毕业设计（论文）-薄煤层采煤机总体及截割部减速器设计.doc

全套图纸加扣3012250582目录前言11 绪论21.1 国内外采煤机械的发展及其现状21.2 薄煤层采煤机的分类及其特点21.3 薄煤层采煤机在我国的应用情况41.4 薄煤层采煤机的优点及局限性52 薄煤层采煤机的总体结构方案的设计62.1 实现采煤机基本功能的结构方案设计62.2 实现采煤机辅助功能的结构方案82.3 薄煤层采煤机的主要技术参数的确定102.4 小结142.4.1 性能特点 142.4.2 该机的主要技术特征为：153 截割部减速器的具体设计说明163.1 电动机的选择163.1.1. 电动机功率的确定163.1.2. 电动机型号的确定163.2 传动装置的运动和动力参数计算173.2.1. 传动比的分配173.2.2. 根据传动比的分配查书机械系统设计选择齿轮齿数173.2.3. 各轴功率、转速和转矩的计算173.3 齿轮部分设计193.3.1. 电动机输出部分齿轮传动计算193.3.2. 减速器部分齿轮传动计算263.4 轴的设计343.4.1. 变速箱低速轴的设计及强度校核343.4.2. 变速箱中间轴的强度校核403.4.3. 变速箱高速轴的强度校核463.4.4. 变速箱外低速轴的强度校核513.4.5. 变速箱外高速轴的强度校核554 整体性验算604.1 稳定性的计算604.2 稳定性的评价指标604.3 稳定比614.4 生产能力的验算625 结论646 经济技术分析65致谢66参考文献67附录A67附录B73 前言 机械化采煤机作业的主要机械设备就是采煤机，落煤和装煤是它的主要功能。我们首先要清楚采煤机的总体结构和基本参数，这有这有才能正确设计和选用采煤机，因为采煤机的适用条件和可能达到的技术性能，是由基本参数和总体结构决定的。从煤层所赋存的条件来看，依据煤炭的开采具体分为地下开采以及露天开采。但是采煤方法是不同的，所以使需要的采煤机械也有所不同。在地下开采中，我国基本上所采用的采煤方法是以走向长壁式方法为主。在这种方法中，又可以分为全部垮落式、填充式、前进式和后退式等。滚筒式采煤机、掘进机和刨煤机是目前国内外采用的采煤方法，只有少数先进的煤矿采用薄煤层采煤机等设备。由此可见，滚筒式采煤机对于煤矿趋于普遍。我国以资源丰富著称，其中煤炭就是我国的主要能源之一，煤炭工业一直以来都为我国国民经济发展做出着重大贡献。与此同时煤炭工业也面临着许多问题，主要包括劳动条件差，生产投入不足，产业结构不合理等方面的问题。它在一定程度上解决了这些方面的问题，最终发展的解决这些问题的必经之路一定会是采煤机械化。怎样提高采煤的效率用以实现我国现代化建设中快速发展的经济对能源的需要就成了十分迫切的要求。 生产系统主要包括通风、排水、采煤、掘进、供电、辅助运输和安全等系统。采煤系统包括工作面的落煤、装煤，将煤由工作面运往井底车场，然后提升至地面。主要井巷包括采煤工作面，采区顺槽、采区上山、水平运输大巷、石门等。井巷工作主要包括的采掘机械有采煤机、运输机械，支护设备及提升机等。为了实现生产过程中能够持续进行，需要组成一个整体系统，这就是掘进系统，即在生产进行的同时，要开掘出新的工作面、采区及生产水平，这样可以实现接替。其中包括掘进工作面、矸石运至井底车场由副井提升后送至堆放地。 1 绪论1.1 国内外采煤机械的发展及其现状我国和世界其他主要采煤国家是一样的，20世纪50年代开始采煤机械化还处于开发和探索阶段。1950年，长春蛟河煤矿最先引用了前苏联设计生产的KMII-1型截煤机。1951年，黑龙江双鸭山煤矿首先引用适应了前苏联顿巴斯设计生产的一种深截式型采煤机，命名为康拜因，与此同时在我国几乎普遍使用，据1957年矿务局通过采样调查显示出，这种机采是目前最具有经济价值的采煤机。20世纪70年代初期，我国主要使用了滚筒式采煤机并且进行了进一步的改造，这是实现普遍机械化采煤的一个转折点。80年代初期，我国通过英国，德国的采煤机关键部件和采煤机中不断学习效仿，用以弥补自己的不足，经过不断努力研发了MXA型系列、AM500型系列和MLS3型系列。同时自行设计了适用于顶板比较破碎、倾角比较大、煤层较薄等困难条件下的中功率采煤机，以及摇臂的设计使用。20世纪70年代中期，德美两国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，开发出集电子电力、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。电牵引采煤机的有点油很多，包括优良的性能、操作安全可靠、高效的机械控制及自动化、监控保护及检测功能完善、操作同意和经济价值高等优点被。1.2 薄煤层采煤机的分类及其特点 滚筒采煤机是以装有截割刀具并绕水平轴线旋转的截割滚筒为工作机构的采煤机，用于长壁式采煤工作面进行机械化采煤。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、机身与工作面输送机配合导向方式、总体结构布置等类型。1） 按滚筒数目分类有单滚筒采煤机和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。曾有过三滚筒和四滚筒采煤机，由于其结构复杂，未获推广。早期的单滚筒采煤机的滚筒固定在机身左端或右端截割部机械传动装置的输出轴上，用更换不同直接滚筒和底托架高度，不能在采煤过程中调节截高，且调高范围十分有限，有淘汰。目前使用的单滚筒采煤机的滚筒安装在摆动减速箱的输出轴上，利用调高液压缸调节摇臂的摆角，可使滚筒位于不同的高度，已适应煤层厚度的变化。单滚筒滚筒采煤机工作时先采顶部煤，再采底部煤，需用人工开出工作面一端的切口，生产能力低，只在普通机械化采煤工作面使用。双滚筒采煤机由单滚筒采煤机演变而来，初期的双滚筒采煤机的两个滚筒布置在机身的同一端，一个行程可采高，只能自开工作面一端的切口。现代双滚筒采煤机的两个滚筒布置在机身的同一端，一个行程可采高，只能自开工作面一端的切口。现代双滚筒采煤机的两个滚筒都安装在摇臂上，并分别对称布置在机身的两端，可双向采煤，一个行程可采全高，并能自开工作面两端的切口。2) 按行走机构形式分类有钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。钢丝绳牵引采煤机利用钢丝绳与摩擦卷筒间的摩擦力来实现采煤机的牵引，这种采煤机已经被淘汰。链牵引采煤机利用链轮与牵引链相啮合来使采煤机移动，曾是滚筒采煤机最主要的牵引方式，但有断链危险和牵引力直径限制不能提高等缺点，已经被无链牵引采煤机所替代。无链牵引双滚筒采煤机沿着固定在工作面输送机侧面的行走轨运行，无链牵引有销轨式、齿轨式和链轨式3种。3） 按行走驱动装置的调速传动方式分类有机械调速、液压调速和电气调速采煤机机械牵引采煤机采用机械调速行走部，只能有级调速，结构和操作复杂，已极少使用。液压牵引采煤机采用液压调速行走部，调速和换向简单，结构和操作复杂，能无级调速，既可手动调速又可自动调速，曾是应用最多的行走调速方式，但牵引力和牵引速度受液压泵、液压马达压力的流量的限制，不能进一步提高。电牵引滚筒采煤机采用电气调速行走部，调速方便，调速范围广，调速特性高，易于实现自动化，且安全可靠，已逐渐取代液压牵引采煤机。4） 按行走部布置分类有内牵引和外牵引两种。绝大多数采煤机采用内牵引，其行走部驱动装置布置在机身上，在工作面往返移动。外牵引采煤机的行走部驱动装置安设在工作面两端，通常安装在工作面输送机的机头架和机尾架上，外牵引滚筒采煤机只能采用链牵引，这种采煤机一般应用于薄煤层。5) 按总体结构布置方式分类分截割（主）电动机纵向布置在机身上的采煤机（简称纵向布置采煤机）、截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机、截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机和截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机（简称横向布置采煤机）。纵向布置采煤机的截割电动机（主电动机）沿机身长度纵向布置。截割电动机安装在机身上的纵向布置采煤机是传动的布置方式，截割部采用双减速箱机械传动装置，固定减速箱和主电动机、行走部驱动装置相互紧固连接，共同形成采煤机的机身，机身通常用螺栓紧固在底托架上，摆动减速箱构成摇臂，通过调高液压系统和调高液压缸使摇臂摆动，以改变滚动的截割高度。截割电动机安装在摇臂上的纵向布置采煤机采用单减速箱机械传动装置，固定减速箱和主电动机、行走部液压传动箱相互紧固联接，共同组成摇臂以实现调高，行走部机械传动装置构成机身，这种布置方式的滚筒采煤机机身短，摇臂长而重，现代采煤机已经很少使用。横向布置滚筒采煤机的截割电动机沿机身长度横向布置。截割电动机安装在机身上的横向布置滚筒采煤机，截割部采用双减速箱结构的机械传动装置，摆动减速箱作为摇臂以实现滚筒的调高，这种布置方式主要应用于薄煤层爬底板式采煤机，由于机身较薄，截割电动机常采用双击并联驱动方式。截割电动机安装在摇臂上的横向布置采煤机是现代采煤机的结构形式，其特点是各功能部件都由专用的电动机驱动，相互间没有运动和结构上的联系，机身为框架结构，各部件安装在框架内，摇臂铰接在框架的两端，通过调高液压系统和调高液压缸使摇臂摆动，以改变滚筒的高度。1.3 薄煤层采煤机在我国的应用情况我国薄煤层采煤机的研究始于60年代。60年代初,在顿巴斯-1型采煤机基础上,我国开始自行研制生产采煤机。这类薄煤层滚筒采煤机主要有MLQ系列采煤机,如1964年生产的MLQ-64型,1980年生产的MLQ-80型浅截石单滚筒采煤机,另外还有MLQ3-100型采煤机。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动机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电动机横向布置的适用于中厚煤层和较薄煤层的交流电牵引采煤机。目前，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。近几年来,我国薄煤层采煤机得到了很大的发展,但在质量和寿命和高新技术应用等方面与国内大型采煤机,特别是与国外采煤机相比,还存在较大的差距。因此我们还需要进一步的改进和更新。1.4 薄煤层采煤机的优点及局限性 滚筒式采煤机具有如下优点：采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应复杂的顶底板条件，有利于实现综采设备配套和自动控制。因而，在国内外的煤炭开采中，应用非常普遍。 现代滚筒式采煤机具有如下特征：装机功率满足采煤生产率要求；截割机构适应煤层厚度变化并能可靠地工作；牵引机构能随时根据需要改变牵引速度大小，并能实现无级调速，以适应煤层硬度变化；机身所占空间小，对薄煤层尤为重要；便于拆、装和检修；防爆性能好，能在有煤尘、瓦斯的工作面安全工作；具有防滑装置和内外喷雾降尘装置；工作稳定可靠，操作简单方便，维修容易。2 薄煤层采煤机的总体结构方案的设计2.1 实现采煤机基本功能的结构方案设计用于走向长臂采煤法的采煤机应该具有的如下三种基本功能；1) 把煤从煤壁上破碎下来的功能；2) 把破碎下来的煤装在工作面输送机上的功能；3) 采煤机能沿着工作面自移的功能；一、实现破碎煤壁功能结构方案 1、铣削式结构方案 在鼓形滚筒的表面或在旋转滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿便用铣削的方式把煤从煤壁上截割下来，这就是铣削式结构。 具体分为侧铣和端铣两种，侧铣方式中螺旋滚筒结构应用最普遍，其主要优点是它不仅能实现截落煤的功能还能实现装煤的功能；水平旋转轴调整滚筒高度方便，对不同的煤层厚度的适应性好；具有自开缺口的功能等。端铣式结构是在齿冠外侧安装大截齿当齿冠自转并随采煤机移动时，截齿实现破煤功能。这种结构的特点是截齿安装的比较少， 煤的块度大，机器能耗小；实现简单，制造容易；负荷变化大，机器动特性较差。 图2-1水平轴螺旋滚筒结构 图2-2 垂直轴滚筒结构 Fig.2-1 Horizontal axis roller spiral structure Fig.2-2 Vertical-axis roller structure 图2-3端铣式结构方案Fig.2-3 Milling-structure programme2、钻削式结构方案钻削式结构在唤醒悬臂的前端安装截齿，这种悬臂的内表面上也安装有截齿。这种结构被称为钻削头，悬臂则被成为钻削臂。当钻削头自转并沿其轴线方向推进时，首先在煤层中由钻削头截割出现截槽，而此环形槽所围成的柱状煤体则被钻削头内的截齿所破碎。这种结构的优点是结构简单，制造方便；集落煤和装煤功能于一体；煤的坡度大，机器能耗低。其缺点是这种结构应布置于采煤机的端面，机身必沿其钻削出的空间前进，因此，机身长；这种结构不能自开缺口；为使地板平整还必须配有截割盘，沿顶板和地板截割煤层，因此使整个机器复杂化；此外这种结构对煤层厚度的适应性小。3、滚压式结构方案滚压式破煤结构是在螺旋筒的旋叶上和滚筒端面安装滚演盘刀当,当滚筒前移并自转时，盘刀压向煤壁，其刃部的挤压和剪切作用达到破没的目的。这种结构的优点在于，彩霞煤的块度大，煤尘明显低；机器能耗小；盘刀寿命长。缺点在于机构复杂，成本高。采煤机的落煤功能是采煤机的第一功功能，因此，现在把既有落煤功能的结构称为采煤机的工作机构。在采煤机的设计中，工作机构设计的合适与否，对采煤机的工作占有举足轻重的地位。二、实现装煤功能的设计方案把煤从煤壁上破碎下来以后，还要装在工作面输送机里运到工作面之外。实现扎中装煤功能的机构与落煤结构的种类有关。经过淘汰和筛选，只有两种类型的装煤结构被广泛应用。一种是与落煤结构相结合，不仅具有落煤功能而且兼有装煤的功能。比如，螺旋滚筒式工作机构，采煤下来的碎煤被螺旋叶片自煤壁向采空区方向输送，并装到工作面输送机里。另一种是专门用于装煤的机构，如装煤犁，这是一种斜面结构, 和犁地的犁一般，被单独的牵引机构牵引，在工作面往返运行，把碎落在底板上的煤装入输送机里。这种结构往往与没有装煤功能的工作机构配合。三、实现采煤机自动移动功能的结构方案采煤机沿工作面移动被称为牵引，能使采煤机实现自移的结构有称作牵引机构。现在广泛应用的牵引机构可以分为两大类；既链牵引机构和无链牵引。1、链牵引机构链牵引机构是由圆环链、链轮、和紧链装置组成。牵引链的两端固定在紧链装置上，并与采煤机的链轮啮合。当链轮装动时，由于链轮与圆环链的啮合作用，采煤机便沿牵引链移动。图2-4 链牵引机构Fig.2-4 Traction linked institutions2、无链牵引机构随着采煤机功率的不断加大，采煤机的总装机容量已超过1000KW。牵引链中的拉力也已增至400-800KN。因此牵引链机构已限制了采煤机功率的提高。无链牵引机构就随之产生和发展起来了。无链牵引机构种类繁多，大体上可归纳为三类；主动轮齿条、闭合链齿条和迈步油缸推进三类。其中主动轮齿条无链牵引系统应用最广。2.2 实现采煤机辅助功能的结构方案只具有基本功能的采煤机，能勉强完成在工作面破落煤壁和装煤的任务。在实际中还要使用到一些辅助功能，有；适应煤层赋存状况变化的功能、降尘和冷却设备功能、自动托卷电缆功能等。一、实现适应煤层赋存状况变化功能的机构方案煤层在地下赋存状态的变化概括起来有三种；煤层厚度的变化、煤层走向波浪起伏以及存在断层、煤层相对于水平面倾角的变化。1、实现适应煤层厚度变化的功能的结构方案当煤层厚度随时变化时，两个滚筒的工作高度应当变化，这就需要实现能适应煤层厚度变化的功能的结构，这种结构称为采煤机的调高装置。2、适应煤层沿走向波浪起伏以及存在的断层的功能的结构方案采煤机在采空区安装有调斜油缸，采空区侧的滑靴安装在活塞杆上。活塞杆伸缩就改变饿采煤机的倾斜角度。这种结构实现调斜功能得到普遍应用。3、具有开采大倾角煤层功能的结构方案当采煤工作面倾角大于10，一旦及其牵引部失灵，采煤机有可能下滑，具体防滑装置有：（1）抱闸式防滑装置（2）盘式制动器防滑装置（3）辅助牵引与防滑绞车二、实现降尘和冷却功能的结构1、实现降尘功能的方案采煤机的滚筒在截割煤壁的同时，产生的煤尘严重污染井下空气，威胁工人身体健康。因此降尘是采煤机的重要辅助功能。降尘措施有很多种，归纳起来有；（1）提高采煤机牵引速度，降低截煤滚筒的转速，增大碎煤块度，能明显降低煤尘。（2）滚筒轴垂直于采煤机机面，即采用立滚筒，使截齿沿煤层层理截割，也能降低煤尘（3）在可能条件下，减少滚筒上安装截齿的数量增大碎煤的块度，降低煤尘（4）实现滚筒自动调高，避免滚筒截割工作面顶板和底板，从而降低牵引速度，避免煤尘大量生成。（5）吸入式降尘机构，压力水精油在滚筒轴内的中心管送到喷嘴，有喷嘴喷出压力水在水束周围形成负压区，含尘空气被吸入负压区并随水束穿过滚筒内部降尘后，重新进入截煤空间。空气就这样在滚筒内循环被净化，降尘效果比较好。（6）用喷雾降尘，压力水经过喷嘴后雾化，极小的液滴充满滚筒截煤区，液滴与粉尘相碰而被不捉。一般采煤机内外喷雾都有，降尘效果很好。（7）泡沫灭尘，有发泡剂的水自喷嘴喷出进入一个与喷嘴紧挨的罩体。大量的泡沫从罩体射出，笼罩了截煤滚筒的周围，使煤尘源与周围空气隔绝，并使煤粉被泡沫捕捉。这种灭尘方式效果最佳。2、实现冷却功能的方案采煤机的冷却功能是由 实现的。让喷雾水首先流过需要冷却的不见，实现冷却功能，然后再被送到喷雾系统中。因此，冷却与喷雾水是一个供水系统，三、实现自动卷电缆功能的结构方案采煤机是采煤工作面内的移动机械，因此，对采煤机供电必须用橡胶电缆。当采煤机工作面很长时，被采煤机拖移的电缆很长，而且很重。如果采煤机直接拉引电缆本身，电缆容易被拉断。因此要用专门的电缆拖移装置。一般使用电缆尼龙夹板组成的夹板链，它由框形夹板用铆钉链接而成。每段长0.71m，各段之间再由销轴连接。框行夹板在断面为U形，在夹板链中其开口朝向才空区侧。夹板链终端借助于可回转的弯头悬挂于采煤机身上。板式链仅位于弯头处，意在改善夹板链端受力状况。其优点在于，使电缆在采煤机折返工作中折曲灵活，不易侧倒；而且有效的保证在采煤机牵引过程中使电缆免受拉力；朔料夹板重量轻，强度足够，使电缆免受碰伤。2.3 薄煤层采煤机的主要技术参数的确定1) 截深截深是指薄煤层采煤机工作机构完全按截入煤壁的深度，即采煤机沿工作面走向一次推进的距离。对于中厚和厚煤层，考虑到工作面输送机的最大输送能力以及充分利用顶板压力对煤壁的予破坏效应，截深绝定为0.6m。对于薄煤层，为保证工作面单产和生产率，适当加大截深，取截深0.75-1.0m.通过设计分析，截深取为0.8m。2) 采高采高是指最大可能开采的高度，是由采煤机的机械结构决定的。对于单一煤层的开采，采高要与煤层厚度相当。当厚煤层分层开采时，按最大分层厚度约为最大采高的90-95%，最下煤层厚度约为最小采高的110-120%来确定采煤机的采高。薄煤层的厚度是在0.8-1.3mm，此次设计的最大采高为1.3m.最小采高取为0.8m。这样可以满足要求。3) 牵引速度采煤机牵引速度由煤层厚度、截深、煤层物理机械性质以及用户对采煤机生产率的要求确定的。牵引速度即采煤机沿工作面移动的速度。由于煤层的机械力学性质复杂多变，需要随时调节牵引速度，使采煤机能在正常负载下工作。当用户生产率已定，则当采高和截深加大牵引速度就减小；当采高和截深小，势必加大牵引速度。当煤层中含矸量较大或煤层硬度较高，才么及的牵引速度也必须减低。我国采煤机的牵引速度在2.5-5m/min的范围，国外的可达15m/min.由于生产率按照正常的计算取15t/min故由 (2-1) 式中 H薄煤层采煤机采高，m; J薄煤层采煤机截深，m; 薄煤层采煤机可能达到的平均牵引速度，m/min; 煤的密度，一般为1.31.35t/m 薄煤层采煤机理论生产率，t/h.采高H,薄煤层的厚度在0.8-1.3米。截深J也已设计给出为0.8m。煤的密度由煤岩性质取1.35t/m。则 这样取牵引速度0-9.1m/min便可满足设计要求。4) 牵引力采煤机的牵引力是采煤机克服牵引阻力的能力。采煤机的牵引阻力取决于煤层的物理机械性质、工作面倾角、采煤机自重以及导向装置摩擦阻力等。在初定牵引力时，可按p=(1-1.3)N p采煤机牵引力，KN。N采煤机总装机功率， KW。P=1.3N=299KN采煤机装机功率（KW） 采煤机牵引力（KN）50 100100 100-120150 160-180 200 200-220300 250-300表2-1采煤机装机功率Table 2-1 Shearer installed power煤层阻抗A KN/m煤层厚度 m0.5-0.7 0.7-1.2 1.2-2.2 2.0-3.5采煤机装机率 kw240100 120 200 250125 35-150 150-250 250-350150 150-200 300-350 -设计生产率T/min3-4 4-6 6-10 10-15表2-2 采煤机装机功率Table 2-2 Shearer installed power5）截割速度截割速度是截煤滚筒截齿圆围切向速度，此速度与滚筒直径、滚筒转速以及采煤机牵引速度有关。实践证明，截齿的截割速度与截齿的磨损速度相关。为减缓截齿磨损取低截割速度。当采高大，牵引速度大，为不发生滚筒装煤堵塞和对煤的二次破损，滚筒速度应加大则截割速度也相应加大。目前，截割速度一般为3.5-5.0m/s，对小直径滚筒而言截割速度甚至为1.85-2.7m/s。6）装机功率采煤机装机功率，是指采煤机总装机功率。可按下表估算。7)采煤机设计生产率采煤机理论设计生产率按下式计算： 式中 H薄煤层采煤机采高，m; J薄煤层采煤机截深，m; 薄煤层采煤机可能达到的平均牵引速度，m/min; 煤的密度，一般为1.31.35t/m 薄煤层采煤机理论生产率，t/h.考虑到对采煤机检查、维护等技术因素对生产率的影响，应计算出采煤机的技术设计生产率Q； T/h （2-2）式中K采煤机技术工作时间利用系数， K= （2-3）割一刀煤采煤机的纯工作时间，min。割一刀煤所需的辅助时间，min.割一刀煤消除故障时间，min。此外，应考劳动组织以及配套设备等对生产率的影响。因此，采煤机实际生产率； （2-4）式中采煤机纯利用系数； = （2-5）因技术和组织原因引起的停机时间，min.实际上，采煤机的生产率要比上面诸式计算值低得多，因为许多影响因素无法事先估计出。2.4 小结综上所述，选取采煤机MG300-BW。该机型是太矿通过10多年AM500采煤机的消化、吸收和制造实践，在其它国外电牵引采煤机基础上兴利除弊，结合中国国情，根据用户要求而新开发设计出的机载式交流变频调速电牵引采煤机，是煤矿综采实现高产高效的理想设备。2.4.1 性能特点(1)采煤机总体采用了多电机横向布置，截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身之间没有动力传递，取消了伞齿轮和结构烦杂的通轴、过轮，用结构简单的销轴与主机架铰接在一起。(2)机载式交流变频调速，超级链轨无链牵引系统。低频起动特性好、牵引力大，能实现恒功率无级调速。(3)主机架采用了整体结构(也可分段组合)。滚筒的切割反力、调高油缸的支承力，牵引驱动的反作用力及工作面输送机的支承、限位、导向的作用力均由结构简单，坚固的主机架所承受，各部件均可方便地从主机架采空侧单独装拆，使用可靠，维修方便。(4)关键的元、器件选用了国外进口件，如轴承、密封、泵、变频器等。传动部件进行了加载试验，整机的可靠性高。(5)该机采用了系列设计、适应性强、通用性好。摇臂、牵引传动箱、外牵引均可左右互换，仅改变外牵引的惰轮，摇臂的摆角，滚筒直径，就能适用采高1.6m-4.5m的要求。摇臂电机和牵引电机各有三种不同功率规格供用户选择，并可左右互换。(6)采用镐型截齿的强力滚筒，能在硬煤层和有夹矸及地质有构造的地段使用。(7)水路系统和液压系统的主要元件设置在多通块上，减少了管路联接和维修工作量。(8)控制系统采用了计算机集中控制，具有先导监控、操作保护、连行和故障显示、数据储存，以及故障自动诊断记忆、功率自动平衡等功能。显示实现了汉字化，控制智能化。水冷式电机设有温度保护，牵引系统可设制限速保护，并设有零速自动制动装置。2.4.2 该机的主要技术特征为：名称数据1）适用条件采高（m） 倾角（） 适应煤层硬度f 2）截割部滚筒直径(m) 截深（m） 滚筒转速（r/min） 调高方式 3）牵引部传动方式 牵引力（KN） 牵引链（mm） 调速方式 4）电动机功率（KW） 电压（V） 转速（r/min） 5）防尘方式 机面高度（mm） 机身宽 机身高 质量 （t） 0.8-1.63030.80.875.62摇臂齿轮传动190液压无链牵引YBCS-1322132kW11401470内外喷雾730 173985014表2-3 基本参数Table 2-3 basic parameters 3 截割部减速器的具体设计说明截割部的主要特点：滚筒式采煤机的截割部一般包括割煤滚筒、摇臂、固定减速箱等工作机构（不同的机型其截割部的组成不尽相同，如多电动机驱动的电牵引采煤机）。割煤滚筒承担承载煤和装煤任务，是采煤机截割部主要部件之一。一个完善的割煤滚筒应满足一下要求：（1）能适应不同的煤层和有关地质条件； (2)能充分利用煤壁的压张效应，降低能耗，提高块煤率，减少煤尘；（3）能装煤和自开切口；（4）载荷均匀分布，机械效率高；（5）结构简单，工作可靠，拆装，维修方便。3.1 电动机的选择3.1.1. 电动机功率的确定已知：截割滚筒的所需的转速范围为：1450r/min,装机功率为250kw，按照90%的功率分配，两个截割滚筒的所需有效功率:P=225kw 一个则需要112.5 kw传动装置总功率 = （3-1）按机械设计课程设计表4.2-9取：联轴器效率0.995；齿轮啮合效率（齿轮精度为8级）0.98；滚动轴承效率0.99；传动装置总效率=0.9950.980.990.913所需电动机的输出功率 P=P/=112.5/0.913122.5kw （3-2）3.1.2. 电动机型号的确定根据功率和使用环境，选择电动机型号为：YBC系列隔爆电动机即YBC3-400主要性能数据如下表表3-1 型号 额定功率 同步转速 满载转速YBCS-132 132Kw 1470r/min 1450r/min表3-1 采煤机选型Table 3-1 Coal mining machine selection3.2传动装置的运动和动力参数计算3.2.1. 传动比的分配确定总传动比并根据传动比分配理论分配各级传动比。 I总=n/n=1470/75.62=19.4 （3-3）i0=1 i=2.6 i=1.4 i=2.1 i4=2.53.2.2. 根据传动比的分配查书机械系统设计选择齿轮齿数电动机接小齿轮齿数为Z1=17相传动的大轮为Z2=44及其相连的Z3=62，Z4=21与其相传动的齿轮Z5=44,Z6=14与其相连的齿轮的Z7=35。3.2.3. 各轴功率、转速和转矩的计算按指导书表4.2-9确定各零件效率取：联轴器效率 =0.99齿轮啮合效率=0.97（齿轮精度为7级）滚动轴承效率=0.980轴（电动机轴）： （3-4）轴（减速器高速轴）： （3-5） （3-6） 轴（减速器中间轴）： 轴（减速器输出轴）： 轴（开式传动高速轴）： 轴（传动卷筒轴）： 功率P(KW) 转矩T (N.M) 转速n（r/min）连接方式 传动比I 效率0轴 132 869.4 1450轴 130.7 860.8 1450轴 124.2 2129.5 557.7轴 118 2828.6 398.4轴 112 5638 189.7轴 106.5 13400 75.9联轴器 1.0 0.99斜齿轮 2.6 0.9506斜齿轮 1.4 0.9506斜齿轮 2.1 0.9506斜齿轮 2.5 0.9506表3-2 结论Table 3-2 Conclusion3.2齿轮部分设计3.3.1. 电动机输出部分齿轮传动计算1) 高速齿轮传动计算(1)选择齿轮材料：小轮选用合金刚，表面渗碳=5662大轮选用合金刚，表面渗碳=5662(2)按齿面接触疲劳强度设计计算：采用斜齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0120.021)n 估取圆周速度V=11.45m/s,参考教材表5-4选取II公差组7级 （3-7）齿宽系数 ,查教材表8-23按齿轮相对轴承为非对称布置，取=0.5小齿轮齿数 Z1选Z1=17大齿轮齿数 Z2=Z1i=172.6=44.2圆整取Z2=44齿数比 u=Z2/Z1=44/172.58合适 传动比误差=（2.6-2.58)/2.6=0.008误差在5%内小轮转矩 T1=869.4N.m载荷系数K由教材式（5-4）得 K=KKKK使用系数 KA，查教材表（5-3）KA=1.0动载荷系数K的初值 K由教材图（5-4）查得K=1.2齿向载荷分布系数 K由教材图（5-7）查得K=1.05齿间载荷分布系数 K的初值K在推荐值（20）中初选=16由式(5-4)得 （3-8）= =1.88-3.2(1/17+1/44) cos16 +(1/)170.5tan16=1.556+0.776=2.332=1.556 =0.776查教材表（5-21）得K=1.2则载荷系数的初值为: K=KA=1.01.21.21.05=1.5 （3-9）弹性系数 ZE,查教材表（5-5）得ZE=189.8节点影响系数 ZH，查教材式（5-14）得ZH=2.75重合度系数 ，查教材式（5-13）Z=0.77螺旋角系数 =0.98接触疲劳极限应力查教材图（5-16）得=1500N/mm =1400N/mm应力循环次数 N=60njL=6014501(1630010)= h （3-11） （3-12）则查教材图（5-19）得接触强度的寿命系数 z= z=1硬化系数查教材式（5-30）得z=1.06接触强度安全系数，查教材表（5-28）得=1许用接触应力由教材式（5-28）得=ZNZw/SH则：=1484N/mm故d1的设计初值d1t为d1t d1t80mm 法面模数 mn=d1t tcos/Z1 =4.52 取mn=5 （3-13）中心距 a=mn(Z1+Z2)/ (2cos) （3-14） =5(17+44)/ (2cos16o)=159mm分度圆螺旋角 =cos-1mn(Z1+Z2)/2a （3-15） =cos-15(17+44)/(2159)= 16.4o小轮分度圆直径的计算值 d1t=mnZ1 /cos=517/cos16.4o=88.6 （3-16）小轮分度圆周速度V,V=3.14801450/60000=6.07m/s （3-17）与估取V很相近,对K值影响不大,不必修正,取K= K=1.2齿间载荷系数K =1.88-3.2(1/17+1/44)cos16.4+(1/)17 0.5tan16.4=1.553+0.797=2.35查教材表（5-21）得K=1.25载荷系数K= =1.01.21.251.05=1.58 （3-18）小轮分度圆直径取d1=d1t=80大轮分度圆直径 d2=mnZ2/cos=544/cos16.4o=229齿宽 b=d1tmin=0.580=40大轮齿宽 b2=b=40,圆整取 小轮齿宽 b1=b2+(510)=45(3)齿根弯曲疲劳强度校核计算许用弯曲应力=/S弯曲疲劳极限查教材图（5-18）得=950N/ =800 N/弯曲疲劳寿命系数 YN,查教材图（5-19）得YN=1N=60njLh=60557.71(1630010)= （3-19）尺寸系数 YX查教材式（5-32）得YX=0.8安全系数 SF查教材表（5-31）得SF=1.3则许用弯曲应力 =95010.8/1.3=584N/mm2 （3-20）=80010.8/1.3=492N/mm2齿型系数YFa 由教材图（5-14）查得 =2.96 =2.39应力修正系数 YSa由教材图（5-15）查取YSa1=1.52 Ysa2=1.65重合度系数 Y=0.25+0.75/ （3-21） =0.25+0.7/1.553 =0.733螺旋角系数 Y=1-=1-0.797=0.89 （3-22）故 =500 （3-23）=136所以齿根弯曲强度足够.2)低速齿轮传动计算(1)选择齿轮材料：小轮选用合金刚，表面渗碳=5662大轮选用合金刚，表面渗碳=5662(2)按齿面接触疲劳强度设计计算：采用斜齿圆柱齿轮传动，按V=(0.0120.021)n 估取圆周速度V=5.9m/s,参考教材表8-14，8-15选取II公差组8级d1齿宽系数 ,查