1、目 錄1 緒論11.1前言11.2 采煤機概述11.2.1采煤機發展史11.2.2 機械化采煤的主要方法21.2.3 國內外現狀31.2.4 國內電牽引采煤機的應用前景41.3 采煤機簡述41.3.1采煤機的分類和組成41.3.2 滾筒采煤機的特點61.3.3 滾筒采煤機的工作原理62 選題背景72.1 采煤機行走部的發展72.2 現代采煤機行走機構簡介82.3 目前采煤機行走機構出現的一些問題92.4 采煤機設計的目的意義102.5 完成課題的條件和可行性分析103 2*132/630-wd型采煤機113.1 組成113.2 工作原理113.3 主要技術參數113.3.1 適應的煤層 采高范

2、圍123.3.2 總體要求123.4 該型號采煤機主要特點123.5 使用環境條件134 采煤機行走箱設計134.1 基本參數計算134.1.1 電動機的選擇134.1.2 傳動效率計算134.1.3 傳動比及配齒情況134.1.4 牽引部各軸轉速、功率及扭矩144.2 行走箱傳動齒輪嚙合參數及校核計算154.3 行走輪校核計算274.3.1 擺線齒介紹274.3.2 輪齒受力分析274.3.3 行走輪和銷齒接觸應力分析計算284.3.4 有限元分析計算行走輪和銷齒接觸應力304.4 行走輪彎曲強度分析計算364.4.1 齒根彎曲強度有限元分析計算364.5 行走箱內軸的設計414.5.1 花

3、鍵軸的設計與校核414.5.2 心軸的設計與校核434.6 行走箱各軸承的設計校核計算474.6.1 滾動軸承設計校核概述474.6.2 花鍵軸上軸承校核494.6.3 心軸軸承校核504.7 提高采煤機軸承使用壽命的措施524.8 螺栓的校核計算554.9 導向滑靴的受力分析564.10 大功率采煤機導向滑靴的加工594.11 可調行走箱的概述615 采煤機的維護62總 結64參考文獻65翻譯部分67英文原文67中文譯文76致 謝83中國礦業大學2009屆本科生畢業設計（論文）第86頁1 緒論1.1前言在能源競爭日趨激烈的當今世界，被稱為工業的糧食的煤炭在石油能源日漸枯竭的現在愈加重要。我國

4、是一個煤炭生產和消費大國，煤炭作為一次性基礎能源目前在我國仍然占有60%以上的比例，是保證我國國民經濟飛速增長的重要物質基礎。我國煤炭企業由勞動密集型轉向資本及技術高密集型。在礦井開采方面采用以日產萬噸的超大型綜合機械化采，煤工作面為核心的生產工藝。在實現煤炭生產工藝綜合機械化的基礎上，向遙控和自動化發展，機器人與人工智能和專家系統相結合，為采煤自動化開辟了新的途徑。隨著采煤機械化的發展，采煤機是現在最主要的采煤機械。20世紀70年代主要靠進口采煤機來滿足我國生產的需要，到今天幾乎是我國采煤機占領我國的整個采煤機市場，依靠科技進步，推進技術創新，開發高效礦井綜合配套技術是我國煤炭科技的發展的主

5、攻方向。1.2 采煤機概述1.2.1采煤機發展史機械化采煤開始于上世紀40年代，是隨著采煤機械（采煤機和刨煤機）的出現而開始的。40年代初期，英國、蘇聯相繼生產了采煤機，聯邦德國生產了刨煤機，使工作面落煤，裝煤實現了機械化。但是當時的采煤機都是鏈式工作機構，能耗大、效率低，加上工作面輸送機不能自移，所以生產率受到一定的限制。50年代初期，英國、聯邦德國相繼生產力滾筒采煤機、可彎曲刮板輸送機和單體液壓支柱，大大推進了采煤機械化的發展。由于當時采煤機上的滾筒式死滾筒，不能實現跳高，因而限制了采煤機械的適用范圍，我們稱這種固定滾筒的采煤機為第一代采煤機。這樣，50年代各國的采煤機械化的主流還只是處于

6、普通機械化水平。雖然載1954年英國已經研制出了液壓自移式支架，但是由于采煤機和可彎曲刮板輸送機尚不完善，綜采技術僅僅處于開始試驗階段。60年代是世界綜采技術的發展時期。第二代采煤機單搖臂滾筒采煤機的出現，解決了采高調整的問題，擴大了采煤機的適用范圍；特別式1964年第三代采煤機雙搖臂采煤機的出現，進一步解決了工作面自開缺口問題；再加上液壓支架和可彎曲刮板輸送機的不斷完善，滑行刨的研制成功等，把綜采技術推向了一個新水平，并在生產中顯示了綜合機械化采煤的優越性高校、高產 、安全和經濟，因此各國競相采用綜采。進入70年代。綜采機械化得到了進一步發掌和提高，綜采設備開始向大功率、高效率及完善性能和擴

7、大使用范圍等方向發掌，相繼出現了功率為7501000kw，生產率大1500t/h的刮板輸送機，以及工作阻力大1500kn的強力液壓支架等。1970年采煤機無鏈牽引系統的研制成功以及1976年出現的第四代采煤機電牽引采煤機，大大改善了采煤機的性能，并擴大了它的使用范圍。目前，各主要產煤國家已基本上實現力采煤機械化。衡量一個國家采煤機械化水平的指標是采煤機械化程度和綜采機械化程度。采煤機械化的發展方向是：不斷完善各類采煤設備，使之達到高效、高產、安全、經濟；向遙控及自動控制發展，以逐步過渡到無人工作面采煤；提高單機的可靠性，并使之系列化、標準化和通用化；研制后、薄及急傾斜等難采煤層的機械設備。1.

8、2.2 機械化采煤的主要方法（1）壁式體系采煤法一般以長工作面采煤為其主要特征，產量約占我國國有重點煤礦的95%以上。隨著煤層厚度及傾角的不同，開采技術和采煤方法會有所區別。對于薄及中厚煤層，一般都是按煤層全厚一次采出，即正層開采。對于厚煤層，可把它分為若干中等厚度（23）m進行開采，即分層開采，也可采用放頂煤整層開采。無論整層開采或分層開采，依據不同傾角、按采煤工作面推進方向，又可分為走向長壁開采和傾斜長壁開采兩種類型。上述每一類型的采煤方法在用于不同的礦山地質條件及技術條件時，又有很多變化。開采厚煤層及特厚煤層時，煤層厚度超過5m，采場空間支護技術和裝備目前尚無法合理解決。因此，為了克服整

9、層開采的困難，可把厚煤層分為若干中等厚度的分層來開采。根據煤層賦存條件及開采技術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。優點 設備投資少，一套柱式機械化采煤設備的價格為長壁綜采的四分之一，采掘可實現合一，建設期短，出煤快，設備運轉靈活，搬遷快。巷道壓力小，便于維護，支護簡單，可用錨桿支護頂板。缺點 采區采出率低，一般為50%60%；通風條件差、漏風大。使用條件：開采深度較淺，一般不宜超過300500m；頂板較穩定的薄及中厚煤層；傾角在10以下，最好為近水平煤層，煤層賦

10、存穩定，起伏變化小，地質構造簡單；底版較平整，不太軟，且頂板無漏水。1.2.3 國內外現狀（1）國內采煤機研制現狀2005年煤炭科學研究總院上海分院開發出總裝機功率達1815 kw的大功率采煤機。隨后,更大功率的電牽引采煤機mg900/2215-gwd也問世,該型采煤機的控制達到了國際先進水平,是目前國內功率最大的采煤機。目前,國內使用的交流電牽引采煤機的電牽引調速系統主要有3種:即交流變頻調速系統、開關磁阻電機調速系統(簡稱srd)、電磁轉差離合器調速系統。調速原理不盡相同,但基本上都可分為控制部分和牽引電機部分。在這3種交流電牽引調速系統中,交流變頻調速技術由于具有的諸多優點,在大功率采煤

11、機的應用已趨向成熟,并已成為目前采煤機調速方式的主流,其主要特點是:啟動性能好,可直接實現軟啟動;交流變頻調速屬轉差功率不變型調速系統,故效率高。srd技術在采煤機上的應用雖然起步不久,但具有發展潛力,它有交流變頻調速電動機結構簡單、無刷無整流子的優點,也有直流調速系統調速性能好,控制電路簡單、價格低廉等優勢,而且啟動轉矩大、啟動電流小,這種調速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的不可靠性問題,將更適合在煤礦井下采掘機械中使用。（2）國外采煤機的發展現狀近年來,國外采煤機的技術特點和發展趨勢主要表現在以下幾個方面:1)牽引方式采用電牽引。國外目前新開發的采煤機,特別是大功率采煤機基本上都是

12、采用電牽引方式。2)裝機總功率不斷增大。國外采煤機的功率在不斷提高,電機截割功率通常在400 kw以上,功率大的已達1000 kw;牽引電動機功率均在40 kw以上,大的甚至達到125 kw;總裝機功率通常超過1000 kw,最高已達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的牽引速度普遍達到1525m/min,牽引力達到757kn以上。3)交流變頻成為主流調速方式。由于交流變頻調速牽引系統具有技術先進、可靠性高,維護管理簡單和價格低廉等特點,近幾年發展很快,交流牽引正逐步替代直流牽引,成為今后電牽引采煤機的發展方向。 (4)普遍采用中高壓供電。由于裝機功率大幅提高

13、以及工作面的不斷加長,整個工作面供電容量超過5000 kw。4)監控保護系統的智能化。隨著先進的plc控制系統的應用,新型的電牽引采煤機具有建立在微處理機基礎上的智能監控、監測和保護系統,可實現交互式人機對話、遠近控制、無線電隨機遙控、工況監測及狀態顯示、數據采集存儲及傳輸、故障診斷及預警、自動控制等多種功能,以保證采煤機具有最低的維修量和最高的利用率。（3）國內外采煤機工況檢測、故障診斷技術差距1)國外微機控制,國內微機控制或plc控制,但信息量要少得多。2)國外傳感器多,信息量大;國內傳感器少,信息量小。3)國外有數字和文字、圖形、曲線顯示,國內只有數字和漢字。4)國外具有強大服務功能、非

14、常直觀的人機交互功能;國內只有文字和簡單圖形顯示界面。1.2.4 國內電牽引采煤機的應用前景目前,我國煤礦使用電牽引采煤機數量有增加的趨勢,帶動了煤機制造業的技術更新換代,亦帶動了煤礦設備的技術進步。但是,大量的電牽引采煤機取代液壓牽引采煤機在煤礦普及使用,近幾年內可能性不大,因為我國煤礦綜采生產使用液壓牽引采煤機已有30年的歷史,現場培養鍛煉了一大批熟悉液壓傳動技術的職工,有效地維護著設備的正常運行。而電牽引采煤機則要求工程技術人員尤其是現場維護人員要有扎實良好的電子技術知識。只有當現場人員掌握了電牽引的技術原理,才可能真正用好、管好這種新設備,才能得到廣泛的應用。而且,國有煤礦目前經營狀況

15、十分困難,生產更新資金極度短缺,在此環境條件下也不可能拿出大量資金進行大規模設備更新換代,于是就滯后了這類新型設備在煤礦的大量使用。此外,電牽引采煤機的價格偏高,同樣采高的電牽引采煤機是液壓牽引采煤機價格的1.732.62倍,煤礦用戶會用價值觀念來衡量,去購買液壓牽引采煤機,用以解決生產設備的不足。因此,采煤機生產廠家應努力降低成本,降低電牽引采煤機的售價使其能在煤礦得到推廣應用,促進我國煤礦技術進步。就目前我國所生產的電牽引采煤機而言,除應繼續提高機械傳動部件、結構件等機械類產品的生產質量外,有條件的機型應采用機載變頻電控裝置的形式,以減少電纜的數量,減少事故點。電牽引采煤機的應用使工作面生

16、產能力提高,工作面的其它配套運輸設備、支護設備、供電設備,要形成一個合理的配套系統,保證采煤機發揮生產能力,使煤礦獲得良好的經濟效益。1.3 采煤機簡述1.3.1采煤機的分類和組成采煤機有不同的分類方法，一般我們按照工作機構的形式進行分類，可分為：滾筒式、鉆削式和鏈式采煤機；現在我們所說的采煤機主要是指滾筒采煤機，這種采煤機適用范圍廣，可靠性高，效率高，所以現在使用很廣泛。滾筒采煤機的組成如圖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（對整體調高采煤機來說，搖臂齒輪箱和機頭齒輪箱為一整體）、機頭齒輪箱、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

17、由牽引傳動裝置和牽引機構組成。牽引機構是移動采煤機的執行機構，又可分為鏈牽引和無鏈牽引兩類。牽引部的主要作用是控制，使其按要求沿工作面運行，并對采煤機進行過載保護。（3）電氣系統 電氣系統包括電動機及其箱體和裝有各種電氣元件的中間箱（連接箱）。該系統的主要作用是為采煤機提供動力，并對采煤機進行過載保護及控制其動作。（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高、調斜等裝置。該裝置的主要作用是同各主要部件一起構成完整的采煤機功能體系，以滿足高效、安全采煤的要求。此外，為了實現滾筒升降，機身調斜以及翻轉擋煤板，采煤機上還裝有輔助液壓裝置。現代采煤機基本上都使用模塊

18、化設計，采用多電機橫向布置，結構取消了螺旋傘齒輪，各主要部件通過高強度液壓螺栓聯接，之間沒有動力傳遞，結構簡單，傳動效率高，傳動可靠，維修和檢查方便；采煤機的牽引部分也采用了無鏈牽引，牽引嚙合效率高，不會出現斷鏈事故工作更安全。1.3.2 滾筒采煤機的特點（1）使用范圍廣滾筒采煤機對煤層地質條件的要求較低，對于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質的頂板等煤層條件，采煤機都能適應；（2）調高方便，免開缺口；（3）功率大、生產率高、工作可靠；（4）操作方便并有完善的保護、監測系統；（5）向標準化、系列化、通用化發展。但是采煤機也有其缺點：結構復雜，價格昂貴；割落的煤塊度小

19、，塵含量多，因而破碎單位體積煤的能量消耗大。1.3.3 滾筒采煤機的工作原理 第四代采煤機研發成功后，現在采煤機的設計基本上傳承了他們的特點，隨著機械電子的飛速發展，對采煤機產生了很大的影響，現在采煤機是集電子系統，液壓系統，機械傳動系統于一身的復雜的系統。在機械傳動部分現代的采煤機去掉了以前采煤機的的托架，全部采用雙滾筒設計。 雙滾筒采煤機工作時，前滾筒割頂煤，后滾筒割底部煤，并清理浮煤。（雙滾筒采煤機的工作原理如圖1-2所示）因此雙滾筒采煤機沿工作面牽引一次，可以進一次刀；返回時，又可以進一刀，即采煤機往返一次進兩次刀，這種采法稱雙向采煤法。 必須指出的是，為了使滾筒落下的煤能裝入刮板輸送

20、機，滾筒上的螺旋葉片螺旋方向必須與滾筒旋轉方向相適應：對順時針旋轉（人站在采空側看）的滾筒，螺旋葉片方向必須右旋；逆時針旋轉的滾筒，其螺旋葉片方向必須左旋。或者形象的歸結為“左轉左旋；右轉右旋”，即人站在采空區從上面看滾筒，截齒向左的用左旋滾筒，向右的用右旋滾筒。 圖1-2 雙滾筒采煤機的工作原理 雙滾筒采煤機有自開缺口的能力，當采煤機割完一刀后，需要重新將滾筒切入一個截深，這一過程稱為進刀。常用的進刀方式有兩種：1端部斜切法 利用采煤機在工作面兩端約2530m的范圍內斜切進刀稱端部斜切進刀法；2中部斜切法（半工作面法）利用采煤機在工作面中部斜切進刀稱為中部斜切法。2 選題背景2.1 采煤機行

21、走部的發展自從第一臺采煤機誕生到現代大功率交流電牽引采煤機，采煤機隨時代的發展逐步地走向完善、成熟、自動化。作為采煤機重要組成部分的行走部也發生了巨大的變化。我國于1954年在原蘇聯的大力援助下制造出中國第一臺仿“頓巴斯”深截式采煤機，即頓巴斯-型采煤康拜因，其行走部的行走機構采用卷繩筒和鋼絲繩牽引行走；上世紀60年代初，在引進波蘭采煤機后，經過技術消化，開始研制生產mlq系列的淺截式單滾筒采煤機，其行走部的行走機構改為摩擦繩輪和懸掛在工作面全長上的鋼絲繩牽引行走（后又改進為鏈輪和牽引鏈的牽引行走）；上世紀60年代末70年代初我國開始研制雙滾筒采煤機，其行走機構仍采用鏈輪和牽引鏈牽引行走，但鏈

22、輪由平置改為立置。以上行走機構主要存在如下的問題：（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，一旦發生斷裂，對工作人員和設備的安全都會帶來嚴重的威脅；（2）鋼絲繩或牽引鏈又長又笨，磨損嚴重、且會產生很大的噪音；（3）采用這種行走機構的采煤機運行很不平穩、載荷脈動大，從而加劇了截齒、滾筒和行走部元件的損壞。上世紀80年代采煤機的行走機構發生了革命性的變化:由有鏈牽引到無鏈牽引（輪軌式行走機構），即行走傳動裝置采用行走輪行走軌，其特點是行走平穩，基本消除了鏈牽引行走的缺點。由煤炭科學研究總院上海分院與波蘭聯合設計開發的國內第一臺交流電氣調速采煤機mg344pwd型薄煤層強力爬底板采煤機

23、于1992年通過部級鑒定，標志著我國電氣調速采煤機研發的開始，該機行走部行走機構為擺線輪銷軌嚙合式。采煤機行走部無鏈牽引機構主要分為以下三類:（1）驅動輪齒條系統利用行走部上的驅動輪或經齒軌輪與刮板輸送機上齒條相嚙合而移動采煤機,這種無鏈牽引機構強度高、傳動力大、可獲得大的牽引力,齒條或齒軌的撓曲性好,可以適應刮板輸送機的彎曲和起伏,是目前采煤機用得最多的無鏈牽引機構,其典型結構有齒輪銷排式、滾輪齒條式、齒輪鏈條式。（2）傳動鏈齒鏈系統利用牽引部出軸驅動輪帶動封閉的無極傳動鏈與刮板輸送機上的齒軌嚙合而移動采煤機,但傳動鏈強度低、移動速度不均勻,磨損大,效率低。（3）液壓缸推進系統利用兩個液壓缸

24、交替推移前進而使機器移動。工作時,一個液壓缸的卡爪夾緊導軌,該缸進油使活塞桿伸出推動采煤機前移,另一卡爪松開,活塞桿收回,準備下次推移。這種系統可使行走部結構簡化,但由于斷續運動,卡爪和導軌磨損大。經過多年的實際使用考核，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，銷軌的銷齒形狀已經由圓銷形改進為多段曲線形成的齒形。至今為止，采煤機行走機構基本定型為齒軌銷軌式無鏈牽引。即使現代的大功率采煤機,仍然沿用這種牽引行走方式。2.2 現代采煤機行走機構簡介采煤機行走部的作用是使采煤機沿工作面刮板輸送機的中部槽導向行走，包括行走調速裝置、行走傳動裝置和行走機構。行走機構是采煤機行走部的執行

25、機構，其一旦出現問題將導致整個采煤機停止運行，嚴重影響采煤機的正常運行，所以研究行走機構可靠性對提高采煤機整機工作可靠性是十分必要的。現代采煤機的行走機構的工作原理如下：行走傳動箱一側出軸的主動齒輪與行走輪同軸的從動齒輪（或主動齒輪直接與行走輪嚙合）相嚙合，行走輪與鋪設在工作面刮板輸送機中部槽上的銷軌相嚙合，將行走輪的圓周運動變成直線運動來驅動采煤機行走。導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向。采煤機運行過程中行走輪主要承受牽引力，導向滑靴在銷排上支撐采煤機的部分重力并起到導向作用，同時還承受部分采煤的載荷。采煤機行走機構的核心部件為行走輪和銷排銷軌。目前采煤機

26、常用的行走輪主要有兩種：漸開線輪和擺線輪。與其配套的銷軌從節距方面講有兩種：小節距銷排(節距為125mm或125.5mm或126mm)和大節距銷排(節距為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）。目前小節距銷排絕大部分只使用型銷齒和型銷齒，大節距銷排只使用型銷齒。2.3 目前采煤機行走機構出現的一些問題滾筒式采煤機是目前煤礦采煤工作面的主力開采設備。隨著煤礦高產高效生產技術的發展，滾筒式采煤機的性能參數在不斷提高，其總裝機功率已達到2000kw以上，單行走功率達到110kw，牽引力達到1000kn。采煤機采用多電機驅動，截割電機橫向

27、布置在搖臂上，搖臂與機身通過銷軸餃接，沒有動力傳遞，全部采用正齒輪傳動，結構簡化；采用分體式直搖臂結構，左右搖臂除過渡架不能通用外，其余部分可以互換；主機身分三段，取消底托架結構，采用圓柱定位銷與高強度液壓螺栓連接，簡單可靠，連接方便；采用交流變頻調速技術，實現牽引速度無極變速，電牽引傳動效率高、牽引力大；采用大節距、承載能力大的無鏈牽引結構，安全可靠；控制齊全，既可手動操作、亦可離機無線電遙控，并設有主電機和牽引電機的功率、過熱、過電流保護，油壓保護和水壓保護等多種保護功能；主電機、牽引電機、泵電機均可在采空側拆裝，維修方便；采用網絡結構式采煤機工況檢測和故障診斷的專用數字信號處理系統；設有

28、內、外噴霧裝置，冷卻、降塵效果好。可以說到目前為止,作為采煤重點設備之一的采煤機已發展到了比較智能化、比較令人滿意的程度。但是由于煤礦生產條件惡劣、多變導致采煤機在實際使用中還是出現了各種非正常破壞、失效等問題。其行走機構就曾出現：行走輪非正常斷齒、導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為導向滑靴撕裂情況；圖2-6為行走輪的磨損情況。 圖2-4 行走輪斷齒 圖2-5 導向滑靴撕裂 圖2-6 行走輪磨損2.4 采煤機設計的目的意義雖然我國采煤機在近幾十年來有了很大進步，但國內電

29、牽引采煤機代表機型與目前國外最先進的電牽引采煤機相比,在總體參數性能方面已接近國外20世紀90年代中后期水平。但在一些關鍵部件以及總體性能、功能、適應范圍還有待進一步完善和提高。尤其是電牽引采煤機的工況在線監測、故障診斷及預報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器件等智能化技術與國外相比還有一定的差距。在我國一些薄、厚煤層并存的煤礦,由于薄煤層開采速度緩慢,使其下部的中厚煤層長期得不到及時開采,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、厚煤層的資源開采,使得資源越來越少,所以薄煤層的開采已列入日程。因此,研制適合我國國情的薄煤層采煤機,以適應不同的煤層結構,提高

30、薄煤層采煤的工作效率是當務之急。在能源競爭日趨激烈的今天，廣泛節約能源和高效的開采能源已經十分必要，不斷提高我國采煤機的性能超過國外的先進水平和達到更高效的采掘作業。今后國內電牽引采煤機的主要發展方向應包括以下幾個方面:(1)進一步完善和提高交流變頻調速牽引系統的可靠性,重點完善和提高系統裝置的抗振、散熱和防潮等性能,研究可靠的微機電氣控制系統,重點提高采煤機電控系統的抗干擾、抗熱效應的能力。(2)開發或增強電控系統的監控功能,重點研究故障診斷與專家系統、工況監測、顯示與信息傳輸系統、工作面采煤機自動運行控制系統、自適應變頻電路的漏電檢測與保護技術、搖臂自動調高系統等。(3)以開發裝機功率更大

31、的采煤機為主,完善中、小功率的電牽引采煤機,以滿足不同用戶的需求。(4)向電器設備結構的小型化發展,由于功率的增大,電動機、變壓器、變頻器等設備的體積也相應增大,為滿足整機結構布置緊湊的要求,進一步提高采煤機對煤層變化的適用性,必須研究電器設備小型化的技術途徑。2.5 完成課題的條件和可行性分析 2132/630-wd采煤機可調行走箱設計是采煤機總體構成的一部分，和整機的設計比較起來難度相對降低。周圍環境對完成課題也相當有利，有許多煤礦可以現場參觀，可以到附近的機械廠進行加工，一些相關的基礎課程已經學習過，還有老師的指導，特別是在山東的一些機械廠和煤礦的實習期間，參觀學習的其他一些型號的采煤機

32、，和他們的工作環境，對所設計課題有了基本了解，以上條件滿足課題的完成。3 2*132/630-wd型采煤機3.1 組成mg2x132/630-wd型電牽引采煤機; 按用途，采煤機可分為牽引機構、截割機構、電氣控制設備、液壓調高系統，噴霧冷卻系統等所組成。按結構，它由左、右牽引部，左、右截割部和滾筒，電控部所組成。本采煤機共用了7臺電動機：4臺截割電動機、2臺牽引電動機、1臺調高電動機。 3.2 工作原理采煤機整體由煤壁側的兩組支承組件和操作側的兩只導向滑靴分別支承在工作面輸送機上。牽引箱中的行走輪與輸送機齒軌相嚙合，當行走輪轉動時，采煤機便在工作面輸送機上牽引行走，同時截割電機通過截割機械傳動

33、帶動滾筒旋轉，完成落煤及裝煤作業。3.3 主要技術參數表3.1 mg2x132/630-wd型采煤機主要技術特征項 目內 容項 目內 容采高范圍 m1.22 煤層傾角30裝機功率 kw630截割功率 kw4x132牽引功率 kw2x40泵站功率 kw20機面高度 mm860過煤高度mm289下切深度 mm184;234;309滾筒直徑m1.15滾筒轉速 r/min60滾筒截深mm 800搖臂擺動中心mm5600搖臂型式整體彎搖臂搖臂長度 mm2111牽引力 kn450牽引速度 m/min09調速方式機載交流變頻牽引型式齒輪 銷排整機布置式積木式組合供電電壓 v1140整機重量 t 28配套輸送

34、機sgz764/400;sgz730/4003.3.1 適應的煤層采高范圍 ( m ) 1.22 適應傾角 ( ) 30煤質硬度 f 43.3.2 總體要求 裝機功率（kw） 630機面高度(m) 0.86 搖臂回轉中心距 (m) 5.6 搖臂回轉中心距底板高度 (m) 0.764 滾筒水平中心距 (m) 9.826過煤高度 (m) 0.289 臥底量 (m) 0.176搖臂擺角 ( ) 上31.72；下10.19整機重量 ( t ) 28 3.4 該型號采煤機主要特點 （1）為使該采煤機與煤礦常用運輸機相配套，同時最大限度降低機面高度，本采煤機與運輸機配套采用了交錯布置形式，既運輸機銷軌占用

35、采煤機機身部分空間，調高油缸位置進入運輸機外槽幫以下。（2）機身為無底托架積木式組合結構。各部件之間為干式對接，三大部件之間使用高強度 t形螺栓及定位銷連接，使之成為一個整體。（3）本采煤機為壓縮機身體積，采用了1140v直接供電的機載交流變頻調速技術，通過改變牽引電機的供電頻率，實現（一拖二）牽引無級調速，且有四象限運行功能。（4）采煤機左、右截割部可單獨分別啟動，便于故障處理，同時減小因啟動采煤機對電網的沖擊。（5）為解決機身薄與裝機功率大的矛盾，截割部采用雙電機驅動。機械傳動鏈高速端設有扭矩軸過載保護裝置；在低速端采用四行星雙浮動結構，牽引部的機械傳動采用雙行星雙浮動結構形式，用過軸連接

36、牽引驅動輪，且牽引驅動輪直接與運輸機銷軌嚙合傳動，不但增大了過煤空間，還省去了行走部，使機構大為簡化，同時縮小了牽引部體積。采煤機機身高度將隨運輸機銷軌高度變化而變化，并且能夠在一定范圍內調正機高。（6）采煤機的操作采用手動和遙控兩種方式，可同時并用，互不干擾。（7）采煤機操作面板上設有彩色顯示屏，可隨時監測采煤機工況，并有故障記憶功能，還設置了操作檢修指南、故障分析參考、主要傳動件查詢等顯示界面。3.5 使用環境條件（1）可在周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫、二氧化碳等不超過煤礦安全規程中所規定的安全含量的礦井中使用。（2）海拔高度小于2000m。（3）周圍介質溫度不超過、不低于。（4）環境溫

37、度為時，周圍空氣相對濕度不大于。（5）周圍介質無足以腐蝕和破壞絕緣的氣體和導電塵埃。4采煤機行走箱設計4.1 基本參數計算4.1.1 電動機的選擇牽引部的行走速度為0-9m/min，牽引力為450kn。由公式： 可得牽引部輸出最大功率為： 牽引功率為選取電機的型號為ybqys3-40，其參數如下：額定功率：40 kw 額定電壓：1140 v 額定電流：76 a額定轉速：1478 r/min4.1.2 傳動效率計算1.各傳動件的效率為：1）滾動軸承效率 =0.98；2）圓柱齒輪傳動效率 =0.98；2.總傳動效率為：牽引部輸出功率為 輸出軸轉速為 n=10 r/min4.1.3 傳動比及配齒情況

38、電動機的型號為kcb2-40，額定電壓為380v，轉速為1472 r/min。該系列隔爆型三相異步電動機適用于煤礦井下，供采煤機組作牽引動力。防爆性能符合gb3836爆炸性氣體環境用電氣設備的規定，防爆標志為exd。根據該型號采煤機的大小和總體結構，使用擺線行走輪和i型銷齒（如圖4-1，）的嚙合,擺線輪齒數根據采煤機的具體結構情況常取9-18齒，選取采煤機的行走輪輪齒數為選取銷排節距 則模數 行走輪節圓直徑： 行走輪齒頂圓直徑： 圖 4-1 銷齒 取。齒根圓直徑：行走輪的轉速為：=8 r/min總傳動比為：=1.254.1.4 牽引部各軸轉速、功率及扭矩花鍵連接機械損失可忽略不計。對于i軸：對

39、于ii軸： 4.2 行走箱傳動齒輪嚙合參數及校核計算設計項目及說明結果（1） 選擇齒輪材料，確定許用應力查相關手冊，選 小齒輪18cr2ni4wa滲碳淬火 大齒輪18cr2ni4wa 滲碳淬火許用接觸應力，查相關公式為接觸疲勞極限為：齒輪壽命 接觸強度壽命系數， 應力循環次數 由公式 查相關圖表，得和 接觸強度最小安全系數則 許用彎曲應力 由齒輪傳動設計手冊表2-56彎曲疲勞極限 查圖 雙向傳動乘0.7應力修正系數彎曲強度壽命系數相對齒根圓角敏感系數相對齒根圓角表面狀況系數彎曲強度尺寸系數彎曲強度最小安全系數 （2） 齒面接觸疲勞強度設計計算確定齒輪傳動精度等級，按公式估取圓周速度，參照相關圖

40、表，選取小輪分度圓直徑，由公式n/mm2 n/mm2hn/mm2n/mm2n/mm2n/mm2n/mm2n/mm2n/mm2公差組8級齒寬系數 查表，按齒輪相對軸承為非對稱布置小齒輪（變位齒輪）齒數大齒輪（變位齒輪）齒數 齒數比 傳動比誤差 最小變位系數， 則變為系數，小輪轉矩載荷系數使用系數 動載系數推薦值1.051.4 齒間載荷分布系數推薦值1.01.2 齒向載荷分布系數 由推薦值1.01.2載荷系數 合適nmm材料彈性系數 查表 節點區域系數 查圖表 重合度系數 推薦值0.850.92故 齒輪模數 圓整小輪分度圓直徑圓周速度標準中心距齒寬 mm大輪齒寬 小輪齒寬 （3）齒根彎曲疲勞強度校

41、核 由公式 齒形系數 查表 小輪mmmmmmm/s與估取相近mmmmmm 大輪應力修正系數 查表 小輪 大輪 重合度 重合度系數 故 （4）齒輪安全系數（5）齒輪其它主要尺寸計算大輪分度圓直徑根圓直徑 頂圓直徑 基圓直徑 （6）齒輪膠合承載能力計算1)膠合承載能力計算的安全系數 最小安全系數群中等膠合危險 2）實驗齒輪的本體溫度和積分平均溫升 式中：fzg膠合載荷級相應的實驗齒輪的小齒輪轉矩，潤滑油在40度時的名義運動粘度，潤滑劑系數所以n/mm2n/mm2齒根彎曲強度滿足滿足mmmmmmmmmm =238.464=100=1.0 3)嚙入系數嚙入系數是考慮滑動速度較大的從動齒輪齒頂嚙入沖擊載

42、荷的影響的系數，可用嚙入重合度與嚙合重合度之比的函數來表示。驅動方式為小齒輪驅動大齒輪則，由齒輪傳動設計手冊表2-108取得4)齒頂修正系數是一個相對的齒頂修緣系數，它取決于相對于因彈性變形引起的有效齒頂修緣量的齒頂實際修緣量。 值可根據齒頂重合度和中的最大值和計算用齒頂修緣量查取。 對與低精度齒輪，規定等于1.5）重合度系數 重合度系數是將假定載荷全部作用于小齒輪齒頂時的局部瞬時溫升折算成沿嚙合線的積分平均溫升的系數。由于 ，6）相對焊合系數 相對焊合系數是考慮熱處理或表面處理對膠合積分溫度影響的一個經驗性系數。它是一個相對值，由不同材料及表面處理的實驗齒輪與標準實驗齒輪進行對比試驗得出，其

43、值可由下式計算，即式中 由齒輪傳動設計手冊表2-111取得7）壓力角系數 壓力角系數是用以考慮將分度圓上的載荷與切線速度轉換到節圓上系數。 對于法向壓力角為20度的齒輪，作為近似考慮，其壓力角系數可近似取為 8）熱閃系數 熱閃系數是考慮材料特性和兩輪在嚙合點處沿齒廓切線方向速度的影響的系數，反映小輪和大輪的材料特性對閃溫的影響。= 式中：、小輪、大輪材料的泊松比； 、小輪、大輪材料的彈性模量； 嚙合線上的參數； 、小輪、大輪材料的熱嚙系數； 任意角。 當大、小齒輪的彈性模量、泊松比、熱接觸系數相同時，可用以下簡化公式計算，即其中熱嚙系數 對于表面硬化鋼，熱導率,單位的比熱容,彈性模量及泊松比，

44、其熱閃系數可取為 9）跑合系數式中，充分跑合；，新加工的。10）平均摩擦系數式中： 節點線速度的和； 端面嚙合角； 油溫下的動力黏度； 節點處曲率半徑， 齒數比；壓力角；基圓螺旋角；單位齒輪載荷， 使用系數；動載系數；膠合承載能力計算的齒向載荷系數，；膠合承載能力計算的齒間載荷系數，；分度圓上名義切向載荷；齒寬，取小輪或大輪的較小值；粗糙度系數， 算術平均粗糙度；、小輪與大輪在加工過的新齒面上測量的齒面粗糙度值； 潤滑劑系數。由以上各式得 11）小輪齒頂的閃溫 式中 平均摩擦因數； 熱閃系數；小齒齒頂系數；壓力角系數； 膠合承載能力計算的螺旋線系數；單位齒寬載荷；分度圓線速度；中心距；跑合系數

45、； 嚙入系數；齒頂修緣系數。12）小輪齒頂幾何系數式中 小齒輪頂圓直徑； 小齒輪基圓直徑。13）本體溫度式中 工作溫度； 加權系數，取嚙合系數；同時嚙合的齒輪的數量；潤滑方式系數，用來考慮潤滑方式對傳熱的影響，有實驗得出：噴油潤滑油浴潤滑對于將齒輪浸沒油中。 積分平均溫升，是指齒面各嚙合點時溫升沿嚙合線的積分平均值， 重合度系數所以 14）積分溫度15）膠合溫度16)安全系數 取滿足膠合承載能力要求4.3 行走輪校核計算4.3.1 擺線齒介紹擺線齒輪的齒形是由外擺線和內擺線組成的，齒頂部分為外擺線，齒根部分為內擺線。外擺線是一滾動圓沿固定圓的外圓周做純滾動時，滾動圓上一點的運動軌跡，內擺線是一

46、滾動圓沿固定圓的內圓周做純滾動時，滾動圓上一點的運動軌跡(圖4-2)。內擺線可以是曲線，也可以是直線。當滾動圓直徑等于固定圓半徑時，內擺線即成為一條徑向直線。在形成擺線過程中的滾動圓稱為生成圓，固定圓稱為基圓。基圓既是擺線齒輪的分度圓，也是擺線齒輪的節圓。在擺線嚙合中，為了保證傳動比恒定，一個齒輪的齒頂外擺線生成圓直徑必須等于另一個齒輪的齒根內擺線生成圓直徑。但是，對單個齒輪來說，構成其齒形的內外擺線的生成圓直徑可以是任意的。擺線齒輪傳動具有如下特點:(1)能實現定傳動比的傳動。(2)嚙合齒廓為內外擺線凸凹接觸，故接觸面積大，接觸應力小。(3)齒面磨損小，磨損比較均勻。(4)嚙合線為一弧線，故

47、嚙合線長，重合度大，傳動平穩。(5)在節點處嚙合時，無徑向分壓力，故對軸承作用力小。 圖 4-2 擺線滾動圓運動軌跡(6)擺線齒輪的最少齒數小，可到6齒，可實現較大傳動比。(7)擺線齒輪傳動無可分性，即中心距不能改變，否則，將導致兩個內擺線或兩個外擺線嚙合，結果會使傳動比發生改變。(8)擺線齒輪的齒根強度較弱。(9)擺線齒輪的傳動效率較高。4.3.2 輪齒受力分析圖4-3為直齒圓柱齒輪受力情況，轉矩t1由主動齒輪傳給從動齒輪。若忽略齒面間的摩擦力，輪齒間法向力fn的方向始終沿嚙合線。 圖 4-3 輪齒受力分析圖 沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷fn垂直于齒面，為了計算方便，將法向載荷fn在節點p

48、處分解為兩個相互垂直的力，即一個行走輪的有效牽引力ft和上抬力fr，如上圖所示。并由此可得： 式中：t行走電機最終傳到行走輪上的轉矩，nm；d擺線行走輪的節圓直徑，m；嚙合角（壓力角）。4.3.3 行走輪和銷齒接觸應力分析計算接觸問題最先是由赫茲（hertz）解決的，他得出了兩個接觸體之間由于法向力引起接觸表面的應力和變形。常用的赫茲接觸應力計算公式式中，、材料的彈性模量; 、材料的泊松比； l接觸長度； 、曲率半徑；由赫茲（hertz）公式化簡可得齒輪接觸應力計算公式：式中沿齒寬單位長度上的載荷，n/mm兩嚙合齒在嚙合點處的綜合曲率半徑，mm材料彈性影響系數由式可知，輪齒接觸應力的大小與接觸

49、點處齒廓曲率半徑的大小有關，且與綜合曲率半徑成反比。 擺線齒輪節圓以內為內擺線，節圓以外為外擺線，曲率半徑分別為：式中、外、內擺線的曲率半徑，mm 、外內擺線的發生圓半徑，mm 擺線齒輪的分度圓半徑，mm 、外、內擺線的發生參數，rad擺線齒嚙合時一齒之齒根內擺線發生圓半徑必與另一外擺線發生圓半徑相等或反之。 由擺線齒輪齒廓曲線的生成可知，擺線發生參數在動力傳動用齒輪中不會大于，在整個嚙合區內，以節點嚙合時的綜合曲率半徑為最小，按hertz公式，其接觸應力最大，按理論應由其決定擺線齒輪的接觸強度，但由于節點處的齒廓曲率半徑為零，已完全不符合hertz公式的假設條件。綜合曲率半徑亦為零，hertz公式不能給出確定的值。因此，擺線齒輪的接觸強度難以用hertz公式求解。4.3.4 有限元分析計算行走輪和銷齒接觸應力有限元法是解決非赫茲型接觸問題的有效手段。比較而言，有限元法消除了模型中的一些條件限制，如對接觸形狀和尺寸等無原則