薄煤層采煤機(jī)總體方案設(shè)計及截割減速器的設(shè)計

1、中文題目：薄煤層采煤機(jī)總體及截割部減速器設(shè)計外文題目：Design of the overall and cutting reducer of the thin coal seam shearer畢業(yè)設(shè)計（論文）共 79 頁（其中：外文文獻(xiàn)及譯文 12 頁）圖紙共 3 張完成日期2015年6月 答辯日期2015年6月摘 要MG300-BW型采煤機(jī)。M-采煤機(jī)，G-滾筒，B-薄煤層，W-無鏈牽引。這種采煤機(jī)的牽引方式是液壓無鏈牽引，所有的電機(jī)都采用橫向布置，機(jī)械傳動都是斜齒傳動。 本說明書主要介紹了采煤機(jī)截割部減速器的設(shè)計計算。MG300-BW型采煤機(jī)的截割部主要是由搖臂和斜齒輪傳動組成，截割部

2、電動機(jī)在搖臂內(nèi)采用橫向布置，電機(jī)的輸出動力經(jīng)由一個四級斜齒輪進(jìn)行傳動，最后驅(qū)動采煤機(jī)的滾筒旋轉(zhuǎn)。斜齒輪減速器改善了齒輪的組織，增大了其力學(xué)性能，提高了生產(chǎn)效率和材料利用率。在本次設(shè)計過程中，對采煤機(jī)截割部減速器的軸、傳動齒輪、軸承以及聯(lián)接用的平鍵等零部件進(jìn)行了設(shè)計計算、強(qiáng)度校核和選用。本說明書主要針對主要部件的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核進(jìn)行了敘述和介紹。關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；截割部；減速器；軸設(shè)計ABSTRACTMG300-BW coal winning machine. M- shearer, G- roller, B- thin coal layer, W- no chain traction. The

3、 traction way of this shearer is hydraulic without chain traction. All the motors adopt the horizontal layout and the mechanical transmission is the helical gear drive.This manual mainly introduces the design and calculation of the cutting part reducer of the shearer. MG300-BW type coal winning mach

4、ine cut cutting unit is mainly composed of the rocker arm and the bevel gear transmission, cutting motor crosswise arrangement is adopted in the rocker arm, the output power of the motor through a four stage helical gear transmission final drive rotary drum of shearer. The helical gear reducer impro

5、ves the structure of the gears, increases its mechanical properties, and improves the production efficiency and material utilization.In the design process, the shearer cutting part of the shaft, gear, bearing and connecting with the flat keys and other parts for design calculation, strength verifica

6、tion and selection. This manual mainly focuses on the design and calculation of the main components and the intensity of the verification of the main parts of the paper.Keywords: shearer; cutting part; reducer; shaft design目錄前言11 緒論21.1 國內(nèi)外采煤機(jī)械的發(fā)展及其現(xiàn)狀21.2 薄煤層采煤機(jī)的分類及其特點21.3 薄煤層采煤機(jī)在我國的應(yīng)用情況41.4 薄煤層采煤機(jī)的

7、優(yōu)點及局限性52 薄煤層采煤機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計62.1 實現(xiàn)采煤機(jī)基本功能的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計62.2 實現(xiàn)采煤機(jī)輔助功能的結(jié)構(gòu)方案82.3 薄煤層采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)的確定102.4 小結(jié)142.4.1 性能特點 142.4.2 該機(jī)的主要技術(shù)特征為：153 截割部減速器的具體設(shè)計說明163.1 電動機(jī)的選擇163.1.1. 電動機(jī)功率的確定163.1.2. 電動機(jī)型號的確定163.2 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算173.2.1. 傳動比的分配173.2.2. 根據(jù)傳動比的分配查書機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計選擇齒輪齒數(shù)173.2.3. 各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算173.3 齒輪部分設(shè)計193.3.1. 電動

8、機(jī)輸出部分齒輪傳動計算193.3.2. 減速器部分齒輪傳動計算263.4 軸的設(shè)計343.4.1. 變速箱低速軸的設(shè)計及強(qiáng)度校核343.4.2. 變速箱中間軸的強(qiáng)度校核403.4.3. 變速箱高速軸的強(qiáng)度校核463.4.4. 變速箱外低速軸的強(qiáng)度校核513.4.5. 變速箱外高速軸的強(qiáng)度校核554 整體性驗算604.1 穩(wěn)定性的計算604.2 穩(wěn)定性的評價指標(biāo)604.3 穩(wěn)定比614.4 生產(chǎn)能力的驗算625 結(jié)論646 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析65致謝66參考文獻(xiàn)67附錄A67附錄B73前言 機(jī)械化采煤機(jī)作業(yè)的主要機(jī)械設(shè)備就是采煤機(jī)，落煤和裝煤是它的主要功能。我們首先要清楚采煤機(jī)的總體結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)，這

9、有這有才能正確設(shè)計和選用采煤機(jī)，因為采煤機(jī)的適用條件和可能達(dá)到的技術(shù)性能，是由基本參數(shù)和總體結(jié)構(gòu)決定的。從煤層所賦存的條件來看，依據(jù)煤炭的開采具體分為地下開采以及露天開采。但是采煤方法是不同的，所以使需要的采煤機(jī)械也有所不同。在地下開采中，我國基本上所采用的采煤方法是以走向長壁式方法為主。在這種方法中，又可以分為全部垮落式、填充式、前進(jìn)式和后退式等。滾筒式采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和刨煤機(jī)是目前國內(nèi)外采用的采煤方法，只有少數(shù)先進(jìn)的煤礦采用薄煤層采煤機(jī)等設(shè)備。由此可見，滾筒式采煤機(jī)對于煤礦趨于普遍。我國以資源豐富著稱，其中煤炭就是我國的主要能源之一，煤炭工業(yè)一直以來都為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出著重大貢獻(xiàn)。與此同

10、時煤炭工業(yè)也面臨著許多問題，主要包括勞動條件差，生產(chǎn)投入不足，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理等方面的問題。它在一定程度上解決了這些方面的問題，最終發(fā)展的解決這些問題的必經(jīng)之路一定會是采煤機(jī)械化。怎樣提高采煤的效率用以實現(xiàn)我國現(xiàn)代化建設(shè)中快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對能源的需要就成了十分迫切的要求。 生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括通風(fēng)、排水、采煤、掘進(jìn)、供電、輔助運輸和安全等系統(tǒng)。采煤系統(tǒng)包括工作面的落煤、裝煤，將煤由工作面運往井底車場，然后提升至地面。主要井巷包括采煤工作面，采區(qū)順槽、采區(qū)上山、水平運輸大巷、石門等。井巷工作主要包括的采掘機(jī)械有采煤機(jī)、運輸機(jī)械，支護(hù)設(shè)備及提升機(jī)等。為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程中能夠持續(xù)進(jìn)行，需要組成一個整體系統(tǒng)，這

11、就是掘進(jìn)系統(tǒng)，即在生產(chǎn)進(jìn)行的同時，要開掘出新的工作面、采區(qū)及生產(chǎn)水平，這樣可以實現(xiàn)接替。其中包括掘進(jìn)工作面、矸石運至井底車場由副井提升后送至堆放地。 1 緒論1.1 國內(nèi)外采煤機(jī)械的發(fā)展及其現(xiàn)狀我國和世界其他主要采煤國家是一樣的，20世紀(jì)50年代開始采煤機(jī)械化還處于開發(fā)和探索階段。1950年，長春蛟河煤礦最先引用了前蘇聯(lián)設(shè)計生產(chǎn)的KMII-1型截煤機(jī)。1951年，黑龍江雙鴨山煤礦首先引用適應(yīng)了前蘇聯(lián)頓巴斯設(shè)計生產(chǎn)的一種深截式型采煤機(jī)，命名為康拜因，與此同時在我國幾乎普遍使用，據(jù)1957年礦務(wù)局通過采樣調(diào)查顯示出，這種機(jī)采是目前最具有經(jīng)濟(jì)價值的采煤機(jī)。20世紀(jì)70年代初期，我國主要使用了滾筒式采

12、煤機(jī)并且進(jìn)行了進(jìn)一步的改造，這是實現(xiàn)普遍機(jī)械化采煤的一個轉(zhuǎn)折點。80年代初期，我國通過英國，德國的采煤機(jī)關(guān)鍵部件和采煤機(jī)中不斷學(xué)習(xí)效仿，用以彌補(bǔ)自己的不足，經(jīng)過不斷努力研發(fā)了MXA型系列、AM500型系列和MLS3型系列。同時自行設(shè)計了適用于頂板比較破碎、傾角比較大、煤層較薄等困難條件下的中功率采煤機(jī)，以及搖臂的設(shè)計使用。20世紀(jì)70年代中期，德美兩國研制出直流電牽引采煤機(jī)。此后世界上各主要采煤機(jī)研究制造公司均對電牽引進(jìn)行了大量的研究開發(fā)。80年代后期出現(xiàn)了交流電牽引采煤機(jī)。90年代，開發(fā)出集電子電力、微電子信息管理以及計算機(jī)智能技術(shù)于一體的大功率電牽引采煤機(jī)。電牽引采煤機(jī)的有點油很多，包括優(yōu)

13、良的性能、操作安全可靠、高效的機(jī)械控制及自動化、監(jiān)控保護(hù)及檢測功能完善、操作同意和經(jīng)濟(jì)價值高等優(yōu)點被。1.2 薄煤層采煤機(jī)的分類及其特點 滾筒采煤機(jī)是以裝有截割刀具并繞水平軸線旋轉(zhuǎn)的截割滾筒為工作機(jī)構(gòu)的采煤機(jī)，用于長壁式采煤工作面進(jìn)行機(jī)械化采煤。滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目，行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動裝置的調(diào)速傳動方式、機(jī)身與工作面輸送機(jī)配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)布置等類型。1） 按滾筒數(shù)目分類有單滾筒采煤機(jī)和雙滾筒采煤機(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。曾有過三滾筒和四滾筒采煤機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，未獲推廣。早期的單滾筒采煤機(jī)的滾筒固定在機(jī)身左端或右端截割部機(jī)械傳動裝置的輸出軸上，用更換不同直接滾筒

14、和底托架高度，不能在采煤過程中調(diào)節(jié)截高，且調(diào)高范圍十分有限，有淘汰。目前使用的單滾筒采煤機(jī)的滾筒安裝在擺動減速箱的輸出軸上，利用調(diào)高液壓缸調(diào)節(jié)搖臂的擺角，可使?jié)L筒位于不同的高度，已適應(yīng)煤層厚度的變化。單滾筒滾筒采煤機(jī)工作時先采頂部煤，再采底部煤，需用人工開出工作面一端的切口，生產(chǎn)能力低，只在普通機(jī)械化采煤工作面使用。雙滾筒采煤機(jī)由單滾筒采煤機(jī)演變而來，初期的雙滾筒采煤機(jī)的兩個滾筒布置在機(jī)身的同一端，一個行程可采高，只能自開工作面一端的切口?，F(xiàn)代雙滾筒采煤機(jī)的兩個滾筒布置在機(jī)身的同一端，一個行程可采高，只能自開工作面一端的切口。現(xiàn)代雙滾筒采煤機(jī)的兩個滾筒都安裝在搖臂上，并分別對稱布置在機(jī)身的兩端

15、，可雙向采煤，一個行程可采全高，并能自開工作面兩端的切口。2) 按行走機(jī)構(gòu)形式分類有鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。鋼絲繩牽引采煤機(jī)利用鋼絲繩與摩擦卷筒間的摩擦力來實現(xiàn)采煤機(jī)的牽引，這種采煤機(jī)已經(jīng)被淘汰。鏈牽引采煤機(jī)利用鏈輪與牽引鏈相嚙合來使采煤機(jī)移動，曾是滾筒采煤機(jī)最主要的牽引方式，但有斷鏈危險和牽引力直徑限制不能提高等缺點，已經(jīng)被無鏈牽引采煤機(jī)所替代。無鏈牽引雙滾筒采煤機(jī)沿著固定在工作面輸送機(jī)側(cè)面的行走軌運行，無鏈牽引有銷軌式、齒軌式和鏈軌式3種。3） 按行走驅(qū)動裝置的調(diào)速傳動方式分類有機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速采煤機(jī)機(jī)械牽引采煤機(jī)采用機(jī)械調(diào)速行走部，只能有級調(diào)速，結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜，已

16、極少使用。液壓牽引采煤機(jī)采用液壓調(diào)速行走部，調(diào)速和換向簡單，結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜，能無級調(diào)速，既可手動調(diào)速又可自動調(diào)速，曾是應(yīng)用最多的行走調(diào)速方式，但牽引力和牽引速度受液壓泵、液壓馬達(dá)壓力的流量的限制，不能進(jìn)一步提高。電牽引滾筒采煤機(jī)采用電氣調(diào)速行走部，調(diào)速方便，調(diào)速范圍廣，調(diào)速特性高，易于實現(xiàn)自動化，且安全可靠，已逐漸取代液壓牽引采煤機(jī)。4） 按行走部布置分類有內(nèi)牽引和外牽引兩種。絕大多數(shù)采煤機(jī)采用內(nèi)牽引，其行走部驅(qū)動裝置布置在機(jī)身上，在工作面往返移動。外牽引采煤機(jī)的行走部驅(qū)動裝置安設(shè)在工作面兩端，通常安裝在工作面輸送機(jī)的機(jī)頭架和機(jī)尾架上，外牽引滾筒采煤機(jī)只能采用鏈牽引，這種采煤機(jī)一般應(yīng)用于薄煤層

17、。5) 按總體結(jié)構(gòu)布置方式分類分截割（主）電動機(jī)縱向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)（簡稱縱向布置采煤機(jī)）、截割（主）電動機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)、截割（主）電動機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)和截割電動機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)（簡稱橫向布置采煤機(jī)）?？v向布置采煤機(jī)的截割電動機(jī)（主電動機(jī)）沿機(jī)身長度縱向布置。截割電動機(jī)安裝在機(jī)身上的縱向布置采煤機(jī)是傳動的布置方式，截割部采用雙減速箱機(jī)械傳動裝置，固定減速箱和主電動機(jī)、行走部驅(qū)動裝置相互緊固連接，共同形成采煤機(jī)的機(jī)身，機(jī)身通常用螺栓緊固在底托架上，擺動減速箱構(gòu)成搖臂，通過調(diào)高液壓系統(tǒng)和調(diào)高液壓缸使搖臂擺動，以改變滾動的截割高度。截割電動機(jī)安裝在搖臂上的縱向布置

18、采煤機(jī)采用單減速箱機(jī)械傳動裝置，固定減速箱和主電動機(jī)、行走部液壓傳動箱相互緊固聯(lián)接，共同組成搖臂以實現(xiàn)調(diào)高，行走部機(jī)械傳動裝置構(gòu)成機(jī)身，這種布置方式的滾筒采煤機(jī)機(jī)身短，搖臂長而重，現(xiàn)代采煤機(jī)已經(jīng)很少使用。橫向布置滾筒采煤機(jī)的截割電動機(jī)沿機(jī)身長度橫向布置。截割電動機(jī)安裝在機(jī)身上的橫向布置滾筒采煤機(jī)，截割部采用雙減速箱結(jié)構(gòu)的機(jī)械傳動裝置，擺動減速箱作為搖臂以實現(xiàn)滾筒的調(diào)高，這種布置方式主要應(yīng)用于薄煤層爬底板式采煤機(jī)，由于機(jī)身較薄，截割電動機(jī)常采用雙擊并聯(lián)驅(qū)動方式。截割電動機(jī)安裝在搖臂上的橫向布置采煤機(jī)是現(xiàn)代采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其特點是各功能部件都由專用的電動機(jī)驅(qū)動，相互間沒有運動和結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，機(jī)身

19、為框架結(jié)構(gòu)，各部件安裝在框架內(nèi)，搖臂鉸接在框架的兩端，通過調(diào)高液壓系統(tǒng)和調(diào)高液壓缸使搖臂擺動，以改變滾筒的高度。1.3 薄煤層采煤機(jī)在我國的應(yīng)用情況我國薄煤層采煤機(jī)的研究始于60年代。60年代初,在頓巴斯-1型采煤機(jī)基礎(chǔ)上,我國開始自行研制生產(chǎn)采煤機(jī)。這類薄煤層滾筒采煤機(jī)主要有MLQ系列采煤機(jī),如1964年生產(chǎn)的MLQ-64型,1980年生產(chǎn)的MLQ-80型淺截石單滾筒采煤機(jī),另外還有MLQ3-100型采煤機(jī)。1991年，煤炭科學(xué)研究總院上海分院與波蘭合作，在國內(nèi)率先研制成功我國第一臺采用交流變頻調(diào)速技術(shù)的薄煤層爬底板采煤機(jī)后，上海分院又先后研制成功了截割電動機(jī)縱向布置的交流電牽引采煤機(jī)、截割

20、電動機(jī)橫向布置的適用于中厚煤層和較薄煤層的交流電牽引采煤機(jī)。目前，上海分院研制的MG系列電牽引采煤機(jī)已形成9大系列共幾十個品種。近幾年來,我國薄煤層采煤機(jī)得到了很大的發(fā)展,但在質(zhì)量和壽命和高新技術(shù)應(yīng)用等方面與國內(nèi)大型采煤機(jī),特別是與國外采煤機(jī)相比,還存在較大的差距。因此我們還需要進(jìn)一步的改進(jìn)和更新。1.4 薄煤層采煤機(jī)的優(yōu)點及局限性 滾筒式采煤機(jī)具有如下優(yōu)點：采高范圍大，對各種煤層適應(yīng)性強(qiáng)，能截割硬煤，并能適應(yīng)復(fù)雜的頂?shù)装鍡l件，有利于實現(xiàn)綜采設(shè)備配套和自動控制。因而，在國內(nèi)外的煤炭開采中，應(yīng)用非常普遍。 現(xiàn)代滾筒式采煤機(jī)具有如下特征：裝機(jī)功率滿足采煤生產(chǎn)率要求；截割機(jī)構(gòu)適應(yīng)煤層厚度變化并能可靠

21、地工作；牽引機(jī)構(gòu)能隨時根據(jù)需要改變牽引速度大小，并能實現(xiàn)無級調(diào)速，以適應(yīng)煤層硬度變化；機(jī)身所占空間小，對薄煤層尤為重要；便于拆、裝和檢修；防爆性能好，能在有煤塵、瓦斯的工作面安全工作；具有防滑裝置和內(nèi)外噴霧降塵裝置；工作穩(wěn)定可靠，操作簡單方便，維修容易。2 薄煤層采煤機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計2.1 實現(xiàn)采煤機(jī)基本功能的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計用于走向長臂采煤法的采煤機(jī)應(yīng)該具有的如下三種基本功能；1) 把煤從煤壁上破碎下來的功能；2) 把破碎下來的煤裝在工作面輸送機(jī)上的功能；3) 采煤機(jī)能沿著工作面自移的功能；一、實現(xiàn)破碎煤壁功能結(jié)構(gòu)方案 1、銑削式結(jié)構(gòu)方案 在鼓形滾筒的表面或在旋轉(zhuǎn)滾筒的葉片上安裝截齒，滾筒

22、隨采煤機(jī)前移并自轉(zhuǎn)，截齒便用銑削的方式把煤從煤壁上截割下來，這就是銑削式結(jié)構(gòu)。 具體分為側(cè)銑和端銑兩種，側(cè)銑方式中螺旋滾筒結(jié)構(gòu)應(yīng)用最普遍，其主要優(yōu)點是它不僅能實現(xiàn)截落煤的功能還能實現(xiàn)裝煤的功能；水平旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整滾筒高度方便，對不同的煤層厚度的適應(yīng)性好；具有自開缺口的功能等。端銑式結(jié)構(gòu)是在齒冠外側(cè)安裝大截齒當(dāng)齒冠自轉(zhuǎn)并隨采煤機(jī)移動時，截齒實現(xiàn)破煤功能。這種結(jié)構(gòu)的特點是截齒安裝的比較少， 煤的塊度大，機(jī)器能耗??；實現(xiàn)簡單，制造容易；負(fù)荷變化大，機(jī)器動特性較差。 圖2-1水平軸螺旋滾筒結(jié)構(gòu) 圖2-2 垂直軸滾筒結(jié)構(gòu) Fig.2-1 Horizontal axis roller spiral struc

23、ture Fig.2-2 Vertical-axis roller structure 圖2-3端銑式結(jié)構(gòu)方案Fig.2-3 Milling-structure programme2、鉆削式結(jié)構(gòu)方案鉆削式結(jié)構(gòu)在喚醒懸臂的前端安裝截齒，這種懸臂的內(nèi)表面上也安裝有截齒。這種結(jié)構(gòu)被稱為鉆削頭，懸臂則被成為鉆削臂。當(dāng)鉆削頭自轉(zhuǎn)并沿其軸線方向推進(jìn)時，首先在煤層中由鉆削頭截割出現(xiàn)截槽，而此環(huán)形槽所圍成的柱狀煤體則被鉆削頭內(nèi)的截齒所破碎。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；集落煤和裝煤功能于一體；煤的坡度大，機(jī)器能耗低。其缺點是這種結(jié)構(gòu)應(yīng)布置于采煤機(jī)的端面，機(jī)身必沿其鉆削出的空間前進(jìn)，因此，機(jī)身長；這種結(jié)構(gòu)

24、不能自開缺口；為使地板平整還必須配有截割盤，沿頂板和地板截割煤層，因此使整個機(jī)器復(fù)雜化；此外這種結(jié)構(gòu)對煤層厚度的適應(yīng)性小。3、滾壓式結(jié)構(gòu)方案滾壓式破煤結(jié)構(gòu)是在螺旋筒的旋葉上和滾筒端面安裝滾演盤刀當(dāng),當(dāng)滾筒前移并自轉(zhuǎn)時，盤刀壓向煤壁，其刃部的擠壓和剪切作用達(dá)到破沒的目的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，彩霞煤的塊度大，煤塵明顯低；機(jī)器能耗?。槐P刀壽命長。缺點在于機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本高。采煤機(jī)的落煤功能是采煤機(jī)的第一功功能，因此，現(xiàn)在把既有落煤功能的結(jié)構(gòu)稱為采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)。在采煤機(jī)的設(shè)計中，工作機(jī)構(gòu)設(shè)計的合適與否，對采煤機(jī)的工作占有舉足輕重的地位。二、實現(xiàn)裝煤功能的設(shè)計方案把煤從煤壁上破碎下來以后，還要裝在工作面

25、輸送機(jī)里運到工作面之外。實現(xiàn)扎中裝煤功能的機(jī)構(gòu)與落煤結(jié)構(gòu)的種類有關(guān)。經(jīng)過淘汰和篩選，只有兩種類型的裝煤結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。一種是與落煤結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不僅具有落煤功能而且兼有裝煤的功能。比如，螺旋滾筒式工作機(jī)構(gòu)，采煤下來的碎煤被螺旋葉片自煤壁向采空區(qū)方向輸送，并裝到工作面輸送機(jī)里。另一種是專門用于裝煤的機(jī)構(gòu)，如裝煤犁，這是一種斜面結(jié)構(gòu), 和犁地的犁一般，被單獨的牽引機(jī)構(gòu)牽引，在工作面往返運行，把碎落在底板上的煤裝入輸送機(jī)里。這種結(jié)構(gòu)往往與沒有裝煤功能的工作機(jī)構(gòu)配合。三、實現(xiàn)采煤機(jī)自動移動功能的結(jié)構(gòu)方案采煤機(jī)沿工作面移動被稱為牽引，能使采煤機(jī)實現(xiàn)自移的結(jié)構(gòu)有稱作牽引機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的牽引機(jī)構(gòu)可以分為兩

26、大類；既鏈牽引機(jī)構(gòu)和無鏈牽引。1、鏈牽引機(jī)構(gòu)鏈牽引機(jī)構(gòu)是由圓環(huán)鏈、鏈輪、和緊鏈裝置組成。牽引鏈的兩端固定在緊鏈裝置上，并與采煤機(jī)的鏈輪嚙合。當(dāng)鏈輪裝動時，由于鏈輪與圓環(huán)鏈的嚙合作用，采煤機(jī)便沿牽引鏈移動。圖2-4 鏈牽引機(jī)構(gòu)Fig.2-4 Traction linked institutions2、無鏈牽引機(jī)構(gòu)隨著采煤機(jī)功率的不斷加大，采煤機(jī)的總裝機(jī)容量已超過1000KW。牽引鏈中的拉力也已增至400-800KN。因此牽引鏈機(jī)構(gòu)已限制了采煤機(jī)功率的提高。無鏈牽引機(jī)構(gòu)就隨之產(chǎn)生和發(fā)展起來了。無鏈牽引機(jī)構(gòu)種類繁多，大體上可歸納為三類；主動輪齒條、閉合鏈齒條和邁步油缸推進(jìn)三類。其中主動輪齒條無鏈牽引

27、系統(tǒng)應(yīng)用最廣。2.2 實現(xiàn)采煤機(jī)輔助功能的結(jié)構(gòu)方案只具有基本功能的采煤機(jī)，能勉強(qiáng)完成在工作面破落煤壁和裝煤的任務(wù)。在實際中還要使用到一些輔助功能，有；適應(yīng)煤層賦存狀況變化的功能、降塵和冷卻設(shè)備功能、自動托卷電纜功能等。一、實現(xiàn)適應(yīng)煤層賦存狀況變化功能的機(jī)構(gòu)方案煤層在地下賦存狀態(tài)的變化概括起來有三種；煤層厚度的變化、煤層走向波浪起伏以及存在斷層、煤層相對于水平面傾角的變化。1、實現(xiàn)適應(yīng)煤層厚度變化的功能的結(jié)構(gòu)方案當(dāng)煤層厚度隨時變化時，兩個滾筒的工作高度應(yīng)當(dāng)變化，這就需要實現(xiàn)能適應(yīng)煤層厚度變化的功能的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為采煤機(jī)的調(diào)高裝置。2、適應(yīng)煤層沿走向波浪起伏以及存在的斷層的功能的結(jié)構(gòu)方案采煤機(jī)

28、在采空區(qū)安裝有調(diào)斜油缸，采空區(qū)側(cè)的滑靴安裝在活塞桿上?；钊麠U伸縮就改變餓采煤機(jī)的傾斜角度。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)調(diào)斜功能得到普遍應(yīng)用。3、具有開采大傾角煤層功能的結(jié)構(gòu)方案當(dāng)采煤工作面傾角大于10，一旦及其牽引部失靈，采煤機(jī)有可能下滑，具體防滑裝置有：（1）抱閘式防滑裝置（2）盤式制動器防滑裝置（3）輔助牽引與防滑絞車二、實現(xiàn)降塵和冷卻功能的結(jié)構(gòu)1、實現(xiàn)降塵功能的方案采煤機(jī)的滾筒在截割煤壁的同時，產(chǎn)生的煤塵嚴(yán)重污染井下空氣，威脅工人身體健康。因此降塵是采煤機(jī)的重要輔助功能。降塵措施有很多種，歸納起來有；（1）提高采煤機(jī)牽引速度，降低截煤滾筒的轉(zhuǎn)速，增大碎煤塊度，能明顯降低煤塵。（2）滾筒軸垂直于采煤機(jī)機(jī)面

29、，即采用立滾筒，使截齒沿煤層層理截割，也能降低煤塵（3）在可能條件下，減少滾筒上安裝截齒的數(shù)量增大碎煤的塊度，降低煤塵（4）實現(xiàn)滾筒自動調(diào)高，避免滾筒截割工作面頂板和底板，從而降低牽引速度，避免煤塵大量生成。（5）吸入式降塵機(jī)構(gòu)，壓力水精油在滾筒軸內(nèi)的中心管送到噴嘴，有噴嘴噴出壓力水在水束周圍形成負(fù)壓區(qū)，含塵空氣被吸入負(fù)壓區(qū)并隨水束穿過滾筒內(nèi)部降塵后，重新進(jìn)入截煤空間?？諝饩瓦@樣在滾筒內(nèi)循環(huán)被凈化，降塵效果比較好。（6）用噴霧降塵，壓力水經(jīng)過噴嘴后霧化，極小的液滴充滿滾筒截煤區(qū)，液滴與粉塵相碰而被不捉。一般采煤機(jī)內(nèi)外噴霧都有，降塵效果很好。（7）泡沫滅塵，有發(fā)泡劑的水自噴嘴噴出進(jìn)入一個與噴嘴緊

30、挨的罩體。大量的泡沫從罩體射出，籠罩了截煤滾筒的周圍，使煤塵源與周圍空氣隔絕，并使煤粉被泡沫捕捉。這種滅塵方式效果最佳。2、實現(xiàn)冷卻功能的方案采煤機(jī)的冷卻功能是由 實現(xiàn)的。讓噴霧水首先流過需要冷卻的不見，實現(xiàn)冷卻功能，然后再被送到噴霧系統(tǒng)中。因此，冷卻與噴霧水是一個供水系統(tǒng)，三、實現(xiàn)自動卷電纜功能的結(jié)構(gòu)方案采煤機(jī)是采煤工作面內(nèi)的移動機(jī)械，因此，對采煤機(jī)供電必須用橡膠電纜。當(dāng)采煤機(jī)工作面很長時，被采煤機(jī)拖移的電纜很長，而且很重。如果采煤機(jī)直接拉引電纜本身，電纜容易被拉斷。因此要用專門的電纜拖移裝置。一般使用電纜尼龍夾板組成的夾板鏈，它由框形夾板用鉚釘鏈接而成。每段長0.71m，各段之間再由銷軸連

31、接。框行夾板在斷面為U形，在夾板鏈中其開口朝向才空區(qū)側(cè)。夾板鏈終端借助于可回轉(zhuǎn)的彎頭懸掛于采煤機(jī)身上。板式鏈僅位于彎頭處，意在改善夾板鏈端受力狀況。其優(yōu)點在于，使電纜在采煤機(jī)折返工作中折曲靈活，不易側(cè)倒；而且有效的保證在采煤機(jī)牽引過程中使電纜免受拉力；朔料夾板重量輕，強(qiáng)度足夠，使電纜免受碰傷。2.3 薄煤層采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)的確定1) 截深截深是指薄煤層采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)完全按截入煤壁的深度，即采煤機(jī)沿工作面走向一次推進(jìn)的距離。對于中厚和厚煤層，考慮到工作面輸送機(jī)的最大輸送能力以及充分利用頂板壓力對煤壁的予破壞效應(yīng)，截深絕定為0.6m。對于薄煤層，為保證工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)率，適當(dāng)加大截深，取截深0

32、.75-1.0m.通過設(shè)計分析，截深取為0.8m。2) 采高采高是指最大可能開采的高度，是由采煤機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定的。對于單一煤層的開采，采高要與煤層厚度相當(dāng)。當(dāng)厚煤層分層開采時，按最大分層厚度約為最大采高的90-95%，最下煤層厚度約為最小采高的110-120%來確定采煤機(jī)的采高。薄煤層的厚度是在0.8-1.3mm，此次設(shè)計的最大采高為1.3m.最小采高取為0.8m。這樣可以滿足要求。3) 牽引速度采煤機(jī)牽引速度由煤層厚度、截深、煤層物理機(jī)械性質(zhì)以及用戶對采煤機(jī)生產(chǎn)率的要求確定的。牽引速度即采煤機(jī)沿工作面移動的速度。由于煤層的機(jī)械力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，需要隨時調(diào)節(jié)牽引速度，使采煤機(jī)能在正常負(fù)載下工

33、作。當(dāng)用戶生產(chǎn)率已定，則當(dāng)采高和截深加大牽引速度就減??；當(dāng)采高和截深小，勢必加大牽引速度。當(dāng)煤層中含矸量較大或煤層硬度較高，才么及的牽引速度也必須減低。我國采煤機(jī)的牽引速度在2.5-5m/min的范圍，國外的可達(dá)15m/min.由于生產(chǎn)率按照正常的計算取15t/min故由 (2-1) 式中 H薄煤層采煤機(jī)采高，m; J薄煤層采煤機(jī)截深，m; 薄煤層采煤機(jī)可能達(dá)到的平均牽引速度，m/min; 煤的密度，一般為1.31.35t/m 薄煤層采煤機(jī)理論生產(chǎn)率，t/h.采高H,薄煤層的厚度在0.8-1.3米。截深J也已設(shè)計給出為0.8m。煤的密度由煤巖性質(zhì)取1.35t/m。則 這樣取牽引速度0-9.1m

34、/min便可滿足設(shè)計要求。4) 牽引力采煤機(jī)的牽引力是采煤機(jī)克服牽引阻力的能力。采煤機(jī)的牽引阻力取決于煤層的物理機(jī)械性質(zhì)、工作面傾角、采煤機(jī)自重以及導(dǎo)向裝置摩擦阻力等。在初定牽引力時，可按p=(1-1.3)N p采煤機(jī)牽引力，KN。N采煤機(jī)總裝機(jī)功率， KW。P=1.3N=299KN采煤機(jī)裝機(jī)功率（KW） 采煤機(jī)牽引力（KN）50 100100 100-120150 160-180 200 200-220300 250-300表2-1采煤機(jī)裝機(jī)功率Table 2-1 Shearer installed power煤層阻抗A KN/m煤層厚度 m0.5-0.7 0.7-1.2 1.2-2.2 2

35、.0-3.5采煤機(jī)裝機(jī)率 kw240100 120 200 250125 35-150 150-250 250-350150 150-200 300-350 -設(shè)計生產(chǎn)率T/min3-4 4-6 6-10 10-15表2-2 采煤機(jī)裝機(jī)功率Table 2-2 Shearer installed power5）截割速度截割速度是截煤滾筒截齒圓圍切向速度，此速度與滾筒直徑、滾筒轉(zhuǎn)速以及采煤機(jī)牽引速度有關(guān)。實踐證明，截齒的截割速度與截齒的磨損速度相關(guān)。為減緩截齒磨損取低截割速度。當(dāng)采高大，牽引速度大，為不發(fā)生滾筒裝煤堵塞和對煤的二次破損，滾筒速度應(yīng)加大則截割速度也相應(yīng)加大。目前，截割速度一般為3.5

36、-5.0m/s，對小直徑滾筒而言截割速度甚至為1.85-2.7m/s。6）裝機(jī)功率采煤機(jī)裝機(jī)功率，是指采煤機(jī)總裝機(jī)功率。可按下表估算。7)采煤機(jī)設(shè)計生產(chǎn)率采煤機(jī)理論設(shè)計生產(chǎn)率按下式計算： 式中 H薄煤層采煤機(jī)采高，m; J薄煤層采煤機(jī)截深，m; 薄煤層采煤機(jī)可能達(dá)到的平均牽引速度，m/min; 煤的密度，一般為1.31.35t/m 薄煤層采煤機(jī)理論生產(chǎn)率，t/h.考慮到對采煤機(jī)檢查、維護(hù)等技術(shù)因素對生產(chǎn)率的影響，應(yīng)計算出采煤機(jī)的技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)率Q； T/h （2-2）式中K采煤機(jī)技術(shù)工作時間利用系數(shù)， K= （2-3）割一刀煤采煤機(jī)的純工作時間，min。割一刀煤所需的輔助時間，min.割一刀煤消

37、除故障時間，min。此外，應(yīng)考勞動組織以及配套設(shè)備等對生產(chǎn)率的影響。因此，采煤機(jī)實際生產(chǎn)率； （2-4）式中采煤機(jī)純利用系數(shù)； = （2-5）因技術(shù)和組織原因引起的停機(jī)時間，min.實際上，采煤機(jī)的生產(chǎn)率要比上面諸式計算值低得多，因為許多影響因素?zé)o法事先估計出。2.4 小結(jié)綜上所述，選取采煤機(jī)MG300-BW。該機(jī)型是太礦通過10多年AM500采煤機(jī)的消化、吸收和制造實踐，在其它國外電牽引采煤機(jī)基礎(chǔ)上興利除弊，結(jié)合中國國情，根據(jù)用戶要求而新開發(fā)設(shè)計出的機(jī)載式交流變頻調(diào)速電牽引采煤機(jī)，是煤礦綜采實現(xiàn)高產(chǎn)高效的理想設(shè)備。2.4.1 性能特點(1)采煤機(jī)總體采用了多電機(jī)橫向布置，截割電機(jī)橫向布置在搖

38、臂上，搖臂和機(jī)身之間沒有動力傳遞，取消了傘齒輪和結(jié)構(gòu)煩雜的通軸、過輪，用結(jié)構(gòu)簡單的銷軸與主機(jī)架鉸接在一起。(2)機(jī)載式交流變頻調(diào)速，超級鏈軌無鏈牽引系統(tǒng)。低頻起動特性好、牽引力大，能實現(xiàn)恒功率無級調(diào)速。(3)主機(jī)架采用了整體結(jié)構(gòu)(也可分段組合)。滾筒的切割反力、調(diào)高油缸的支承力，牽引驅(qū)動的反作用力及工作面輸送機(jī)的支承、限位、導(dǎo)向的作用力均由結(jié)構(gòu)簡單，堅固的主機(jī)架所承受，各部件均可方便地從主機(jī)架采空側(cè)單獨裝拆，使用可靠，維修方便。(4)關(guān)鍵的元、器件選用了國外進(jìn)口件，如軸承、密封、泵、變頻器等。傳動部件進(jìn)行了加載試驗，整機(jī)的可靠性高。(5)該機(jī)采用了系列設(shè)計、適應(yīng)性強(qiáng)、通用性好。搖臂、牽引傳動箱

39、、外牽引均可左右互換，僅改變外牽引的惰輪，搖臂的擺角，滾筒直徑，就能適用采高1.6m-4.5m的要求。搖臂電機(jī)和牽引電機(jī)各有三種不同功率規(guī)格供用戶選擇，并可左右互換。(6)采用鎬型截齒的強(qiáng)力滾筒，能在硬煤層和有夾矸及地質(zhì)有構(gòu)造的地段使用。(7)水路系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的主要元件設(shè)置在多通塊上，減少了管路聯(lián)接和維修工作量。(8)控制系統(tǒng)采用了計算機(jī)集中控制，具有先導(dǎo)監(jiān)控、操作保護(hù)、連行和故障顯示、數(shù)據(jù)儲存，以及故障自動診斷記憶、功率自動平衡等功能。顯示實現(xiàn)了漢字化，控制智能化。水冷式電機(jī)設(shè)有溫度保護(hù)，牽引系統(tǒng)可設(shè)制限速保護(hù)，并設(shè)有零速自動制動裝置。2.4.2 該機(jī)的主要技術(shù)特征為：名稱數(shù)據(jù)1）適用條件

40、采高（m） 傾角（） 適應(yīng)煤層硬度f 2）截割部滾筒直徑(m) 截深（m） 滾筒轉(zhuǎn)速（r/min） 調(diào)高方式 3）牽引部傳動方式 牽引力（KN） 牽引鏈（mm） 調(diào)速方式 4）電動機(jī)功率（KW） 電壓（V） 轉(zhuǎn)速（r/min） 5）防塵方式 機(jī)面高度（mm） 機(jī)身寬 機(jī)身高 質(zhì)量 （t） 0.8-1.63030.80.875.62搖臂齒輪傳動190液壓無鏈牽引YBCS-1322132kW11401470內(nèi)外噴霧730 173985014表2-3 基本參數(shù)Table 2-3 basic parameters 3 截割部減速器的具體設(shè)計說明截割部的主要特點：滾筒式采煤機(jī)的截割部一般包括割煤滾筒、搖

41、臂、固定減速箱等工作機(jī)構(gòu)（不同的機(jī)型其截割部的組成不盡相同，如多電動機(jī)驅(qū)動的電牽引采煤機(jī)）。割煤滾筒承擔(dān)承載煤和裝煤任務(wù)，是采煤機(jī)截割部主要部件之一。一個完善的割煤滾筒應(yīng)滿足一下要求：（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）能裝煤和自開切口；（4）載荷均勻分布，機(jī)械效率高；（5）結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，拆裝，維修方便。3.1 電動機(jī)的選擇3.1.1. 電動機(jī)功率的確定已知：截割滾筒的所需的轉(zhuǎn)速范圍為：1450r/min,裝機(jī)功率為250kw，按照90%的功率分配，兩個截割滾筒的所需有效功率:P=225kw 一個則需要112.5

42、kw傳動裝置總功率 = （3-1）按機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表4.2-9?。郝?lián)軸器效率0.995；齒輪嚙合效率（齒輪精度為8級）0.98；滾動軸承效率0.99；傳動裝置總效率=0.9950.980.990.913所需電動機(jī)的輸出功率 P=P/=112.5/0.913122.5kw （3-2）3.1.2. 電動機(jī)型號的確定根據(jù)功率和使用環(huán)境，選擇電動機(jī)型號為：YBC系列隔爆電動機(jī)即YBC3-400主要性能數(shù)據(jù)如下表表3-1 型號 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速YBCS-132 132Kw 1470r/min 1450r/min表3-1 采煤機(jī)選型Table 3-1 Coal mining machine

43、selection3.2傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算3.2.1. 傳動比的分配確定總傳動比并根據(jù)傳動比分配理論分配各級傳動比。 I總=n/n=1470/75.62=19.4 （3-3）i0=1 i=2.6 i=1.4 i=2.1 i4=2.53.2.2. 根據(jù)傳動比的分配查書機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計選擇齒輪齒數(shù)電動機(jī)接小齒輪齒數(shù)為Z1=17相傳動的大輪為Z2=44及其相連的Z3=62，Z4=21與其相傳動的齒輪Z5=44,Z6=14與其相連的齒輪的Z7=35。3.2.3. 各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算按指導(dǎo)書表4.2-9確定各零件效率取：聯(lián)軸器效率 =0.99齒輪嚙合效率=0.97（齒輪精度為7級）滾動軸承

44、效率=0.980軸（電動機(jī)軸）： （3-4）軸（減速器高速軸）： （3-5） （3-6） 軸（減速器中間軸）： 軸（減速器輸出軸）： 軸（開式傳動高速軸）： 軸（傳動卷筒軸）： 功率P(KW) 轉(zhuǎn)矩T (N.M) 轉(zhuǎn)速n（r/min）連接方式 傳動比I 效率0軸 132 869.4 1450軸 130.7 860.8 1450軸 124.2 2129.5 557.7軸 118 2828.6 398.4軸 112 5638 189.7軸 106.5 13400 75.9聯(lián)軸器 1.0 0.99斜齒輪 2.6 0.9506斜齒輪 1.4 0.9506斜齒輪 2.1 0.9506斜齒輪 2.5 0.

45、9506表3-2 結(jié)論Table 3-2 Conclusion3.2齒輪部分設(shè)計3.3.1. 電動機(jī)輸出部分齒輪傳動計算1) 高速齒輪傳動計算(1)選擇齒輪材料：小輪選用合金剛，表面滲碳=5662大輪選用合金剛，表面滲碳=5662(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算：采用斜齒圓柱齒輪傳動，按V=(0.0120.021)n 估取圓周速度V=11.45m/s,參考教材表5-4選取II公差組7級 （3-7）齒寬系數(shù) ,查教材表8-23按齒輪相對軸承為非對稱布置，取=0.5小齒輪齒數(shù) Z1選Z1=17大齒輪齒數(shù) Z2=Z1i=172.6=44.2圓整取Z2=44齒數(shù)比 u=Z2/Z1=44/172.58合

46、適 傳動比誤差=（2.6-2.58)/2.6=0.008誤差在5%內(nèi)小輪轉(zhuǎn)矩 T1=869.4N.m載荷系數(shù)K由教材式（5-4）得 K=KKKK使用系數(shù) KA，查教材表（5-3）KA=1.0動載荷系數(shù)K的初值 K由教材圖（5-4）查得K=1.2齒向載荷分布系數(shù) K由教材圖（5-7）查得K=1.05齒間載荷分布系數(shù) K的初值K在推薦值（20）中初選=16由式(5-4)得 （3-8）= =1.88-3.2(1/17+1/44) cos16 +(1/)170.5tan16=1.556+0.776=2.332=1.556 =0.776查教材表（5-21）得K=1.2則載荷系數(shù)的初值為: K=KA=1.01.21.21.0