300700采煤机牵引部传动系统结构设计

本科毕业设计目录TOC\o"1-3"\h\u9803摘要 II11575Abstract II17825CONTENT V9479第1章绪论 1154451.1采煤机械的技术现状 119451.2采煤机机械的发展趋势 274761.2.1国内采煤机发展 2136651.2.2国外采煤机械的发展 3256811.3课题要达到的设计目的 4107011.4设计意义 4308191.5牵引部的概述 411698第二章牵引部传动机构方案设计及可行性论证 4286692.1行星机构选择方案设计 6292192.1.1方案一 73962.1.2方案二 8325022.1.3方案三 8318062.2行星机构方案可行性论证 9313642.2.1方案1 9228552.2.2方案2 10154692.2.3方案3 10123162.3方案确定 1027488第三章牵引部传动系统结构设计计算 12280493.1.电动机的选择 1297823.1.1电动机功率计算 12279173.1.2电动机的选型及电动机的参数 1293183.2总传动系统的设计计算 13274523.2.1总传动比的计算 13237343.2.2各级传动功率 14158153.2.3各级传动扭矩 1591613.3牵引部齿轮设计计算 1664213.3.1第一级直齿圆柱齿轮传动 16149503.3.2第二级直齿圆柱齿轮传动 20115913.3.3第一级行星齿轮传动 242133.3.4第二级行星齿轮传动 29121633.4轴组件结构设计计算 34239703.4.1轴1的参数设计计算及校核 34169553.4.2牵二轴的校核 37120943.4.3第一级行星太阳轮轴的校核 4083823.4.4第二级行星太阳轮轴的校核 42183913.5各轴上的轴承寿命校核 43123353.6花键强度校核 44115003.7环境保护和可持续发展方面的思考 4526969第4章产品的使用于维护 46246644.1采煤机使用要求 46271274.1.1注油的要求 47263554.1.2润滑要求 47126494.2日常维护 4884384.2.1定期送检及维护内容 48276344.2.2大修 48273334.2.3储存和安放 4922815.1毕业设计特色专题 4928881结束语 5131631参考文献 5214247致谢 54CONTENTTOC\o"1-3"\h\u14283摘要 II2591Abstract II2187CONTENT V9667Chapter1theory 1231881.1technicalstatusofcoalminingmachinery 1217321.2developmenttrendofcoalminingmachinery 284751.2.1developmentofdomesticShearers 2150221.2.2developmentofforeignShearers 392791.3designpurposeoftheproject 4291531.4designsignificance 488161.5overviewoftractionDepartment 423312Chapter2schemedesignandfeasibilitydemonstrationofdrivingmechanismoftractionDepartment 4200212.1selectionschemeofplanetarymechanism 6271102.1.1scheme1 748362.1.2scheme2 8208432.1.3scheme3 882602.2feasibilitydemonstrationofplanetarymechanismscheme 9121942.2.1scheme1Evaluation 9318042.2.2scheme2Evaluation 1069102.2.3scheme3Evaluation 1048582.3schemedetermination 1018547Chapter3structuredesignandcalculationofthedrivesystemofthetractionunit 12166853.1selectionofmotor 12305233.1.1motorpowercalculation 12290093.1.2motorselectionandmotorparameters 12194083.2designandcalculationoftotaltransmissionratio 13280283.2.1calculationoftotaltransmissionratio 13130203.2.2transmissionpoweratalllevels 14208663.2.3transmissiontorqueatalllevels 1580413.3designandcalculationoftractiongear 1655323.3.1firststagespurgeartransmission 16151053.3.2secondstagespurgeartransmission 20316873.3.3firststageplanetarygeardrive 2430073.3.4secondstageplanetarygeardrive 29300603.4structuraldesignandcalculationofshaftcomponents 34313213.4.1verificationofmotorinputshaft 34147573.4.2checkoftractiontwoshafts 3755583.4.3firststageplanetarysunaxleverification 40263853.4.4verificationofthesecondstageplanetarysunaxle 42217623.5checkofbearinglifeoneachshaft 4345273.6splinestrengthcheck 4459473.7considerationonenvironmentalprotectionandsustainabledevelopment 4516524Chapter4productuseandmaintenance 4642644.1notesontheuseofShearer 4636744.1.1requirementsforoilfilling 4752884.1.2lubricationrequirements 47264304.2dailymaintenance 48214824.2.1contentsofregularinspectionandmaintenance 48250354.2.2overhaul 48309544.2.3storageandplacement 4931735Chapter5specialfeaturesofgraduationproject 4914730Conclusion 513281References 523689Thankyou 54绪论1.1采煤机械的技术现状我国的能源目前主要以煤炭为主，所以我们国家也是煤炭需求的大国，也是产煤大国。煤炭的重要可想而知保证我国经济发展的重要物质基础。因为资源赋存条件的多样性以及开采方便，我国煤矿目前主要的开采形式分为炮采、普采和综采三种。国有的重点煤矿主要以综采为首，而地方的一些国营煤矿企业以普采和炮采为大多数，乡镇煤矿则大多炮采为主。根据我国各类煤矿和各种煤层的实际开采条件，选择正确的与之适合的采煤方法，并且符合安全、经济和采出率高的原则，是提高我国煤矿开采技术和经济效果的总体要求。因为煤层厚度几乎时不一样的，在壁式体系的采煤法中，回采技术也是有很多的不一样。对于硬度、厚度适宜的煤层，也可使用一些特殊的设备来通过放顶煤的方法直接一次全厚采出，这就是放顶煤开采技术。薄煤层和中厚煤层，大多数煤层全厚一次采出，就是所说的整层回采技术。厚煤层，则将其分层采出，字面意思就是所说的分层回采技术；不管是整层回采还是分层回采，根据回采的工作面推进方向还可以分为两类：采煤工作面根据倾斜的方向进行布置，根据走向推进的称为走向长壁采煤法；另一种是采煤工作面依据走向布置，它的推进方向沿倾斜向上或向下的采煤方法称为倾斜长壁采煤法。当采用壁式体系采煤法时，采煤工作面的空间应使用支架来进行支撑以防止坍塌，当采煤机割过煤后，需要快速移动支架，支护起新暴露的顶板，同时使其后面上方的岩层塌落。柱式体系采煤法的特点：（1）回采工作面的长度相对较短，大多为10～30m上下不等，不过工作面的数量较多。（2）工作面内煤的运输方向绝大部分垂直于煤壁。（3）回采生产过程中没有处理采空区的过程。（4）工作面内的通风条件也相对来讲较差。我国煤矿绝大部分采用壁式体系采煤法。但是无论采用哪一种采煤方法，都需要满足以下几点基本要求：（1）保证井下工作和运输安全。回采生产过程中，工作人员要严格遵守《煤矿安全规程》的规定，保证安全高效的生产。（2）考虑经济效益。选择的采煤方法需要确保产量高、质量好，开采过程中的消耗低，劳动的效率高。（3）采区回采率高。减少开采过程中煤炭损失，最大限度地开发利用资源，一定防止矿井下的意外着火，采区回采率要达到国家规定的标准。对于具体矿井和矿井中具体区段的采煤工艺选择，应实地勘探根据地质条件、煤层赋存、资源的条件、开采技术条件、可能的设备预算投入和开采效果等因素，根据技术和经济最大化收益后综合比较后确定。争取在安全、经济和高采出率等多方面达到要求。1.2采煤机机械的发展趋势1.2.1国内采煤机发展按照我国煤炭工业的发展趋势，根据煤炭企业建设计划的有关内容，“十一五”期间，我国将建设3亿吨矿山，其中2亿吨将投产。在“十一五”期间，国家将调整煤炭企业的产业结构，全面整合，更新和关闭小媒体煤矿，适当加快大中型煤碳产业基地的建设，并启动了一批智能大中型媒体矿山，替代了过时的生产方式。为了适应采矿设备和机械的需要，经过数十年的技术引进消化和自主研发，我国煤矿综合机械和自动化煤矿设备的研发水平有了长足的发展。中国的某些技术特征，例如煤矿团队的顶级煤炭支持技术，处于国际领先地位；中国制造的采煤队机械设备的关键性能参数已经接近或达到了20世纪的国际前列；国内煤矿团队机械设备的机电一体化水平在1990年代中后期接近或达到了国际一流水平；1990年代初，国内煤矿机械设备的信誉已接近或达到国际优秀水平。家用机械设备的价格约为购买设备的一半。由中国煤矿机械制造企业设计制造的煤矿机电工程武器设备已在中国各种媒体矿井中得到了广泛使用，已成为中国媒体矿业的生产技术。设备主体为我国传媒矿山的安全生产和高生产效率以及煤矿的基础建设提供了合理可靠的保证。在我国1980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，在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年的大倾角电动牵引式采煤机和2002年的短壁电牵引式采煤机，意味着我国采煤机的总体方案设计在技术上接近国际标准。2001年动能反馈四象限交流变频技术，2002年高压电力开关磁阻调速和中压电磁感应调速，2006年中电压交流变频调速的出现，中国煤矿机械电气设备的技术变化达到或接近国际卓越标准。目前，我国已经开发生产了截止高度为15.5m，倾角为0°〜55°，输出功率为100〜2215kW，工作电压为高的一系列手动采煤机产品。电源系统中的660〜3300V电源。2001年，全国生产161台采煤机。其中，电动牵引采煤机21台，占13％。2005年，全国生产采煤机516台，其中电动牵引采煤机244台，占47％。在这五年中，采煤机增加了2.2倍，电牵引采煤机增加了10.6倍。1991年，我们掌握了交流变频电牵引的技术特点。从1998年到现在，我们已向印度尼西亚，孟加拉国，越南，乌克兰和其他国家出口了200〜600kW液压牵引采煤机和14台930kW电牵引采煤机。中国的主要制造企业包括鸡西煤矿机械企业，西安煤矿机械厂，太原矿机企业集团，天地科技股份有限公司，上海子公司等。2006年生产的煤矿机械占全国的26％，18％，13％，9％。从2002年开始引入大功率厚煤巷电牵引采煤机27台（以下简称煤采煤机）。2005年被纳入新项目4-5m厚煤层综采关键技术与成套装备的子项。“成套设备”的子项目被列入国家发展和改革委员会2007年的新项目“为年产600万吨的煤矿开采队成套设备的研发”。2001年，天地科技发展有限公司开始研发。2006年8月至10月，西安的MG750/1910-WD，上海的MG750/1815-GWD和鸡西的MG850/2040-WD，太矿的MG750/1800型采煤机已在上海国际矿业展览会上成功注册。。2006年10月。华泰永利大同市的上海MG7501815（MG800/1915），西安的MG750/1910-WD已连续开采超过1吨。同煤集团四老沟矿采用了类似标准的SL500和国产MG800/1915-WD。截至2007年9月，煤炭总开采面积分别为920,200平方米和209,838平方米，平均产量为5415吨/天。3776吨每天，在类似的低强度开采标准下，国产采煤机达到了进口采煤机产量的70％。截至2007年10月，同煤炭集团白洞煤矿已将MG750/1815-WD应用于总采煤面积126,633m2，平均产量为3121吨/天。根据惠能集团主采工作面的高韧性采矿标准，现阶段仍不敢使用国产的采煤机。未来煤矿机械自动化的发展前景是：逐步改善各种煤矿机械设备，以实现增产，高效，安全，经济的发展。随着远程控制和自动控制系统的发展趋势，在工作面上逐渐无人采煤。提高单机的可靠度，使其通用，标准化和实用。研发用于困难煤层（例如厚，薄和尖锐偏斜）的机械自动化设备；加工边缘技术，掘进工作的研究与开发采煤工作面顶部和掘进工作面顶部的机械设备是为了进一步提高掘进工作面的产量和安全系数。1.2.2国外采煤机械的发展在1940年代初期，美国和前苏联相继开发了链式采煤机。这种类型的采煤机使用链条切割来拦截煤炭，并且在链上安装了一种专业截煤刀具，称为截齿。但是其工作效率很低。此后，法国用刨煤方法开发了一种刨煤机。在1950年代初期，英国和德国相继开发了滚筒式采煤机。这些采煤机和柔性带式输送机的配套设施奠定了采煤机械自动化的基础。70年代以后，美，俄等国逐渐将目光放到了重型采煤机上，使其适应更为恶劣的环境。美，俄等国在采煤机上所投入的技术，展现了新时代采煤机的发展方向。1.3课题要达到的设计目的更好的运用所学习的关于本专业的知识，提高空间想象能力，检查自己对现阶段的知识掌握情况如何。对各项能力的检测和考核，也是以后在专业岗位上工作前的一次实习。1.4设计意义为响应对煤炭需求的不断增长，煤矿机械的自动化和自动化技术是煤炭行业增加产量，提高效率和提高竞争力的唯一途径。机械自动化的目的是提高劳动效率，改善劳动标准和自然环境，降低员工的劳动强度，并完成文明安全的生产和制造。具有重要的现实意义。随着煤炭工业的快速发展趋势，对安全可靠的采煤机的需求也很高。这次毕业设计也是对学生的检查。1.5牵引部的概述采煤机牵引部由箱体，原电机，输出轴和减速器组成。采煤机的牵引部负责牵引和行走的日常工作，并且是采煤机的关键部件之一。健全的工作机构应考虑以下规定：结构简单，工作可靠，拆卸和维护方便。它可以灵活地利用煤壁的压缩效果，降低能耗，提高块煤率，减少粉尘。可以牵引行走。负载分布均匀，机械效率高。可以集成到不同的煤巷和相关的地质标准中。牵引部传动机构方案设计及可行性论证采煤机的牵引部的传动装置的功能是将电动机的动能传递到主动链轮或主动轮，并考虑牵引部的规定。目前，牵引带的传动分为三种类型：机械牵引，液压牵引和电气牵引。1.机械牵引具有纯机械设备传动的牵引部通常称为机械牵引。它的特点是工作可靠，但是它只有一步一步的调整率，而且结构比较复杂。在此阶段，它很少使用。这种类型的机械牵引系统为了完成变速，终止，调速，维护负荷等。设计了许多轴和齿轮，加上离合器，制动器等，这使其结构更加复杂，并且工作时可获得的工作速度相对有限。因此，没有选择这种牵引装置。2.液压牵引液压传动系统的牵引部具有无级变速的特点，调速，终止和超压保护的操作过程很容易完成，并且基于负荷的完全自动装运，维护系统比较完善。，因此已被相对广泛地使用。它的缺点是：因为是液压所以液压油很容易受到环境污染，进而导致零件容易被破坏，并且使用寿命相对较低。一些液压机的牵引带必须有很多油槽。油槽中的灰尘和气体更容易进入液压传动系统，导致系统软件受到环境的污染，导致工作期间标准发生变化，工作可靠性差，因此不适合使用。另一种闭式液压回路需要依靠油马达的其他泵油会立即返回到主液压油泵的吸入口。大多数液压油在液压车的车厢中循环。由于工作压力的影响，每个液压部件都有泄漏损坏。因此，从油马达排出的剩余油少于由主液压油泵吸入的油量，这将导致主液压油泵排空。主控制回路中含有少量的液压油。在液压油连续循环期间，摩擦和热量很热。系统软件的水温持续升高，液压油的粘度降低，液膜变软，抗压强度降低，反过来使各组分的标准变差，极易损坏。3.电气牵引晶闸管整流器用于提供交流电，即由电子设备操作的调节系统，然后将完成牵引直流电动机变速的牵引部称为电牵引。带有电牵引的采煤机通常称为电牵引采煤机。它是1970年代才开始开发的新一代采煤机。牵引带电动机可以是他激直流电动机或串激直流电动机。如果要更改电动机的速比，可以按照以下方法进行操作：保持磁通不变，即磁通量不变，请选择晶闸管将其导通。电源电路改变扼流圈的工作电压，以获得恒定转矩的变速段；保持同步电动机的工作电压不变，从而减少激磁电流量，减小转矩并提高速度，从而获得恒定功率的变速段。当然，也可以通过调节同步电动机的工作电压和磁感应强度来调节速度。电牵引采煤机的优点是：转速特性好：采用固体的元件，抗污染工作能力强，使用寿命长，效率高，维护工作量小：由于电子设备操作的快速响应，方便完成各种维护，检查和显示信息。结构简单，可以大大缩短外壳的长度，并且根据特点和高切割效率。此设计使用电牵引。2.1行星机构选择方案设计为了确保设计方案考虑到采煤机的设计方案规定，经过多方面的考察，明确了采煤机牵引带部分设计方案的方向：（1）部分输出功率采煤机的减速器基于是牵引部的减速器，牵引带部门的工作标准是极端的，对尺寸需要进行严格管理，对可靠度的要求很高。牵引部的总传动比一般为200左右，为3-5级。（2）考虑上述各种类型的规定时还要使得结构相对简单并且控制相对方便。尽可能贯彻是标准化和通用性。（3）采用两级行星减速器来扩大传动比，并减少了传动齿轮的总数，以简化结构并降低必要的成本。以上是该采煤机牵引带部分的指导原则。牵引带部分选用两级直齿两级行星减速机。整体布局是横向布置。2.1.1方案一采用NGW型行星机构1.高速级小齿轮2.高速级大齿轮3.低速级小齿轮4.低速级大齿轮5.高速级行星轮6.低速级行星轮2.1.2方案二采用NGWN（Ⅰ）型行星机构1.高速级小齿轮2.高速级大齿轮3.低速级小齿轮4.低速级大齿轮5.高速级行星轮6.低速级行星轮2.1.3方案三采用NN（2Z-X正号机构）型行星机构1.高速级小齿轮2.高速级大齿轮3.低速级小齿轮4.低速级大齿轮5.高速级行星轮6.低速级行星轮2.2行星机构方案可行性论证2.2.1方案1NGW型号的行星减速装置，效率高，体积小，重量轻，噪音小，运转平稳，结构简单，制造方便，传动功率范围大，可用于各种工作条件[3]。2.2.2方案2NGWN（Ⅰ）型号的行星减速装置，结构紧凑，体积小，传动比范围大，但效率低于NGW型适用于中小功率或短期工作[3]。2.2.3方案3NN(2Z-X正号机构）型号的行星减速装置，传动比大，效率较低适用于短期工作传动[3]。2.3方案确定综合考虑采用方案一NGW型行星机构牵引部传动系统结构设计计算3.1.电动机的选择3.1.1电动机功率计算给定设计参数牵引速度v=0~9.1m/min。最大牵引力F=456kN.则P=Fv=9.1*456/60=69.16kW3.1.2电动机的选型及电动机的参数采用双牵引方式选用额定功率为40kw的电机即可满足要求通过查阅资料选用YBQYS-40电机型号功率（kw）转速（n/min）电压（v）YBQYS-40401478380表3-1电机参数3.2总传动系统的设计计算3.2.1总传动比的计算电动机满载转速，牵引部固定箱输出轴转速设计为按照最小等效传动惯量原则，总传动比50~60≤i≤200~300则传动级数n取4选取结构简单的直齿传动和传动效率高、体积相对较小的行星传动结合的传动方式。总体为前两级为直齿传动，后两级为行星传动。式中——直齿传动中高速级传动比；——直齿传动中低速级传动比；——行星传动中高速级传动比；——行星传动中低速级传动比。因采煤机牵引部尺寸在很大程度上取决于行星减速器尺寸，故先选取行星减速器传动比，查询同类型近似功率的采煤机，初定，再依据相邻两级行星齿圈直径比常用范围为：，取则展开式直齿轮总传动比：当两级齿轮的材质相同时：总传动比误差：在误差允许范围5﹪内，满足设计要求。各级传动转速Ⅰ轴：；Ⅱ轴:Ⅲ轴：Ⅳ轴：Ⅴ轴：3.2.2各级传动功率Ⅰ轴：；Ⅱ轴：；Ⅲ轴：；Ⅳ轴：；Ⅴ轴：。式中——联轴器效率，取0.99；——闭式圆柱齿轮效率，取0.97；——轴承效率，取0.98；——行星效率，取0.96。3.2.3各级传动扭矩Ⅰ轴：；Ⅱ轴：；Ⅲ轴：；Ⅳ轴：；Ⅴ轴：。将上述计算结果列入表3-2中表3-2牵引部各轴的基本参数轴号转速输出功率输出扭矩传动比Ⅰ轴147838.808250.76Ⅱ轴529.8836.89664.882.79Ⅲ轴246.9635.071356.112.15Ⅳ轴39.2032.998037.696.3Ⅴ轴731.0442787.545.63.3牵引部齿轮设计计算3.3.1第一级直齿圆柱齿轮传动1.材料的选取本次设计大齿轮和小齿轮选用20CrMnTi材料。2.初定齿轮主要参数预选小齿轮齿数大齿轮齿数取整=56实际齿数比圆柱直齿传动的第一级传动齿轮的设计参数如表3-3所示。表3-3齿轮几何参数计算计算项目符号计算公式第一级z1z2齿数z——2056模数m55齿顶高系数——11顶隙系数——0.250.25齿形角——变位系数——0.469-0.468齿宽——5058.8理论中心距190190啮合角2020中心距变动系数0.0010.001齿高变动系数00实际中心距——190190分度圆直径100280齿顶圆直径114.68285.32齿根圆直径92.19262.81圆柱直齿传动第一级齿轮接触强度校核如表3-5所示表3-5接触强度校核计算项目符号计算公式第一级z1z2分度圆上名义切应力5015.11N4749.15N使用系数——1.75动载系数——1.13齿向载荷分布系数——1.2齿间载荷分布系数文献[3]中表14-1-921.1节点区域系数文献[3]中图14-1-762.37弹性系数文献[3]中表14-1-95189.8重合度系数——0.88螺旋角系数文献[3]图14-1-801计算接触应力738.39406.91接触疲劳极限——16001600最小安全系数文献[3]中表14-1-1001.251.25寿命系数0.9591.033润滑剂系数文献[3]中表14-1-980.85工作硬化系数文献[3]中图14-1-9011尺寸系数——11计算安全系数1.242.51由表可知，齿轮的接触强度校核满足要求。故圆柱直齿传动的第一级传动齿轮的设计参数如表3-6所示。表3-5弯曲强度校核计算项目符号计算公式第一级z1z2齿向载荷分布系数1.15齿间载荷分布系数1.15齿形系数文献[3]中图14-1-982.82.36应力修正系数文献[3]中图14-1-1031.551.74重合度系数0.70螺旋角系数文献[3]中图14-1-1090.83计算齿根应力N/mm2132.75103.13齿根弯曲疲劳极限N/mm2——500500最小安全系数文献[3]中表14-1-1001.61.6相对齿根圆角敏感系数——11相对齿根表面状况系数——11应力修正系数——22尺寸系数11寿命系数——0.880.89计算安全系数6.68.63由表可知，齿轮的弯曲强度校核满足要求。3.3.2第二级直齿圆柱齿轮传动1.选择材料第二级设计大齿轮和小齿轮选用40Cr材料。2.初定齿轮主要参数预选小齿轮齿数大齿轮齿数，圆整取实际齿数比：（允许）则圆柱直齿传动的第二级传动齿轮的设计参数如表3-6所示。表3-6齿轮几何参数计算计算项目符号计算公式第二级z3z4齿数z——3065模数m66齿顶高系数——11顶隙系数——0.250.25齿形角——变位系数——0.469-0.468齿宽——9081.9理论中心距285285啮合角中心距变动系数0.0010.001齿高变动系数00实际中心距——285285分度圆直径180390齿顶圆直径197.62396.38齿根圆直径170.62369.38圆柱直齿传动的第二级传动齿轮的接触强度校核如表3-7所示。表3-7齿轮接触强度校核计算项目符号计算公式第一级z3z4分度圆上名义切应力2786.17N3409.64N使用系数——1.75动载系数文献[3]中图14-1-741.1齿向载荷分布系数文献[3]中表14-1-811.2齿间载荷分布系数文献[3]中表14-1-921.1节点区域系数文献[3]中图14-1-762.37弹性系数文献[3]中表14-1-95189.8重合度系数——0.94螺旋角系数文献[3]中图14-1-801计算接触应力327.24233.05接触疲劳极限——16001600最小安全系数文献[3]中表14-1-1001.251.25寿命系数1.031.09润滑剂系数文献[3]中表14-1-980.85工作硬化系数文献[3]中图14-1-9011尺寸系数——11计算安全系数3.114.76由表可知，接触强度满足要求。故圆柱直齿传动的第二级传动齿轮的设计参数如表3-8所示。表3-8齿轮弯曲强度校核计算项目符号计算公式第一级z3z4齿向载荷分布系数1.17齿间载荷分布系数1.1齿形系数文献[3]中图14-1-982.52.28应力修正系数文献[3]中图14-1-1031.631.74重合度系数0.81螺旋角系数文献[3]中图14-1-1091计算齿根应力N/mm2123.88130.96齿根弯曲疲劳极限N/mm2——500500最小安全系数——1.61.6相对齿根圆角敏感系数——11相对齿根表面状况系数11应力修正系数——22尺寸系数0.990.99寿命系数——0.900.91计算安全系数6.966.86由表可知，齿轮的接触强度校核满足要求。3.3.3第一级行星齿轮传动1.选择材料太阳轮和行星轮材料为。表面渗碳淬火处理，表面硬度为，齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为7级。内齿圈材料为。调质处理，硬度为，齿形的加工方式为插齿，精度为7级。2.确定各主要参数（1）行星机构传动比的确定行星机构高速级传动比，选用NGW型行星机构。（2）配齿查机械设计手册，时的NGW型行星机构，选取则第一级行星齿轮的数据计算如表3-9所示表3-9第一级行星齿轮几何参数计算计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7齿数z——163586模数m555齿顶高系数——111顶隙系数——0.250.250.25齿形角——变位系数——0.04-0.040.04理论中心距，127.5127.5齿宽——727086啮合角20.00420.004实际中心距——127.5127.5分度圆直径80175430齿顶圆直径90.4184.6420.4齿根圆直径67.9162.1442.9基圆直径75.18164.45404.07行星的第一级传动齿轮的接触强度校核如表3-10所示。表3-10第一级行星齿轮接触强度校核计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7分度圆名义切向力33902.65N33902.65N使用系数——1.751.75动载系数——1.0821.082齿向载荷分布系数——1.11.1齿间载荷分布系数文献[3]中表14-1-921.11.1节点区域系数文献[3]中图14-1-762.372.37弹性系数文献[3]中表14-1-95189.8189.8重合度系数0.890.89螺旋角系数——11计算接触应力1086.40MPa接触疲劳极限——160016001600最小安全系数——1.25寿命系数1.091.091.21润滑剂系数文献[3]中表14-1-980.850.850.85工作硬化系数文献[3]中图14-1-90111尺寸系数——0.9970.9970.997计算安全系数1.01.01.1接触强度满足要求。表3-11第一级行星齿轮弯曲强度校核计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7齿向载荷分布系数1.17齿间载荷分布系数1.1齿形系数文献[3]中图14-1-983.132.52.26应力修正系数文献[3]中图14-1-1031.51.641.74重合度系数0.720.67螺旋角系数——11计算齿根应力N/mm2349.88314.27301.10齿根弯曲疲劳极限N/mm2——500许用齿根应力450最小安全系数——1.21.21.2计算安全系数1.281.43149由表可知，弯曲强度满足要求。3.3.4第二级行星齿轮传动1.选择材料太阳轮和行星轮材料为。表面渗碳淬火处理，表面硬度为齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为7级。内齿圈材料为。调质处理，硬度为，齿形的加工方式为插齿，精度为7级。2.确定各主要参数（1）行星机构的传动比，行星机构高速级传动比，选用NGW型行星机构。（2）配齿查机械设计手册，时的NGW型行星机构，选取，，则表3-12第二级行星齿轮几何参数计算计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7齿数z——173179模数m555齿顶高系数——111顶隙系数——0.250.250.25齿形角——变位系数——0.04-0.040.04齿宽——76.577.579理论中心距，120120啮合角20.00420.004实际中心距——120120分度圆直径85155395齿顶圆直径95.4164.6385.4齿根圆直径72.9142.1407.9基圆直径70.47145.65371.18行星齿轮传动的第二级传动齿轮的接触强度校核如表3-13所示。表3-13第二级行星齿轮接触强度校核计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7分度圆名义切向力63040.7463040.74使用系数——1.751.75动载系数——1.0821.082齿向载荷分布系数——1.11.1齿间载荷分布系数文献[3]中表14-1-9211节点区域系数文献[3]中图14-1-762.352.35弹性系数文献[3]中表14-1-95189.8189.8重合度系数0.890.89螺旋角系数——0.970.97计算接触应力2169.99MPa接触疲劳极限——160016001600最小安全系数——1寿命系数4.362.271.2润滑剂系数文献[3]中表14-1-980.850.850.85工作硬化系数文献[3]中图14-1-90111续表3-14尺寸系数——0.9970.9970.997计算安全系数2.31.41.42由表可知，接触强度满足要求。故行星齿轮的弯曲强度校核如表3-14所示。表3-14第二级行星齿轮弯曲强度校核计算项目符号计算公式数据太阳轮A/z5行星轮C/z6内齿圈B/z7齿向载荷分布系数1.08齿间载荷分布系数1齿形系数文献[3]中图14-1-983.132.52.26应力修正系数文献[3]中图14-1-1031.541.631.73重合度系数0.7220.692螺旋角系数——11计算齿根应力N/mm2316.24272.59166.25齿根弯曲疲劳极限N/mm2——500许用齿根应力450最小安全系数——1.21.21.2计算安全系数1.421.652.71由表可知，齿轮的弯曲强度满足要求。3.4轴组件结构设计计算3.4.1轴1的参数设计计算及校核1.估算轴径选择轴的材料为渗碳后淬火，调质处理故选取A=100，初步估算轴径式中P——I轴功率，kW；N——I轴转速，r/min。因为轴上有花键，所以直径应当增加10%到20%。故Ⅰ轴最小直径取轴的设计电机轴各轴段的设计方案如表3-15。表3-15电机轴的设计轴段名称轴径轴段长度轴段长度确定说明第1段70mm105mm此轴段上除了装有轴承外，还有与电机相连的花键第2段80mm85mm此轴段用来安装轴承和定位齿轮第3段100mm50mm此轴段为齿轮，轴径为齿轮分度圆直径，轴长为齿宽第4段80mm10mm此轴段为定位轴间，用于定位轴承第5段70mm40mm此轴段用于安装轴承3.轴上的受力分析轴上传递的转矩：轴上的圆周力：轴上的径向力：水平支反力：式中——上轴承中心到齿轮中心的距离，mm；——下轴承中心到齿轮中心的距离，mm。垂直支反力：弯矩计算水平弯矩：垂直弯矩：合成弯矩：绘制弯矩图，如图3-1所示。5.Ⅰ轴的强度校核危险截面处于弯矩及转矩较大且截面的面积较小，应力集中较严重处。转矩按脉动循环变化计算，取。危险截面的最大当量弯矩为式中轴危险截面直径为式中——危险截面直径，mm；为轴的许用弯曲应力，轴的材料为合金钢，合金处理材料许用应力故Ⅰ轴强度足够图3-1电机输入轴弯扭图3.4.2牵二轴的校核1.估算轴径轴的材料为40Cr合金钢，调质处理，选取A=100，初步估算轴径式中P——Ⅱ轴功率，kW；N——Ⅱ轴转速，r/min。故Ⅰ轴最小直径取2牵引部二轴的结构设计轴段的设计方案如表3-16表3-16牵引部二轴的设计轴段名称轴径轴段长度轴段长度确定说明第1段45mm37mm此轴段用于固定第2段55mm150mm此轴段用于安放调心滚子轴承22211，使其自动补偿轴和外壳中心线的相对偏斜第3段60mm43mm此轴段用于固定3.轴上的受力分析该轴为心轴，仅受弯矩作用。轴传递的转矩圆周力：水平支反力垂直支反力合成反力水平弯矩垂直弯矩总弯矩绘制扭矩图，如图3-2所示。4.牵二轴的强度校核齿轮为双联齿轮，轴为心轴，轴的材料为40Cr钢，调质处理.由，取，故强度远远符合要求。图3-2牵二轴弯矩图3.4.3第一级行星太阳轮轴的校核1.估算轴径输出轴为太阳轮，故轴的材料与太阳轮一样为合金钢，调质处理故选取A=100，初步估算轴径式中P——Ⅲ轴功率，kW；N——Ⅲ轴转速，r/min。故Ⅰ轴最小直径取2.轴的结构设计轴段的设计方案如表3-17表3-17牵二轴的设计轴段名称轴径轴段长度轴段长度确定说明第1段60mm82mm此轴段为花键，与直齿传动的大齿轮连接第2段66mm88mm此轴段为光轴第3段80mm130mm此轴段为第一级行星的太阳轮3.轴的强度校核对该轴进行受力分析：由于大齿轮直接和轴承相互配合，大齿轮所受的径向力和圆周力均作用在轴承上，所以Ⅲ轴只承受扭矩根据轴的结构图和轴的受力分析，可以做出轴的扭矩图太阳轮的扭矩图如图3-3所示。图3-3太阳轮扭矩图轴的材料为40Cr，渗碳淬火处理。轴的计算应力故轴强度足够3.4.4第二级行星太阳轮轴的校核1.轴的结构设计轴段的设计方案如表3-18表3-18第二级行星轴的设计轴段名称轴径轴段长度轴段长度确定说明第1段75mm48mm此轴段为花键，与直齿传动的大齿轮连接第2段80mm60mm此轴段为光轴第3段85mm80mm此轴段为第二级行星的太阳轮2.轴的强度校核对该轴进行受力分析：由于大齿轮直接和轴承相互配合，大齿轮所受的径向力和圆周力均作用在轴承上，所以Ⅲ轴只承受扭矩最大当量弯矩为轴的材料为合金钢，渗碳淬火处理。材料许用应力轴的计算应力故轴强度足够3.5各轴上的轴承寿命校核表3-20齿轮寿命校核表（注：表中所需公式、数据均由文献[REF_Ref1286\r\h3]查得。）序号轴承类型轴承代号额定载荷Cr(kN)转速n(r/min)当量动载荷P(kN)轴承寿命Lh（h）计算公式计算结果计算公式计算结果1圆柱滚子轴承NU101447.514781.83596252.72调心滚子轴承87.2529.881.2445149598.013圆柱滚子轴承38.5246.961.44236408.004圆柱滚子轴承39246.961.44422597.045圆柱滚子轴承11539.204.816855877.226圆柱滚子轴承NU10061339.204.811773.43查阅机械设计手册，轴承寿命大于8500h即满足校核要求，可知所选轴承均满足要求。3.6花键强度校核花键1基本参数：齿数15，模数3，分度圆直径45，30°齿根。花键2和花键3相同基本参数：齿数25，模数3，分度圆直径75，30°圆齿根。式中T传递转矩.N·mm花键齿数齿的工作长度平均圆直径，渐开线花键=D渐开线为分度圆直径h健齿工作高度，渐开线花键h=m（模数）（a=30°）格齿间载荷不均匀系数，取0.7花键1：花键2：花键3：经文献[3]中表5-3-33强度满足要求。3.7环境保护和可持续发展方面的思考在设计过程中，除了满足对采煤工作过程的要求外，还应该符合国家的号召，考虑煤炭行业环境保护与可持续发展的战略，这就要求我们在兼顾合理采煤的同时保证环境的和谐相处和实现资源的持续利用。为了达到环境保护这一目的，应从采煤机开采过程中的防尘、降噪和排污这几方面进行改进。1.开采工作要做减尘处理，由于前期开采过程基本为挖掘、爆破等的开山环节，会产生大量的粉尘，而且这种粉尘污染污染面分布广、分布量大。为了改善这种情况开采时运用湿法挖掘凿取、冲水吸取爆破尘埃、多点洒水吸尘等技术进行设计改善，配合定向通风，以防止粉尘扩散，提高除尘效果。2.机械设备运作时自身和外部的器件之间摩擦和碰撞是煤矿场产生噪音的主要原因，机械振动产生声音，而设备的振动一方面和使用方法有关，一方面和本身的材料有关，所以使用新型的高分子减振材料也是环境保护措施的重要方法之一。3.开采之后使用的废水和开采过程中矿床中的井下水如果处理不善，也将会成为一类污染源。所以可以考虑对水进行合格处理后，再次将其运用到除尘的过程中，符合可持续发展原则进行循环利用。从人的角度来看，可持续发展是指在不损害后代利益，满足其需求的能力的情况下，满足当前需求的发展。所以在设计过程中，我们可以优先选用高强度，对环境污染小的材料。在设计过程中，对采煤机牵引部传动系统中的各轴组件都需要考虑损坏后的拆卸问题。可以做出如下设计，对轴组件均设计螺纹孔，使得有零件损坏时可以及时快速更换，这样就能有效实现机器的可持续利用。除此之外，为保障工作人员的操作安全，要对机器上所有尖叫锐利的地方进行倒钝设计。产品的使用于维护4.1采煤机使用要求1.必须经考试合格并且发证的人员才能持证操作采煤机后方可持证上岗，机组司机必须了解机组性能及相应原理[5]。2.采煤机不能用于拖拉、推顶、起吊其它设备和物件[5]。3.每一班须配两名采煤机司机，否则不可以开机运行[5]。4.在无冷却水、喷雾水或者水压、流量达不到要求的情况下，不可以开机割煤[5]。5.采煤机所有机械、电气、液压保护装置必须完好齐全、动作灵敏可靠，严禁甩掉不用[5]。6.采煤机在每班正常停机后，应将两滚筒降至底板位置[5]。7.当准备进行检修维护工作时，须切断采煤机的电源，并且将负荷中心隔离开关打在”OFF”位置[5]。闭锁刮板输送机（同时闭锁两个以上有效闭锁键）打出支架护帮板[5]。8.严禁在各部少油、无油的情况下启动采煤机[5]。4.1.1注油的要求采煤机机体内的油液使用必须按对应的注油图标和油脂牌号加油，不允许混用，各部分的油位应加注到适当位置[13]。对于未使用完的油液，其存放、运输必须防水、防尘，且盛、贮油容器必须洗净[12]。当在井下检修开大盖时必须支蓬、洒水灭尘，并严防煤块、岩渣、工具、手套等杂物落入油池，严禁用纱布、普通布、棉纱等擦洗液压油池及液压元件，如有擦洗必要，则应用泡沫塑料或绸缎擦抹[13]。4.1.2润滑要求按润滑系统图的部位各大部件润滑要求：分别注N320齿轮油、N68抗磨液压油和2L-3锂基润滑脂。4.2日常维护4.2.1定期送检及维护内容1.定期检测主要组件的连接处紧固部件松紧程度，重点是检查并确保拧紧受振动和冲击先对较频繁处的螺栓螺母；2.检测整机的漏油情况，筛查水管，油管损坏的情况；3.操作人员应定期通过仪表和观察孔注意采煤机机体内各部的油位是否符合高度标准；4.开机操作时需要检测各操作机构是否有卡顿、刀齿是否需要更换，喷嘴是否堵塞等；5.机器运转时，应时刻注意各部分运转声音及发热是否正常；6.每隔一段时间应当检查和清洗滤油器、过滤器，确保其正常工作；7.应定期从放油口取样，化验液压油和齿轮油的油质，如发现油膜破损严重应及时更换；8.除以上内容外，如有突发较强振动、异响或其他异常，应及时停机上报检修，并作好检修日志。4.2.2大修按检修内容，采煤机的检修可分为小修，中修，大修。采煤机在采完一个工作面后应升井进行大修，大修要将采煤机进行解体清洗检查，更换损坏的零部件，测量齿轮啮合间隙，对液压元件应按要求进行检查和试验。电气元件检修更换时，应做电气试验，机器大修后，主要部件还需要做性能试验。整机空转试验，检测有关的参数，在符合大修要求之后，才可以下井[12]。做好修检记录。4.2.3储存和安放1.采煤机及其零部件应储存在相对通风、干燥的仓库内[13]。2.采煤机及其零部件外露的加工表面应涂上防锈油，并且使用油纸将其覆盖[13]。3.橡胶密封件、各种高压胶管以及各种电缆应在库房内储存，库房内空气中不可以含有酸、碱性或其它腐蚀性的物质，并且还应该避免太阳光照晒，以防止引起过早老化[14]。胶管的接口需要使用塑料帽或者塑料塞封堵好，防止灰尘杂质的进入[13]。4.采煤机的冷却喷雾系统水管中的积水应放净，之后使用风管吹干，并且将接口堵住，以防止在低温环境中结冰和灰尘杂质进入[13]。5.1毕业设计特色专题本特色专题为应用solidworks软件对牵二轴组件的三维建模及装配，并制作爆炸图以便于观察组件中各零部件外形结构和位置关系牵二轴组件三维设计图图5.1牵二轴爆炸图图5.2结束语本次的设计通过分析采煤机牵引部的工作条件，状况以及原理，因为疫情原因只能在网上采取调研，因此在网上找各公司的采煤机对其主要成产厂商的产品对比，最终选定了传动方案为二级直齿传动、二级NGW型行星减速；其总传动比为211，行星部分总传动比为35.28，直齿传动总传动比为5.9985，牵引部电机单机装机功率为40kw，电动机型号为YBQYS-40，牵引部牵引力达到456kN，牵引速度为0~9.1m/min.通过计算确定了齿轮传动中直齿传动部分的第一级、第二级齿轮模数分别为5mm、6mm；行星传动部分第一级、第二级齿轮模数均为5mm；对齿轮进行校核，所有齿轮的接触强度安全系数均大于1.2，弯曲强度安全系数均大于1.4；所有轴承的使用寿命均大于9600h；所有花键所受挤压应力也均小于100MPa，并且绘制装配图纸确定各齿轮之间均不存在干涉现象，基本达成了设计任务要求。并且本次设计还考虑了环境及人文的因素，对机身各处的边角设计进行倒钝处理，以防止运输和拆卸过程中可能对人发生意外的伤害，箱体设计也充分考虑了箱体内部的防水防尘，箱体内部的密封性提高，可以使牵引部箱体内的零件充分浸泡在润滑液中，从而提高零件的使用寿命，同时也减少了润滑油泄露对环境可能造成的污染。参考文献杨子谦.关于MG200-W型采煤机牵引部的运动特性研究[J].矿业装备,2019,(01):62-63.王致功.双滚筒采煤机常见故障的原因及改进措施[J].煤矿机电,2019,40(01):98-100.成大先.机械设计手册.[S].北京:化学工业出版社，2008.崔斌.极薄煤层电牵引采煤机电气控制系统的研究[J].机械工程与自动化,2019,(01):167-168.乔年明.采煤机牵引部的自动调速机理与自动控制系统分析[J].当代化工研究2019年第一期:68-69.王巍琴.自动化在煤矿机电技术中的应用[J].矿业装备,2018,(05):82-83.王磊.电牵引采煤机的发展探讨[J].机械管理开发,2018,33(06):218-219.郝栋.煤矿开采机械装备及自动化技术探讨[J].机械管理开发,2018,33(04):182-183.阎俊平.电牵引采煤机的应用技术现状与发展趋势[J].机械管理开发,2017,32(11):130-131+177. 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