机械毕业设计206MG3000700-WD型采煤机截割部的设计

1.1引言 (1)

1.2采煤机械概述 (1)

1.2.1采煤机械化的发展 (1)

1.2.2机械化采煤的类型 (2)

1.3采煤机简述 (2)

1.3.1采煤机的分类、组成和工作原理 (2)

1.3.2滚筒采煤机的工作原理 (3)

1.3.3滚筒采煤机的特点 (4)

1.3.4采煤机与刨煤机的比较 (4)

2 MG300/700－WD型采煤机 (4)

2.2主要用途及适用范围 (5)

2.3型号的组成及其代表的含义 (5)

2.4 使用环境条件 (5)

3 MG3000/700－WD型采煤机截割部的设计 (7)

3.1 截割部概述 (7)

3.2 截割部传动总体方案 (7)

3.2.1 设计总则 (7)

3.2.2 已知条件 (8)

3.2.3 截割部传动方案的确定 (8)

3.2.4 计算传动效率 (9)

3.2.5 传动比的分配及配齿情况 (10)

3.3 截割部传动系统齿轮的校核计算 (11)

3.3.1 概述 (11)

3.3.2 截一齿轮，惰一齿轮，截二大齿轮校核计算 (11)

3.3.3 变速齿轮校核计算 (19)

3.3.4 截三轴小齿轮，惰二轴齿轮，对三轴齿轮，截四轴齿轮校核计算 (24)

3.4 截割部传动系统辅助装置的校核计算 (45)

3.4.1 各轴花键的设计与校核 (45)

3.4.2 截割部传动系统各传动轴、轴承的校核 (50)

4 MG300/700－WD型采煤机截割部说明 (58)

4.1截割机构 (58)

4.2截割机构的传动系统 (58)

4.3截割部减速箱 (59)

4.4截割滚筒 (60)

4.5 维护与检修 (60)

翻译部分.............................................................................................. 错误！未定义书签。

英文原文....................................................................................... 错误！未定义书签。

中文译文....................................................................................... 错误！未定义书签。参考书目 (63)

致谢 (65)

1 绪论

1.1引言

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。20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产的需要，到今天几乎是我国采煤机占领我国的整个采煤机市场，依靠科技进步，推进技术创新，开发高效矿井综合配套技术是我国煤炭科技的发展的主攻方向，我国的采煤机现在已经进入了自主研发，标准化，系列化阶段。

1.2采煤机械概述

1.2.1采煤机械化的发展

机械化采煤开始于上世纪40年代，是随着采煤机械（采煤机和刨煤机）的出现而开始的。40年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，联邦德国生产了刨煤机，使工作面落煤，装煤实现了机械化。但是当时的采煤机都是链式工作机构，能耗大、效率低，加上工作面输送机不能自移，所以生产率受到一定的限制。

50年代初期，英国、联邦德国相继生产力滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，大大推进了采煤机械化的发展。由于当时采煤机上的滚筒式死滚筒，不能实现跳高，因而限制了采煤机械的适用范围，我们称这种固定滚筒的采煤机为第一代采煤机。这样，50年代各国的采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平。虽然载1954年英国已经研制出了液压自移式支架，但是由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善，综采技术仅仅处于开始试验阶段。

60年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机——单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整的问题，扩大了采煤机的适用范围；特别是1964年第三代采煤机——双摇臂采煤机的出现，进一步解决了工作面自开缺口问题；再加上液压支架和可弯曲刮板输送机的不断完善，滑行刨的研制成功等，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性——高校、高产、安全和经济，因此各国竞相采用综采。

进入70年代。综采机械化得到了进一步发掌和提高，综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发掌，相继出现了功率为750～1000KW，生产率大1500T/H的刮板输送机，以及工作阻力大1500KN的强力液压支架等。1970年采煤机无链牵引系统的研制成功以及1976年出现的第四代采煤机——电牵引采煤机，大大改善了采煤机的性能，并扩大了它的使用范围。

目前，各主要产煤国家已基本上实现力采煤机械化。衡量一个国家采煤机械化水

平的指标是采煤机械化程度和综采机械化程度。

采煤机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到高效、高产、安全、经济；向遥控及自动控制发展，以逐步过渡到无人工作面采煤；提高单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制后、薄及急倾斜等难采煤层的机械设备。

1.2.2机械化采煤的类型

长壁采煤工作面的采煤过程主要包括：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空去五个工序，按照这些工序来分有两种机械化采煤方式：

1）普通机械化采煤（普采）利用采煤机械（刨煤机或采煤机）来实现落煤和装煤，工作面输送机运煤，并用单体液压（或金属磨擦）支柱及金属铰接梁来

支护顶板的采煤法称普通机械化采煤。

2）综合机械化采煤（综采）用大功率采煤机来实现落煤装煤，刮板输送机运煤，自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤法称

综合机械化采煤。综采工作面主要是三机配合：如下图1-1所示：

1.采煤机

2.刮板输送机

3.液压支架

1.3采煤机简述

1.3.1采煤机的分类、组成和工作原理

采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类，可分为：

滚筒式、钻削式和链式采煤机；现在我们所说的采煤机主要是指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可靠性高，效率高，所以现在有很广泛的使用。

现代采煤机的设计基本上都是使用模块化设计，电机横向布置，采用模块化设计使各主要部件分开，特别是传动部件的分离使传动效率更高，传动更可靠，维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高，不会出现断链事故使之更安全。

1.3.2滚筒采煤机的工作原理

第四代采煤机研发成功后，现在采煤机的设计基本上传承了他们的特点，随着机械电子的飞速发展，对采煤机产生了很大的影响，现在采煤机是集电子系统，液压系统，机械传动系统于一身的复杂的系统。在机械传动部分现代的采煤机去掉了以前采煤机的的托架，全部采用双滚筒设计。

双滚筒采煤机工作时，前滚筒割顶煤，后滚筒割底部煤，并清理浮煤。（双滚筒采煤机的工作原理如图1-2所示）

因此双滚筒采煤机沿工作面牵引一次，可以进一次刀；返回时，又可以进一刀，即采煤机往返一次进两次刀，这种采法称双向采煤法。

必须指出的是，为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机，滚筒上的螺旋叶片螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应：对顺时针旋转（人站在采空侧看）的滚筒，螺旋叶片方向必须右旋；逆时针旋转的滚筒，其螺旋叶片方向必须左旋。或者形象的归结为“左转左旋；右转右旋”，即人站在采空区从上面看滚筒，截齿向左的用左旋滚筒，向右的用右旋滚筒。

双滚筒采煤机有自开缺口的能力，当采煤机割完一刀后，需要重新将滚筒切入一个截深，这一过程称为进刀。常用的进刀方式有两种：

1．端部斜切法利用采煤机在工作面两端约25～30m的范围内斜切进刀称端部斜切进刀法；

2．中部斜切法（半工作面法）利用采煤机在工作面中部斜切进刀称为中部斜切法。

1.3.3滚筒采煤机的特点

1.使用范围广滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、

层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；

2．调高方便，免开缺口；

3．功率大、生产率高、工作可靠；

4．操作方便并有完善的保护、监测系统

5．向标准化、系列化、通用化发展。

但是采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的煤的块度小，粉尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。

1.3.4采煤机与刨煤机的比较

刨煤机是仅次于滚筒采煤机而应用的较多的一种采煤机械。

它们两者的特点区别在于：

（1）刨煤机较采煤机截深浅，它能有效的利用煤壁的压酥作用，刨下的煤块大，能耗低，产生的粉尘少，但是也正因为如此它的产量较采煤机

而言低了很多；

（2）刨煤机传动装置位于输送机两端，刨头靠输送机导向，因此包头可做的很矮，适合在薄煤层开采；

（3）刨煤机的使用条件壁采煤机高，故使用范围受到一定限制，特别是硬煤，粘煤不宜用刨煤机；

（4）刨煤机调整采高较困难，因为刨头高度不能随时调整，所以要求不能粘顶及厚度不能过大；

（5）刨煤机不能自开缺口，工作面两端需人工开缺口，工作量大；

（6）刨煤机消耗在刨头与输送机及底板之间的摩擦功率大，用于采煤的有效功率占采煤机械总功率较小。

滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等等优点得到了飞跃的发展。

2 MG300/700－WD型采煤机

2.1概述

MG300/700－WD型采煤机主要特点

1、截割电机横向布置在摇臂上，摇臂与机身连接没有动力传动；

2、主机身分三段，即左右牵引部，中间控制箱，无底托架设计，过煤空间大；

3、采煤机牵引调速系统采用先进的开关磁阻电机调速技术，体积小、结构简单；

4、电动机无电刷、无整流子、无转子鼠笼、坚固可靠；

5、开关磁阻电动机特有的起动转矩大电流小（150%Th时30%Ih），系统效率高；

6、采用回馈制动技术，保证采煤机在大倾角（≤45°）可靠安全运行；

7、主机变型方便，满足不同用户的需要。

2.2主要用途及适用范围

MG300/700－WD无链电牵引采煤机一般适用于采高1.8-4.2m ，倾角小于45度。

2.3型号的组成及其代表的含义

分隔符：代表多电机横向布置方式

截割电机功率（KW）

采煤机代号：M－采煤机 G－滚筒式

2.4 使用环境条件

1、可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过《煤矿安全规程》

中所规定的安全含量的矿井中使用。

2、海拔高度小于2000m。

3、周围介质温度不超过＋40摄氏度、不低于-10摄氏度。

4、环境温度为＋25摄氏度时，周围空气湿度不大于97％。

5、周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。

3 MG3000/700－WD型采煤机截割部的设计

3.1 截割部概述

截割部是采煤机实现落煤,装煤的主要部件,它主要由左右截割部组成。每个截割部主要由截割部壳体,截割电机,齿轮减速装置,滚筒等组成,截割部内部设有冷却系统,内喷雾系统等装置。

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于截割部壳体内以及行星减速器内,于传统的纵向布置的单电机采煤机相比没有通轴,螺旋伞齿轮,固定减速箱,摇臂回转套等结构,因此结构简单,紧凑,可靠性高。

两个截割部分别用阶梯轴同左右固定箱铰接,同时通过回转腿与调高油缸铰接,通过油缸的伸缩实现左右截割滚筒的升降。

截割部有如下特点

1 截割部回转采用学销铰轴结构,与其他部件没有传动联,回转部分的磨损截割部传动齿轮啮合无关。

2 截割部齿轮减速器都是简单的直齿传动,传动效率高。

3 截割电机和截割部一轴齿轮之间采用长扭矩轴联结,电机和截割部一轴齿轮安装位置的小量误差不影响动力传动,便于安装,在受到较大的冲击载荷时对截割传动系统的齿轮和轴承起到缓冲作用。

4 高速轴油封线速度大大降低,提高了油封的可靠性和使用寿命。

5 截割部壳体采用直摇臂结构形式。

截割部外壳上下有冷却水套,以降低摇臂内油池温度,输出端采用方形联结套和滚筒联结,滚筒采用三头螺旋叶片,其直径可选。滚筒截深可采用630mm或800mm,输出转速可根据不同直径滚筒的线速度要求在三挡速度内选取。

3.2 截割部传动总体方案

3.2.1 设计总则

1、煤矿生产，安全第一。

2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求。

3、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定。

4、技术比较先进，在一般设计中进行改进，要求性能和寿命能有显著的提高。

3.2.2 已知条件

截割功率(kW): 2×300

牵引功率(kW): 2×40

泵站功率(kW): 18.5

电压等级（V）: 1140

最大截割高度(mm): 3486,3586,3686

下切深度(mm): 371,471,571

滚筒直径(mm): 1600,1800,2000

滚筒转速(r/min): 32.4

截深(mm): 630,800

摇臂长度(mm): 2250

机面高度(mm): 1420

摇臂摆动中心距(mm): 7020

调速方式: 交流变频调速

牵引方式: 齿轮销轨式

牵引力(kN): 698~412，535/320

牵引速度(m/min): 0~6/10，0~7.9/13.12

重量(t): 45

配套工作面输送机: SGZ730，SGB764，SGZ830

设计寿命：5000h

3.2.3 截割部传动方案的确定

MG300/700－WD型采煤机截割部的设计,总体传动方案如图1-3。

传动路线经过五级直齿轮传动和一级行星轮。截割电机出轴花键与截一轴齿轮相联，将电机输出转矩通过齿轮Z2、Z3、Z4、Z5、Z6 Z7 Z8 Z9 传给行星机构，经行星减速，最后由行星架输出，将动力传递给截割滚筒。

左右截割部传递方式相同,传动元件通用. 根据用户要求可以改变滚筒转速, Z4 Z5为变速齿轮,可以选择三种不同的转速。 3.2.4 计算传动效率

1. 各传动件的效率为：

().....123471）联轴器效率＝09（94个）；2）滚动轴承效率 ＝09810对；3）圆柱直齿轮效率＝0980；

4）行星齿轮传动效率＝0960；5）搅油效率＝0990；

ηηηηη

(4103)

12345

总4103＝＝099098098096098＝0.6950

ηηηηηη???????? 3.2.5 传动比的分配及配齿情况

齿数

齿 轮 参 数 表

序号模数转速

截割部的传动比i:

()().53912151146101311576a a z z z z z i z z z z z =

???+?+= ()().539121511461013115014b b z z z z z i z z z z z =

???+?+= ()().539121511461013

11439c c z z z z z i z z z z z =

???+?+= 三种不同的齿数对应以上三种不同的传动比。

3.3 截割部传动系统齿轮的校核计算

3.3.1 概述

采煤机在地工作环境相当恶劣，会受到很大的尖峰载荷，所以截割部齿轮的校核计算均按照驱动电机的额定全功率验算。

3.3.2 截一齿轮，惰一齿轮，截二大齿轮校核计算

渐开线直齿的设计与校核参考《机械设计》（程志红主编，东南大学出版社出版）；《新编机械设计手册》（蔡春源主编,辽宁科学技术出版社）

校核过程中的系数均从上两个本书中查取。

Z1与Z2啮合参数及强度计算

vt k k k βα

11

t E F u Z Z Z d b u

ξβ

±

..16241518980881

???A vt k k k k βα

.5122113?

F S Y Y Y Y ααξβ

...162412551650688906????a v k k k k βα

...06175115105???HLim NT L v R w x Z Z Z Z Z Z

.155********??????

(09101097)

NT Rrel T x Y Y Y '???

齿根弯曲强度安全系数