中厚煤层采煤机牵引部设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 1 摘要摘要 本文是新型采煤机牵引部整体设计的说明书 设计通过参考大量产 品资料和指导老师的指导 分析以往典型采煤机在中 厚煤层开采中的 液压部分存在的问题 利用多种方法改进 权衡许多重要参数最终将牵 引部定为由液压装置提供动力 齿轮在轨道上行走的基本形式 将采煤 机的直线行走运动性能十分稳定 本文主要是关于牵引部的整体设计以及行走箱的设计 主要阐述行 走箱各轴 齿轮以及轴承等的选型及选型和改进措施 其中以动力传动 与行走机构的确定为主 还有关于牵引部的总体传动系统的传动比的计 算 最后 为牵引部的生产和使用中遇到的实际问题以及问题的解决提 了一些要求和建议 帮助用户能更好的使用机器 设计说明书中不易表 达出来的地方还配有图纸来说明 关键词 采煤机 牵引部 行走箱 牵引机构 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 2 Abstract Shearer traction in this paper is the new Department of the overall design of brochures Design of a large number of products through reference information and guidance to the guidance of teachers analysis of typical Shearer in the past thick seam mining in the hydraulic part of the existing problems and use various methods to improve balance many important parameters of the traction will eventually be ground Hydraulic devices powered gear running on the track in the basic form Shearer will walk a straight line movement of very stable This article is about the overall design of the Department of traction as well as the design of walking box walking on the main shaft gears and bearings such as the selection and selection and improvement measures Power Traction and walking mechanism is mainly confirmed Traction is also available on the Department of the overall transmission ratio of the transmission system of calculation Finally the Department of traction for the production and use of the practical problems encountered in the settlement of the issue and mentioned a number of requests and suggestions to help users better use of machinery Design Manual difficult to express in the local also has drawings to illustrate Key words Shearer traction Department walking box traction 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 3 目录目录 1 绪 论 4 1 1 采煤机械的技术现状与发展趋势 4 1 2 中国煤炭开采的重要性 5 1 3 设计意义 5 2 牵引部的整体方案设计 7 2 1 牵引形式的选择 7 2 2 牵引机构的选择 10 2 2 1 链牵引机构 10 2 2 2 无链牵引机构 10 2 3 牵引部的组成及特点 12 2 4 牵引机构结构和动力设计方案的确定 14 2 4 1 牵引部与行走箱一体设计 14 2 4 2 牵引部和行走箱独立箱体设计 14 2 5 此种设计对牵引部的要求 15 2 6 牵引阻力的确定 16 2 7 减速机构的选用 17 2 7 1 减速器的概述 17 2 7 2 主要减速器特点比较及选择 17 2 8 润滑方式及齿轮油的确定 18 2 9 密封形式的确定 19 3 牵引部的主要技术参数及动力设计 20 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 4 3 1 液压马达的选取 20 3 2 牵引机构传动方案的设计 20 3 2 1 传动比的计算 20 3 2 2 确定齿轮模数和齿数 22 3 2 3 确定各轴输入扭矩 转速 输入功率 23 3 3 齿轮变位计算 24 3 3 1 计算马达齿轮 惰轮及牵引齿轮的齿轮变位系数 25 3 3 2 马达齿轮 惰轮及牵引齿轮尺寸计算 26 3 4 马达齿轮校核 27 3 5 齿轮轴设计及校核 30 3 5 1 中心齿轮轴设计校核 30 4 行星轮设计及计算 36 4 1 齿轮材料 热处理工艺和制造工艺的选定 36 4 2 确定各主要参数 37 4 3 几何尺寸计算 39 4 4 啮合要素验算 40 4 5 齿轮强度校核 41 5 行走箱的设计 47 5 1 直齿轮传动设计 47 5 1 1 齿轮设计 47 5 1 2 齿轮的变位及尺寸计算 50 5 1 3 齿轮接触强度修正校核 53 5 1 4 齿根弯曲疲劳强度校核计算 53 5 2 花键轴的设计计算及轴承的选型与寿命的计算 55 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 5 5 2 1 花键轴的设计计算 55 5 2 2 轴承的选型及寿命的计算 58 5 3 牵引部机箱体的设计思路 59 6 安装 检测维修与故障处理 61 6 1 采煤机牵引部的安装与调试 61 6 2 牵引部的维修与检修 61 6 2 1 牵引部的维护 61 6 2 2 牵引部的检修 62 6 3 采煤机牵引部的故障分析和处理 63 6 3 1 故障分析处理的原则依据 63 6 3 2 处理故障的步骤 63 6 3 3 常见故障分析与处理 64 6 3 4 磨损检测 66 7 总结 67 致谢 68 参考文献 69 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 6 1 1 绪 绪 论论 1 11 1 采煤机械的技术现状与发展趋势采煤机械的技术现状与发展趋势 目前国内使用的采煤机械主要是可调高的双牵引部液压采煤机 这 种经过改进的液压牵引采煤机 可追溯到长臂截煤机 是早期用于煤层 底部掏槽的采煤机械 最早的滚筒采煤机是在截煤机的基础上 将减速 箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演变成的 这种滚筒采煤 机与可弯曲输送机配套 奠定了煤炭开采机械化的基础 早期的滚筒采 煤机主要存在 2 个问题 1 截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整 即所谓的固定滚筒 对煤层厚度及变化适应性差 2 截煤滚筒的装煤效果不佳 即所谓的圆形滚筒 限制了采煤 机生产率的提高 20 世纪 60 年代 英国 德国 法国和前苏联等先后 对采煤机的截割滚筒做出两项改进 一是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 二是把圆形滚筒改进成螺旋 叶片截煤滚筒 极大地提高了装煤效果 这两项改进使滚筒式采煤机成 为现代化采煤机械的基础 在滚筒采煤机发展的同时 还研制出用刨削 方式落煤的刨煤机 以钻削方式落煤的钻削式采煤机 以及螺旋钻式采 煤机 现代滚筒采煤机均为可调高摇臂滚筒采煤机 其发展是从有链到 无链 由机械牵引到液压牵引再到电牵引 由单机纵向布置驱动到多机 横向布置驱动 由单滚筒到双滚筒 且向大功率 遥控 遥测 智能化 发展 其性能日臻完善 生产率和可靠性进一步提高 工况自动监测 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在采煤机上得 到应用 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 7 1 2 中国煤炭开采的重要性中国煤炭开采的重要性 从资源上看 我国富煤贫油 一次能源以煤为主 在探明的化石能 源中 煤炭占 94 3 石油天然气仅占 5 7 其中煤炭探明可采储量 1145 亿吨 按同等发热量计算 相当于目前已探明石油和天然气总和 的 17 倍 煤炭提供了 78 的发电能源 70 的化工原料和 60 民用商品 能源 国家的资源条件决定了我国在未来相当长的一段时间内 只能选 择以煤为主的一次能源结构 从经济上来看 煤炭与其他能源相比具备明显的优势 按同等发热 量比较 煤炭价格仅相当于石油的 1 3 电里的 1 7 天然气的 1 4 对 于我国这样一个经济上还欠发达的国家来说 煤炭是我国目前最经济 最现实的能源 从环保来看 煤炭通过发展洁净煤技术 经过洁净加工后可减少煤 的硫分 灰分 通过洁净燃烧可显著减排大量的 SO2和一定量的 CO2 通过转化可把煤变为清洁的液体 气体燃料 使煤炭得到清洁的利用 因此可以说 未来的煤炭工业将完全有可能是一个洁净的新型的工业 从需求前景来看 我国人均能源消费量不足世界人均能源消费水平 2 4 吨标准煤 的一半 仅为发达国家的 1 10 1 5 经济快速发展和 人民生活水平的不断提高 将使得我国人均能源消费量和能源消费总量 长期保持着高增长态势 预计 十一五 期间 我国煤炭需求量年均增 长增长 2000 万吨左右 到 2010 年煤炭需求总量将超过 12 亿吨 1 3 设计意义设计意义 面对煤炭需求量的不断增加 采煤的机械化和自动化是煤炭工业高 产高效 增强竞争力的必有之路 机械化作业对于提高劳动生产率 改 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 8 善劳动条件和环境 降低工人的劳动强度 实现安全文明生产有着非常 积极的意义 而且随着煤炭工业的高速发展 现场对安全可靠的采煤机 的需求显得非常的迫切 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 9 2 2 牵引部的整体方案 牵引部的整体方案设计设计 采煤机的牵引机构是采煤机的重要组成部件 它不但负担采煤机的 移动和非工作时的调动 而且牵引速度的大小直接影响工作机构的效率 和质量 并对整机的生产能力和工作性能产生很大影响 因此 此设计 应首先确定牵引部的整体方案 牵引部包括牵引机构及传动装置两部分 牵引机构是直接移动机器 的装置 它分为钢绳牵引 链牵引及无链牵引等几种 传动装置是用来 驱动牵引机构的 按传动类型有机械传动 液压传动及电传动等几种 传动装里位于采煤机上的称为内牵引 位于工作面两端的称为外牵引 大部分采煤机都采用内牵引 只有在某些薄煤层采煤机中 为了充分利 用电动机功率来割煤并缩短机身 才采用外牵引 2 1 牵引形式的选择牵引形式的选择 采煤机牵引部传动装置的功用是将电动机的能量传到主动链轮或驱 动轮 并满足牵引部的要求 现有的牵引部传动装置分为机械牵引 液 压牵引 电气牵引三种 1 机械牵引 具有纯机械传动装置的牵引部简称机械牵引 其特点是工作可靠 但只能有级调速且结构复杂 目前己很少应用 这种机械牵引系统为了实现调速 停止 换向 保护过载等 轴和 齿轮非常多 外加离合器 制动闸等 结构非常复杂 并且在工作时 能得到的工作速度非常有限 因此不采用此种牵引装置 2 液压牵引 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 10 液压传动的牵引部具有无级调速特性 且换向 停止 过载保护易 于实现 及实现根据负载自动调运 保护系统比较完善 因而获得广泛 应用 其缺点是 油液容易污染 致使零部件容易损坏 使用寿命较低 牵引部都采用容积调速 并且都采用变量泵一定量马达系统 其主 回路有开式系统及闭式系统两种 1 开式系统 液压泵从油箱吸油 向液压缸或液压马达供油 其回油直接回油箱的主回路称为开式系统 开始系统主要配备换向阀 安全阀 和采用变量主液压泵 就可以实现牵引部换向 安全保护和调 速的基本功能 换向阀和安全阀都附设在液压马达的壳体上 整流阀组则附设在液 压泵内 所以液压系统的外部管路很简单 在液压泵和液压马达之间只 有一根软管 安装比较方便 开式系统的优点是 系统较简单散热条件好 其缺点是需要大量的 油池 油池中的脏物和空气较容易进入液压系统 使系统受到污染 使 得工作条件恶化 并且工作时的稳定性差 不适合传动要求高的机械中 2 闭式系统 闭式系统中主液压泵排出的油直接向液压马达供 应 而液压马达的回油又直接返回主液压泵的吸油口 大部分油液进行 着油液的内循环 由于 1 压力的作用 每个液压元件均有泄漏损失 因此 液压马达排 出的油量就不够主液压泵所吸入的吸油量 会造成主液压泵的吸空 2 主回路油液量减少 油液不断的循环工作 摩擦发热 使系统 油温不断升高 油液粘度降低 液膜变薄而且强度降低 从而使各元件 的工作条件恶化 容易磨损 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 11 3 主回路建立不起所需的背压 因此主回路必须增加补油和热交 换回路 这样的主回路系统才能正常的工作 因此闭式系统的结构较为 复杂 在闭式系统中 油箱容积较小 结构紧凑 由于油液不同空气接触 且油管中的压力高于大气压力 空气和污染物不易进入系统 主回路低 压侧低压侧因有一部分背压 故运转比较平稳 通常闭式系统均采用双 向变量液压泵 其换向和调速均由主泵控制因而没有过剩的流量 效率 较高 所以闭式系统适于大功率和换向频繁的设备 液压牵引采煤机的 牵引部就经常采用此种牵引系统将液压系统采 3 电气牵引 用可控硅整流器供给直流电 即电子控制的调节系统来实现牵引直 流电动机调速的牵引部称为电牵引 具有电牵引部的采煤机称为电牵引 采煤机 它是 1976 年开始发展起来的新一代采煤机 牵引电动机可以 是他激直流电机 也可以是串激直流机 要想改变电动机转速 可以通过以下方法达到 1 保持激磁电流 JB不变 在额定值 即磁通 不变 采用可控硅 触发电路来改变电扼电压 U 可以得到恒转矩调速段 2 保持电枢电压不变 额定位 而减小激磁电流 IB 即减小磁通 使转矩减小 速度增大 以得到恒功率调速段 当然也可以同时 用调节电枢电压与磁场强度的办法来达到调速 电牵引采煤机的优点是 调速性能好 因采用固体元件 所以抗 污染能力强 除电刷和整流子外无易损件 因而寿命和效率高 维修工 作量小 因电子控制的响应快 所以易于实现各种保护 检测和显示 结构简单 机身长度可大大缩短 提高厂采煤机的通过性能和开砍口效 率 所有这些优点 使液压牵引大为逊色 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 12 尽管电气牵引装置存在很多优点 但是在实际应用中技术还不太成 熟 在井下很难以实现 因为井下瓦斯的存在使用电气装置受到一定的 限制 所以本设计不采用电牵引方式 综上所述本设计采用液压闭式系统作为采煤机的牵引形式 2 22 2 牵引机构的选择牵引机构的选择 2 2 12 2 1 链牵引机构链牵引机构 链牵引机构包括矿用圆环链 链轮和链接头三种形式 链传动的缺点且链速不均匀 当平环进入啮合区 角范围内时 链轮与平环开始啮合 链轮窝稽推功平环 牵引速度变化很快 因此工 作时很不稳定 不宜用于采煤机的牵引装置中 必须指出 采用紧够装置时 应保证其有足够的行程或压缩量 避 免松边紧链装置在工作过程中因收缩顶死而呈刚件固定 为此 应当估 计采煤机工作时牵引链中的最大的弹性伸长量 2 2 22 2 2 无链牵引机构无链牵引机构 1 无链牵引的优缺点 随着采煤机向强力 重型化及大倾角的方向发展 其电动机功率已 逐渐增大到 450 一 750kw 牵引力己达到 400 一 600KN 对于这样大的 牵引力 目前的圆环链传动的强度已不能满足实际需要 牵引链极易拉 断 而且拉断时 牵引链储存的巨大弹性能被释放 将造成严重伤害 因此 七十年代以来 无链牵引采煤机得到了大力发展 无链牵引机构 取消了固定在工作面两端的牵引链 而采用采煤机上的驱动轮与输送机 上的齿条等相啮合的方式来移动机器 无链牵引具有一系列优点 1 采煤机移动平稳 振动小 因而载荷均匀 延长了机器的使用 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 13 寿命 故障率也大大减少 2 可利用无链双牵引传动将牵引力提高到 400 一 600kN 以适应 采煤机在大倾角 最大达 54 条件下工作 利用制动器还可使机器的 防滑问题得到解决 3 可以实现工作面多台采煤机同时工作 提高工作面产量 4 啮合效率高 可将牵引力有效地用在割煤上 因它没有原来链 牵引的链条通过三个链轮时产生的围绕折曲啮合合损失 所以噪声也有 降低 5 消除了牵引链带来的断镀 反链敲缸等事故 大大提高了安全 性 无链牵引的缺点是 1 对输送机的弯曲和起伏不平的要求较高 对煤层地质条件变化 的适应件较差 叛及输送机起伏太大 会影响无链牵引机构的啮合 造 成传动件的损坏事故 2 无链牵引机构使机道宽度增加了约 100mm 所以提高了支架控 顶能力的要求 因此 此采煤机的牵引结构采用无链牵引 2 无链牵引机构的分类 据统计 目前已有 20 多种无链牵引机构 但归结起来可分为三类 1 驱动轮 齿条系统 利用牵引部上的驱动轮直接或经齿轨轮 与固定在输送机上的齿条相啮合而移动采煤机 这种无链牵引机构的强 度高 传力大 可获得大的牵引力 可以单牵引或双牵引传动 双牵引 时同一主泵供给相互独立的传动装置 使牵引力增大一倍 但牵引速度 减小一倍 齿条或齿轨的挠曲性好 可以适应输送机的弯曲和起伏 传 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 14 动系统中设有制动装置 机器停止牵引即时制动 以防机器下滑 系统 既可以装在档煤板侧 也可以装在铲煤板侧 以适应不同的需要 所以 驱动轮 齿条系统是目前应用最多的无链牵引机构 2 传动链一齿轨系统 这种牵引机构是通过驱动齿轮经齿轨轮与 铺设在输送机上的圆柱排销式齿轨啮合而使采煤机移动的 其结构如 2 1 所示 驱动轮和中间传动轮都是摆线齿廓 后者采用长齿以适应排 销的起伏 排销的安装方式可以分为固定式与滑动式是两种 固定式排销用螺 栓固定在齿轨座的长孔中 以保证中部槽水平偏转 齿轨座用螺栓固定 在中部槽上 滑动式销排分为两种 一种是将销排安装在输送机导向槽 中 它可以沿导向滑动 但滑动量受到导向槽的挡块限制 并靠间隙来 保证其水平和垂直偏转 另一种是将排销的卡套安装在导向管上 使排 销能沿输送机方向在导向管上滑动 为限制动量 导向管上也有挡块 这种系统可利用原采煤机改装 但因传动链强度低 移动速度不均 磨损大和效率低而应用不多 法国 SIRUS 400 型采煤机采用这种系统 但驱动链轮用水平链轮 传动链采用圆环链 3 液压缸推进系统 利用两个液压缸交替推移前进而使机器移动 工作时 一个液压缸的卡爪夹紧导轨 该缸进油使活塞杆伸出推动机器 前移 另一卡爪松开 活塞杆收回 难备下次推移 这种系统虽可简化 牵引部结构 但是断续运动 卡爪和导软磨损大 因此本设计采用齿轮销排式无链牵引机构如图 2 1 所示 2 32 3 牵引部的组成及特点牵引部的组成及特点 牵引机构由牵引部和行走箱组成 其中牵引部由机壳 牵引马达 液压制动器 马达齿轮轴 惰轮组 牵引轴 中心齿轮组 行星减速器 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 15 及油微侧标尺等主要零部件组成 行走箱由机壳 驱动轮 行走轮组成 该牵引部有以下特点 1 牵引力大 是机器重量的 1 4 倍 2 制动器采用液压制动 制动力大 使采煤机在较大倾角条件 下采煤时 有了可靠的防滑措施 3 采用双极行星减速机构 减速比大 结构简单 行星减速器 采用四行星轮减速机构使轴承的寿命和齿轮的强度大 可靠性高 行星 减速机构为双浮动机构即太阳轮 行星架浮动 以补偿制造和安装误差 使各行星轮均匀承担载荷 4 平滑靴支撑耳及油缸连接耳的设计均考虑了升高机面高度的 配合要求 使机器适应面更广 5 行走箱与牵引部独立箱体设计 使采煤机可以在改变行走箱 的条件下改变机面高度 以适应不同的采高 6 滑轮回转中心与行走轮中心轴同轴 保证行走轮与销轨的正 常啮合 7 左右两个牵引部采用对称设计 8 机壳设计采用可焊铸铜制造 强度高 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 16 图 2 1 齿轮销排式无链牵引机构 2 42 4 牵引机构结构和动力设计方案的确定牵引机构结构和动力设计方案的确定 2 4 12 4 1 牵引部与行走箱一体设计牵引部与行走箱一体设计 牵引部与行走箱设计在一个箱体内部 既不利于防尘 同时制造出 的机箱的总体积也较大 不便于维修 互换性比较差 最重要的是这种 箱体内部结构较为复杂质量过于集中 对轨道的压力过于集中 2 4 22 4 2 牵引部和行走箱独立箱体设计牵引部和行走箱独立箱体设计 牵引部和行走箱独立箱体设计 这样的设计对配不同槽宽的运输机 或不同的牵引形式时只需要改变行走箱 其他主机箱不变 配套适应性 强 两个牵引部和行走箱左右对称分布在两侧 由两个液压马达分别经 牵引不减速驱动实现双牵引 采用现在国内不常使用的销轨式牵引系统 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 17 导向滑靴和行走轮中心合一骑在运输机销轨上 一是保证采煤机不掉道 同时还能保证行走轮和销轨柱销有较好的啮合性能 因此 箱体设计采用牵引部和行走箱独立箱体设计 2 52 5 此种设计对牵引部的要求此种设计对牵引部的要求 1 足够大的牵引力 为在困难条件下割煤 采煤机应有足够大的牵 引力 常见采煤机牵引力如表 2 1 表 2 1 采煤机牵引力的参数匹配 单位为 KW KN 采煤机电动机功 率 50100150200300 牵引力 100100 120160 180200 220250 300 由于无链牵引采煤机可用在大倾角 中 因而一般采用双40 50 牵引传动 采用这种双牵引 牵引力较上定位增大一倍 但牵引速度降 低一倍 目前采煤机的最大牵引力达 2 310kN 2 总传动比大 牵引速度一般为 v9 0 一 10m min 因此传动 装置的总传动比应大于 300 3 总传动比要能在工作过程中随时调节 并且最好能无级调节 这是因为沿工作面煤质的变化及夹矸 硬夹杂物的分布是随机的 必须 根据煤质软硬来调节牵引速度的大小 4 要在电功机转向不变的条件下能反向牵引和停止牵引 采煤 机上行 下行割煤时 电动机方向是一定的 为改变牵引方向 传动链 中应有相应措施 为避免电动机带负荷起动 采煤机停机前应先停止牵 引 使主油位回到零位 此外 在更换齿轮和滚筒凋高 调斜等操作中 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 18 常需要采煤机停止牵引 同时又要开动电动机来供油并使滚筒转动 这 就要求牵引部设置离合器及调速手把的正确零位位置 5 牵引部应有可靠 完善的自动调速系统和完善的保护装置 应 根据电动机负荷 牵引力大小来实现自动调速及过载保护 还应设置油 湿 油质保护和防止机器下滑的装置 6 操作方便 牵引部应有手动操作 离机操作及自动调度等装 置 7 零部件应有高的强度和可靠性 显然本引部只消耗采脱机装 机功率的 10 15 但因牵引速度低 牵引力大 零部件受力大 所以 必须要有足够的强度和可靠性 2 62 6 牵引阻力的确定牵引阻力的确定 牵引阻力是采煤机沿工作面割煤时需要克服的移动阻力 以双滚筒 无链链牵引采煤机上行采煤为例 说明本引阻力的确定 采煤机骑在刮 板输送机上靠两个滑靴 A B 支承在工作面例槽华上 两个滑靴 C D 支 承在采空区测槽帮上 并靠导向管导向 牵引链两端固定在张紧装置上 后者固定在输送机的机头和机尾上 采煤机上行割煤时 滚筒上作用的 外阻力有 推进阻力 垂直底板阻力 及侧向力 根据滚筒上每个齿的 受力情况 不难确定以上诸力的大小和作用位置 在外力及机器员力的 作用下 四个滑靴 A B C 及 D 上的支撑反力和相应的摩擦力 它们可 根据空间力系求得 因滚筒侧向力较小 且对牵引阻力影响不大 故在计算时忽略不计 对无链牵引采煤机通常按倾角 18 来确定牵引力 所以在倾角 16 18 时 必须设置液压安全绞车 对无链牵引采煤机 则应按 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 19 最大倾角来选择牵引力和相应的制动力矩 链牵引采煤机靠牵引部主动 链轮缠绕两端固定在输送机上的牵引链而移动 牵引链一边紧 一边松 为了顺利吐链并消除卡链事故 松动链必须靠紧链装置来保证一定的顶 紧力 牵引部产生的牵引力应大于牵引阻力 并应满足 2 21 PPP 1 式中 P2 牵引链紧边植力 P1 牵引链松边拉力 而链牵引的牵引力则由实际工作的情况可以灵活设计与并且改动要 比链牵引容易的多 2 72 7 减速机构的选用减速机构的选用 2 7 12 7 1 减速器的概述减速器的概述 减速器是原动件和工作机之间的独立闭式传动装置 用来降低转速 和增大转矩以满足各种工作机械的需要 减速器的种类很多 按照传动 的形式的不同可分为齿轮减速器 蜗杆减速器和行星减速器 按照齿轮 传动的级数又可分为单级和多级减速器 按照传动的形式又可分为展开 式 分流式和同轴式减速器 这里仅讨论齿轮传动 蜗杆传动以及由他 们组成的减速器 若按传动和结构特点来划分 这类减速器主要有六种 他们分别是 齿轮减速器 蜗杆减速器 行星减速器 蜗杆齿轮减速器 及齿轮蜗杆减速器 摆线针轮减速器 谐波齿轮减速器 这六种减速器 均有标准系列产品 使用时只需结合所需传动功率 转速 传动比 工 作条件和机器的总体布置等具体要求 从产品目录中或相关手册上选择 即可 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 20 2 7 22 7 2 主要减速器特点比较及选择主要减速器特点比较及选择 1 齿轮减速器的特点 齿轮减速器的特点是效率及可靠性高 工作寿命长 维护简便 应用范围较广 此类减速器按其齿轮的级数可分为单级 两级 三级和 多级的 按其轴在空间的布置可分为立式与卧式 按其运动简图的特点 可分为展开式 同轴式和分流式等 2 蜗杆减速器 蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不太大的情况下 可获得较大的传 动比 工作平稳 噪声较小 但效率比较低 其中 应用最广的是单级 蜗杆减速器 两级蜗杆减速器则应用较少 3 行星减速器 行星减速器由于具有减速比大 体积小 重量轻 效率高等优点在 很多情况下可代替二级 三级以及普通齿轮减速器和蜗杆减速器 参照 机械设计 书中表 18 4 可知 行星齿轮的结构可以使牵引部的整体 尺寸减小 重量减轻 尽管制造精度较高 机构较为复杂但是由于牵引 部要的动力传动要求结构紧凑 根据牵引部传动装置的要求 结合减速 器的效率 外廓尺寸和质量等要求 我们综合分析比较 我们参照 机 械设计 书中表 18 1 18 2 18 3 18 4 四个表中各种减速器的适 用场合 推荐的传动比以及使用特点 牵引部的减速机构采用两级行星 减速器作 2 82 8 润滑方式及齿轮油的确定润滑方式及齿轮油的确定 良好的润滑对于采煤机的使用寿命和传动效率有着很重要的要求 目前 国内外采煤机减速器的润滑方式有三种 飞溅润滑 强迫润滑和 定期注油或脂润滑 目前大多数的采煤机均采用飞溅润滑 飞溅润滑的 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 21 润滑强度高工作零件散热快 而主要优点是简单 对润滑油杂质和粘度 降低较不敏感 并且要求摇臂的结构简单 较小的齿轮靠较大的齿轮带 油并送到啮合处进行润滑 轴承是靠足够的油面高度或溅油润滑的 当 传动零件转速相当高时 这种方法可以使位于不同水平面的传动件得到 良好的润滑 综合考虑润滑的要求和搅动产生的能耗 本设计采用飞溅 润滑 注油高度为距机壳上平面 290mm 320mm 在牵引部顶端设有油 位侧标尺 可观察油面高度 每周检查一次 根据实际情况更换新油 齿轮油的选用 齿轮传动系统的用油与所受的载荷 油池的散热条 件有着密切的关系 减速器的传动件一般都进行渗碳淬火或渗氨 考虑 一般牵引截割速度为 7 75m s 左右 因此根据文献 8 选用 N220 工业极 压齿轮油作为牵引部内的齿轮的润滑油 2 92 9 密封形式的确定密封形式的确定 对密封装置的要求主要有 1 在一定压力下 具有良好的密封性 2 相对运动件间 因密封引起的压力应较小 3 结构简单 易于制造 成本低 寿命长 使用维护简便 采煤机牵引部采用的密封件主要有 O 型密封圈 垫圈 旋转唇形密 封 无骨架密封 迷宫密封和浮动密封这五种 因为齿轮的润滑装置采 用采用飞溅润滑 因此对于箱体的密封要求很高 因此 在惰轮轴及轴 承盖的安装时使用 O 形圈进行密封 而在螺栓连接面使用矩形橡胶垫圈 密封 在一般的轴孔相对运动处采用旋转唇形密封和无骨架密封 在行 星机构输出轴处同时使用迷宫密封和浮动密封 以上密封装置均能满足 采煤机牵引部的设计要求 故按以上的密封装置对牵引部进行密封 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 22 3 3 牵引部的主要技术参数及 牵引部的主要技术参数及动力设计动力设计 以知条件 牵引方式 液压调速齿轮销排式无链双牵引 最大牵引力 400KN 牵引速度 0 7 7m min 总减速比 143 设计为每天两班 每班 8 小时 每年工作 300 天 预期寿命 5 年 3 13 1 液压马达的选取液压马达的选取 驱动轮转速 1105 7 7 min 143 n nr i 牵引部机构运动参数要求由于工作面狭窄 不安全因素多 负载变 化大 采煤机牵引速度低 一般都小于 10r min 结合本设计要求 牵引速度的大小约为 7 7r min 液压马达由泵箱设计提供 采用 EATON54 型定量斜盘式轴向柱塞马达 该马达的主要技术参数 理论排量 3 89 1 cmr 允许最大转速 3720r min 实际使用转速 约 1105r min 允许最大工作压力 41 5MPa 实际工作压力 20 7MPa 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 23 3 23 2 牵引机构传动方案的设计牵引机构传动方案的设计 3 2 13 2 1 传动比的计算传动比的计算 以知总传动比 3 143 e i 1 确定各级传动比 1 各级传动比应在合理范围内 2 应该使大齿轮大致相近 以便有相同的浸油深度 保证各级齿 轮传动具有良好的飞溅 3 设计的齿轮应该防止发生干涉 因此 参考文献 10 初选传动比 采煤机身高度受到严格控制 一 般齿轮传动每级传动比小于 4 行星机构的传动比为 4 6 初定时 1 1 20 30 jj j ii i 首先 参考其他采煤机的参数 结合本机的特点 采用两级直齿轮 和两级行星机构减速 确定各级传动比分配如下 直齿轮减速 i1 1 25 i2 3 5 行星机构减速 i3 5 75 i4 5 75 传动系统的传动简图如图 3 1 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 24 图 3 1 传动系统的传动简图 3 2 23 2 2 确定齿轮模数和齿数确定齿轮模数和齿数 前二级直齿轮的齿数估算 为了防止过多的啮合 尽量考虑选用配 对的齿轮不存在公约数 同时参考无锡采煤机厂的采煤机 选取实数如 下 第一级传动 Z Z1 1 37 Z 37 Z2 2 47 47 第二级传动 Z Z3 3 22 Z 22 Z4 4 76 76 估算一轴的转矩为 T1 252 172 0 99 249 65Nm 因此根据文献 10 根据转矩查表选取第一级的模数为 4mm 第二级模数为 5mm 然后 估算齿数及中心距 考虑到箱体壁厚 及箱体内部空间结构 和保持箱体体积等因素 发现必须在第一级和第二级之间加入惰轮 参 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 25 考其他采煤机的设计 和以上设计中遇到的问题 加入惰轮 惰轮的模 数保持和第一级模数一致 取模数为 4mm 3 2 33 2 3 确定各轴输入扭矩 转速 输入功率确定各轴输入扭矩 转速 输入功率 由公式 2 2 1 1 m m m n n i 各轴输入转速 1 n1105r min 1 1 2 1 1105 2 870 1 1 27 n nr m i 2 3 2 870 1 3 251 8 min 3 455 n nr i 3 4 3 251 8 4 44 2 min 5 7 n nr i 4 5 4 44 2 5 7 75 min 5 7 n nr i 各轴的输入功率 00 22252 172 1105 6029 18NT nKW 马达 1 29 18 0 9928 89KWNN 马达花键 1 23 d 28 89 0 9928 03KWNN 1齿轮轴承 2 23 2d 28 03 0 9927 2KWNN 齿轮轴承 3 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 26 23 32 27 2 0 9926 39KWNN 齿轮轴承 4 43 26 39 0 9825 86KWNN 4 5 545 25 86 0 9825 35KWNN 6 各轴的转矩 55 1 0 1 95 5 1095 5 1029 18 252 17 1105 P TNm n 10 252 172 0 99249 65NTTm 花键 23 d1 252 172 0 99242 24NTTm 齿轮轴承 23 211 i242 24 1 27 0 99298 51NTTm 齿轮轴承 23 322 i298 51 3 454 0 991000 43NTTm 齿轮轴承 4334 i1000 43 5 7 0 985588 4NTTm 5445 i5588 4 5 7 0 9831216 82NTTm 以上部分计算对于以后的设计是个参考 因此不在说明书中详细列 出 有些计算在说明书外进行 对于各轴的转速和传递功率在以后的计 算中也将进行验算 行星机构的齿数重载行星减速器设计中的配齿计算 这种确定 3 33 3 齿轮变位计算齿轮变位计算 已知 1 37z 2 37z 3 47z 1 a h 0 25C 123 4mmm 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 27 3 3 13 3 1 计算马达齿轮 惰轮及牵引齿轮的齿轮变位系数计算马达齿轮 惰轮及牵引齿轮的齿轮变位系数 选择 机械手册 第三卷 中的齿根和齿面承载能力大的 P7 线 按 得出 12 373774zz 0 97x 按表 14 1 10 计算 12 12 2 tan 0 02287 xx invinv zz 查表得 23 37 中心距变动系数 y 12 cos 1 0 947 2cos zz y 中心距 a 112 1 4 74 0 947 4155 64 22 m zz am ymm 因此取中心距 155 64amm 总变位系数 x 12 2tan invinv xzz 代入各参数得 0 81x 由及决定坐标点通过点引与其他相邻 12 37 2 zz 0 947 0 473 22 y 的 线与 s 线 过做垂线 有得 l 1 z 1 37z 1 0 48x 所以 21 0 970 480 49xxx 齿顶变位系数 y 12 0 970 9470 021yxxy 计算惰轮与牵引齿轮的计算方法大致与上面相同 由于说明书篇幅 的原因 具体计算在说明书外进行 得牵引齿轮变位系数 3 0 31x 0 04y 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 28 3 3 23 3 2 马达齿轮 惰轮及牵引齿轮尺寸计算马达齿轮 惰轮及牵引齿轮尺寸计算 1 马达齿轮 节圆直径 111 37 4148dz mmm 齿顶高 111 5 825 aa hhxy mmm 齿根高 111 3 08 fa hhCx mmm 齿顶圆直径 111 2159 66 aa ddhmm 齿根圆直径 111 2141 84 ff ddhmm 2 惰轮 节圆直径 222 37 4148dz mmm 齿顶高 222 5 72 aa hhxy mmm 齿根高 222 3 04 fa hhCx mmm 齿顶圆直径 222 2158 544 aa ddhmm 齿根圆直径 222 2141 92 ff ddhmm 3 牵引齿轮 节圆直径 333 47 4188dz mmm 齿顶高 333 5 08 aa hhxy mmm 齿根高 333 3 76 fa hhCx mmm 齿顶圆直径 333 2198 16 aa ddhmm 齿根圆直径 333 2180 08 ff ddhmm 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 29 3 43 4 马达齿轮校核马达齿轮校核 因为马达齿轮与牵引轴齿轮之见有惰轮存在 而惰轮没传动比 只改变传动方向 相当于马达齿轮与牵引轴齿轮传动 计算过程中参考的公式和数据图表编号根据 机械设计 齿轮强度校核公式 1 1 2 5 t HE KF u Z bdu 3 1 其中 齿轮接触疲劳强度 MPa H 材料的弹性影响系数 E Z 1 2 MPa 载荷系数K 齿轮正常工作力 N t F 齿轮传动比u 齿轮齿宽 mb d 齿轮分度圆直径 m 1 选定齿轮类型 精度等级及材料 1 按齿轮传动方案 选用直齿圆柱齿轮传动 2 采煤机为一般机器 速度不高 故选用 7 级精度 3 材料选择 马达齿轮材料选用 40Cr 调质 硬度为 280HBS 牵引轴齿轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 两者材料硬 度差为 40HBS 2 马达齿轮传递的转矩 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 30 由上面可知 252 17Nm 0 T 3 由表 10 7 选取齿轮系数1 d 4 由表 10 6 查得材料弹性影响系数 189 8 E Z 1 2 MPa 5 计算圆周速度 v 3 14 4 37 1105 8 56 60 100060 1000 dn vm s 6 计算齿高 1 4 37148dmzmm 7 计算载荷系数 根据 7 级精度 查得动载荷系数v 8 56 m s1 05 V K 又因直齿轮 得 1 HF KK 由表 10 2 查得使用系数1 1 A K 再由 7 精度 小齿轮相对支承非对称布置时 查得 1 417 H K 故动载荷系数1 1 1 05 1 1 4171 48 AVHH KK K KK 8 工作力 1 2 t T F d 齿轮传动比 u 1 25 9 计算应力循环次数 N 9 11 6060 1105 1 2 8 300 51 59 10 h Nn jLMPa 9 9 1 2 1 1 59 10 1 27 10 1 25 N NMPa i 取疲劳寿命系数 1 0 9 HN K 2 0 95 HN K 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 31 10 计算接触疲劳许用应力 由查取齿面硬度小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1 600 H MPa 大齿轮接触疲劳强度极限 lim2 550 H MPa 取失效概率为 1 安全系数 S 1 得 1lim1 1 0 9 600540 HN H K MPa S 2lim2 2 0 95 540522 5 HN H K MPa S 取 中的最小值 即 522 5MPa 1 H 2 H H 将上面数据代入式 3 1 中 得 1 1 2 5 t HE KF u Z bdu 1 48 34051 25 1 2 5 189 8516533 5 40 1481 25 MPaMPa 故满足要求 由 机械设计 书得 目前设计一般使用的齿轮传动时 通常只 按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算 而由实践得知 在闭式齿轮传动中 通常以保证齿面接触疲劳强度为 主 开式 半开式 齿轮传动 按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗 折断能力两准则进行计算 但如前所述 对齿面抗磨损能力的计算方 法迄今尚不够完善 故对开式 半开式 齿轮传动 目前仅以保证齿 根弯曲疲劳强度作为设计准则 故马达齿轮保证齿面接触疲劳强度即 可满足要求 其他齿轮的齿轮校核方法同上 因此不在说明书具体说明 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 32 图 3 4 马达齿轮轴件图 3 53 5 齿轮轴设计及校核齿轮轴设计及校核 3 5 13 5 1 中心齿轮轴设计校核中心齿轮轴设计校核 中心齿轮输入转速为 n 251 8r min 传递功率为 P 26 39kW 设 计为实心轴 轴的两肩对称的布置两个支撑轴承 1 求输出轴转矩 666 3 3 3 26 39 9 55 109 55 101 10 251 8 P TN mm n 2 求作用在齿轮上的力 中心轴齿轮分度圆直径 333 76 5380dm zmm 圆周力 3t F 6 3 3 3 22 1 10 5263 380 t T FN d 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 33 径向力 3r F 33tan 5263 tan201915 6 rt FFN 该齿轮为直齿轮 不受径向力作用 如图所示 图 3 5 1 齿轮轴受力分析 3 确定齿轮轴的最小直径 min d 轴的材料为 45 钢 渗碳淬火处理 有以下公式估算 33 33 0 95500009550000 0 20 2 rr PPP dA nn 式中 查表得 45 钢为 25 45MPa 3 0 9550000 0 2 r A r 故为 126 103 取 103 得 0 A 0 A 3 min 26 39 10348 6 251