矿大毕业设计-厚煤层采煤机牵引部设计

摘要

采煤机是机械化采煤作业的主要设备之一，牵引部是采煤机的重要部件。采煤机的牵引方式有机械牵引、液压牵引和电牵引，现在电牵引采煤机已经成为了市场上的主要产品。

本设计的目的是设计出强度满足理论要求、结构符合实际情况的682型电牵引采煤机牵引部。在本设计中，首先对牵引部进行了传动装置的总体设计与相关运动参数的计算，然后依据有关公式和标准，对各级齿轮传动、轴与轴承分别进行了设计和校核，主要是对行星结构的相关齿轮、轴和轴承进行了计算。

最后的计算结果表明：本设计得到的牵引部中的全部齿轮，行星结构中的行星轴、太阳轮、行星结构中的轴承的结构是合理的，强度也是符合安全要求的，可以投入生产和在煤矿生产中使用。

关键词：采煤机；牵引部；行星轮系

目录

前言 (1)

1 设计总体方案 (3)

1.1传动方案 (3)

1.2初步确定传动级数与分配传动比 (3)

2 传动参数计算 (5)

2.1传动效率计算 (5)

2.2各轴转速计算 (5)

2.3各轴输入功率 (6)

2.4计算各轴输入转矩 (6)

3 齿轮啮合参数、强度、几何参数计算 (8)

3.1齿轮类型的选择 (8)

3.2齿轮材料的选择 (8)

3.3齿轮传动的设计 (8)

4 轴的结构设计及强度计算 (33)

4.1初布估算轴径及轴结构设计 (33)

4.2行星轴强度校核计算 (38)

5 轴承的选型及寿命计算 (43)

5.1轴承的类型选择 (43)

5.2轴承的校核计算 (43)

6 技术经济分析 (46)

结论 (47)

参考文献 (49)

致谢 (48)

前言

采煤机是机械化采煤作业的主要设备之一，其功能是落煤和装煤。

采煤机一般由牵引部、截割部、滚筒、摇臂、电控箱、滑靴和附属装置等部分组成（见图1）。其中，牵引部通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的重要部件。

1-滚筒；2-摇臂；3-截割部；4-牵引部；5-滑靴；6-电控箱

图1 采煤机结构示意图

采煤机牵引部担负着移动采煤机，使工作机构连续落煤或调动机器的任务。牵引部包括牵引机构及传动装置两部分。牵引机构是直接移动机器的装置，有链牵引和无链牵引两种类型。传动装置用来驱动牵引机构并实现牵引速度的调节。传动装置有机械传动、液压传动和电传动等类型，分别称为机械牵引、液压牵引和电牵引。

机械牵引是指全部采用机械传动装置的牵引部。其特点是工作可靠，但只能是有级调速，结构复杂，目前已经很少使用；液压牵引是利用液压传动来驱动的牵引部。液压传动的牵引部可以实现无级调速，变速、换向和停机等操作比较方便，保护系统比较完善，并且能随负载变化自动地调节牵引速度；电牵引采煤机（图2）是对专门驱动牵引部的电动机调速从而调节牵引速度的采煤机。

1-控制箱；2-直流电动机；3-齿轮减速装置；4-驱动轮；5-交流电动机；6-摇臂；7-滚筒

图2 电牵引采煤机示意图

电牵引采煤机是将交流电输入可控硅整流、控制箱1控制直流电动机2调速，然后经齿轮减速装置3带动驱动轮4使机器移动。两个滚筒7分别用交流电动机5经摇臂6来驱动。由于截割部电动机5的轴线与机身纵轴线垂直，所以截割部机械传动系统与液压牵引的采煤机不同，没有锥齿轮传动。这种截割部兼作摇臂的结构可使机器的长度缩短。

随着我国高产高效采煤工作面的不断发展,电牵引采煤机已经有逐步取代液压牵引采煤机的趋势。电牵引采煤机技术先进、可靠性好,是直接以电动机作为驱动减速箱的原动力,因而要求减速箱有较大的速比,同时受工作面空间条件限制,要求传动装置尺寸小。因此,电牵引采煤机无论牵引部或截煤部均在最后输出级采用行星机构。行星齿轮传动具有结构紧凑、单级传动比大、承载能力强、效率高等优点,在采掘运机械的传动系统中得到了广泛的应用。行星齿轮传动机构的常用类型有2K-H型、3K型、K-H-V型。其中2K-H型加工装配工艺较简单,传动功率范围不受限制,在采掘运机械传动系统中应用最为广泛。现代采煤机牵引部机械传动系统中的前2级或前3级传动机构中,虽然各类型采煤机有所不同,但其末级传动却全都采用行星齿轮传动。采煤机工作环境恶劣,载荷变化大,常拌有冲击载荷且安装空间限制较严格,故对行星齿轮传动机构设计要求较高。

行星齿轮机构传动具有以下特点：(1)结构紧凑,重量轻,体积小；(2)传动比较大；(3)传动效率高；(4)运动平稳,抗冲击和震动的能力较强。采煤机行星轮系设计难度比较大，它的设计好坏直接关系到采煤机牵引部能否正常运行，对设计提出了很高的要求和挑战。

从小的方面来讲，采煤机牵引部的研究及行星轮的设计可以尽可能减少行星机构和牵引部的体积，以适应井下狭小有限的工作空间。有利于增强采煤机的工作能力、增强采煤机在井下恶劣环境中的适应能力。从大的方面来讲，不仅有利于提高煤矿生产效率和改进采煤技术，发展先进生产力，促进经济腾飞和发展。也可以提高产品的竞争能力，为生产企业带来可观的经济收益。

1 设计总体方案

1.1 传动方案

采煤机牵引部由电动机和传动装置组成，其中传动装置包括传动件（齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动）和支撑件（轴、轴承、机体等）两部分。它的重量和成本在牵引部中占很大比重，其性能和质量对牵引部的工作影响也很大。因此合理设计传动方案具有重要意义。在本设计的传动件的选择中，由于带传动和链传动不适合井下繁重的工作要求和恶劣的工作环境，而蜗杆传动的传动效率低、功率损失大，因此传动件全部采用齿轮传动。

满足牵引部性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。

对于该牵引部，有下面两种传动方案可供选择。如图1-1：

如图1-1（a），该方案的特点是：

1.纵向布置，结构较分散；

2.齿轮组成中有锥齿轮，锥齿轮的制作加工难度较大；

3.整体组装和维护困难。

如图1-1（b），该方案的特点是：

1.横向布置，结构紧凑；

2.齿轮全部为圆柱齿轮，加工和组装容易，维护方便；

3.电动机可直接从牵引部侧面以抽屉的形式安装拆卸，很方便。

经过比较，本牵引部的设计决定采用传动方案b。

图1-1 牵引方案图

1.2 初步确定传动级数与分配传动比

b

1.2.1 传动级数的确定

本设计已知总传动比为237.354。

参考其他相近类型采煤机牵引部的设计，确定牵引部齿轮传动为四级传动，其中前三级为圆柱齿轮传动，最后一级为行星轮传动。传动简图见图1-2。图中，0轴为电动机轴