中厚煤层采煤机截割部的设计【优秀毕业设计】【word+2张CAD图纸全套】

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实习总结.doc

开题报告.doc

截割部传动.dwg

截割部箱体.dwg

正文.doc

开题报告

题    目中厚煤层采煤机截割部的设计来源工程实际

1、研究目的和意义

   随着我国经济的迅速发展,对能源的需求量将会日益增加。而作为我国传统能源的煤炭是推动我国经济持续健康发展的重要能源保障。我国目前煤矿大部分都已经经过了多年的开采，而对一些中厚煤矿由于技术的原因我们的开采还不到位，潜力很大，因此对中厚煤层采煤机的需求量很大。所以说研制开发中厚煤层采煤机有着长远的社会效益。而目前我国的中厚煤层采煤机并不能满足实际工况的需要，其中一个主要的原因是由于其截割部的设计并不是很完善，而该设计正是在这样一个背景下进行的，对中厚煤层采煤机截割部的设计就是为了满足实际工况的需求, 使其发挥更大的作用。

2、国内外发展情况(文献综述)

20世纪 40年代初，英国和前苏联相继研制出了链式采煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒式采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上安装有截齿，用截煤滚筒实现落煤和装煤进入60年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出革命性改进[1]。可调高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套，构成综合机械化采煤设备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展发展阶段[2]。

之前我国一直是进口采煤机，直至20世纪70年代初期，煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机，另一方面改进普采配套的DY100型、DY150型单滚筒采煤机；70年代中后期，制造出MLS3-170型双滚筒采煤机。20世纪80年代自行开发和研制的采煤机品种有50余种，是我国采煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。进入20世纪90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行[1][2].。

回顾这30多年我国采煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路，也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个了不起的进步[3]。

国外发展情况：

随着技术的成熟，一些集电子电力，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被开发研制出来：如美国的JOY公司的LS系列，英国的LONG-AIRDOX公司的Anderson Electra,Anderson EL系列，日本三池制作所的MCLE-DR系列等采煤机，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[5]。

（1）德国Eick-hoof公司

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点牵引采煤机：有截割电机纵向布置EDW-450/1100-L型采煤机；用于薄煤层开采的EDW-300-LN型采煤机；ESA-300-L型短机身直流电牵引采煤机等。

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可达1580kW，最大牵引力998kN。1999年10月展出的新型SL300型电牵引采煤机，截割功率2×420kW，牵引功率增大到2×80kW，最大牵引速度高达54.5m/min，总装机功率1018kW，采用双变频器一拖一系统，可实现再生制动，用于倾斜煤层开采，控制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[7]。。

（2）美国JOY公司        

20世纪70年代研制成功1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机后，又陆续研制了2LS-6LS型等多种多电机横向布置直流电牵引采煤机。90年代在4LS、6LS机型的基础上又开发了6LS5型、7LS系列交流电牵引采煤机，其中最新的7LS5采煤机总装机功率高达1940kW，截割功率2×650kW(或2×750 kW)，双级行星减速，输出转速33到r/min；牵引功率2×110kW，牵引电机电压从400V提高到575V；牵引速度30m/min;牵引力82t，采用JOY Ultratrac2000型强力销轨无链牵引系统，加大销轨节距（175m）和宽度，并采用锻造销排；装备了与6LS5型通用的JNA（JOY网络结构）装机计算机信息中心，具有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等先进功能[9]。

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[2]。

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[4]。

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。

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[4] [6]。

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[8]。

3、研究/设计的目标：

（1）设计目标：在截割部装机功率为400kW，总装机功率为900W，电机转速为1470r/min,采高为2.2～3.5m，工作转速为40r/min，截深为0.8m，采用弯摇臂形式；进行采煤机截割部结构设计。

（2）研究内容：截割部的传动方案，齿轮的设计计算与校核，轴的设计计算与校核，电动机、轴承等零件的合理选用。

（3）拟解决的问题：截割部的传动系统的设计，截煤部工作载荷大，条件恶劣，外形尺寸受到严格限制，要满足很高的可靠性。同时要保证设计合理，降低成本。

4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：  

1采煤机截割部都采用齿轮传动，常见的传动方式有以下几种

(1) 电动机—减速箱—滚筒(图2-1a)。这种传动方式取消了摇臂，靠由电动机、减速箱和滚筒组成的截割部来调高(称为机身调高)，使齿轮数大大减少，机壳的强度、刚度增大，且调高范围大，采煤机机身也可缩短，有利于采煤机开缺口工作。MXP-240和DTS-300型采煤机采用这种传动方式。

(2) 电动机—摇臂—行星齿轮传动—滚筒(图2-1b))。这种传动方式的电动机轴与滚筒轴平行，取消了容易损坏的锥齿轮，使传动更加简单，而且调高范围大，机身长度小。新的电牵引采煤机都采取这种传动方式。

1－电动机； 2－固定减速箱；3－摇臂；4－滚筒；

5－行星齿轮传动； 6－泵箱；7－机身及牵引部

图2-1  截割部传动方式

对比以上传动方式，本采煤机截割部传动方式为:电动机—摇臂—行星齿轮传动—滚筒。该截割部采用销轴与牵引部联结，截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。

（2）设计计算步骤：

1、采煤机截割部结构总体方案设计

2、传动方式的结构设计与分析

3、传动方式的参数设计与验算

4、主要结构参数的验算

5、采煤机结构验算

6、结构总图绘制及主要零部件的零件图绘制

7、说明书的编写

5.方案的可行性分析：

该方案是严格按照《综采技术手册》、《机械设计手册》、《中国采煤设备手册》等参考文献设计的，现有技术完全能够实现完成此方案。

MG400/900型采煤机为大功率，多电机横置抽屉式结构，电控系统为机载式交流变频调速的电牵引采煤机。截割部采用一级行星结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。截割机械传动链设有扭矩轴过载保护装置，并设有强制润滑冷却系统，提高了传动件，支承件的使用寿命。综上所述，MG400/900型采煤机能够达到预定设计目标，具有合理性。该方案可行。

6.该设计的创新之处：

  该机机身矮，装机功率大，所有电机横向布置，机械传动都是直齿传动，电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出，故传动效率高，容易安装和维护

  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。

7.设计产品的主要用途和应用领域：

采煤机是煤矿开采的最主要设备之一。综合机械化采煤的效率最高，是使用最普遍的一种，煤矿产量与采煤机的采煤能力有直接关系，采煤机是煤炭生产中的采掘设备。本采煤机为中厚煤层采煤，功率大，产量高。

8.时间进程

3月28日-4月6日   整理实习日记、撰写实习总结和开题报告

4月7号-5月4日    设计计算、总体结构草图设计

5月5号-5月25日   总体图和部件图设计

5月26号-5月31日  零件图设计

6月1号-6月9日    整理、撰写毕业设计说明书和设计图纸

6月10号-6月20日    答辩

9、参考文献：

1 张世洪, 何敬德, 管亚平. 电牵引采煤机的技术现状和发展趋势[J]. 煤矿机电, 2000,（5）：55-136

2 员创治, 陈永峰, 潘晓恒. 滚筒采煤机在我国的发展前景[J]. 煤矿开采，1996, （5）：26-27

3 冯泾若, 杨健康, 米朝阳. 国内外大功率大采高采煤机技术与发展方向[J]. 煤矿开采，2007，（2）：51-52

4刘振坚, 卢劲松. 滚筒式采煤机电控技术现状与发展[J]. 煤矿自动化, 1998，（3）：11-13

5张全有, 薛萍. 国内外电牵引采煤机技术发展状况已应用展望[J]. 煤矿开采, 2002，（4）：21-25

6张欣, 张枢. 薄煤层采煤机的发展状况及趋势[J]. 煤矿机械, 2002（6）：7-8

7姜彬, 徐艳冬等.大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法[J]. 煤炭技术，2004，（7）：18-20

8蒋广玉. 采煤机截割部齿轮破坏原因及预防措施[J]. 煤矿机械,2003, (11)：28-32

9李柱国. 《机械设计与理论》[M].科学出版社2000，（11）：44-47

10饶振刚. 《行星齿轮传动设计》[M].化学工业出版社2007，（2）：24-36

11唐大放等.《机械设计工程学》[M].（I、II）.中国矿业大学出版社2006，（4）：10-12

12朱龙根. 《简明机械零件设计手册》[M].机械工业出版社2000，（1）：58-9

13邹慧君. 《机械设计原理》[M].上海交通大学出版社2006，（9）：96-104

14王洪欣 李木 《矿上机械设计工程学》[M]中国矿业大学出版社2005，（6）25-38

15.李昌熙 沈立山 高荣 《采煤机》[M].煤炭工业出版社2005，（1）：108-112

16 Roepke,W.W.,and J.I.Voltz. Coal-Cutting Forces and Primary Dust Generation Using Radial Gage Cutters.BuMines RI8800 ,1983, pp24.

摘  要

随着我国经济的发展，对煤炭能源资源的需求量也日益增加，采煤机是专用的开采机械，其生产效率和能力对煤炭产量有决定性的影响。

通过分析现代采煤机的截割部传动，并对其传动和摇臂的制作工艺进行了探讨和调查，设计采煤机截割部。介绍了采煤机截割部的传动，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。

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。

关键词：截割部；减速箱；行星轮系；传动齿轮

Abstract

   As China's economic development, energy resources on the demand for coal increased, Shearer is a specialized mining machinery, production efficiency and capacity of its coal production have a decisive impact.

   By analyzing the modern shearer cutting unit drive and its drive and arm of the production process were discussed and investigation, design shearer cutting unit. Introduced the shearer cutting unit transmission, mainly by a reduction gear box and 4 formed on the arm motor cutting unit arranged in horizontal, motor output power by three spur gears and planetary round Zhu gear transmission, final drive roller rotation.

   In the design process, the Department of the cutting shaft, transmission gears, bearings and spline connection with the design calculations and other components, strength check, and use. The main components of this manual aimed at the design and strength check calculation was described and introduced..

Key words: cutting unit；gear box；planetary gear； transmission gear

目  录

摘  要 Ｉ

AbstractⅡ

第1章  绪论1

1.1采煤机的发展史1

1.2采煤机的发展趋势2

1.3采煤机的类型和主要组成3

1.4关于此设计的相关问题3

第2章  总体方案的确定5

2.1方案的提出与确定5

2.2 MG400/900-3.3D型采煤机简介6

  2.2.1主要技术参数6

2.2.2 MG400/900-WD型采煤机得特点6

2.3  摇臂结构设计方案的确定7

2.4  截割部电动机的选择7

第3章  传动系统的设计8

3.1 传动比的确定与分配8

3.1.1 传动比的确定8

3.1.2 传动比的分配8

3.2  各级传动转速、功率、转矩的确定10

3.3  齿轮设计及强度效核11

3.3.1  齿轮1和惰轮2的设计及强度效核11

3.3.2  齿轮4和齿轮5设计及强度效核16

3.3.3  齿轮6和惰轮7的几何尺寸计算21

3.3.4  惰轮8和齿轮9的几何尺寸计算22

3.4　轴的设计及强度效核22

3.4.1  求作用在齿轮上的力.23

3.4.2  轴的结构设计23

3.4.3  轴的强度效核24

3.4.4  安全系数效核计算28

3.5  截割部行星机构的设计计算29

3.5.1  齿轮材料热处理工艺及制造工艺的选定30

3.5.2  确定各主要参数30

3.5.3  几何尺寸计算34

3.5.4  啮合要素验算36

3.5.5  齿轮强度验算38

3.6  轴承的寿命校核51

3.6.1  对截Ⅲ轴的轴承22219c和Nj419进行寿命计算51

3.6.2  行星轮轴承寿命的计算52

3.7  花键的强度校核52

3.7.1 截Ⅳ轴花键校核52

3.7.2 行星轮系花键校核53

总 结54

致 谢55

参考文献56

第1章  绪论

1.1  采煤机的发展史

20世纪 40年代初，英国和前苏联相继研制出了链式采煤机。这种采煤机是用截链式截落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒式采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚筒，这是一种圆筒形部件，其上安装有截齿，用截煤滚筒实现落煤和装煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础[1]。这种采煤机的主要缺点有二：其一是截煤滚筒的高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是截煤滚筒的装煤效果不佳，限制了采煤机生产率的提高[2]。进入60年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出革命性改进。

我国采煤机的发展从20世纪70年代进入起步阶段，煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机，另一方面改进普采配套的DY100型、DY150型单滚筒采煤机；70年代中后期，制造出MLS3-170型双滚筒采煤机[3]。20世纪70年代我国采煤机的发展有以下特点：

(1) 装机功率小。

   (2) 有链牵引，输出牵引力小。

   (3) 牵引速度低。

   (4) 自开切口差。.

   (5) 工作可靠性较差[4]。

到了80年代，解决难采煤层的问题成为重大课题之一：具体的课题是薄煤层综合机械化成套设备的研制：大倾角综采成套设备的研制：“三硬”、“三软”4．5m一次采全高综采设备的研制：解决短工作面的开采问题，短煤臂采煤机的研制[5，6]。

据初步统计，20世纪80年代自行开发和研制的采煤机品种有50余种，是我国采煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。20世纪80年代采煤机的发展有如下特点：

(1) 重视采煤机系列的开发，扩大使用范围

(2) 元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高

(3)  链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全[7]

进入20世纪90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，此采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是：

(1) 大功率高参数的液压牵引采煤机：最具代表性的机型是MG2X400－W型采煤机。

(2) 高性能电牵引采煤机国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但在性能和可靠性上与世界先进国家的I采煤机相比，还存在较大的差距，所以一些有实力的矿务局，在装备高产高效工作面时，把目光移到国外，进口国外先进电牵引采煤机。如神府华能集团引进美国的7LS、6LS电牵引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少[8，9]。

90年代采煤机技术发展的特点如下：

(1) 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

(2) 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小

(3) 液压紧固技术的开发研究取得成功[10]。

回顾这30多年我国采煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路，也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个了不起的进步[11]。

1.2  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。

(2) 电牵引采煤机已成为主导机型。

(3) 增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构。

(4) 机器的结构布置有新的发展。

(5) 截割滚筒的革新和改进[13，14]。

(6) 扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型。

(7) 提高采区工作电压。

(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。

(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。

(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[15]。

参 考 文 献

1 李昌熙 沈立山 高荣.采煤机.[M].煤炭工业出版社2005：18-112.

2 张世洪, 何敬德, 管亚平. 电牵引采煤机的技术现状和发展趋势[J]. 煤矿机电, 2000,（5）：55-136.

3 员创治, 陈永峰, 潘晓恒. 滚筒采煤机在我国的发展前景[J]. 煤矿开采，1996, （5）：26-87.

4 李柱国. 机械设计与理论[M].科学出版社2000：4-24.

5张全有, 薛萍. 国内外电牵引采煤机技术发展状况已应用展望[J].煤矿开采, 2002，（4）：21-125.

6 刘恩名，采掘机械与支护设备[M].中国矿业大学出版社2006：1-36.

7 冯泾若, 杨健康, 米朝阳. 国内外大功率大采高采煤机技术与发展方向[J]. 煤矿开采，2007，（2）：51-152.

8 刘振坚, 卢劲松. 滚筒式采煤机电控技术现状与发展[J]. 煤矿自动化, 1998，（3）：11-113.

9 唐大放等.机械设计工程学[M].（I、II）.中国矿业大学出版社2006：10-312.

10 贾锐谦.综采技术[M].（上、下） 煤炭工业出版社2007：69-356.

11 成大先.机械设计手册 [M].化工工业出版社2006：33-691.

12 雷光等. 现代机械传动[M]. 第二版 机械工业出版社2005：36-196.

13 朱龙根. 简明机械零件设计手册[M].机械工业出版社2000，（1）：58-1291.

14 饶振刚. 行星齿轮传动设计[M].化学工业出版社2007，：24-136.

15 邹慧君. 机械设计原理[M].上海交通大学出版社2006，（9）：96-304.

16 许高燕. 机械设计手册及课程设计[M].中国地质大学出版社2008:56-296.

17 王洪欣 李木 矿上机械设计工程[M].中国矿业大学出版社2005，（6）25-238.

18 肖银玲 机械制图 [M].高等教育出版社2006：15-213.

19 程靳 材料力学 [M].哈尔滨工业大学理论力学教研室 2004 31-69.