毕业设计（论文）-新型电牵引采煤机切割部分设计.doc

毕业设计新型电牵引采煤机切割部设计学生姓名： 白翔宇 学号：135011135 系 部： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 王亮军 二零一五年六月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 新型电牵引采煤机切割部设计 系部： 机械工程系 专业： 机械制造及其自动化 学号： 135011135 学生： 白翔宇 指导教师（含职称）： 王亮军（讲师） 1课题意义及目标随着我国易采煤区的不断枯竭，采煤的难度不断加大。为了保证我国煤炭能源的安全，同时也为了保证在难度大的采煤区机械保障较高的效率，就必须要在采煤机械上下功夫，提高采煤机械化设备的使用效率，以保证我国煤炭资源的战略安全。要想达到这个目标，就必须在煤机数字化、智能化方面实现突破。 2主要任务（1）改善传统采煤机的切割部问题；（2）提高采煤机的切割寿命；（3）增大功率，适应复杂地质条件；（4）了解国内外采煤机的发展状况，对比新型电采煤机和普通采煤机的区别；（5）查阅已知的资料收集并整理出相关数据或信息；（6）撰写论文，绘制结构简图；（7）绘制零件图以及结构装配图。3主要参考资料1 王洪欣. 机械设计工程学(). 徐州: 中国矿业大学出版社, 2004 2 唐大放. 机械设计工程学(). 徐州: 中国矿业大学出版社, 20043 李昌熙. 采煤机. 北京: 煤炭工业出版社, 19884 许洪基. 现代机械传动手册. 北京: 机械工业出版社, 19955 谢锡纯. 矿山机械与设备. 徐州: 中国矿业大学出版社, 20046 李贵轩. 采掘机械. 北京: 煤炭工业出版社,19827 赖昌干. 采掘运机械的控制. 徐州: 中国矿业大学出版社,19948 王启广. 采掘机械与支护设备. 徐州: 中国矿业大学出版社,20069 刘鸿文. 简明材料力学. 北京: 高等教育出版社,200410 单丽云. 工程材料(第二版). 徐州: 中国矿业大学出版社, 200311 成大先. 机械设计手册第三版第2卷. 北京: 化学工业出版社.199912 吴相宪. 实用机械设计手册. 徐州: 中国矿业大学出版社, 20014进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1调查研究，查阅资料，完成开题报告；2014.11.152015.03.272拟定并论证总体方案；2015.03.282015.04.053完成装置的结构设计； 2015.04.062015.04.1504.154进行结构设计及计算；绘制零件图及结构装配图；2015.04.162015.05.205整理、打印论文，准备答辩2015.05.212015.05.28新型电牵引采煤机切割部设计摘 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New type of electric traction coal winning machine cutting part designAbstract：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 it 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;Design目 录1 绪论11.1 采煤机发展概述11.2 国内外发展现状及研究趋势21.2.1 国外电牵引采煤机发展概况21.2.2 国内电牵引采煤机发展概况32 截割部的设计与计算42.1 主要技术参数42.2 传动比和各轴转矩的计算52.3 齿轮强度校核72.2.1 第级、高速级减速齿轮72.2.2 第级减速齿轮132.4 行星机构的计算182.5 截割部轴的设计计算352.5.1 离合器齿轮轴352.5.2 齿轮组轴412.6 截割部轴承寿命校核472.6.1 离合齿轮组轴承472.6.2 齿轮组轴轴承48参考文献50致 谢51I太原工业学院毕业设计1 绪论 1.1 采煤机发展概述 1940年采煤机械的发明,机械化的采煤方式开始被使用。早在1940年英国、苏联先后生产了煤炭采煤机，机械化的采煤方式开始被使用。但在1940年所使用的链式工作机构的采煤机，其工作效率低、工作面输送机不能自移、能源消耗大的缺陷，因而生产率是有限的。早在1950年英国和联邦德国改进生产了滚筒式釆煤机、单体液压支柱和可弯曲刮板输送机，采煤技术得到了发展和进步。螺旋滚筒是滚筒式采煤机的截割机构，滚筒旋转切割煤壁时，滚筒螺旋叶片上的截齿将煤破碎，破碎下来的煤被螺旋叶片装入工作面输送机。但由于滚筒被固定，不能实现调高，因此采煤机的适用范围不是很广泛。因此50年代普通机械化水平还是各国采煤机械化的主流。虽然在1954年自移式液压支架被英国研制和使用，但由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善，该技术仅仅处在开始开发试验的阶段。二十世纪60年代综采技术进入发展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采煤高度调整的问题，使采煤机的适用范围扩大。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、2LS、4LS系列；1996年生产的6LS05型采煤机，其总装机功率为1520kW，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20mmin，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；SL200型电牵引采煤机总装机功率1128kW，采用双变频器一拖一系统，最大牵引速度达267 mmin：SLl000型采煤机装机功率达2600kW，牵引力1002kN。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、EL2000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。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MG275820-WD型交流电牵引采煤机后，又自主研制成功了MGTY400900-22D型和MG7501800-22D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MG2x200-W型液压牵引采煤机改造成MG200260-WD型交流电牵引采煤机后，又开发了MG200462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2 截割部的设计与计算2.1 主要技术参数适应煤层：采高范围 1.52.0 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） 14651. 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） 29.262. 配套输送机：SGB620/220型刮板输送机 2.2 传动比和各轴转矩的计算1.确定总传动比 ： = =29.26 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： 2.3 齿轮强度校核2.2.1 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22HRC。大齿轮：20CrMnMo,渗碳淬火， 1.11.5mm，齿面硬度5660HRC，心部硬度22HRC。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260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=128mm故很安全 故很安全2.2.2 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22HRC。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22HRC。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260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2.4 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-行星架图2.1参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262202HBS. 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=91.222 kW n=186.51 r/min 则 =4670.954 设载