双滚筒采煤机牵引部设计
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A0-牵引部总装图.dwg
A1-牵引减速箱图.dwg
A1-行走机构.dwg
A3-二级行星齿轮.dwg
A3-制动轴.dwg
A3-双联齿轮.dwg
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双滚筒采煤机牵引部设计说明书.doc
外文翻译--电牵引采煤机的开关磁阻电动机.doc
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双滚筒采煤机牵引部设计
目录
摘要...............................................1
第一章绪论.........................................3
1.1引言................................................3
1.2采煤机的发展概况....................................3
1.3采煤机的类型...................................4
1.4采煤机的组成........................................6
1.5采煤机的牵引方式....................................7
1.6电牵引的优点........................................8
1.7国际上电牵引采煤机的发展概况........................8
1.8国内电牵引采煤机的发展状况.........................10
第二章牵引部的设计.................................14
2.1牵引机构传动系统...................................14
2.2牵引部传动计算......................................16
2.3牵引部齿轮设计计算..................................18
2.4行星齿轮............................................28
第三章轴的设计及校核.........................................43
3.1确定轴的最小直径....................................43
3.2轴一的设计与校核....................................43
3.3心轴的设计和校核....................................45
3.4制动轴设计与校核....................................46
3.5花键键的强度校核....................................48
3.6轴承的校核..........................................50
第四章采煤机的使用和维护.....................................52
4.1采煤机的维护........................................52
4.2采煤机轴承的维护及漏油的防治........................54
第五章机械密封...............................................57
参考文献.....................................................59
致谢.........................................................60
摘要
MG300/690-WD型采煤机是一种多电机驱动，横向布置的交流电牵引采煤机。该机功率大，多电机横向布置，整机结构紧凑，采用交流变频调速系统，变频调速采用机载式。截割电机、牵引电机等主要元部件均可从采空区抽出，容易更换，方便维修。
牵引电机输出的转矩经二级圆柱齿轮和二级行星齿轮减速器减速后，由行星架输出，通过驱动轮与行走轮相啮合，再由行走轮与工作面刮板输送机上的齿轮啮合使采煤机来回行走，同时制动轴输出轴通过键与制动器相连，实现电牵引部的制动。
左右牵引部，中间电控箱的联结螺栓，定位销，摇臂与左右电牵引部铰接销轴四组，这些装置将采煤机各大部件联接成一个整体，起到紧固及连接的作用。牵引箱与行走部独立箱体设计，配套适应性强。
MG300/690-WD型采煤机，操作方便，可靠性高，事故率低，开机效率高，可满足高产高效工作面的需要。
关键词：采煤机；牵引部；行走部；行星齿轮
Double drum shearer haulage unit design
ABSTRACT
The MG300/900-WD coal mining machine is more than one kind of motor-driven, crosswise arrangement alternating current hauling coal mining machine. This machine power is big, the multi-electrical machinery crosswise arrangement, the complete machine structure is compact, uses the exchange frequency conversion velocity modulation system, the frequency conversion velocity modulation uses aircraft-borne-like. Cuts the electrical machinery, the pulling motor and so on main part to be possible to extract from the worked-out section, easy to replace, facilitates the service.
The pulling motor outputs torque decelerates after the second-level cylindrical gears and the second-level planet gear reduction gear, by the planet carrier outputs, with walks lining on the feet and palms of Buddha meshing through the driving gear, by walks again round and on working surface scraper conveyer’s rack rail meshing causes the coal mining machine back and forth to walk, simultaneously the brake spindle output shaft is connected through the key and the brake, realizes the electricity hauling department brake.
About the hauling department, the middle electrically controlled box’s joint stud, the positioning pin, the rocking shaft sells the axis four groups with about electricity hauling department hinge, these installments join coal mining machine various major assemblies a whole, plays the fastening and the connection role. Traction box and walking ministry independent cabinet design, supporting strong compatibility
The MG300/900-WD coal mining machine, the ease of operation, the reliability is high, the accident rate is low, the starting efficiency is high, may satisfy the high production highly effective working surface the need.
Key word: The coal mining machine； The hauling department; Walks; Planet gear
第一章 绪论
1.1引言
随着科技的发展，技术的创新，煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤设备成为各国地下开煤矿的发展方向。自70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能日臻完善，生产率和可靠性进一步提高。工矿自动检测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已经在采煤机上得到应用。开发高产高效矿井综合配套技术是我国煤炭科技发展的主攻方向，根据世界采煤机发展潮流和煤炭科技前沿最新消息，我国采煤机应在以下方面进行攻关研究，尽快赶上世界水平。为了满足高产高效矿井发展的需要，增产减员，增产减面，实行合理化集中生产，拟研制截割功率2X500KW-2X600KW，总装机功率1200KW-1500KW以上，截深0.8-1.0m的高效电牵引采煤机；电机横向布置，框架式结构，无底托架，交流变频调速，供电电压3300V以上；强力型无链牵引系统，具有高牵引速度和牵引力；配用机载增压水泵和吸尘滚筒，操作方便，控制、保护齐全，性能良好。衡量一个国家的采煤机的技术水平，首先应对其机械设备的先进、品种、质量、可靠性、适应程度以及寿命加以分析。我国是一个发展中国家，改革开放以来，采煤机得到了很大的发展，但生产的质量、寿命、高新技术的应用、科学管理等与世界煤炭工业发达国家相比，还存在较大的差距，国外采煤机有关部件的设计寿命是：齿轮12500h，轴承20000h-30000h，电机绝缘寿命4400h，滚筒可产煤300万吨。综合工作面采煤机一般都装有自动控制、诊断、数据传输、无线电遥控装置，不仅操作方便，而且能通过诊断装置预先发现故障并及时排除。我国采煤机的齿轮、轴承、滚筒、电机等主要部件的设计寿命均低于国外水平。采煤机大部分不具有监控、诊断保护功能，不能预报诊断故障，不能保证采煤机经常处于正常状态。我国要求采煤机出150万吨-200万吨煤不大修，实际上与要求还有距离。
为了满足高产高效综合采煤工作面需要快速割煤提高生产力的需要，克服液压牵引的繁杂，电牵引采煤机是采煤机发展的一个趋势。
1.2采煤机的发展概况
机械化采煤开始于二十世纪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，德国生产了刨煤机，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，所以限制了采煤机生产率的提高。
50年代初期，英国、德国相继生产出滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，大大推进了采煤机械化技术的发展。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。
60年代是世界综合采煤技术的发展时期，第二代采煤机——单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整的问题，扩大了采煤机的适用范围，特别是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缺口的问题，加上液压支架和可弯曲输送机的不断完善等等，把综采技术推向了一个新水平，并且在生产中显示了综采机械化采煤的优越性——高产、高效、安全和经济。
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。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嫩，并扩大了它的使用范围。
80年代，德国、美国、英国都开发成功各种交、直流电牵引采煤机，同时把计算机控制系统用在采煤机上。并且开始重视系列化采煤机的开发工作，一种功率的采煤机可以派生出多种机型，主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用，这样不仅扩大了工作面的适应范围，而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是20世纪80年代采煤机发展中非常突出的特点。
至此，缓倾斜中厚煤层的综采机械化问题已经基本得到解决，专家开始对实现厚煤层、薄煤层、急倾斜及其它难采煤层开采的综采机械的研发，以适用不同的开采条件。
1.3采煤机的类型
滚筒采煤机的类型很多，可按滚筒数目、行走机构形式、行走驱动装置的调速传动方式、行走部布置位置、机身与工作面输送配合导向方式、总体结构布置方式等分类。
按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和电牵引采煤机）。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。
两种总体结构布置方式的分析比较：
（1）整机布置
纵向布置
纵向布置的采煤机由左、右摇臂、左、右截割部固定减速箱、主(副)电机、牵引泵箱和中间箱共七段(或八段)组成。截割电机布置在采煤机中段、采用偏心两端出轴，一侧留出足够宽度供安装采煤机电器与控制元件。各大部件间除对接联接外，还通过地脚螺柱与底托架相联、因而机身较长。但机身宽度可做得窄些，有利于减小控顶距。
横向布置
滚筒采煤机采用横向布置时，截割主电机与摇臂直接相联，中间段是左、右牵引行走减速箱和中间箱(其中分成调高泵箱和电控箱两个隔腔)。这种布置方式，机身较短，无底托架，（为了克服调斜底托架铰接点多、间围大、扳动大、结构复杂和难维护等缺点，近年来采煤机改用固定式底托架，在多电机布局推广中又发展了框式底托架。机器各主要部件以插件形式装入底托架。另-趋势是取消底托架，直接用强力液压自锁螺栓将采煤机各部件固定在一起。螺栓的张紧力约为500kN,巨大的张紧力将各部件联为一个整体，采煤机因此没有底托架，使得总体结构简化，并且增加了过煤空间。采煤机工作过程中要承受震动冲击载荷，联结件采用普通高强度螺栓时，松动现象不可避免。由于采煤机工作环境的特殊性，要求螺栓松动后随时紧固和检修时按规定紧固所有联接螺栓是无法做到的。因此，采煤机在联结件松动的情况下仍继续工作是一种普遍现象，并最终导致采煤机部件和机身限位装置损坏和机器壳的某些部位变形。液压螺栓的使用从根本上解决了这些问题
（2）动力传递
纵向布置
纵向布置形式的采煤机，各大部件间都有动力传递，部件间的联接对中要求高。联接面存在有漏油环节。
横向布置
横向布置的采煤机各大部件间没有动力传递、独立性强，安装、维护、检修方便。
（3）受力状况
横向布置
横向布置的采煤机，其摇臂支承座受到的截割阻力、油缸支承座受到的支承反力、行走机构受到的牵引反力均由牵引行走箱箱体来承受。受力情况简化，结构简单，可靠性高。
纵向布置
纵向布置的采煤机，上述几种力都要通过底托架及其对接螺栓和各大部件的对接螺栓来承受，一旦这些联接螺栓有松动，会带来严重后果。
（4）部件设计的合理性
横向布置
横向布置的采煤机．由于截割电机横向布置、从截割电机出轴到滚筒输出轴，全部采用正齿轮传动，省去一对加工、调整复杂的锥齿轮传动．使结构简化、传动效率高、降低制造成本。
纵向布置
纵向布置的采煤机，因截割电机布置在中间段。从电机到滚筒输出轴必须有一对锥齿轮传动，因此加工、调整都比较复杂、制造成本高；由于电机布置在机身中段，动力从电机传到左、右滚筒输出轴，其中一端必须通过液压泵箱。为此，需要有一根贯穿液压泵箱全长的通轴，给泵箱的设计带来一定的难度，也使其结构复杂化。
（5）对煤层的适应性
纵向布置
纵向布置的采煤机对煤层厚度的适应强，综采和普采都有机型。
横向布置
横向布置的采煤机，因主电机的长度尺寸大，采煤机的宽度相应增大。工作面的控顶距大。因而，在普采或煤层较薄以及对工作面的控顶距有严格要求的情况下，横向布置的采煤机在使用上受到一定的限制。随着电机功率的增大，电机宽度加宽，对工作面支护会带来困难。在较薄煤层时，如果使用横向布置的采煤机，还存在一个截割电机挡煤的问题。 （三）下井及井下组装
1、在不允许整机下井的条件下，可将机器解体装运，但解体越少越好，主机是由摇臂铰接点处分解为三大部分为好。滚筒、附件等可分别装运。
注意，装运前必须将拆下的小零件如销子、螺栓、管接头等包装好。包裹好打开的每个接触面，隔爆面，裸露的轴、孔、齿、手把、接头等，油缸活塞杆应全部缩回缸内，并固定好。运送前应仔细检查所经道路情况，装运顺序应顾及井下组装的方便。
2、采煤机的组装应在预先准备的“缺口”中进行，顺序为：先组装好溜槽及工作面附件，而后使中架部分骑在运输机和齿轨上，穿好导向滑靴，再装好左右摇臂及滚筒，接电缆、水管及拖缆带，组装时应注意人身及设备的安全，对机件的外露部分如手把等，要注意保护。还要注意销轴、轴孔及接头等处的清洁，不得有污物带入。
3、组装后的运转与地面试运转要求相同
（四）采煤机的井下操作
井下操作由每班配备的，经过专门训练的两名司机进行。各班司机要认真的执行交接班制度。
操作前的检查：工作前要对机器运转环境如煤壁、顶板、支护、配套设备等进行检查，发现问题及时处理，并对机器作好下列检查：
截齿是否齐全完好，牢固可靠。
各把手按钮是否齐全，灵活可靠。
油位是否符合要求。不足时添加。
各紧固螺栓要齐全，不松动。
电缆、水管、油管是否损坏及泄露。
运输机是否铺设平直。
拖缆架是否卡挂。
供水是否正常，否则不得开机。
滚筒前后两米以内不得站人。
试运转中注意事项：
各部分运转声音及发热是否正常。
结合面、出轴处、盖、管路等有无渗漏。
压力表指示是否正常，指针有无不正常抖动。
各运转部件及整机有无震动与抖动。
调高及牵引是否正常。
操作顺序：
送电、磁力启动器合闸。
合上隔离开关。
合上截割部离合器。
发信号给工作面运输司机并解锁、使运输机启动。
给水冷却喷雾。
分别启动电机使滚筒正常运转。
调采高到合适的高度。
选择牵引方向并慢慢调速到合适的速度。
机器运转时注意事项：
注意滚筒运转情况，机道有无阻碍，机器声音、牵引力（压力表）大小，拖缆带卡挂现象等。
严禁滚筒在不运转情况下牵引或调高。
停运输机、停水时，机道有大块障碍，支柱影响通过，电机闷车，夹石过硬，或其他有碍机器正常运转情况等时，应立即停机，处理后方可开机。
注意顶板支护情况，人员位置，确保生产及人身安全。
停机顺序：
牵引调速换向手把打回零位，紧急停车后也要把此手把回零。
停止电动机、停止运输机。
停水。
拉开截割部离合器。
拉开隔离开关。
4.2采煤机轴承的维护及漏油的防治
据不完全统计，在采煤机发生故障的总数中，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。
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，温升快、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，滚动体和滚道表面接触应力高，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。
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一般为 N220，N320 极压工业齿轮油，多采用油池飞溅或加循环联合润滑方式。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，甚至缺油使表面过热烧伤。因此需重点采取措施：
1) 高速轴油封选用最合适密封材料、结构、提高其使用寿命；
2) 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；
3) 对低速轴 (如滚筒轴、行走轮轴等) 改用端面浮动油封。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
1) 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。
2) 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。
3) 壳体孔椭圆形或锥形误差，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。
4) 轴和壳体孔挡肩对配合表面不垂直及二侧配合处不同轴误差，使轴承内外圈轴线歪斜，也使局部表面应力增大。
5) 轴承安装中必须调整轴向间隙达到设计要求，对圆柱滚子轴承，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，在润滑不充分时，也会导致轴承烧伤。
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中要保持完好包装，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，要防止煤尘、水等杂质进入，以防油质破坏，加剧磨擦面粒磨损和锈蚀。如发现油脏，及时入油并清洗再加新油。
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 O 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 O 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除此处漏油。
(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，导致煤粉经过迷宫间隙、油封进入或滞留在油封刃口与轴之间，将油封垫起造成漏油，同时加速油封磨损，因此需采用加毛毡或涂密封胶。
(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 O 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，粘接牢固后方可安装。
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不同，将会产生各种不可意料故障。因此，在采煤机在使用过程中，需要加强维护，定期检修，对易损部位及时采取措施进行补救，防止事故的发生和扩大，从而提高开机率和延长其使用寿命。
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