中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第1頁1概述11引言采煤機械的裝備水平是煤礦技術水平的重要標志之一。采煤機械的選用取決于煤層的賦存條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機械的技術發展又促進了采煤方法和采煤工藝的更新。采煤方法按采煤工藝可分為長壁式采煤法和房柱式采煤法兩大類。我們廣泛使用長壁式采煤法。長壁式采煤法所使用的機械設備按機械化程度分為爆破采煤機械、普通機械化采煤機械和綜合機械化采煤機械三類。炮采工作面的機電設備較少，主要靠人力完成各項工序。破煤工序有直接打眼放炮和先掏槽后打眼放炮兩種，裝煤工序主要依靠人工攉煤，運煤工序依靠工作面刮板輸送機來完成。普通機械化采煤機工作面用采煤機或刨煤機和工作面刮板輸送機實現破煤、裝煤和運煤工序的機械化，用單體支護設備實現人工控制頂板。綜合機械化采煤工作面將各種相對獨立的機電設備合理的組合在一起，在工藝過程中協調工作，使采煤工作面的破、裝、運、支全部工序實現機械化。12我國采煤機30多年的發展進程12120世紀70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MD150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MLS3170型雙滾筒采煤機。20世紀70年代我國采煤機的發展有以下特點1裝機功率小例如，MLS3170型雙滾筒采煤機，裝機功率170KW；KD150型雙滾筒采煤機，裝機功率150KW；DY100和DY150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。中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第2頁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比較薄弱,元部件質量較差,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。12220世紀80年代是我國采煤機發展的興旺時期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國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進入中國市場，其技術也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術和掌握這些技術創造了條件，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驗與教訓，確立了我國采煤機的發展方向，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解決短工作面的開采問題，短煤臂采煤機的研制。據初步統計，20世紀80年代自行開發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年代采煤機的發展有如下特點1重視采煤機系列的開發，擴大使用范圍20世紀70年代開發的采煤機，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年代采煤機發展中非常突出的特點。2元部件攻關先行，促使采煤機工作可靠性的提高總結20世紀70年代采煤機開發中的經驗教訓，元部件的可靠性直接決定采煤機開發的成功率，所以功關內容為主電機的攻關，以解決燒機的現象；齒輪攻關，從選擇材質上，熱處理工藝上著手，學習國內外先進技術成功經驗，以德國齒輪為目標進行攻關，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和液壓元部件的攻關，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，把斜軸中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第3頁泵、斜軸馬達、閥組和調速機構等都列入重點攻關內容。3無鏈牽引的推廣使用，使采煤機工作平穩，使用安全在引進大功率采煤機的同時，無鏈牽引技術傳入中國，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，而且技術成熟。為此，我國研制采煤機的無鏈牽引都向引進機組的結構上靠攏。仿制和引進技術生產的采煤機更是如此。無鏈牽引使采煤機工作平穩，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。12320世紀90年代至今是我國電牽引采煤機發展的時代進入20世紀90年代后，隨著煤炭生產向集約化方向發展，減員提效，提高工作面單產成為煤炭發展的主流，發展高產高效工作面勢在必行，此采煤機開發研制圍繞高產高效的要求進行，其主要方向是（1）大功率高參數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年代全面發展，電牽引的發展存在直流和交流兩種技術途徑。進入20世紀90年代后，交流變頻調速技術在中厚煤層采煤機中推廣使用，上海分院先后開發成功MG200/500WD、MG200/450BWD、MG250/600WD、MG400/920WD和MG450/1020WD等采煤機，變頻調速箱可以是機載，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的基礎上，開發出MG400/900WD和MG250/600WD型兩種電牽引采煤機，雞西煤機廠、遼源煤機廠也開發了交流電牽引采煤機。國產電牽引采煤機雖然發展速度很快，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7LS、6LS電牽引采煤機；兗州礦業集團公司引進德國的SL500型和日本的MCLEDR102型交流電牽引采煤機，但由于價格昂貴，故引進數量較少，90年代采煤機技術發展的特點如下1多電機驅動橫向布置的總體結構成為電牽引采煤機發展的主流我國開發的電牽引采煤機，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨的電動機驅動，傳動系統彼此獨立，無動力傳遞，結構簡單，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與世界先進水平的差距在縮小中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第4頁在裝機功率方面，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,微處理機的工礦監測、故障顯示、無線電離機控制等方面已達到較高技術水平。3液壓緊固技術的開發研究取得成功采煤機連接構件經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?；仡欉@30多年我國采煤機發展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進結合的道路，也是一條不斷學習國外先進技術為我所用的發展道路，從20世紀70年代主要靠進口采煤機來滿足我國生產需要，到近年幾乎是國產采煤機占我國整個采煤機市場，這也是個了不起的進步。124國際上電牽引采煤機的技術發展狀況80年代以來,世界各主要產煤國家,為適應高產高效綜采工作面發展和實現礦井集約化生產的需要,積極采用新技術,不斷加速更新滾筒采煤機的技術性能和結構,相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機。其中,最具代表的是英國安德森的EIECTRA系列,德國艾柯夫的SL系列,美國喬依的LS系列和日本三井三池的MCLE2DR系列電牽引采煤機。這些采煤機,體現了當今世界電牽引采煤機的最新發展方向。德國艾柯夫公司,整機結構特點為機身3段式,兩邊傳動部分為鑄造箱體結構,中間電氣部分為焊接框架結構,搖臂為分體聯結,左右對稱通用,可滿足不同的配套要求牽引部電氣傳動系統采用兩直流電機他激并列,電樞采用微機控制,勵磁采用串聯,既能滿足四象限運行,又能滿足雙牽引,趨于負載均衡,目前正全力發展交流電牽引。美國喬依公司從3LS7LS,機身為3段焊接結構形式,搖臂為分體聯結、左右通用,牽引部電氣傳動系統為2電機串激串聯,目前已開始投入使用7LS交流電牽引采煤機。日本三井三池公司RD101101和RD102102均為交流電牽引采煤機,其結構形式為以前的截割電機布置在機身的傳統結構形式,機械傳動和聯結相當復雜?？偨Y這些國家電牽引采煤機的技術發展有如下幾個特點1裝機功率和截割電動機功率有較大幅度增加為了適應高產高效綜中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第5頁采工作面快速割煤的需要,不論是厚、中厚和薄煤層采煤機,均在不斷加大裝機功率包括截割功率和牽引功率。裝機功率大都在1000KW左右,單個截割電機功率都在375KW以上,最高達600KW。直流電牽引功率最大達256KW,交流電牽引功率最大達260KW。2電牽引采煤機已取代液壓牽引采煤機而成為主導機型世界各主要采煤機廠商20世紀80年代都已把重點轉向開發電牽引采煤機,如德國艾柯夫公司是最早開發電牽引采煤機的,80年代中后期基本停止生產液壓牽引采煤機,研制出EDW系列電牽引采煤機,90年代又研制成功交流直流兩用的SL300,SL400,SL500型采煤機。美國喬依公司70年代中期開始開發多電機驅動的直流電牽引采煤機,80年代先后推出3LS,4LS和6LS3個新機型,其電控系統多次改進,更趨完善。英國安德森公司80年代中期先后開發了ELECTRA1000和ELECTRA薄煤層電牽引采煤機。日本三井三池公司80年代中期著手開發高起點交流電牽引采煤機,最具代表的是MCLE2DR101101,MDLE2DR102102采煤機,為國際首創。法國薩吉姆公司在90年代也已研制成功PANDA2E型交流電牽引采煤機。交流電牽引近幾年發展很快,由于技術先進,可靠性高、簡單,有取代直流電牽引的趨勢。自日本80年代中期研制成功第1臺交流電牽引采煤機,至今除美國外,其它國家如德國、英國、法國等都先后研制成功交流電牽引采煤機,是今后電牽引采煤機發展的新目標。3牽引速度和牽引力不斷增大液壓牽引采煤機的最大牽引速度為8M/MIN左右,而實際可用割煤速度為45M/MIN,不適應快速割煤需要。電牽引采煤機牽引功率成倍增加,最大牽引速度達1520M/MIN,美國18M/MIN的牽引速度很普遍,美國喬依公司的1臺經改進的4LS采煤機的牽引速度高達2815M/MIN。由于采煤機需要快速牽引割煤,滾筒截深的加大和轉速的降低,又導致滾筒進給量和推進力的加大,故要求采煤機增大牽引力,目前已普遍加大到450600KN,現正研制最大牽引力為1000KN的采煤機。4多電機驅動橫向布置的總體結構日益發展70年代中期僅有美國的LS系列采煤機、西德EDW215022L22W型采煤機采用多電機驅動,機械傳動系統彼此獨立,部件之間無機械傳動,取消中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第6頁了錐齒輪傳動副和復雜通軸,機械結構簡單,裝拆方便。目前,這類采煤機既有電牽引,也有液壓牽引,既有中厚煤層用大功率,也有薄煤層的,有取代傳統的截割電動機縱向布置的趨勢。5滾筒的截深不斷增大牽引速度的加快,支架隨機支護也相應跟上,使機道空頂時間縮短,為加大采煤機截深創造了條件。10年前滾筒采煤機截深大都是630700MM,現已采用800MM,1000MM,1200MM截深,美國正在考慮采用1500MM截深的可能性。6普遍提高供電電壓由于裝機功率大幅度提高,為了保證供電質量和電機性能,新研制的大功率電牽引采煤機幾乎都提高供電電壓,主要有2300V,3300V,4160V和5000V。美國現有長壁工作面中,45以上的電牽引采煤機供電電壓為2300V。7有完善的監控系統包括采用微處理機控制的工況監測、數據采集、故障顯示的自動控制系統就地控制、無線電隨機控制,并已能控制液壓支架、輸送機動作和滾筒自動調高。8高可靠性據了解美國使用的ELECTRA1000型采煤機的時間利用率可達9598,采煤量350萬T以上,最高達1000萬T。13國內電牽引采煤機的發展狀況我國從20世紀80年代末期,煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發了我國第1臺MG3442PWD薄煤層強力爬底板交流電牽引采煤機,在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD電牽引采煤機的電牽引技術,對液壓牽引采煤機進行技術更新。第1臺MG300/6802WD型電牽引采煤機是在雞西煤礦機械廠生產的MG300系列液壓牽引采煤機的基礎上改造成功,并于1996年7月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時,在太原礦山機器廠生產的AM2500液壓牽引采煤機上應用交流電牽引調速裝置改造MG375/8302WD型電牽引采煤機。截止目前,我國已形成5個電牽引采煤機生產基地,雞西煤礦機械廠、太原礦山機器廠、煤炭科學研究總院上海分院、遼源煤礦機械廠生產交流電牽引采煤機,西安煤礦機械廠則生產直流電牽引采煤機。我國近期開發的電牽引采煤機有以下特點1多電機驅動橫向布置電牽引采煤機。截割電機橫向布置在搖臂上,取消了螺旋傘齒輪和結構復雜的通軸。2總裝機功率、牽引功率大幅度提高,供電電壓對單個電機400KW及以上由1140V升至3300V,保證了供電質量和電機性能。3電牽引采煤機以交流變頻調速牽引裝置占主導地位,部分廠商同時中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第7頁也研制生產直流電牽引采煤機。4主機身多分為3段,取消了底托架,各零部件設計、制造強度大大提高,部件間用高強度液壓螺母聯接,拆裝方便,提高了整機的可靠性。5電控技術研究和采煤機電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進了一大步,功能逐步齊全,無線電隨機控制研制成功,數字化、微機的電控裝置已進入試用階段。6在橫向布置的截割電機上,設計使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸,改善了傳動件的可靠性,對提高采煤機的整體可靠性和時間利用率起到了積極作用。7耐磨滾筒及鎬形截齒的研究,推進了我國的滾筒及截齒制造技術,開發研制的耐磨滾筒,可適用于截割F34的硬煤。具有使用中軸向力波動小,工作平穩性好,塊煤率高,能耗低等優點。14結構特征與工作原理如圖11雙滾筒采煤機141搖臂搖臂主要由截割電動機、搖臂殼、一軸組件、惰輪組件、二軸組件、三軸組件、拔叉組件、行星減速器，內噴霧系統等組成。左右搖臂減速器除殼體不同外，其余零部件完全相同，可互換使用。搖臂直接由截割電動機拖動，經三級直齒輪傳動和一級行星機構傳動，將動力傳遞到截割滾筒，實現了采煤機落煤和裝煤的作用。搖臂有如下特點中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第8頁（1）搖臂回轉采用小鉸軸結構。（2）搖臂齒輪減速器都是簡單的直齒傳動，精度高，傳動效率高。（3）行星傳動內齒圈采用座入搖臂殼內結構，運轉中不易松動，工作平穩。（4）采用彎搖臂形式，加大了裝煤口，提高裝煤效率，增加塊煤率。（5）搖臂殼體采用整體鑄鋼結構，外殼有焊接的冷卻水套，用于冷卻和內噴霧供水噴霧降塵。142截割電動機截割電動機為礦用割爆型三相交流異步電動機，可用于環境溫度下于40，有甲烷或爆炸性煤塵工作面，橫向安裝在采煤機搖臂上，采用實心軸傳動結構，強度高，外殼采用水套冷卻。左右截割電動機通用，接線喇叭口可以改變方向，方便電纜引入，拆裝時，可以利用電動機聯接法蘭上的頂絲螺孔頂出，從老塘側抽出，拆裝方便。使用時注意開機前應先檢查冷卻水的水量，先通水后起電動機，嚴禁斷水使用，電動機長時間運行后不要馬上關閉冷卻水，發現有異樣聲響時，應立即停車檢查。一軸組件由軸齒輪、軸承、端蓋、骨架油封、油封架等組成，軸齒輪由軸承對稱支撐在軸承杯上，并通過漸開線花鍵與電動機輸出軸相聯接，軸承的軸向間隙應保持015035之間。惰輪軸組I主要由齒輪、心軸、軸承、距離套等組成，靠心軸與殼體臺階定位。二軸組件主要由齒輪、齒輪、軸承、花鍵軸、端蓋等組成。矩形花鍵由二個軸承支撐在箱體上，花鍵上裝有二個齒輪，其中一個為離合齒輪與撥叉相連，推動撥叉可實現搖臂的離或合兩個位置，軸承的軸向間隙，保持在015035MM之間三軸組件主要由軸齒輪、齒輪、軸承、端蓋、距離套、密封圈等組成，齒輪通過矩形花鍵套在軸齒輪上，軸齒輪由二個軸承支撐在箱體上。調整墊用來調整軸承的軸向間隙，保持在015035MM。惰輪軸共有兩組，其定位方式與惰輪軸相同，這兩組軸安裝方向相反。四軸組件為行星減速器輸入軸組，其齒輪大齒輪內孔為花鍵與太陽輪相連，兩軸承內圈安裝在大齒輪的空心軸上，而外圈安裝在套杯上，軸承間隙應調整在015035MM之間。217內噴霧供水裝置由接頭、水封、泄漏環、油封、軸承裝置外殼、軸承、中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第9頁不銹鋼送水管、形圈、定位銷、管座、高壓軟管等組成。不銹鋼送水管插入靠煤壁側管座時，管上的缺口對準座上的定位銷，使送水管和滾筒軸（行星架）一起轉動，靠內外兩道型圈密封，送水管靠老塘側通過軸承支撐在軸承裝置外殼內，因兩者有相對旋轉運動，為防止內噴霧水進入搖臂油池，在送水管殼體，靠特制的水封防漏水，在水封的后面又架設了一只骨架油封（材料與普通油封不同）起防水，防塵作用，在該水封和油封間裝有泄漏環，經水封泄漏的水通過水封裝置外殼流出搖臂殼體外，油封是為防止油液外漏而設置的。內噴霧水通過接頭座與噴霧冷卻系統的相應管路相通，經送水管，煤壁側高壓管與滾筒的內噴霧供水口相連，進入滾筒水道。行星減速器為四個行星輪減速機構，主要由太陽輪、行星輪、內齒圈、行星架支撐軸承，平面浮動油封裝置和方形聯接套等組成，太陽輪的另一端與搖臂大齒輪的內花鍵相聯，輸入轉矩，當太陽輪轉動時，驅動行星輪沿本身軸線自轉，同時又帶動行星架繞其軸線轉動，行星架通過花鍵和方形連接套聯接，將輸出轉矩傳給滾筒。行星齒輪傳動利用四個行星輪嚙合的形式，結構緊湊，傳動比大。傳動可靠，考慮行星輪間均載，采用太陽輪浮動結構，太陽輪浮動靈敏，反力矩小，浮動量通過與大齒輪相配合的外花鍵側隙來保證。行星架前端靠軸承支撐，此軸承兩端面需控制軸向間隙015035MM后端靠軸承支撐。方形聯結套采用平面浮動油封裝置，能適應行星機構的軸向竄動，適應在有煤塵和煤泥的工況下工作。143牽引部1左電牽引部左電牽引部由左電牽引部殼體、牽引電機、電機軸組、牽引二軸、制動軸、雙行星減速器、液壓制動器、行走輪組成等組成。牽引電動機輸出的轉矩經二級直齒圓柱齒輪和二級行星齒輪減速器減速后，由行星架輸出，通過驅動輪與行走輪相嚙合，再由行走輪與工作面輸送機上的銷軌嚙合使采煤機來回行走，同時制動軸出軸通過花鍵與液壓制動器相連，實現電牽引的制動。2牽引電動機牽引電動機為隔爆型三相交流調速電動機，與變頻調速裝置配套作為采煤機的牽引動力源，可適用于環境溫度小于40，相對濕度不大于97。3液壓制動器中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第10頁液壓制動器是由螺塞、外殼、碟形彈簧、活塞、圓盤、壓盤、外摩擦片、內摩擦片、底座、花鍵套等組成。當采煤機在正常工況下工作時，由調高泵輸出的壓力油經集成塊和制動電磁閥進入液壓制動器的外接油口，活塞在油壓下壓緊碟形彈簧組，壓盤與內外摩擦片脫離接觸，液壓制動器呈現自由空轉狀態，當電控系統發出制動信號時，制動電磁閥斷電復位，制動器內的油腔與油池連通，使得活塞在碟形彈簧的作用下推動壓盤壓緊內外摩擦片，產生制動轉矩，花鍵套被抱閘，起到制動采煤機的作用。4右電牽引部右電牽引部內的傳動系統與左電牽引部完全相同，所不同的是其內部還裝有調高電動機，雙聯齒輪泵、集成塊、過濾器、壓力表、制動電磁閥等元件。用于采煤機調高系統及液壓制動器的動力來源。輔助液壓系統1采煤機輔助液壓系統包括兩部分A調高回路。B制動回路。它由調高泵站、機外油管、左右調高油缸和液壓制動器等組成。其中。泵站布置在右電牽引部內，液壓制動器布置于左右電牽引部內，調高油缸布置在機身下。泵站由調高電動機、單泵、集成塊、過濾器、制動電磁閥、壓力表、高低壓溢流閥等組成。調高回路的主要功能是使滾筒能按司機所需的位置工作，調高回路的動力由調高電動機提供，調高油缸調高阻力太大時，為防止系統回路油壓過高，損壞油泵及附件，在調高系統排油路設置一高壓溢流閥作為安全閥，調高壓力20MPA。液壓制動回路的壓力油回油路設置低壓溢流閥，為制動器壓力及調高電磁反向閥所用壓力，為保證液壓制動器打開，在制動回路設置一低壓溢流閥，調定壓力為15MPA，它由二位三通電磁閥，液壓制動器，低壓溢流閥及其管路等組成，制動電磁閥在集成塊上，通過特定管路與安裝在左右電牽引部上的液壓制動器相連。2調高電動機該電動機為礦用隔爆型三相異步電動機，可適用環境低于40，且有甲烷或爆炸性煤塵的工作面。3調高油缸兩只調高油缸設置在靠煤壁側機身下方，油缸的活塞桿與搖臂的小支臂，缸體與左右牽引部下面分別用銷軸聯結，已實現左右滾筒的調高，調高油缸由液力鎖缸體，活塞桿和活塞等組成。中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第11頁4齒輪泵該泵為CBK1012B3F型齒輪泵，體積小、重量輕、結構簡單、工作可靠。5過濾器在輔助液壓系統中，設有過濾器一個，安裝在右電牽引部泵站中，采用網式濾芯，型號為MDY01042，其流量為63L/MIN。6壓力表采煤機的工作過程中，為了隨時監視液壓系統中工作狀況，因此在泵站中安裝有高低壓壓力表，分別顯示調高及控制油源的壓力，為防止表針劇烈振動而損壞，壓力表表座中有阻尼塞。7手動換向閥本機設有兩只手動換向閥，其內部結構和性能完全一樣，均為H型三位四通換向閥，閥中彈簧是使閥芯復位，此時無壓力油進入油缸，用手直接操作確定閥的工作位置，使壓力油進入油缸，使其伸縮實現搖臂的升降。8電磁閥本機選用24GDEYH6BT2隔爆型電磁換向閥作為制動電磁閥，當采煤機啟動時，制動電磁閥待電動作，壓力油進入制動器克服彈簧力，內外摩擦片分離，牽引進入進行狀態，當采煤機停止時，制動電磁閥斷電復位，壓力油回油池，制動器內外摩擦片貼緊，采煤機被制動。輔助裝置由左右行走箱、滑靴組、拖纜裝置、冷卻噴霧管路系統、機身聯結、截割滾筒、機外液壓管路組成。1在采空區側行走輪組、行走輪、導向滑靴、行走輪軸承、芯軸等組成。2在煤臂側滑靴組，用螺栓、銷子固定在左右牽引部下面。3拖纜裝置拖纜裝置由拖纜架，連接板、銷、電纜板等組成，當采煤機沿工作面運行時，拖拽并保護纜和水管使用電纜夾來承受，這樣使電纜，水管不受力磨損小，同時還能防砸及拖拽平穩且阻力小，在工作面刮板輸送機的電纜槽內可靠的來回拖動。拖纜裝置固定在電控箱前面右上部，以便電纜能順利進入電控箱，電纜和水管進入工作面后安裝在工作面輸送機的固定電纜槽內，在輸送機的中點在進入電纜槽并安裝電纜夾，故移動電纜和管的長度的一半略有多余。4噴霧冷卻系統中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第12頁采煤機工作時，滾筒在破煤和裝煤過程中，會產生大量煤塵，不及降低了工作面的能見度，影響正常生產，而且對安全生產和工人的健康也會產生嚴重影響，因此，必須及時降塵，最大限度的降低空氣中的含量，同時采煤機在工作時，各主要部件會產生很大熱量需及時進行冷卻，已保證工作面生產的順利進行。噴霧冷卻系統由水閥、水壓、繼電器、安全閥、節流閥、噴嘴、高壓軟管及有關連接件組成，來自噴霧泵的水壓由送水管經電纜槽，拖纜裝置進入水閥，由水閥到機身后面的兩個分配閥，分多路用于冷卻截割電機，牽引電機，調高電機，電控箱，內外噴霧降塵。5機身連接裝置左右電牽引部，中間電控箱的連接螺柱，搖臂與左右電牽引部鉸接銷軸四組，這些裝置將采煤急各大部件聯接成一個整體，起到緊固及連接的作用。液壓螺母由螺母、油堵、密封圈、活塞緊圈組成，其工作原理和使用方法如下在打壓前應先將液壓螺母擰緊后取下一個油堵，接通超高壓泵當手動超高壓泵產生的高壓油，注入螺母與密封圈之間的油腔時，螺母在液壓力的作用下向上移動，將螺栓強行拉伸，產生很大的豫緊力，打壓到限定的油壓后，將緊固旋緊至螺母底部，卸去高壓油擰上油堵，這時螺母靠緊圈和活塞鎖在預定的位置。本機選用兩種規格的液壓螺母M30，限定油壓200MPA和M363限定油壓180MP采用液壓鎖緊，預緊力大，螺栓受力均勻，防松可靠。滾筒滾筒是采煤機工作機構，擔負著破煤，裝煤的作用，主要由滾筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星減速器輸出軸采用方形聯結套聯接，聯接可靠，拆卸方便。滾筒體采用焊接結構，三頭螺旋葉片，設有內噴霧水道和噴嘴壓力水從噴嘴霧狀噴出，直接噴向齒尖，以達到冷卻截齒，降低煤塵和稀釋瓦斯的目的。為延長螺旋葉片的使用壽命，在其出煤口處采用耐磨材料噴煤處理。機外液壓管路由于采用手動換向閥安裝在左中部，兩端電動換向機外管路簡單，由泵箱端集成塊引出四根去左右油缸進出油口，二根去制動器，即可將左右油缸，制動器與系統連接起來。中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第13頁2總體方案的確定電牽引采煤機，該機裝機功率4875KW，截割功率2200KW，牽引功率240。該采煤機使用的電氣控制箱符合礦用電氣設備防爆規程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險的礦井中使用，并可在海拔不超過2000M、周圍介質溫度不超過40或低于10、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導電塵埃的情況下使用。21主要技術參數如下采高（M）1326適應傾角。40煤質硬度硬或中硬機面高度MM1000滾筒直徑MM1100滾筒轉速R/MIN40截深MM630牽引力KN360牽引速度M/MIN077128滅塵方式內外噴霧拖電纜方式自動拖纜裝機功率KW220024075電壓V1140搖臂長度MM2572211采煤機結構方案采煤機采用多電機橫向布置方式，截割部用銷軸與牽引部聯結，左、右牽引部及中間箱采用高強度液壓螺栓聯結，在中間箱中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機具有以下特點1截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身連接沒有動力傳遞，取消了縱向布置結構中的螺旋傘齒輪和結構復雜的通軸。2主機身分為三段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高度液壓螺栓聯結，結構簡單可靠、拆裝方便。22搖臂結構設計方案的確定由于煤層地質條件的多樣性，煤炭生產需要多種類型和規格的采煤機。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機，可以給生產帶來很多方便。系中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第14頁列化、標準化和通用化是采掘機械發展的必然趨勢。所以，這里把左右搖臂設計成對稱結構。212截割部電動機的選擇由設計要求知，截割部功率為2002KW，即每個截割部功率為200KW。根據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，啟動轉矩大，過載能力強，效率高。據此選擇YBCS3200C，其主要參數如下額定功率200KW；額定電壓1140V；滿載電流130A；額定轉速1478R/MIN；滿載效率0920；絕緣等級H；滿載功率因數085；接線方式Y；質量1280KG；冷卻方式外殼水冷該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。22傳動方案的確定221傳動比的確定滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉速和直徑計算而的，為了減少滾筒截割產生的細煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉速出現低速化的趨勢。滾筒轉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速?？倐鲃颖瓤侷7536401NI滾總電動機轉速R/MIN滾筒轉速R/MIN滾222傳動比的分配在進行多級傳動系統總體設計時，傳動比分配是一個重要環節，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統的外闊尺寸、重量、結構、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統傳動比的確定有如下原則中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第15頁1各級傳動的傳動比一般應在常用值范圍內，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調、結構勻稱；各傳動件彼此間不應發生干涉碰撞；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，從而使潤滑比較方便。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的傳動比。設計采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖所示（圖21）A太陽輪B內齒圈C行星輪X行星架圖21NGW型行星機構該行星齒輪傳動機構主要由太陽輪A、內齒圈B、行星輪C、行星架X等組成。傳動時，內齒圈B固定不動，太陽輪A為主動輪，行星架X上的行星輪C繞自身的軸線OXOX轉動，從而驅動行星架X回轉，實現減速。運轉中，軸線OXOX是轉動的。這種型號的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結構簡單、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的使用效率為097099,傳動比一般為21137。如圖23，當內齒圈B固定，以太陽輪A為主動件，行星架C為從動件時，傳動比的推薦值為279。從采掘機械與支護設備上可知,采煤機截割部行星減速機構的傳動比一般為56。所以這里先定行星減速機構傳動比745IBAG則其他三級減速機構總傳動比中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第16頁36755747639總IBAGI根據前述多級減速齒輪的傳動比分配原則及齒輪不發生根切的最小齒數為17為依據，另參考MG250/591型采煤機截割部各齒輪齒數分配原則，初定齒數及各級傳動比為131/4/97IZ256259/I3傳動系統的設計截割部傳動系統圖31各級傳動轉速、功率、轉矩的確定截割部傳動系統圖各軸轉速計算從電動機出來，各軸依次命名為、軸。軸MIN1470N/R軸MIN/28193R軸4356/24II/R軸89/3566各軸功率計算軸099198031PKW軸09809919018198222K中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第17頁軸098099184511890123PKW軸098099099177225434軸09809909917022275軸09809916515126軸09809909915863637K軸09809909915236588P各軸扭矩計算軸9011NTMN3128647軸533P5軸9044NTMN96321467軸577P58軸9088NTMN62736將上述計算結果列入下表,供以后設計計算使用運動和動力參數編號功率/KW轉速N/RMIN1轉矩T/NM傳動比軸198147012863軸18451821221457179軸1772252643321496156軸158632298865923229軸15236229882738666574732齒輪設計及強度效核中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第18頁這里主要是根據查閱的相關書籍和資料，借鑒以往采煤機截割部傳動系統的設計經驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數、轉速、傳動的功率、轉矩以及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數進行初步確定，具體計算過程級計算結果如下統的設計經驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數、轉速、傳動的功率、轉矩以及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數進行初步確定，截割部齒輪的設計及強度效核，具體計算過程及計算結果如下齒輪1和惰輪2的設計及強度效核計算過程及說明計算結果1選擇齒輪材料查文獻1表817齒輪選用20GRMNTI滲碳淬火2按齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按估31T/NP021V取圓周速度，參考文獻1表814，表815選SMVT/0取小輪分度圓直徑，由式（864）得1D32HED11ZUKT2齒寬系數查文獻1表823按齒輪相對軸承為非對稱布置，取06D小輪齒數191Z1惰輪齒數3401221971ZI齒數比U/34/傳動比誤差誤差在范圍內0/小輪轉矩MNNPT58625961載荷系數由式（854）得KKKVA使用系數查表820A動載荷系數查圖857得初值VT齒向載荷分布系數查圖860齒間載荷分配系數由式855及得0COSZ/1/2312HRC5662SMVT/0公差組7級06D191Z342179U合適175A111VT108中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第19頁188321/191/341617查表821并插值1K則載荷系數的初值2T10875T彈性系數查表822EZ1898E2/MN節點影響系數查圖864H0X,021重合度系數查圖865Z許用接觸應力由式得69HHLIMS/接觸疲勞極限應力查圖86921LIMI、應力循環次數由式得70810346NJ0NH192251/U/則查圖870得接觸強度得壽命系數121NZ硬化系數查圖871及說明Z接觸強度安全系數查表827，按高可靠度查HS取3125HLIMS21/315/40M故的設計初值為DTD19168709768321T齒輪模數查表83ZDMT6/2/1小齒分度圓直徑的參數圓整值TD1MZ圓周速度V60/14730/NT與估取很相近，對取值影響不大，不必修正ST/3VKVK111，T2T小輪分度圓直徑D1惰輪分度圓直徑38472MZ中心距A51911K2T1898EZ2/MN25H089721/450MNHLIM2910582NZ13HSMM7M133MMTD1SV/20,VK1D13M281855MMA中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第20頁齒寬B769120MIN1TD惰輪齒寬762B小輪齒寬51齒根彎曲疲勞強度效荷計算3由式68FSF1FYBDKT齒形系數查圖867小輪Y1大輪2F應力修正系數查圖868小輪SSY大輪重合度系數,由式867Y7106/7502/7502許用彎曲應力由式871FFXNFLIMSY/彎曲疲勞極限查圖872LIM彎曲壽命系數查圖873NY尺寸系數查圖874X安全系數查表827FS則2/98015/1121FXNLIMFSY174673854FMN22/29103261FF4齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑D1971MZ342齒頂高AHHA齒根高F7250CF齒頂圓直徑D11D382AA齒根圓直徑FFFHMM762BM812861FY2472154S1657102/85MNLIM2121NY1X2S2/546MN21/2/94MD1328HA7F5D14A2中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第21頁齒輪4和齒輪5設計及強度效核1選擇齒輪材料查文獻1表817齒輪選用20GRMNTI滲碳淬火2按齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按估3/021NPVT取圓周速度，參考文獻1表814，表815選SMVT/8取小輪分度圓直徑，由式（864）得1D32112HEDZUKT齒寬系數查文獻1表823按齒輪相對軸承為非對稱布置，取06D小輪齒數4Z大輪齒數3588圓整取552356142ZI齒數比U/傳動比誤差誤差在范圍內03/小輪轉矩MNT194載荷系數由式（854）得KKKVA使用系數查表820A動載荷系數查圖857得初值VT齒向載荷分布系數查圖860齒向載荷分配系數由式855及得0COS/1/23154Z188321/231/36165查表821并插值11K則載荷系數的初值1087THRC5662SMVT/8公差組7級06D234Z3651565U合適MNT32149175A118VT10811K452T758232FFHD基圓直徑BD0COS1COS1B齒距P9MP齒厚S02/S中心距圓整A518MDF5120B9841632PS0A185中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第22頁彈性系數查表822EZ1898E2/MN節點影響系數查圖864H0,021X重合度系數查圖865許用接觸應力由式得69HHLIMSZ/接觸疲勞極限應力查圖86921LIMI、應力循環次數由式得7081032601HNJN9928561/U則查圖870得接觸強度得壽命系數121NZ硬化系數查圖871及說明Z接觸強度安全系數查表827，按高可靠度查HS取3125HLIMS21/315/40M圓整A8齒輪模數查表83ZDT092/8/4小齒分度圓直徑的參數圓整值TD4Z圓周速度V6/1360/34NT與估取很相近，對取值影響不大，不必修正SM8VK118，VTK452T小輪分度圓直徑D4惰輪分度圓直徑8365Z中心距A224齒寬B108640MIN1TD惰輪齒寬85B小輪齒寬4齒根彎曲疲勞強度效荷計算3由式68FSFFYBDKT421898EZ2/MN25H08721/450NHLIM29105628NZ13HS8MDT14SV/978VK452MD15A236MB10854中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第23頁齒形系數查圖867小輪FY4FY大輪5應力修正系數查圖868小輪SS大輪重合度系數,由式867Y641/7502/7502許用彎曲應力由式871FFXNFLIMSY/彎曲疲勞極限查圖872LIM彎曲壽命系數查圖873NY尺寸系數查圖874X安全系數查表827FS則2/98015/1421FXNLIMFSY44/7878539FMN525061645210F4齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑D384MZ5齒頂高AHHA1齒根高F8250CF齒頂圓直徑D424D5AA齒根圓直徑F1FFH08基圓直徑BD2COS4COS4DB5齒距PMP12齒厚S6/S中心距圓整A32694F24551575S1657024/85MNFLIM0121NY098X2S21/546MF2N4/978250FD12MHA8F0D4A35F1628MDB97405P1S62A4中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第24頁齒輪6和惰輪7的幾何尺寸計算齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑D1746MZ287齒頂高AHMHA齒根高F1450CF齒頂圓直徑D36D297AA齒根圓直徑F78FFH51基圓直徑BD0COS3COS6DB297齒距PMP4齒厚SS821/中心距圓整A35MD238697HA14F5D26A37MF6407DB235P96S81MA惰輪8和齒輪9的幾何尺寸計算齒輪幾何尺寸計算分度圓直徑D28148MZ399齒頂高AHMHA齒根高F1450CF齒頂圓直徑D28D69AA齒根圓直徑F73FFH514基圓直徑BD20COSCOS8DB69齒距PMP3齒厚SS21/中心距圓整A46D3928546MHA1F7D38A549F201MDB37859P64S21A由于齒輪的強度效核方法都是相似的，因而對其它齒輪的強度效核過程安排在設計說明書以外的篇幅中進行，并全部強度驗算合格。33截割部行星機構的設計計算中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第25頁電牽引采煤機是直接以電動機作為驅動減速箱的原動力,因而要求減速箱有較大的速比,同時受工作面空間條件限制,要求傳動裝置尺寸小。因此,電牽引采煤機無論牽引部或截煤部均在最后輸出級采用行星機構。行星傳動結構緊湊、速比大。行星傳動的優點是動力分流,功率流數取決于行星輪個數。因此,電牽引采煤機用的行星機構大多設計成4個行星輪,以降低每一行星輪的負載,但對行星架及齒輪的加工精度要求更高。為減小加工安裝誤差所產生的偏載和彈性變形、慣性力、摩擦力等妨礙載荷均勻分布的因素,把太陽輪作成無支承的浮動件單浮動,通過漸開線花鍵與前一級齒輪聯接,花鍵側隙則滿足了浮動量的要求?；蛟O計成雙浮動太陽輪、內齒圈浮動、三浮動結構太陽輪、內齒圈、行星架浮動。這些均載措施結構簡單、浮動靈敏、反力矩小,有效地補償各種誤差,使行星輪間的載荷均衡分配。行星輪與內齒圈一般設計成薄壁輪緣。行星輪輪緣的變形對安裝在行星輪內孔中軸承的滾動體間的載荷分布會發生影響,由此獲得可提高軸承壽命的最佳間隙。內齒圈輪緣的柔性變形,同樣也有利于行星輪間的載荷分配均勻,并降低嚙合時的動載荷。已知輸入功率KW,681507P轉速22988R/MIN，N輸出轉速40R/MIN滾331齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定太陽輪和行星輪的材料為20CRNI2MOA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為5761HRC。因為對于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18CR2NI4WA和20CRNI2MOA等高級滲碳鋼，經熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。試驗齒輪齒面接觸疲勞極限MPALIM1450H試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限太陽輪（）LIF2N行星輪80LIM齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級。內齒圈的材料為42CRMO，調質處理，硬度為262302HBS試驗齒輪的接觸疲勞極限2LIM750NH中國礦業大學2008屆本科生畢業設計第26頁試驗齒輪的彎曲疲勞極限2LIM80NF齒形的加工為插齒，精度為7級。332確定各主要參數行星機構總傳動比I5747，采用NGW型行星機構。行星輪數目PN要根據文獻3表293及傳動比I，取。4PN載荷不均衡系數K采用太陽輪浮動和行星架浮動的均載機構，取115PK配齒計算太陽輪齒數AZ