采煤机截割部设计本科毕业设计.doc
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1、 采煤机截割部设计 摘要本文描述了中煤层电牵引采煤机整机方案设计以及截割部的设计过程。中煤层电牵引采煤机可用于煤层厚度为2-4m、煤质中硬的缓倾斜煤层。与传统的纵向布置的单电机采煤机相比,该采煤机将截割电机直接安装在截割部壳体内,齿轮减速装置全部集中在截割部壳体及行星减速器内,取消了螺旋伞齿轮、固定减速箱、摇臂回转套等结构,使其结构更简单、紧凑,可靠性更高。截割部是采煤机直接落煤、装煤的部分,其消耗的功率约占整个采煤机功率的80%-90%,主要由截割部壳体、截割电机、齿轮减速装置、滚筒等组成。该采煤机的截割部采用四级传动;前三级为直齿传动,第四级为行星传动。二级传动的圆柱齿轮为可换齿轮,使输出
2、转速可根据不同的煤质硬度在两档速度内选取。截割部采用了三个惰轮轴,使采煤机能够满足截割高度对截割部长度的要求。设计将截割部行星减速器和滚筒直接联结,取消了安装在滚筒上的截齿,使结构简单、可靠。关键词:采煤机,截割部,结构,设计AbstractThis brochure describes the type of hydraulic shearer traction unit program design and cutting the Department of Design and calculation process. traction Shearer hydraulic seam th
3、ickness can be used for 2-4 m, Hard coal to the gently inclined seam. With the traditional vertical layout of the single-motor compared to Shearer, Shearer will be the ranging-arm installed directly in the cutting of the shell, gear device exclusively on cutting Shell and planetary reducer, the abol
4、ition of the spiral bevel gears, gear box fixed, Rocker rotating sets of structures, their structure is simpler, more compact and higher reliability. Ranging-arm of the shearer is directly charged coal, the coal loaded, its about the power consumption of the entire power shearer 80% -90%, mainly by
5、cutting Shell, cutting electrical, Gear and drum components. The shearer cutting unit used four drive; Before three straight tooth drive, the fourth level of planetary transmission. 2 Drive Gear to be for the gears, enabling the output speed can be based on different coal hardness in two tranches wi
6、thin the selected speed. Cutting the Department has adopted a three lazy axle, to meet the shearer cutting height on the ranging-arm degree requirements. Designed to be cutting planetary reducer and drum direct link, canceled installed in the drum Pick, simple and reliable. Keywords: shearer, rangin
7、g-arm,structure,design目录摘要2Abstract3目录4第一章 国内外采煤机研究及应用概况51.1 国内外研究现状51.2 国内外应用状况7第二章 传动方案的设计112.1总体传动方案的设计112.2传动比分配152.3截割部第一级圆柱齿轮传动设计162.4截割部第二级圆柱齿轮传动设计252.5截割部第一级行星传动设计332.6截割部第二级行星齿轮传动设计41第三章 截割部辅助零部件的设计503.1齿轮轴1的设计及校核503.2第一级惰轮轴的设计及校核523.3齿轮二轴的设计及校核553.4第二级惰轮轴的设计及校核593.5中心齿轮轴的设计及校核623.6截割部花键连接强
8、度校核65第四章 辅助零部件概述694.1机身694.2托缆装置704.3喷雾冷却系统704.4辅助液压系统724.5护板及拆卸工具734.6螺旋滚筒74结论75参考文献76第一章 国内外采煤机研究及应用概况1.1 国内外研究现状为了提高工作面的生产效益, 世界主要采煤国均纷纷致力于发展大型先进的综采设备, 取得了显著的效果, 综采工作面的生产能力和效益均大幅度提高。我国是产煤大国,煤炭也是我国最主要的能源,是保证我国国民经济飞速增长的重要物质基础。煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运输、提升的机械化。其中采掘包括采煤和掘进巷道。随着采煤机械化的发展,采煤机是现在最主要的采煤机械。80年代以来,
9、世界各主要采煤国家,为适应高产高效综采工作面发展和实现矿井集中化生产的需要,积极采用新技术,不断加速更新和改进滚筒采煤机的技术性能和结构,相继研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤机。其中最具代表的是美国乔埃公司的LS系列,英国安德森公司的Electra系列,德国艾柯夫公司的SL系列和日本三井三池公司的MCLEDR系列电牵引采煤机,体现了当今世界采煤机的最新发展方向,并有如下几个特点。1、装机功率有较大幅度增加为了适应高产高效综采工作面快速截煤的需要,不论是厚、中厚和薄煤层采煤机,均在不断加大装机功率(包括截割功率和牵引功率)。装机功率大都在1000kW左右,最大的已达2240kW,单个截割
10、电动机的功率都在375kW以上,最高的已达600kW。直流电牵引的牵引功率最大已达256kW,交流电牵引功率已达260kW。2、电牵引采煤机成为主导机型德国艾柯夫公司最早开发电牵引采煤机,80年代中后期已基本停止生产液压牵引采煤机,研制出EDW系列电牵引采煤机,其中EDW450/1000和EDW300LN是代表性的机型,90年代又研制成功交直流两用的SL300、SL400、SL500型采煤机。美国乔埃公司70年代中期开始开发多电机驱动的直流电牵引采煤机,80年代以来先后推出3LS、4LS、6LS三个新机型,其中电控系统已改进多次,性能更趋完善。英国安德森公司在80年代中期研制了第一台直流电牵引
11、采煤机Electra550,在美国使用成功后,又先后开发了Electra1000和Electra薄煤层电引采煤机。日本三井三池公司80年代中期着手开发高起点交流电牵引采煤机,在国际上是首创,最具代表性的是MCLEDR101101、MCLEDR102102采煤机。法国萨吉姆公司在90年代也已研制成功PandeE型交流电牵引采煤机。世界各主要采煤机厂商80年代都已把重点转向开发电牵引采煤机,目前,美国长壁工作面中电牵引采煤机已超过90,德国已占56,澳大利亚占52,而且近几年来,几乎所有综采工作面的高产高效记录都是由电牵引采煤机创造的。交流电牵引近几年发展很快,由于技术先进,可靠性高,维护管理简单
12、,有取代直流电牵引的趋势。自日本80年代中期研制成第一台交流电牵引采煤机,至今除美国外,其他国家如德国、英国、法国等都先后研制成交流电牵引采煤机,并认为是今后电牵引采煤机发展的新目标。3、牵引速度和牵引力不断增加液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/min左右,而实际可用割煤速度为45m/min(相对最大牵引力时的牵引速度),实际牵引功率仅为4050kW,不适应快速割煤的需要。为适应高产高效工作面,电牵引采煤机牵引功率需要成倍增加,据报导在美国18m/min的牵引速度已很普遍,个别的已超过24m/min,美国乔埃公司的一台经改进的4LS采煤机的牵引速度高达28.5m/min。由于采煤机需要快速牵
13、引割煤,滚筒截深的加大和转速的降低,又导致进给量和推进力的加大,故要求采煤机增大牵引力,目前已普遍加大到450600kN,现正研制最大牵引力为1000kN的采煤机。4、采用多电动机驱动横向布置的总体结构70年代中期只有少数几种采煤机(主要是美国的LS系列采煤机,原西德的EDW1502L2W)采用多电动机驱动横向布置。由于这种布置方式是各部件由单独电动机驱动,机械传动系统彼此独立,取消了锥齿轮传动副和复杂通轴,机械结构简单,装拆方便,因此被广泛采用。包括电牵引的(如英国Electra系列、德国的SL系列)和液压牵引的(如波兰的KGS系列),以及中厚煤层用大功率的(如Electra1000,SL5
14、00)和薄煤层的(如英国Electra),并有取代传统的截割电动机纵向布置的趋势。5、滚筒的截深不断增大牵引速度的加快,支架随机支护也相应跟上,使机道宽度内空顶时间缩短,为加大支架步距创造了条件,也为加大滚筒截深提供了可能性。十年前滚筒采煤机的截深,大都在630700mm,而今多数已采用800mm和1000mm,1200mm截深也已在实际使用。美国阿巴拉契煤矿正在考虑采用1500mm截深的可能性。6、普遍采用中高压供电80年代以来,由于装机功率大幅度提高,整个工作面供电容量超过5000kW,为了保证供电质量和电机性能,新研制的大功率电牵引采煤机几乎都提高供电电压,主要有2300V、3300V、
15、4160V和5000V。美国现有长壁工作面中45以上的电牵引采煤机供电电压不小于2300V。7、完善的监控系统包括采用微处理机控制的工况监测、数据采集、故障显示的自动控制系统;就地控制、无线电随机控制,并能自动控制液压支架、工作面输送机动作和滚筒沿工作面煤层自动调节采高。8、高的可靠性据了解美国LS系列采煤机、英国Electra1000型采煤机的利用率可达9598,维修期都在采煤350万t以上,最高的达1000万t。1.2 国内外应用状况我国目前广泛使用的三大系列采煤机,主要有上海分院开发设计的MG系列,西安煤矿机械厂生产的MXA300和太原矿山机器厂的AM500系列采煤机,其中MXA300和
16、AM500系列采煤机主要用于综采工作面,MG系列采煤机既有配套液压支架使用综采工作面的,也有配套单体液压支柱适用于普通机采工作面的采煤机,可分别使用在厚煤层、中厚煤层和薄煤层。目前使用量最大的液压牵引采煤机有MG150(200)W1、MG200W、MG300(2300)W、AM500/3.5、MXA300等型号。1、双级行星齿轮减速器的设计采用了四个行星轮结构的行星齿轮减速器,在均载措施、材料及热处理工艺、齿轮的修形修缘加工等技术方面有了进一步提高。2、牵引机构采用无链牵引系统,其主要优点是:取消工作面牵引链,消除断链和跳链伤人事故,工作安全可靠;同一工作面可同时使用多台采煤机,降低生产成本,
17、提高工作效率;牵引速度脉动比链牵引小,采煤机运行较平稳。链轨式虽然也是链条,但强度余量较大,弹性变形对牵引速度影响较小;牵引力大,能适应大功率采煤机和高产高效的需要;取消链牵引的张紧装置,使工作面切口缩短。对底板起伏、工作面弯曲、煤层不规则等适应性增强;适应采煤机在大倾角(可达54)条件下工作,利用制动器使采煤机防滑问题得到解决。但是无链牵引也存在需要解决的问题:加强输送机本身结构,使用和管理中保持平直度;齿轮、齿轨或销轴在啮合传动中传递力很大,且起支点作用,磨损加快材质和热处理要求较高,结构上要能快速更换;为适应采煤机在推移中水平和垂直方向的倾斜,仍能保证正确的啮合,在销轴座或齿轨之间的连接
18、方式上注意可调性,同时注意溜槽的连接强度;无链牵引机构使机道宽度增加约100mm,提高了对支架控顶能力的要求。3、采用液压紧固技术液压紧固技术为80年代末90年代初的高新技术,为超高压技术和材料热处理、超高压密封技术的综合应用领域。为了解决采煤机工况恶劣,构件联接容易松动而影响可靠性,对液压紧固技术进行了开发研制,目前已完成开发液压螺母M24、M30、M36、M42四种规格,相应的液压螺栓副长度3m(M42 ),2 .5m(M30 ),及超高压泵和超高压胶管总成也已批量生产,使用效果良好。4、交流变频调速牵引装置的研制对日本东芝和东洋公司的100kVA、150VA两个规格的51系列变频器进行技
19、术消化,其中100kVA的变频器成功改制成和MG344PWD型采煤机配套的交流变频调速牵引装置,并推广使用。在此基础上,消化吸收150kVA变频器技术,并将其改制成与其它一些大功率采煤机相配套的交流变频牵引调速装置,为电牵引采煤机的系列化和全面推广铺平了道路。200kVA61系列的交流变频调速牵引装置配套MG400/920WD型采煤机,也取得了较好的效果。5、电控技术的研究和电气控制装置的研制多年液压牵引采煤机电控装置的开发设计,积累了不少成功的经验,从引进消化吸收到自行研制,从原来的插件到现在盒装板式,从单台单件设计生产到现在简化型成批生产,经过十多年努力,功能逐步齐全,可靠性不断提高,在通
20、用性、互换性和集成化方面推进了一大步,无线电随机控制研制成功,并得到推广使用,数字化、微机化的电控装置正在试用阶段。6、截割部电动机使用弹性扭矩轴结合截割电动机横向布置多电机驱动采煤机的开发,将动态分析运用于具有弹性缓冲性能的扭矩轴设计,提出一套关于该类轴的理论设计依据,提高设计质量,改善传动件的可靠性,对提高采煤机的整体可靠度和利用率起到了积极作用。矩轴的结构设计以满足三项性能为原则,其结构设计则以其所处传动系统的具体结构而定。1弹性缓冲 2过载保护 3传递动力 弹性转矩轴典型结构d为卸载槽外径,在开有卸载槽的一端设有螺纹孔7、为了提高块煤率,采用耐磨滚筒及镐形截齿点开发硬煤耐磨滚。30个截
21、齿通过非均布叶片的特殊设计而达到叶片齿与端盘齿交错均布的目的,同时三个叶片各自的齿高不等,从而可确保叶片截齿截深相等。采用35mm的等截线距布置,叶片齿截割面积相等,此外叶片齿采用710角,确保其处于回转状态工作。同时能有效地抵消滚筒轴向力,其轴向力波动小于4,这种滚筒在使用中工作平稳性好,块煤率高,能耗低。7676第二章 传动方案的设计2.1总体传动方案的设计在目前的国内采煤机市场,不管从研发、设计、制造还是使用方面中厚煤层所使用的重型采煤机都占据着主导的地位,也正是这种庞大的市场优势使得中厚煤层采煤机在技术上日趋成熟,而且有着非常大的改进刷新速度。滚筒采煤机的类型很多,可按滚筒数目、行走机
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