佳木斯煤机场s150型掘进机截割部减速器结构设计调研报告

黑龙江科技大学本科毕业设计调研报告设计题目S150型掘进机截割部减速器结构设计调研的企业佳木斯煤机厂院系名称机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级机设091班姓名张晓晨学号13指导教师赵存友1、学生、教师简介学生简介姓名专业班级学号张晓晨机械设计机设09113指导教师简介姓名工作单位专业职称学校教师赵存友黑龙江科技学院机械设计副教授企业教师于治潭佳木斯煤机厂机械设计工程师前言S150型掘进机是一种悬臂式掘进机，主要用于中型煤巷及半煤岩巷的掘进作业。它结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。本次设计主要针对掘进机截割部减速器进行结构设计。随着煤炭工业的发展，我国的矿井设计逐渐采用一井一面布置的采煤方法，其开采强度提高、推进速度增快，从而带来采掘机械化比例失调，采掘矛盾日益彰显。另外对于一些开采年限较长的矿井，易采的中厚煤层资源日益减少，而薄煤层的开采比例逐年增加，在全部采准巷道中,半煤岩巷的比例已经达到25。但这些巷道中的一部分仍旧采用着传统的炮掘作业，劳动强度大、安全性差。目前，我国大部分煤矿使用的主要机型多是二十世纪六、七十年代设计的，这些原有的设计理念逐渐陈旧、零部件可靠性较差、开机率低、维护量大，而且机重偏轻、截割功率小、过断层和截割岩石的能力差，不能适应较复杂煤层的要求。因此开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机已经成为当务之急，用于解决掘进机更新换代的问题，缓解采掘矛盾的紧张局面。因此针对此次设计的全面调研是必要的。通过此次调研要了解目前我国掘进机的基本情况生产能力、产品性能、是否满足要求等。主要采用直接调查与间接调查两种研究方法1）直接调查法。通过对主要区域的掘进机行业国内主要厂商进行直接的交流与深度访谈，获取掘进机行业相关产品市场中的原始数据与资料。2）间接调查法。充分利用各种资源以及所掌握历史数据与二手资料，及时获取关于中国掘进机行业的相关信息与动态数据。一国内重型掘进机的发展概况20世纪60年代我国对悬臂式掘进机的研制和应用最初以NK一30小功率掘进机为主，通过消化和改进多种小型掘进机，于1975年由太原煤研所等单位并由佳木斯煤矿机械有限公司生产出中国第一台自行研制的掘进机。由于当时条件的限制，只能定型生产几种机型的掘进机，却为我国以后自行研制悬臂式掘进机奠定了技术基础。80年代初期，为适应煤巷的需要从国外引进了AM一50型、S100型两种具有代表性的掘进机机型，对发展我国综掘机械化起到了重要作用。通过国内外的合作、提高设计水平，使我国自行设计了多种悬臂式掘进机。“八五”后期由煤科总院太原分院与佳木斯煤矿机械有限公司共同研制出了S160重型掘进机，并在井下试验成功。为了加快我国重型悬臂式掘进机的发展，积极研制开发综合机械化掘进装备，1998年由佳木斯煤矿机械有限公司承担了EBZ200M重型掘进机的研制。并在岩石硬度为F6的半煤岩中获得试验成功。在进入“九五”后期以后，我国开展了对重型掘进机的研发，通过产学研联合开发重型掘进机的设计和制造水平已相当先进。重型掘进机已进入快速发展阶段，并先后生产出EBZ160、EBZ200、EBZ23O、EBZ300等重型掘进机，在半煤岩和岩巷巷道中得到广泛应用。2009年由凯盛重工有限公司、安徽理工大学、国投新集能源股份有限公司协作研发的五召2255重型硬岩掘进机在淮南矿业集团丁集矿和国投新集煤矿获得工业性试验成功，填补了国内煤机产品的空白。在我国的大型煤矿中，除了煤巷需要掘进外还有大量的全岩和半煤岩巷道需要掘进，因此采用重型化、大功率、大质量的重型掘进机为主。国内主要有EBZ230、EBZ260、BZ300等重型掘进机机型。目前，我国重型掘进机一般应用于岩石分化大的情况，硬度在F6F8的岩巷巷道掘进，机重约60一125T、总功率290一624KW。当截割岩石硬度F8时，不仅截齿磨损比较大，而且掘进机的截割效率低、设备消耗大。目前我国从事悬臂式重型掘进机设计生产的主要有煤炭总院太原研究院、上海研究院、天地上海分公司、凯盛重工有限公司、佳木斯煤矿机械有限公司等。主要系列为EBJ系列型、EBZ系列型、S系列型等。我国对重型掘进机的研制工作虽然取得了一定的成效，在吸收国外技术的同时积极创新、设计水平不断提高，主要表现在机器的性价比较高、造型简洁、结构比较紧凑、机器重心降低、元件性能及安全保护更加完善。但是与其他先进国家还是存在一定的差距，比如掘进机总体性能参数偏低、缺乏完整的设计理论依据、基础研究方面也较薄弱、没有建立适合我国煤矿巷道地质条件的截割、装运及行走部的载荷谱。计算机动态仿真方面还处于起步阶段，整机的可靠性、遥控技术、工况的检测、截割方式、故障的诊断等核心技术方面有待于提高。掘进机的发展，经历了一个从小到大、从单一到多样化、从不完善到完善的过程，现已形成轻型、中型、和重型三个系列的几十种机型。而S150型则为中型掘进机。二掘进机的分类目前，国内外研制和使用的掘进机类型很多，主要按适用范围和结构特征进行分类。根据掘进机所能截割煤岩的坚硬性系数F值分为三类1适用于F6或研磨性较高的岩石巷道，称为煤巷掘进机；根据掘进机可掘巷道的断面大小分为两类1可掘巷道面小于8平方米的，称为小断面掘进机；2可掘巷道面大于8平方米的，称为大断面掘进机；但最常见的分类是按工作机构的工作方式不同可分为循环工作式部分断面掘进机和连续作业式全断面掘进机两大类。循环工作式部分断面掘进机，其工作机构仅能同时截割工作面煤岩断面的一部分，必须在断面内多次连续的移动作用机构的截割头，才能沿整个工作面碎落一层煤岩，掘进机才能向前推进一次。掘出的巷道断面形状为梯形和矩形。目前我国已定型生产了三种部分断面掘进机。连续作业式全断面掘进机，其工作机构沿整个工作面同时破碎煤岩并连续推进，掘出的巷道断面形状为圆形与拱形，主要用于掘进岩石巷道。因部分断面掘进机的工作方式灵活，对采准巷道的规格形状和煤岩赋存情况的适应性好，外形尺寸和重量小，便于维修和支护，机动性强，能耗小，所以在煤及半煤岩巷道中使用效果好。它主要适用于煤及半煤岩巷道。而全断面掘进机的装机功率大，破岩硬度高，外形尺寸和机重较大，主要适用于开凿岩巷。在我国煤炭工业中用的比较少，国外多用于开凿涵洞和铁路隧道。三企业的现场调研我们来到了中国掘进机摇篮佳木斯煤矿机械有限公司进行现场调研。我们在相关车间进行了详细参观，并与工作人员进行了深入的沟通，对佳木斯煤矿机械有限公司及其掘进机产品有了深入的了解。隶属于IMM公司的佳木斯煤矿机械有限公司始建于1957年，素有“中国掘进机摇篮”之称，是以开发和生产煤矿巷道掘进机、单体液压支柱系列产品为主业的高新技术企业。公司有14个主要生产车间和一个研发中心。现有员工1502人，其中工程技术人员277人。IMM国际煤机集团佳煤机的设计人员长期从事煤炭事业,积累了丰富的煤机井下工作经验。在不断完善现有煤机产品的同时，根据用户的实际需求变化不断进行新的创意，推出新的产品技术领先，研发能力强，新研发产品占公司年产值的70，年投入研发资金3000万元。公司现有掘进机产品系列S55掘进机机身矮，动作灵活，适用于小断面的巷道掘进。S100A掘进机截割头可伸缩，具有内外喷雾，截割断面大。S135掘进机机身矮，重心低，内外喷雾，具有锚杆机接口，爬坡能力大，破岩能力强。S150J掘进机截割头可伸缩，内、外喷雾，具有锚杆机接口，适用于大断面切割，掘进效率高。S200M掘进机截割头可伸缩，切割断面大，破岩能力强。S200MJ掘进机是S200改进型，是高效率巷道掘进机，具有连续采煤机的特点，可实现采掘一体化，还配置高效率除尘系统。S150J型掘进机参数如下四掘进机的发展趋势结合国内外悬臂式掘进机的使用情况，可以总结出悬臂式重型掘进机具有以下发展趋势1增强截割能力为了实现较强的截割能力，采用较大的截割功率和较低的截割速度。现代中重型部分断面掘进机的截割功率为30200KW，超重型机为200KW以上，个别机型达400KW。截割头转速一般为2050R/MIN，截割速度为12M/S，截割力为100200KN，经济截割强度达100124MPA，最大达206MPA。现代全断面掘进机则采用大直径盘形滚刀，加大推力和刀盘驱动功率，截割强度可达300MPA。2提高工作可靠性由于地质条件复杂多变，使掘进机在工作时承受交变的冲击载荷，且磨损和腐蚀严重。而井下环境恶劣，空间狭小，检修不便，因此要求通过完善的设计、高质量的制造及合理的使用和良好的维护实现掘进机较长的无故障工作时间及较高的可靠性。3采用紧凑化设计，降低重心，提高工作稳定性针对掘进机悬臂长度的限制，截割反力较大，不利于机器稳定工作的特点，应采用紧凑化设计，努力降低机器的重心，并在机器的后部或两侧增设液压缸稳定器，以提高机器的工作稳定性。4增强对各种复杂地质条件的适应性部分断面掘进机采用宽履带，以减小比压；增大履带的驱动功率，以增强牵引力和爬坡能力，从而提高对各种底板工况的适应性，满足拖挂转载机的需要。5研究新型刀具和新的截割技术为增强截割能力、提高刀具的使用寿命，应努力改进刀具的结构，采用新材料，研究新破岩方法。目前，各国都在研究和试验用高压水射流辅助破岩，以提高截割效果、降低刀具损耗和能量消耗。6发展自动控制技术现代掘进机采用激光定向来控制推进方向；用微机技术精确控制断面轮廓尺寸或采用光电传感器和逻辑电路显示截割头在巷道中的位置，进行同步跟踪动作，以减少超挖量；进行机器运行状态检测和故障诊断；实现导向和截割工作的遥控，已取得了良好的使用效果，正在进一步推广和完善。7发展掘锚机组，实现快速掘进传统型式的悬臂式部分断面掘进机和连续采煤机均不能实现支护工作的机械化，不能连续工作，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率、装有较长的横滚筒和锚杆钻机的掘锚机组，既能快速掘进、割煤，又能同时支护顶板和侧帮，可实现掘、装、运、支平行作业，一次成巷，可成倍提高掘进速度和工效，并能离机自动操控。所以，掘锚机组是一种新型、高效、快速的掘金设备，是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景。目前，美、英、奥地利等国已研制成功了多种形式的掘锚机组，并投入使用，显示了很高的掘进效率，真正实现了快速掘金。五截割部减速器的选择截割部减速器的作用是将电动机的运动和动力传递到截割头。由于截割头工作时承受较大的冲击载荷，因此要求减速器有高的可靠性和较强的过载能力；其箱体作为悬臂的一部分，应有较大的刚性，连接螺栓应有可靠的防松装置；减速器最好能实现变速，以适应煤岩硬度的变化，增强机器的适应能力。常用的传动形式有圆锥圆柱齿轮传动、圆柱齿轮传动和二级行星齿轮传动。二级行星传动可实现同轴传动，速比大，结构紧凑，传动功率大，多用于纵轴式截割头；圆锥圆柱齿轮传动的结构简单，能承受大的冲击载荷，易实现机械过载保护，多用于横轴式截割头；圆柱齿轮传动可实现截割头的二级转速，但减速箱的结构复杂，体积和重量较大。而在实际生产中，多采用二级行星减速器。六掘进机制造的作用与必要性由于回采工作面综合机械化的迅速发展，使回采速度大大加速，要求巷道的掘进速度必须相应地提高，就必须提高掘进机械化程度。因此，打眼放炮、机械装载的方法已经满足不了要求。掘进机是一种能够同时完成破落煤岩。装载与转载运输、喷雾除尘和调动行走的联合机组。掘进机与钻眼爆破和机械装载的传统方法相比，具有以下显著优点1掘进速度快。其掘进速度平均可提高115倍；工效平均提高12倍，巷道成本可降低3050。快速掘进还能及时查明采区地质条件，并能按时准备好接替工作面。2能够保证巷道的稳定性。因为使用掘进机时，巷道的围岩不受爆破的破坏，有利于巷道的支护。3减少岩石冒落及瓦斯突出的危险，有利于安全生产和通风管理。4减少了巷道的超挖量和支护作业的充填量，减少不必要的工程量。5改善了劳动条件，减轻工人的体力劳动。掘进机是用来井下采煤工作面巷道作业，是构建综采工作面的先驱设备。由于整个综采设备的复杂性及其在煤矿生产环节中的地位，掘进机的性能和质量直接影响到采煤工作面的建设速度，所以掘进机的产品质量直接决定着整个煤炭行业的效益。因此，掘进机的设计与制造对