MG200460WD型双电机采煤机截割部设计.doc

2010 届本科生毕业设计 1 摘 要 MG200 460 WD 型采煤机是一台采用多电机驱动 电机横向 布置 采用非机载方式变频调速的无链 Eicotrack 电牵引新型 采煤机 该采煤机适用于煤层厚度 1 0 1 9m 工作面倾角 25P0P 两象限变频器 或者 45P0P 四象限变频器 煤层可有 一定仰俯角 煤质中硬 f 4 的煤层中开采 能够配套 630 730 764 等运输机 在综合机械化采煤工作面完成落煤与装煤 采煤机在工作面按斜切方式自开缺口 双向穿梭式采煤 采煤机各部份按组装可分为机身及牵引部 截割部 电气控制及 调速设备 液压调高系统 冷却喷雾系统 辅助装置等 本说明书主要介绍了采煤机截割部的设计计算 MG200 460 WD 型采煤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 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 此外 还对 MG200 460 WD 采煤机的使用与维护进行了说明 以 便能更好的发挥该采煤机的性能 达到最佳工作效果 关键词 采煤机 截割部 减速箱 行星轮系 传动齿轮 设计 Abstract MG200 460 WD type coal winning machine is a using motor drive motor horizontal layout using the way of airborne inverter Eicotrack chain new in electrical traction shearer This machine is suitable for coal seam thickness 1 0 1 9 m face 25P0P acuities Angle two quadrant inverter or 45P0P acuities quadrant coal frequency converter can have certain Yang bow Angle of coal hard f in more than 4 coal mining can complete 6 3 73 133 etc the comprehensive mechanized transport coal mining face complete loading The coal 2010 届本科生毕业设计 2 mining machine in the face by crosswise way since open two way shuttle type coal The coal mining machine parts assembly can be divided according to the airframe and traction cutting part electrical control hydraulic control equipments and system cooling system auxiliary device spray This manual mainly introduces the coal mining machine cutting part design calculation MG200 460 WD type coal winning machine cutting part is mainly composed of a gear reducer and 4 cutting part motor on horizontal layout motor rocker within the power output by triple straight tooth planetary gear transmission round on the drive and the final drive roller rotation Cutting part adopts four planets sheet floating structure reduce the size of large Angle structure design increase the rocker bend over coal space and improves coal loading effects In the design process of cutting part of the shaft transmission gears bearings and connecting with the internal components etc design and calculation the intensity and selection This manual mainly aimed at the main parts of the design calculation and intensity is described and the introduction In addition MG200 460 on the coal mining machine WD use and maintenance so as to better use the coal mining machine performance to achieve the best effect Keywords coal winning machine Cutting part Reducer Planetary gear train Transmission gears design 2010 届本科生毕业设计 3 第第 1 章章 概述概述 0 第 1 1 节 采煤机发展的历史和现状 0 第 1 2 节 我国采煤机 30 多年的发展进程 1 第 1 3 节 国外采煤机的发展 8 第 1 4 节 采煤机的发展趋势 11 第 1 5 节 采煤机的类型及主要组成 13 第第 2 章章 总体方案的确定总体方案的确定 15 第 2 1 节 MG200 460 WD 型采煤机简介 15 第 2 2 节 摇臂结构设计方案的确定 17 第 2 3 节 截割部电动机的选择 18 第 2 4 节传动方案的确定 19 第第 3 章章 传动系统的设计传动系统的设计 23 第 3 1 节各级传动转速 功率 转矩的确定 23 第 3 2 节 齿轮设计及强度效核 26 第 3 3 节轴的设计及强度效核 32 第 3 4 节截割部行星机构的设计计算 37 第第 4 章章 采煤机的使用与维护采煤机的使用与维护 50 第 4 1 节 采煤机使用过程中常见故障与处理 50 第 4 2 节 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 52 第 4 3 节 采煤机轴承的维护及漏油的防治 53 第 4 4 节 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 56 第 4 5 节 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策 62 第 4 6 节 井上检查与试运行 66 第 4 7 节 采煤机的操作 66 第 4 8 节 采煤机的井下安装 68 第 4 9 节 采煤机的维护 70 第 4 10 节 采煤机常见故障的一般处理方法 71 2010 届本科生毕业设计 0 第第 1 章章 概述概述 第第 1 1 节节 采煤机发展的历史采煤机发展的历史和现状和现状 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 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 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 截煤滚筒可以在 使用中调整其高度 完全解决对煤层赋存条件的适应性 2 把 圆筒形截割滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒 即螺旋滚筒 极大地 提高了装煤效果 这俩项关键的改进是滚筒式采煤机称为现代化 采煤机械的基础 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 从此 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 2010 届本科生毕业设计 1 我国现行采煤机摇臂壳体的设计基本上都采用传统的设计方 法 根据经验和以往设计实例设计人员在纸面上设计所需的产品 根据小功率采煤机摇臂尺寸适当加大来设计更大功率的采煤机摇 臂 如果出现问题或不满足预定设计要求的情况 就要修改设计 这 在现实设计中确实出现了许多的问题 随着采煤机装机功率越来 越大 单纯依靠经验 根据小型机器设计大功率机器和加大安全系 数的方法 往往使设计产品的尺寸越来越大 结构的应力分布 变 形分布 内力分布也很难得到合理保证 然而通过对采煤机摇臂 进行有限元分析 可以得出采煤机摇臂壳体在不同位置 不同工况 的应力 应变规律 摸清其危险截面 极限工况 极限载荷和极限 应力 提出摇臂承载能力的优化方案 同时还可以对摇臂壳体固有 频率 各阶振型 动力性能进行探索性分析研究 应用该技术可 以在产品设计阶段预测产品质量 使产品在投入生产之前进行优化 以提高产品质量 从而缩短产品开发周期 进而降低开发成本 提高 市场竞争力 第第 1 2 节节 我国采煤机我国采煤机 30 多年的发展进程多年的发展进程 1 2 1 20 世纪世纪 70 年代是我国综合机械化采煤起步阶段年代是我国综合机械化采煤起步阶段 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 70 年代 我国采煤机的发展有以下特点 1 装机功率小 2010 届本科生毕业设计 2 例如 MLS3 170 型双滚筒采煤机 装机功率 170KW KD 150 型双滚筒采煤机 装机功率 150KW DY 100 和 DY 150 型单 滚筒采煤机 装机功率 100KW 和 150KW 2 有链牵引 输出牵引力小 此时期的采煤机牵引方式都是圆环链轮与牵引链轮啮合传动 传递牵引力小 牵引力在 200KN 以下 3 牵引速度低 由于受液压元部件可靠性的限制 设计的牵引力功率较小 牵引速度一般不超过 6m min 4 自开切口差 由于双滚筒采煤机摇臂短 又都是有链牵引 很难割透两端头 且容易留下三角煤 故需要人工清理 单滚筒采煤机更是如此 5 工作可靠性较差 我国基础工业比较薄弱 元部件质量较差 反映在采煤机的寿 命普遍较低 特别是液压元部件的损坏比较严重 1 2 2 20 世纪世纪 80 年代是我国采煤机发展的兴旺时期年代是我国采煤机发展的兴旺时期 20 世纪 70 年代后期 我国总共引进 143 套综采成套设备 世界主要采煤机生产国如英国 德国 法国 波兰 日本等都进 入中国市场 其技术也展示在中国人的面前 为我们深入了解外 国技术和掌握这些技术创造了条件 同时通过 20 世纪 70 年代自 行研制采煤机的实践 获得了成功和失败的经验与教训 确立了 我国采煤机的发展方向 即仿制和自行研制并举 解决难采煤层的问题是 20 世纪 80 年代重大课题之一 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 2010 届本科生毕业设计 3 解决短工作面的开采问题 短煤臂采煤机的研制 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 20 世纪 70 年代开发的采煤机 一种类型只有一个品种 十 分单一 覆盖面小 很难满足不同煤层开采需要 20 世纪 80 年 代起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 2 元部件攻关先行 促使采煤机工作可靠性的提高 总结 20 世纪 70 年代采煤机开发中的经验教训 元部件的可 靠性直接决定采煤机开发的成功率 所以功关内容为 主电机的 攻关 以解决烧机的现象 齿轮攻关 从选择材质上 热处理工 艺上着手 学习国内外先进技术成功经验 以德国齿轮为目标进 行攻关 达到预期目的 解决了低速重载齿轮早失效的问题 液 压系统和液压元部件的攻关 主油泵和油马达的可靠性直接影响 牵引部工作的可靠性 在 20 世纪 80 年代中期 把斜轴泵 斜轴 马达 阀组和调速机构等都列入重点攻关内容 3 无链牵引的推广使用 使采煤机工作平稳 使用安全 在引进大功率采煤机的同时 无链牵引技术传入中国 德国 艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵 引占绝大多数 而且技术成熟 为此 我国研制采煤机的无链牵 引都向引进机组的结构上靠拢 仿制和引进技术生产的采煤机更 2010 届本科生毕业设计 4 是如此 无链牵引使采煤机工作平稳 使用安全 承受的牵引力 大 因此 得到用户的广泛欢迎 大功率采煤机都采用无链牵引 系统 1 2 3 20 世纪世纪 90 年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代 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 电牵引采煤机的研制从 20 世纪 80 年代开始起步 20 世纪 90 年代全面发展 电牵引的发展存在 直流和交流两种技术途径 进入 20 世纪 90 年代后 交流变频调 速技术在中厚煤层采煤机中推广使用 上海分院先后开发成功 MG200 500 WD MG200 450 BWD MG250 600 WD MG400 920 WD 和 MG450 1020 WD 等采煤机 变频调速 箱可以是机载 也可以是非机载 另外派生出 8 种机型 都已投 入使用 取得较好的效果 太原矿山机械厂在引进英国 Electra1000 直流电牵引全套技术的基础上 开发出 MG400 900 WD 和 MG250 600 WD 型两种电牵引采煤机 鸡西煤机厂 辽源 煤机厂也开发了交流电牵引采煤机 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 2010 届本科生毕业设计 5 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 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 我国开发的电牵引采煤机 一般都采用横向布置 各大部件 由单独的电动机驱动 传动系统彼此独立 无动力传递 结构简 单 拆装方便 因而有取代电动机纵向布置的趋势 2 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小 在装机功率方面 我国的液压牵引采煤机装机功率达到 800KW 电牵引采煤机装机功率达到 1020KW 其牵引功率为 2X50KW 可满足高产高效工作面对功率的要求 在牵引力和牵 引速度方面 电牵引的最大牵引力已达到 700KN 最大牵引速度 达 12 56m min 微处理机的工矿监测 故障显示 无线电离机控 制等方面已达到较高技术水平 3 液压紧固技术的开发研究取得成功 采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素 而 且解决难度较大 液压螺母和专用超高压泵 在电牵引采煤机中 得到推广应用 防松效果显著 基本解决采煤机连接可靠性的问 题 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 我国煤矿综合机械化采煤设备的研制水平 经过几十年的引 2010 届本科生毕业设计 6 进技术 消化吸收和自主研发 已有长足进步 国内某些技术如 综采放顶煤支架技术处于国际领先水平 国产综采设备的主要技 术参数已接近或达到本世纪初的国际先进水平 落后约 5 年 国 产综采设备的机电一体化程度接近或达到 20 世纪 90 年代中期的 国际先进水平 落后约 10 年 国产综采设备的可靠性接近或达 到 20 世纪 90 年代初的国际先进水平 落后约 15 年 国产设备 的价格约是引进设备的 1 2 中国煤机制造企业设计制造的煤矿 机电装备已经广泛地在国各类煤矿中使用 成为中国煤矿工业技 术装备的主体 为中国煤矿安全生产和高产高效矿井的建设提供 了可靠的保证 我国 20 世纪 80 年代曾大量引进德国 英国 波兰 日本液 压牵引采煤机 通过技贸结合于 80 年代引进英国液压牵引采煤 机技术 90 年代引进德国直流电牵引采煤机技术 通过引进消化 于 80 年代掌握了德国液压牵引采煤机技术 通过引进消化再创 新于 90 年代掌握了国际先进的交流变频电牵引采煤机技术 2005 年初步掌握了大功率大采高采煤机技术和机电一体化技术 2001 年大倾角电牵引采煤机和 2002 年短壁电牵引采煤机标志着 我国采煤机总体设计技术达到或接近国际先进水平 2001 年能量 回馈型四象限交流变频技术 2002 年中压开关磁阻调速和中压电 磁调速 2005 年中压交流变频调速技术标志着我国采煤机电气调 速技术达到或接近国际先进水平 目前我国已经研制生产截高 1 5 5 m 倾角 0 55 装机功 率 100 2 215 kW 供电电压 660 3 300 V 的滚筒式采煤机系列产 品 2001 年全国生产采煤机 161 台 其中电牵引采煤机 21 台 占 13 2005 年全国生产采煤机 516 台 其中电牵引采煤机 244 台 占 47 五年中采煤机增长了 2 2 倍 电牵引采煤机增长了 2010 届本科生毕业设计 7 10 6 倍 1990 年我国掌握并向波兰出口交流变频电牵引技术 1998 年以来我国已向印度 孟加拉 越南 俄罗斯等国出口 200 600 kW 的液压牵引采煤机和 930 kW 的电牵引采煤机 14 台 国内主要生产企业有鸡西煤矿机械公司 西安煤矿机械厂 太原矿机集团公司 天地科技股份有限公司上海分公司等 其 2005 年生产的采煤机分别占全国的 26 18 13 9 2 大功率厚煤层电牵引采煤机 大功率厚煤层电牵引采煤机 以下简称采煤机 2002 年来 引进 27 台 2004 年列入国家科技部项目 4 5 m 厚煤层综采关键 技术与成套装备 的子项 2006 年列入国家发改委项目 年产 600 万 t 综采成套装备研制 的子项 2001 年天地科技股份有限公司率先开始研制 2005 年 8 10 月西安的 MG 750 1910 WD 上海的 MG 750 1815 GWD 鸡 西的 MG 850 2040 WD 太矿的 MG 750 1800 型采煤机相继出 厂并参加北京国际采矿展 到 2006 年 10 月上海 MG7501815 在大同 万利 在华泰 MG800 1915 西安 MG750 1910 WD 在大同已先后采煤 1 Mt 以上 同煤集团四老沟矿在相近条件下使用 Eickhoff SL 500 和国产 MG 800 1915 WD 到 2006 年 9 月累计采煤面积分别为 920 200 m2 和 209 838 m2 平均产量分别为 5 415 t d 和 3 776 t d 在相近的低强度开采条件下 国产采煤机达到进口采 煤机产量的 70 到 2006 年 10 月 同煤集团白洞矿使用 MG 750 1815 WD 累计采煤面积 126 633 m2 平均产量 3 121 t d 在神华主力工作面的高强度开采条件下 目前还不敢 2010 届本科生毕业设计 8 用国产采煤机 第第 1 3 节节 国外采煤机的发展国外采煤机的发展 今年 4 月份 全球最大的煤炭开采设备生产商之一的 Joy Global Inc JOYG 获得了其在华建厂的首张执照 这家坐落在天津市的工厂预计将于 2007 年年初投产 实际 上 此次建厂正是 Joy Global 提高在华销量计划的一部分 公司 的目标是 2010 年将在华销售额从 2005 年的 1 7 亿美元提升至 5 亿美元 面对中国不断扩大的采矿设备市场 许多外国公司都在跃跃 欲试 Joy Global 并不是唯一的一家 德国的 DBT Group Eickhoff Corp 瑞典的 Sandvik Mining and Construction Ltd 及其他一些大型国际采煤设备 生产商都已设法进入了中国市场 煤矿伤亡事故频发及采煤效率低下问题引起了中国政府的担 忧 目前中国国内正积极地推进煤炭行业的改革重组 未来几年 中国将关闭更多能效低下且存在安全问题的小型煤矿 转而组建 一些大型煤炭生产集团 在这样的背景下 对于高端采矿设备的需求也在相应上升 而国内的相关设备供应商却无法满足此类需求 这就给海外生产 商提供了抢占市场立足点的机会 美国驻中国使馆事务处的一位资深商务专家梅报春表示 从 开采效率 设备质量 对矿山的环境保护及安全和健康等方面来 考虑 中国的主要采煤设备普遍落后其他国家 10 15 年 虽然中国是全球最大的煤炭生产国 2005 年的煤炭总产量达 21 1 亿吨 但中国煤矿的安全纪录则非常糟糕 几乎每天都有因 2010 届本科生毕业设计 9 煤矿爆炸 透水和塌方导致矿工丧生的报导 2005 年 中国共有 5 986 名煤炭工人在事故中丧生 中国的煤矿数量接近 2 5 万座 其中 90 以上是村镇所有的 小型煤矿 1 高端采矿设施需求强劲 目前 中国煤矿的机械化程度平均为 42 小型煤矿的机械 化程度则更低 极低的自动化和机械化水平意味着煤炭采出率少 得可怜 中国煤矿目前的平均采出率仅为 35 左右 小型煤矿的采出 率更是不到 10 煤炭行业的数据显示 中国约五分之二煤矿的 年产量均不到 3 万吨 除了关闭安全状况差及非法的煤矿 此类煤矿使用的一般都 是小型采矿设备 外 中国还将在 2010 年前建立 13 个大型煤炭 生产基地 并组建 5 7 家年产量超过 1 亿吨的大型煤炭生产商 在 2010 年年底前 国有大中型煤矿的机械化程度将从目前 75 的平均水平分别提高至 95 和 80 不过 凯基证券 KGI Securities 分析师张伟 Aaron Zhang 表 示 国产的采煤设备已经过时 而且主要是在小型煤矿中使用 实际上 刨煤机 综掘机和支架等一些关键的井下采煤设备还需 依赖进口 中国 90 的煤矿都属于井下作业 Joy Global 的一位管理人士表示 该公司在中国最畅销的产 品是连续采煤机 这种设备已在美国和其他发达国家的大型煤矿 中得到了普遍使用 这位不愿透露姓名的管理人士称 到目前为止 中国的生产 商已生产出几台类似的样机 但还远没有达到真正的商业化水准 2010 届本科生毕业设计 10 2 中国市场吸引全球关注 过去几年来 外国采煤设备生产商亲眼目睹了在华销售额的 大幅增长 2003 年 Joy Global 在中国的销售额仅为 5 000 万美 元 但 2004 年很快激增至 1 4 亿美元 2005 年为 1 7 亿美元 今 年有可能达到 2 亿美元 其他外国公司当然也没有袖手旁观 2005 年末 德国 DBT 集团与中国的煤炭公司达成了三笔大宗合同 这使其中国客户的 数量在不到 18 个月的时间里由 5 个增加到 11 个 其中有一份合 同就是和中国煤炭产量最大的生产商神华集团有限责任公司 Shenhua Group Corp 简称 神华集团 签定的 这也是 DBT 有 史以来签订的最大的一笔订单 该公司在新闻稿中称 合同履行完成后 DBT 对神华集团的 支架交货量将达到 2 700 架 不仅是采煤设备生产商 一些投资公司也开始进入了这片市 场 6 月 14 日 总部在纽约的投资公司 Jordan Co 旗下 International Mining Machinery Ltd 宣布 已向国有黑龙江煤矿机 械集团有限公司 收购了鸡西煤矿机械有限公司和佳木斯煤矿机械 有限公司的全部股权 上述交易在国内遭到激烈的批评 一些业内人士指出 当地 政府不应该把一切都卖给海外公司 因为这两家采煤设备制造企 业生产的综掘机和支架各占到国内销量的近 40 Joy Global 的一位管理人士表示 当前最大的挑战是中国政 府正在不断要求煤炭企业购买国产设备 该管理人士称 除民族主义情绪外 价格也是一个问题 进 口采煤设备通常比国产设备贵 2 3 倍 2010 届本科生毕业设计 11 第第 1 4 节节 采煤机的发展趋势采煤机的发展趋势 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 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 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 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 2010 届本科生毕业设计 12 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 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 以实现检 测 预警 保护 健康诊断 事故查询 维修指导和调度分析等 多种功能 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 目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则 将采煤机 各主要部件 如电动机 截割部固定减速箱 摇臂 滚筒 牵引部 截 牵箱 行走箱 牵引机构等 制定标准 作为适合不同条件的通 用部件 各部件间的连接尺寸一致 这样 就可以根据不同的地 2010 届本科生毕业设计 13 质条件的要求 很容易用积木式方法将各部件组合成新机型 以 扩大采煤机的系列和加速研制过程 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 第第 1 5 节节 采煤机的类型及主要组成采煤机的类型及主要组成 采煤机有不同的分类方法 按工作机构形式可分为滚筒式 钻削式和链式采煤机 按牵引方式可分为链牵引和无链牵引采煤 机 按牵引部位置可分为内牵引和外牵引 按牵引部动力可分为 机械牵引 液压牵引与电牵引 按工作机构位置可分为额面式与 侧面式 还可以按层厚和倾角来分类 2010 届本科生毕业设计 14 2010 届本科生毕业设计 15 第第 2 章章 总体方案的确定总体方案的确定 第第 2 1 节节 MG200 460 WD 型采煤机简介型采煤机简介 2 1 1MG200 460 WD 型采煤机简介型采煤机简介 MG200 460 WD 型采煤机是一台采用多电机驱动 电机横向 布置 采用非机载方式变频调速的无链 Eicotrack 电牵引新型 采煤机 该采煤机适用于煤层厚度 1 1 2 2m 2 6m 工作面倾角 25P0P 两象限变频器 或者 45P0P 四象限变频器 煤层可有 一定仰俯角 煤质中硬 f 4 的煤层中开采 能够配套 630 730 764 等运输机 在综合机械化采煤工作面完成落煤与装煤 采煤机在工作面按斜切方式自开缺口 双向穿梭式采煤 采煤机各部份按组装可分为机身及牵引部 截割部 电气控 制及调速设备 液压调高系统 冷却喷雾系统 辅助装置等 2 1 2 主要技术参数主要技术参数 该机的主要技术参数如下 2010 届本科生毕业设计 16 采高m1 0 1 9 截深 m m 600 适应倾角 25 适应煤质 硬度 F 4 滚筒转速 r min 44 36 摇臂长度 m m 1896 牵引速度 m min 0 6 10 牵引型式 摆线轮 销轨无链牵引 交流变频牵 引 机面高度 m m 853 最小卧底 量 m m 265 灭尘方式 内外喷雾 装机功率 k w 2 2 100 2 25 10 460 电压v 1140 2010 届本科生毕业设计 17 2 1 3MG200 460 WD 型采煤机主要特点型采煤机主要特点 1 机身及牵引部 1 1 主机身分三段 由左牵引部 右牵引部 电控箱组成 与以往相比 取消底托架结构 采用键及高强度液压螺栓联接 简单可靠 装拆方便 1 2 左 右牵引箱分别由 2 台 25kW 交流牵引电机驱动 通 过牵引减速机构来驱动左 右行走轮 行走轮与销轨啮合 驱动 采煤机沿输送机行走 2 截割部 2 1 左 右截割部通过销轴铰接在机身上 没有动力传递 与以往相比 取消了螺旋伞齿轮复杂传动结构 2 2 为了增大装机功率和降低机面高度 左 右截割部分别 由各自的两个截割电机驱动 每个电机功率为 100kW 每个摇臂 的总传递功率为 200kW 2 3 电机采用横向布置方式且布置在销排以外 利于保证下 切深度 2 4 截割机构包括电机 经圆柱直齿轮 行星机构减速后 通过花键轴上的方型联接套与螺旋滚筒连接 来驱动滚筒旋转 2 5 截割电机安装在摇臂上 每个摇臂上采用两个 100kW 的 电机联合驱动 以满足大功率与较低机面高度的需要 2 6 摇臂回转采用铰接结构 与采煤机机身没有机械传动 回转部分的磨损和机身联接螺栓的松动不会对截割传动部齿轮啮 合产生不利影响 2 7 摇臂齿轮传动均采用直齿圆柱齿轮 结构简单 传动效 2010 届本科生毕业设计 18 率高 2 8 采用水套冷却 以降低摇臂齿轮箱的温度 第第 2 2 节节 摇臂结构设计方案的确定摇臂结构设计方案的确定 由于煤层地质条件的多样性 煤炭生产需要多种类型和规格 的采煤机 利用通用部件 组装成系列型号的采煤机 可以给生 产带来很多方便 系列化 标准化和通用化是采掘机械发展的必 然趋势 所以 这里把左右摇臂设计成对称结构 第第 2 3 节节 截割部电动机的选择截割部电动机的选择 由设计要求知 截割部功率为 2 2 100KW 即每个截割部 功率为 200KW 由两个发动机共同驱动 根据矿下电机的具体工作情况 要 有防爆和电火花的安全性 以保证在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯 的空气中绝对安全 而且电机工作要可靠 启动转矩大 过载能力 强 效率高 电动机 YBCS3 100 其主要参数如下 型号 YBCS3 100 工作制 S1 功率 kW 100 接法 Y 极数 4 绝缘等级 H 额定电压 V 1140 2010 届本科生毕业设计 19 冷却方式 水套冷却 额定电流 A 68 冷却水量 l min 25 频率 Hz 50 冷却水压 MPa 1 5 转速 r min 1470 外形尺寸 400 870 该电机总体呈圆形 其电动机输出轴上 带有渐开线花键 通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构 截割电机 2010 届本科生毕业设计 20 第第 2 4 节传动方案的确定节传动方案的确定 2 4 1 传动比的确定传动比的确定 滚筒上截齿的切线速度 称为截割速度 它可由滚筒的转速 和直径计算而的 为了减少滚筒截割产生的细煤和粉尘 增大块 煤率 滚筒的转速出现低速化的趋势 滚筒转速对滚筒截割和装 载过程影响都很大 但对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是 截割速度而不是滚筒转速 总传动比 总 i 14 33 36 44 1470 滚 总 n n I 电动机转速 r minn 滚筒转速 r min 滚 n 2 4 2 传动比的分配传动比的分配 在进行多级传动系统总体设计时 传动比分配是一个重要环 节 能否合理分配传动比 将直接影响到传动系统的外阔尺寸 重量 结构 润滑条件 成本及工作能力 多级传动系统传动比 的确定有如下原则 1 各级传动的传动比一般应在常用值范围内 不应超过所 允许的最大值 以符合其传动形式的工作特点 使减速器获得最 小外形 2010 届本科生毕业设计 21 2 各级传动间应做到尺寸协调 结构匀称 各传动件彼此间 不应发生干涉碰撞 所有传动零件应便于安装 3 使各级传动的承载能力接近相等 即要达到等强度 4 使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等 从而 使润滑比较方便 由于采煤机在工作过程中常有过载和冲击载荷 维修比较困 难 空间限制又比较严格 故对行星齿轮减速装置提出了很高要 求 因此 这里先确定行星减速机构的传动比 本次设计采用 NWG 型行星减速装置 其原理如图所示 该行星齿轮传动机构主要由太阳轮 a 内齿圈 b 行星轮 g 行星架 x 等组成 传动时 内齿圈 b 固定不动 太阳轮 a 为主动 轮 行星架 x 上的行星轮 g 面绕自身的轴线 ox ox 转动 从而 驱动行星架 x 回转 实现减速 运转中 轴线 ox ox 是转动的 a 太阳轮 b 内齿圈 g 行星轮 x 行星架 NWG行星机构 2010 届本科生毕业设计 22 这种型号的行星减速装置 效率高 体积小 重量轻 结构 简单 制造方便 传动功率范围大 可用于各种工作条件 因此 它用在采煤机截割部最后一级减速是合适的 该型号行星传动减 速机构的使用效率为 0 97 0 99 传动比一般为 2 1 13 7 如上图 所示 当内齿圈 b 固定 以太阳轮 a 为主动件 行星架 g 为从动 件时 传动比的推荐值为 2 7 9 查阅文献 4 采煤机截割部行星 减速机构的传动比一般为 4 6 这里定行星减速机构传动比 75 4 b ag i 则其他三级减速机构总传动比 总 II b ag i 33 14 4 75 6 98 由于采煤机机身高度受到严格限制 每级传动比一般为 4 3 j i 根据前述多级减数齿轮的传动比分配原则和摇臂的具体 结构 初定各级传动比为 85 1 1 i 67 1 2 i 26 2 3 i 以此计算 四级减速传动比的总误差为 85 1 14 33 1 67 2 26 4 75 33 14 0 2 在误差允许范围 5 内 合适 2010 届本科生毕业设计 23 第第 3 章章 传动系统的设计传动系统的设计 2010 届本科生毕业设计 24 截割部传动系统图 第第 3 1 节各级传动转速 功率 转矩的确定节各级传动转速 功率 转矩的确定 摇臂齿轮传动箱 简称摇臂 其左右对称 是采煤机的主要 部件之 一 除左右摇臂箱体外 其它内部各件均可互换 摇臂由箱 体 轴组 行星传动机构以及离合器 冷却喷雾装置等组成 它 将截割电机的动力传到滚筒 1 截一轴组件 截割电机的动力通过花键传递到截一轴轴组件 共两组 截 一轴组件主要由轴齿轮 堵 挡圈和轴承 两个 等组成 2 惰一轴轴组件 惰一轴轴组件由两个轴承 轴 齿轮和垫圈及挡圈等组成 通过该轴组将二个电机的动力叠加起来 3 惰二轴轴组件 该轴组与惰二轴相似 除齿轮齿数不同外 其他完全一致 4 截二轴轴组件 截二轴轴组件由两个调心滚子轴承 1 齿轮 2 和 4 垫 3 轴 5 等组成 轴组通过轴承支承到摇臂箱体上 5 截三轴轴组件 该轴为轴齿轮 支承在轴承上 靠采空侧的轴端装有齿轮 与截三轴组齿轮相啮合 6 惰三轴轴组件 惰三轴组为惰轮轴组件 惰轮内装有轴承和轴套 齿轮支承 在惰轮轴上 利用孔用挡圈与垫圈使轴承定位 惰轮轴两端装有 O 形圈 用以防止箱内润滑油外漏 2010 届本科生毕业设计 25 7 截四轴轴组件 VII 轴组件的作用之一是将直齿轮的动力通过花键传入行星 机构 齿轮 3 由两个圆拄滚子轴承 1 支承在轴承套和大端盖上 挡圈 2 用来阻挡太阳轮的轴向窜动 轴向间隙应调整在 0 12 0 32mm 之间 8 行星机构 行星机构主要由太阳轮 行星轮 内齿圈 行星架 支承轴 承和平面浮动密封装置 方形联接套等组成 太阳轮的另一端与 截四轴齿轮 3 的内花键相联 输入转矩 当太阳轮转动时 驱动 行星轮沿本身轴线自转 同时又带动行星架绕其轴线转动 行星 架通过花键和方形联接套联接 将输出转矩传给滚筒 行星机构 通过止口 螺栓 销子与摇臂箱体固定 I 轴 1470 1 n r min IV 轴 3 n 1470 1 i 1470 1 85 795r min V 轴 47767 1 795 234 inn min r VII 轴 min 21126 2 477 347 rinn 各轴功率计算 I 轴 1002 31 PP 0 99 198kW II 轴 9922 2 1212 PP 0 98 0 99 2 190 2kW III 轴 2 190 1223 PP 0 98 0 99 184 5kW IV 轴 5 184 31234 PP 0 98 0 99 0 99 177 2 kW V 轴 2 177 31245 PP 0 98 0 99 0 99 170 2 kW VI 轴 2 170 1256 PP 0 98 0 99 165 2kW VII 轴 2 165 31267 PP 0 98 0 99 0 99 158 6 2010 届本科生毕业设计 26 kW 各轴扭矩计算 I 轴 95509550 1 1 1 n P TmN 1286 32 1470 198 IV 轴 95509550 4 4 3 n P TmN 3 62128 795 177 2 V 轴 95509550 5 5 4 n P TmN 57 3407 477 170 2 VII 轴 95509550 7 7 7 n P TmN 34 7178 211 6 158 将上述计算结果列入下表 供以后设计计算使用 编号功率 kW 转速 n r min 1 转矩 T N m 传动 比 轴19814701286 321 79 轴177 24772128 631 56 轴165 22113407 572 29 轴158 61217178 344 75 第第 3 2 节节 齿轮设计及强度效核齿轮设计及强度效核 这里主要是根据查阅的相关书籍和资料 借鉴以往采煤机截 割部传动系统的设计经验初步确定各级传动中齿轮的齿数 转速 传动的功率 转矩以及各级传动的效率 进而对各级齿轮模数进 2010 届本科生毕业设计 27 行初步确定 具体计算过程级计算结果如下 统的设计经验初步 确定各级传动中齿轮的齿数 转速 传动的功率 转矩以及各级 传动的效率 进而对各级齿轮模数进行初步确定 截割部齿轮的 设计及强度效核 具体计算过程及计算结果如下 计算过程及说明计算结果 2010 届本科生毕业设计 28 1 选择齿轮材料 查文献 1 表 8 17 齿轮选用20CrMnTi 2 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级 按估 3 111t np0 022 n 0 013v 取圆周速度 smvt 9 710 参考文献 1 表 8 14 表 8 15 选取 小轮分度圆直径 由式 8 64 得 1 d 3 2 H HE d 1 1 ZZZ u 1ukT2 d 齿宽系数查文献 1 表 8 23 按齿轮相对轴承为非对称布 d 置 取 0 6 d 小轮齿数 20 1 Z 1 Z 大轮齿数 37 2 Z 2 Z 2085 1 11 Zi 齿数比 uu20 37 12 ZZ 传动比误差 误差在范围内0 uu 3 小轮转矩mmNT 1286320 1 载荷系数 由式 8 54 得K KKKKK VA 使用系数 查表 8 20 A K 动载荷系数 查图 8 57 得初值 V K Vt K 齿向载荷分布系数 查图 8 60 K HRC 56 62 smvt 9 710 公差组 7 级 0 6 d 20 1 Z 37 2 Z 1 79u 合适 1 75 A K 1 11 Vt K 2010 届本科生毕业设计 32 齿间载荷分配系数 由式 8 55 及得 K0 cos Z 1Z 1 2 388 1 21 1 88 3 2 1 29 1 37 1 617 查表 8 21 并插值 1 K 则载荷系数的初值