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571低机面采煤机牵引部设计说明书,571,低机面,采煤,牵引,设计,说明书
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献综述【摘要】本文是新型采煤机牵引部整体设计的说明书。设计通过参考相关产品资料，分析以往典型采煤机在中厚煤层开采中存在的问题，结合采煤机牵引部的工作原理，对牵引部进行设计。在煤田开采条件复杂，煤层厚度变化和底板起伏不平的条件下，使整机适应性好、采煤效率高、操作简单、检修方便。本文主要是关于牵引部的整体设计以及行走箱的设计，在传动设计中，通过牵引电机输出的转矩经二级圆柱齿轮和二级行星齿轮减速器减速后，由行星架输出，通过驱动轮与行走轮相啮合，再由行走轮与工作面刮板输送机上的齿轨啮合使采煤机来回行走，同时制动轴输出轴通过键与制动器相连，实现电牵引部的制动。设计同时阐述了各轴、齿轮及轴承的选型和改进措施。设计中把减速器安装在牵引箱中，使用惰轮来增加中心距，也使齿轮的总个数减少，提高了传动效率。在保证需要的传动比的情况下，使设计的NGW型行星减速器体积最小。关键词：采煤机；牵引部；行走部；行星齿轮【前言】采煤机是煤矿综采工作面的核心装备，它的技术性能和可靠性直接决定了综采工作面的生产能力。1采煤机的主要功能是落煤和装煤。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。目前煤矿生产应用最广泛的采煤机械是交流变频电牵引采煤机。其中，电牵引采煤机采用多电机横向布置结构，两台牵引电机、两台截割电机或再配置破碎电机及液压系统驱动电机，采用交流变频、开关磁阻、直流、电磁调速等多种电气调速方式，具有技术先进、结构合理、性能可靠等特点。经过多年的发展，我国的煤机制造企业已经开发出了包括直流电牵引，交流变频电牵引和开关磁阻调速、电磁滑差变速等多种类型的电牵引采煤机系列产品。而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，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；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。【研究现状】1.国外采煤机的发展机械化采煤开始于上世纪40年代，是随着采煤机械的出现而开始的。40年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，使工作面落煤、装煤实现了机械化。50年代初期，英国、联邦德国相继生产出了滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，从而大大推进了采煤机械化技术的发展。50年代各国采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平。图1-1 西安煤机厂采煤机示例60年代是世界综采技术的发展时期。1964年，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7502390kW的采煤机，功率为9003000kW、生产能力达1500t/h的刮板输送机，以及工作阻力达10800kN的强力液压支架等。 2图1-2 南澳布克鲁斯公司综采工作面示例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EDW1502L型采煤机。同年，美国久益公司研制出了1LS直流（串励）采煤机，以后陆续改进发展为2L5、3LS、4LS系列；1996年生产的6LS05型采煤机，其总装机功率为1530kW，是目前世界上功率最大的采煤机。英国于1984年生产了第一台ELECTRA550直流（复励）电牵引采候机，其后生产的ELECTRA1000型采煤机在1994年创下了年产408万t商品煤的世界最高纪录，其截煤牵引速度达25mmin。在采煤机的发展中，世界上许多国家先是发展直流电牵引，而后逐步发展交流调速电牵引。1986年日本三井三池制作所研制出世界上第一台交流采煤机（MCL400DR6868）。下表为国外具有代表性的煤机主要技术参数7。表1.2 国外代表性采煤机主要技术参数型号采高/m装机功率/kW截割功率/kW牵引功率/kW牵引力/kN牵引速度/供电电压/V6LS52.55.015006102DC702617/16114.9/21.133007LS62.85.518607502AC1102800/37512.2/26.03300SL5002.85.518157502AC902757/31612.8/30.73300EL30002.75.519407502AC10021000/50012.0/24.03300近年来，为发展高产高效综采工作面和实现矿井集中化生产，世界主要煤机生产厂家不断加速更新和改进采煤机的技术性能和结构，研制出一批高性能、高可靠性的采煤机。其中包括：美国乔埃公司的LS系列，德国艾柯夫公司的SL系列，英国安德森公司的Electra系列，日本三井公司的MCLE-DR系列采煤机，体现了当今采煤机整机各系统的最新研究趋势6。现在采煤机已是国际主导机型，不仅可控硅控制调速的直流电机牵引已发展成系列产品，而且已经开发出了多款交流调频采煤机。技术发展的趋势是采煤机将逐步替代液压牵引采煤机。我国也已研制成功了MG344PWD型交流电牵引爬底板薄煤层采煤机和MGA463DW型直流采煤机等。进一步发展采煤机已列入我国重要科技攻关计划。2.我国采煤机发展和现状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；国产综产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；国产综产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；国产综产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我国各类煤矿中使用，成为中国煤炭工业技术装备的主体，为中国煤炭安全生产和高产高效矿井的建设提供了可靠的保证。目前，我国生产的1000万吨以上的大型煤炭综合采煤设备多数依赖进口。尽管我国采煤机机械装备水平近年来有很大提高，但总体依然处于低水平和粗放型的状态，采煤机机械装备与世界发达国家相比还有很大差距。国内厂家在消化吸收国外先进采煤机技术的基础上，掌握并生产了一些具有自主知识产权的采煤机产品，其中最典型的是太原矿山机器厂与上海分院的研究合作，自主研制成功了MGTY400/900-3.3D型和MG750/1800-3.3D型机载交流变频调速链轨式采煤机。目前，我国已形成多个采煤机生产基地，如鸡西煤矿机械厂、太原矿山机器厂、煤炭科学研究总院上海分院、辽源煤矿机械厂、西安煤矿机械厂。表1.1为国内典型机型的采煤机的主要技术参数。表1.1 国内采煤机的主要技术参数型号装机功率/kW截割功率/kW牵引功率/kW牵引力/kN牵引速度/m/min供电电压/VMG450/1020-WD10204502AC502600/3608.7/14.63300MG750/1800-GWD18007502AC902750/37513.0/25.93300MGTY500/1200-WD12005002AC552750/4507.7/12.83300MG400/920-WD9204002AC502685/4067.2/123300（1） 新设计的滚筒采煤机几乎都采用多电机横向布置；取消底托架；各大部件间采用液压螺栓、哑铃销、偏心锁紧螺母等连接，以构成采煤机的机身、左、右摇臂通过销轴铰接在机身的两端。（2） 大力开发采煤机。装功率1000kW以下的采煤机已逐步走向成熟，且形成系列，装机功率1800kW采煤机在研制中。目前国内使用的交流采煤机的电牵引调速系统主要有三种：即交流变频调速系统、电磁转差离合器调速系统和开关磁阻电机调速系统（简称SRD）。在这3种交流电牵引调速系统中，交流变频调速技术在采煤机的应用已逐步走向成熟并具有发展潜力（3） 我国经济型综采和高档普采的主要机型是MG200，目前在册近千台，该机型由于功率偏小、过断层能力差、结构上的局限性等，而需要改进以至换代。为此，近年来进行了MG200采煤机的换代设计。随着国际采煤自动化程度的快速发展，未来开发的大功率采煤机一定是高可靠性、高度自动化、具有很强适应性、能远程控制的产品。根据我国煤炭生产远景规划及采煤机技术发展趋势，国产大功率采煤机的主要研究方向5为：(1)满足整机2000万t寿命的总体技术及高强度长寿命壳体的研究。满足600万t大修、1000万t寿命的机械传动系统的研究。(2)长寿命、可靠性油封技术的研究。(3)开发1140V和3300V的矿用交流变频调速装置，大幅提升采煤机整机适应性的研究。(4)高可靠性、高性能、抗干扰、抗热效应、拥有远程实时操作的嵌入式矿用计算机控制系统的研究。(5)开发或增强电控系统中的专家诊断系统、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行集中控制系统、采煤机记忆截割系统的研究。(6)开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠度实时传输的研究。目前，有关部门的科研人员正在从事着采煤机技术领域的多项科研课题的研究，例如：适应有夹矸煤层的半煤岩的采煤机的研制；增大块煤率的滚筒无级调速研究；液压牵引采煤机和无线遥控技术的应用研究；采煤机水介质调高系统的研究；包括利用工作面的乳化液作为传动介质的调高系统的研究；特殊条件下开采的采煤设备的研究。如螺旋钻式采煤机的开发；故障诊断、工况监测、显示及自动控制和自动调高系统的研究；大功率采煤机（1000kW以上）的研制等。相信通过这些内容的研究，将使我国采煤机械的性能更为完善，适应范围更广，效率更高，从而使我国采煤机械的技术达到国际先进水平。3.采煤机的发展趋势采煤机经过25年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术成为具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下:(1)牵引方式向电牵引方式发展。传统的液压牵引采煤机在国内外仍然在生产和使用中，但已不占主导地位，由于采煤机的诸多优点，目前开发的采煤机，特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式(2)装机总功率不断增大。为适应煤矿生产实现高产高效，国外采煤机的功率在不断提高，电机截割功率通常在400kw以上，最新报道已达850kw。牵引电机功率均在40kw以上，大的甚至达到125kw，总装机功率通常超过1000kw，如EL3000型采煤机总装机功率高达2000kw，7LS5型采煤机达1940kw。牵引速度、牵引力也大幅提高。(3)电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可分为直流牵引和交流牵引。由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠、维护管理简单、价格低廉等特点，近几年发展很快。20世纪90年代中后期研制的大功率采煤机均采用交流变频调速牵引系统。交流牵引正逐步替代直流牵引。成为今后采煤机的发展方向。(4)结构形式向多电机驱动横向布置发展。(5)普遍采用中、高压供电。(6)监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。(7)性能参数向大功率、高参数发展。(8)综合性能向高可靠性和高利用率发展。国内采煤机研制方向与国际发展基本一致经过近15年的研究，已取得较大进展但离国际先进水平特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大差距，必须进行大量的技术和试验研究。4.采煤机类型及组成4.1采煤机类型 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、行走部布置位置、机身与工作面输送乳汁机配合导向方式、总体结构布置方式等分类。按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机（通常简称机械牵引、液压牵引和采煤机）。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割（主）电动机纵向布置在摇臂上的采煤机和截割（主）电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。4.2采煤机的组成采煤机主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成（如图1.1）。电动机：是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。采煤机的截割部： 是由采煤机的工作机构和驱动工作机构的减速器所组成的部件。工作机构的类型较多，螺旋滚筒式工作机构是目前采煤机使用最广泛的工作机构。螺旋滚筒实现了落煤和装煤的任务。截割部消耗功率占采煤机装机总功率的80%90%。左、右截割部减速箱：将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮，驱动滚筒6旋转。工作机构的截割性能好坏，减速器传动质量的好坏，直接影响采煤机的生产率，传动效率，比能耗和使用寿命。生产率高和比能耗低主要体现在截割部。采煤机的牵引部：牵引部是采煤机的重要组成部分，它不但担负着工作时采煤机的移动和非工作时的调动，而且其牵引速度的大小对整机的生产率和工作性能产生很大影响。牵引部包括牵引机构和传动装置两部分。牵引部主要是传递原动机的动力和实现行走部的运动速度和牵引力，主要是齿轮减速。牵引部是直接移动采煤机的装置。它分为钢丝绳牵引，链牵引和无链牵引。随着高产高效工作面的出现以及采煤机功率的增大，同时为了工作面更加安全可靠，无链牵引机构逐渐取代链牵引。滚筒：是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡煤板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。图1.1 采煤机总体结构图底托架：是固定和承托整台采煤机的底架，通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导向管上，以保证采煤机的可靠导向。调高油缸：可使摇臂连同滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜油缸：用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适应煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱：内部装有各种电控元件，用于采煤机的各种电气控制和保护。此外，为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置内，并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。【结论】 采煤机是一个由电气部、截割部、牵引部、液压调高调斜部及其它附属部件构成的大型机、电、液一体化的复杂系统。自从世界第一台直流电牵引(他励)采煤机由德国艾柯夫公司1976年研制成功，采煤机有了巨大发展。无论从总装机功率、牵引功率还是供电电压、调速方式都有很大改变。特别是随着大功率综合机械化采煤技术和高产高效矿井建设的发展，对采煤机牵引力和牵引的可靠性的要求越来越高8-10。面对世界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。采煤机牵引部对整机的生产率和工作性能产生很大影响。牵引部在相同时间内发生的故障次数最多及故障间隔时
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