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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 78 頁(yè)
1 概述
1.1引言
采煤機(jī)械的裝備水平是煤礦技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。采煤機(jī)械的選用取決于煤層的賦存條件、采煤方法和采煤工藝，而采煤機(jī)械的技術(shù)發(fā)展又促進(jìn)了采煤方法和采煤工藝的更新。
采煤方法按采煤工藝可分為長(zhǎng)壁式采煤法和房柱式采煤法兩大類。我們廣泛使用長(zhǎng)壁式采煤法。
長(zhǎng)壁式采煤法所使用的機(jī)械設(shè)備按機(jī)械化程度分為爆破采煤機(jī)械、普通機(jī)械化采煤機(jī)械和綜合機(jī)械化采煤機(jī)械三類。
炮采工作面的機(jī)電設(shè)備較少，主要靠人力完成各項(xiàng)工序。破煤工序有直接打眼放炮和先掏槽后打眼放炮兩種，裝煤工序主要依靠人工攉煤，運(yùn)煤工序依靠工作面刮板輸送機(jī)來(lái)完成。
普通機(jī)械化采煤機(jī)工作面用采煤機(jī)或刨煤機(jī)和工作面刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)破煤、裝煤和運(yùn)煤工序的機(jī)械化，用單體支護(hù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)人工控制頂板。
綜合機(jī)械化采煤工作面將各種相對(duì)獨(dú)立的機(jī)電設(shè)備合理的組合在一起，在工藝過(guò)程中協(xié)調(diào)工作，使采煤工作面的破、裝、運(yùn)、支全部工序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化。
1.2我國(guó)采煤機(jī)30多年的發(fā)展進(jìn)程
1.2.1 20世紀(jì)70年代是我國(guó)綜合機(jī)械化采煤起步階段
20世紀(jì)70年代初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的MD-150型雙滾筒采煤機(jī)，另一方面改進(jìn)普采配套的DY100型、DY150型單滾筒采煤機(jī)；70年代中后期，制造出MLS3-170型雙滾筒采煤機(jī)。20世紀(jì)70年代我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)：
1．裝機(jī)功率小
例如，MLS3-170型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率170KW；KD-150型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率150KW；DY-100和DY-150型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率100KW和150KW。
2．有鏈牽引，輸出牽引力小
此時(shí)期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動(dòng)，傳遞牽引力小，牽引力在200KN以下。
3．牽引速度低
由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計(jì)的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過(guò)6m /min 。
4．自開(kāi)切口差
由于雙滾筒采煤機(jī)搖臂短,又都是有鏈牽引,很難割透兩端頭,且容易留下三角煤,故需要人工清理,單滾筒采煤機(jī)更是如此.
5．工作可靠性較差
我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)比較薄弱,元部件質(zhì)量較差,反映在采煤機(jī)的壽命普遍較低,特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。
1.2.2 20世紀(jì)80年代是我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期
20世紀(jì)70年代后期，我國(guó)總共引進(jìn)143套綜采成套設(shè)備。世界主要采煤機(jī)生產(chǎn)國(guó)如英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、波蘭、日本等都進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，其技術(shù)也展示在中國(guó)人的面前，為我們深入了解外國(guó)技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時(shí)通過(guò)20世紀(jì)70年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，確立了我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。
解決難采煤層的問(wèn)題是20世紀(jì)80年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機(jī)械化成套設(shè)備的研制：大傾角綜采成套設(shè)備的研制：“三硬”、“三軟”4．5m一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開(kāi)采問(wèn)題，短煤臂采煤機(jī)的研制。
據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代自行開(kāi)發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有50余種，是我國(guó)采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國(guó)各種煤層開(kāi)采的需要，大量依靠進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。20世紀(jì)80年代采煤機(jī)的發(fā)展有如下特點(diǎn)：
1．重視采煤機(jī)系列的開(kāi)發(fā)，擴(kuò)大使用范圍
20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的采煤機(jī)，一種類型只有一個(gè)品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開(kāi)采需要。20世紀(jì)80年代起重視系列化采煤機(jī)的開(kāi)發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機(jī)系列化是20世紀(jì)80年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。
2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高
總結(jié)20世紀(jì)70年代采煤機(jī)開(kāi)發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機(jī)開(kāi)發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī)的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)，以德國(guó)齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問(wèn)題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達(dá)的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在20世紀(jì)80年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機(jī)構(gòu)等都列入 重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。
3．無(wú)鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全
在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時(shí)，無(wú)鏈牽引技術(shù)傳入中國(guó)，德國(guó)艾柯夫公司的銷軌式無(wú)鏈牽引和英國(guó)安德森公司的齒軌式無(wú)鏈牽引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國(guó)研制采煤機(jī)的無(wú)鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機(jī)更是如此。無(wú)鏈牽引使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機(jī)都采用無(wú)鏈牽引系統(tǒng)。
1.2.3 20世紀(jì)90年代至今是我國(guó)電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)代
進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢(shì)在必行，此采煤機(jī)開(kāi)發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是：
（1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機(jī)：最具代表性的機(jī)型是MG2X400－W型采煤機(jī)。
（2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)的研制從20世紀(jì)80年代開(kāi)始起步，20世紀(jì)90年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流兩種技術(shù)途徑。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，交流變頻調(diào)速技術(shù)在中厚煤層采煤機(jī)中推廣使用，上海分院先后開(kāi)發(fā)成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和MG450/1020-WD等采煤機(jī)，變頻調(diào)速箱可以是機(jī)載，也可以是非機(jī)載。另外派生出8種機(jī)型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機(jī)械廠在引進(jìn)英國(guó)Electra1000直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出MG400/900-WD和MG250/600-WD型兩種電牽引采煤機(jī)，雞西煤機(jī)廠、遼源煤機(jī)廠也開(kāi)發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。
國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國(guó)家的I采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實(shí)力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時(shí)，把目光移到國(guó)外，進(jìn)口國(guó)外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國(guó)的7LS、6LS電牽引采煤機(jī)；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國(guó)的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流電牽引采煤機(jī)，但由于價(jià)格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)如下：
1．多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流
我國(guó)開(kāi)發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，無(wú)動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便，因而有取代電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。
2．我國(guó)采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小
在裝機(jī)功率方面，我國(guó)的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到800KW，電牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到1020KW，其牽引功率為2X50KW，可滿足高產(chǎn)高效工作面對(duì)功率的要求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力已達(dá)到700KN，最大牽引速度達(dá)12．56m/min,微處理機(jī)的工礦監(jiān)測(cè)、故障顯示、無(wú)線電離機(jī)控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。
3．液壓緊固技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究取得成功
采煤機(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動(dòng)是影響工作可靠性的重要因素，而且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機(jī)中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問(wèn)題。
回顧這30多年我國(guó)采煤機(jī)發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從20世紀(jì)70年代主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來(lái)滿足我國(guó)生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)占我國(guó)整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。
1.2.4 國(guó)際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
80 年代以來(lái), 世界各主要產(chǎn)煤國(guó)家, 為適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和實(shí)現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)的需要, 積極采用新技術(shù), 不斷加速更新滾筒采煤機(jī)
的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu), 相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機(jī)。其中, 最具代表的是英國(guó)安德森的Eiect ra 系列, 德國(guó)艾柯夫的SL 系列, 美
國(guó)喬依的LS 系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列電牽引采煤機(jī)。這些采煤機(jī), 體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機(jī)的最新發(fā)展方向。
德國(guó)艾柯夫公司, 整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為機(jī)身3 段式, 兩邊傳動(dòng)部分為鑄造箱體結(jié)構(gòu), 中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu), 搖臂為分體聯(lián)結(jié), 左右對(duì)稱通用, 可滿足不同的配套要求; 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩直流電機(jī)他激并列, 電樞采用微機(jī)控制, 勵(lì)磁采用串聯(lián), 既能滿足四象限運(yùn)行, 又能滿足雙牽引, 趨于負(fù)載均衡, 目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國(guó)喬依公司從3LS～7LS , 機(jī)身為3 段焊接結(jié)構(gòu)形式, 搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用, 牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)為2電機(jī)串激串聯(lián), 目前已開(kāi)始投入使用7LS 交流電牽引采煤機(jī)。日本三井三池公司RD101101 和RD102102 均為交流電牽引采煤機(jī), 其結(jié)構(gòu)形式為以前的截割電機(jī)布置在機(jī)身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式, 機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜。
總結(jié)這些國(guó)家電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn):
(1) 裝機(jī)功率和截割電動(dòng)機(jī)功率有較大幅度增加 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要, 不論是厚、中厚和薄煤層采煤機(jī), 均在不斷加大裝機(jī)功率(包括截割功率和牽引功率) 。裝機(jī)功率大都在1000kW 左右, 單個(gè)截割電機(jī)功率都在375kW以上, 最高達(dá)600kW。直流電牽引功率最大達(dá)2 ×56kW , 交流電牽引功率最大達(dá)2 ×60kW。
(2) 電牽引采煤機(jī)已取代液壓牽引采煤機(jī)而成為主導(dǎo)機(jī)型 世界各主要采煤機(jī)廠商20 世紀(jì)80 年代都已把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)電牽引采煤機(jī), 如德國(guó)艾柯
夫公司是最早開(kāi)發(fā)電牽引采煤機(jī)的, 80 年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機(jī), 研制出EDW 系列電牽引采煤機(jī), 90 年代又研制成功交流直流兩
用的SL300 , SL400 , SL500 型采煤機(jī)。美國(guó)喬依公司70 年代中期開(kāi)始開(kāi)發(fā)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流電牽引采煤機(jī), 80 年代先后推出3LS , 4LS 和6LS 3 個(gè)
新機(jī)型, 其電控系統(tǒng)多次改進(jìn), 更趨完善。英國(guó)安德森公司80 年代中期先后開(kāi)發(fā)了EL ECTRA1000和EL ECTRA 薄煤層電牽引采煤機(jī)。日本三井三池公司80 年代中期著手開(kāi)發(fā)高起點(diǎn)交流電牽引采煤機(jī), 最具代表的是MCL E2DR101101 , MDL E2DR102102 采煤機(jī), 為國(guó)際首創(chuàng)。法國(guó)薩吉姆公司
在90 年代也已研制成功Panda2E 型交流電牽引采煤機(jī)。交流電牽引近幾年發(fā)展很快, 由于技術(shù)先進(jìn),可靠性高、簡(jiǎn)單, 有取代直流電牽引的趨勢(shì)。自日
本80 年代中期研制成功第1 臺(tái)交流電牽引采煤機(jī),至今除美國(guó)外, 其它國(guó)家如德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等都先后研制成功交流電牽引采煤機(jī), 是今后電牽引采
煤機(jī)發(fā)展的新目標(biāo)。
(3) 牽引速度和牽引力不斷增大 液壓牽引采煤機(jī)的最大牽引速度為8m/ min 左右, 而實(shí)際可用割煤速度為4 ～5m/ min , 不適應(yīng)快速割煤需要。電牽引采煤機(jī)牽引功率成倍增加, 最大牽引速度達(dá)15～20m/ min , 美國(guó)18m/ min 的牽引速度很普遍,美國(guó)喬依公司的1 臺(tái)經(jīng)改進(jìn)的4LS 采煤機(jī)的牽引速度高達(dá)2815m/ min。由于采煤機(jī)需要快速牽引割煤, 滾筒截深的加大和轉(zhuǎn)速的降低, 又導(dǎo)致滾筒進(jìn)給量和推進(jìn)力的加大, 故要求采煤機(jī)增大牽引力, 目前已普遍加大到450～600kN , 現(xiàn)正研制最大牽引力為1000kN 的采煤機(jī)。
(4) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā)展
70 年代中期僅有美國(guó)的LS 系列采煤機(jī)、西德EDW215022L22W 型采煤機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng), 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立, 部件之間無(wú)機(jī)械傳動(dòng), 取消了錐齒輪傳動(dòng)副和復(fù)雜通軸, 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 裝拆方便。目前, 這類采煤機(jī)既有電牽引, 也有液壓牽引, 既有中厚煤層用大功率, 也有薄煤層的, 有取代傳統(tǒng)的截割電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢(shì)。
(5) 滾筒的截深不斷增大 牽引速度的加快,支架隨機(jī)支護(hù)也相應(yīng)跟上, 使機(jī)道空頂時(shí)間縮短,為加大采煤機(jī)截深創(chuàng)造了條件。10 年前滾筒采煤機(jī)截深大都是630 ～ 700mm , 現(xiàn)已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美國(guó)正在考慮采用1500mm 截深的可能性。
(6) 普遍提高供電電壓 由于裝機(jī)功率大幅度提高, 為了保證供電質(zhì)量和電機(jī)性能, 新研制的大功率電牽引采煤機(jī)幾乎都提高供電電壓, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美國(guó)現(xiàn)有長(zhǎng)壁工作面中, 45 %以上的電牽引采煤機(jī)供電電壓為≥2300V。
(7) 有完善的監(jiān)控系統(tǒng) 包括采用微處理機(jī)控制的工況監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動(dòng)控制系統(tǒng); 就地控制、無(wú)線電隨機(jī)控制, 并已能控制液壓
支架、輸送機(jī)動(dòng)作和滾筒自動(dòng)調(diào)高。
(8) 高可靠性 據(jù)了解美國(guó)使用的EL ECTRA 1000 型采煤機(jī)的時(shí)間利用率可達(dá)95 %～98 % ,采煤量350 萬(wàn)t 以上,最高達(dá)1000 萬(wàn)t 。
1.3 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)從20 世紀(jì)80 年代末期, 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開(kāi)發(fā)了我國(guó)第1 臺(tái)MG3442PWD薄煤層強(qiáng)力爬底板交流電牽引采煤機(jī), 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD 電牽引采煤機(jī)的電牽引技術(shù), 對(duì)液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新。第1 臺(tái)MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機(jī)是在雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MG300 系列液壓牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晉華宮礦開(kāi)始使用。與此同時(shí), 在太原礦山機(jī)器廠生產(chǎn)的AM2500 液壓牽引采煤機(jī)上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造MG375/8302WD 型電牽引采煤機(jī)。截止目前, 我國(guó)已形成5 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地, 雞西煤礦機(jī)械廠、太原礦山機(jī)器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī), 西安煤礦機(jī)械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。
我國(guó)近期開(kāi)發(fā)的電牽引采煤機(jī)有以下特點(diǎn):
(1) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置電牽引采煤機(jī)。截割電機(jī)橫向布置在搖臂上, 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。
(2) 總裝機(jī)功率、牽引功率大幅度提高, 供電電壓(對(duì)單個(gè)電機(jī)400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機(jī)性能。
(3) 電牽引采煤機(jī)以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位, 部分廠商同時(shí)也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。
(4) 主機(jī)身多分為3 段, 取消了底托架, 各零部件設(shè)計(jì)、制造強(qiáng)度大大提高, 部件間用高強(qiáng)度液壓螺母聯(lián)接, 拆裝方便, 提高了整機(jī)的可靠性。
(5) 電控技術(shù)研究和采煤機(jī)電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進(jìn)了一大步, 功能逐步齊全, 無(wú)線電隨機(jī)控制研制成功, 數(shù)字化、微機(jī)的電控裝置已進(jìn)入試用階段。
(6) 在橫向布置的截割電機(jī)上, 設(shè)計(jì)使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸,改善了傳動(dòng)件的可靠性, 對(duì)提高采煤機(jī)的整體可靠性和時(shí)間利用率起到了積極作用。
(7) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究, 推進(jìn)了我國(guó)的滾筒及截齒制造技術(shù),開(kāi)發(fā)研制的耐磨滾筒,可適用于截割f = 3～4 的硬煤。具有使用中軸向力波動(dòng)小,工作平穩(wěn)性好,塊煤率高,能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
1.4 結(jié)構(gòu)特征與工作原理
如圖1.1 雙滾筒采煤機(jī)
1.4.1 搖臂
搖臂主要由截割電動(dòng)機(jī)、搖臂殼、一軸組件、惰輪組件、二軸組件、三軸組件、拔叉組件、行星減速器，內(nèi)噴霧系統(tǒng)等組成。左右搖臂減速器除殼體不同外，其余零部件完全相同，可互換使用。
搖臂直接由截割電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，經(jīng)三級(jí)直齒輪傳動(dòng)和一級(jí)行星機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到截割滾筒，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)落煤和裝煤的作用。
搖臂有如下特點(diǎn)：
（1）搖臂回轉(zhuǎn)采用小鉸軸結(jié)構(gòu)。
（2）搖臂齒輪減速器都是簡(jiǎn)單的直齒傳動(dòng)，精度高，傳動(dòng)效率高。
（3）行星傳動(dòng)內(nèi)齒圈采用座入搖臂殼內(nèi)結(jié)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)中不易松動(dòng)，工作平穩(wěn)。
（4）采用彎搖臂形式，加大了裝煤口，提高裝煤效率，增加塊煤率。
（5）搖臂殼體采用整體鑄鋼結(jié)構(gòu)，外殼有焊接的冷卻水套，用于冷卻和內(nèi)噴霧供水噴霧降塵。
1.4.2 截割電動(dòng)機(jī)
截割電動(dòng)機(jī)為礦用割爆型三相交流異步電動(dòng)機(jī)，可用于環(huán)境溫度下于40℃，有甲烷或爆炸性煤塵工作面，橫向安裝在采煤機(jī)搖臂上，采用實(shí)心軸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，外殼采用水套冷卻。
左右截割電動(dòng)機(jī)通用，接線喇叭口可以改變方向，方便電纜引入，拆裝時(shí)，可以利用電動(dòng)機(jī)聯(lián)接法蘭上的頂絲螺孔頂出，從老塘側(cè)抽出，拆裝方便。
使用時(shí)注意開(kāi)機(jī)前應(yīng)先檢查冷卻水的水量，先通水后起電動(dòng)機(jī)，嚴(yán)禁斷水使用，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后不要馬上關(guān)閉冷卻水，發(fā)現(xiàn)有異樣聲響時(shí)，應(yīng)立即停車(chē)檢查。
一軸組件由軸齒輪、軸承、端蓋、骨架油封、油封架等組成，軸齒輪由軸承對(duì)稱支撐在軸承杯上，并通過(guò)漸開(kāi)線花鍵與電動(dòng)機(jī)輸出軸相聯(lián)接，軸承的軸向間隙應(yīng)保持0.15～0.35之間。
惰輪軸組I主要由齒輪、心軸、軸承、距離套等組成，靠心軸與殼體臺(tái)階定位。
二軸組件主要由齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ、軸承、花鍵軸、端蓋等組成。矩形花鍵由二個(gè)軸承支撐在箱體上，花鍵上裝有二個(gè)齒輪，其中一個(gè)為離合齒輪與撥叉相連，推動(dòng)撥叉可實(shí)現(xiàn)搖臂的離或合兩個(gè)位置，軸承的軸向間隙，保持在0.15～0.35mm之間.
三軸組件主要由軸齒輪Ⅰ、齒輪Ⅱ、軸承、端蓋、距離套、密封圈等組成，齒輪通過(guò)矩形花鍵套在軸齒輪Ⅰ上，軸齒輪Ⅰ由二個(gè)軸承支撐在箱體上。調(diào)整墊用來(lái)調(diào)整軸承的軸向間隙，保持在0.15～0.35mm。惰輪軸Ⅱ共有兩組，其定位方式與惰輪軸Ⅰ相同，這兩組軸安裝方向相反。
四軸組件為行星減速器輸入軸組，其齒輪大齒輪內(nèi)孔為花鍵與太陽(yáng)輪相連，兩軸承內(nèi)圈安裝在大齒輪的空心軸上，而外圈安裝在套杯上，軸承間隙應(yīng)調(diào)整在0.15～0.35mm之間。
2.1.7 內(nèi)噴霧供水裝置由接頭、水封、泄漏環(huán)、油封、軸承裝置外殼、軸承、不銹鋼送水管、○形圈、定位銷、管座、高壓軟管等組成。
不銹鋼送水管插入靠煤壁側(cè)管座時(shí)，管上的缺口對(duì)準(zhǔn)座上的定位銷，使送水管和滾筒軸（行星架）一起轉(zhuǎn)動(dòng)，靠?jī)?nèi)外兩道○型圈密封，送水管靠老塘側(cè)通過(guò)軸承支撐在軸承裝置外殼內(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，在送水管殼體，靠特制的水封防漏水，在水封的后面又架設(shè)了一只骨架油封（材料與普通油封不同）起防水，防塵作用，在該水封和油封間裝有泄漏環(huán)，經(jīng)水封泄漏的水通過(guò)水封裝置外殼流出搖臂殼體外，油封是為防止油液外漏而設(shè)置的。
內(nèi)噴霧水通過(guò)接頭座與噴霧冷卻系統(tǒng)的相應(yīng)管路相通，經(jīng)送水管，煤壁側(cè)高壓管與滾筒的內(nèi)噴霧供水口相連，進(jìn)入滾筒水道。
行星減速器為四個(gè)行星輪減速機(jī)構(gòu)，主要由太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈、行星架支撐軸承，平面浮動(dòng)油封裝置和方形聯(lián)接套等組成，太陽(yáng)輪的另一端與搖臂大齒輪的內(nèi)花鍵相聯(lián)，輸入轉(zhuǎn)矩，當(dāng)太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)行星輪沿本身軸線自轉(zhuǎn)，同時(shí)又帶動(dòng)行星架繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，行星架通過(guò)花鍵和方形連接套聯(lián)接，將輸出轉(zhuǎn)矩傳給滾筒。
行星齒輪傳動(dòng)利用四個(gè)行星輪嚙合的形式，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大。傳動(dòng)可靠，考慮行星輪間均載，采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)輪浮動(dòng)靈敏，反力矩小，浮動(dòng)量通過(guò)與大齒輪相配合的外花鍵側(cè)隙來(lái)保證。
行星架前端靠軸承支撐，此軸承兩端面需控制軸向間隙0.15～0.35mm后端靠軸承支撐。
方形聯(lián)結(jié)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)在有煤塵和煤泥的工況下工作。
1.4.3 牽引部
1 左電牽引部
左電牽引部由左電牽引部殼體、牽引電機(jī)、電機(jī)軸組、牽引二軸、制動(dòng)軸、雙行星減速器、液壓制動(dòng)器、行走輪組成等組成。
牽引電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)二級(jí)直齒圓柱齒輪和二級(jí)行星齒輪減速器減速后，由行星架輸出，通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪與行走輪相嚙合，再由行走輪與工作面輸送機(jī)上的銷軌嚙合使采煤機(jī)來(lái)回行走，同時(shí)制動(dòng)軸出軸通過(guò)花鍵與液壓制動(dòng)器相連，實(shí)現(xiàn)電牽引的制動(dòng)。
2 牽引電動(dòng)機(jī)
牽引電動(dòng)機(jī)為隔爆型三相交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)，與變頻調(diào)速裝置配套作為采煤機(jī)的牽引動(dòng)力源，可適用于環(huán)境溫度小于40℃，相對(duì)濕度不大于97﹪。
3 液壓制動(dòng)器
液壓制動(dòng)器是由螺塞、外殼、碟形彈簧、活塞、圓盤(pán)、壓盤(pán)、外摩擦片、內(nèi)摩擦片、底座、花鍵套等組成。當(dāng)采煤機(jī)在正常工況下工作時(shí)，由調(diào)高泵輸出的壓力油經(jīng)集成塊和制動(dòng)電磁閥進(jìn)入液壓制動(dòng)器的外接油口，活塞在油壓下壓緊碟形彈簧組，壓盤(pán)與內(nèi)外摩擦片脫離接觸，液壓制動(dòng)器呈現(xiàn)自由空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)電控系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)信號(hào)時(shí)，制動(dòng)電磁閥斷電復(fù)位，制動(dòng)器內(nèi)的油腔與油池連通，使得活塞在碟形彈簧的作用下推動(dòng)壓盤(pán)壓緊內(nèi)外摩擦片，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，花鍵套被抱閘，起到制動(dòng)采煤機(jī)的作用。
4 右電牽引部
右電牽引部?jī)?nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)與左電牽引部完全相同，所不同的是其內(nèi)部還裝有調(diào)高電動(dòng)機(jī)，雙聯(lián)齒輪泵、集成塊、過(guò)濾器、壓力表、制動(dòng)電磁閥等元件。用于采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)及液壓制動(dòng)器的動(dòng)力來(lái)源。
㈣ 輔助液壓系統(tǒng)
1 采煤機(jī)輔助液壓系統(tǒng)包括兩部分：A 調(diào)高回路。B 制動(dòng)回路。它由調(diào)高泵站、機(jī)外油管、左右調(diào)高油缸和液壓制動(dòng)器等組成。其中。泵站布置在右電牽引部?jī)?nèi)，液壓制動(dòng)器布置于左右電牽引部?jī)?nèi)，調(diào)高油缸布置在機(jī)身下。
泵站由調(diào)高電動(dòng)機(jī)、單泵、集成塊、過(guò)濾器、制動(dòng)電磁閥、壓力表、高低壓溢流閥等組成。
調(diào)高回路的主要功能是使?jié)L筒能按司機(jī)所需的位置工作，調(diào)高回路的動(dòng)力由調(diào)高電動(dòng)機(jī)提供，調(diào)高油缸調(diào)高阻力太大時(shí)，為防止系統(tǒng)回路油壓過(guò)高，損壞油泵及附件，在調(diào)高系統(tǒng)排油路設(shè)置一高壓溢流閥作為安全閥，調(diào)高壓力20MPa。
液壓制動(dòng)回路的壓力油回油路設(shè)置低壓溢流閥，為制動(dòng)器壓力及調(diào)高電磁反向閥所用壓力，為保證液壓制動(dòng)器打開(kāi)，在制動(dòng)回路設(shè)置一低壓溢流閥，調(diào)定壓力為1.5MPa，它由二位三通電磁閥，液壓制動(dòng)器，低壓溢流閥及其管路等組成，制動(dòng)電磁閥在集成塊上，通過(guò)特定管路與安裝在左右電牽引部上的液壓制動(dòng)器相連。
2 調(diào)高電動(dòng)機(jī)
該電動(dòng)機(jī)為礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，可適用環(huán)境低于40℃，且有甲烷或爆炸性煤塵的工作面。
3 調(diào)高油缸
兩只調(diào)高油缸設(shè)置在靠煤壁側(cè)機(jī)身下方，油缸的活塞桿與搖臂的小支臂，缸體與左右牽引部下面分別用銷軸聯(lián)結(jié)，已實(shí)現(xiàn)左右滾筒的調(diào)高，調(diào)高油缸由液力鎖缸體，活塞桿和活塞等組成。
4 齒輪泵
該泵為CBK1012-B3F型齒輪泵，體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。
5 過(guò)濾器
在輔助液壓系統(tǒng)中，設(shè)有過(guò)濾器一個(gè)，安裝在右電牽引部泵站中，采用網(wǎng)式濾芯，型號(hào)為MDY01042，其流量為63l/min。
6 壓力表
采煤機(jī)的工作過(guò)程中，為了隨時(shí)監(jiān)視液壓系統(tǒng)中工作狀況，因此在泵站中安裝有高低壓壓力表，分別顯示調(diào)高及控制油源的壓力，為防止表針劇烈振動(dòng)而損壞，壓力表表座中有阻尼塞。
7 手動(dòng)換向閥
本機(jī)設(shè)有兩只手動(dòng)換向閥，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能完全一樣，均為H型三位四通換向閥，閥中彈簧是使閥芯復(fù)位，此時(shí)無(wú)壓力油進(jìn)入油缸，用手直接操作確定閥的工作位置，使壓力油進(jìn)入油缸，使其伸縮實(shí)現(xiàn)搖臂的升降。
8 電磁閥
本機(jī)選用24GDEY-H6B-T2隔爆型電磁換向閥作為制動(dòng)電磁閥，當(dāng)采煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)，制動(dòng)電磁閥待電動(dòng)作，壓力油進(jìn)入制動(dòng)器克服彈簧力，內(nèi)外摩擦片分離，牽引進(jìn)入進(jìn)行狀態(tài)，當(dāng)采煤機(jī)停止時(shí)，制動(dòng)電磁閥斷電復(fù)位，壓力油回油池，制動(dòng)器內(nèi)外摩擦片貼緊，采煤機(jī)被制動(dòng)。
㈤ 輔助裝置
由左右行走箱、滑靴組、拖纜裝置、冷卻噴霧管路系統(tǒng)、機(jī)身聯(lián)結(jié)、截割滾筒、機(jī)外液壓管路組成。
1 在采空區(qū)側(cè)：行走輪組、行走輪、導(dǎo)向滑靴、行走輪軸承、芯軸等組成。
2 在煤臂側(cè)：滑靴組，用螺栓、銷子固定在左右牽引部下面。
3 拖纜裝置：拖纜裝置由拖纜架，連接板、銷、電纜板等組成，當(dāng)采煤機(jī)沿工作面運(yùn)行時(shí)，拖拽并保護(hù)纜和水管使用電纜夾來(lái)承受，這樣使電纜，水管不受力磨損小，同時(shí)還能防砸及拖拽平穩(wěn)且阻力小，在工作面刮板輸送機(jī)的電纜槽內(nèi)可靠的來(lái)回拖動(dòng)。
拖纜裝置固定在電控箱前面右上部，以便電纜能順利進(jìn)入電控箱，電纜和水管進(jìn)入工作面后安裝在工作面輸送機(jī)的固定電纜槽內(nèi)，在輸送機(jī)的中點(diǎn)在進(jìn)入電纜槽并安裝電纜夾，故移動(dòng)電纜和管的長(zhǎng)度的一半略有多余。
4 噴霧冷卻系統(tǒng)
采煤機(jī)工作時(shí)，滾筒在破煤和裝煤過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，不及降低了工作面的能見(jiàn)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)重影響，因此，必須及時(shí)降塵，最大限度的降低空氣中的含量，同時(shí)采煤機(jī)在工作時(shí)，各主要部件會(huì)產(chǎn)生很大熱量需及時(shí)進(jìn)行冷卻，已保證工作面生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
噴霧冷卻系統(tǒng)由水閥、水壓、繼電器、安全閥、節(jié)流閥、噴嘴、高壓軟管及有關(guān)連接件組成，來(lái)自噴霧泵的水壓由送水管經(jīng)電纜槽，拖纜裝置進(jìn)入水閥，由水閥到機(jī)身后面的兩個(gè)分配閥，分多路用于冷卻截割電機(jī)，牽引電機(jī)，調(diào)高電機(jī)，電控箱，內(nèi)外噴霧降塵。
5 機(jī)身連接裝置
左右電牽引部，中間電控箱的連接螺柱，搖臂與左右電牽引部鉸接銷軸四組，這些裝置將采煤急各大部件聯(lián)接成一個(gè)整體，起到緊固及連接的作用。
液壓螺母由螺母、油堵、密封圈、活塞緊圈組成，其工作原理和使用方法如下：
在打壓前應(yīng)先將液壓螺母擰緊后取下一個(gè)油堵，接通超高壓泵當(dāng)手動(dòng)超高壓泵產(chǎn)生的高壓油，注入螺母與密封圈之間的油腔時(shí)，螺母在液壓力的作用下向上移動(dòng)，將螺栓強(qiáng)行拉伸，產(chǎn)生很大的豫緊力，打壓到限定的油壓后，將緊固旋緊至螺母底部，卸去高壓油擰上油堵，這時(shí)螺母靠緊圈和活塞鎖在預(yù)定的位置。
本機(jī)選用兩種規(guī)格的液壓螺母M30，限定油壓200MPa和M36×3限定油壓180MP采用液壓鎖緊，預(yù)緊力大，螺栓受力均勻，防松可靠。
㈥滾筒
滾筒是采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著破煤，裝煤的作用，主要由滾筒體、截齒、齒座和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星減速器輸出軸采用方形聯(lián)結(jié)套聯(lián)接，聯(lián)接可靠，拆卸方便。
滾筒體采用焊接結(jié)構(gòu)，三頭螺旋葉片，設(shè)有內(nèi)噴霧水道和噴嘴壓力水從噴嘴霧狀噴出，直接噴向齒尖，以達(dá)到冷卻截齒，降低煤塵和稀釋瓦斯的目的。為延長(zhǎng)螺旋葉片的使用壽命，在其出煤口處采用耐磨材料噴煤處理。
㈦機(jī)外液壓管路
由于采用手動(dòng)換向閥安裝在左中部，兩端電動(dòng)換向機(jī)外管路簡(jiǎn)單，由泵箱端集成塊引出四根去左右油缸進(jìn)出油口，二根去制動(dòng)器，即可將左右油缸，制動(dòng)器與系統(tǒng)連接起來(lái)。
2 總體方案的確定
電牽引采煤機(jī)，該機(jī)裝機(jī)功率487.5KW，截割功率2×200KW，牽引功率2×40。
該采煤機(jī)使用的電氣控制箱符合礦用電氣設(shè)備防爆規(guī)程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險(xiǎn)的礦井中使用，并可在海拔不超過(guò)2000m、周?chē)橘|(zhì)溫度不超過(guò)＋40℃或低于－10℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導(dǎo)電塵埃的情況下使用。
2.1主要技術(shù)參數(shù)如下：
采高（m）：1.3－2.6;
適應(yīng)傾角(。)：≤40;
煤質(zhì)硬度：硬或中硬;
機(jī)面高度(mm)：1000
滾筒直徑(mm)：1100;
滾筒轉(zhuǎn)速(r/min)：40;
截深(mm)：630;
牽引力(KN)：360;
牽引速度(m/min)：0－7.7－12.8;
滅塵方式：內(nèi)外噴霧;
拖電纜方式：自動(dòng)拖纜
裝機(jī)功率(KW)：2×200+2×40＋7.5;
電壓(V)：1140;
搖臂長(zhǎng)度(mm):2572
2.1.1采煤機(jī)結(jié)構(gòu)方案
采煤機(jī)采用多電機(jī)橫向布置方式，截割部用銷軸與牽引部聯(lián)結(jié)，左、右牽引部及中間箱采用高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，在中間箱中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機(jī)具有以下特點(diǎn)：
1．截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，搖臂和機(jī)身連接沒(méi)有動(dòng)力傳遞，取消了縱向布置結(jié)構(gòu)中的螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。
2．主機(jī)身分為三段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高度液壓螺栓聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、拆裝方便。
2．2搖臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定
由于煤層地質(zhì)條件的多樣性，煤炭生產(chǎn)需要多種類型和規(guī)格的采煤機(jī)。利用通用部件，組裝成系列型號(hào)的采煤機(jī)，可以給生產(chǎn)帶來(lái)很多方便。系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化是采掘機(jī)械發(fā)展的必然趨勢(shì)。所以，這里把左右搖臂設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
2.1.2截割部電動(dòng)機(jī)的選擇
由設(shè)計(jì)要求知，截割部功率為200×2KW，即每個(gè)截割部功率為200KW。根據(jù)礦下電機(jī)的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對(duì)安全;而且電機(jī)工作要可靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，效率高。據(jù)此選擇YBCS3-200C， 其主要參數(shù)如下： 額定功率 :200KW；
額定電壓：1140V；
滿載電流：130A；
額定轉(zhuǎn)速：1478r/min；
滿載效率：0.920；
絕緣等級(jí)： H；
滿載功率因數(shù)：0.85；
接線方式：Y；
質(zhì)量： 1280KG；
冷卻方式：外殼水冷
該電動(dòng)機(jī)輸出軸上帶有漸開(kāi)線花鍵，通過(guò)該花鍵電機(jī)將輸出的動(dòng)力傳遞給搖臂的齒輪減速機(jī)構(gòu)。
2.2傳動(dòng)方案的確定
2.2.1 傳動(dòng)比的確定
滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計(jì)算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)低速化的趨勢(shì)。滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)滾筒截割和裝載過(guò)程影響都很大；但對(duì)粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速。
總傳動(dòng)比
——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min
——滾筒轉(zhuǎn)速 r/min
2.2.2傳動(dòng)比的分配
在進(jìn)行多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)比分配是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動(dòng)比，將直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑條件、成本及工作能力。多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的確定有如下原則：
1.各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)所允許的最大值，以符合其傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)，使減速器獲得最小外形。
2.各級(jí)傳動(dòng)間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動(dòng)件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動(dòng)零件應(yīng)便于安裝。
3.使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強(qiáng)度。
4.使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。
由于采煤機(jī)在工作過(guò)程中常有過(guò)載和沖擊載荷，維修比較困難，空間限制又比較嚴(yán)格，故對(duì)行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先確定行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。
設(shè)計(jì)采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖所示（圖2.1）：
a太陽(yáng)輪 b內(nèi)齒圈
c行星輪 x行星架
圖2.1 NGW型行星機(jī)構(gòu)
該行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽(yáng)輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪c、行星架x等組成。傳動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒圈b固定不動(dòng)，太陽(yáng)輪a為主動(dòng)輪，行星架x上的行星輪c繞自身的軸線ox—ox轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)行星架X回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線ox—ox是轉(zhuǎn)動(dòng)的。
這種型號(hào)的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、傳動(dòng)功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)截割部最后一級(jí)減速是合適的，該型號(hào)行星傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動(dòng)比一般為2.1～13.7。如圖2.3，當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽(yáng)輪a為主動(dòng)件，行星架c為從動(dòng)件時(shí)，傳動(dòng)比的推薦值為2.7～9。從《采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備》上可知,采煤機(jī)截割部行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比一般為5～6。所以這里先定行星減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
則其他三級(jí)減速機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比
÷36.75÷5.747=6.39
根據(jù)前述多級(jí)減速齒輪的傳動(dòng)比分配原則及齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17為依據(jù)，另參考MG250/591型采煤機(jī)截割部各齒輪齒數(shù)分配原則，初定齒數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比為：
3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1各級(jí)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩的確定
各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：
從電動(dòng)機(jī)出來(lái)，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。
Ⅰ軸 min
Ⅲ軸
Ⅳ軸
Ⅵ軸
各軸功率計(jì)算：
Ⅰ軸 ×0.99=198
Ⅱ軸 ×0.98×0.99=190.18
Ⅲ軸 ×0.98×0.99=184.51
Ⅳ軸 ×0.98×0.99×0.99=177.22
Ⅴ軸 ×0.98×0.99×0.99=170.22
Ⅵ軸 ×0.98×0.99=165.15
Ⅶ軸 ×0.98×0.99×0.99=158.63
Ⅷ軸 ×0.98×0.99×0.99=152.36
各軸扭矩計(jì)算:
Ⅰ軸 ×
Ⅲ軸 ×
Ⅳ軸 ×
Ⅶ軸 ×
Ⅷ軸 ×
將上述計(jì)算結(jié)果列入下表,供以后設(shè)計(jì)計(jì)算使用
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
編號(hào)
功率/kW
轉(zhuǎn)速n/(r·min)
轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
傳動(dòng)比
Ⅰ軸
198
1470
1286.3
1.79
Ⅲ軸
184.51
821.2
2145.7
Ⅳ軸
177.22
526.43
3214.96
1.56
Ⅶ軸
158.63
229.88
6592.3
2.29
Ⅷ軸
152.36
229.88
273866.6
5.747
3.2齒輪設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
這里主要是根據(jù)查閱的相關(guān)書(shū)籍和資料，借鑒以往采煤機(jī)截割部傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定各級(jí)傳動(dòng)中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)的功率、轉(zhuǎn)矩以及各級(jí)傳動(dòng)的效率，進(jìn)而對(duì)各級(jí)齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，具體計(jì)算過(guò)程級(jí)計(jì)算結(jié)果如下：統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初步確定各級(jí)傳動(dòng)中齒輪的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)的功率、轉(zhuǎn)矩以及各級(jí)傳動(dòng)的效率，進(jìn)而對(duì)各級(jí)齒輪模數(shù)進(jìn)行初步確定，截割部齒輪的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核，具體計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果如下：
齒輪1和惰輪2的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明
計(jì)算結(jié)果
1)選擇齒輪材料
查文獻(xiàn)1表8-17 齒輪選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取
小輪分度圓直徑，由式（8－64）得
齒寬系數(shù)查文獻(xiàn)1表8－23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取＝0．6
小輪齒數(shù) =19
惰輪齒數(shù) ＝34.01
齒數(shù)比 ＝
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù) 由式（8－54）得
使用系數(shù) 查表8－20
動(dòng)載荷系數(shù) 查圖8－57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60
齒間載荷分配系數(shù) 由式8－55及得
＝[1.88－3.2(1/19+1/34)]=1.617
查表8－21并插值 ＝1
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 查表8－22
＝189.8
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖8－64
重合度系數(shù) 查圖8－65
許用接觸應(yīng)力 由式得
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得
則 查圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
硬化系數(shù) 查圖8－71及說(shuō)明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取
故的設(shè)計(jì)初值為
齒輪模數(shù) 查表8－3
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝
圓周速度
與估取很相近，對(duì)取值影響不大，不必修正
＝1.11，
小輪分度圓直徑
惰輪分度圓直徑
中心距
齒寬
惰輪齒寬
小輪齒寬
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由式
齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪
大輪
重合度系數(shù),由式8－67
許用彎曲應(yīng)力由式8－71
彎曲疲勞極限 查圖8－72
彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73
尺寸系數(shù) 查圖8－74
安全系數(shù) 查表8－27
則
4. 齒輪幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
HRC 56～62
公差組7級(jí)
＝0．6
=19
＝34
＝1.79
合適
＝1．75
＝1．11
＝1.08
＝1
＝189.8
＝2.5
＝0.897
＝1
mm
＝133mm
,
=185.5mm
mm
＝2.86
＝2.47
=1.54
=1.65
＝1
＝2
齒輪4和齒輪5設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核：
1)選擇齒輪材料
查文獻(xiàn)1表8-17 齒輪選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選取
小輪分度圓直徑，由式（8－64）得
齒寬系數(shù)查文獻(xiàn)1表8－23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，?。?．6
小輪齒數(shù)
大輪齒數(shù) ＝35.88圓整取
齒數(shù)比 ＝
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩
載荷系數(shù) 由式（8－54）得
使用系數(shù) 查表8－20
動(dòng)載荷系數(shù) 查圖8－57得初值
齒向載荷分布系數(shù) 查圖8－60
齒向載荷分配系數(shù) 由式8－55及得
＝[1.88－3.2(1/23+1/36)]=1.65
查表8－21并插值 ＝1.1
則載荷系數(shù)的初值
彈性系數(shù) 查表8－22
＝189.8
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 查圖8－64
重合度系數(shù) 查圖8－65
許用接觸應(yīng)力 由式得
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力 查圖8－69
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式得
則 查圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
硬化系數(shù) 查圖8－71及說(shuō)明
接觸強(qiáng)度安全系數(shù) 查表8－27，按高可靠度查 取
圓整
齒輪模數(shù) 查表8－3
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝
圓周速度
與估取很相近，對(duì)取值影響不大，不必修正＝1.18，
小輪分度圓直徑
惰輪分度圓直徑
中心距
齒寬
惰輪齒寬
小輪齒寬
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由式
齒形系數(shù) 查圖8－67 小輪
大輪
應(yīng)力修正系數(shù) 查圖8－68 小輪
大輪
重合度系數(shù),由式8－67
許用彎曲應(yīng)力由式8－71
彎曲疲勞極限 查圖8－72
彎曲壽命系數(shù) 查圖8－73
尺寸系數(shù) 查圖8－74
安全系數(shù) 查表8－27
則
(4)齒輪幾何尺寸計(jì)算
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
HRC 56~62
公差組7級(jí)
＝0．6
=23
＝36
＝1.565
合適
＝1.75
＝1.18
＝1.08
＝1.1
＝189.8
＝2.5
＝0.87
＝1
＝2.69
＝2.45
=1.575
=1.65
＝0.98
＝2
齒輪6和惰輪7的幾何尺寸計(jì)算：
齒輪幾何尺寸計(jì)算：
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
惰輪8和齒輪9的幾何尺寸計(jì)算：
齒輪幾何尺寸計(jì)算：
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒距
齒厚
中心距 圓整
由于齒輪的強(qiáng)度效核方法都是相似的，因而對(duì)其它齒輪的強(qiáng)度效核過(guò)程安排在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)以外的篇幅中進(jìn)行，并全部強(qiáng)度驗(yàn)算合格。
3.3截割部行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
電牽引采煤機(jī)是直接以電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)減速箱的原動(dòng)力, 因而要求減速箱有較大的速比, 同時(shí)受工作面空間條件限制, 要求傳動(dòng)裝置尺寸小。因此, 電牽引采煤機(jī)無(wú)論牽引部或截煤部均在最后輸出級(jí)采用行星機(jī)構(gòu)。行星傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、速比大。
行星傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力分流, 功率流數(shù)取決于行星輪個(gè)數(shù)。因此, 電牽引采煤機(jī)用的行星機(jī)構(gòu)大多設(shè)計(jì)成4 個(gè)行星輪, 以降低每一行星輪的負(fù)載, 但對(duì)行星架及齒輪的加工精度要求更高。為減小加工安裝誤差所產(chǎn)生的偏載和彈性變形、慣性力、摩擦力等妨礙載荷均勻分布的因素, 把太陽(yáng)輪作成無(wú)支承的浮動(dòng)件(單浮動(dòng)) , 通過(guò)漸開(kāi)線花鍵與前一級(jí)齒輪聯(lián)接, 花鍵側(cè)隙則滿足了浮動(dòng)量的要求?；蛟O(shè)計(jì)成雙浮動(dòng)(太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈浮動(dòng))、三浮動(dòng)結(jié)構(gòu)(太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈、行星架浮動(dòng))。這些均載措施結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、浮動(dòng)靈敏、反力矩小, 有效地補(bǔ)償各種誤差, 使行星輪間的載荷均衡分配。行星輪與內(nèi)齒圈一般設(shè)計(jì)成薄壁輪緣。行星輪輪緣的變形對(duì)安裝在行星輪內(nèi)孔中軸承的滾動(dòng)體間的載荷分布會(huì)發(fā)生影響, 由此獲得可提高軸承壽命的最佳間隙。內(nèi)齒圈輪緣的柔性變形, 同樣也有利于行星輪間的載荷分配均勻, 并降低嚙合時(shí)的動(dòng)載荷。
已知：輸入功率KW,
轉(zhuǎn)速=229.88r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=40r/min
3.3.1齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定
太陽(yáng)輪和行星輪的材料為20CrNi2MoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57～61HRC。因?yàn)閷?duì)于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高級(jí)滲碳鋼，經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強(qiáng)度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。
試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限MPa
試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽(yáng)輪：
（）
行星輪：
齒形為漸開(kāi)線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級(jí)。
內(nèi)齒圈的材料為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.
試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限：
試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限：
齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。
3.3.2確定各主要參數(shù)
⑴行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比：
i=5.747，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。
⑵行星輪數(shù)目：
要根據(jù)文獻(xiàn)3表2.9-3及傳動(dòng)比i，取。
⑶載荷不均衡系數(shù)：
采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)和行星架浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 =1.15
⑷配齒計(jì)算：
太陽(yáng)輪齒數(shù)
式中：取c=20（整數(shù)）
內(nèi)齒圈齒數(shù)
行星輪齒數(shù)
取
⑸-齒輪接觸強(qiáng)度初步計(jì)算按表義14-1-60中的公式計(jì)算中心距：
1) 綜合系數(shù)：
2）太陽(yáng)輪單個(gè)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
3）齒數(shù)比：
4）取齒寬系數(shù)：
5）初定中心距：
將以上各值代入強(qiáng)度計(jì)算公式，得
6）計(jì)算模數(shù)：
取標(biāo)準(zhǔn)值m=8
7）未變位時(shí)中心距a：
根據(jù)實(shí)際情況取
（6）計(jì)算變位系數(shù)
1）a-c傳動(dòng)
a)嚙合角：
所以
b)總變位系數(shù)：
=
c)中心距變動(dòng)系數(shù)：
d)齒頂降低系數(shù)：
e)分配變位系數(shù)：
取 （見(jiàn)文獻(xiàn)3第101頁(yè)）
則
2）c-b傳動(dòng)
a)嚙合角：
式中，
代入
所以
b)變位系數(shù)和：
c)中心距變動(dòng)系數(shù)：
d)齒頂降低系數(shù)：
e)分配變位系數(shù)：
3.3.3幾何尺寸計(jì)算
分度圓
齒頂圓
齒根圓
基圓直徑
齒頂高系數(shù)
太陽(yáng)輪，行星輪—
內(nèi)齒輪—
頂隙系數(shù)
太陽(yáng)輪，行星輪—
內(nèi)齒輪—
代入上組公式計(jì)算如下：
太陽(yáng)輪
行星輪
=200mm
=219.2mm
=181.88mm
內(nèi)齒輪
=511.49mm
=545.1mm
太陽(yáng)輪，齒寬b
由表2.5-12,
取
則
取
～
3.3.4.嚙合要素驗(yàn)算
⑴a-c傳動(dòng)端面重合度
1） 齒頂圓齒形曲徑：
太陽(yáng)輪
=39.60mm
行星輪
=56.41mm
2）端面嚙合長(zhǎng)度：
式中 “”號(hào)正號(hào)為外嚙合，負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合角
— 端面節(jié)圓嚙合
直齒輪
則
=39.60+56.41-160sin
=31.895（mm）
3）端面重合度：
=1.35
⑵ c-b端面重合度
1） 頂圓齒形曲徑 ：
由上式計(jì)算得
行星輪
內(nèi)齒輪
2）端面嚙合長(zhǎng)度：
=56.409-62.15+160sin
=37.27mm
3）端面重合度：
=