采掘机械第1篇4章

1、第四章第四章 截割部截割部 第四章第四章 截割部截割部 截割部截割部组成：组成： 截割滚筒和机械传动装置截割滚筒和机械传动装置(或机械驱动装置或机械驱动装置) . 单滚筒采煤机只有一个截割部，双滚筒采煤机有左右单滚筒采煤机只有一个截割部，双滚筒采煤机有左右两个截割部。两个截割部。第四章第四章 截割部截割部 滚筒安装在机械传动装置的输出轴上，机械传动装置滚筒安装在机械传动装置的输出轴上，机械传动装置把动力传递给截割滚筒。把动力传递给截割滚筒。 具有调整截割滚筒截割高度具有调整截割滚筒截割高度(又称调高又称调高)的功能，以适的功能，以适应煤层厚度的变化及底板的起伏。应煤层厚度的变化及底板的起伏。

2、截割部传动功率占采煤机总装机功率的截割部传动功率占采煤机总装机功率的80%90%。截割滚筒的截割性能好坏，机械传动装置传动质量的好截割滚筒的截割性能好坏，机械传动装置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。寿命。生产率高和比能耗低主要体现在截割部。第一节第一节 截割部电动机截割部电动机 电动机是采煤机配套专用并成为其组成部件的隔爆型电动机是采煤机配套专用并成为其组成部件的隔爆型异步电动机。异步电动机。 同时驱动截割部和行走部等主要功能部件的称主电动同时驱动截割部和行走部等主要功能部件的

3、称主电动机。仅驱动截割部的称截割电动机。机。仅驱动截割部的称截割电动机。 采煤机电动机功率等级：采煤机电动机功率等级：50、(70)、100、150、(170)、200、250、300、(375)、400、(425)、450、500、550、600kW。 同步转速均为同步转速均为1500r/minn，额定频率为，额定频率为50Hz，额定电，额定电压为压为660、1140或或3300V。 采煤机电动机为矿用隔爆型，要求电动机牢固可靠、采煤机电动机为矿用隔爆型，要求电动机牢固可靠、较低的起动电流、较高的起动转矩及较大的过载能力。较低的起动电流、较高的起动转矩及较大的过载能力。第一节第一节 截割部电

4、动机截割部电动机 按采煤机总体布置方式不同，电动机外形结构有纵按采煤机总体布置方式不同，电动机外形结构有纵向布置的向布置的箱形结构箱形结构和横向布置的和横向布置的圆筒形结构圆筒形结构两种。两种。 箱形结构的电动机两端出轴，通常为矩形断面、偏心箱形结构的电动机两端出轴，通常为矩形断面、偏心出轴，在采空区侧设有电控腔与接线腔，彼此为独立的出轴，在采空区侧设有电控腔与接线腔，彼此为独立的隔爆空腔，电控腔内装有采煤机电气控制元件。隔爆空腔，电控腔内装有采煤机电气控制元件。第一节第一节 截割部电动机截割部电动机 圆筒形电动机为圆形断面单端出轴，用法兰安装在摇圆筒形电动机为圆形断面单端出轴，用法兰安装在摇

5、臂根部，驱动截割部。臂根部，驱动截割部。第一节第一节 截割部电动机截割部电动机 采煤机电动机因使用条件恶劣，除按防爆规程的隔爆、采煤机电动机因使用条件恶劣，除按防爆规程的隔爆、耐潮试验以及一般电动机应进行的检查及型式试验外，耐潮试验以及一般电动机应进行的检查及型式试验外，各国还模拟井下实际使用情况进行特殊考核试验。中国各国还模拟井下实际使用情况进行特殊考核试验。中国的特殊的特殊考核试验项目考核试验项目主要有：主要有： 过载试验：过载试验： 断水试验：断水试验： 空载小时开断频率试验：空载小时开断频率试验： 5万次频繁起动试验：万次频繁起动试验： 倾斜试验：倾斜试验： 密封试验：密封试验： 第二

6、节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 截割部截割部传动装置作用：传动装置作用： 电动机动力传递到滚筒上，满足滚筒工作需要。电动机动力传递到滚筒上，满足滚筒工作需要。 传动装置适应滚筒调高要求，使滚筒保持适当的工传动装置适应滚筒调高要求，使滚筒保持适当的工作高度。作高度。 单滚筒采煤机传动装置能适应左、右工作面要求。单滚筒采煤机传动装置能适应左、右工作面要求。 一、传动方式一、传动方式 根据滚筒采煤机的不同结构，机械传动装置分双减根据滚筒采煤机的不同结构，机械传动装置分双减速箱和单减速箱两类。速箱和单减速箱两类。第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置1双减速箱机械传动装置双减速箱机械传动装

7、置 双减速箱机械传动装置是传统的结构形式，使用于主双减速箱机械传动装置是传统的结构形式，使用于主电动机纵向布置于机身的采煤机。电动机纵向布置于机身的采煤机。 机械传动装置包括固定减速箱和摆动减速箱机械传动装置包括固定减速箱和摆动减速箱(摇臂摇臂)两两部分。部分。 第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置2单减速箱机械传动装置单减速箱机械传动装置 单减速箱机械传动装置两种结构形式。单减速箱机械传动装置两种结构形式。 机械传动装置和纵向布置、双端出轴的电动机以及机械传动装置和纵向布置、双端出轴的电动机以及其它部件其它部件(如同时由该电动机驱动的行走部液压传动箱如同时由该电动机驱动的行走部液压传动

8、箱)相互紧固联接，共同组成摇臂，绕机身上的水平销轴摆相互紧固联接，共同组成摇臂，绕机身上的水平销轴摆动。动。 第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 机械传动完全置于摇臂内部，截割电动机垂直布置机械传动完全置于摇臂内部，截割电动机垂直布置在摇臂根部，成为截割部的组成部分。在摇臂根部，成为截割部的组成部分。 摇臂绕机身端部的水平销轴摆动。摇臂内布置三级或摇臂绕机身端部的水平销轴摆动。摇臂内布置三级或四级齿轮传动，最后一级为行星齿轮传动，根据摇臂长四级齿轮传动，最后一级为行星齿轮传动，根据摇臂长度需要增设若干惰轮。度需要增设若干惰轮。 短轴结构，系统刚性很大短轴结构，系统刚性很大在截割电动机空

9、心轴内设在截割电动机空心轴内设置细而长的传动轴置细而长的传动轴(弹性转矩轴弹性转矩轴)。行星齿轮传动布置在。行星齿轮传动布置在摇臂端部的煤壁侧。摇臂端部的煤壁侧。 第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 2.截割部机械传动装置截割部机械传动装置传动特点：传动特点： 四级电动机，输出轴转速四级电动机，输出轴转速1460r/min左右，滚筒转左右，滚筒转速速3050r/min截割部总传动比截割部总传动比3050，采用，采用34级级齿轮减速。齿轮减速。 采煤机机身高度受到严格限制，各级传动比不能平均采煤机机身高度受到严格限制，各级传动比不能平均分配，一般前级传动比较大，而后逐级减小，以保持尺分配

10、，一般前级传动比较大，而后逐级减小，以保持尺寸均匀。寸均匀。圆柱、圆锥齿轮传动比一般不大于圆柱、圆锥齿轮传动比一般不大于34。当末级采用。当末级采用行星齿轮传动时，传动比可达行星齿轮传动时，传动比可达56。第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 电动机轴心与滚筒轴心垂直时，传动装置中必须装电动机轴心与滚筒轴心垂直时，传动装置中必须装有圆锥齿轮。为减小传递的转矩和便于加工，圆锥齿轮有圆锥齿轮。为减小传递的转矩和便于加工，圆锥齿轮放在高速级放在高速级(第一或第二级第一或第二级)，采用弧齿圆锥齿轮。，采用弧齿圆锥齿轮。 注意：注意：弧齿圆锥齿轮的轴向力应使两齿轮推开，以增弧齿圆锥齿轮的轴向力应使

11、两齿轮推开，以增大齿侧间隙，避免轮齿楔紧造成损坏。弧齿圆锥齿轮的大齿侧间隙，避免轮齿楔紧造成损坏。弧齿圆锥齿轮的轴向力方向取决于齿轮转向和螺旋线方向。轴向力方向取决于齿轮转向和螺旋线方向。 第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动牵引部时，采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动牵引部时，截割部传动系统中必须设置截割部传动系统中必须设置离合器离合器，使采煤机在调动或，使采煤机在调动或检修时将滚筒和电动机脱开。检修时将滚筒和电动机脱开。 离合器一般放在高速级，以减小尺寸及便于操纵。离合器一般放在高速级，以减小尺寸及便于操纵。 为适应不同煤质要求，滚筒有两档以上转速

12、为适应不同煤质要求，滚筒有两档以上转速变速变速齿轮。齿轮。 没有变速齿轮时，设置变换齿轮，以获得两种以上转没有变速齿轮时，设置变换齿轮，以获得两种以上转速。速。 第二节第二节 截割部传动装置截割部传动装置 摇臂调高。摇臂调高。 为使摇臂长度符合要求，摇臂内含有多个惰轮，通为使摇臂长度符合要求，摇臂内含有多个惰轮，通常一级减速。少数摇臂两级减速。常一级减速。少数摇臂两级减速。 行星齿轮传动为多齿啮合，传动比大，效率高，可行星齿轮传动为多齿啮合，传动比大，效率高，可减小齿轮模数，末级采用行星齿轮传动可简化前几级传减小齿轮模数，末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。动。 采煤机齿轮多经过变位修正采煤

13、机齿轮多经过变位修正齿轮齿数较少，达齿轮齿数较少，达1113。 在结构容许、且齿轮节圆圆周速度不超过在结构容许、且齿轮节圆圆周速度不超过10m/s时，时，采用较多齿轮，有利于传动平稳性。采用较多齿轮，有利于传动平稳性。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 采煤机机械传动采煤机机械传动主要包括：主要包括： 截割电动机驱动滚筒的主传动系统；截割电动机驱动滚筒的主传动系统； 牵引电动机牵引电动机(液压马达液压马达)驱动行走机构传动系统；驱动行走机构传动系统； 驱动调高液压泵驱动调高液压泵(主液压泵主液压泵)、润滑泵和大块煤破碎装、润滑泵和大块煤破碎装置的辅助传动系统等。置的辅助传动系统等。

14、 辅助传动系统辅助传动系统有针对性，如一般只有大功率采煤机才有针对性，如一般只有大功率采煤机才设置润滑泵，厚煤层采煤机才需要大块煤破碎装置。设置润滑泵，厚煤层采煤机才需要大块煤破碎装置。 辅助传动系统与主传动系统相比较为简单，在设计中，辅助传动系统与主传动系统相比较为简单，在设计中，可在安排好主传动系统后再设计。可在安排好主传动系统后再设计。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 采煤机传动系统基本采用常规的齿轮传动，以截割电采煤机传动系统基本采用常规的齿轮传动，以截割电动机驱动滚筒的主传动系统为例讨论设计的动机驱动滚筒的主传动系统为例讨论设计的基本原则基本原则。 一、传动比及其分配一

15、、传动比及其分配 1总传动比总传动比 总传动比等于截割电动机转速与滚筒转速的比值，总传动比等于截割电动机转速与滚筒转速的比值，滚筒的转速依据总体参数和性能要求而定，依靠调换齿滚筒的转速依据总体参数和性能要求而定，依靠调换齿轮对，滚筒转速通常有轮对，滚筒转速通常有24种可供选择。种可供选择。 采煤机截割电动机同步转速为采煤机截割电动机同步转速为1500r/min，滚筒转速，滚筒转速在在20r/min100r/min(直径大转速小直径大转速小)，截割部总传动比，截割部总传动比i=1575。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 2传动比分配传动比分配 采煤机采煤机 需要需要34级减速。级减

16、速。 大功率中厚煤层采煤机，采用大功率中厚煤层采煤机，采用2K-H负号行星齿轮传负号行星齿轮传动时，可能只需要三级减速。动时，可能只需要三级减速。 行星齿轮传动安排在最后一级较合理，既可利用滚筒行星齿轮传动安排在最后一级较合理，既可利用滚筒筒毂内的空间，又可减小前各级齿轮的传动比和尺寸。筒毂内的空间，又可减小前各级齿轮的传动比和尺寸。目前有些大功率电牵引采煤机采用双行星齿轮传动，并目前有些大功率电牵引采煤机采用双行星齿轮传动，并置于滚筒筒毂内。置于滚筒筒毂内。 采煤机机身高度严格限制，传动比采煤机机身高度严格限制，传动比ij 34(行星齿轮行星齿轮传动传动56)；为有效利用空间，传动比应从高速

17、级向低；为有效利用空间，传动比应从高速级向低速级递减，即速级递减，即ij+1 ij 。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计初步设计时初步设计时 11/ )(jjjiii20%30% 采煤机齿轮采用较大的变位系数，齿轮最少齿数一般采煤机齿轮采用较大的变位系数，齿轮最少齿数一般Zmin=13。 第一级齿轮转速很高，齿数不宜太少。第一级齿轮转速很高，齿数不宜太少。 二、齿轮模数二、齿轮模数 第一级齿轮模数根据电动机的最大转矩初选。后面各第一级齿轮模数根据电动机的最大转矩初选。后面各级齿轮模数根据传动比依次递增。级齿轮模数根据传动比依次递增。 第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计第

18、一级齿轮模数第一级齿轮模数 最大转矩最大转矩/Nm100020002000350035006000模数模数/mm6810各级齿轮模数各级齿轮模数 前一级传动比前一级传动比ij-11.31.51.555本级模数本级模数/mmmj=mj-1mjmj-1一级一级mjmj-1两级两级第一系列第一系列模数值模数值3，4，5，6，8，10，12，14，16，18，20第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 三、强度校核依据三、强度校核依据 齿轮的接触和弯曲疲劳强度按驱动电动机的额定全功齿轮的接触和弯曲疲劳强度按驱动电动机的额定全功率验算；率验算； 滚筒截割到硬煤或坚硬夹矸时可能受到很大的尖峰负滚筒

19、截割到硬煤或坚硬夹矸时可能受到很大的尖峰负载，按电动机的最大转矩验算齿轮的静弯曲强度。载，按电动机的最大转矩验算齿轮的静弯曲强度。 电动机的最大转矩一般为其额定转矩的电动机的最大转矩一般为其额定转矩的3倍。倍。 主传动系统的齿轮设计寿命按主传动系统的齿轮设计寿命按10000h30000h。 按电动机的额定功率所确定的轴承载荷计算寿命，轴按电动机的额定功率所确定的轴承载荷计算寿命，轴承的设计寿命比照国际水准为承的设计寿命比照国际水准为10000h30000h。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 四、其他原则四、其他原则 1齿轮宽度齿轮宽度 采煤机受空间条件限制，齿轮直径不能太大，为保

20、采煤机受空间条件限制，齿轮直径不能太大，为保证强度，齿轮宽度证强度，齿轮宽度B较大，较大，B=(812)m。 2齿轮材料齿轮材料 早期采煤机齿轮材料多采用早期采煤机齿轮材料多采用30CrMnTi和部分采用和部分采用18CrMnTi，强度和韧性较低，抗冲击能力差，使用中，强度和韧性较低，抗冲击能力差，使用中常发生脆性断齿事故。常发生脆性断齿事故。 目前国内大功率采煤机截割部齿轮已选用低碳镍铬目前国内大功率采煤机截割部齿轮已选用低碳镍铬合金钢合金钢18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A，中等功率以下的采，中等功率以下的采煤机或载荷较为稳定的牵引部齿轮多选用煤机或载荷较为稳定的牵引部齿轮多选用20

21、CrMnTi、20CrMnMo等渗碳合金钢。等渗碳合金钢。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计渗碳层设计深度渗碳层设计深度0.5 m 齿面硬度齿面硬度HRC602，芯部硬度，芯部硬度HRC40。 为保证硬齿面齿轮有良好的芯部组织，热处理应严格为保证硬齿面齿轮有良好的芯部组织，热处理应严格掌握渗碳的参数控制和金相组织的相变规律。渗碳后的掌握渗碳的参数控制和金相组织的相变规律。渗碳后的碳浓度应控制在碳浓度应控制在0.8%1%范围，硬度梯度平缓，齿面范围，硬度梯度平缓，齿面硬化物级别在硬化物级别在14级。级。 早期渗碳淬火齿轮实际精度等级只能达到早期渗碳淬火齿轮实际精度等级只能达到8-8-

22、8级甚级甚至更低。目前采煤机齿轮全部采用渗碳淬火后磨齿来提至更低。目前采煤机齿轮全部采用渗碳淬火后磨齿来提高精度，齿轮精度达到高精度，齿轮精度达到6级。级。 行星齿轮机构中，行星轮受弯曲强度限制，太阳轮行星齿轮机构中，行星轮受弯曲强度限制，太阳轮受接触强度限制，内齿圈受磨损限制。为满足齿轮强度受接触强度限制，内齿圈受磨损限制。为满足齿轮强度的要求，太阳轮和行星轮均采用的要求，太阳轮和行星轮均采用18Cr2Ni4WA，用凸头，用凸头滚刀加工，齿根喷丸和磨齿。滚刀加工，齿根喷丸和磨齿。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 3齿轮变位系数齿轮变位系数 采煤机齿轮多采用变位，一般在齿顶厚度采

23、煤机齿轮多采用变位，一般在齿顶厚度0.4m和和重叠系数重叠系数1.2条件下，综合考虑提高接触强度和弯曲强条件下，综合考虑提高接触强度和弯曲强度等，从变位齿轮封闭图域选取变位系数，其端面啮合度等，从变位齿轮封闭图域选取变位系数，其端面啮合角可达角可达23o28o。 4齿廓形状齿廓形状 齿轮寿命不仅取决于材料和热处理，还与齿廓形状齿轮寿命不仅取决于材料和热处理，还与齿廓形状和结构设计等有关。和结构设计等有关。 国内采煤机齿轮采用齿面修形、修缘及挖根大圆角国内采煤机齿轮采用齿面修形、修缘及挖根大圆角等技术，以提高齿轮承载能力。齿轮承载时，弹性变形等技术，以提高齿轮承载能力。齿轮承载时，弹性变形以及制

24、造误差，会造成偏载和啮合干涉，引起应力集中以及制造误差，会造成偏载和啮合干涉，引起应力集中和噪声。轮齿沿齿长修形和齿顶修缘可以改善这些情况。和噪声。轮齿沿齿长修形和齿顶修缘可以改善这些情况。挖根大圆角齿根没有磨削损伤，且能减小应力集中，使挖根大圆角齿根没有磨削损伤，且能减小应力集中，使轮齿柔度增大，有利于降低动载荷。轮齿柔度增大，有利于降低动载荷。第三节第三节 机械传动系统设计机械传动系统设计 5行星齿轮传动行星齿轮传动 截割部和行走部传动机构中大多设置行星轮系。某截割部和行走部传动机构中大多设置行星轮系。某些行走部还设计了双级行星轮系。些行走部还设计了双级行星轮系。 为满足齿轮强度，行星齿轮

25、传动采用为满足齿轮强度，行星齿轮传动采用3或或4个行星轮，个行星轮，提高功率分流的支数，以降低齿轮上单位长度的载荷。提高功率分流的支数，以降低齿轮上单位长度的载荷。为使各行星轮均匀承载，采用为使各行星轮均匀承载，采用太阳轮浮动太阳轮浮动或或太阳轮、系太阳轮、系杆双浮动结构杆双浮动结构。 6齿轮润滑油齿轮润滑油 采掘机械的载荷性质和使用条件，要求齿轮润滑油采掘机械的载荷性质和使用条件，要求齿轮润滑油具有良好的抗磨性、抗氧化性、抗腐蚀性、防锈性和抗具有良好的抗磨性、抗氧化性、抗腐蚀性、防锈性和抗泡性等。泡性等。 大功率采煤机都采用大功率采煤机都采用N220、N320号硫磷型极压工号硫磷型极压工业齿

26、轮油作为润滑油。业齿轮油作为润滑油。Eickhoff SL300 摇臂润滑试验摇臂润滑试验第四节第四节 弹性转矩轴设计弹性转矩轴设计 截割部减速器过载保护：截割部减速器过载保护： 采用安全销，剪切强度按额定值的采用安全销，剪切强度按额定值的2.53倍考虑。倍考虑。 在截割电动机转子轴内使用弹性转矩轴。在截割电动机转子轴内使用弹性转矩轴。 一、弹性转矩轴作用一、弹性转矩轴作用 弹性转矩轴作为截割传动系统的弹性缓冲装置，安弹性转矩轴作为截割传动系统的弹性缓冲装置，安装在截割电动机空心轴内两端，分别通过花键与电动机装在截割电动机空心轴内两端，分别通过花键与电动机转子和系统的第一级齿轮相连，转子和系统的第一级齿轮相连，性能：性能： 1弹性缓冲弹性缓冲 2过载保护过载保护 3传递动力传递动力二、结构和参数设计二、结构和参数设计 转矩轴的结构设计以满足三项性能为原则，其结构设转矩轴的结构设计以满足三项性能为原则