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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計
摘 要
本設(shè)計的課題是薄煤層采煤機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，內(nèi)容主要是針對薄煤層和復(fù)合煤層采煤工作面，進(jìn)行采煤機的截煤部、牽引部等部件的設(shè)計計算，進(jìn)而得到采煤機的整體結(jié)構(gòu)。設(shè)計出的截煤機具有結(jié)構(gòu)合理、性能可靠、操作簡便、安全防爆、移動調(diào)向方便、效率高等優(yōu)點。我國薄煤層開采在許多礦井中都面臨著很多的問題，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。
本設(shè)計根據(jù)《機械設(shè)計手冊》，對切割部箱體進(jìn)行裝配圖的繪制，切割部傘齒軸的設(shè)計計算，滾筒的設(shè)計計算等。對薄煤層采煤工作面進(jìn)行采煤機設(shè)備設(shè)計，包括對截割部、牽引部等部分的設(shè)計計算，在薄煤層采煤系統(tǒng)的設(shè)計計算中，確定出采煤機的整體結(jié)構(gòu)，并繪制采煤機的零件圖、總裝圖。
關(guān)鍵詞：俯采式采煤機；截割部；結(jié)構(gòu)設(shè)計
Abstract
The main content of this paper is designing of thin seam coal Shearer with mechanical structure. The content is mainly directed against and compound seam mining in thin seam Work surfaces .Design and calculation the cutting unit and the hydraulic unit. Already designed shearer advantage for Reasonable structure, reliable performance, easy to operate, safe and explosion-proof, High efficiency. Problems have become increasingly prominent for mining thin seam, with the depletion of the workable reserves, thin Seam coal mining problem has become increasingly prominent.
By the Machinery Handbook，painted the assembly drawing of the cutting pat box, Designed the pinion gears of the cutting unit and the rotary drum. Determine the overall structure of Shearer Drawing Shearer's part and Assembly Drawing.
Keyword: Mechanistic shearer, Cutting unit，Constructional design
目 錄
第一章 前言 - 1 -
1.1國內(nèi)情況 - 1 -
1.2國外情況 - 1 -
1.3發(fā)展趨勢 - 2 -
1.4采煤機的類型及各自特點 - 2 -
1.5采煤機的主要組成部分及作用 - 2 -
1.6采煤機工作原理 - 3 -
第二章 機械式俯采采煤機總體方案設(shè)計 - 4 -
2.1設(shè)計參數(shù) - 4 -
2.2總體機構(gòu)方案設(shè)計 - 7 -
2.2.1整機組成 - 7 -
2.2.2電動機的選取 - 7 -
2.2.3傳動方案的確定及分配 - 8 -
第三章 機械式俯采采煤機截割部結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 9 -
3.1截割部概述 - 9 -
3.2截割部傳動計算 - 10 -
3.2.1傳動效率： - 10 -
3.2.2各軸轉(zhuǎn)速的計算 - 10 -
3.2.3各軸功率計算 - 10 -
3.2.4各軸扭矩計算 - 10 -
3.2.5數(shù)據(jù)匯總 - 10 -
3.3聯(lián)軸器的選型 - 11 -
3.3.1聯(lián)軸器功能的介紹 - 11 -
3.3.2凸緣聯(lián)軸器的設(shè)計 - 11 -
3.4離合器的選型 - 12 -
3.4.1離合器的功能介紹 - 12 -
3.4.2機械式離合器的設(shè)計 - 13 -
3.5滾筒及其截齒的設(shè)計 - 15 -
3.5.1滾筒功能的介紹 - 15 -
3.5.2螺旋滾筒主要參數(shù)計算 - 15 -
3.5.3截齒的配置形式 - 16 -
3.6滾動軸承的選型 - 17 -
3.6.1滾動軸承的概述 - 17 -
3.6.2滾動軸承的設(shè)計計算 - 19 -
第四章 牽引部結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 23 -
4.1牽引部概述 - 23 -
4.2電動機的選擇 - 24 -
4.3牽引部傳動計算 - 24 -
4.3.1各級傳動轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率 - 25 -
4.4牽引部蝸輪的設(shè)計計算 - 27 -
4.5牽引部的安裝與調(diào)試 - 27 -
第五章 結(jié)論 - 29 -
參考文獻(xiàn) - 30 -
致 謝 - 31 -
第一章 前言
1.1國內(nèi)情況
采煤機是機械化采煤的主要機械設(shè)備，它承擔(dān)著裝煤和落煤的任務(wù)?，F(xiàn)在普遍使用的主要有滾筒式采煤機和刨煤機兩種。滾筒式采煤機對各個煤層的適應(yīng)能力較強，對于較復(fù)雜的頂板條件有較強的適應(yīng)能力，因而滾筒式采煤機具有廣泛的用處。
我國采煤機的軸承、齒輪、電機、滾筒等主要部件的設(shè)計及其壽命均低于國外水平。我國自主研發(fā)的采煤機不能保證經(jīng)常處于正常狀態(tài)，不能預(yù)報診斷故障，而且大部分不具有監(jiān)控、診斷保護(hù)等功能，我國采煤機的一次采出量同國外還有很大差距。
1.2國外情況
近年來,國外采煤機的技術(shù)特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面:?
(1) 牽引方式的采用??
液壓牽引的采煤機在國外已不占主導(dǎo)地位，由于電牽引采煤機的優(yōu)點，國外目前新開發(fā)的大功率采煤機基本上都是采用電牽引方式。?
(2) 裝機總功率不斷增大??
國外采煤機的功率在不斷提高，牽引力和牽引速度也大幅提高，目前大功率電牽引采煤機的牽引速度普遍達(dá)到15-25m/min，牽引力達(dá)到757kN以上。采用大截深滾筒已成為提高采煤機生產(chǎn)能力的重要途徑。?
（3）交流變頻成為調(diào)速的主流方式??
由于交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)具有可靠性高、技術(shù)先進(jìn)，維護(hù)管理簡單等特點，近幾年發(fā)展很快，交流牽引逐步替代直流牽引，成為今后電牽引采煤機的發(fā)展方向。采用2個變頻器分別拖動2臺牽引電機的牽引系統(tǒng)成為電牽引技術(shù)發(fā)展的又一個特點。?
（4）普遍采用中高壓供電?
80年代以來,由于裝機功率大幅度提高,工作面長度達(dá)到300m。整個工作面容量超過5000kW。為提高供電質(zhì)量和電機性能,減少輸電線路損耗，新一代大功率電牽引采煤機乎都采用中高壓供電。
（5）監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的智能化??
現(xiàn)代電牽引采煤機均具有智能化監(jiān)控、監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng),可實現(xiàn)交互式人機對話、無線電遙控、遠(yuǎn)近控制、工況監(jiān)測及狀態(tài)顯示、健康(故障)診斷及預(yù)警、數(shù)據(jù)采集存儲及傳輸、自動調(diào)高、自動控制等多種功能,可以保證采煤機最低的維護(hù)量和最高的利用率;并能夠?qū)崿F(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機的信息交互和聯(lián)動控制等功能。
1.3發(fā)展趨勢
今后采煤機械化發(fā)展方向是：
首先應(yīng)該對采煤機的機械設(shè)備進(jìn)行品行、質(zhì)量、適應(yīng)程度、可靠性、壽命及適應(yīng)程度加以分析。在一些關(guān)鍵部件以及總體性能、功能、適應(yīng)范圍還有待進(jìn)一步提高和完善。
其次應(yīng)開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能，不斷完善各類采煤機設(shè)備，達(dá)到高效、安全、經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)，向自動化及遙控方向發(fā)展，逐步過渡到無人工作面開采；提高單機的可靠性，并使之標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化；對于開采薄、厚及急傾斜等難采煤層的機械化設(shè)備應(yīng)投入大量研發(fā)精力，力求解決上述問題；解決端頭技術(shù)瓶頸，研制工作面連接處與工作面巷道的設(shè)備，以進(jìn)一步提高安全性和工作面產(chǎn)量。
再次，重點研發(fā)電牽引采煤機，因其更容易實現(xiàn)監(jiān)控和自動化控制。還可以實現(xiàn)采煤機制造精度高，實現(xiàn)搞工作效率，便于顯示工況參數(shù)和故障顯示。
1.4采煤機的類型及各自特點
（1） 按滾筒數(shù)可分為單滾筒采煤機和雙滾筒采煤機。
單滾筒采煤機機身較短，質(zhì)量較輕，適宜在煤層起伏變化不大的條件下工作；
雙滾筒采煤機調(diào)高范圍較大，生產(chǎn)率較高，可在多種煤層地質(zhì)條件下工作。
（2）按煤層厚度可分為厚煤層采煤機，中厚煤層采煤機和薄煤層采煤機。
厚煤層采煤機機身幾何尺寸大，調(diào)高范圍大，，采高大于3.5m；
中厚煤層采煤機機身幾號尺寸較大，調(diào)高范圍較大，采高為1.3-3.5m；
薄煤層采煤機機身幾號尺寸較小，調(diào)高范圍較小，采高為小于1.3m。
（3）按牽引方式可分為機械牽引采煤機、液壓牽引采煤機和電牽引采煤機。
機械牽引采煤機操作簡單，維護(hù)檢修方便，適應(yīng)性強；
液壓牽引采煤機控制、操作方便、可靠、功能齊全，適用范圍廣；
電牽引采煤機控制、操作方便、傳動效率高，適應(yīng)各種地質(zhì)條件。
1.5采煤機的主要組成部分及作用
采煤機主要由以下四個部分組成：
01.牽引部
由牽引傳動裝置和牽引機構(gòu)組成，分為鏈牽引和無鏈牽引兩類。牽引傳動裝置主要用來傳遞或轉(zhuǎn)換能量；牽引部主要作用是對采煤機進(jìn)行必要的過載保護(hù)。
02.截割部
截割部包括固定減速箱、擋煤板、滾筒和搖臂減速箱等，主要用于落煤和裝煤。
03.電氣系統(tǒng)
為采煤機提供動力，并對采煤機實行過載保護(hù)和控制采煤機工作。
04.輔助裝置
主要起各種輔助作用，同上述三部分構(gòu)成完整的采煤功能體系，以實現(xiàn)高效，安全地采煤。
1.6采煤機工作原理
采煤機的割煤是通過螺旋滾筒的旋轉(zhuǎn)和安裝在滾筒上的截齒截入煤壁，對煤壁進(jìn)行切割實現(xiàn)的。
采煤機的裝煤是通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進(jìn)行裝載的，將從煤壁上割下的煤運出，在利用葉片外緣將煤拋到刮板輸送機溜槽內(nèi)運走。
第二章 機械式俯采采煤機總體方案設(shè)計
2.1設(shè)計參數(shù)
（1）滾筒的直徑
（2.1）
式中：
α——螺旋滾筒裝煤效率；對小直徑滾筒，α=0.59～0.63；對大直徑滾筒，α=0.56～0.59。
Hmax——采高，計算時取最大采高，煤層取1.0m。
則：D =0.6×1.0=0.6m
（2）滾筒的截深
初步確定采煤機截深為B=0.5m。
（3）滾筒的轉(zhuǎn)速
（2.2）
式中，D——選定的滾筒直徑，600mm；
n——選定的滾筒轉(zhuǎn)速，80r/min。
則：
根據(jù)上述驗算結(jié)果，截割速度為2.512m/s 。
（4）采煤機生產(chǎn)率
采煤機和其他工作面設(shè)備的基本功能就是按照所要求的生產(chǎn)率完成其生產(chǎn)過程。采煤機的生產(chǎn)率取決于礦山地質(zhì)和礦山技術(shù)條件、機器工況和結(jié)構(gòu)參數(shù)以及時間利用率等因素。因此采煤機的生產(chǎn)率分別以理論、技術(shù)和使用生產(chǎn)率表示。
1）理論生產(chǎn)率
在給定條件下，以最大參數(shù)連續(xù)運行時的生產(chǎn)率稱為理論生產(chǎn)率，理論生產(chǎn)率Q的計算公式為：
（2.3）
式中，——理論生產(chǎn)率，t/h；
——工作面平均采高，m；
——滾筒有效截深，m；
——給定條件下可能的最大牽引速度，m/min；根據(jù)37Kw割煤機的參數(shù)可知，的范圍為0－0.85m/min；
——煤的密度，一般為1.3～1.4t/m3。
則：Q=60×1.0×0.5×0.65×1.35=26.325t/h
采煤機的理論生產(chǎn)率是確定與其配套設(shè)備生產(chǎn)能力的依據(jù)，是由工作條件、機器工況和結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的。在實際工作中，只有與其配套的設(shè)備生產(chǎn)能力大于采煤機的生產(chǎn)能力時，采煤機才能達(dá)到給定的理論生產(chǎn)率。
2）技術(shù)生產(chǎn)率
考慮根據(jù)循環(huán)圖表而進(jìn)行的輔助工作，如更換截齒、開切口、檢查機器和排除故障所花費時間后的生產(chǎn)率稱為技術(shù)生產(chǎn)率，技術(shù)生產(chǎn)率Q的計算公式為：
（2.4）
式中：
——技術(shù)生產(chǎn)率，；
——采煤機技術(shù)上可能達(dá)到的連續(xù)工作系數(shù)，一般=。
則：Qt=26.325×0.7=18.428t/h
3）實際生產(chǎn)率
實際使用中，考慮了工作中發(fā)生的所有類型的停機狀況，如處理輸送機和支架的故障、處理頂?shù)装迨鹿实?。使用生產(chǎn)率可由下列公式計算：
（2.5）
式中，——實際生產(chǎn)率，；
——采煤機在實際工作中的連續(xù)工作系數(shù)，一般=。
則：Qm=26.325×0.65=17.111t/h
（5）采煤機允許的最大牽引速度
牽引速度是采煤機的一個重要參數(shù)，牽引速度直接決定了機器的生產(chǎn)能力。裝機容量、移架速度、輸送機生產(chǎn)能力等因素又限制了牽引速度的增長；從另一方面講，牽引速度加大后，切屑厚度過大將導(dǎo)致齒座擠壓煤體，造成截割阻力的急劇上升。
采煤機最大牽引速度計算：
= （2.6）
式中，——牽引速度，m/min；
——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；
——每條截線上的齒數(shù)，一般取1～3；
——滾筒的齒長若未知，可近似取刀型截齒=65～100mm； 鎬型截齒=60～80mm。
則：
根據(jù)小型割煤機的牽引速度為0－0.55，取最大牽引速度為0.55。
（6）采煤機功率
1）預(yù)計裝機功率
采煤機的裝機功率：
（2.7）
式中，Hw——采煤機截煤的單位能耗，MJ/m3；一般取Hw=1.1～4.4，硬煤及韌性煤取上限，軟煤及脆性煤取下限。本次設(shè)計取2.3。
則：
2）截割功率
采煤機工作機構(gòu)消耗的功率一般占裝機功率的80%～85%；故采煤機截割功率：
Nj=（0.8～0.85）N0=0.85×9.167=7.792kW
3）牽引和輔助功率
牽引和輔助裝置消耗裝機功率的15%～20%，其中，牽引系統(tǒng)消耗的功率占到90%以上，故采煤機牽引功率：
Nq=0.9×（0.15～0.2）N0=0.9×0.2×9.167=1.651kW
輔助裝置功率：
Nf=0.1×（0.15～0.2）N0=0.1×0.2×9.167=0.183kW
4）裝機功率
上述計算結(jié)果，要按采煤機配備電動機的標(biāo)準(zhǔn)功率進(jìn)行圓整。則采煤機實際裝機功率：
N= Nj+ Nq+ Nf=7.792+1.651+0.183=9.625kW
采煤機的裝機容量是由生產(chǎn)能力決定的，生產(chǎn)能力為120 t/a時，裝機容量約9.625kW。
采煤機的生產(chǎn)能力正比于采高，因此也可以根據(jù)采高估計裝機容量的大小。對于硬煤，裝機功率應(yīng)加大一倍。
（7）采煤機牽引力
采煤機的牽引力與裝機容量關(guān)系密切，裝機功率150kW時，牽引力為160～180kN；裝機容量300kW時，牽引力達(dá)250～300kN。牽引力與牽引機構(gòu)的剛度系數(shù)、采煤機的質(zhì)量、摩擦系數(shù)、牽引速度、截割阻力及載荷的不均衡性、機道形狀等因素有關(guān)，很難精確計算，一般用經(jīng)驗公式確定。
P=（1.1～1.3）N （2.8）
式中，P——牽引力，kN；
N——采煤機裝機容量，kW。
則：P=1.3×9.625=12.512kN
根據(jù)上述計算結(jié)果，確定采煤機的主要參數(shù)如下：總裝機功率30kW，截深不小于500mm，采深1.0m，生產(chǎn)能力不小于120t/a，牽引方式為鋼繩內(nèi)牽引，牽引力不小于12.512kN。
2.2總體機構(gòu)方案設(shè)計
圖2.1 俯采式采煤機方案圖
1.牽引部 2.電動動力 3.傳動箱 4.攉煤板 5.截齒
2.2.1整機組成
采煤機的組成部分包括截割部、牽引部、電氣系統(tǒng)和輔助裝置。
2.2.2電動機的選取
電動機的選擇范圍包括：電動機的型式、種類、額定電壓、容量、額定轉(zhuǎn)速及各種項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
電動機分為交流電動機和直流電動機。由于本設(shè)計的防爆電機功率為50kw，滾筒轉(zhuǎn)速為50-95.4.則選定Y(IP44)J02型電動機，此為封閉式籠型感應(yīng)電動機。因其具有防灰塵、鐵屑或其他飛揚物件進(jìn)入電機內(nèi)部的功能，可用于礦山機械。
2.2.3傳動方案的確定及分配
傳動裝置的總傳動比
二級圓柱尺寸減速的推薦傳動比范圍是，單級行星齒輪減速器的傳動比范圍是 ，暫定二級圓柱齒輪的傳動比為，兩級行星齒輪減速器的傳動比為。
對展開二級齒輪減速器的圓柱齒輪減速部分傳動比分配如下：
對二級行星減速機構(gòu)，查《機械設(shè)計手冊》（第3卷），采煤機截割部中行星減速器的傳動比為4-6.重新分配齒輪減速器的傳動比：
從電動機出發(fā)，各軸依次命名為軸1(接電動機)、軸2(傘齒軸)、軸3(花鍵軸)、軸4（太陽輪軸）、軸5。
第三章 機械式俯采采煤機截割部結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1截割部概述
（1）采煤機截割部功率消耗大并承受很大的沖擊載荷和負(fù)載，所以，要求截割部傳動裝置有較高的剛度、強度和可靠性，具有良好的密封、潤滑、較高的傳動效率等。
（2）截煤機的傳動方式
采煤機截割部大多采用齒輪傳動，主要有以下幾種傳動方式：
01.電動機-機頭減速箱-搖臂減速箱-滾筒
02.電動機-機頭減速箱-搖臂減速箱-行星齒輪傳動-滾筒
03.電動機-機頭減速箱-滾筒
04.電動機-搖臂減速箱-行星齒輪傳動-滾筒
方案一的特點是：傳動簡單，搖臂從固定減速箱端部伸出，支承可靠，齒輪系傳動穩(wěn)定，易于安裝，但臥底量較小，不適合中厚煤層開采。因此，此方案不宜采用。?
方案二的特點是：在滾筒內(nèi)裝了行星傳動，簡化了傳動系統(tǒng)，但筒殼增大了，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，所以此方案也不宜采用。?
方案三的特點是：采用獨立搖臂，其本身就是個單獨的減速箱，進(jìn)出油口都密封。截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身連接沒有動力傳遞，取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸，傳動簡單，調(diào)高范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊，較為適合。?
方案四的特點是：電動機軸與滾筒軸平行，取消了承載大、易損壞的錐齒輪，使截割部更為簡化。采用這種傳動方式可以獲得較大的調(diào)高范圍，并使采煤機機身長度進(jìn)一步縮短。
（3）截割部傳動特點
01.傳動裝置中必須裝有錐齒輪，電動機軸線與滾筒軸線垂直。
02.在切割部中設(shè)有安全保險銷，因其承受很大的沖擊載荷，可以保護(hù)傳動零件。
03.截割部中的搖臂內(nèi)部裝有一串惰輪，可以擴(kuò)大調(diào)高范圍。
04.截割部必須設(shè)有離合器，可以保障采煤機調(diào)動或檢修時將滾筒與電動機脫開，因此采煤機的電動機驅(qū)動牽引部。
（4）截割部的潤滑
截割部因為傳遞大功率而發(fā)熱嚴(yán)重，其課題溫度達(dá)到100攝氏度，因此其傳動裝置的潤滑尤其重要。
最常用的潤滑方法是飛濺潤滑。
3.2截割部傳動計算
3.2.1傳動效率：
花鍵效率 =0.98
軸承效率 =0.99
圓柱直齒輪傳動效率 =0.99
單級行星齒輪傳動效率 =0.9
3.2.2各軸轉(zhuǎn)速的計算
軸1
軸3
3.2.3各軸功率計算
軸1
軸2
軸3
軸4
軸5
3.2.4各軸扭矩計算
軸1：
軸2：
軸3
軸4
軸5
3.2.5數(shù)據(jù)匯總
將以上數(shù)據(jù)列于下表3.1中
軸號
轉(zhuǎn)速n(r/min)
輸出功率P(kW)
輸出扭矩T(N.m)
傳動比
1
1476
720.30
4660.48
1.73×
1.50
2
1476
705.97
4567.76
3
853.18
671.23
7513.36
4
853.18
657.88
7636.93
4.5
5
853.18
644.78
7212.22
5.0
3.3聯(lián)軸器的選型
3.3.1聯(lián)軸器功能的介紹
聯(lián)軸器用于聯(lián)接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞運動中和動力過程同回轉(zhuǎn)兒而不脫開的裝置。
聯(lián)軸器按性能可以分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器雖不具有補償性能，但是結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、少量維護(hù)、成本低廉等特征，所以仍有其廣泛的應(yīng)用范圍。
本課題設(shè)計中選用的是凸緣聯(lián)軸器，此聯(lián)軸器工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便，傳遞轉(zhuǎn)矩大，剛性好。但是兩周精度較低時，會引起較大的附加載荷，本聯(lián)軸器適用于中精度良好的傳動。制造精度高時，也能用于高速傳動。具有補償兩軸相對位移，緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能。
3.3.2凸緣聯(lián)軸器的設(shè)計
本聯(lián)軸器應(yīng)用范圍非常廣泛，它工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，傳遞轉(zhuǎn)矩大，可以聯(lián)接不同直徑的兩軸，也可以聯(lián)接圓錐形軸。
3.3.2.1凸緣聯(lián)軸器的主要尺寸關(guān)系
聯(lián)軸器的外徑
聯(lián)軸器的長度
螺栓中心分布圓直徑
半聯(lián)軸器凸緣端面接觸處的內(nèi)徑
半聯(lián)軸器凸緣的厚度
螺栓直徑
螺栓數(shù)量
查《機械設(shè)計手冊》（第4冊）表29.2-5得，選擇YL13型號的凸緣聯(lián)軸器，材質(zhì)為鋼材。
3.3.2.2凸緣聯(lián)軸器的強度計算
（1） 滿足傳遞轉(zhuǎn)矩所需要的螺栓預(yù)緊力F
《機械設(shè)計手冊》（第4冊）表29.2-7 （3.1）
（2）螺栓聯(lián)接的強度條件
《機械設(shè)計手冊》（第4冊）表29.2-8 （3.2）
以上二式中
-- 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩
-- 半聯(lián)軸器圖圓的外徑
-- 兩半聯(lián)軸器凸緣端面接觸處的內(nèi)徑
-- 摩擦系數(shù)，一般可取0.1-0.2
-- 螺栓材料的許用應(yīng)力，對45鋼控制預(yù)緊力時，可取
經(jīng)過計算可以得出：
滿足強度校核要求。
3.4離合器的選型
3.4.1離合器的功能介紹
（1）離合器的功用與分類
離合器是一種可以通過各種操縱方式，實現(xiàn)主從動部分在同軸線上傳遞運動和動力時具有接合或分離功能的裝置。
離合器可以實現(xiàn)相對運動或者停止運動，還可以改變傳動件的工作狀態(tài)，也可以控制傳遞轉(zhuǎn)矩的安全保護(hù)裝置等。
按照離合器接合元件傳動的工作原理，可將其分為嵌合式離合器和摩擦式離合器。
（2）離合器的要求
01.平穩(wěn)無沖擊，離合迅速，分離徹底；
02.重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，效率高；
03.使用壽命長，散熱條件好；
04.制造容易，操縱方便。
（3）對離合器的影響因素
01.原動機的運動特性；
02.接合元件的性質(zhì)；
03.原動機的受載特性；
04.操縱方式；
05.環(huán)境條件。
3.4.2機械式離合器的設(shè)計
（一）牙嵌式離合器的設(shè)計計算
（1）離合器傳遞的最大轉(zhuǎn)矩
（3.3）
式中 -- 軸的抗扭截面模量 ，
-- 軸直徑 mm
-- 軸材料的許用切應(yīng)力 ，可取=50
經(jīng)過計算的，
（2）離合器的結(jié)合力和脫開力
（3.4）
式中 -- 離合器的計算轉(zhuǎn)矩
-- 牙分布的圓周平均直徑 mm
（3.5）
-- 牙的外徑和內(nèi)徑
-- 滑鍵連接的摩擦系數(shù)，一般取0.15-0.17
-- 牙面摩擦角，一般取5-6
-- 牙面傾斜角
上式中“+”用于計算接合力，“-”用于計算脫開力
經(jīng)過計算可得出，接合力
脫開力
（3）牙的自鎖條件
（3.6）
式中 -- 牙面摩擦系數(shù)，
經(jīng)過計算得出
與自鎖條件不符，則應(yīng)該取
（4）牙嵌離合器的主要尺寸關(guān)系
離合器外徑
離合器內(nèi)徑
牙寬度
牙高度
牙在中徑處高度
操縱環(huán)槽寬度
操縱環(huán)槽外徑
（二）齒式離合器的設(shè)計計算
齒式離合器的強度計算
（3.7）
式中 -- 離合器的計算轉(zhuǎn)矩
D -- 齒輪的分度圓直徑 mm
Z -- 齒數(shù)
m -- 齒輪模數(shù) mm
-- 載荷分布不均勻系數(shù)，可取0.7-0.8
[p] -- 輪齒材料工作表面的許用壓力
對經(jīng)過熱處理的齒面，可取47-70
b -- 內(nèi)齒輪的齒寬 mm， 可取b=（0.1-0.2）D
查《機械設(shè)計手冊》（第4冊）表29.2-8可得，Z=5 m=20
參照牙嵌離合器得，D=40
則上式可計算得出：
3.5滾筒及其截齒的設(shè)計
3.5.1滾筒功能的介紹
滾筒是采煤機關(guān)鍵部件，其主要功能是實現(xiàn)落煤和裝煤任務(wù)。
它所消耗的功率占整機功率的80%-90%，對螺旋滾筒的要求是粉塵少，裝煤效果好，截煤比能耗低，采出量大。
圖3.1滾筒示意圖
3.5.2螺旋滾筒主要參數(shù)計算
（一）滾筒直徑的確定
（二）滾筒寬度B
滾筒寬度是指滾筒邊緣到端盤最外側(cè)截齒齒尖的距離，也就是采煤的截深。
取B=0.5m
（三）螺旋葉片頭數(shù)Z
導(dǎo)程為螺線旋轉(zhuǎn)一周的軸向距離，螺距S即為相鄰兩軸線之間的軸向距離。
L=ZS，通常螺旋葉片頭數(shù)為Z=4，本設(shè)計中選用Z=2
（四）螺旋葉片的旋向
由于本設(shè)計中滾筒瞬時針旋轉(zhuǎn)，則葉片也應(yīng)向右旋。
（五）滾筒的轉(zhuǎn)速n
前文中已經(jīng)確定滾筒轉(zhuǎn)速為n=80rpm。
3.5.3截齒的配置形式
截齒是采煤機直接參與落煤的工具，其幾何尺寸和質(zhì)量直接影響采煤機能耗、生產(chǎn)率和工況。
滾筒上截齒的合理的排列，可以大大的降低截煤能耗，提高割煤效率，能夠使?jié)L筒受力平穩(wěn)，減小振動。
（一）截齒的種類
截齒一般分為扁形截齒和鎬形截齒。本設(shè)計中采用的是扁形截齒。
圖3.2 扁形截齒示意圖
圖3.3 截齒在滾筒上的排列方式
（二）截齒的失效形式及其壽命
截齒的失效形式主要有彎曲，磨損，折斷，掉合金，丟失等，其中磨損是截齒失效的主要形式。
3.6滾動軸承的選型
3.6.1滾動軸承的概述
（1） 滾動軸承的分類
深溝球軸承 推力球軸承 圓錐滾子軸承 角接觸球軸承
圖3.4 常用滾動軸承類型
（二）滾動軸承代號
圖3.5 滾動軸承代號示意圖
（3） 滾動軸承的工作特性
01.負(fù)荷能力
在外形尺寸相同的條件下，滾動軸承的負(fù)荷能力為球軸承的3倍左右。
滾動軸承應(yīng)滿足外載荷的要求，還要盡量發(fā)揮軸承本身的負(fù)荷能力。
02.速度特性
03.摩擦特性
04.調(diào)心性
05.運轉(zhuǎn)精度
06.振動噪聲特性
（四）滾動軸承的類型選擇
有以下幾點選擇原則：
（1）負(fù)荷較小，轉(zhuǎn)速較低，選裝精度要求較高時，用球軸承
（2）負(fù)荷較大，轉(zhuǎn)速較低，用滾子軸承
（3）徑向和軸向負(fù)荷都較大時，轉(zhuǎn)速高用角接觸球軸承；若轉(zhuǎn)速不高，用圓錐滾子軸承
（4）徑向負(fù)荷比徑內(nèi)負(fù)荷大得多時，轉(zhuǎn)速較低時，用兩種不同類型軸承組合，分別承受軸向及徑內(nèi)負(fù)荷
（五）滾動軸承的失效形式
滾動軸承正常失效形式為內(nèi)外圈滾道的點蝕破壞。軸承點蝕破壞后，運轉(zhuǎn)過程中常出現(xiàn)強烈的振動、發(fā)熱和噪聲現(xiàn)象。
除此之外，軸承還有其他的失效形式。例如，潤滑不足；裝配不當(dāng)使得軸承卡死，脹破內(nèi)圈和擠碎內(nèi)外圈，一般情況下這些失效形式都是可以避免的。
3.6.2滾動軸承的設(shè)計計算
（一）本設(shè)計中滾動軸承類型的選擇應(yīng)考慮的問題：
（1） 承受載荷情況
軸承應(yīng)該能夠承受較大的載荷
（2） 尺寸的限制
軸承的徑向尺寸要求并非有嚴(yán)格的限制
（3） 轉(zhuǎn)速的限制
軸承適應(yīng)較小的轉(zhuǎn)速
（4） 調(diào)心性要求
滿足一般的調(diào)心要求即可
（二）軸承配置
兩軸承配置形式一般分為以下幾種：
（1）背對背排列
（2）面對面排列
（3）串聯(lián)排列
（三）軸承的配合
有以下幾種配合種類：
（1）負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)的套圈與外殼或者軸，應(yīng)該選用過盈配合或者是過渡配合
（2）負(fù)荷方向固定的套圈與外殼或者軸，應(yīng)該選用間隙配合或者是過渡配合
（3）承受重負(fù)荷的軸承，應(yīng)選用較大的過盈量
（四）公差等級的選擇
與軸承配合的外殼孔或者是軸的公差等級與軸承精度有關(guān)。與G級別的精度的軸承配合的軸，公差等級為IT6，外殼精度為IT7。
（五）滾動軸承的計算
（1）滾動軸承的疲勞壽命基本規(guī)律
（3.8）
式中 R -- 使用概率
-- 與R相對應(yīng)的軸承壽命 n=（1-R）x100
A -- 常數(shù)
K -- 威布爾分布形狀參數(shù)，滾子軸承
一般情況下計算中取R=0.9，稱為基本額定壽命。
（2）預(yù)期壽命取，軸的跨度不大，所以采用兩端單項固定，暫時選定30311型圓錐滾子軸承，其內(nèi)孔直徑d=30mm，基本額定靜載荷,基本額定動載荷
圖3.6 軸承的受力分析
計算項目
計算內(nèi)容
計算結(jié)果
軸向外載荷
軸承徑向載荷
附加軸向力判斷
系數(shù)e
e
確定X,Y值
沖擊載荷系數(shù)
當(dāng)量動載荷P
計算額定載荷
選擇軸承
N
由插值法可得，
由插值法得
因為,所以選用計算
由以上計算，選用30311型圓錐滾子軸承
N
e=0.218
（六）滾動軸承的分布形式
圖3.7 滾動軸承的組合分布
（七）軸承的密封
密封分為兩類：非接觸式密封和接觸式密封。
本設(shè)計中采用氈圈密封，因其工作時，軸與墊圈同時運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速越高，密封效果越好。可以防止切屑，灰塵以及其他雜質(zhì)進(jìn)去軸承，還可以防止軸承的潤滑液泄露。
第四章 牽引部結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1牽引部概述
采煤機的牽引部主要有由牽引機構(gòu)和牽引傳動機構(gòu)兩部分組成。
牽引機構(gòu)用于協(xié)助采煤機沿著采煤工作面行走，主要有連牽引，鋼絲繩牽引和無鏈牽引三類。
牽引傳動裝置的主要功能是轉(zhuǎn)換能量，將電動機的電能轉(zhuǎn)換為鏈輪傳動的機械能。
（一）對牽引部的要求
（1）牽引力大
（2）可以實現(xiàn)無級變速
（3）具有可靠完善的安全防護(hù)
（4）零部件應(yīng)該具有較高的可靠性和強度
（5）傳動比大
（6）操作方便
（二）采煤機的牽引機構(gòu)
（1）連牽引機構(gòu)
其工作方式分成外牽引方式與內(nèi)牽引方式，多數(shù)采煤機選用的是內(nèi)牽引方式。鏈牽引機構(gòu)包括張緊裝置，鏈輪與牽引鏈。
（2）無鏈牽引機構(gòu)
鏈牽引機構(gòu)容易引起鏈的橫向振動和縱向振動，可能導(dǎo)致采煤機牽引速度和載荷波動劇烈；隨著功率的增大，跳鏈和斷鏈的可能性將大大增加。無鏈牽引可以消除以上的不足。
無鏈牽引機構(gòu)具有以下幾個優(yōu)點：
01.采煤機振動小，移動平穩(wěn)，可以增加采煤機的使用壽命，還可以降低采煤機故障發(fā)生的頻率。
02.可以實現(xiàn)雙牽引運動，可以適應(yīng)采煤機在大傾角條件下的開采工作，還可以設(shè)置制動器防滑。
03.嚙合效率高，有效的將牽引力作用在采煤上。
（三）牽引傳動裝置
按照牽引傳動裝置的調(diào)速方式的不同，可以將該裝置分為電牽引、液壓牽引和機械牽引三種方式。
4.2電動機的選擇
設(shè)計要求牽引部功率為370KW，根據(jù)礦井電動機的具體工作環(huán)境，電動機應(yīng)具有電火花和防爆的安全性。選擇電動機的主要參數(shù)如下：
額定功率：370KW；
額定電壓：380V；
額定轉(zhuǎn)速：1476r/min;
冷卻方式：水冷；
滿載功率因數(shù)：0.87；
接線方式：Y；
滿載效率：0.936
4.3牽引部傳動計算
a太陽輪 b內(nèi)齒圈 c行星輪 d行星架
圖4.1行星機構(gòu)
在本行星齒輪傳動機構(gòu)中，內(nèi)齒圈不動，太陽輪為主動輪，行星架上的行星輪圍繞ox-ox轉(zhuǎn)動，驅(qū)動行星架回轉(zhuǎn)，已實現(xiàn)減速。
該行星減速器裝置具有體積小、效率高、重量輕、制造簡單和傳動范圍大等優(yōu)點，適用于多種工作環(huán)境。
暫定行星減速器的傳動比：
初定齒數(shù)及各級傳動比為：
4.3.1各級傳動轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率
（1）傳動效率：
滾動軸承效率 =0.99
花鍵效率 =0.98
圓柱輪傳動效率 =0.99
（2）各軸轉(zhuǎn)速的計算：
從電動機出來，各軸一次命名為1軸、2軸、3軸、4軸、5軸。
1軸
2軸
3軸
4軸
5軸
（3）各軸功率的計算
1軸
2軸
3軸
4軸
5軸
（4）各軸扭矩的計算
1軸
2軸
3軸
4軸
5軸
（5）數(shù)據(jù)匯總
將以上數(shù)據(jù)列于下表4.1中
軸號
轉(zhuǎn)速n(r/min)
輸出功率P(kW)
輸出扭矩T(N.m)
傳動比
1
1476
720.30
2346.35
2.84
2.13
6.3
2
519.72
351.83
6464.97
3
244
341.35
13360.22
4
38.73
331.17
81659.53
4.5
5
8.61
321.30
356378.05
1.36
4.4牽引部蝸輪的設(shè)計計算
圖4.2 蝸桿部件圖
4.5牽引部的安裝與調(diào)試
采煤機牽引部的性能對整機工作的影響特別大，要使用維護(hù)好采煤機，保持高效的工作的性能，首先應(yīng)做到能夠正確拆裝牽引部，掌握牽引部調(diào)整和試驗的辦法。所以，首先要搞懂采煤機牽引部傳動的原理，內(nèi)部具體的結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系。
（一）牽引部傳動系統(tǒng)的特點：
（1）牽引速度比較低，牽引部的總傳動比較大。
（2）機構(gòu)受力比較大，傳動強度高。
（3）電動機的轉(zhuǎn)向固定時，能進(jìn)行正反兩方向牽引，換向和停止?fàn)恳僮鞅容^靈活。
（4）有多鐘過載保護(hù)裝置，并且動作可靠。
（二）安裝
安裝的注意事項：
（1） 組裝之前要做好各項準(zhǔn)備工作，并且應(yīng)把各個部件檢驗合格且保持清潔。
（2） 搞清楚各個部件的部件和相連各部件的連接關(guān)系。
（3） 牽引部的安裝工作哦應(yīng)該先按照安裝步驟進(jìn)行有順序地進(jìn)行，否則的話就要重新安裝。
（4） 注意各連接處的松緊程度要適當(dāng)。
（5） 安裝完成之后，一定要仔細(xì)校對檢查，確保安裝正確之后才可以注油。
（6） 注油完成之后，在初次啟動之前應(yīng)該用手壓泵對有關(guān)各個部分進(jìn)行重啟排油。
（三）牽引部的調(diào)試
（1）主油泵的調(diào)整
主油泵調(diào)整為零位之前，首先要在提供冷卻水的情況之下用比較高的牽引速度啟動牽引部。
在主油泵調(diào)整到零位之后，如果調(diào)速手不在垂直位置的話，就意味著不在零位，應(yīng)該把手把的位置重新調(diào)整。
（2） 調(diào)整低壓安全閥和背壓閥
（3） 調(diào)整過壓關(guān)閉閥
（4） 調(diào)整開關(guān)閥
（5） 調(diào)整可調(diào)節(jié)流閥
第五章 結(jié)論
2015年月，我開始了我的畢業(yè)設(shè)計工作，時至今日，畢業(yè)設(shè)計圓滿完成。從最開始的懵懂，逐漸的進(jìn)入設(shè)計狀態(tài)，再到思路漸漸清晰，整個設(shè)計過程難以用語言表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的努力，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于告一段落?；叵肫疬@段經(jīng)歷和感受，我感慨萬千。
3月初，在于導(dǎo)師的交流過程中定下了我的題目，題目是：俯采式采煤機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。當(dāng)選題報告和開題報告定下來的時候，我當(dāng)時按照老師的吩咐收集、整理資料。面對這么多的參考資料，自己有些迷茫，不知道該如何入手。我將這一苦衷告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)下，我漸漸清楚了思路和設(shè)計的方向。
我認(rèn)真的準(zhǔn)備了一個筆記本，每次老師檢查進(jìn)度的時候，悉數(shù)記下老師的改進(jìn)意見，在學(xué)校的圖書館搜集資料，做好筆記，又在網(wǎng)上查找了相關(guān)的資料，將這些寶貴的資料一一記到我的筆記本中，盡量使我的筆記精確、數(shù)量多，這些都有利于論文和設(shè)計的改進(jìn)。然后我將整理好的資料進(jìn)行分類整理，即使與老師溝通，請求老師的指導(dǎo)建議。
4月初，資料已經(jīng)準(zhǔn)備完畢，我開始了畢業(yè)設(shè)計，及時記下老師的改進(jìn)意見，然后根據(jù)老師的意見逐一修改設(shè)計，并且經(jīng)常和同學(xué)們交流，請教專業(yè)課的老師。在大家的幫助下，設(shè)計漸漸成型。
5月初，圖紙的改進(jìn)基本完成，開始著手說明書的撰寫，根據(jù)學(xué)過的專業(yè)課知識和《機械設(shè)計手冊》的運用，構(gòu)造成說明書的框架。逐一查找專業(yè)知識，用了兩個星期的時間，完成了說明書的任務(wù)。
再次，我要向我的指導(dǎo)老師致以最誠摯的謝意和敬意。
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致 謝
在本次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我得到了余以道和楊書儀兩位老師的悉心指導(dǎo)和教誨，從設(shè)計方案的確定到圖紙的繪制、說明書的撰寫，都給了我許多寶貴的具有建設(shè)性的意見和建議，他們?yōu)槿穗S和熱情，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)心。從選題、定題、撰寫提綱，到論文的反復(fù)修改直至定稿，兩位老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我細(xì)致地指導(dǎo)。正是有了老師們的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。
在這期間，老師們嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、孜孜以求的工作作風(fēng)和誨人不倦的品質(zhì)深深的影響了我，在這里我要深深的向他們表示我最誠摯的謝意，同時還要一并感謝在這次畢業(yè)設(shè)計過程中給予我?guī)椭钠渌蠋熀屯瑢W(xué)，謝謝大家！
我還要感謝我的班主任胡華榮老師以及在大學(xué)四年中給我們授課的所有老師們，是他們讓我學(xué)到了很多很多知識，讓我看到了世界的精彩，讓我學(xué)會了做人做事。
最后我要衷心地感謝諸位答辯老師能在忙碌的工作中抽出時間批閱我的設(shè)計。
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