畢業(yè)設計（論文)-MG200460-WD型雙電機采煤機截割部設計.doc

2010 屆本科生畢業(yè)設計 1 摘 要 XXX MG200/460-WD 型采煤機是一臺采用多電機驅(qū)動、電機橫向 布置，采用非機載方式變頻調(diào)速的無鏈（Eicotrack）電牽引新型 采煤機。該采煤機適用于煤層厚度 1.01.9m，工作面傾角 25P0P(兩象限變頻器)或者45P0P(四象限變頻器)，煤層可有 一定仰俯角，煤質(zhì)中硬(f 4)的煤層中開采，能夠配套(630)、 730、764 等運輸機，在綜合機械化采煤工作面完成落煤與裝煤。 采煤機在工作面按斜切方式自開缺口，雙向穿梭式采煤。 采煤機各部份按組裝可分為機身及牽引部，截割部，電氣控制及 調(diào)速設備，液壓調(diào)高系統(tǒng)，冷卻噴霧系統(tǒng)，輔助裝置等。 本說明書主要介紹了采煤機截割部的設計計算。MG200/460-WD 型采煤機截割部主要是由一個減速箱和四級齒輪傳動組成，截割 部電機放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動機輸出的動力經(jīng)由三級直齒圓 拄齒輪和行星輪系的傳動，最后驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。截割部采用四行 星單浮動結(jié)構(gòu)，減小了結(jié)構(gòu)尺寸，采用大角度彎搖臂設計，加大 了過煤空間，提高了裝煤效果。 在設計過程中，對截割部的軸、傳動齒輪、軸承和聯(lián)接用的花鍵 等部件進行了設計計算、強度校核和選用。本說明書主要針對主 要部件的設計計算和強度校核進行了敘述和介紹。 此外，還對 MG200/460-WD 采煤機的使用與維護進行了說明，以 便能更好的發(fā)揮該采煤機的性能，達到最佳工作效果。 關(guān)鍵詞：采煤機；截割部；減速箱；行星輪系；傳動齒輪；設計 Abstract MG200/460 - WD type coal winning machine is a using motor drive, motor horizontal layout, using the way of airborne inverter Eicotrack chain (new) in electrical traction shearer. This machine is suitable for coal seam thickness 1.0 1.9 m, face 25P0P acuities Angle two quadrant inverter) or (45P0P acuities quadrant (coal), frequency converter, can have certain Yang bow Angle of coal hard (f) in more 2010 屆本科生畢業(yè)設計 2 than 4 coal mining, can complete (6.3), 73, 133 etc, the comprehensive mechanized transport coal mining face complete loading. The coal mining machine in the face by crosswise way since open, two-way shuttle type coal. The coal mining machine parts assembly can be divided according to the airframe and traction, cutting part, electrical control, hydraulic control equipments and system, cooling system, auxiliary device spray. This manual mainly introduces the coal mining machine cutting part design calculation. MG200/460 - WD type coal winning machine cutting part is mainly composed of a gear reducer and 4, cutting part motor on horizontal layout, motor rocker within the power output by triple straight tooth planetary gear transmission round on the drive, and the final drive roller rotation. Cutting part adopts four planets sheet floating structure, reduce the size of large Angle, structure design, increase the rocker bend over coal space and improves coal loading effects. In the design process of cutting part of the shaft, transmission gears, bearings and connecting with the internal components etc design and calculation, the intensity and selection. This manual mainly aimed at the main parts of the design calculation and intensity is described and the introduction. In addition, MG200/460 - on the coal mining machine WD use and maintenance, so as to better use the coal mining machine performance, to achieve the best effect. Keywords: coal winning machine, Cutting part, Reducer, Planetary gear train, Transmission gears, design 2010 屆本科生畢業(yè)設計 3 第第 1 章章 概述概述.0 第 1.1 節(jié) 采煤機發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀.0 第 1.2 節(jié) 我國采煤機 30 多年的發(fā)展進程.1 第 1.3 節(jié) 國外采煤機的發(fā)展.8 第 1.4 節(jié) 采煤機的發(fā)展趨勢.11 第 1.5 節(jié) 采煤機的類型及主要組成.13 第第 2 章章 總體方案的確定總體方案的確定.15 第 2.1 節(jié) MG200/460-WD 型采煤機簡介.15 第 2.2 節(jié) 搖臂結(jié)構(gòu)設計方案的確定.17 第 2.3 節(jié) 截割部電動機的選擇.18 第 2.4 節(jié)傳動方案的確定.19 第第 3 章章 傳動系統(tǒng)的設計傳動系統(tǒng)的設計.23 第 3.1 節(jié)各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定.23 第 3.2 節(jié) 齒輪設計及強度效核.26 第 3.3 節(jié)軸的設計及強度效核.32 第 3.4 節(jié)截割部行星機構(gòu)的設計計算.37 第第 4 章章 采煤機的使用與維護采煤機的使用與維護.50 第 4.1 節(jié) 采煤機使用過程中常見故障與處理.50 第 4.2 節(jié) 大功率采煤機截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法.52 第 4.3 節(jié) 采煤機軸承的維護及漏油的防治.53 第 4.4 節(jié) 煤礦機械傳動齒輪失效的改進途徑.56 第 4.5 節(jié) 硬齒面齒輪的疲勞失效及對策.62 第 4.6 節(jié) 井上檢查與試運行.66 第 4.7 節(jié) 采煤機的操作.66 第 4.8 節(jié) 采煤機的井下安裝：.68 第 4.9 節(jié) 采煤機的維護.70 第 4.10 節(jié) 采煤機常見故障的一般處理方法.71 2010 屆本科生畢業(yè)設計 0 第第 1 章章 概述概述 第第 1.1 節(jié)節(jié) 采煤機發(fā)展的歷史采煤機發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀和現(xiàn)狀 20 世紀 40 年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈式采煤機。 這種采煤機是用截鏈式截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專 用截煤工具，其工作效率低。同時德國研制出了用刨削方式落煤 的刨煤機。50 年代初，英國和德國相繼研制出了滾筒式采煤機， 在這種采煤機上安裝有截煤滾筒，這是一種圓筒形部件，其上安 裝有截齒，用截煤滾筒實現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸 送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎。這種采煤機的主要缺 點有二：其一是截煤滾筒的高度不能在使用中調(diào)整，對煤層厚度 及其變化適應性差；其二是截煤滾筒的裝煤效果不佳，限制了采 煤機生產(chǎn)率的提高。進入 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián) 先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進。1截煤滾筒可以在 使用中調(diào)整其高度，完全解決對煤層賦存條件的適應性；2把 圓筒形截割滾筒改進成螺旋葉片截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地 提高了裝煤效果。這倆項關(guān)鍵的改進是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化 采煤機械的基礎。 可調(diào)高螺旋滾筒采煤機或刨煤機與液壓支架和可彎曲輸送機 配套，構(gòu)成綜合機械化采煤設備，使煤炭生產(chǎn)進入高產(chǎn)、高效、 安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展發(fā)展階段。從此，綜合機械化采煤設備 朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和 可靠性進一步提高。工礦自動檢測、故障診斷以及計算機數(shù)據(jù)處 理和數(shù)顯等先進的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機上得到應用。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 1 我國現(xiàn)行采煤機搖臂殼體的設計基本上都采用傳統(tǒng)的設計方 法:根據(jù)經(jīng)驗和以往設計實例設計人員在紙面上設計所需的產(chǎn)品, 根據(jù)小功率采煤機搖臂尺寸適當加大來設計更大功率的采煤機搖 臂,如果出現(xiàn)問題或不滿足預定設計要求的情況,就要修改設計,這 在現(xiàn)實設計中確實出現(xiàn)了許多的問題。隨著采煤機裝機功率越來 越大,單純依靠經(jīng)驗,根據(jù)小型機器設計大功率機器和加大安全系 數(shù)的方法,往往使設計產(chǎn)品的尺寸越來越大,結(jié)構(gòu)的應力分布、變 形分布、內(nèi)力分布也很難得到合理保證。然而通過對采煤機搖臂 進行有限元分析,可以得出采煤機搖臂殼體在不同位置、不同工況 的應力、應變規(guī)律,摸清其危險截面、極限工況、極限載荷和極限 應力,提出搖臂承載能力的優(yōu)化方案。同時還可以對搖臂殼體固有 頻率、各階振型、動力性能進行探索性分析研究。應用該技術(shù)可 以在產(chǎn)品設計階段預測產(chǎn)品質(zhì)量,使產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前進行優(yōu)化 以提高產(chǎn)品質(zhì)量,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,進而降低開發(fā)成本,提高 市場競爭力。 第第 1.2 節(jié)節(jié) 我國采煤機我國采煤機 30 多年的發(fā)展進程多年的發(fā)展進程 1.2.1 20 世紀世紀 70 年代是我國綜合機械化采煤起步階段年代是我國綜合機械化采煤起步階段 20 世紀 70 年代初期，煤炭科學研究總院上海分院集中主要 科技骨干，研制出綜采面配套的 MD-150 型雙滾筒采煤機，另一 方面改進普采配套的 DY100 型、DY150 型單滾筒采煤機；70 年 代中后期，制造出 MLS3-170 型雙滾筒采煤機。20 世紀 70 年代 我國采煤機的發(fā)展有以下特點： 1裝機功率小 2010 屆本科生畢業(yè)設計 2 例如，MLS3-170 型雙滾筒采煤機，裝機功率 170KW；KD- 150 型雙滾筒采煤機，裝機功率 150KW；DY-100 和 DY-150 型單 滾筒采煤機，裝機功率 100KW 和 150KW。 2有鏈牽引，輸出牽引力小 此時期的采煤機牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動， 傳遞牽引力小，牽引力在 200KN 以下。 3牽引速度低 由于受液壓元部件可靠性的限制，設計的牽引力功率較小， 牽引速度一般不超過 6m /min 。 4自開切口差 由于雙滾筒采煤機搖臂短,又都是有鏈牽引,很難割透兩端頭, 且容易留下三角煤,故需要人工清理,單滾筒采煤機更是如此. 5工作可靠性較差 我國基礎工業(yè)比較薄弱,元部件質(zhì)量較差,反映在采煤機的壽 命普遍較低,特別是液壓元部件的損壞比較嚴重。 1.2.2 20 世紀世紀 80 年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期年代是我國采煤機發(fā)展的興旺時期 20 世紀 70 年代后期，我國總共引進 143 套綜采成套設備。 世界主要采煤機生產(chǎn)國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進 入中國市場，其技術(shù)也展示在中國人的面前，為我們深入了解外 國技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時通過 20 世紀 70 年代自 行研制采煤機的實踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗與教訓，確立了 我國采煤機的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。 解決難采煤層的問題是 20 世紀 80 年代重大課題之一：具體 的課題是薄煤層綜合機械化成套設備的研制：大傾角綜采成套設 備的研制：“三硬” 、 “三軟”45m 一次采全高綜采設備的研制： 2010 屆本科生畢業(yè)設計 3 解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機的研制。 據(jù)初步統(tǒng)計，20 世紀 80 年代自行開發(fā)和研制的采煤機品種 有 50 余種，是我國采煤機收獲的年代，基本滿足我國各種煤層 開采的需要，大量依靠進口的年代已一去不復返了。20 世紀 80 年代采煤機的發(fā)展有如下特點： 1重視采煤機系列的開發(fā)，擴大使用范圍 20 世紀 70 年代開發(fā)的采煤機，一種類型只有一個品種，十 分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。20 世紀 80 年 代起重視系列化采煤機的開發(fā)工作，一種功率的采煤機可以派生 出多種機型，主要元部件在不同功率的采煤機上都能通用，這樣 不僅擴大了工作面的適應范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤 機系列化是 20 世紀 80 年代采煤機發(fā)展中非常突出的特點。 2元部件攻關(guān)先行，促使采煤機工作可靠性的提高 總結(jié) 20 世紀 70 年代采煤機開發(fā)中的經(jīng)驗教訓，元部件的可 靠性直接決定采煤機開發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機的 攻關(guān)，以解決燒機的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工 藝上著手，學習國內(nèi)外先進技術(shù)成功經(jīng)驗，以德國齒輪為目標進 行攻關(guān)，達到預期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液 壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達的可靠性直接影響 牽引部工作的可靠性，在 20 世紀 80 年代中期，把斜軸泵、斜軸 馬達、閥組和調(diào)速機構(gòu)等都列入重點攻關(guān)內(nèi)容。 3無鏈牽引的推廣使用，使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全 在引進大功率采煤機的同時，無鏈牽引技術(shù)傳入中國，德國 艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒軌式無鏈牽 引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國研制采煤機的無鏈牽 引都向引進機組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進技術(shù)生產(chǎn)的采煤機更 2010 屆本科生畢業(yè)設計 4 是如此。無鏈牽引使采煤機工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力 大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機都采用無鏈牽引 系統(tǒng)。 1.2.3 20 世紀世紀 90 年代至今是我國電牽引采煤機發(fā)展的時代年代至今是我國電牽引采煤機發(fā)展的時代 進入 20 世紀 90 年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展， 減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效 工作面勢在必行，此采煤機開發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進行， 其主要方向是： （1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機：最具代表性的機型是 MG2X400W 型采煤機。 （2）高性能電牽引采煤機：電牽引采煤機的研制從 20 世紀 80 年代開始起步，20 世紀 90 年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在 直流和交流兩種技術(shù)途徑。進入 20 世紀 90 年代后，交流變頻調(diào) 速技術(shù)在中厚煤層采煤機中推廣使用，上海分院先后開發(fā)成功 MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600- WD、MG400/920-WD 和 MG450/1020-WD 等采煤機，變頻調(diào)速 箱可以是機載，也可以是非機載。另外派生出 8 種機型，都已投 入使用，取得較好的效果。太原礦山機械廠在引進英國 Electra1000 直流電牽引全套技術(shù)的基礎上，開發(fā)出 MG400/900- WD 和 MG250/600-WD 型兩種電牽引采煤機，雞西煤機廠、遼源 煤機廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機。 國產(chǎn)電牽引采煤機雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上 與世界先進國家的 I 采煤機相比，還存在較大的差距，所以一些 有實力的礦務局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時，把目光移到國外， 進口國外先進電牽引采煤機。如神府華能集團引進美國的 2010 屆本科生畢業(yè)設計 5 7LS、6LS 電牽引采煤機；兗州礦業(yè)集團公司引進德國的 SL-500 型和日本的 MCLE-DR102 型交流電牽引采煤機，但由于價格昂 貴，故引進數(shù)量較少，90 年代采煤機技術(shù)發(fā)展的特點如下： 1多電機驅(qū)動橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機發(fā)展 的主流 我國開發(fā)的電牽引采煤機，一般都采用橫向布置。各大部件 由單獨的電動機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)彼此獨立，無動力傳遞，結(jié)構(gòu)簡 單，拆裝方便，因而有取代電動機縱向布置的趨勢。 2我國采煤機的主要參數(shù)與世界先進水平的差距在縮小 在裝機功率方面，我國的液壓牽引采煤機裝機功率達到 800KW，電牽引采煤機裝機功率達到 1020KW，其牽引功率為 2X50KW，可滿足高產(chǎn)高效工作面對功率的要求。在牽引力和牽 引速度方面，電牽引的最大牽引力已達到 700KN，最大牽引速度 達 1256m/min,微處理機的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機控 制等方面已達到較高技術(shù)水平。 3液壓緊固技術(shù)的開發(fā)研究取得成功 采煤機連接構(gòu)件經(jīng)常松動是影響工作可靠性的重要因素，而 且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機中 得到推廣應用，防松效果顯著，基本解決采煤機連接可靠性的問 題。 回顧這 30 多年我國采煤機發(fā)展的歷程，走的是一條自力更 生和仿制引進結(jié)合的道路，也是一條不斷學習國外先進技術(shù)為我 所用的發(fā)展道路，從 20 世紀 70 年代主要靠進口采煤機來滿足我 國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機占我國整個采煤機市場， 這也是個了不起的進步。 我國煤礦綜合機械化采煤設備的研制水平，經(jīng)過幾十年的引 2010 屆本科生畢業(yè)設計 6 進技術(shù)、消化吸收和自主研發(fā)，已有長足進步。國內(nèi)某些技術(shù)如 綜采放頂煤支架技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平；國產(chǎn)綜采設備的主要技 術(shù)參數(shù)已接近或達到本世紀初的國際先進水平，落后約 5 年；國 產(chǎn)綜采設備的機電一體化程度接近或達到 20 世紀 90 年代中期的 國際先進水平，落后約 10 年；國產(chǎn)綜采設備的可靠性接近或達 到 20 世紀 90 年代初的國際先進水平，落后約 15 年。國產(chǎn)設備 的價格約是引進設備的 1/2，中國煤機制造企業(yè)設計制造的煤礦 機電裝備已經(jīng)廣泛地在國各類煤礦中使用，成為中國煤礦工業(yè)技 術(shù)裝備的主體，為中國煤礦安全生產(chǎn)和高產(chǎn)高效礦井的建設提供 了可靠的保證。 我國 20 世紀 80 年代曾大量引進德國、英國、波蘭、日本液 壓牽引采煤機；通過技貿(mào)結(jié)合于 80 年代引進英國液壓牽引采煤 機技術(shù)、90 年代引進德國直流電牽引采煤機技術(shù)；通過引進消化 于 80 年代掌握了德國液壓牽引采煤機技術(shù)；通過引進消化再創(chuàng) 新于 90 年代掌握了國際先進的交流變頻電牽引采煤機技術(shù)、 2005 年初步掌握了大功率大采高采煤機技術(shù)和機電一體化技術(shù)。 2001 年大傾角電牽引采煤機和 2002 年短壁電牽引采煤機標志著 我國采煤機總體設計技術(shù)達到或接近國際先進水平。2001 年能量 回饋型四象限交流變頻技術(shù)、2002 年中壓開關(guān)磁阻調(diào)速和中壓電 磁調(diào)速、2005 年中壓交流變頻調(diào)速技術(shù)標志著我國采煤機電氣調(diào) 速技術(shù)達到或接近國際先進水平。 目前我國已經(jīng)研制生產(chǎn)截高 15.5 m、傾角 055、裝機功 率 1002 215 kW、供電電壓 6603 300 V 的滾筒式采煤機系列產(chǎn) 品。2001 年全國生產(chǎn)采煤機 161 臺；其中電牽引采煤機 21 臺， 占 13%。2005 年全國生產(chǎn)采煤機 516 臺，其中電牽引采煤機 244 臺，占 47%。五年中采煤機增長了 2.2 倍，電牽引采煤機增長了 2010 屆本科生畢業(yè)設計 7 10.6 倍。 1990 年我國掌握并向波蘭出口交流變頻電牽引技術(shù)，1998 年以來我國已向印度、孟加拉、越南、俄羅斯等國出口 200600 kW 的液壓牽引采煤機和 930 kW 的電牽引采煤機 14 臺。 國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)有雞西煤礦機械公司、西安煤礦機械廠、 太原礦機集團公司、天地科技股份有限公司上海分公司等，其 2005 年生產(chǎn)的采煤機分別占全國的 26%、18%、13%、9%。 2 大功率厚煤層電牽引采煤機 大功率厚煤層電牽引采煤機（以下簡稱采煤機） ，2002 年來 引進 27 臺，2004 年列入國家科技部項目“45 m 厚煤層綜采關(guān)鍵 技術(shù)與成套裝備”的子項，2006 年列入國家發(fā)改委項目“年產(chǎn) 600 萬 t 綜采成套裝備研制”的子項。 2001 年天地科技股份有限公司率先開始研制，2005 年 810 月西安的 MG 750/1910WD、上海的 MG 750/1815GWD、雞 西的 MG 850/2040WD、太礦的 MG 750/1800型采煤機相繼出 廠并參加北京國際采礦展。 到 2006 年 10 月上海 MG7501815 在大同、萬利，在華泰 （MG800/1915） ，西安 MG750/1910WD 在大同已先后采煤 1 Mt 以上。同煤集團四老溝礦在相近條件下使用 Eickhoff SL 500 和國產(chǎn) MG 800/1915WD，到 2006 年 9 月累計采煤面積分別為 920 200 m2 和 209 838 m2，平均產(chǎn)量分別為 5 415 t/d 和 3 776 t/d，在相近的低強度開采條件下，國產(chǎn)采煤機達到進口采 煤機產(chǎn)量的 70%。到 2006 年 10 月，同煤集團白洞礦使用 MG 750/1815WD 累計采煤面積 126 633 m2，平均產(chǎn)量 3 121 t/d。在神華主力工作面的高強度開采條件下，目前還不敢 2010 屆本科生畢業(yè)設計 8 用國產(chǎn)采煤機。 第第 1.3 節(jié)節(jié) 國外采煤機的發(fā)展國外采煤機的發(fā)展 今年 4 月份，全球最大的煤炭開采設備生產(chǎn)商之一的 Joy Global Inc. (JOYG)獲得了其在華建廠的首張執(zhí)照。 這家坐落在天津市的工廠預計將于 2007 年年初投產(chǎn)。實際 上，此次建廠正是 Joy Global 提高在華銷量計劃的一部分，公司 的目標是 2010 年將在華銷售額從 2005 年的 1.7 億美元提升至 5 億美元。 面對中國不斷擴大的采礦設備市場，許多外國公司都在躍躍 欲試，Joy Global 并不是唯一的一家。德國的 DBT Group、Eickhoff Corp.、瑞典的 Sandvik Mining and Construction Ltd.及其他一些大型國際采煤設備 生產(chǎn)商都已設法進入了中國市場。 煤礦傷亡事故頻發(fā)及采煤效率低下問題引起了中國政府的擔 憂，目前中國國內(nèi)正積極地推進煤炭行業(yè)的改革重組。未來幾年， 中國將關(guān)閉更多能效低下且存在安全問題的小型煤礦，轉(zhuǎn)而組建 一些大型煤炭生產(chǎn)集團。 在這樣的背景下，對于高端采礦設備的需求也在相應上升。 而國內(nèi)的相關(guān)設備供應商卻無法滿足此類需求，這就給海外生產(chǎn) 商提供了搶占市場立足點的機會。 美國駐中國使館事務處的一位資深商務專家梅報春表示，從 開采效率、設備質(zhì)量、對礦山的環(huán)境保護及安全和健康等方面來 考慮，中國的主要采煤設備普遍落后其他國家 10-15 年。 雖然中國是全球最大的煤炭生產(chǎn)國，2005 年的煤炭總產(chǎn)量達 21.1 億噸，但中國煤礦的安全紀錄則非常糟糕。幾乎每天都有因 2010 屆本科生畢業(yè)設計 9 煤礦爆炸、透水和塌方導致礦工喪生的報導。2005 年，中國共有 5,986 名煤炭工人在事故中喪生。 中國的煤礦數(shù)量接近 2.5 萬座，其中 90%以上是村鎮(zhèn)所有的 小型煤礦。 1 高端采礦設施需求強勁 目前，中國煤礦的機械化程度平均為 42%，小型煤礦的機械 化程度則更低。極低的自動化和機械化水平意味著煤炭采出率少 得可憐。 中國煤礦目前的平均采出率僅為 35%左右，小型煤礦的采出 率更是不到 10%。煤炭行業(yè)的數(shù)據(jù)顯示，中國約五分之二煤礦的 年產(chǎn)量均不到 3 萬噸。 除了關(guān)閉安全狀況差及非法的煤礦（此類煤礦使用的一般都 是小型采礦設備）外，中國還將在 2010 年前建立 13 個大型煤炭 生產(chǎn)基地，并組建 5-7 家年產(chǎn)量超過 1 億噸的大型煤炭生產(chǎn)商。 在 2010 年年底前，國有大中型煤礦的機械化程度將從目前 75%的平均水平分別提高至 95%和 80%。 不過，凱基證券(KGI Securities)分析師張偉(Aaron Zhang)表 示，國產(chǎn)的采煤設備已經(jīng)過時，而且主要是在小型煤礦中使用。 實際上，刨煤機、綜掘機和支架等一些關(guān)鍵的井下采煤設備還需 依賴進口。中國 90%的煤礦都屬于井下作業(yè)。 Joy Global 的一位管理人士表示，該公司在中國最暢銷的產(chǎn) 品是連續(xù)采煤機，這種設備已在美國和其他發(fā)達國家的大型煤礦 中得到了普遍使用。 這位不愿透露姓名的管理人士稱，到目前為止，中國的生產(chǎn) 商已生產(chǎn)出幾臺類似的樣機，但還遠沒有達到真正的商業(yè)化水準。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 10 2 中國市場吸引全球關(guān)注 過去幾年來，外國采煤設備生產(chǎn)商親眼目睹了在華銷售額的 大幅增長。2003 年，Joy Global 在中國的銷售額僅為 5,000 萬美 元，但 2004 年很快激增至 1.4 億美元，2005 年為 1.7 億美元，今 年有可能達到 2 億美元。 其他外國公司當然也沒有袖手旁觀。2005 年末，德國 DBT 集團與中國的煤炭公司達成了三筆大宗合同，這使其中國客戶的 數(shù)量在不到 18 個月的時間里由 5 個增加到 11 個。其中有一份合 同就是和中國煤炭產(chǎn)量最大的生產(chǎn)商神華集團有限責任公司 (Shenhua Group Corp.，簡稱：神華集團)簽定的，這也是 DBT 有 史以來簽訂的最大的一筆訂單。 該公司在新聞稿中稱，合同履行完成后，DBT 對神華集團的 支架交貨量將達到 2,700 架。 不僅是采煤設備生產(chǎn)商，一些投資公司也開始進入了這片市 場. 6 月 14 日，總部在紐約的投資公司 Jordan Co.旗下 International Mining Machinery Ltd.宣布，已向國有黑龍江煤礦機 械集團有限公司,收購了雞西煤礦機械有限公司和佳木斯煤礦機械 有限公司的全部股權(quán)。 上述交易在國內(nèi)遭到激烈的批評，一些業(yè)內(nèi)人士指出，當?shù)?政府不應該把一切都賣給海外公司，因為這兩家采煤設備制造企 業(yè)生產(chǎn)的綜掘機和支架各占到國內(nèi)銷量的近 40%。 Joy Global 的一位管理人士表示，當前最大的挑戰(zhàn)是中國政 府正在不斷要求煤炭企業(yè)購買國產(chǎn)設備。 該管理人士稱，除民族主義情緒外，價格也是一個問題，進 口采煤設備通常比國產(chǎn)設備貴 2-3 倍。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 11 第第 1.4 節(jié)節(jié) 采煤機的發(fā)展趨勢采煤機的發(fā)展趨勢 80 年代以來，滾筒式采煤機在結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、可靠性和易 維修性上都有很大的改進。歸結(jié)起來，滾筒式采煤機有以下特征 和發(fā)展趨勢： 1）增大功率和能力 為了適應綜采工作面高產(chǎn)、高效和在不同地質(zhì)條件下快速截 割煤巖的需要，不論厚、中厚和薄煤層的采煤機均在不斷增大裝 機功率和生產(chǎn)能力。 2）電牽引采煤機已成為主導機型 目前電牽引采煤機已成為德國、英國、美國、日本和法國等 主要生產(chǎn)國的主導機型。 3）增大牽引速度和牽引力，并改進無鏈牽引機構(gòu) 為了適應綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機的牽引速度和牽 引力都有較大的增大。 4）機器的結(jié)構(gòu)布置有新的發(fā)展 近年來不斷發(fā)展和研制出了多機橫向布置、部件可側(cè)面拉 裝的整機箱式機身、縱向布置采煤機的牽引部和截割部合為一個 部件、破碎機采用單獨電動機傳動、改進擋煤板傳動裝置、無底 托架或不用整體底托架等新的結(jié)構(gòu)布置方式。 5）截割滾筒的革新和改進 截割滾筒的改進是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤率 和提高壽命等目標進行的其主要改進有增大截深、采用強力截齒、 增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設計 CAD、高壓水射流噴霧降 塵和助切、加固滾筒結(jié)構(gòu)等方面。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 12 6）擴大采煤機的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機型 薄煤層、厚煤層、硬粘并有夾矸煤層、大傾角、破碎頂板 等難采煤層的機型的發(fā)展有，開發(fā)出了薄煤層、厚煤層、大傾角、 短機身、窄機身等機型。 7）提高采區(qū)工作電壓 80 年代以前，各國采區(qū)工作面設備電壓多為 1000V 左右。 隨著綜采設備向大功率發(fā)展，目前采煤機最大功率達 1220kW ，截割電機最大功率達 6000kW，刮板輸送機最大功率達 1125kW，驅(qū)動電機最大功率達 525 kW，加上工作面長度的不斷 增長，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國生產(chǎn)的大功率采 煤機，其供電電壓一般為 2300、3300、4160 和 5000V 等幾檔。 8）采用微電子技術(shù)，實現(xiàn)機電液一體化的采集、工況監(jiān)測、 故障診斷和自動控制 現(xiàn)代采煤機均裝有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、 工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制，這是代表采煤機水平的重要標 志?，F(xiàn)代采煤機的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測，還可以對其采集信 息進行分析處理，再輸出顯示、存儲、控制和傳輸?shù)?，以實現(xiàn)檢 測、預警、保護、健康診斷、事故查詢、維修指導和調(diào)度分析等 多種功能。 9）貫徹標準化、系列化和通用化原則，加速開發(fā)適合不同 地質(zhì)條件的新機型 目前各主要采煤機生產(chǎn)廠家都十分重視三化原則，將采煤機 各主要部件 （如電動機、截割部固定減速箱、搖臂、滾筒、牽引部、截 牽箱、行走箱、牽引機構(gòu)等）制定標準，作為適合不同條件的通 用部件，各部件間的連接尺寸一致。這樣，就可以根據(jù)不同的地 2010 屆本科生畢業(yè)設計 13 質(zhì)條件的要求，很容易用積木式方法將各部件組合成新機型，以 擴大采煤機的系列和加速研制過程。 10）提高采煤機的可靠性和壽命，提高易維修性，縮短井下 更換部件時間，延長大修周期，提高機器的使用率和開機率。 第第 1.5 節(jié)節(jié) 采煤機的類型及主要組成采煤機的類型及主要組成 采煤機有不同的分類方法：按工作機構(gòu)形式可分為滾筒式、 鉆削式和鏈式采煤機；按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引采煤 機；按牽引部位置可分為內(nèi)牽引和外牽引；按牽引部動力可分為 機械牽引、液壓牽引與電牽引；按工作機構(gòu)位置可分為額面式與 側(cè)面式；還可以按層厚和傾角來分類。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 14 2010 屆本科生畢業(yè)設計 15 第第 2 章章 總體方案的確定總體方案的確定 第第 2.1 節(jié)節(jié) MG200/460-WD 型采煤機簡介型采煤機簡介 2.1.1MG200/460-WD 型采煤機簡介型采煤機簡介 MG200/460-WD 型采煤機是一臺采用多電機驅(qū)動、電機橫向 布置，采用非機載方式變頻調(diào)速的無鏈（Eicotrack）電牽引新型 采煤機。該采煤機適用于煤層厚度 1.12.2m(2.6m)，工作面傾角 25P0P(兩象限變頻器)或者45P0P(四象限變頻器)，煤層可有 一定仰俯角，煤質(zhì)中硬(f 4)的煤層中開采，能夠配套(630)、 730、764 等運輸機，在綜合機械化采煤工作面完成落煤與裝煤。 采煤機在工作面按斜切方式自開缺口，雙向穿梭式采煤。 采煤機各部份按組裝可分為機身及牽引部，截割部，電氣控 制及調(diào)速設備，液壓調(diào)高系統(tǒng)，冷卻噴霧系統(tǒng)，輔助裝置等。 2.1.2 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù) 該機的主要技術(shù)參數(shù)如下： 2010 屆本科生畢業(yè)設計 16 采高m10-1.9 截深mm600 適應傾角 25 適應煤質(zhì)硬 度 F4 滾筒轉(zhuǎn)速r/min 44.36 搖臂長度mm 1896 牽引速度m/min 0-6-10 牽引型式 擺線輪-銷軌無鏈牽引、交流變 頻牽引 機面高度mm 853 最小臥底量mm 265 滅塵方式 內(nèi)外噴霧 裝機功率kw 2（2100） +225+10=460 電壓v 1140 2.1.3MG200/460-WD 型采煤機主要特點型采煤機主要特點 1 機身及牽引部 1.1 主機身分三段，由左牽引部、右牽引部、電控箱組成， 與以往相比，取消底托架結(jié)構(gòu)，采用鍵及高強度液壓螺栓聯(lián)接， 2010 屆本科生畢業(yè)設計 17 簡單可靠，裝拆方便。 1.2 左、右牽引箱分別由 2 臺 25kW 交流牽引電機驅(qū)動，通 過牽引減速機構(gòu)來驅(qū)動左、右行走輪，行走輪與銷軌嚙合，驅(qū)動 采煤機沿輸送機行走。 2 截割部 2.1 左、右截割部通過銷軸鉸接在機身上，沒有動力傳遞， 與以往相比，取消了螺旋傘齒輪復雜傳動結(jié)構(gòu)。 2.2 為了增大裝機功率和降低機面高度，左、右截割部分別 由各自的兩個截割電機驅(qū)動，每個電機功率為 100kW，每個搖臂 的總傳遞功率為 200kW。 2.3 電機采用橫向布置方式且布置在銷排以外，利于保證下 切深度。 2.4 截割機構(gòu)包括電機，經(jīng)圓柱直齒輪、行星機構(gòu)減速后， 通過花鍵軸上的方型聯(lián)接套與螺旋滾筒連接，來驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。 2.5 截割電機安裝在搖臂上，每個搖臂上采用兩個 100kW 的 電機聯(lián)合驅(qū)動，以滿足大功率與較低機面高度的需要； 2.6 搖臂回轉(zhuǎn)采用鉸接結(jié)構(gòu)，與采煤機機身沒有機械傳動， 回轉(zhuǎn)部分的磨損和機身聯(lián)接螺栓的松動不會對截割傳動部齒輪嚙 合產(chǎn)生不利影響。 2.7 搖臂齒輪傳動均采用直齒圓柱齒輪，結(jié)構(gòu)簡單，傳動效 率高。 2.8 采用水套冷卻，以降低搖臂齒輪箱的溫度。 第第 2.2 節(jié)節(jié) 搖臂結(jié)構(gòu)設計方案的確定搖臂結(jié)構(gòu)設計方案的確定 由于煤層地質(zhì)條件的多樣性，煤炭生產(chǎn)需要多種類型和規(guī)格 2010 屆本科生畢業(yè)設計 18 的采煤機。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機，可以給生 產(chǎn)帶來很多方便。系列化、標準化和通用化是采掘機械發(fā)展的必 然趨勢。所以，這里把左右搖臂設計成對稱結(jié)構(gòu)。 第第 2.3 節(jié)節(jié) 截割部電動機的選擇截割部電動機的選擇 由設計要求知，截割部功率為 22100KW，即每個截割部 功率為 200KW 由兩個發(fā)動機共同驅(qū)動，根據(jù)礦下電機的具體工作情況，要 有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險的含煤塵和瓦斯 的空氣中絕對安全;而且電機工作要可靠，啟動轉(zhuǎn)矩大，過載能力 強，效率高。電動機 YBCS3-100,其主要參數(shù)如下： 型號 YBCS3-100 工作制 S1 功率(kW) 100 接法 Y 極數(shù) 4 絕緣等級 H 額定電壓(V) 1140 冷卻方式 水套冷卻 額定電流(A) 68 冷卻水量(l/min) 25 頻率(Hz) 50 冷卻水壓(MPa) 1.5 轉(zhuǎn)速(r/min) 1470 外形尺寸 400870 2010 屆本科生畢業(yè)設計 19 該電機總體呈圓形, 其電動機輸出軸上 帶有漸開線花鍵， 通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給搖臂的齒輪減速機構(gòu)。 截割電機 第第 2.4 節(jié)傳動方案的確定節(jié)傳動方案的確定 2.4.1 傳動比的確定傳動比的確定 滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速 和直徑計算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細煤和粉塵，增大塊 煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)低速化的趨勢。滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒截割和裝 載過程影響都很大；但對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是 截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 20 總傳動比 總 i 14.33 36.44 1470 滾 總 n n I 電動機轉(zhuǎn)速 r/minn 滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 滾 n 2.4.2 傳動比的分配傳動比的分配 在進行多級傳動系統(tǒng)總體設計時，傳動比分配是一個重要環(huán) 節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、 重量、結(jié)構(gòu)、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比 的確定有如下原則： 1各級傳動的傳動比一般應在常用值范圍內(nèi)，不應超過所 允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點，使減速器獲得最 小外形。 2.各級傳動間應做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動件彼此間 不應發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應便于安裝。 3使各級傳動的承載能力接近相等，即要達到等強度。 4使各級傳動中的大齒輪進入油中的深度大致相等，從而 使?jié)櫥容^方便。 由于采煤機在工作過程中常有過載和沖擊載荷，維修比較困 難，空間限制又比較嚴格，故對行星齒輪減速裝置提出了很高要 求。因此，這里先確定行星減速機構(gòu)的傳動比。 本次設計采用 NWG 型行星減速裝置，其原理如圖所示： 2010 屆本科生畢業(yè)設計 21 該行星齒輪傳動機構(gòu)主要由太陽輪 a、內(nèi)齒圈 b、行星輪 g、 行星架 x 等組成。傳動時，內(nèi)齒圈 b 固定不動，太陽輪 a 為主動 輪，行星架 x 上的行星輪 g面繞自身的軸線 oxox 轉(zhuǎn)動，從而 驅(qū)動行星架 x 回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)減速。運轉(zhuǎn)中，軸線 oxox 是轉(zhuǎn)動的。 這種型號的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu) 簡單、制造方便、傳動功率范圍大，可用于各種工作條件。因此， 它用在采煤機截割部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減 速機構(gòu)的使用效率為 0.970.99,傳動比一般為 2.113.7。如上圖 所示，當內(nèi)齒圈 b 固定，以太陽輪 a 為主動件，行星架 g 為從動 件時，傳動比的推薦值為 2.79。查閱文獻4,采煤機截割部行星 減速機構(gòu)的傳動比一般為 46。這里定行星減速機構(gòu)傳動比 75. 4 b ag i 則其他三級減速機構(gòu)總傳動比 a-太陽輪 b-內(nèi)齒圈 g-行星輪 x-行星架 NWG行星機構(gòu) 2010 屆本科生畢業(yè)設計 22 總 II b ag i 33.144.75=6.98 由于采煤機機身高度受到嚴格限制，每級傳動比一般為 ; 43 j i 根據(jù)前述多級減數(shù)齒輪的傳動比分配原則和搖臂的具體 結(jié)構(gòu)，初定各級傳動比為： ,85 . 1 1 i 67 . 1 2 i 26 . 2 3 i 以此計算，四級減速傳動比的總誤差為： 85 . 1 14.33( 1.672264.75） 33.1402 在誤差允許范圍 5內(nèi)，合適。 2010 屆本科生畢業(yè)設計 23 第第 3 章章 傳動系統(tǒng)的設計傳動系統(tǒng)的設計 截割部傳動系統(tǒng)圖 第第 3.1 節(jié)各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定節(jié)各級傳動轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定 搖臂齒輪傳動箱，簡稱搖臂。其左右對稱，是采煤機的主要 部件之 一. 除左右搖臂箱體外，其它內(nèi)部各件均可互