機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-中薄煤層層采煤機(jī)截割部設(shè)計(jì)（全套圖紙） .pdf

i 摘 要 我國煤炭中薄煤層儲(chǔ)量豐富，對(duì)小功率采煤機(jī)的需求量也比較大。而炮 采安全性比較低，生產(chǎn)率也比較低；綜采對(duì)設(shè)備要求較高，而且投資費(fèi)用比 較大。所以對(duì)中薄煤層來說開發(fā)適應(yīng)高檔普采的采煤機(jī)是非常必要的，而本 設(shè)計(jì)的采煤機(jī)正是針對(duì)中薄煤層適應(yīng)高普而進(jìn)行的設(shè)計(jì)。 采煤機(jī)的截割部機(jī)械傳動(dòng)由三級(jí)直齒傳動(dòng)和一級(jí)行星機(jī)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)，且末 級(jí)采用太陽輪浮動(dòng)形式的行星傳動(dòng)。采取搖臂結(jié)構(gòu)形式以增大滾筒的過煤空 間進(jìn)而提高裝煤效率；為了適應(yīng)不同的采高，通過更換三軸和四軸相應(yīng)配對(duì) 齒輪可實(shí)現(xiàn)三檔變速實(shí)現(xiàn)三級(jí)工作轉(zhuǎn)速分。并對(duì)各級(jí)齒輪及相應(yīng)的傳動(dòng)軸進(jìn) 行了設(shè)計(jì)計(jì)算和相應(yīng)的校核，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞 ： 采煤機(jī) ； 截割部 ； 行星機(jī)構(gòu) 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 ii abstract in the present coal mine of our country,the thin reserves of coal seam are still rich,are larger for the demand of the small- power machine of coal mining.and cannon pick safety comparison little,productivity is also low;zong pick for equipment requirement higher,and investment cost is compared.so for in thin coal seam development meet the high general machine of coal mining is very necessary.the machine of model of coal mining only aim at in thin coal seam meet the high general design and that goes on. the section of the machine of model of coal mining cut department mechanical transmission from 3 level directly tooth transmission and a level planet machine transmission realization,and end level adopts the planet transmission of the floating form of sun gear.adopt to rocker arm configuration with the coal space of increase cylinder and then raising pack coal efficiency;to suit difference pick is 3 files speed changes high,through changing 3 axle and four- axle corresponding mating gear,can realize realize working rotational.and for different levels gear and corresponding power transmission shaft design calculation and corresponding school nucleus,as a result,satisfy design requirement。 key words : shearer ; coal cutting part ; planet organization iii 目 錄 摘 要. i abstract . ii 第 1 章 緒論 . 1 1.1 采煤機(jī)簡(jiǎn)介 1 1.2 國內(nèi)外采煤機(jī)發(fā)展及使用狀況 2 1.2.1 采煤機(jī)在我國的使用情況 . 2 1.2.2 采煤機(jī)在國外的發(fā)展和使用 . 4 1.3 采煤機(jī)截割部概述 6 1.4 設(shè)計(jì)意義 6 第 2 章 截割部傳動(dòng)總體設(shè)計(jì) . 8 2.1 截割部主要設(shè)計(jì)參數(shù) 8 2.2 總體方案確定 8 2.3 截割部電動(dòng)機(jī)的選 9 2.4 截割部傳動(dòng)比分配 11 第 3 章 截割部系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì) . 13 3.1 齒輪設(shè)計(jì) 13 3.1.1 21,z z (惰輪)齒輪設(shè)計(jì)與校核 . 13 3.1.2 3 z 大齒輪設(shè)計(jì)與校核 . 23 3.1.3 54,z z 齒輪設(shè)計(jì)與校核 30 3.1.4 6 z (惰輪)齒輪設(shè)計(jì)與校核 40 3.1.5 7 z 大齒輪設(shè)計(jì)與校核 . 49 3.1.6 1098 zzz， 一級(jí)行星齒輪設(shè)計(jì)與校核 . 56 3.2 軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算 66 iv 3.2.1 軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算 . 66 3.2.2 軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算 . 71 3.2.3 軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算 . 77 3.2.4 行星輪系太陽輪軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算 . 83 3.2.5 一級(jí)行星輪軸的設(shè)計(jì)校核及軸承壽命計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書 簽。 錯(cuò)誤！未定義書 簽。 3.2.6 一級(jí)行星架支承軸承計(jì)算 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 結(jié) 論. 91 致 謝. 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 參 考 文 獻(xiàn) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 v contents abstract . abstract . chapter 1 introduction . 1 1.1 introduction 1 shearer . 1 1.2 the development and use status at home and abroad shearer 2 1.2.1 shearer use in china . 2 1.2.2 shearer development and use abroad . 4 1.3 overview shearer cutting unit 6 1.4 design of significance . 6 chapter 2 driving the overall design of cutting unit 8 2.1 the main design parameters of cutting unit 8 2.2 the overall scheme for the 8 2.3 the selection of cutting the department of motor 9 2.4 the distribution of cutting unit of transmission ratio 11 chapter 3 design of the transmission system of cutting unit 13 3.1 gear design. 13 3.1.1 21,z z(idler) gear design and check. 13 3.1.2 3 z design and check large gear . 23 3.1.3 44,z zgear design and check . 30 3.1.4 6 z (idler) gear design and check . 40 3.1.5 7 z design and verification of large gear 49 3.1.6 1098 ,zzzdesign and verification of a planetary gear . 56 3.2 shaft and bearing life calculation design check. 66 3.2.1 shaft and bearing life calculation design check . 66 3.2.2 shaft and bearing life calculation design check . 71 vi 3.2.3 shaft and bearing life calculation design check . 77 3.2.4 planetary design of the sun axle and bearing life calculation checking 83 3.2.5 design of a planetary axle and bearing life calculation checking86 3.2.6 calculation of a planet carrier supporting bearings conclusions89 conclusions 91 acknowledgements 92 bibliography 93 1 第 1 章 緒論 1.1 采煤機(jī)簡(jiǎn)介 所謂采煤機(jī)就是把煤由煤層中采落下來的機(jī)械。采煤機(jī)是機(jī)械化采煤作 業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備，其功能是落煤和裝煤，在工作中能同時(shí)把煤裝入輸送機(jī) 運(yùn)出工作面。20 世紀(jì) 40 年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。 這種采煤機(jī)是用截鏈截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤刀具， 其工作效率低。同時(shí)德國研制出了用刨削方式落煤的刨煤機(jī)。50 年代初，英 國和德國相繼研制出了滾筒采煤機(jī)，在這種采煤機(jī)上安裝有截煤滾筒，這是 一種圓筒形部件，其上裝有截齒，用截煤滾筒實(shí)現(xiàn)裝煤和落煤。這種采煤機(jī) 與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開采機(jī)械化的基礎(chǔ)。這種采煤機(jī)的主要缺 點(diǎn)有二，其一是截煤滾筒的安裝高度不能在使用中調(diào)整，對(duì)煤層厚度及其變 化適應(yīng)性差； 其二是截煤滾筒的裝煤效率不佳， 限制了采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高。 進(jìn)入 60 年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對(duì)采煤機(jī)的截割滾筒做出兩項(xiàng) 革命性改進(jìn)。其一是截煤滾筒可以在使用中調(diào)整其高度，完全解決對(duì)煤層賦 存條件的適應(yīng)性；其二是把圓筒形截煤滾筒改進(jìn)成螺旋葉片式截煤滾筒， rp =即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項(xiàng)關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采 煤機(jī)成為現(xiàn)代化采煤機(jī)械的基礎(chǔ)?？烧{(diào)高螺旋滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)與液壓支 架和可彎曲輸送機(jī)配套，構(gòu)成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，使煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、 高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展階段。從此，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備成為各國 地下開采煤礦的發(fā)展方向。 自 70 年代以來， 綜合機(jī)械化采煤設(shè)備朝著大功率、 遙控、遙測(cè)方向發(fā)展，其性能逐漸完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工況 自動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障診斷以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采 煤機(jī)上得到應(yīng)用。 采煤機(jī)按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引。無鏈牽引的主要優(yōu)點(diǎn)是： （1） 取消了工作面的牽引鏈， 消除了斷鏈?zhǔn)鹿屎玩溩犹鴦?dòng)傷人的事故； （2） 在同一工作面內(nèi)可以同時(shí)使用兩臺(tái)或多臺(tái)采煤機(jī)。從而可以降低 生產(chǎn)成本， 提高工作面的產(chǎn)量。 特別適用于超長的高產(chǎn)高效的工作面的需要； 2 （3） 對(duì)底板起伏、工作面彎曲、煤層不規(guī)則等的適應(yīng)性增強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 目前煤礦井下廣泛使用的采煤機(jī)有兩類：滾筒式采煤機(jī)和刨煤機(jī)。由于 滾筒式采煤機(jī)的采高范圍大，對(duì)各種煤層適應(yīng)性強(qiáng)，能截割硬煤，并能適應(yīng) 較復(fù)雜的頂?shù)装鍡l件， 因而得到了廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)代采煤機(jī)必須滿足以下要求： (1) 生產(chǎn)率滿足要求。 (2) 采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)能適應(yīng)煤層厚度變化而工作。 (3) 機(jī)身所占空間較小，對(duì)薄煤層采煤機(jī)尤為重要。 (4) 采煤機(jī)可拆成幾個(gè)重要部件， 以便下井和運(yùn)輸， 也便于拆裝和檢修。 (5) 所有電氣設(shè)備都應(yīng)具有防暴性能， 采煤機(jī)能在有煤塵瓦斯爆炸危險(xiǎn) 的工作面內(nèi)安全工作。 (6) 電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和牽引部應(yīng)具有超負(fù)荷安全保護(hù)裝置。 (7) 具有防滑裝置，以防機(jī)器沿斜坡自動(dòng)下滑。 (8) 具有內(nèi)外噴霧滅塵裝置。 (9) 工作穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單方便，操作手把或按鈕盡量集中，日常維 護(hù)工作少而容易。 1.2 國內(nèi)外采煤機(jī)發(fā)展及使用狀況 1.2.1 采煤機(jī)在我國的使用情況 我國的滾筒式采煤機(jī)從 20 世紀(jì) 60 年代開始自行研制， 60 年代初研制成 功第 1 臺(tái)用于普采工作面的 dy150 型液壓牽引采煤機(jī)， 到 60 年代我們已經(jīng)有 了 mg400/920-wd 型大功率交流電牽引采煤機(jī)，整個(gè)技術(shù)水平得到了較大發(fā) 展。總的看來，滾筒式采煤機(jī)總體技術(shù)的發(fā)展過程經(jīng)歷了：牽引方式從液壓 牽引到電牽引、驅(qū)動(dòng)方式從單電機(jī)到多電機(jī)、總體結(jié)構(gòu)從縱向布置到橫向布 置。采煤機(jī)的電控技術(shù)也隨之逐步發(fā)展，從引進(jìn)仿制到自行設(shè)計(jì)，從分立元 件組成到集成化、plc 和微機(jī)控制，逐步走向成熟，趕超國際同行先進(jìn)水平 5。 以前，薄煤層采煤機(jī)可選機(jī)型少，可靠性差，功率低，單產(chǎn)低，使我國 薄煤層產(chǎn)量逐年減少，棄采嚴(yán)重，資源浪費(fèi)大，從 80 年代開始，薄煤層采煤 3 機(jī)從無到有得到穩(wěn)定發(fā)展。隨著薄煤層采煤機(jī)的推廣應(yīng)用，適用工作范圍擴(kuò) 大，也暴露了許多缺陷和不足，限制了使用效果。根據(jù)薄煤層開采的迫切需 要，開發(fā)適合國情的新一代大功率薄煤層采煤機(jī)是非常必要的。目前，哈爾 濱煤礦機(jī)械研究所已經(jīng)研制了五種機(jī)型的薄煤層采煤機(jī)，都已投入工作中。 以幾種有代表性的機(jī)型 bm1100 型薄煤層采煤機(jī)，mg150b 型薄煤層采煤機(jī) 和最新型的 mg300bw1 型薄煤層采煤機(jī) 6。 我國近年來的攻關(guān)研究主要集中在交流電牽引采煤機(jī)的系列設(shè)計(jì)，控制 系統(tǒng)及控制功能的開發(fā)上。開發(fā)的系列交流電牽引采煤機(jī)，已在國內(nèi)煤礦逐 步推廣使用，取得了比較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。波蘭與中國合作，成功研制了總 裝機(jī)功率 344kw 的 kse-344 型薄煤層交流電牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上，陸續(xù)開發(fā) 了用于薄煤層的 kse-360 型、用于中厚煤層的 kse-700 型、kse-800rw/2bp 型和 kse-535s/2bp 型等交流電牽引采煤機(jī)。美國 joy 公司研制了 2ls-6ls 型多種多電機(jī)橫向布置直流電牽引采煤機(jī)。德國開發(fā)了多種形式的電牽引采 煤機(jī)，有截割電機(jī)縱向布置的 ewd-450/1100-l 型采煤機(jī)，esa-300-l 型短機(jī) 身直流電牽引采煤機(jī)等。日本三井三池制作所研制成功多種截割電機(jī)縱向布 置的交流電牽引采煤機(jī)，主要有：mcle400-dr6868 型；mcle500-dr101101 型等。 我國從 20 世紀(jì) 70 年代中期開始引進(jìn)采煤機(jī)，大體分為以下兩個(gè)階段： 80 年代為第一階段， 以單機(jī)引進(jìn)為主， 共引進(jìn)三十二臺(tái)。 這些采煤機(jī)在山西、 陜西、山東、黑龍江等一些煤礦試驗(yàn)，探索性地使用采煤機(jī)進(jìn)行房柱式采煤 法，有些礦井取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，有些礦井的使用效果不好 7。由于這些設(shè) 備不配套，備件供應(yīng)困難，設(shè)備維護(hù)和技術(shù)管理跟不上等原因，現(xiàn)基本上已 停止使用。九十年代以來為第二階段，以配套引進(jìn)為主，神東公司和黃陵礦 區(qū)先后引進(jìn)了 27 臺(tái)連續(xù)采煤機(jī)及其配套設(shè)備。1995 年大柳塔礦最高月進(jìn)尺 就已經(jīng)到達(dá) 1051 米。2000 年以后，運(yùn)用 12cm18-10d 連續(xù)采煤機(jī)和運(yùn)煤車 在 18 2 斷面掘進(jìn)中，平均月進(jìn)尺在 2000 米以上，榆家梁煤礦月進(jìn)尺 2705 米，創(chuàng)造了 2002 年世界記錄。上灣煤礦采用旺格維利采煤法，2002 年 4 月 20 日，兩套采煤機(jī)日產(chǎn)原煤 10220 噸。同年，該礦用采煤機(jī)與連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng) 等設(shè)備配套，在短壁綜采工作面年生產(chǎn)原煤 219 萬噸；用采煤機(jī)與運(yùn)煤車等 設(shè)備配套，在短壁綜采工作面年生原煤 101 萬噸，均創(chuàng)造了同類機(jī)型 2002 年的世界最好成績(jī)， 同時(shí)工作面回采率達(dá) 70%以上， 節(jié)約了寶貴的煤炭資源。 2003 年 1 月， 上灣礦使用連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)作為采煤機(jī)的配套設(shè)備實(shí)現(xiàn)煤巷掘進(jìn) 4 4656 米的好成績(jī) 912。在國內(nèi)，雖然短壁機(jī)械化開采技術(shù)逐漸成熟，采煤機(jī) 的使用日益增多，但目前我國各研究機(jī)構(gòu)和煤機(jī)制造企業(yè)還沒有開發(fā)、研制 成功采煤機(jī)，沒有成套國產(chǎn)化的采煤機(jī)供煤礦使用。煤炭科學(xué)研究院太原分 院初步完成連續(xù)采煤機(jī)的設(shè)計(jì)方案，開發(fā)出與采煤機(jī)相配套使用的 xz7000/24/45 型 履 帶 行 走 支 架 、 ly1500/865-10 型 連 續(xù) 運(yùn) 輸 系 統(tǒng) 和 gp460/150 型履帶行走式給料破碎機(jī)。這些采煤機(jī)的配套設(shè)備在神東礦區(qū)、 兗州礦區(qū)使用時(shí)，有些性能達(dá)到了國際水平 11。我國煤炭資源分布廣泛，地 質(zhì)條件復(fù)雜多樣。 經(jīng)過 30 多年的綜合機(jī)械化開采， 適合長壁開采的規(guī)則煤田 越來越少，而“三下”壓煤、殘留煤柱和不規(guī)則煤的煤炭?jī)?chǔ)藏量多達(dá)上百億 噸， 長壁開采難以進(jìn)行， 不開采又必將對(duì)我國煤炭資源造成極大的浪費(fèi) 16，17。 短壁開采技術(shù)能很好的解決這一問題，但短壁開采所使用的采煤機(jī)及其配套 設(shè)備全部需要從國外進(jìn)口，截齒、滾筒等易磨易損件更需要大量進(jìn)口，這必 然要影響生產(chǎn)效率、增加噸煤成本。雖然我國的普通滾筒采煤機(jī)研制技術(shù)比 較成熟，但對(duì)于采煤機(jī)的研制卻處于起步階段，缺乏必要的基礎(chǔ)研究工作。 采煤機(jī)通常由截割機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、履帶行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、 冷卻噴霧除塵系統(tǒng)及安全保護(hù)裝置等部分組成。其中，截割機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的 重要部件之一，一般包括兩個(gè)外滾筒、一個(gè)截割鏈（或中間滾筒） 。采煤機(jī)工 作在煤或半煤巖條件下，工作面煤巖分布不均、性質(zhì)多變，具有很大的隨機(jī) 性。截割機(jī)構(gòu)直接作用在煤巖上，截割時(shí)呈懸臂狀態(tài)，滾筒受力復(fù)雜，截割 載荷變化大，容易引起機(jī)器較大的振動(dòng)，從而降低了機(jī)器傳動(dòng)件和連接件的 使用壽命，影響了機(jī)器工作的可靠性，并且增加了維修工作量和噸煤成本。 因此說，對(duì)采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)的研究是整機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。通過對(duì)工作機(jī)構(gòu)上載 荷狀況的研究，找出其結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)煤炭品質(zhì)、生產(chǎn)效率和載荷波 動(dòng)等的影響關(guān)系，搞清連續(xù)采煤機(jī)截割的關(guān)鍵技術(shù)，為建立其工作機(jī)構(gòu)的設(shè) 計(jì)理論和方法，為研發(fā)適合我國煤層地質(zhì)條件的國產(chǎn)連續(xù)采煤機(jī)，以及建設(shè) 高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井和發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)具有重要意義 13。 1.2.2 采煤機(jī)在國外的發(fā)展和使用 20 世紀(jì) 40 年代末，美國利諾斯（lee-norse）公司首先在裝煤機(jī)機(jī)身上 安裝了一個(gè)可擺動(dòng)的落煤截割頭，實(shí)現(xiàn)了割煤、落煤和裝煤工序的機(jī)械化連 5 續(xù)作業(yè)，這就形成了采煤機(jī)的雛形 14。歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，采煤機(jī)已經(jīng) 日臻完善，其采掘工藝也走向成熟，不僅在美國，而且世界許多國家，在房 柱式采煤、回收邊角煤以及長壁開采的煤巷快速掘進(jìn)中得到了廣泛應(yīng)用，其 單產(chǎn)、單進(jìn)作業(yè)創(chuàng)造出前所未有的水平，為采煤界所公認(rèn) 15。 按照落煤機(jī)構(gòu)來劃分，采煤機(jī)的發(fā)展大體經(jīng)歷三個(gè)階段：第一階段，20 世紀(jì) 40 年代，以利諾斯公司的 cm28h 型和久益機(jī)械制造公司（joy manufacturing company）的 3jcm 型和 6cm 型為代表的截鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)，主 要用于開采煤炭、鉀堿礦、鋁土礦、頁巖以及永凍土等。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力 低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝煤效果差。第二階段，50 年代，以久益公司的 8cm 型為 代表的擺動(dòng)式截割頭采煤機(jī)，生產(chǎn)能力較高，裝煤效果較好，但機(jī)器工作時(shí) 振動(dòng)大，維護(hù)費(fèi)用高。第三階段，60 年代至今，滾筒式連續(xù)采煤機(jī)高速發(fā)展， 并日趨成熟。從 80 年代開始，隨著開采工藝的發(fā)展和開采條件的提高，采煤 機(jī)不斷向大功率、多功能、系列化和自動(dòng)化方向發(fā)展，使其適用性和智能性 增強(qiáng)，逐漸成為先進(jìn)產(chǎn)煤大國的主要采煤設(shè)備。第三代滾筒式連續(xù)采煤機(jī)， 集破煤、落煤、裝運(yùn)、行走、電液系統(tǒng)及輔助裝置為一體，達(dá)到了很高的制 造水平，其中久益公司的 12cm 型、14cm 型及 17cm 型系列產(chǎn)品代表了當(dāng)前國 際先進(jìn)水平。90 年代初期，塔姆洛克奧鋼聯(lián)研制出了集安全、環(huán)保和人類工 程學(xué)于一體的 abm20 型帶有錨桿機(jī)的連續(xù)采煤機(jī)。 2000 年久益公司開發(fā)的連 續(xù)采煤機(jī)加大了機(jī)器的質(zhì)量和功率，改進(jìn)了技術(shù)性能，使其強(qiáng)度增加，同時(shí) 提高了運(yùn)行速度，降低了噸煤成本。這種采煤機(jī)帶有故障診斷裝置并且具有 標(biāo)準(zhǔn)的部件結(jié)構(gòu)，有助于在生產(chǎn)過程中使停工事故降到最低程度。2003 年美 國菲爾奇公司又開發(fā)了一種525 型連續(xù)采煤機(jī)錨桿機(jī)，集采、掘、落、裝、 行、鉆眼和支護(hù)等功能于一體，使采煤機(jī)的應(yīng)用有了重大突破。國外十大煤 炭企業(yè)中有美國的阿齊煤炭公司（美國第二大煤炭公司） 、英國的 rjb 采礦 有限公司（歐洲最大的煤炭公司）和南非的英格威煤炭公司等三家公司使用 不同型號(hào)的采煤機(jī)進(jìn)行開采，產(chǎn)煤量約占總產(chǎn)量的五分之一以上。美國是使 用采煤機(jī)最多、 使用效果最好的國家。 全國各大煤炭公司共有 2000 多臺(tái)采煤 機(jī)，其采用短壁機(jī)械化采煤法的產(chǎn)量在井工采煤中一直處于領(lǐng)先地位 16-19， 80 年代中期占井工產(chǎn)量的 70%以上。近年來，由于長壁綜采的發(fā)展，采煤機(jī) 開采的產(chǎn)量有所回落，但 1999 年產(chǎn)煤量為 2.21 億噸，仍占井工煤炭總產(chǎn)量 的 53% 7。在美國，采煤機(jī)掘進(jìn)平均班進(jìn)尺 60 米，日產(chǎn)煤 2000 噸，有些高 產(chǎn)工作面日進(jìn)尺可達(dá) 100 米， 月產(chǎn)量達(dá) 10 萬噸。 英國井工開采一直以長壁為 6 主， 巷道掘進(jìn)主要靠懸臂式掘進(jìn)機(jī)， 但自從 80 年代后期使用連續(xù)采煤機(jī)開采 取得良好的效益以來， 用采煤機(jī)掘進(jìn)已經(jīng)成為英國煤巷掘進(jìn)的主要方法之一， 約占總掘進(jìn)量的 65。南非和澳大利亞兩國根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，在傳 統(tǒng)的房柱式開采基礎(chǔ)上成功地開發(fā)出了旺格維利和西格瑪兩種短壁采煤方法 8，9，擴(kuò)大了采煤機(jī)的應(yīng)用范圍，提高了資源回收率。其中，南非全國約有 230 多臺(tái)采煤機(jī)用于房柱式開采，其產(chǎn)量約占井工總產(chǎn)量的 90 10。德國使 用采煤機(jī)在海底煤層開采已有 40 多年的歷史， 效果顯著， 其中有 5 個(gè)工作面 一直保持 200 萬噸的年產(chǎn)量。另外，印度和加拿大等國家使用采煤機(jī)進(jìn)行短 壁開采，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 1.3 采煤機(jī)截割部概述 采煤機(jī)截割部主要由箱體、原電機(jī)、輸出軸、減速部分、除塵及冷卻系 統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)等組成。采煤機(jī)截割部減速器主要由固定減速器和搖臂行星減 速起兩部分組成，截割部承擔(dān)截煤和裝煤任務(wù)，是采煤機(jī)的主要部件之一。 一個(gè)完善的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求： (1) 能適應(yīng)不同的煤層和有關(guān)地質(zhì)條件。 (2) 能充分利用煤壁的壓張效應(yīng)，降低能耗，提高塊煤率，減少煤塵。 (3) 能裝煤和自開缺口。 (4) 載荷均勻分布，機(jī)械效率高。 (5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，拆裝維修方便。 采煤機(jī)的絕大部分功率是通過截割部減速器傳遞的。截割部工作載荷 大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴(yán)格限制，可靠性要求很高。而滾筒式采煤機(jī) 的采高范圍大，對(duì)各種煤層適應(yīng)性強(qiáng)，能截割硬煤，并能適應(yīng)較復(fù)雜的頂?shù)?板條件，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 1.4 設(shè)計(jì)意義 隨著現(xiàn)在我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求量日益增加，作為三大傳 統(tǒng)能源的煤已成為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要能源保障。而我國目前 7 煤礦大部分都已經(jīng)經(jīng)過了多年的開采，由于技術(shù)的原因我們一直以來對(duì)薄煤 層的開采還不到位，還是有很大的潛力的，對(duì)小功率采煤機(jī)的需求量比會(huì)增 加。所以說開發(fā)小功率采煤機(jī)有著長遠(yuǎn)的社會(huì)效益和良好的經(jīng)濟(jì)效益。而我 國目前薄煤層采煤機(jī)的雖然有一些種類的產(chǎn)品，但遠(yuǎn)未成形系列化，而且目 前的薄煤層采煤機(jī)不能滿足實(shí)際工況的需要，我設(shè)計(jì)的采煤機(jī)正是針對(duì)中薄 煤層的開采進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)將有著重大的意義。 8 第 2 章 截割部傳動(dòng)總體設(shè)計(jì) 2.1 截割部主要設(shè)計(jì)參數(shù) 采煤高度 mm0 . 33 . 1 適應(yīng)傾角 30 o 適應(yīng)煤層硬度 4f 機(jī)面高度 m1h 工作轉(zhuǎn)速 min/r5030 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 h/ t500 2.2 總體方案確定 本次設(shè)計(jì)的采煤機(jī)吸收了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的成熟的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，集可靠性 和先進(jìn)性于一體，具有適應(yīng)我國的國情，故障率低，方便維修保養(yǎng)，提高開 機(jī)率，適用范圍廣的特點(diǎn)，能夠提高高檔普采工作面的單機(jī)效率。采高范圍： 0 . 33 . 1；適應(yīng)傾角: 30；適應(yīng)煤層硬度:4f 。主要用于中薄煤層的高 普或綜采工作面，可采較硬煤質(zhì)。是較薄煤層建設(shè)高產(chǎn)高效工作面的理想機(jī) 型。 根據(jù)我國目前煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合制造及使用技術(shù)水平，確定本采煤機(jī) 的設(shè)計(jì)方案是： (1) 采煤機(jī)的絕大部分功率是通過截煤部減速器傳遞的。截煤部工作載 荷大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴(yán)格限制，可靠性要求很高。截煤部的總傳 動(dòng)比一般為 2040，減速級(jí)數(shù)為 35 級(jí)。 (2) 為滿足電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變速要求，截煤部傳動(dòng)系統(tǒng)中須有一對(duì)變速齒 輪。 (3) 為了保證搖臂有適當(dāng)?shù)拈L度，搖臂減速器中都裝有若干個(gè)惰輪。 (4) 在滿足上述各項(xiàng)要求的同時(shí)，務(wù)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便，盡可能貫 徹標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。 9 設(shè)計(jì)時(shí)采用一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu),行星減速器的工作原理為： 當(dāng)太陽輪轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，驅(qū)動(dòng)行星輪沿本身軸線自轉(zhuǎn)，因?yàn)辇X圈固定不轉(zhuǎn)，所以迫使行星架沿其 軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。行星架通過花鍵和方形聯(lián)接套聯(lián)接，將輸出轉(zhuǎn)矩傳遞到滾筒。行 星齒輪是由四個(gè)行星輪同時(shí)嚙合傳動(dòng)， 可以使功率分流， 即增大了傳遞功率， 又縮小了行星機(jī)構(gòu)的體積。齒輪和太陽輪浮動(dòng)，行星架通過兩端支承軸承定 位在殼體上， 形成雙浮動(dòng)結(jié)構(gòu)， 可以消除制造誤差對(duì)載荷分配不均勻的影響。 太陽輪與行星架有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在太陽輪與行星架接觸面間裝有聚四氯乙 烯墊塊，用以限制太陽輪的軸向竄動(dòng)。 以上是本采煤機(jī)截割部的指導(dǎo)思想，如圖 1-1。 圖 1-1 截割部傳動(dòng)方式 1、電動(dòng)機(jī) 2、行星齒輪機(jī)構(gòu) 3、滾筒 2.3 截割部電動(dòng)機(jī)的選 裝機(jī)功率： n=)4 . 06 . 0( 60 21 wbxwbx hh kk q + 式中： 1 k 功率利用系數(shù) 1 k =0.8 1 z 2 z 3 z 4 z 5 z 6 z 7 z 10 2 k功率水平系數(shù) 2 k =0.9 3 k 后滾筒工作條件系數(shù) 3 k =0.8 wbx h采煤機(jī)比能耗 wbx h=0.40 a a hh x wbwbx = 2 mm/300= aax t /kwh40 . 0 = wbwbx hh wbxwbx hkh 3 = )8 . 04 . 04 . 04 . 06 . 0( 9 . 08 . 060 50060 + =n 256kw 已知裝機(jī)功率為 256kw，按照%90 的功率分配，兩個(gè)截割滾筒所需有效 功率為 230.4kw，一個(gè)則需要 115.2kw。 傳動(dòng)裝置總功率 按機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表4.2- 9 422 承齒聯(lián) = 聯(lián)軸器效率995 . 0 = 聯(lián) 齒輪嚙合效率98 . 0 = 齒 軸承效率99 . 0 = 承 傳動(dòng)裝置總效率913 . 0 99 . 0 98 . 0 995 . 0 422 = 所需電機(jī)輸出功率：kw18.126= w p p 11 通過查閱資料進(jìn)行計(jì)算分配，根據(jù)撫順電機(jī)廠的技術(shù)資料查得其主要技 術(shù)參數(shù)如下表 2.11 電機(jī)特征： 表 2.11 電機(jī)特征 電機(jī)型號(hào) 功率(kw) 轉(zhuǎn)速(n/min) 電壓（v） ybcs2132 132 1455 1140 2.4 截割部傳動(dòng)比分配 該機(jī)構(gòu)主要由箱體，原動(dòng)機(jī)，輸出軸，減速部分，除塵及冷卻系統(tǒng)，潤 滑系統(tǒng)等組成。電動(dòng)機(jī)功率 132kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1455r/min，根據(jù)設(shè)計(jì)需要， 欲把滾筒輸出轉(zhuǎn)速控制在 40r/min 左右，所以375.36 40 1455 = 總 i，根據(jù)傳 動(dòng)比的分配原則分配傳動(dòng)比。 本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用三級(jí)直齒傳動(dòng)和一級(jí)行星傳動(dòng)， 行星傳動(dòng)的作用是使速度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速降速的目的。所以傳動(dòng)比 最大處在行星減速器上，這里取行星減速器的傳動(dòng)比為 4.94，三級(jí)直齒傳動(dòng) 比分別為 2.10、1.296 或 1.48 或 1.57、2.278。即： 第一級(jí) 10 . 2 1 =i； 第二級(jí) 296 . 1 2 =i或48 . 1 2 =i或57 . 1 2 =i(變速齒輪)； 第三級(jí) 278 . 2 3 =i； 第四級(jí) 94 . 4 = 行 i。 則總傳動(dòng)比： 高速 627.3094 . 4 278 . 2 296 . 1 1 . 2 321 = 行總 iiiii； 中速 行總 iiiii= 321 =975.3494. 4278. 248. 11 . 2=； 低速 12 行總 iiiii= 321 =102.3794. 4278. 257. 11 . 2=。 傳動(dòng)方案基本上滿足要求。 所以輸出轉(zhuǎn)速（即滾筒轉(zhuǎn)速）: 高速 min/ r507.47 627.30 1455 n1= 中速 min/ r601.41 975.34 1455 2 =n 低速 min/ r216.39 102.37 1455 3 =n 輸出轉(zhuǎn)矩: 高速 n p t 9550 1 = 3 10478.16 507.47 97.81 9550 中速 n p t 9550 1 = 3 10817.18 601.41 97.81 9550 低速 n p t 9550 1 = 3 10962.19 216.39 97.81 9550 下面將分別介紹各個(gè)部件設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核過程。 13 第 3 章 截割部系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1 齒輪設(shè)計(jì) 3.1.1 21,z z(惰輪)齒輪設(shè)計(jì)與校核 1. 初步確定主要參數(shù) 在初步設(shè)計(jì)齒輪時(shí)， 21,z z齒輪材料初定為crmnti20（滲碳+淬火+低溫 回火） ，硬度62hrc。根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度，可按下列公式估算齒輪傳動(dòng)的尺 寸： () 1 3 2 1(mm) a ahp kt aau u （3-1） 1 3 3 1 2 1(mm) d dhp ktu da u （3-2） 式中 k載荷系數(shù)常用值2k =； a a 、 d a 剛對(duì)鋼配對(duì)的齒輪副的值 查表 1 75113得 直齒輪 483 a a =、766 d a =； a 對(duì)中心矩的齒寬系數(shù) ) 1(5 . 0 = u d a 按表 1 77113圓整， 取對(duì)分度圓直徑的尺寬系數(shù) d =0.4。 則 a =0.29， 圓整取0.3 a =； hp 許用接觸應(yīng)力 2 (n/mm )，推薦 2 lim 0.9(n/mm ) hph ； 1limh 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 2 (n/mm )， 見圖 1 23113(b)， 14 a1500 1 = hlim a1300 2 = hlim 取較小值； 2 mm/118013009 . 09 . 0= hlimhp =4 .8661455/1329549/9549npt 將以上系數(shù)代入式（3-1） 、 （3-2）得： mm 3 . 186 05 . 2 11803 . 0 4 . 8662 ) 105 . 2 (483 3 2 = +a，取mm189=a， mm 7 . 127 05 . 2 105 . 2 11804 . 0 4 . 8662 766 3 2 1 = + d 初選6m =， 由公式 z= 7 . 20 ) 105 . 2 (6 1902 )1 ( 2 = + = + m a ，取20 1 =z， 4105 . 2 20 12 =izz取41 2 =z。 2. 計(jì)算 21,z z齒的幾何尺寸 (1) 嚙合角 ： 9098 . 0 20cos)4120( 1892 6 20cos)( 2 cos 21 =+ = +=zz a m a 得=5 .24 a (2) 實(shí)際中心距 a ：mm195 5 . 24cos 20cos 189 cos cos = = a a aa。 (3) 分度圓分離系數(shù) y：y=1 6 189195 = = m aa 。 (4) 齒頂高變動(dòng)系數(shù)： 12 ()0xxy =+=。 (5) 齒輪的幾何尺寸： mm120206 11 = mzd mm246416 22 = mzd 15 節(jié)圓直徑 mm87.127 4120 20 19522 21 1 1 = + = + = zz z adw mm13.262 4120 41 19522 21 2 2 = + = + = zz z adw 基圓 mm76.11220cos120cos 11 =addb mm16.23120cos246cos 22 =addb 齒頂圓 mm1326)001 (2120)2( 111 =+=+= mxhdd aa mm2586)001 (2246)2( 222 =+=+= mxhdd aa 齒根圓 mm1056)025 . 0 1 (2120)2( 111 =+=+= mxchdd af mm2316)025 . 0 1 (2246)2( 222 =+=+= mxchdd af (6) 計(jì)算齒頂圓壓力角 a ： =32.31 132 76.112 arccosarccos 1 1 1 a b a d d =367.26 258 16.231 arccosarccos 2 2 2 a b a d d )tan(tan) tan(tan 2 1 2211 azaz aa += =) 5 . 24tan367.26(tan41) 5 . 24tan32.31(tan 2 1 + =1.639 3. 齒面接觸強(qiáng)度校核計(jì)算 16 (1) 計(jì)算接觸應(yīng)力： 小輪： 1hbhoavhh zk k kk = (3-3) 大輪： 2hdhoavhh zk k kk = (3-4) 式中 a k 使用系數(shù)，見表 1 82113、表 1 81113原動(dòng)機(jī)工作特性示 例及表 13-1-83 工作機(jī)工作特性示例，1.75 a k =； v k 動(dòng)載系數(shù)，由圖 4 48113，根據(jù) v 查得18 . 1 = v k， s/m14 . 9 100060 1455120 100060 11 = = = nd v； h k接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)，見表 1 98113， b d b kh 32 1 2310 . 0 )(18 . 0 12 . 1 += mm481204 . 0 1 =db d 147 . 1 48213 . 0 4 . 018 . 0 12 . 1 32 =+= h k； h k接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)， 見表 1 102113，查得1.1 h k =； d z、 b z小輪及大輪單對(duì)齒嚙合系數(shù)，見表 1 102113， 1b11b 2d22d 2m 1zmm1z1 m 1zmm1z1 = h hg h s 20 102 . 1 198 . 8 /12 954.1318 2 2 2 = h hg h s limh s最小安全系數(shù)，見1表 13-1-110，取1 im = hl s。 所以 12 ,z z 齒面接觸強(qiáng)度滿足要求。 4. 輪齒彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算 (1) 計(jì)算齒根應(yīng)力： ffvaff kkkk 0 = （3-7） 式中 a k ， v k 使用系數(shù)，動(dòng)載荷系數(shù)同齒面接觸強(qiáng)度中的值； ?。?75 . 1 = a k 18 . 1 = v k f k彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)； 73 . 0 )147. 1 ()(= n hf kk 73 . 0 ) 5 . 13 48 () 5 . 13 48 (1 ) 5 . 13 48 ( )()(1 )( 2 2 2 2 = + = + = h b h b h b n f k彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)，1.1 fh kk =； fo 齒根應(yīng)力的基本值（ 2 n/mm ） 。 計(jì)算齒根應(yīng)力的基本值: yyyy bm f safa t f = 0 （3-8） 式中 fa y載荷作用于齒頂時(shí)的齒形系數(shù)， 21 按圖 1 38113可查：.38 . 0 ,25 . 1 , 1,20= n fp n fp n ap n mm h m h o 時(shí)，當(dāng)20 1 =z時(shí)55 . 1 1 = sa y，當(dāng)41 2 =z時(shí)，67 . 1 2 = sa y； sa y 載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)， 按圖 1 43113可查：20 ,1,1.25,0.38 fpfp ap n nnn h h mmm = o 時(shí)， 當(dāng)20 1 =z時(shí)，55 . 1 2 = sa y；當(dāng)41 2 =z時(shí)，67 . 1 2 = sa y； y 重合度系數(shù)， 75 . 0 25 . 0 +=y=0.25+ 0.75 1.652 =0.7； y 螺旋角系數(shù)， 當(dāng)0 = o 時(shí)，1y= 。 52.48 648 13974 = = bm ft ；67.23= mb ft 將以上系數(shù)帶入式（3-8）得： 2 1 mm/ 4 . 14717 . 055 . 1 8 . 252.48= fo 2 2 mm/13.6617 . 067 . 1 39 . 2 6 . 23= fo 將以上結(jié)果帶入式（3-7）得： 2 1 mm/96.3691 . 1105 . 1 18 . 1 75 . 1 4 . 147= f 2 2 mm/99.1651 . 1105 . 1 18 . 1 75 . 1 13.66= f (2) 許用齒根應(yīng)力： xrreltreltntstffg yyyyy lim = （3-9） 22 式中 fg 計(jì)算齒輪的彎曲極限應(yīng)力（ 2 n/mm） ； flim 試取齒輪的齒根彎曲疲勞極限（mpa） ， lim1lim2 450mpa ff =； st y試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，取2.0 st y=； nt y彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)， 見1圖 13-1-55 查得： 88 . 0 1 = nt y， 89 . 0 2 = nt y； relt y相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)，見圖 1 57113查得1.0 relt y=； rrelt y相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)，見圖 1 58113查得1.03 rrelt y=； x y 彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，由表 1 119113得1.0 x y =。 將以上系數(shù)帶入（3-9）式得： 2 1 450 2.0 0.88 1.0 1.03 1.0815.76n/mm fg = 2 2 450 2.0 0.89 1.0 1.03 1.0825.03n/mm fg = (3) 計(jì)算安全系數(shù)： flim f fg f ss=2 . 2 96.369 76.815 1 1 1 flimf ss=97 . 4 99.165 03.825 2 limf s最小安全系數(shù)，見表 1 110113。按較高可靠度取 limf s=1.6。 所以 21,z z齒彎曲強(qiáng)度滿足要求。 23 3.1.2 3 z大齒輪設(shè)計(jì)與校核 1. 確定基本參數(shù) 3 z 為減速器大齒輪，所以材料初定為 18cr2ni4wa。 21,z z齒輪嚙合由于 傳動(dòng)比選定i=2.05， 因?yàn)?2 z 為惰輪， 31,z z齒輪嚙合由于傳動(dòng)比已選定i=2.10。 所 以 32,z z齒 輪 嚙 合 傳 動(dòng) 比0243 . 1 05 . 2 1 . 2 =i。 計(jì) 算 得 ： 996.41410243 . 1 23 = izz，取 42 3 =z 。6mm n m =。 2. 計(jì)算 3 z 齒的幾何尺寸 (1) 嚙合角 ： mm249 2 )( 32 = + = zzm a =+ =+=20cos20cos)4241( 2492 6