王曉密可靠性課設(shè)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 題 目： 可靠性工程課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 環(huán)境與安全學(xué)院 班 級(jí)： 安全工程122301班 姓 名： 王曉密 學(xué) 號(hào)： 2012230101 指導(dǎo)教師： 潘麗芳 完成日期： 2014年12月31日 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)原理采煤機(jī)可靠性設(shè)計(jì)1、 概述（1）可靠性分析相關(guān)知識(shí)概述可靠性是產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標(biāo)，表示產(chǎn)品正常服役的能力。產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)理論與方法的提出及應(yīng)用曾被認(rèn)為是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重大變革。與傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則相比，可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則能夠更有效地保證產(chǎn)品服役安全。隨著產(chǎn)品功能及復(fù)雜性的增加、使用條件日益苛刻以及可持續(xù)發(fā)展的需要，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及服役安全性要求不斷提高，因此，

2、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性制造、以可靠性為中心的維護(hù)維修等概念、理論、方法、模型及相關(guān)技術(shù)在不斷發(fā)展，并得到了越來越多的應(yīng)用。（2）采煤機(jī)可靠性設(shè)計(jì)課題基本情況概述由于可靠性是一種綜合性的系統(tǒng)工程問題，所以機(jī)械產(chǎn)品（包括零件、部件、設(shè)備和系統(tǒng)）的可靠性也和其他產(chǎn)品一樣，是與其設(shè)計(jì)，制造，使用和維修等各個(gè)環(huán)節(jié)密切相關(guān)的。設(shè)計(jì)只是其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，但是它卻決定了產(chǎn)品的可靠性水平即產(chǎn)品的固有可靠性。滾筒采煤機(jī)特別是電牽引滾筒采煤機(jī)是現(xiàn)代世界上最先進(jìn)的綜合采煤技術(shù)中必不可少的設(shè)備,因其對(duì)不同采高的適應(yīng)性強(qiáng),功率大,生產(chǎn)率高等特點(diǎn),已經(jīng)成為國內(nèi)外煤炭生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的方向,又因其生產(chǎn)環(huán)境的特殊性和當(dāng)下人類對(duì)高生產(chǎn)率追

3、求的同時(shí)對(duì)礦工生命安全也更加尊重與重視,滾筒采煤機(jī)的可靠性越來越受到煤機(jī)制造業(yè)和煤炭生產(chǎn)企業(yè)的高度重視,研究采煤機(jī)的可靠性具有非常重大的意義。2、 應(yīng)力 強(qiáng)度模型計(jì)算可靠度可靠性分析、設(shè)計(jì)方法 應(yīng)力 強(qiáng)度模型計(jì)算可靠度：機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)就是要搞清楚載荷應(yīng)力及零件強(qiáng)度的分布規(guī)律，合理的建立應(yīng)力與強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)格控制失效概率，以滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)力是對(duì)產(chǎn)品功能有影響的各種外界因素，強(qiáng)度是產(chǎn)品（或零部件）承受應(yīng)力的能力。對(duì)應(yīng)力和強(qiáng)度應(yīng)該做廣義的理解。應(yīng)力除通常的機(jī)械應(yīng)力外，還應(yīng)包括載荷（力、力矩、轉(zhuǎn)矩等）、變形、溫度、磨損、油膜、電流、電壓等。同樣，強(qiáng)度除通常的機(jī)械強(qiáng)度外，還應(yīng)包括承受上述各種形

4、式應(yīng)力的能力。應(yīng)力強(qiáng)度分布干涉理論是以應(yīng)力強(qiáng)度分布干涉模型為基礎(chǔ)的，該模型可以清楚揭示零件產(chǎn)生故障而有一定故障率的原因和機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的本質(zhì)。零件中的工作應(yīng)力和強(qiáng)度在可靠性設(shè)計(jì)中均視為隨機(jī)變量，呈分布狀態(tài)。這是由于影響零件強(qiáng)度的參量，如材料的性能、尺寸、表面質(zhì)量等均為隨機(jī)變量；影響應(yīng)力的參量，如載荷工況，應(yīng)力集中，工作溫度、潤滑狀況等也都是隨機(jī)變量。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度和應(yīng)力具有相同的量綱。當(dāng)零件的強(qiáng)度和工作應(yīng)力的離散度愈大時(shí)，干涉部分就可能增大，零件的不可靠度也就加大；材料的性能愈好，工作應(yīng)力愈穩(wěn)定，則它們的分布離散度將減少，干涉部分相應(yīng)地減少，零件的可靠度也就愈高。機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)的過

5、程框圖如圖1。材料機(jī)械性能統(tǒng)計(jì)和概率分布載荷統(tǒng)計(jì)和概率分布幾何尺寸分布和其他隨機(jī)因素干涉模型應(yīng)力計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)和概率分布應(yīng)力統(tǒng)計(jì)和概率分布機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì) 圖1機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)過程框圖計(jì)算公式：分度圓直徑：； 分度圓直徑；模數(shù)；齒數(shù)； 齒頂圓直徑：； 齒頂圓直徑；分度圓直徑；模數(shù)；齒頂高系數(shù)；變位系數(shù)； 誤差； 齒根圓直徑：； 齒根圓直徑；分度圓直徑；模數(shù)；齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)； 變位系數(shù)； 圓周速度：； 圓周速度；分度圓直徑；轉(zhuǎn)數(shù)； 名義轉(zhuǎn)矩：； 名義轉(zhuǎn)矩；齒距；轉(zhuǎn)數(shù)； 名義圓周力：； 名義圓周力；名義轉(zhuǎn)矩；齒輪1的分度圓直徑； 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：； 、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；齒輪1的轉(zhuǎn)數(shù)；時(shí)間；速

6、度。 3、 采煤機(jī)系統(tǒng) 以MG300/700WD型采煤機(jī)為例，可將采煤機(jī)系統(tǒng)分為截割機(jī)構(gòu)、輔助液壓系統(tǒng)、電氣部分、輔助裝置。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，各主要部件通過高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)接，之間沒有動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，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鏈牽引，牽引嚙合效率高，不會(huì)出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿?，工作更安全?截割機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤的主要部件，它分別由左右截割部組成，每個(gè)截割部主要由截割部殼體、截割電機(jī)、齒輪減速裝置、滾筒等組成，截割部內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)、內(nèi)噴霧等裝置。采煤機(jī)搖臂傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)比的分配與一般減速器傳動(dòng)比的分

7、配有所不同，搖臂要求所有大齒輪盡量的一樣大，這樣設(shè)計(jì)出的搖臂才能緊湊小巧，根據(jù)以上原則齒輪的齒數(shù)與模數(shù)定為齒輪參數(shù)表中所列的參數(shù)。截割部減速箱由截割部殼體、軸組、行星機(jī)構(gòu)、內(nèi)外噴霧裝置等組成。截割部殼體采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，搖臂外殼有一焊接的冷卻水套，水套下面裝有噴嘴，用于整體的外噴霧。截割部的離合器，安裝在截割電機(jī)的尾部，主要由手柄、手柄座、軸承、離合器軸、推桿、距離套等組成。其中細(xì)長扭矩軸為一關(guān)鍵部件，其一端通過漸開線花鍵同電機(jī)轉(zhuǎn)子相連，另一端通過漸開線花鍵與軸齒輪相連。并通過軸承、螺母等與拉桿相連，當(dāng)該軸在手柄與拉桿的作用下外拉時(shí)，同截一齒輪脫離。內(nèi)噴霧供水系統(tǒng)主要由接頭座、水封座、最合密封

8、、泄漏環(huán)、油封、水封裝置外殼、軸承座、軸承、不銹鋼送水管、管座、三通接頭、高壓軟管、鉸接接頭等組成。不銹鋼送水管和滾筒軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)?？績?nèi)外兩道O型圈密封。送水管靠老塘側(cè)通過軸承支撐在軸承座內(nèi)。因兩者有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為防止內(nèi)噴霧水進(jìn)入搖臂油池，在送水管外殼安裝一特制的組合密封，該密封油一特制水封和油封組成，起防水，防塵作用。在水封和油封之間安裝有泄漏環(huán)，泄漏的水經(jīng)過泄漏環(huán)和水封裝置外殼流出搖臂殼體外。油封防止搖臂內(nèi)油液外泄。內(nèi)噴霧水通過接頭座與噴霧冷卻系統(tǒng)的相應(yīng)管路相通，經(jīng)不銹鋼送水管、煤壁側(cè)高壓軟管與滾筒的內(nèi)噴霧供水口相聯(lián)進(jìn)入滾筒水道。兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)均為四星輪減速機(jī)構(gòu)，主要油太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈

9、、行星架、支撐軸承、浮封環(huán)等組成，第一級(jí)行星采用太陽輪，行星架浮動(dòng)的方式，浮動(dòng)靈敏，均載效果好，使壽命大大提高，第二級(jí)由于行星架要輸出動(dòng)力，所以采用太陽輪浮動(dòng)的方式解決行星均在的問題。行星齒輪傳動(dòng)利用4個(gè)行星輪嚙合的功率分流，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大，采用兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)后，搖臂的整體尺寸的到了有效的降低，使搖臂重量減小，剛性提高，也是過煤空間增大，使直搖臂過煤空間小的矛盾得到了一定程度的解決。滾筒聯(lián)接套采用平面浮動(dòng)油封裝置，能適應(yīng)行星機(jī)構(gòu)的軸向竄動(dòng)，適應(yīng)煤塵和煤泥水的工況。輔助液壓系統(tǒng)系統(tǒng)包括兩部分：調(diào)高油缸、制動(dòng)回路。由調(diào)高泵箱，機(jī)外管路，左右調(diào)高油缸和液壓制動(dòng)器等組成。左、右調(diào)高油缸和液壓制動(dòng)器均

10、勻布置在牽引減速箱內(nèi)。調(diào)高泵箱由調(diào)高電機(jī)，調(diào)高泵，高、低壓溢流閥，粗、精過濾器，壓力表，手液動(dòng)換向閥，剎車電磁閥，閥塊，閥體，接頭排座等組成。各部件可以從老塘側(cè)抽出，維修方便。調(diào)高回路功能：（1）滿足采煤機(jī)臥底量要求；（2）適應(yīng)采高的要求。調(diào)高回路的動(dòng)力由調(diào)高電機(jī)提供。在調(diào)高時(shí)，調(diào)高油缸的阻力較大，為防止系統(tǒng)油壓過高，損壞油泵及附件，在齒輪泵出口出設(shè)有一高壓溢流閥作為安全閥作為安全閥，調(diào)定壓力為25MPa可以滿足調(diào)高要求。電氣部分：本型號(hào)采用目前國際上最為新型的開關(guān)磁組電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)，依據(jù)煤礦井下具體的工礦條件，設(shè)計(jì)制作了可靠的控制、傳輸、保護(hù)等元部件。該系統(tǒng)時(shí)一項(xiàng)機(jī)電一體化的高薪技術(shù)產(chǎn)物。開

11、關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱：“SRD”），它的新穎的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（簡稱：“SR”）與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、電氣控制技術(shù)為一體，兼有異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的有點(diǎn)，但又不同于交流變頻調(diào)速與直流調(diào)速。普通電動(dòng)機(jī)時(shí)電能磁場(chǎng)感應(yīng)電流磁場(chǎng)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程，而SRD系統(tǒng)時(shí)利用磁場(chǎng)和磁場(chǎng)力所具有的特性，直接將磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程。因此它具有交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及直流調(diào)速系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。輔助裝置：1、滑靴組件采煤機(jī)依靠左、右行走箱上的兩只導(dǎo)向滑靴和煤壁的兩組滑靴組件騎在工作面上的刮板輸送機(jī)的銷軌和鏟煤板上，由于本機(jī)無底托架，兩組滑靴組件分別只直接聯(lián)接在左右牽引減速箱的煤壁側(cè)。拖纜

12、裝置由拖纜架、銷、電纜夾板等組成，當(dāng)采煤機(jī)沿工作面運(yùn)行時(shí)，拖拽并保護(hù)電纜和水管，使其在拖拽時(shí)平緩過渡，不會(huì)因受力而損壞，拖纜裝置固定在中間控制箱的右上部，在電纜槽內(nèi)需裝夾板的電纜長度應(yīng)比工作面長度的一半略長。 2、噴霧冷卻系統(tǒng)采煤機(jī)工作時(shí)，滾筒在截割和裝煤過程中將產(chǎn)生大量的煤塵，這不僅降低了工作面的能見度，影響正常生產(chǎn)，而且對(duì)安全生產(chǎn)和工人的健康也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此必須及時(shí)降塵，最大限度地降低空氣中的含塵量，同時(shí)采煤機(jī)在工作時(shí)，各主要部件如電機(jī)、電控變壓器、搖臂等產(chǎn)生大量的熱量，須及時(shí)進(jìn)行冷卻以保證采煤機(jī)正常工作。噴霧冷卻系統(tǒng)由水閥、安全閥、節(jié)流閥、噴嘴、高壓軟管等組成，來自噴霧泵站的水由

13、送水管經(jīng)電纜槽，拖纜裝置進(jìn)入水閥，再有水分配閥用于冷卻。噴霧降塵水源通，斷時(shí)由開關(guān)來完成的，當(dāng)大開時(shí)，壓力水進(jìn)入過濾器過濾，然后分為六路，其中兩路用于左右滾筒的內(nèi)噴霧，另外兩路用于左右截割電機(jī)及左右搖臂水套，另外一路用于電控箱及調(diào)高電機(jī)，最后一路用于左右牽引電機(jī)。各水路水量可由相應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)調(diào)定壓力為1.5MPa。四、采煤機(jī)部件的實(shí)例分析齒輪參數(shù)表齒輪參數(shù)表序號(hào)Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15模數(shù)89810齒數(shù)25352922372733313915174916185224352633軸號(hào)IIIIIIIVVVIVIIVIIIVIIIVIIII

14、轉(zhuǎn)速148010571275.9758.6620.7660.8525.3123.10123.129.00874.9715.8762.0605.7142.00170.333.401005.3822.5875.6696.0163.30163.338.40齒輪校核計(jì)算計(jì)算依據(jù)及計(jì)算過程重要計(jì)算結(jié)果 齒輪參數(shù)、材料、熱處理工藝及制造工藝的選定1、齒輪采用30CrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度可達(dá)5862HRC。試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限為；試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度6級(jí)。惰輪受到循環(huán)彎曲應(yīng)力，所以上述惰輪的試驗(yàn)齒根彎曲疲勞極限乘了一個(gè)修正系數(shù)0.8。2、 幾何

15、尺寸計(jì)算： ； ； ；分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；其中：，；+mm3、齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算：采煤機(jī)用的齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定全功率驗(yàn)算，因?yàn)闈L筒截割硬煤或夾矸時(shí)可能受到很大的沖擊負(fù)載。設(shè)計(jì)時(shí)間按T=20000h=1200000min計(jì)算。（1）圓周速度 （2）確定計(jì)算負(fù)載名義轉(zhuǎn)矩： 名義圓周力：（3） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Na （4）精確校核該軸的強(qiáng)度要求：對(duì)于重要的軸，必須按安全系數(shù)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度。=1450MPa；=1450MPa；=400MPa；=280MPa。200mm；280mm；216mm；296mm。；。；。五、采煤機(jī)系統(tǒng)改進(jìn)措施及建議 采煤機(jī)在出廠前已做過部

16、件和整機(jī)的出廠試驗(yàn)，運(yùn)抵煤礦后無特殊原因不要重新拆裝。由于經(jīng)過途中運(yùn)輸和擱置過程，必須經(jīng)過地面運(yùn)轉(zhuǎn)后方可投入井下生產(chǎn)。地面檢查的注意內(nèi)容有：檢查機(jī)器各部件是否正常，完整無損，各部件連接部位有無松動(dòng)，外接管路是否擠壓，碰撞損壞，接頭是否擰緊，各油池、潤滑點(diǎn)是否按潤滑系統(tǒng)圖要求的油質(zhì)和油位注油，有無從滲漏現(xiàn)象，操作手把是否靈活可靠，機(jī)內(nèi)變壓器、調(diào)速裝置是否完好。整機(jī)地面試運(yùn)轉(zhuǎn)：輔設(shè)刮板運(yùn)輸機(jī)，將采煤機(jī)騎在輸送機(jī)上，按正常井下操作順序接上符合要求的泵、電后，進(jìn)行整機(jī)空載運(yùn)行，并檢查各運(yùn)轉(zhuǎn)部分的聲音是否正常，有無異常的發(fā)熱和滲漏現(xiàn)象，再操作各電控按鈕和手把，檢查動(dòng)作是否靈活、可靠，內(nèi)、外噴霧是否正常，

17、采煤機(jī)與輸送機(jī)配套是否合適。對(duì)于采煤機(jī)的操作：采煤機(jī)在井上檢查與試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，即可送下井。運(yùn)送時(shí)，要根據(jù)礦井的具體條件將機(jī)器解體成幾部分。整機(jī)解體一般可分為幾大件：中間箱、左右行走部、左右搖臂、左右滾筒。對(duì)解體后外露的空、腔必須嚴(yán)密封閉，對(duì)裸露的結(jié)合面、齒輪、軸頭、管接頭、電器插頭、操作手把、按鈕必須采取保護(hù)措施；對(duì)某些活動(dòng)部分必須加以固定；油管、水管兩端必須堵后包扎方能下井；對(duì)緊固件和零碎小件必須分類裝箱下運(yùn)，以免丟失。井下組裝與檢查同地面相同。采煤機(jī)司機(jī)必須經(jīng)過地面培訓(xùn)，才能上崗。操作注意事項(xiàng)：1、機(jī)前檢查：（1）必須檢查機(jī)器附近有無工作人員工作；（2）檢查各操作手把、按鈕及離合器手把位置

18、是否正常；（3）油位是否符合規(guī)定要求，有無滲漏現(xiàn)象；2、采煤機(jī)在啟動(dòng)前，必須先開水，后開機(jī)；停機(jī)時(shí)，先停機(jī)后關(guān)水；3、未遇意外情況，在停機(jī)時(shí)不允許使用“緊急停車措施”；4、操作中隨時(shí)注意滾筒位置，要防止割頂、割梁和丟頂、漂低等；5、要隨時(shí)注意電纜和水管工作狀態(tài)，防止電纜和水管擠壓、蹩勁和跳槽等事故的發(fā)生；6、注意觀察油壓、油溫及機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如有異常，應(yīng)立即停車檢修；7、長時(shí)間停機(jī)或換班時(shí)，必須打開隔離開關(guān)，并把離合器手把脫離，關(guān)閉水閥開關(guān)。截割滾筒擔(dān)負(fù)著落煤、裝煤作用。主要由滾筒筒體、截齒、齒座和噴霧和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星機(jī)構(gòu)連接軸采用方形接套連接。連接可靠，拆裝方便。滾筒以及截齒、

19、噴嘴均屬于易損件，正確維護(hù)和使用滾筒，對(duì)延長其工作壽命，提高截割功率利用率使十分重要的。所以開機(jī)前必須做到如下幾點(diǎn)：1、檢查滾筒上截齒和噴嘴是否處于良好狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)截齒刀頭嚴(yán)重磨鈍，應(yīng)及時(shí)更換，若噴嘴被堵，亦應(yīng)及時(shí)更換，換下的噴嘴經(jīng)清洗后可復(fù)用；2、檢查滾筒上的截齒和噴嘴是否齊全，若發(fā)現(xiàn)丟失，則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)上；3、截齒和噴嘴的固定必須牢固；4、檢查噴霧冷卻系統(tǒng)管路是否漏水，水量、水壓是否合乎要求；5、固定滾筒用的螺栓是否松動(dòng)，以防滾筒脫落；6、采煤機(jī)司機(jī)操作時(shí)，做到先開水、后開機(jī)。停機(jī)時(shí)先停機(jī)，后停水，并注意不讓滾筒割支架頂梁和輸送機(jī)鏟等金屬件。對(duì)于采煤機(jī)的注油：采煤機(jī)的注油應(yīng)按注油潤滑圖的要求及時(shí)加入，保證采煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，注油時(shí)必須注意：1、按注油圖標(biāo)明的油脂牌號(hào)加油，不允許混用；2、液壓油與齒輪油，注入時(shí)必須經(jīng)過過濾，以保證油質(zhì)清結(jié)；3、注入的油量應(yīng)適當(dāng)，要符合油圖標(biāo)明的要求。對(duì)于采煤機(jī)的維護(hù)檢修：正常的維護(hù)與檢修，對(duì)提高機(jī)器的可靠性，減少事故率，延長使用壽命十分重要。一般分日檢、周檢、季檢及大修。（一）日檢內(nèi)容1檢查各大部件連接的液壓