本科畢業(yè)設計（論文）題 目 采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計姓 名 專 業(yè) 學 號 指導教師 II摘 要國內薄煤層開采在許多礦井中都面臨著很多的問題，而朔里礦區(qū)也是如此。隨著礦井可采儲量的日益枯竭，薄煤層的開采問題已越來越突出。 由于開采設備原因，對于 1.3～1.5m 的較薄煤層開采，機械化程度普遍不高，其生產效率也比較低。薄煤層開采制約了下序其它煤層的開采速度，直接影響著 礦井高產高效生產。較薄煤層使用大架型機械設備進行開采，不僅開采成本增高，而且頂板常會被切割，導致煤炭灰分增高，甚至資源不能得到回收。目前國內的薄煤層綜采技術，尤其是綜采機械化裝備配套技術還很不成熟，正處于探索階段。對于大傾角較薄煤層綜采方面的現場技術實踐就更少了，其理論研究工作也相對薄弱。根據我們朔里礦業(yè)的自然資源情況，有些就屬于大傾角薄煤層。因此，積極探索機械化開采途徑就很有必要。本課題分析的在采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計。主要進行了采煤機總體方案設計，采煤機截煤部結構設計，采煤機牽引部結構設計及計算。關鍵詞：煤層；開采；機械式IIIABSTRACTThin seam mining in many domestic mines are facing many problems, and Schori mine as well. With the increasing depletion of mine recoverable reserves, mining in thin seam has become increasingly prominent. Due to reasons mining equipment for thin seam mining 1.3 ~ 1.5m, the degree of mechanization is generally not high, production efficiency is relatively low. Thin coal seam under the order restricting the other seam exploitation rate directly affects the production of high yield and efficiency of mine. Use large frame-type thin seam mining machinery and equipment, not only increased the cost of mining, and the roof will often be cut, resulting in coal ash increased, even resources can not be recovered.Current domestic Thin Seam Mining technology, especially mechanized mining machinery equipment technology is still immature, we are at the exploratory stage. For inclination and thinner seam fully mechanized coal-site technical aspects of the practice and even less, its theoretical research is relatively weak. According to the natural resources we Schori mining, some belong to deep inclined thin seam. Therefore, actively explore ways of mechanized mining is very necessary.This paper analyzes the shearer cutting unit drive system design. Mainly for the overall design of the shearer, shearer coal unit design, shearer haulage unit structure design, calculation.Keywords: Coal; mining; mechanicalIV目 錄第 1 章 緒論.11.1 采煤機國內外研究現狀.11.2 大傾角薄煤層開采技術及設備概述.21.2.1 概述.21.2.2 選擇合適的綜采配套設備.21.2.3 回采技術工藝.31.2.4 支架和運輸機防倒滑措施.3第 2 章 采煤機總體方案設計.52.1 采煤機基本概況.52.1.1 采煤機的分類.52.1.2 我國采煤機發(fā)展史.52.1.3 我國采煤機技術發(fā)展的趨勢.62.2 牽引方式.72.3 驅動方式.72.4 采煤機的附屬設備.8第 3 章 采煤機截割部結構設計.93.1 截割部概述.93.2 截割部特點.93.3 采煤機的滾筒.93.4 采高和截深.93.5 設計生產功率.93.6 裝機功率.103.7 搖臂和電動機.113.8 電牽引采煤機截割部設計.113.8.1 螺旋滾筒設計.113.8.2 螺旋滾筒的轉向.123.8.3 滾筒的三個直徑.133.8.4 滾筒升角.143.8.5 螺旋頭數.153.8.6 截齒.153.8.7 截齒的材料以及截齒的固定.173.9 截割部減速器傳動系統(tǒng).173.9.1 截割部搖臂傳動系統(tǒng).183.9.2 截割部搖臂傳動系統(tǒng)齒輪.183.9.3 各齒輪的基本尺寸及相關計算183.9.4 傳動比以及輸出轉速223.7.5 各軸承選用的規(guī)格和代號.233.9.5 電牽引采煤機的搖臂233.10 齒輪傳動的設計計算.233.10.1 第一傳動組齒輪設計計算.233.10.2 第二傳動組齒輪設計計算.33V3.10.3 第三傳動組齒輪設計計算.413.11 截一軸及其軸承壽命驗算.493.11.1 求軸上的載荷.493.11.2 校核該軸的強度.513.12 截二軸的詳細校核.513.12.1 求軸上的載荷.513.12.2 校核該軸的強度.533.13 截三軸的詳細校核.533.13.1 求軸上的載荷.533.13.2 校核該軸的強度.553.13.3 軸承壽命的驗算.56第 4 章 采煤機牽引部結構設計.574.1 牽引部傳動系統(tǒng)的分析.574.2 各級齒輪的傳動比的確定.57第 5 章 使用說明.58第 6 章 技術和經濟分析.58總結.68參考文獻.70新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計1第 1 章 緒論1.1 采煤機國內外研究現狀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電牽引采煤機、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(fā)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(fā)展時期。第二代采煤機——單搖臂電牽引采煤機的出現，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(yōu)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(fā)掌和提高，綜采設備開始向大功率、高效率及完善性能和擴大使用范圍等方向發(fā)掌，相繼出現了功率為750～1000KW，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(tǒng)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。80 年代以來,世界各主要采煤國家,為適應高產高效綜采工作面發(fā)展和實現礦井集中化生產的需要,積極采用新技術,不斷加速更新和改進電牽引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。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新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計2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(fā)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(fā)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。1.2 大傾角薄煤層開采技術及設備概述1.2.1 概述國內薄煤層開采在許多礦井中都面臨著很多的問題，而朔里礦區(qū)也是如此。隨著礦井可采儲量的日益枯竭，薄煤層的開采問題已越來越突出。 由于開采設備原因，對于 1.3～1.5m 的較薄煤層開采，機械化程度普遍不高，其生產效率也比較低。薄煤層開采制約了下序其它煤層的開采速度，直接影響著 礦井高產高效生產。較薄煤層使用大架型機械設備進行開采，不僅開采成本增高，而且頂板常會被切割，導致煤炭灰分增高，甚至資源不能得到回收。目前國內的薄 煤層綜采技術，尤其是綜采機械化裝備配套技術還很不成熟，正處于探索階段。對于大傾角較薄煤層綜采方面的現場技術實踐就更少了， 其理論研究工作也相對薄弱。根據我們朔里礦業(yè)的自然資源情況，有些就屬于大傾角薄煤層。因此，積極探索機械化開采途徑就很有必要。1.2.2 選擇合適的綜采配套設備1.工作面情況與薄煤層設備性能1)地質情況朔里礦業(yè)回采區(qū)域內煤層賦存穩(wěn)定，煤層結構單一，一些薄煤層厚度1.0～2.0m 左右，斷層附近煤層變化較大。煤層傾角在 16～27o，局部最大可達 30o。一些煤層直接頂為粉砂巖， 中等穩(wěn)定。老頂為細砂巖， 來壓比較明顯。不少工作面有性脆易破碎的偽頂，對開采影響較大。2)薄煤層機械化開采設備基本性能目前國外已研制出一些薄煤層機械化開采設備，如烏克蘭頓巴斯研制的適于開采薄煤層和極薄煤層（煤層厚 0.4～1.5m）的刨煤機和螺旋鉆機，波新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計3蘭研制的 適用于厚 1.0～1.6m、傾角小于 35o 薄煤層開采的 KSE-360 型電牽引采煤機等。對于本地區(qū)的這種情況，應用國內較薄煤層開采的液壓支架， 然后再進行三機配套選型比較合適。2.綜采設備的選擇1)采煤機現使用的電牽引采煤機，比較適用于現代化的長壁開采 工作面。當采高低于 2m 時，電牽引采煤機的工作性能會受到發(fā)揮（如操作人員不能快速調轉采煤機的采煤方向、工作面煤炭運輸緩慢和采煤機切割速度慢等） 。為適 應采高小的條件，可選用與支架相配套的 MG150/355-BWD 型電牽引雙電牽引采煤機。其滾筒直徑 1.25m，截深 0.6m，最大采高 2.3m，裝機功 率 355kW。適應傾角小于 25o 工作面。2)液壓支架與普通綜采支架相比的特點：支架前梁與頂梁用兩根銷軸剛性鉸接成整體頂梁，增大了回采面的安全空間和前端支撐能力，有利于割煤， 支架運輸、拆裝方便；支架頂梁和掩護梁一側安裝固定側護板，另側安裝活動側護板，除能防止矸石竄入架內外，在調架、防倒上也具有重要作用；支架掩護梁、前 后連桿均為箱形截面結構，抗拉、抗壓、抗扭能力強；支架整體剛性底座穩(wěn)定性好，不易變形，與底板接觸比壓?。煌埔蒲b置采用倒置千斤頂，增大拉架力，提高移 架速度，可有效地控制頂板；主進液、回液系統(tǒng)、立柱、推移千斤頂采用了大流量液壓系統(tǒng)，提高了移架、推溜速度；架寬窄，重量輕，調高范圍大，適應煤厚變化 能力強和復雜地質條件。1.2.3 回采技術工藝采煤機進刀方式為端部斜切進刀，割煤為雙向割煤?，F場應用，運輸機機頭機尾各伸出采面兩端 1m 左右，以保證采煤機滾筒能割透煤壁。割煤速度應與刮板輸送 機的運輸能力相配套。設備運行狀態(tài)良好。1.2.4 支架和運輸機防倒滑措施1.選擇合適的偽斜角度新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計4合適的角度進是防止設備下滑的有效措施。例如某工作面，為保證工作面?zhèn)涡蓖七M，在最初的采區(qū)巷道布置中，按力學計算，設計工作面切眼與下運巷間夾角為 94o。經推采試驗，當下運巷超前上風巷 8～10m，即工作面與下運巷夾角為 97o 時，支架在推移運輸機時產生的向上分力與工作面運輸機自重產生的下滑力 相平衡，可較好地制止運輸機下滑，保持工作面運輸機與下運巷轉載機相對距離的穩(wěn)定。2.順序移架所試用的工作面，采用端部割三角煤斜切進刀方式，往返一次割兩刀，每刀進尺 0.5m。為有效控制頂板，采 取分段追機移架方式，推移支架順序由下向上，鄰架操作，帶壓移架。每組支架在移動過程中都以其下側相鄰的支架側護板為導向和支撐點，這樣有效地控制、預防 了移架過程中支架的傾倒和下滑。3.隨調支架方向與垂直度煤層傾角大，移架過程中前梁易下甩，改變支架推移方向，有時也可造成支 架歪斜，所以必須隨時調整支架方向和與頂底板的垂直角度，保證支架頂梁與頂底板平行，支架推移方向與運輸機垂直。使用的工作面就是按要求，隨時觀察支架的 工作狀態(tài)，利用位于頂梁下側的可活動側護板使頂梁向上移動，同時使用倒推千斤頂進行調架，或使用 DZ215 系列液壓支柱向上戧液壓支架的架前腳，使支架處 于垂直頂底板的正常幾何位置。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計5第 2 章 采煤機總體方案設計2.1 采煤機基本概況2.1.1 采煤機的分類采煤機定義及種類采煤機是一種集機械、電氣、液壓于一身的大型復雜系統(tǒng)，與刮板輸送機、液壓支架共同構成綜合機械化采煤設備“三機”，是實現煤礦生產機械化和現代化的重要設備之一。采煤機按工作機構形式分鋸削式、刨削式、鉆削式、銑削式四類，其中，鋸削式采煤機也稱截煤機，依托安裝在循環(huán)運動的截鏈上的截齒深入煤壁截煤；鉆削式采煤機靠鉆頭邊緣的刀齒鉆入煤體，由鉆頭中部的破煤刀齒將中部的煤體破碎；刨削式采煤機又稱刨煤機，靠刨刀的往復運動刨削破煤；銑削式采煤機靠滾筒上的截齒旋轉銑削破煤。2.1.2 我國采煤機發(fā)展史作為世界上最早利用煤炭資源的國家之一，中國的煤炭資源利用史可追溯至六七千年前，與如此長遠的煤炭利用史相比，采煤機的發(fā)展史則簡單得多。20世紀40年代，英國、前蘇聯相繼研發(fā)鏈式采煤機，雖在一定程度上變革了煤炭生產方式，卻因較低的工作效率為人詬病，與此同時德國研發(fā)刨煤機；50年代，英國、德國又相繼研發(fā)出滾筒式采煤機；60年代，英國、德國、法國、前蘇聯先后革新滾筒式采煤機，奠定了現代化采煤機械的基礎，自此，煤炭生產進入高產高效、安全可靠的現代化發(fā)展階段；70年代以來，綜合機械化采煤設備日臻成熟完善，向著數字化、智能化方向發(fā)展。中國的采煤機發(fā)展史始于20世紀50年代初，從前蘇聯引進鏈式采煤機并組織自行生產，而其較低的工作效率決定了其不可能得到廣泛推廣應用；60年代，我國從波蘭引進滾筒式采煤機并組織自行生產；70年代，我國從英國、波蘭、法國、德國等大量引進雙滾筒可調高采煤機，走上大規(guī)模研制和生產現代化采煤設備之路。70年代至今，經過幾十年的發(fā)展，我國已能自行設計生產適合于各種煤區(qū)環(huán)境的滾筒式采煤機，并致力于采煤機機械化力度的加強。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計62.1.3 我國采煤機技術發(fā)展的趨勢經過幾十多年的發(fā)展，目前我國采煤機械技術水平取得長足進步，與國外距離逐漸縮小，中低端產品已基本可以滿足國內市場需求，個別產品實現出口。但是，與國外發(fā)達國家相比，我國采煤機械技術領域仍然存在很多方面的問題，如高端產品缺失，產品質量存在隱患，自動化、網絡化程度偏低等。在此背景下，增產提效，實現采煤機械自動化、網絡化成為我國應對國際競爭和提高國家能源安全的必然選擇，同時也是我國采煤機械技術發(fā)展的趨勢。1. 提高產品質量和可靠性質量及可靠性一直是“中國制造”為人“詬病”的軟肋，要想擺脫這一命運，就必須采用現代設計和分析方法提高采煤機設計可靠性，重點是提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能。計算機技術與虛擬樣機技術的快速發(fā)展為采煤機產品制造提供了新的機遇，通過三維造型，對產品進行虛擬制造、裝配、試驗，極大地提高了產品的設計質量和可靠性，縮短了新產品的研制周期。2. 高度自動化、智能化自動化、智能化采煤機是信息時代發(fā)展的必然產物，直接影響了礦井的綜合機械化采煤技術的實施。采煤機自動化、智能化主要體現在：第一，基于網絡的采煤機故障分析智能技術。當前，采煤機故障的表現方式為“黑洞現象”，并無過程記錄。對于多種綜合因素聯合誘發(fā)的采煤機故障，現場故障診斷較難。在無故障發(fā)生的過程記錄條件下，難以判斷故障誘發(fā)因素，采煤機信息處理處于“信息孤島”狀態(tài)。增加故障診斷功能，及時挖掘“病灶”，并給出解決方案，防止采煤機故障擴大引起工作面停產的嚴重后果。第二，工作面顯示與信息傳輸系統(tǒng)。在采煤機上安裝高清晰低光攝像頭,隨機監(jiān)測滾筒位置并將視頻信息通過隨機光纜傳送回采巷道控制臺計算機。操作人員可以在工作面輸送機頭通過監(jiān)視計算機監(jiān)視采煤機工作情況。第三，采煤機與液壓支架聯動技術。如同為采煤機安裝了GPS定位系統(tǒng)，支架能及時獲取采煤機的位置、方向等信息，并基于這些信息自動控制支架動作。隨著經濟發(fā)展和科技進步，我國采煤機技術取得長足發(fā)展，當前已研制出適新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計7應不同開采條件的系列采煤機產品。但與國外發(fā)達國家相比，我國采煤機在生產效率、產品質量、自動化和智能化監(jiān)測監(jiān)控等方面仍存在較大差距?；谑澜绮擅簷C發(fā)展趨勢和潮流，開發(fā)研制安全可靠礦井“三機一架”綜合配套技術是未來我國煤機事業(yè)主攻方向。2.2 牽引方式電牽引采煤機有各種不同的牽引方式。牽引部和截割部聯結成一個整體，在工作面上來回移動，稱為內牽引。工作面上只有截割部，卻把牽引部設在工作面短頭上下順槽里，牽引部不跟截割部一起移動，只隨工作面向前推移，則為外牽引。外牽引只能為有鏈牽引，而內牽引可以為有鏈條牽引和無鏈牽引。有鏈牽引有斷鏈和跳鏈的危險，鏈條的彈性振動和鏈傳動造成的速度脈動，使采煤機受到較大的動負荷，鏈條對于滾筒的裝載、運輸機和液壓支架的推移也有一定的妨礙，所以有鏈牽引有很多不足之處。而無鏈牽引和有鏈牽引相比具有很多優(yōu)點：（1）采煤機移動比較平穩(wěn)，保證了采煤機的載荷比較穩(wěn)定；(2) 提高了設備的可靠性和生產的安全；（3） 采煤機移動所消耗的能量較少；（4）采煤機的運轉噪音較低，有利于改善工作面的勞動條件；（5） 提高了采煤機的爬坡能力；（6） 在一個工作面上可能采用多臺采煤機同時作業(yè)，以提高工作面量。通過以上比較本機采用無鏈牽引中的液壓傳動。2.3 驅動方式采煤機驅動的方式有以下幾種：1） 單驅動方式——用一臺電動機驅動采煤機的各個部分，包括牽引部、全部截割部及其他輔助裝置等2） 分別驅動方式——各截割部由單獨的電動機驅動，牽引部和其他輔助裝置可以由截割部電動機驅動，或另設電動機驅動；3） 聯合驅動方式——把兩臺電動機結合成整體，共同驅動采煤機的各部分。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計8分別驅動時，各電動機的功率一般相同。雙電牽引采煤機每臺截割部電動機的功率只有單機驅動和聯合驅動時的一半，截割部可以設計的較小，且結構簡單，可以取消易引起發(fā)熱等問題的橫貫牽引部的過軸。本次設計采用分別驅動方式，用兩個250KW的電機分別驅動兩個截割部，用兩個40KW的電動機驅動牽引部，也可用液壓馬達驅動牽引部。2.4 采煤機的附屬設備1.滅塵方式：采煤機在工作中會產生很多的粉塵，需要采取多方面的處理措施。主要有噴霧滅塵、泡沫滅塵和吸塵器捕塵。噴霧滅塵就是用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散，使其霧化，形成把粉塵源與外界隔離的水幕。泡沫滅塵雖然具有一定的優(yōu)點但是泡沫滅塵需要較復雜的設備，目前還不能大量生產高效、無毒和廉價的泡沫劑，因此在采煤機上未能得到推廣。吸塵器從粉塵源吸取塵空氣，排入捕塵器，利用擴散、碰撞或離心力等，使粉塵與空氣分離，沉積在捕塵器的殼體內壁，然后用水沖洗排入運輸機，凈化空氣直接排出。通過吸塵器的粉塵約95%-98%，滅塵效率相當高。但是，吸風管口要靠近粉塵源，吸入的含塵空氣要多，否則含塵空氣在旁邊流走，就達不到凈化空氣的目的了。本機采用噴霧滅塵方式。噴霧滅塵有可分為內噴霧滅塵和外噴霧滅塵，在這里我們選擇內外噴霧結合滅塵。2.調高方式本機采用搖臂調高，這種調高方式不僅調高范圍大，并且隨時可以調高。3.搖臂采用大角度彎搖臂。這樣可以加大過煤空間，提高裝煤效果，臥底量大。4.軸承軸承主要有滑動軸承和滾動軸承?；瑒虞S承的潤滑和密封條件一般都比較差，軸承的磨損可能引起搖臂較大的徑向竄動。截割部主減速箱最后一級傳動不宜用圓錐齒輪，以免搖臂的徑向竄動嚴重影響齒輪的嚙合質量。滾動軸承的密封和潤滑問題比較好解決，軸承的磨損也比較輕微。本機采用滾動軸承。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計9第 3 章 采煤機截割部結構設計3.1 截割部概述截割部是采煤機實現落煤、裝煤的主要部件，它分別由左右截割部組成，每個截割部主要由截割部殼體、截割電機、齒輪減速器裝置、滾筒等組成，截割部內設有冷卻系統(tǒng)、內噴霧等裝置。3.2 截割部特點1、截割部（搖臂）回轉采用學銷鉸軸結構，與其它部件間沒有傳動聯，回轉部分的磨損與截割部傳動齒輪嚙合無關。2、截割部齒輪減速都是簡單的直齒傳動，傳動效率高。3、截割電機和截割部一軸齒輪之間采用細長扭矩軸聯接，電機和截割部一軸齒輪安裝位置的小量誤差不影響動力傳遞，便于安裝，在受到較大的沖擊載荷時對截割傳動系統(tǒng)的齒輪和軸承起到緩沖作用。4、高速軸油封線速度大大降低，提高了油封的可靠性和使用壽命。5、截割部殼體采用彎搖臂結構形式，較直搖臂可以加大裝煤口，提高裝煤效率，增加塊煤率。3.3 采煤機的滾筒本采煤機采用雙滾筒對稱布置，采用機械調高，調高范圍：1.3~3.0（米）。3.4 采高和截深采高為：1.6~ 3.2（米）。截深為 0.62m 0.66m。滾筒直徑分別為：1400m 1600m。牽引速度為0~ 8（米 /分）3.5 設計生產功率設計生產功率： [1]Q = 60·J·H·Vq·γ （3-1）式中 J——滾筒的有效截深（米）J = 0.63；新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計10H——采煤機的平均采高（米）H = 2.4；Vq——采煤機的最大工作牽引速度（米/分）Vq =8；γ = 1.35——煤的重率（噸/ ）。2米Q = 60×0.63×2.4×8×1.35= 979.7（噸/時）= 979.7/60（噸/分）3.6 裝機功率裝機功率： [1]（3-2）1260.0.4WBXBXQNHK????（ ） 312.6K?=（ ） （ 千 瓦 ）式中 ——功率利用系數，以為該機的驅動方式為分別驅動所以=0.8。1K——功率水平系數，由表3—1查得 =0.9。2 2K——后滾筒的工作條件系數， =0.8。3——采煤機的比能耗，由表3—2查得 =0.44（KW.h/T）。WBHWBH=WBXHXA?≈ =300N/mm。。0.4./WBXKhT?（ ）3WBXH??69760.808N???（ ）取 N = 591KW。?5（ K）表3—1功率水平系數 2新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計11電動機 max/HM自動調速 人工調速2.0-2.2 0.90 0.802.2-2.4 0.95 0.852.4-2.6 1.00 0.90表3—2螺旋電牽引采煤機比能耗 WBH牽引速度 （米/分）2.0 3.0 4.0 5.0 6.0（ KWWBH.h/T）0.50 0.44 0.42 0.403.7 搖臂和電動機彎搖臂 2055.02mm，搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。 裝機功率P=591KW，機重36T。本機采用無鏈牽引，多電動機橫向布置同時驅動，可以電液互換。截割電機功率為：2×250 = 500KW。電牽引速度為0~ 8（m/min），液壓牽引速度為0~6.9（m/min ）。滾筒轉速 40~50（r/min）。滅塵方式：內外噴霧。3.8 電牽引采煤機截割部設計3.8.1 螺旋滾筒設計螺旋滾筒是一個帶有螺旋葉片的圓柱體，刀具裝在焊于螺旋葉片上的齒座中，工作時滾筒轉動并作徑向移動，截割破碎煤炭，再由螺旋葉片把煤沿滾筒的軸線方向推運出來，裝進工作面運輸機。通常所說的滾筒直徑是指刀尖所在的圓的直徑 。齒座焊到葉片上后，螺旋葉片的最大回轉直徑，稱為葉片直徑 。螺旋cD yD新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計12葉片的內緣和筒彀相結合處的直徑 稱為筒彀直徑。gD螺旋葉片的表面是螺旋面，其上任意點的螺旋升角為（4-1）iiSarct??式中 、 ——該點所在螺旋線的直徑和螺距（采用多頭螺旋滾筒時則應為iDiS導程）。切削厚度 [1]（4-2）max10(.qvhn??厘 米 ）式中 ——最大切削厚度；maxhm ——刀具同一條軌跡（截線）上安設的刀具數；n ——滾筒的轉速（轉/分）；——牽引速度（米/分）。qv刀具的平均切削厚度可用月牙形面積和截割長度相除而得： max263.8qcvDhn????p （ 厘 米 ）式中 ——平均切削厚度。ph3.8.2 螺旋滾筒的轉向為了保證螺旋葉片向運輸機裝煤，而不是向煤壁推煤，滾筒葉片的螺旋方向應與滾筒轉向相適應。站在采空區(qū)一側看滾筒，右螺旋滾筒應是順時針方向轉動，左螺旋滾筒應是逆時針方向轉動。在采煤機往返采煤的過程中，滾筒轉向雖然不變，卻有兩種不同的情況：順轉時，刀具截割方向與碎煤下落方向相同；逆轉時，刀具截割方向與碎煤下落的方向相反。為了增強采煤機的工作穩(wěn)定性，避免兩個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙電牽引采煤機的兩個滾筒的轉向應該相反。兩滾筒的轉向有前順后逆和前逆和順兩種方案。滾筒直徑較大時，滾筒生產率大于運輸機生產率，確定滾筒轉向應偏重于節(jié)省能耗和提高工作穩(wěn)定性及操作新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計13安全的要求。前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，是采煤機騎座運輸機工作的一般情況，因此在該采煤機中滾筒采用前順后逆。3.8.3 滾筒的三個直徑雙電牽引采煤機一般要在每個行程中開采全部采高，滾筒直徑不宜小于采高的一半。根據保持兩滾筒裝煤量相同的要求確定滾筒的直徑，設滾筒直徑 與采cD高H的比值為a，滾筒的裝載效率是η，則：A·H = （1-a）·H + （1-η）ah （4-3）aH和（1-a）H分別是兩個滾筒的截割高度，（1-η）ah是前滾筒丟剩的浮煤量，應由后滾筒裝走。整理即得1a???大直徑滾筒的裝載效率約為70~80%，所以a = 0.6。= 0.6×H = 0.6×1.6~0.6×3.2cD= 0.96~1.98（米）由經驗類比取兩滾筒的 分別為1.4米和1.6米。c滾筒的最大切削厚度受到最大截距的限制：（4-4）max2tbhg????式中 ——滾筒刀具的最大截距（厘米）；maxtb——刀具的截刃寬度（厘米）截刃寬一般取12~20mm，本機取b = 15mm=1.5cm；——截槽側面的崩角，由表4—1取值。 =38°。??表4—1截槽崩裂角與煤質和切削厚度的關系新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計140.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10 15 20 25脆性煤 82 77 73 71 68 65 61 58 55 52 49 43 38 34韌性煤 69 63 58 55 52 49 45 42 41 38 36 32 29 25max2tnbh???整理得 axaxth??=2×0·7813×7·75+1.5=13.6cm為了避免螺旋葉片與截槽間殘留的煤棱相抵觸，滾筒的最大切削厚度不得超過刀具伸出刀座長度的70%，即（4-5）max()t0.7()cytbcgD?????整理得 max1.43ycDb?≦ -22.15=1600-221.5 =1278.5mm取 =1.2m，y葉片直徑與筒彀直徑應保持適當的比例，大直徑滾筒應保持比值大于或者等于2。因此?。簓gDm0.62ygD?3.8.4 滾筒升角對于直徑為1.5米左右的滾筒，螺旋升角 。20ya??3.8.5 螺旋頭數實驗研究證明：葉片螺旋頭數對滾筒裝煤過程的影響很小。但是為了調節(jié)滾筒葉切 削厚 度崩裂煤質 ?新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計15片的螺旋升角常采用多頭螺旋。雙頭螺旋滾筒每條皆線上可以安裝1~2把刀。在設計時，應使葉片高度和葉片間距 保持適當的比例，應使2ygD?（ ） tS（ ）n（4-6）ygKD???t2（ ）式中 ——螺旋線導程；S——螺旋頭數。tn大直徑滾筒K=0.8，因此2tygDSK??（ ）= =0.48m=48mm1.06.8?（ ）取S=50mm。3.8.6 截齒采煤機滾筒設計的一個重要問題是截齒配置，基本要求是：采出的塊煤要多，產生的煤塵要小，截割阻力和牽引力要比較均衡地作用在滾筒上。這些要求若能實現，則采煤機使用壽命延長，同時也將提高煤的售價，保護了井下工作人員的身體健康。塊煤率的大小與截齒的尺寸、安裝數量以及排列方式都有較大的關系，加大截齒的伸出長度或減少截齒的數量都可以提高塊煤率，但這將會加劇整個采煤機的振動，影響采煤機的使用壽命。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計16圖4-1、采煤機滾筒端面結構圖1.端盤端面截齒 2．端盤截齒3．葉片截齒端盤截齒的作用是平衡軸向力與自開缺口。(1)端盤截齒的工作條件接近為半封閉，截齒負荷大，消耗的功率占工作機構的1／3左右，端盤截齒消耗占滾筒截齒消耗的一半左右，故其截距要縮小，每條截線上安裝的截齒數要增多。。端盤端面安裝有6個端面截齒，以利于采煤機開缺口及防止端盤接觸煤壁，增加摩擦和磨損。端盤截齒截距從煤壁向外逐漸加大，即18mm一28mm一34mm — 40 mm。(2)滾筒截齒在截煤過程中所產生的振動對采煤機截割部內的各部件及整個采煤機的使用壽命和工作可靠性的影響都是極為嚴重的。產生振動的原因除了煤是脆性非均勻材料外，另一個較重要的因素是滾筒本身的結構。切槽斷面形狀不對稱是產生截齒側向力的根本原因 J，所有截齒的側向力之和就形成了沿滾筒軸向作用的滾筒側向力，這個力對采煤機的穩(wěn)定性起著決定性的作用，側向不平衡力大小的不斷變化導致了滾筒、搖臂以及整個采煤機沿著這個方向振動。因此在每組截齒中設置一個向采空區(qū)負傾斜截齒，用以平衡軸向力，以減輕采煤機的振動，提高采煤機的穩(wěn)定性。(3)開道截齒采用零度齒，這樣對截割是最有利的，因為開道截齒是在半封閉一封閉截槽里工作，條件最差，當它開出一個自由面后，即為以后截齒開創(chuàng)了良好的工作條件。端盤的截割寬度為120 mm，與滾筒的有效截深630 mm相比只是很小的一個寬度，但對整個滾筒的影響卻是不能忽視的。對截齒的基本要求是：1)耐磨性要好；2)截齒的幾何形狀要能適應不同的煤質和截割條件，截割比能耗要低；3)拆裝截齒要簡便迅速，安裝固定要可靠，以免截齒丟失；4)截齒及其固定裝置的結構應盡量簡單，以利制造和維護。電牽引采煤機采用的截齒基本可分為兩大類：扁截齒和鎬型截齒。該滾筒選用扁截齒。根據比較其他產品，去截角α=25°、前角β=90°-α=5°、后角γ=18°、側角 =6°、尖角 ω=3°。截刃b取15mm。?新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計173.8.7 截齒的材料以及截齒的固定為了保證截齒的強度和耐磨性，截齒齒身常用30~35CrMnSi，30~ 35SiMnV或者40Cr鋼制作，并經調質處理。為了減少截齒的丟失和更換截齒所消耗的時間，要求截齒裝拆方便而固定可靠。由于截煤過程中截齒受到的載荷較重，且有振動所以現代采煤機多采用彈性元件固定截齒。該機的滾筒采用彈簧鋼絲擋住柱銷來固定截齒。3.9 截割部減速器傳動系統(tǒng)截割部減速器要傳遞采煤機的絕大部分裝機功率，載荷重而不穩(wěn)定，工作條件惡劣，可靠性要求高，外形和尺寸卻受到工作環(huán)境的嚴格限制。截割部減速器的強度、剛度、潤滑、密封、效率和散熱等問題，都應予以著重考慮。由以往的經驗，以及原來采煤機的傳動系統(tǒng)可以了解到電牽引采煤機截割部減速器傳動系統(tǒng)都具有以下特點：1） 由于滾筒軸和電機軸互相垂直，傳動系統(tǒng)中必須有一隊圓錐齒輪；2） 截割部系統(tǒng)中還應該有一個離合器或者一個離合齒輪，當離合器或離合齒輪脫開時，調高泵應仍能獲得動力。3） 為了操作輕便，離合器或離合齒輪不設在低速軸上；為了避免圓錐齒輪的模數過大，圓錐齒輪也不宜設在低速軸上。新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計183.9.1 截割部搖臂傳動系統(tǒng)圖 4-2、截割部傳動系統(tǒng)圖3.9.2 截割部搖臂傳動系統(tǒng)齒輪齒輪代號Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12齒數 19 33 34 25（23、26）34（33、36）17 28 28 39 25 14 66模數 7 7 7 8 8 10 10 10 10 8 8 83.9.3 各齒輪的基本尺寸及相關計算由于采煤機齒輪采用較大的變位系數，齒輪的最小齒數一般為 13 或者 14。但第一級齒輪轉速很高，齒數不宜太小。本傳動系統(tǒng)中齒輪的最小齒數取 14，第一級齒輪的齒數取 19。齒輪受到偏載常使齒輪端部折斷。為了避免偏載，特別是為了消除機殼剛度不足造成的偏載的影響，齒輪可沿齒寬方向進行鼓形修緣，修緣量為 0.1~0.15mm。1）Z1：Z = 19，m = 7；新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計19齒距： P = πm = 21.98；齒頂高： = m = 7；ah齒根高： = 1.25m = 8.75；f齒高： h = 2.25m = 15.75；分度圓直徑： d = mZ = 133；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 147；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=115.5；f2）Z2： Z = 33，m = 7；齒距： P = πm = 21.98；齒頂高： = m = 7；ah齒根高： = 1.25m = 8.75；f齒高： h = 2.25m = 15.75；分度圓直徑： d = mZ = 231；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 245；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=213.5；f3）Z3： Z = 34，m = 7；齒距： P = πm = 21.98；齒頂高： = m = 7；ah齒根高： = 1.25m = 8.75；f齒高： h = 2.25m = 15.75；分度圓直徑： d = mZ = 238；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 252；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=220.5；f4）Z4： Z = 25，m = 8；齒距： P = πm = 25.12；新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計20齒頂高： = m = 8；ah齒根高： = 1.25m = 10；f齒高： h = 2.25m = 18；分度圓直徑： d = mZ = 200；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 216；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=180；f5）Z5： Z = 34， m = 8；齒距： P = πm = 25.12；齒頂高： = m = 8；ah齒根高： = 1.25m = 10；f齒高： h = 2.25m = 18；分度圓直徑： d = mZ = 272；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 288；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=252；f6）Z7： Z = 28，m = 10；齒距： P = πm = 31.4；齒頂高： = m = 10；ah齒根高： = 1.25m = 12.5；f齒高： h = 2.25m = 22.5；分度圓直徑： d = mZ = 280；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 300；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=255；f7）Z9： Z = 39，m = 10；齒距： P = πm = 31.4；齒頂高： = m = 10；ah新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計21齒根高： = 1.25m = 12.5；fh齒高： h = 2.25m = 22.5；分度圓直徑： d = mZ = 390；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 410；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=365；f8）Z11： Z = 14，m = 8；齒距： P = πm = 25.12；齒頂高： = m = 8；ah齒根高： = 1.25m = 10；f齒高： h = 2.25m = 18；分度圓直徑： d = mZ = 112；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 128；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=92；f9）Z12： Z = 66，m = 8；齒距： P = πm = 25.12；齒頂高： = m = 8；ah齒根高： = 1.25m = 10；f齒高： h = 2.25m = 18；分度圓直徑： d = mZ = 528；齒頂圓直徑： = m（Z+2）= 544；ad齒根圓直徑： = m（Z-2.5）=508；f新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計22圖 4-3、齒輪結構圖 4-4、齒輪結構圖3.9.4 傳動比以及輸出轉速1. 傳動比高速傳動比 i = 34/19×33/26×39/17×（1+66/14）=29.774；中速傳動比 i = 34/19×34/25×39/17×（1+66/14）=31.904；低速傳動比 i = 34/19×36/23×39/17×（1+66/14）=36.718；2. 輸出轉速新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計23采煤機電動機的額定轉速一般為 1460~1475 轉/分。本機采用 YBCS4—250C型電機，功率為 250KW，電壓 1140V，轉速 1476r/min。輸出轉速：高速 n = 1476/i = 1476/29.774 = 49.6（r/min） ；中速 n = 1476/i = 1476/31.904 = 46.3（r/min） ；低速 n = 1476/i = 1476/36.718 = 40.2（r/min） ；3.7.5 各軸承選用的規(guī)格和代號采煤機中普遍采用滾動軸承。適應采煤機載荷重而尺寸受到嚴格限制的特點，本采煤機采用調心滾子軸承和圓柱滾子軸承。序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10軸承代號NJ220E 22218C NJ19 22219C 22224C 22222C 22222C 42136 22314C 22224C3.9.5 電牽引采煤機的搖臂采煤機搖臂是采煤機的關鍵部件，結構復雜，不規(guī)則。它的一端聯接截割滾筒，一端接電機。電機經過多級齒輪傳動，將動力傳給滾筒，齒輪軸通過軸承安裝在搖臂上。本機采用彎搖臂，搖臂長度為2055.02mm。搖臂上擺角36.3°，下擺角17.3°。3.10 齒輪傳動的設計計算3.10.1 第一傳動組齒輪設計計算1、材料及熱處理大小齒輪均為 ,滲碳、淬火，硬度均為 .CrMnTi20 HRC62~5由圖 8-3-8[文獻 8]查得 ，查得21/50mNHli?? 21lim/40NF??2、齒輪基本參數確定由 可查預估模數為 m=6， （思路是先粗選，然后再校核是否合mNT??12.41適）確定該組的齒輪齒數為：, , 1Z21.9541Zi???32410.853Zi???新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計24分度圓直徑 mzd2546121???齒頂高 ha??齒根高 cf .1)(?m5.7621??全齒高 mhfa 5.1362???齒頂圓直徑 hdaa 26425821????齒根圓直徑 mhdff 2375.21121????基圓直徑 db 2370cos25cs1816o21??????齒距 mmp43??基節(jié) b .1cs81cos?端面重合度)](2.3[21Z?????? )]412(.38[????` m6.1縱向重合度 0???總重合度 2.?中心距 mda189)256(1)(1???新型電牽引采煤機截割部傳動系統(tǒng)設計25齒寬 圓整取 b=60mmmab5718930.?????則確定齒寬為： 1263、按齒面接觸疲勞強度校核名義切向力： 110017460.322tTFNd????強度條件： 或者 []H??[]HS?計算應力： ???? HVAtEB kkubdFZZ ????????11DH?12?（1）使用系數 AK查表 8-3-31[文獻 8] 查得 2.5AK?（2）動載荷系數 V20BVAKv?????????.548ln()1.4l()2.85ln()3.2nptCZmf???查表得 1Z6140tm??0.l().l().l().nptf?548n21428532???6.3圓整取 7C?查表得 241Z6m18ptfm??0.58ln()1.4l()2.5ln()3.2ntZ???84?6.7