采煤機(jī)行走部

目 錄 1 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 采煤機(jī)概述 1 1.2.1 采煤機(jī)發(fā)展史 1 1.2.2 機(jī)械化采煤的主要方法 2 1.2.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3 1.2.4 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的應(yīng)用前景 4 1.3 采煤機(jī)簡(jiǎn)述 4 1.3.1 采煤機(jī)的分類和組成 4 1.3.2 滾筒采煤機(jī)的特點(diǎn) 6 1.3.3 滾筒采煤機(jī)的工作原理 6 2 選題 背景 7 2.1 采煤機(jī)行走部 的發(fā)展 7 2.2 現(xiàn)代采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 8 2.3 目前采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的一些問(wèn)題 9 2.4 采煤機(jī)設(shè)計(jì)的目的意義 10 2.5 完成課題的條件和可行性分析 10 3 2*132/630-WD 型采 煤機(jī) 11 3.1 組成 11 3.2 工作原理 11 3.3 主要技術(shù)參數(shù) 11 3.3.1 適應(yīng)的煤層 采高范圍 12 3.3.2 總體要求 12 3.4 該型號(hào)采煤機(jī)主要特點(diǎn) 12 3.5 使用環(huán)境條件 13 4 采煤機(jī)行走箱設(shè)計(jì) 13 4.1 基本參數(shù)計(jì)算 13 4.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 13 4.1.2 傳動(dòng)效率計(jì)算 13 4.1.3 傳動(dòng)比及配齒情況 13 4.1.4 牽引部各軸轉(zhuǎn)速、功率及扭矩 14 4.2 行走箱 傳動(dòng) 齒輪嚙合參數(shù)及校核計(jì)算 15 4.3 行走輪校核計(jì)算 27 4.3.1 擺線齒介紹 27 4.3.2 輪齒受力分析 27 4.3.3 行走輪和銷齒接觸應(yīng)力分析計(jì)算 28 4.3.4 有限元分析計(jì)算行走輪和銷齒接觸應(yīng)力 30 4.4 行走輪彎曲強(qiáng)度分析計(jì)算 36 4.4.1 齒根彎曲強(qiáng)度有限元分析計(jì)算 36 4.5 行走箱內(nèi)軸的設(shè)計(jì) 41 4.5.1 花鍵軸的設(shè)計(jì)與校核 41 4.5.2 心軸的設(shè)計(jì)與校核 43 4.6 行走箱各軸承的設(shè)計(jì)校核計(jì)算 47 4.6.1 滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)校核概述 47 4.6.2 花鍵軸上軸承校核 49 4.6.3 心軸軸承校核 50 4.7 提高采煤機(jī)軸承使用壽命的措施 52 4.8 螺栓的校核計(jì)算 55 4.9 導(dǎo)向滑靴的受力分析 56 4.10 大功率采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴的加工 60 4.11 可調(diào)行走箱的概述 61 5 采煤機(jī)的維護(hù) 63 總 結(jié) 65 參考文獻(xiàn) 66 翻譯部分 68 英文原文 68 中文譯文 77 致 謝 84 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 1 緒論 1.1 前言 在能源競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的當(dāng)今世界，被稱為工業(yè)的糧食的煤炭在石油能源日漸枯竭的現(xiàn)在愈加重要。我國(guó)是一個(gè)煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，煤炭作為一次性基礎(chǔ)能源目前在我國(guó)仍然占有 60%以上的比例，是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。 我國(guó) 煤炭企業(yè)由勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)向資本及技術(shù)高密集型。在礦井開(kāi)采方面采用以日產(chǎn)萬(wàn)噸的超 大型綜合機(jī)械化采，煤工作面為核心的生產(chǎn)工藝。在實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)工藝綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，向遙控和自動(dòng)化發(fā)展，機(jī)器人與人工智能和專家系統(tǒng)相結(jié)合，為采煤自動(dòng)化開(kāi)辟了新的途徑。 隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，采煤機(jī)是現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。 20世紀(jì) 70年代主要 靠進(jìn)口采煤機(jī)來(lái)滿足我國(guó)生產(chǎn)的需要，到今天幾乎是我國(guó)采煤機(jī)占領(lǐng)我國(guó)的整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)，依靠科技進(jìn)步，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國(guó)煤炭科技的發(fā)展的主攻方向。 1.2 采煤機(jī)概述 1.2.1 采煤機(jī)發(fā)展史 機(jī)械化采煤開(kāi)始于上世紀(jì) 40 年代，是隨著采煤機(jī)械（采煤機(jī)和刨煤機(jī) ）的出現(xiàn)而開(kāi)始的。 40年代初期，英國(guó)、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，聯(lián)邦德國(guó)生產(chǎn)了刨煤機(jī)，使工作面落煤，裝煤實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。但是當(dāng)時(shí)的采煤機(jī)都是鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)，能耗大、效率低，加上工作面輸送機(jī)不能自移，所以生產(chǎn)率受到一定的限制。 50 年代初期，英國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)相繼生產(chǎn)力滾筒采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)和單體液壓支柱，大大推進(jìn)了采煤機(jī)械化的發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)采煤機(jī)上的滾筒式死滾筒，不能實(shí)現(xiàn)跳高，因而限制了采煤機(jī)械的適用范圍，我們稱這種固定滾筒的采煤機(jī)為第一代采煤機(jī)。這樣， 50 年代各國(guó)的采煤機(jī)械化的主流還只是處于普通機(jī)械化水平。雖 然載 1954 年英國(guó)已經(jīng)研制出了液壓自移式支架，但是由于采煤機(jī)和可彎曲刮板輸送機(jī)尚不完善，綜采技術(shù)僅僅處于開(kāi)始試驗(yàn)階段。 60 年代是世界綜采技術(shù)的發(fā)展時(shí)期。第二代采煤機(jī) 單搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，解決了采高調(diào)整的問(wèn)題，擴(kuò)大了采煤機(jī)的適用范圍；特別式 1964年第三代采煤機(jī) 雙搖臂采煤機(jī)的出現(xiàn)，進(jìn)一步解決了工作面自開(kāi)缺口問(wèn)題；再加上液壓支架和可彎曲刮板輸送機(jī)的不斷完善，滑行刨的研制成功等，把綜采技術(shù)推向了一個(gè)新水平，并在生產(chǎn)中顯示了綜合機(jī)械化采煤的優(yōu)越性 高校、高產(chǎn) 、安全和經(jīng)濟(jì)，因此各國(guó)競(jìng)相采用綜采。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 進(jìn)入 70 年代。綜采機(jī)械化得到了進(jìn)一步發(fā)掌和提高，綜采設(shè)備開(kāi)始向大功率、高效率及完善性能和擴(kuò)大使用范圍等方向發(fā)掌，相繼出現(xiàn)了功率為750 1000KW，生產(chǎn)率大 1500T/H 的刮板輸送機(jī)，以及工作阻力大 1500KN 的強(qiáng)力液壓支架等。 1970 年采煤機(jī)無(wú)鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及 1976 年出現(xiàn)的第四代采煤機(jī) 電牽引采煤機(jī)，大大改善了采煤機(jī)的性能，并擴(kuò)大了它的使用范圍。 目前，各主要產(chǎn)煤國(guó)家已基本上實(shí)現(xiàn)力采煤機(jī)械化。衡量一個(gè)國(guó)家采煤機(jī)械化水平的指標(biāo)是采煤機(jī)械化程度和綜采機(jī)械化程度。 采煤機(jī)械化的發(fā)展方向是：不斷 完善各類采煤設(shè)備，使之達(dá)到高效、高產(chǎn)、安全、經(jīng)濟(jì)；向遙控及自動(dòng)控制發(fā)展，以逐步過(guò)渡到無(wú)人工作面采煤；提高單機(jī)的可靠性，并使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化；研制后、薄及急傾斜等難采煤層的機(jī)械設(shè)備。 1.2.2 機(jī)械化采煤的主要方法 （ 1） 壁式體系采煤法 一般以長(zhǎng)工作面采煤為其主要特征，產(chǎn)量約占我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦的 95%以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開(kāi)采技術(shù)和采煤方法會(huì)有所區(qū)別。對(duì)于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開(kāi)采。對(duì)于厚煤層，可把它分為若干中等厚度（ 23） m 進(jìn)行開(kāi)采，即分層開(kāi)采，也可采用放頂煤整層開(kāi)采。無(wú)論整層開(kāi)采或分層開(kāi)采，依據(jù)不同傾角、按采煤工作面推進(jìn)方向，又可分為走向長(zhǎng)壁開(kāi)采和傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采兩種類型。上述每一類型的采煤方法在用于不同的礦山地質(zhì)條件及技術(shù)條件時(shí)，又有很多變化。 開(kāi)采厚煤層及特厚煤層時(shí)，煤層厚度超過(guò) 5m，采場(chǎng)空間支護(hù)技術(shù)和裝備目前尚無(wú)法合理解決。因此，為了克服整層開(kāi)采的困難，可把厚煤層分為若干中等厚度的分層來(lái)開(kāi)采。根據(jù)煤層賦存條件及開(kāi)采技術(shù)不同一般分為如下幾種采煤法，分層采煤法又可分為傾斜分層、水平分層、斜切分層三種。 （ 2） 房柱式采煤法 沿巷道每隔一定距離先采煤房直至邊界，再后 退采出煤房之間煤柱的采煤方法。 優(yōu)點(diǎn) 設(shè)備投資少，一套柱式機(jī)械化采煤設(shè)備的價(jià)格為長(zhǎng)壁綜采的四分之一，采掘可實(shí)現(xiàn)合一，建設(shè)期短，出煤快，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，搬遷快。巷道壓力小，便于維護(hù)，支護(hù)簡(jiǎn)單，可用錨桿支護(hù)頂板。 缺點(diǎn) 采區(qū)采出率低，一般為 50%60%；通風(fēng)條件差、漏風(fēng)大。 使用條件： 開(kāi)采深度較淺，一般不宜超過(guò) 300500m；頂板較穩(wěn)定的薄及中厚煤層； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 傾角在 10 以下，最好為近水平煤層，煤層賦存穩(wěn)定，起伏變化小，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單；底版較平整，不太軟，且頂板無(wú)漏水。 1.2.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 （ 1） 國(guó)內(nèi)采煤機(jī)研制 現(xiàn)狀 2005年煤炭科學(xué)研究總院上海分院開(kāi)發(fā)出總裝機(jī)功率達(dá) 1815 kW的大功率采煤機(jī)。隨后 ,更大功率的電牽引采煤機(jī) MG900/2215-GWD 也問(wèn)世 ,該型采煤機(jī)的控制達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 ,是目前國(guó)內(nèi)功率最大的采煤機(jī)。目前 ,國(guó)內(nèi)使用的交流電牽引采煤機(jī)的電牽引調(diào)速系統(tǒng)主要有 3 種 :即交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱 SRD)、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速原理不盡相同 ,但基本上都可分為控制部分和牽引電機(jī)部分。在這 3 種交流電牽引調(diào)速系統(tǒng)中 ,交流變頻調(diào)速技術(shù)由于具有的諸多優(yōu)點(diǎn) ,在大功率采煤機(jī)的應(yīng)用已趨向成熟 ,并已成為目前采煤機(jī)調(diào)速方式的主流 ,其主要特點(diǎn)是 :啟動(dòng)性能好 ,可直接實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng) ；交流變頻調(diào)速屬轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) ,故效率高。 SRD 技術(shù)在采煤機(jī)上的應(yīng)用雖然起步不久 ,但具有發(fā)展?jié)摿?,它有交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)刷無(wú)整流子的優(yōu)點(diǎn) ,也有直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速性能好 ,控制電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì) ,而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)電流小 ,這種調(diào)速方式一旦解決了噪聲問(wèn)題和位置傳感器存在的不可靠性問(wèn)題 ,將更適合在煤礦井下采掘機(jī)械中使用。 （ 2） 國(guó)外采煤機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來(lái) ,國(guó)外采煤機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 : 1)牽引方式采用電牽引。國(guó)外目前新開(kāi)發(fā)的采煤機(jī) ,特別是大功率采煤機(jī)基本上都是采用電牽引方式。 2)裝機(jī)總功率不斷增大。國(guó)外采煤機(jī)的功率在不斷提高 ,電機(jī)截割功率通常在 400 kW以上 ,功率大的已達(dá) 1000 kW；牽引電動(dòng)機(jī)功率均在 40 kW以上 ,大的甚至達(dá)到 125 kW；總裝機(jī)功率通常超過(guò) 1000 kW,最高已達(dá) 2000 kW 以上 ；牽引速度、牽引力也大幅提高 ,目前大功率電牽引采煤機(jī)的牽引速度普遍達(dá)到 1525m/min,牽引力達(dá)到 757kN 以上。 3)交流變頻成為主流調(diào)速方式。由于交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高 ,維護(hù)管理簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉等特點(diǎn) ,近幾年發(fā)展很快 ,交流牽引正逐步替代直流牽引 ,成為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。 (4)普遍采用中高壓供電。由于裝機(jī)功率大幅提高以及工作面的不斷加長(zhǎng) ,整個(gè)工作面供電容量超過(guò) 5000 kW。 4)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化。隨著先進(jìn)的 PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用 ,新型的電牽引采煤機(jī)具有建立在微處理機(jī)基礎(chǔ)上的智能監(jiān)控、監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng) ,可實(shí) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 現(xiàn)交互式人機(jī)對(duì)話、遠(yuǎn)近控制、無(wú)線電隨機(jī)遙控、工況監(jiān)測(cè)及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)及傳輸、故障診斷及預(yù)警、自動(dòng)控制等多種功能 ,以保證采煤機(jī)具有最低的維修量和 最高的利用率。 （ 3） 國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)工況檢測(cè)、故障診斷技術(shù)差距 1)國(guó)外微機(jī)控制 ,國(guó)內(nèi)微機(jī)控制或 PLC 控制 ,但信息量要少得多。 2)國(guó)外傳感器多 ,信息量大 ；國(guó)內(nèi)傳感器少 ,信息量小。 3)國(guó)外有數(shù)字和文字、圖形、曲線顯示 ,國(guó)內(nèi)只有數(shù)字和漢字。 4)國(guó)外具有強(qiáng)大服務(wù)功能、非常直觀的人機(jī)交互功能 ；國(guó)內(nèi)只有文字和簡(jiǎn)單圖形顯示界面。 1.2.4 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的應(yīng)用前景 目前 ,我國(guó)煤礦使用電牽引采煤機(jī)數(shù)量有增加的趨勢(shì) ,帶動(dòng)了煤機(jī)制造業(yè)的技術(shù)更新?lián)Q代 ,亦帶動(dòng)了煤礦設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。但是 ,大量的電牽引采煤機(jī)取代液壓牽引采煤 機(jī)在煤礦普及使用 ,近幾年內(nèi)可能性不大 ,因?yàn)槲覈?guó)煤礦綜采生產(chǎn)使用液壓牽引采煤機(jī)已有 30年的歷史 ,現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)鍛煉了一大批熟悉液壓傳動(dòng)技術(shù)的職工 ,有效地維護(hù)著設(shè)備的正常運(yùn)行。而電牽引采煤機(jī)則要求工程技術(shù)人員尤其是現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員要有扎實(shí)良好的電子技術(shù)知識(shí)。只有當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員掌握了電牽引的技術(shù)原理 ,才可能真正用好、管好這種新設(shè)備 ,才能得到廣泛的應(yīng)用。而且 ,國(guó)有煤礦目前經(jīng)營(yíng)狀況十分困難 ,生產(chǎn)更新資金極度短缺 ,在此環(huán)境條件下也不可能拿出大量資金進(jìn)行大規(guī)模設(shè)備更新?lián)Q代 ,于是就滯后了這類新型設(shè)備在煤礦的大量使用。此外 ,電牽引采煤機(jī)的 價(jià)格偏高 ,同樣采高的電牽引采煤機(jī)是液壓牽引采煤機(jī)價(jià)格的 1.732.62倍 ,煤礦用戶會(huì)用價(jià)值觀念來(lái)衡量 ,去購(gòu)買液壓牽引采煤機(jī) ,用以解決生產(chǎn)設(shè)備的不足。因此 ,采煤機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)努力降低成本 ,降低電牽引采煤機(jī)的售價(jià)使其能在煤礦得到推廣應(yīng)用 ,促進(jìn)我國(guó)煤礦技術(shù)進(jìn)步。 就目前我國(guó)所生產(chǎn)的電牽引采煤機(jī)而言 ,除應(yīng)繼續(xù)提高機(jī)械傳動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)件等機(jī)械類產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量外 ,有條件的機(jī)型應(yīng)采用機(jī)載變頻電控裝置的形式 ,以減少電纜的數(shù)量 ,減少事故點(diǎn)。電牽引采煤機(jī)的應(yīng)用使工作面生產(chǎn)能力提高 ,工作面的其它配套運(yùn)輸設(shè)備、支護(hù)設(shè)備、供電設(shè)備 ,要 形成一個(gè)合理的配套系統(tǒng) ,保證采煤機(jī)發(fā)揮生產(chǎn)能力 ,使煤礦獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 采煤機(jī)簡(jiǎn)述 1.3.1 采煤機(jī)的分類和組成 采煤機(jī)有不同的分類方法，一般我們按照工作機(jī)構(gòu)的形式進(jìn)行分類，可分為：滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)；現(xiàn)在我們所說(shuō)的采煤機(jī)主要是指滾筒采煤機(jī)，這種采煤機(jī)適用范圍廣，可靠性高，效率高，所以現(xiàn)在使用很廣泛。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 滾筒采煤機(jī)的組成如圖 1-1 所示。一般都由下列部分組成： （ 1）截割部 截割部包括搖臂齒輪箱（對(duì)整體調(diào)高采煤機(jī)來(lái)說(shuō)，搖臂齒輪箱和機(jī)頭齒輪箱為一整體）、機(jī)頭齒輪箱、滾筒及附件。截割部的主要作 用是落煤、碎煤和裝煤。 （ 2）牽引部 牽引部由牽引傳動(dòng)裝置和牽引機(jī)構(gòu)組成。牽引機(jī)構(gòu)是移動(dòng)采煤機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又可分為鏈牽引和無(wú)鏈牽引兩類。牽引部的主要作用是控制，使其按要求沿工作面運(yùn)行，并對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。 （ 3）電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)及其箱體和裝有各種電氣元件的中間箱（連接箱）。該系統(tǒng)的主要作用是為采煤機(jī)提供動(dòng)力，并對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)及控制其動(dòng)作。 （ 4）輔助裝置 輔助裝置包括擋煤板、低托架、電纜拖拽裝置、供水噴霧冷卻裝置以及調(diào)高、調(diào)斜等裝置。該裝置的主要作用是同各主要部件一起構(gòu)成完整的采煤機(jī) 功能體系，以滿足高效、安全采煤的要求。 此外，為了實(shí)現(xiàn)滾筒升降，機(jī)身調(diào)斜以及翻轉(zhuǎn)擋煤板，采煤機(jī)上還裝有輔助液壓裝置。 現(xiàn)代采煤機(jī)基本上都使用模塊化設(shè)計(jì)，采用多電機(jī)橫向布置，結(jié)構(gòu)取消了螺旋傘齒輪，各主要部件通過(guò)高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)接，之間沒(méi)有動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)可靠，維修和檢查方便；采煤機(jī)的牽引部分也采用了無(wú)鏈牽引，牽引嚙合效率高，不會(huì)出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿使ぷ鞲踩?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 1.3.2 滾筒采煤機(jī)的特點(diǎn) （ 1）使用范圍廣 滾筒采煤機(jī)對(duì)煤層地質(zhì)條件的要求較低，對(duì)于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不 大的斷層以及不同性質(zhì)的頂板等煤層條件，采煤機(jī)都能適應(yīng)； （ 2）調(diào)高方便，免開(kāi)缺口； （ 3）功率大、生產(chǎn)率高、工作可靠； （ 4）操作方便并有完善的保護(hù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)； （ 5）向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展。 但是采煤機(jī)也有其缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；割落的煤塊度小，塵含量多，因而破碎單位體積煤的能量消耗大。 1.3.3 滾筒采煤機(jī)的工作原理 第四代采煤機(jī)研發(fā)成功后，現(xiàn)在采煤機(jī)的設(shè)計(jì)基本上傳承了他們的特點(diǎn)，隨著機(jī)械電子的飛速發(fā)展，對(duì)采煤機(jī)產(chǎn)生了很大的影響，現(xiàn)在采煤機(jī)是集電子系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)于一身的復(fù)雜 的系統(tǒng)。在機(jī)械傳動(dòng)部分現(xiàn)代的采煤機(jī)去掉了以前采煤機(jī)的的托架，全部采用雙滾筒設(shè)計(jì)。 雙滾筒采煤機(jī)工作時(shí)，前滾筒割頂煤，后滾筒割底部煤，并清理浮煤。（雙滾筒采煤機(jī)的工作原理如圖 1-2所示）因此雙滾筒采煤機(jī)沿工作面牽引一次，可以進(jìn)一次刀；返回時(shí)，又可以進(jìn)一刀，即采煤機(jī)往返一次進(jìn)兩次刀，這種采法稱雙向采煤法。 必須指出的是，為了使?jié)L筒落下的煤能裝入刮板輸送機(jī)，滾筒上的螺旋葉片螺旋方向必須與滾筒旋轉(zhuǎn)方向相適應(yīng)：對(duì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（人站在采空側(cè)看）的滾筒，螺旋葉片方向必須右旋；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的滾筒，其螺旋葉片方向必須左旋 。或者形象的歸結(jié)為“左轉(zhuǎn)左旋；右轉(zhuǎn)右旋”，即人站在采空區(qū)從上面看滾筒，截齒向左的用左旋滾筒，向右的用右旋滾筒。 圖 1-2 雙滾筒采煤機(jī)的工作原理 雙滾筒采煤機(jī)有自開(kāi)缺口的能力，當(dāng)采煤機(jī)割完一刀后，需要重新將滾 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 筒切入一個(gè)截深，這一過(guò)程稱為進(jìn)刀。常用的進(jìn)刀方式有兩種： 1端部斜切法 利用采煤機(jī)在工作面兩端約 25 30m 的范圍內(nèi)斜切進(jìn)刀稱端部斜切進(jìn)刀法； 2中部斜切法（半工作面法） 利用采煤機(jī)在工作面中部斜切進(jìn)刀稱為中部斜切法。 2 選題背景 2.1 采煤機(jī)行 走部的發(fā)展 自從第一臺(tái)采煤機(jī)誕生到現(xiàn)代大功率交流電牽引采煤機(jī)，采煤機(jī)隨時(shí)代的發(fā)展逐步地走向完善、成熟、自動(dòng)化。作為采煤機(jī)重要組成部分的行走部也發(fā)生了巨大的變化。 我國(guó)于 1954 年在原蘇聯(lián)的大力援助下制造出中國(guó)第一臺(tái)仿“頓巴斯”深截式采煤機(jī)，即頓巴斯 -型采煤康拜因，其行走部的行走機(jī)構(gòu)采用卷繩筒和鋼絲繩牽引行走；上世紀(jì) 60 年代初，在引進(jìn)波蘭采煤機(jī)后，經(jīng)過(guò)技術(shù)消化，開(kāi)始研制生產(chǎn) MLQ 系列的淺截式單滾筒采煤機(jī)，其行走部的行走機(jī)構(gòu)改為摩擦繩輪和懸掛在工作面全長(zhǎng)上的鋼絲繩牽引行走（后又改進(jìn)為鏈輪和牽引鏈的牽引行走）； 上世紀(jì) 60 年代末 70 年代初我國(guó)開(kāi)始研制雙滾筒采煤機(jī)，其行走機(jī)構(gòu)仍采用鏈輪和牽引鏈牽引行走，但鏈輪由平置改為立置。以上行走機(jī)構(gòu)主要存在如下的問(wèn)題： （ 1）鋼絲繩或牽引鏈在牽引力的作用下都蓄積了極大的能量，一旦發(fā)生斷裂，對(duì)工作人員和設(shè)備的安全都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的威脅；（ 2）鋼絲繩或牽引鏈又長(zhǎng)又笨，磨損嚴(yán)重、且會(huì)產(chǎn)生很大的噪音；（ 3）采用這種行走機(jī)構(gòu)的采煤機(jī)運(yùn)行很不平穩(wěn)、載荷脈動(dòng)大，從而加劇了截齒、滾筒和行走部元件的損壞。 上世紀(jì) 80年代采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)發(fā)生了革命性的變化 :由有鏈牽引到無(wú)鏈牽引（輪軌式行走機(jī)構(gòu)），即行走 傳動(dòng)裝置采用行走輪 行走軌，其特點(diǎn)是行走平穩(wěn)，基本消除了鏈牽引行走的缺點(diǎn)。由煤炭科學(xué)研究總院上海分院與波蘭聯(lián)合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)第一臺(tái)交流電氣調(diào)速采煤機(jī) MG344 PWD 型薄煤層強(qiáng)力爬底板采煤機(jī)于 1992 年通過(guò)部級(jí)鑒定，標(biāo)志著我國(guó)電氣調(diào)速采煤機(jī)研發(fā)的開(kāi)始，該機(jī) 行走部行走機(jī)構(gòu)為擺線輪 銷軌嚙合式。 采煤機(jī)行走部無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)主要分為以下三類 : （ 1） 驅(qū)動(dòng)輪 齒條系統(tǒng) 利用行走部上的驅(qū)動(dòng)輪或經(jīng)齒軌輪與刮板輸送機(jī)上齒條相嚙合而移動(dòng)采煤機(jī) ,這種無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)強(qiáng)度高、傳動(dòng)力大、可獲得大的牽引力 ,齒條或齒軌的撓曲性好 ,可以適 應(yīng)刮板輸送機(jī)的彎曲和起伏 ,是目前采煤機(jī)用得最多的無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu) ,其典型結(jié)構(gòu)有齒輪 銷排式、滾輪 齒條式、齒輪 鏈條 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 式。 （ 2） 傳動(dòng)鏈 齒鏈系統(tǒng) 利用牽引部出軸驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)封閉的無(wú)極傳動(dòng)鏈與刮板輸送機(jī)上的齒軌嚙合而移動(dòng)采煤機(jī) ,但傳動(dòng)鏈強(qiáng)度低、移動(dòng)速度不均勻 ,磨損大 ,效率低。 （ 3） 液壓缸推進(jìn)系統(tǒng) 利用兩個(gè)液壓缸交替推移前進(jìn)而使機(jī)器移動(dòng)。工作時(shí) ,一個(gè)液壓缸的卡爪夾緊導(dǎo)軌 ,該缸進(jìn)油使活塞桿伸出推動(dòng)采煤機(jī)前移 ,另一卡爪松開(kāi) ,活塞桿收回 ,準(zhǔn)備下次推移。這種系統(tǒng)可使行走部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 ,但由于斷續(xù)運(yùn)動(dòng) ,卡爪和導(dǎo)軌磨損大。 經(jīng)過(guò)多 年的實(shí)際使用考核，銷輪 齒軌式已被淘汰，齒軌 銷軌式被大量推廣使用，且多次改進(jìn)，銷軌的銷齒形狀已經(jīng)由圓銷形改進(jìn)為多段曲線形成的齒形。至今為止，采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)基本定型為齒軌 銷軌式無(wú)鏈牽引。即使現(xiàn)代的大功率采煤機(jī) ,仍然沿用這種牽引行走方式 。 2.2 現(xiàn)代采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 采煤機(jī)行走部的作用是使采煤機(jī)沿工作面刮板輸送機(jī)的中部槽導(dǎo)向行走，包括行走調(diào)速裝置、行走傳動(dòng)裝置和行走機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)行走部的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其一旦出現(xiàn)問(wèn)題將導(dǎo)致整個(gè)采煤機(jī)停止運(yùn)行，嚴(yán)重影響采煤機(jī)的正常運(yùn)行，所以研究行走機(jī)構(gòu)可靠性對(duì)提高 采煤機(jī)整機(jī)工作可靠性是十分必要的。 現(xiàn)代采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)的工作原理如下：行走傳動(dòng)箱一側(cè)出軸的主動(dòng)齒輪與行走輪同軸的從動(dòng)齒輪（或主動(dòng)齒輪直接與行走輪嚙合）相嚙合，行走輪與鋪設(shè)在工作面刮板輸送機(jī)中部槽上的銷軌相嚙合，將行走輪的圓周運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)行走。導(dǎo)向滑靴與行走輪被鉸接在同一軸上，主要使行走輪與銷齒保證正常嚙合并導(dǎo)向。采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中行走輪主要承受牽引力，導(dǎo)向滑靴在銷排上支撐采煤機(jī)的部分重力并起到導(dǎo)向作用，同時(shí)還承受部分采煤的載荷。 采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的核心部件為行走輪和銷排銷軌。目前采煤機(jī)常用的行走輪主要有兩種：漸開(kāi)線輪和擺線輪。與其配套的銷軌從節(jié)距方面講有兩種：小節(jié)距銷排 (節(jié)距為 125mm 或 125.5mm 或 126mm)和大節(jié)距銷排 (節(jié)距為147mm)；銷排銷齒形狀主要有三種：型銷齒（如圖 2-1）、型銷齒（如圖2-2）和型銷齒（如圖 2-3）。目前小節(jié)距銷排絕大部分只使用型銷齒和型銷齒，大節(jié)距銷排只使用型銷齒。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 2.3 目前采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的一些問(wèn)題 滾筒式采煤機(jī)是目前煤礦采煤工作面的主力開(kāi)采設(shè)備。隨著煤礦高產(chǎn)高效生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，滾筒式采煤機(jī)的性能參數(shù)在不斷提高，其總裝機(jī)功率已達(dá)到 2000kW 以上，單行走功率達(dá)到 110kW，牽引力達(dá)到 1000kN。采煤機(jī)采用多電 機(jī) 驅(qū)動(dòng)，截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂與機(jī)身通過(guò)銷軸餃接，沒(méi)有動(dòng)力傳遞，全部采用正齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；采用分體式直搖臂結(jié)構(gòu)，左右搖臂除過(guò)渡架不能通用外，其余部分可以互換；主機(jī)身分三段，取消底托架結(jié)構(gòu)，采用圓柱定位銷與高強(qiáng)度液壓螺栓連接，簡(jiǎn)單可靠，連接方便；采用交流變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)牽引速度無(wú)極變速，電牽引傳動(dòng)效率高、牽引力大；采用大節(jié)距、承載能力大的無(wú)鏈牽引結(jié)構(gòu)，安全可靠；控制齊全，既可手動(dòng)操作、亦可離機(jī)無(wú)線電遙控，并設(shè)有主電機(jī) 和牽引電機(jī)的功率、過(guò)熱、過(guò)電流保護(hù)，油壓保護(hù)和水壓保護(hù)等多種保護(hù)功能；主電機(jī)、牽引電機(jī)、泵電機(jī)均可在采空側(cè)拆裝，維修方便；采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)式采煤機(jī)工況檢測(cè)和故障診斷的專用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)；設(shè)有內(nèi)、外噴霧裝置，冷卻、降塵效果好。 可以說(shuō)到目前為止 ,作為采煤重點(diǎn)設(shè)備之一的采煤機(jī)已發(fā)展到了比較智能化、比較令人滿意的程度。但是由于煤礦生產(chǎn)條件惡劣、多變導(dǎo)致采煤機(jī)在實(shí)際使用中還是出現(xiàn)了各種非正常破壞、失效等問(wèn)題。其行走機(jī)構(gòu)就曾出現(xiàn)：行走輪非正常斷齒、導(dǎo)向滑靴非正常損壞頻繁；行走輪和銷排銷齒的異常磨損；還有左、右牽引不平衡 等等。所以這方面還有大量的工作要做，還需要提高。下面圖 2-4 為行走輪斷齒情況；圖 2-5為導(dǎo)向滑靴撕裂情況；圖2-6為行走輪的磨損情況。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 圖 2-4 行走輪斷齒 圖 2-5 導(dǎo)向滑靴撕裂 圖 2-6 行走輪磨損 2.4 采煤機(jī)設(shè)計(jì)的目的意義 雖然我國(guó)采煤機(jī)在近幾十年來(lái)有了很大進(jìn)步，但國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)代表機(jī)型與目前國(guó)外最先進(jìn)的電牽引采煤機(jī)相比 ,在總體參數(shù)性能方面已接近國(guó)外 20 世紀(jì) 90 年代中后期水平。但在一些關(guān)鍵部件以及總體性能、功能、適應(yīng)范圍還有待進(jìn)一步完善和提高。尤其是電牽引采 煤機(jī)的工況在線監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸與采煤機(jī)自動(dòng)控制、傳感器件等智能化技術(shù)與國(guó)外相比還有一定的差距。 在我國(guó)一些薄、厚煤層并存的煤礦 ,由于薄煤層開(kāi)采速度緩慢 ,使其下部的中厚煤層長(zhǎng)期得不到及時(shí)開(kāi)采 ,以至影響工作面的正常接替 ,而有的就只能被迫丟失一些薄煤層資源。隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開(kāi)采 ,使得資源越來(lái)越少 ,所以薄煤層的開(kāi)采已列入日程。因此 ,研制適合我國(guó)國(guó)情的薄煤層采煤機(jī) ,以適應(yīng)不同的煤層結(jié)構(gòu) ,提高薄煤層采煤的工作效率是當(dāng)務(wù)之急。 在能源競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，廣泛節(jié)約能源和高效的開(kāi)采能源已經(jīng)十分必要， 不斷提高我國(guó)采煤機(jī)的性能超過(guò)國(guó)外的先進(jìn)水平和達(dá)到更高效的采掘作業(yè)。今后國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的主要發(fā)展方向應(yīng)包括以下幾個(gè)方面 : (1)進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性 ,重點(diǎn)完善和提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能 ,研究可靠的微機(jī)電氣控制系統(tǒng) ,重點(diǎn)提高采煤機(jī)電控系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力。 (2)開(kāi)發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能 ,重點(diǎn)研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測(cè)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)、搖臂自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)等。 (3)以開(kāi)發(fā)裝機(jī)功率更大的采煤 機(jī)為主 ,完善中、小功率的電牽引采煤機(jī) ,以滿足不同用戶的需求。 (4)向電器設(shè)備結(jié)構(gòu)的小型化發(fā)展 ,由于功率的增大 ,電動(dòng)機(jī)、變壓器、變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大 ,為滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求 ,進(jìn)一步提高采煤機(jī)對(duì)煤層變化的適用性 ,必須研究電器設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。 2.5 完成課題 的 條件和可行性分析 2 132/630-WD 采煤機(jī)可調(diào)行走箱設(shè)計(jì)是采煤機(jī)總體構(gòu)成的一部分，和 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 整機(jī)的設(shè)計(jì)比較起來(lái)難度相對(duì)降低。周圍環(huán)境對(duì)完成課題也相當(dāng)有利，有許多煤礦可以現(xiàn)場(chǎng)參觀，可以到附近的機(jī)械廠進(jìn)行加工，一些相關(guān)的基礎(chǔ)課程已 經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)，還有老師的指導(dǎo)， 特別是在山東的一些機(jī)械廠和煤礦的實(shí)習(xí)期間，參觀學(xué)習(xí)的其他一些型號(hào)的采煤機(jī)，和他們的工作環(huán)境，對(duì)所設(shè)計(jì)課題有了基本了解， 以上條件滿足課題的完成。 3 2*132/630-WD 型 采煤機(jī) 3.1 組成 MG2x132/630-WD 型電牽引采煤機(jī) ； 按用途，采煤機(jī)可分為牽引機(jī)構(gòu)、截割機(jī)構(gòu)、電氣控制設(shè)備、液壓調(diào)高系統(tǒng)，噴霧冷卻系統(tǒng)等所組成。 按結(jié)構(gòu)，它由左、右牽引部，左、右截割部和滾筒，電控部所組成。本采煤機(jī)共用了 7 臺(tái)電動(dòng)機(jī)： 4 臺(tái)截割電動(dòng)機(jī)、 2臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)、 1臺(tái)調(diào)高電動(dòng)機(jī)。 3.2 工作 原理 采煤機(jī)整體由煤壁側(cè)的兩組支承組件和操作側(cè)的兩只導(dǎo)向滑靴分別支承在工作面輸送機(jī)上。牽引箱中的行走輪與輸送機(jī)齒軌相嚙合，當(dāng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，采煤機(jī)便在工作面輸送機(jī)上牽引行走，同時(shí)截割電機(jī)通過(guò)截割機(jī)械傳動(dòng)帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，完成落煤及裝煤作業(yè)。 3.3 主要技術(shù)參數(shù) 表 3.1 MG2x132/630-WD 型采煤機(jī)主要技術(shù)特征 項(xiàng) 目 內(nèi) 容 項(xiàng) 目 內(nèi) 容 采高范圍 m 1.2 2 煤層傾角 30 裝機(jī)功率 kW 630 截割功率 kW 4x132 牽引 功率 kW 2x40 泵站功率 kW 20 機(jī)面高度 mm 860 過(guò)煤高度 mm 289 下切深度 mm 184；234；309 滾筒直徑 m 1.15 滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 60 滾筒截深 mm 800 搖臂擺動(dòng)中心 mm 5600 搖臂型式 整體彎搖臂 搖臂長(zhǎng)度 mm 2111 牽引力 kN 450 牽引速度 m/min 0 9 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 調(diào)速方式 機(jī)載交流變頻 牽引型式 齒輪 銷排 整機(jī)布置式 積木式組合 供電電壓 V 1140 整機(jī)重量 t 28 配套輸送機(jī) SGZ764/400；SGZ730/400 3.3.1 適應(yīng) 的 煤層 采高范圍 ( m ) 1.2 2 適應(yīng)傾角 ( ) 30 煤質(zhì)硬度 f 4 3.3.2 總體 要求 裝機(jī)功率（ kW） 630 機(jī)面高度 (m) 0.86 搖臂回轉(zhuǎn)中心距 (m) 5.6 搖臂回轉(zhuǎn)中心距底板高度 (m) 0.764 滾筒水平中心距 (m) 9.826 過(guò)煤高度 (m) 0.289 臥底量 (m) 0.176 搖臂擺角 ( ) 上 31.72；下 10.19 整機(jī)重量 ( t ) 28 3.4 該型號(hào) 采煤機(jī) 主要 特點(diǎn) （ 1） 為使該采煤機(jī) 與煤礦常用運(yùn)輸機(jī)相配套，同時(shí)最大限度降低機(jī) 面高度，本采煤機(jī)與運(yùn)輸機(jī)配套采用了交錯(cuò)布置形式，既運(yùn)輸機(jī)銷軌占用采煤機(jī)機(jī)身部分空間，調(diào)高油缸位置進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)外槽幫以下。 （ 2） 機(jī)身為無(wú)底托架積木式組合結(jié)構(gòu)。各部件之間為干式對(duì)接，三大部件之間使用高強(qiáng)度 T 形螺栓及定位銷連接，使之成為一個(gè)整體。 （ 3） 本采煤機(jī)為壓縮機(jī)身體積，采用了 1140V 直接供電的機(jī)載交流變頻調(diào)速技術(shù)，通過(guò)改變牽引電機(jī)的供電頻率，實(shí)現(xiàn)（一拖二）牽引無(wú)級(jí)調(diào)速，且有四象限運(yùn)行功能。 （ 4） 采煤機(jī)左、右截割部可單獨(dú)分別啟動(dòng)，便于故障處理，同時(shí)減小因啟動(dòng)采煤機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 （ 5） 為解決機(jī)身薄與裝 機(jī)功率大的矛盾，截割部采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)鏈高速端設(shè)有扭矩軸過(guò)載保護(hù)裝置；在低速端采用四行星雙浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，牽引部的機(jī)械傳動(dòng)采用雙行星雙浮動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，用過(guò)軸連接牽引驅(qū)動(dòng)輪，且牽引驅(qū)動(dòng)輪直接與運(yùn)輸機(jī)銷軌嚙合傳動(dòng)，不但增大了過(guò)煤空間，還省去了行走部，使機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，同時(shí)縮小了牽引部體積。采煤機(jī)機(jī)身高度將隨運(yùn)輸機(jī) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 銷軌高度變化而變化， 并且能夠在一定范圍內(nèi) 調(diào)正機(jī)高。 （ 6） 采煤機(jī)的操作采用手動(dòng)和遙控兩種方式，可同時(shí)并用，互不干擾。 （ 7） 采煤機(jī)操作面板上設(shè)有彩色顯示屏，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)工況，并有故障記憶功能，還設(shè)置了 操作檢修指南、故障分析參考、主要傳動(dòng)件查詢等顯示界面。 3.5 使用環(huán)境條件 （ 1）可在周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫、二氧化碳等不超過(guò)煤礦安全規(guī)程中所規(guī)定的安全含量的礦井中使用。 （ 2）海拔高度小于 2000m。 （ 3）周圍介質(zhì)溫度不超過(guò) o+40 、不低于 o-10 。 （ 4）環(huán)境溫度為 o-25 時(shí)，周圍空氣相對(duì)濕度不大于 97% 。 （ 5）周圍介質(zhì)無(wú)足以腐蝕和破壞絕緣的氣體和導(dǎo)電塵埃。 4 采煤機(jī) 行走箱設(shè)計(jì) 4.1 基本參數(shù)計(jì)算 4.1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 牽引部的行走速度為 0-9m/min，牽引力為 450kN。 由公式： P F v 可得牽引部輸出最大功率為： 4 5 0 0 . 1 5 6 7 . 5 k WP 牽引功率為 2 40kW 選取電機(jī)的型號(hào)為 YBQYS3-40， 其 參數(shù)如下： 額定功率： 40 kW 額定電 壓： 1140 V 額定電流： 76 A 額定轉(zhuǎn)速： 1478 r/min 4.1.2 傳動(dòng)效率計(jì)算 1.各傳動(dòng)件的效率為： 1）滾動(dòng)軸承效率 1=0.98； 2）圓柱齒輪傳動(dòng)效率 2=0.98； 2.總傳動(dòng)效率為： 牽引部輸出功率為 36.89kWP 輸出軸轉(zhuǎn)速為 n=10 r/min 4.1.3 傳動(dòng)比及配齒情況 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 KCB2-40，額定電壓為 380V，轉(zhuǎn)速為 1472 r/min。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 該系列隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)適用于煤礦井下，供采煤機(jī)組作牽引動(dòng) 力。防爆性能符合 GB3836爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備的規(guī)定，防爆標(biāo)志為 Exd。 根據(jù)該型號(hào)采煤機(jī)的大小和總體結(jié)構(gòu)， 使用擺線行走輪和 I 型銷齒（如圖 4-1， 27.5PR ）的嚙合 ,擺線輪齒數(shù)根據(jù)采煤機(jī)的具體結(jié)構(gòu)情況常取 9-18 齒， 選取采煤機(jī)的 行走輪 輪齒數(shù)為3 9Z 選取銷排節(jié)距 125mmt 則模數(shù) 3 9 .7 9tm 行走輪節(jié)圓直徑： 33 3 5 8 . 1 1 m md Z m 行走輪 齒頂圓直徑： 圖 4-1 銷齒 33 2 ( 0 . 8 0 . 9 ) 3 5 8 . 1 1 2 ( 0 . 8 0 . 9 ) 5 5 ( 4 4 6 . 1 1 4 5 7 . 1 1 ) m mapd d d 取3 4 4 6 .1 1 m mad 。 齒根圓直徑： *33 2 ( ) 4 4 6 . 1 1 2 ( 1 0 . 2 5 ) 3 9 . 7 9 3 4 6 . 6 3 5 m mfad d h c m 行走輪的轉(zhuǎn)速為： 3 3100vn d = 9 10003.14 358.11 =8 r/min 總傳動(dòng)比為： 133n ni nn=108 =1.25 4.1.4 牽引部各軸轉(zhuǎn)速、功率及扭矩 花鍵連接機(jī)械損失可忽略不計(jì) 。 對(duì)于 I 軸： 11 3 6 . 8 9 k w 0 . 9 8 3 6 . 1 5 k WPP 1 1 0 r / m i nnn 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 1 1 19 5 5 0 / 9 5 5 0 3 6 . 1 5 / 1 0 3 4 5 2 3 . 2 5 N mT P n 對(duì)于 II 軸： 22 1 1 2 3 4 k WPP 2 1 1 10/ 8 r / m i n1 . 2 5n n i 2 2 29 5 5 0 / 9 5 5 0 3 4 / 8 4 0 5 8 7 . 5 N mT P n 4.2 行走箱 傳動(dòng) 齒輪嚙合參數(shù)及校核計(jì)算 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及說(shuō)明 結(jié)果 （ 1） 選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 查相關(guān)手冊(cè)，選 小齒輪 18Cr2Ni4WA 滲碳淬火 大齒輪 18Cr2Ni4WA 滲碳淬火 許用接觸應(yīng)力 H，查相關(guān)公式為 limm inHHHS 接觸疲勞極限Hlim為： 齒輪壽命hL接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)NZ， 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 由公式 1 1 hN =60n jL6 0 1 0 1 1 0 0 0 0 21N =N /i查相關(guān)圖表， 得N1Z和N2Z接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)HminS1H R C 6 0 H R C2H R C 6 0 H R CH lim 1 1500N/mm2 H lim 2 1500N/mm2 hL =10000h 61N 6 10 62N 4 .8 1 0 N1Z =1.38N2Z =1.42HminS =1 H1 2070 N/mm2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 則 H1 1 5 0 0 1 . 3 8 / 1H2 1 5 0 0 1 . 4 2 / 1許用彎曲應(yīng)力 F 由 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 2-56 F l i m S T N TF r e l T R r l T XF m i n YY = Y Y YS 彎曲疲勞極限Flim查圖 雙向傳動(dòng)乘 0.7 應(yīng)力修正系數(shù)STY彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)NTY相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)relTY相對(duì)齒根圓角表面狀況系數(shù)RrlTY彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù)XY = 1 .0 5 -0 .0 1 m彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)minFS 1 6 3 0 2 1 1 1 0 . 8 / 1 . 4F 2 6 3 0 2 1 1 1 0 . 8 / 1 . 4F （ 2） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按公式 31 1 1v = ( 0 . 0 1 3 0 . 0 2 2 ) n P / n估取圓周速度 0.2m/stv ，參照相關(guān)圖表，選取 小輪分度圓直徑1d，由公式 H2 2130 N/mm2 H 2070 N/mm2 Flim1 630N/mm2 Flim2 =630N/mm2 STY =2N T 1 N T 2Y = Y = 1relTY =1RrlTY =1XY 0.8min 1.4FS 1 720F N/mm2 2 720F N/mm2 公差組 8 級(jí) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 2 131 2 ( 1 )() EHHdZ Z Z K T ud u 齒寬系數(shù)d查表，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì) 稱布置 小齒輪 （變位齒輪） 齒數(shù)1z大齒輪 （變位齒輪） 齒數(shù)2z21 1 . 2 5 1 2 1 5z i z 齒數(shù)比 u 15/12u 傳動(dòng)比誤差 /uu / ( 1 . 2 5 1 . 2 5 ) / 1 . 2 5 0 0 . 0 5uu 最小變位系數(shù)*m i nm i nm i n azzxhz ， min 17z 則變?yōu)橄禂?shù)1 0.3x ，2 0.11x 小輪轉(zhuǎn)矩1T載荷系數(shù)AVK K K K KAK 使用系數(shù) VK 動(dòng)載系數(shù) 推薦值 1.051.4 K 齒間載荷分布系數(shù) 推薦值 1.0 1.2 K 齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值 1.0 1.2 載荷系數(shù) K 1 . 5 1 . 0 5 1 . 1 1 . 1AVK K K K K 0.3d 1 12z 2 15z 1.25u 合適 1 0.3x 2 0.11x 1 34523250T N mm 1.5AK 1.05VK 1.1K 1.1K 1.9K 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 材料彈性系數(shù)EZ查表 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)HZ查圖表 重合度系數(shù) Z推薦值 0.85 0.92 故 231 1 8 9 . 8 2 . 5 0 . 8 5()2070d 3 2 1 . 9 3 4 5 2 3 2 5 0 (1 . 2 5 1 )0 . 3 1 . 2 5 齒輪模數(shù) m 11/ 3 1 0 . 3 / 1 2 2 5 . 8 6m d z 圓整 小輪分度圓直徑1d1 2 5 1 2d m z 圓周速度 v 11 / 6 0 0 0 0 3 0 0 1 0 / 6 0 0 0 0v d n 標(biāo)準(zhǔn)中心距 a 12( ) / 2 2 5 ( 1 2 1 5 ) / 2a m z z 齒寬 b 1 0 . 3 3 0 0 9 0dbd mm 大輪齒寬2b2bb小輪齒寬1b12( 5 1 0 )bb（ 3） 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 由公式 112F F a S a FKT Y Y Yb d m齒形系數(shù) FaY查表 小輪1FaY21 8 9 . 8 N / m mEZ 2.5HZ 0.85Z 1 310.3d mm 25m mm 1 300d mm 0.157v m/s 與估取相近 337.5a mm 2 90b mm 1 100b mm 1 2.97FaY 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 大輪2FaY應(yīng)力修正系數(shù) SaY查表 小輪1SaY大輪2SaY重合度 1 1 2 21 ( t a n t a n ) ( t a n t a n )2 aazz 1 3 0 0 c o s 2 01 2 ( t a n ( a r c c o s ) t a n 2 0 )2 3 0 0 2 2 5 o o 3 7 5 c o s 2 01 5 ( t a n ( a r c c o s ) t a n 2 0 )3 7 5 2 2 5 o o 重合度系數(shù) 0 . 2 5 0 . 7 5 /aY 故 1 2 1 . 9 3 4 5 2 3 2 5 0 2 . 9 7 1 . 5 2 0 . 7 6 7 / ( 1 0 0 3 0 0 2 5 )F 2 2 1 . 9 3 4 5 2 3 2 5 0 2 . 9 7 1 . 5 2 0 . 7 6 7 / ( 9 0 3 7 5 2 5 )F （ 4）齒輪安全系數(shù) l i mF S T N T r e l T R r l T XFFYY Y Y Ys 16 3 0 2 1 1 1 0 . 8 1 . 6 66 0 5 . 6 6Fs 26 3 0 2 1 1 1 0 . 8 1 . 8 75 3 8 . 3 6 8Fs （ 5）齒輪其它主要尺寸計(jì)算 大輪分度圓直徑2d222 5 1 5d m z 根圓直徑fd2 2.97FaY 1 1.52SaY 2 1.52SaY 1.45a 0.767Y 1 605.66F N/mm2 2 5 3 8 .3 6 8F N/mm2 齒根彎曲強(qiáng)度滿足 minFFSS滿足 2 375d mm 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 11 2 3 0 0 2 4 7 . 5ffd d h 22 2 3 7 5 2 2 8 . 5ffd d h 頂圓直徑ad11 2 3 0 0 2 3 2 . 5aad d h 22 2 3 7 5 2 2 7 . 5aad d h 基圓直徑bd11 c o s 3 0 0 c o s 2 0bdd 22 c o s 3 7 5 c o s 2 0bdd （ 6）齒輪膠合承載能力計(jì)算 1)膠合承載能力計(jì)算的安全系數(shù)intSSi n ti n t m i ni n tSSS 最小安全系數(shù)群中等膠合危險(xiǎn) min12SS2）實(shí)驗(yàn)齒輪的本體溫度MT和積分平均溫升intfla T18 0 0 . 2 3M T T LTX 0 . 0 2i n t 1401000 . 2f l a T T LTX 21 3 . 7 2 6 (TT F Z G 載 荷 級(jí) ） 式中：1TT FZG 膠合載荷級(jí)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)齒輪的小齒輪轉(zhuǎn)矩， Nm 40 潤(rùn)滑油在 40 度時(shí)的名義運(yùn)動(dòng)粘度，2mm/s LX 潤(rùn)滑劑系數(shù) 所以M T 1 T L = 8 0 + 0 . 2 3 T X1 252.5fd mm 2 318fd mm 1 365ad mm 2 430ad mm 1 = 2 8 1 .9 m mbd2 = 3 5 2 .4 m mbd1TT=238.464Nm 40=100 2mm/s LX=1.0 1 3 4 .8 5MT C 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 0 . 0 2i n t 1401000 . 2f l a T T LTX 3)嚙入系數(shù)QX嚙入系數(shù)QX是考慮滑動(dòng)速度較大的從動(dòng)齒輪齒頂嚙入沖擊載荷的影響的系數(shù)，可用嚙入重合度f(wàn)與嚙合重合度a之比的函數(shù)來(lái)表示。 211111 t a n2 a tbdzd 222221 t a n2 a tbdzd 驅(qū)動(dòng)方式為小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪 則f2=，a1 =fa 1.5由齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2-108 取得 QX=14)齒頂修正系數(shù)caXcaX是一個(gè)相對(duì)的齒頂修緣系數(shù)，它取決于相對(duì)于因彈性變形引起的有效齒頂修緣量effC的齒頂實(shí)際修緣量aC 。 caX值可根據(jù)齒頂重合度1和2中的最大值和計(jì)算用齒頂修緣量aC查取。 對(duì)與低精度齒輪，規(guī)定caX等于 1. 5）重合度系數(shù) X重合度系數(shù) X是將假定載荷全部作用于小齒輪齒頂時(shí)的局部瞬時(shí)溫升flaE折算成沿嚙合線的積分平均溫升flaE的系數(shù)。 由于 1212a ，1 1 ，2 1 221 2 1 211 0 . 7 0 0 . 2 2 0 . 5 2 0 . 6 02aaX flaintT=47.7 C 1 0.71 2 0.68 1QX 1caX X =0.3045 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 6）相對(duì)焊合系數(shù)wrelTX相對(duì)焊合系數(shù)wrelTX是考慮熱處理或表面處理對(duì)膠合積分溫度影響的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性系數(shù)。它是一個(gè)相對(duì)值，由不同材料及表面處理的實(shí)驗(yàn)齒輪與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)齒輪進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)得出，其值可由下式計(jì)算，即 Ww relTWTXX=X 式中 WTX =1WX由齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)表 2-111 取得 7）壓力角系數(shù)X壓力角系數(shù)X是用以考慮將分度圓上的載荷與切線速度轉(zhuǎn)換到節(jié)圓上系數(shù)。 對(duì)于法向壓力角為 20 度的齒輪，作為近似考慮，其壓力角系數(shù)可近似取為 X =18）熱閃系數(shù)MX熱閃系數(shù)MX是考慮材料特性和兩輪在嚙合點(diǎn)處沿齒廓切線方向速度的影響的 系數(shù)，反映小輪和大輪的材料特性對(duì)閃溫的影響。 wrelTX =1.15WTX =1WX =1.15X =10 . 2 5221212121121111MMMuXBBEE u tan 1tan yt 式中：1、2 小輪、大輪材料的泊松比； 1E、2E 小輪、大輪材料的彈性模量； 嚙合線上的參數(shù)； 1MB、2MB 小輪、大輪材料的熱嚙系數(shù)； y 任意角。 當(dāng)大、小齒輪的彈性模量、泊松比、熱 接觸系數(shù)相同時(shí)，可用以下簡(jiǎn)化公式計(jì)算，即 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 0 . 2 50 . 2 521MMEXB 其中熱嚙系數(shù) M M vBc對(duì)于表面硬化鋼，熱導(dǎo)率M = 5 0 N /(s K ),單位的比熱容 23 . 8 N / m m Kvc ,彈性模量 22 0 6 0 0 0 N / m mE 及泊松比 0.3 ， 其熱閃系數(shù)可取為 0 . 7 5 0 . 5 - 0 . 5MSX = 5 0 K N s m m m 9）跑合系數(shù)EX 3011 aEEr e d CRX 式中， 1E ，充分跑合； 0E ，新加工的。 10）平均摩擦系數(shù)mc0 . 20 . 0 50 . 0 4 5 B t Bm c o i l R LC r e d CK XXv 式中： Cv 節(jié)點(diǎn)線速度的和； 2 t a n c o sC t tvv t 端面嚙合角； oil 油溫下的動(dòng)力黏度； redC 節(jié)點(diǎn)處曲率半徑， 2s i nc o s1 tr e d C bu au u 齒數(shù)比； 壓力角； b 基圓螺旋角； Bt 單位齒輪載荷， tB t A V B B FK K K K b 0 . 7 5 0 . 5 - 0 . 5MSX = 5 0 K N s m m m 1EX 0 .1 0 7 m /sCv 8 4 m P a so il 2 8 .5 m mr e d C 4 8 5 8 . 8 2 8 N / m mBt 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) AK 使用系數(shù)； VK 動(dòng)載系數(shù)； BK 膠合承載能力計(jì)算的齒向載荷系數(shù)，BHKK； BK 膠合承載能力計(jì)算的齒間載荷系數(shù)，BHKK； tF 分度圓上名義切向載荷； b 齒寬，取小輪或大輪的較小值； RX 粗糙度系數(shù)， 0 . 2 52 . 2 aRr e d cRX 120 .5a a aR R RaR 算術(shù)平均粗糙度； 1aR、2aR 小輪與大輪在加工過(guò)的新齒面上測(cè)量的齒面粗糙度值； LX 潤(rùn)滑劑系數(shù)。 由以上各式得 0.128mc 11） 小輪齒頂?shù)拈W溫flaE 0 . 7 5 0 . 50 . 2 5B B t Ef l a E m c M B EQ C aKv Xu X X XXXa 0.8124RX 0.53aR um 1LX 0.128mc 1 3 5 .5fla E C 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 式中 mcu 平均摩擦因數(shù)； MX 熱閃系數(shù)； BEX 小齒齒頂系數(shù)； X 壓力角系數(shù)； BK 膠合承載能力計(jì)算的螺旋線系數(shù)； Bt 單位齒寬載荷； v 分度圓線速度； a 中心距； EX 跑合系數(shù)； QX 嚙入系數(shù)； CaX 齒頂修緣系數(shù) 。 12）小輪齒頂幾何系數(shù)BEX 2120 . 2 52 120 . 5 1 1EEBEEEz uXuz 221 1 10 . 5E a bdd 21s i nE t Ea 式中 a1d 小齒輪頂圓直徑； b1d 小齒輪基圓直徑。 13）本體溫度M1 i n tM C o i l m p f l a SC X X 12 pmpnX 0.128mc 0 . 7 5 0 . 5 - 0 . 55 0 K N s m m mMX 0.403BEX 1X 1BK 4 8 5 8 . 8 2 8 N / m mBt 0.157m/sv 337.5mma 1EX 1QX 1caX 0.403BEX 1 1 0 3 .7 m mE 2 1 1 .7 m mE 1 350 m mad 1 = 2 8 1 .9 m m