 查表“螺纹、键、花键、横孔处及配合的边缘处有效应力集中系数、”得过盈配合为时的应力集中系数、 (2) 查表“尺寸系数、”（按毛坯尺寸），得尺寸系数 (3) 查表“不同表面粗糙度的表面质量系数”（按表面磨削考虑）得表面质量系数。 (4)综合影响系数 (5)弯曲应力幅：其中： (6)平均应力： (7)扭转应力幅：其中： (8)扭转平均应力： (9)只考虑正应力时的安全系数：只考虑切应力时的安全系数：则工作安全系数S：按材质较均匀，计算较精确。查表“轴的许用安全系数”得 S=1.31.5 可知：故轴满足强度要求。 C=118取：T=2.65 N.mm3.6 截割部轴承寿命校核3.6.1 离合齿轮组轴承寿命计算： h N(1)滚动轴承的当量动载荷：其中：X、Y分别为径向、轴向载荷系数。因为轴承只受纯径向载荷。则 (2)参照前面轴的计算可知：左轴承：右轴承： (3)温度系数：查表“温度系数”得 (4）载荷系数：查表“载荷系数”（按中等冲击）得 (5）转速： (6）寿命指数： (7）额定动载荷： N 左轴承：右轴承：则：左轴承：右轴承：由此可知：轴承寿命为四年左右。（按每天工作八小时，一年三百六天算）故轴承符合要求 3.6.2 齿轮组轴轴承寿命计算： h N(1)滚动轴承的当量动载荷：其中：X、Y分别为径向、轴向载荷系数。因为轴承只受纯径向载荷。则(2)参照前面轴的计算可知：左轴承： P2=23694N (3)温度系数：查表“温度系数”得 (4）载荷系数：查表“载荷系数”（按中等冲击）得 (5）转速： (6）寿命指数： (7）额定动载荷： N 左轴承：右轴承：则：左轴承：右轴承：由此可知：轴承寿命为四年左右。（按每天工作八小时，一年三百六天算）故轴承符合要求 C=96250NC=98300N4 采煤机的使用与维护41 采煤机使用过程中常见故障与处理国产电牵引采煤机在国内推广使用的时问比较短，设计制造经验小多，所以产品结构和适应不同地质条件以及相关设备配套I：还存在许多不足，其牵引和截割连接部位存在严重不足。 4.1.1 采煤机截割部与牵引部连接部位损坏的原因分析：(1)截割部截煤滚筒不配套。煤种和地质条件小适应滚筒的结构，滚筒截煤时经常截实帮，滚筒端面的煤帮放不出来，越聚越多后,造成使滚筒向煤壁方向的推力，此推力通过摇臂传递到连接绞轴孔，使绞轴及耳孔长期受力，但采煤机速度过快，就有可能造成绞孔断裂或绞轴拆断。(2)采煤机与刮板机配套尺寸有误，造成截割部术端外壳体与刮板机机头架铲板发生干涉。(3)牵引传动箱设计中是分体的上、下壳体。这种壳体的弊病在于机组在斜切进刀时，如果推溜工将刮板机推出硬弯即大丁3度时，机组运行到此处，导向滑靴与下壳体发生干涉，导向滑靴与下壳体同时受力，导向滑靴与下壳体虽然都是铸件，但是从两者的结构看，下壳体的结构强度较弱一点，这样下壳体在不正常的轨道中运行就会发生下壳体破裂的现象，从而影响工作而的正常生产。针对上述原因分析，多次进行维修方案的改革，达成共识后分别对采煤机以下几个部位进行维修改造：(1)采煤机截煤滚筒的维修改造通过原因分析和技术方案的设计，对截煤滚筒进行了维修改造。在采煤机的滚筒端面截割齿排列结构上，把齿座分成3组，每组3个截齿，按一组120度，径向均布焊接在滚筒端面，截齿沿滚筒旋转方向与端面旱30度角焊接安装，每一列的3个截齿按端面有效距离间隔200 mm进行分布，并使截齿齿尖与滚筒开帮齿下行，在滚筒端面齿座与滚筒边缘之间均布120度切割3个长300 mm、宽200mm的腰形孔。(2)牵引部与截割部连接轴孔的维修改造采煤机的牵引侧，再焊装一块轴孔板同时将绞轴1和绞轴2的轴孔衬套材质由原来的20Cr改为铸铜，延长绞轴1的长度,轴孔连接由3个增加到4个。这样即提高了衬套的耐磨性，又解决了衬套易破碎的问题，另外新增的轴孔板对截割部的扭转力，起到了一个限制作用，这样就彻底地解决了采煤机截割部绞轴折断和轴孔体损失的重大事故隐患。(3) 具体维修改造工艺(4) 首先将变形的绞轴里孔用502型高锰钢焊条进行补焊，补焊的里孔削自制的液压镗孔机进行镗孔，镗孔完毕后再配装上用铸铜加工的利套，衬套的内径保证与原设计尺寸相同。在截割部与牵引部对接时，先将绞轴2穿入轴孔内把绞轴l套上待固定的轴孔扳，传入轴孔内，绞轴穿到位后再待轴孔板执扶正,同定在牵引部的机壳上。在施工过程中,施工人员克服了井下作业的诸多困难从安装临时泵站，固定镗孔机，调试刀架、测量尺寸到机组对接等每一道工序都做了充分的准备，使工程进展井然有序，最后对接试机一举成功。4.2 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法近几年来随着综采技术的不断发展，高产高效_ll作血的普及_对采煤机的性能要求电不断提高，开发研制大功率电牵引采煤机成为各煤机制造厂家的热点。随着采煤机的装机功率的增大，采煤机的截割功率也相应的加大，由于截割功率加大，其油池温度过高的问题也日渐突出，如何解决这问题将成为研制的关键。 4.2.1 发热原因的分析当传动系统的总发热量E小丁截割部存许Hj最高油温时的散热量L时，截割部将在低于最大温升的某一温度保持甲衡，当E大干L时，系统的温度将高于许用最高温度，产生发热现象。通过计算和与其它机型对比分析产生这一现象的原因如下：(1) 截割功率加大导致温升过高。在机械传动系统效率一定的前提下，加大输入功率，系统的功率损耗电随之加大。损耗的量大部分转化成热能,使系统的温度上升。(2)系统的机械传动削数量增加导致温升过高。目前大功率电牵引采煤机均采用多部电机横向布置的传动结构，截割部由电机直接驱动，导致截割部的总传动比加大，传动级数增多。同时，此类机型对采高要求较高，机揣大都采用长摇臂，这也使机械传动副数量增加。由于传动削增加，系统的功率损耗加大。(3) 机器的散热条件受限制。由于受结构的限制，在机器的截割功率大削度提高和机械传动削数量增加的同时，油池的体积相对增加很小，使机器散热困难。同时由于注油量和搅油发热的矛盾，润滑油的体积不可能大幅增加也会导致油温的升高。4.2.2 解决方法通过以上的原因分析，并结合在实践中的经验，提出解决问题的方法如下：(1) 通过提高传动副的加工制造精度来提高系统的机械效率，减少功率的损耗，降低发热量；(2) 提高轴承的精度等级，减少轴承副的功率损耗。(3) 设计过程中，在保证整机性能的前题下，适当加大油腔的体积，提高散热面积。(4) 提高冷却教果。可通过加大冷却水套的截面积，加大冷却水的流量和加长冷却水的冷却流程来提高冷却效果,也可以对油池直接加装冷却器或强迫冷却装置来提高冷却效果。(5) 合理计算润滑油的用量，在能保证润滑的前题下，严格控制注油量，使搅油发热降至最低。(6) 提高摇臂排气装置的可靠性，保证与外界环境的对流热交换。43 采煤机轴承的维护及漏油的防治据不完全统计，在采煤机发牛故障的总数中，机械事故占80左右，而因润滑问题造成事故占很大的比例。采煤机轴承的维护及漏油的防治又是其中关键的一个环节。4.3.1 采煤机轴承损坏形式和原因采煤机各传动轴承中，强度薄弱，容易损坏的部位有：(1) 截割部轴齿轮(小伞齿轮轴)它转速高，温升队、易发热，使径向游隙变小，并在缺油情况下烧伤，造成异常噪声、振动；(2) 截割部行星机构行星轮轴承受力大(为齿轮啮合切向力的二倍)，而受空间大小和轮缘壁厚的限制，轴承直径不能增大，滚动体和滚道表而接触应力高，常发生早期点蚀和严重磨损；(3) 摇壁回转轴套和滚筒轴其转速低，但负荷高，并有严重冲击力，轴承常发生套圈变形，边断裂；(4) 牵引部行走链轮轴承受冲击交变负荷，密封润滑条件差，煤尘易进入滚道把保持损坏。4.3.2 预防和改进措施(1) 加强润滑和密封轴承工作时，滚动体与滚道、保持架和内外圈用滚动体都有摩擦，润滑剂可减小磨损，特别在滚动体和滚道之间形成油膜，可减小接触应力，降低温度，从而延长轴寿命。采煤机轴承润滑用油般为N220，N320极压工业齿轮油，多采用油池飞溅或加循环联合润泪方式。主要存在问题是，密封不可靠，造成油大量泄漏，外部煤粉灰尘不断浸入，轴承磨损加剧，轴承润滑油不良，甚至缺油使表而过热烧伤。因此需重点采取措施：高速轴油封选片j最合适密封材料、结构、提高其使用寿命：摇壁回转轴承用油脂(2#锂基脂)润滑并用油封把它与固定箱油池隔开；对低速轴(如滚筒轴、行走轮轴等)改用端而浮动油封。通过O型密封圈弹性变形产生端比压。使浮动环靠紧并传递扭矩，补偿磨损。该油封对振动、冲击及轴向、径向偏斜不敏感，特别适用于低速(2m/s以下)有煤粉泥浆条件下密封。(2)严格验收，确保制造和安装质量轴承本身质量是影响安装性能和使用寿命的重要因素。当前国内轴承厂家繁多质量参差不齐，订货时要选好厂家确保轴承质量。轴承组件的制造和安装应符合要求。壳体孔直径超差改变了轴承正确配合要求，过盈量大，使径隙变小，内圈产生拉应力。间隙大，径隙变大，组件刚性降低并引起套圈滑动。壳体孔椭同形或锥形误差，使套圈滚动道变形。当滚动体验通过时，滚道直径内经受压应力应显著增大，使区域过早磨损和破坏。轴和壳体孔挡肩剥配合表面不垂直及侧削合处不同轴误差，使轴承内外圈轴线歪斜，也使局部表面应力增大。轴承安装中必须调整轴向间隙达到设计要求，剥同柱滚子轴承，轴向间隙小，内圈移动受阻，当受到冲击载荷时易发生挡边撞裂，在润滑不允分时，也会导致轴承烧伤。4.3.3 加强轴承使用中维护和保养采煤机轴承在安装前的储运巾要保持完好包装，不受碰撞并防止浸水而生锈。使用中要特别注意到滑油量和质量。要求做到:(1) 常可检油位，加足油；(2) 避免不同型号油混用；(3) 打开盖加油时，耍防止煤尘、水等杂质进入，以防油质破坏，加刷磨擦而粒磨损和锈蚀。如发现油脏，及时八油并清洗再加新油。4.4.4 采煤机漏油及处理(1) 摇臂摆动轴的漏油及处理截割部箱内的油流经摇壁套外侧摇壁摆动轴上的大轴承，有两个0形密封圈，在使用中发现该处漏油，经拆检分析发现，由于大轴承的外圆大，压不紧0型密封圈，加上个别轴承精度不够，内、外圈直径超差严重；另外轴承孔壁较薄弱，使用中振动变形导致漏油。为此需在摇臂轴小端加外骨架油封将该处与截割部油池分开，改用润滑脂润滑即可根缘此处漏油。(2) 滚筒轴的漏油及处理采煤机割煤时，滚筒轴受阻力大且复杂，受切向力、轴向力、煤壁推力、装煤力等。滚筒既绕滚筒轴转动，还沿滚筒轴垂直面作上下摆动，使油封漏油。其次，油封外径尺寸偏小导致油沿孔隙漏出，因此检修时应挑合适油封。另外迷宫间隙大，导致煤粉经过迷宫问隙、油封进入或滞留存油封刀口与轴之间，将油封垫起造成漏油，同时加速油封磨损，因此需采用肌毛毡或涂密封胶。(3) 壳体盖板的漏油及处理采煤机牵引部泵箱盖的密封最初采用石棉纸垫，由于石棉纸本身渗油，盖板大，不平度大，对纸垫比压不匀导致漏油。而后又采用橡胶垫，但其在长时间油作用下仍然变形起包开始漏油。最后采用0形密封绳粘接成环形密封盖板，但若粘接不牢也会漏油。处理措施是粘接处采用大斜切口，且要平，粘接牢同后方可安装。采煤机是综采工作面的主要设备，由于井下作业环境的特殊性，以及对采煤机的维护、保养、操作等方面的人为能力小同，将会产生各种不可意料故障。冈此，在采煤机在使用过程中，需要加强维护，定期检修，对易损部位及叫采取措施进行补救，防J止事故的发生和扩大，从而提高开机率和延长其使用寿命。44 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径近20年来，煤矿机械的功率增大很怏，采煤机的功率增加了46倍，掘进机的功率增加了23倍，大型、特大型矿井提升机功率已达数千kW，功率的增大导致机械设备的输出扭矩增大，使设备部件特别是传动齿轮的受力增大。煤矿机械的齿轮大多为中、大模数(620 mm)的低速(6m，s以下)重载传动，单位齿宽的载荷值高20kN/cm2。由于受煤矿使用条件和机器尺寸的限制，传动齿轮的外形尺寸没有多大变化，易造成机械传动齿轮失效，导致煤矿机械设备不能J正常运行。煤矿机械齿轮的失效有轮齿折断、齿面胶合、齿而点蚀利齿而塑性变形等主要形式。由于轮齿啮合不合理，造成超负荷或冲击负荷而产生轮齿较软齿部分金属的塑性变形，严重时在齿顶的边棱或端部出现飞边、齿顶变圆，主动齿轮的齿而上有凹陷，被动齿轮的节线附近升起一脊形，使齿面失去正确的齿形。齿轮失效直接影响着煤矿机械效能的发挥，亟待解决，提出几种改进途径。4.4.1 设计煤矿机械齿轮，特别是承受重载和冲击载荷的提升利聚掘运输机械齿轮，其弯曲极限应力强度增大到1200 MPa，接触耐久性极限强度亦增大到l600MPa，如何在不加大外形尺寸的条件下提高其强度和寿命。需进一步进行科研技术攻关，优化设计参数。优化设计的内容包括载荷的准确计算、强度计算公式的修正、优化选材、优化齿形结构、先进的加工和处理工艺、提高表而光洁度、合理的硬度和啮合参数、有效的润滑参数利装配要求等，提高标准化、系列化程度。由于渐开线齿形共轭齿轮的相对曲率半径较小，故接触强度受到定限制。而圆弧齿轮在接触点处的齿面相对曲率半径大，其表面强度和弯曲疲劳强度较高(约为渐开线齿行的25倍)，振动小、噪声低、尺寸和重量较小。除新设计齿轮应优先采用圆弧齿轮外，原有渐开线齿轮减速器，在传动功率不变、中心距不变的前提下，重新搭配模数、螺旋角等参数，可优化设计更新为圆弧齿轮，大大延长使用寿命。另外还可以采用咀下几种比较先进的优化设计方法：(1) 按照GB3480 -1997渐开线圆柱齿轮承- 4载能力的计算方法和有关行业标准，采用CAD进行齿轮强度计算和齿轮结构方案的类比，选出最优的设计方案。(2) 利用保角映射和有限兀法等方法分析齿根弯曲应力，采用较大半径的齿根过渡圆角并采用凸头留磨滚刀加工外齿轮齿形，以此降低齿根弯曲应力集中，提高弯曲强度。(3) 根据弹性力学知识分析轮齿的啮合形变，采用齿顶修缘，修缘线是采用较大压力角的渐开线；采用齿面喷丸处理等工艺来提高轮齿的接触和弯曲疲劳强度。(4) 根据弹流润滑理论研究齿轮润滑状态后，采用极压添加剂的高粘度齿轮润滑油来改善齿轮的润滑状态。4.4.2 选材齿轮材料的选择，要根据强度、韧性和工艺件能要求，综合考虑。参考工业发达困家煤矿机械齿轮选用钢材的经验，结合我国实际，宜选用低碳合金渗碳钢。对于承受重载和冲击载荷的齿轮，采用以Ni-Cr和Ni-CrMo合金渗碳钢为主的钢材(含Ni量24)；对于负载比较稳定或功率较小、模数较小的齿轮，亦可选用无Ni的Ni-Mn钢。这些渗碳合金铡的含碳量较低，平均为012以下，其巾的Mo、Mn均能增加钢的淬透性(含Mn量以014016为宜)，Cr能增加铡的淬透性和耐磨性，Ni对提高铡的韧性特别有效。应研制、采用新型淬透性好的渗碳齿轮钢(国外称为“H”钢系列)，它具有较窄范围的淬透性带，可保证齿轮变形范围小并达到要求的芯部硬度。应尽量选用冶金质量好的真空脱气精炼钢(R-H脱气钢)和电渣重熔合金钢，这种钢材的纯度高，具有较好的致密度，含氧、氮和非金属杂质极少，塑性和韧性好，减少了机械性能和各向异性。用这种钢材制造的齿轮与普通电炉钢制造的齿轮相比，其接触和弯曲疲劳寿命可提高35倍，齿轮极限载荷可提高1520。制造齿轮应尽量少用铸钢，多用锻制，非用铸钢不可的大齿轮,可采用铸钢轮芯镶锻钢齿圈组合件。锻钢要保证锻造比(一般选大于3为好)。无论铸、锻件，制造过程中要进行超声波探伤、材料的机械性能试验和检查，以确保材料的质量合格。4.4.3 加工工艺机加工滚齿时，粗、精滚工序要分开，先用滚刀进行粗切，再用专用滚刀进行精滚齿，保持滚刀精度，用百分表控制切齿深度，切齿深度误差麻控制在零位附近，精滚齿滚刀的齿形误差应小大于O103 mm。齿形加工一般要达到9级精度。齿面粗糙度必须达到设计要求，可在磨齿后，进行电抛光或振动抛光，提高表面粗糙度，粗糙度好的齿轮的寿命比粗糙度差的可提高1520。采用齿面修形、齿形修缘和挖根大圆弧(大圆弧齿根)新技术(包括倒角、磨光、修圆)，能消除或减轻啮合干涉和偏载，提高齿轮的承载能力，使齿根应力集中降低，齿轮的弹性柔度增大。对齿形进行修饰(磨齿、剃齿、研齿)，齿轮的接触极限应力可提高l 525。对齿作纵向修形(修齿腹)，齿轮的寿命可捉高2倍，弯曲廊力可减少1723，并可降低噪声。当切齿刀具的硬度大于工件硬度的25倍以上，并有较好的韧性和耐磨性时，切削效果较好。硬齿面齿轮常采用磨削法和刮削泫加工，齿胚经多次热处理和切削加工。齿轮加工后组装的减速器，出厂前应进行加载跑合，采用电火花跑合新工艺，可提高齿轮接触精度，保证使用效果。4.4.4 热处理煤矿机械齿轮的承载能力不仅取决丁表面硬度，还耿决丁表层向芯部过渡区的剪应力与剪切强度的比值，它不能大于0.155。深层渗碳淬火是这种齿轮硬化处理最理想的方法，它可以得到高的芯部硬度，较小的过渡区残余拉应力和允足的硬化层深度。齿面含碳量般控制在0.181为宜，由齿表面到芯部的硬度梯度要缓和。渗碳齿轮经过淬火和同火，表面硬度应达到HRC5862，要消除齿轮特别是表层的残余内应力。推广碳、氮共渗新工艺，氮的渗入深度一般控制在0.12 mm以内，它不但能硬化

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