【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 化大，容易引起機(jī)器較大的振動(dòng)，從而降低了機(jī)器傳動(dòng)件和連接件的使用壽命，影響了機(jī)器工作的可靠性，并且增加了維修工作量和噸煤成本 。因此說(shuō)，對(duì)采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)的研究是整機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 。 通過(guò)對(duì)工作機(jī)構(gòu)上載荷狀況的研究，找出其結(jié)構(gòu)參數(shù)及運(yùn)行參數(shù)對(duì)煤炭品質(zhì)、生產(chǎn)效率和載荷波動(dòng)等的影響關(guān)系，搞清連續(xù)采煤機(jī)截割的關(guān)鍵技術(shù)，為建立其工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論和方法，為研發(fā)適合我國(guó)煤層地質(zhì)條件的國(guó)產(chǎn)連續(xù)采煤機(jī)，以及建設(shè)高產(chǎn)高效的現(xiàn)代 化礦井和發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要意義 [13]。 采煤機(jī)在國(guó)外的發(fā)展和使用 20 世紀(jì) 40年代末，美國(guó)利諾斯（ LEENORSE）公司首先在裝煤機(jī)機(jī)身上安裝了一個(gè)可擺動(dòng)的落煤截割頭，實(shí)現(xiàn)了割煤、落煤和裝煤工序的機(jī)械化連 5 續(xù)作業(yè)，這就形成了采煤機(jī)的雛形 [14]。 歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，采煤機(jī)已經(jīng)日臻完善，其采掘工藝也走向成熟，不僅在美國(guó)，而且世界許多國(guó)家，在房柱式采煤、回收邊角煤以及長(zhǎng)壁開(kāi)采的煤巷快速掘進(jìn)中得到了廣泛應(yīng)用，其單產(chǎn)、單進(jìn)作業(yè)創(chuàng)造出前所未有的水平，為采煤界所公認(rèn) [15]。 按照落煤機(jī)構(gòu)來(lái)劃分， 采 煤機(jī) 的發(fā)展大體經(jīng)歷三個(gè)階段：第一階段， 20世紀(jì) 40 年代，以利諾斯公司的 CM28H 型和久益機(jī)械制造公司（ JOY MANUFACTURING COMPANY）的 3JCM 型和 6CM 型為代表的截鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)，主要用于開(kāi)采煤炭、鉀堿礦、鋁土礦、頁(yè)巖以及永凍土等 。 采煤機(jī)的生產(chǎn)能力低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝煤效果差 。 第二階段， 50 年代，以久益公司的 8CM 型為代表的擺動(dòng)式截割頭采煤機(jī)，生產(chǎn)能力較高，裝煤效果較好，但機(jī)器工作時(shí)振動(dòng)大，維護(hù)費(fèi)用高 。 第三階段， 60年代至今，滾筒式連續(xù)采煤機(jī)高速發(fā)展，并日趨成熟 。 從 80 年代開(kāi)始 ，隨著開(kāi)采工藝的發(fā)展和開(kāi)采條件的提高，采煤機(jī)不斷向大功率、多功能、系列化和自動(dòng)化方向發(fā)展，使其適用性和智能性增強(qiáng)，逐漸成為先進(jìn)產(chǎn)煤大國(guó)的主要采煤設(shè)備 。 第三代滾筒式連續(xù)采煤機(jī)，集破煤、落煤、裝運(yùn)、行走、電液系統(tǒng)及輔助裝置為一體，達(dá)到了很高的制造水平，其中久益公司的 12CM 型、 14CM 型及 17CM 型系列產(chǎn)品代表了當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平 。 90 年代初期，塔姆洛克奧鋼聯(lián)研制出了集安全、環(huán)保和人類工程學(xué)于一體的 ABM20 型帶有錨桿機(jī)的連續(xù)采煤機(jī) 。 2021 年久益公司開(kāi)發(fā)的連續(xù)采煤機(jī)加大了機(jī)器的質(zhì)量和功率，改進(jìn)了技術(shù)性能，使其 強(qiáng)度增加，同時(shí)提高了運(yùn)行速度，降低了噸煤成本 。 這種采煤機(jī)帶有故障診斷裝置并且具有標(biāo)準(zhǔn)的部件結(jié)構(gòu)，有助于在生產(chǎn)過(guò)程中使停工事故降到最低程度 。 2021 年美國(guó)菲爾奇公司又開(kāi)發(fā)了一種Ｆ 525 型連續(xù)采煤機(jī)錨桿機(jī)，集采、掘、落、裝、行、鉆眼和支護(hù)等功能于一體，使采煤機(jī)的應(yīng)用有了重大突破 。 國(guó)外十大煤炭企業(yè)中有美國(guó)的阿齊煤炭公司（美國(guó)第二大煤炭公司）、英國(guó)的 RJB 采礦有限公司（歐洲最大的煤炭公司）和南非的英格威煤炭公司等三家公司使用不同型號(hào)的采煤機(jī)進(jìn)行開(kāi)采，產(chǎn)煤量約占總產(chǎn)量的五分之一以上。美國(guó)是使用采煤機(jī)最多、使用效果 最好的國(guó)家 。 全國(guó)各大煤炭公司共有 2021 多臺(tái)采煤機(jī)，其采用短壁機(jī)械化采煤法的產(chǎn)量在井工采煤中一直處于領(lǐng)先地位 [1619]，80 年代中期占井工產(chǎn)量的 70%以上。近年來(lái)，由于長(zhǎng)壁綜采的發(fā)展，采煤機(jī)開(kāi)采的產(chǎn)量有所回落，但 1999 年產(chǎn)煤量為 億噸，仍占井工煤炭總產(chǎn)量的 53%[7]。 在美國(guó)，采煤機(jī)掘進(jìn)平均班進(jìn)尺 60 米，日產(chǎn)煤 2021 噸，有些高產(chǎn)工作面日進(jìn)尺可達(dá) 100 米，月產(chǎn)量達(dá) 10萬(wàn)噸 。 英國(guó)井工開(kāi)采一直以長(zhǎng)壁為 6 主，巷道掘進(jìn)主要靠懸臂式掘進(jìn)機(jī)，但自從 80年代后期使用連續(xù)采煤機(jī)開(kāi)采取得良好的效益以來(lái)，用采煤機(jī)掘進(jìn) 已經(jīng)成為英國(guó)煤巷掘進(jìn)的主要方法之一，約占總掘進(jìn)量的 65％ 。 南非和澳大利亞兩國(guó)根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，在傳統(tǒng)的房柱式開(kāi)采基礎(chǔ)上成功地開(kāi)發(fā)出了旺格維利和西格瑪兩種短壁采煤方法[8， 9]，擴(kuò)大了采煤機(jī)的應(yīng)用范圍，提高了資源回收率 。 其中，南非全國(guó)約有230 多臺(tái)采煤機(jī)用于房柱式開(kāi)采，其產(chǎn)量約占井工總產(chǎn)量的 90％ [10]。 德國(guó)使用采煤機(jī)在海底煤層開(kāi)采已有 40 多年的歷史，效果顯著，其中有 5個(gè)工作面一直保持 200 萬(wàn)噸的年產(chǎn)量。另外，印度和加拿大等國(guó)家使用采煤機(jī)進(jìn)行短壁開(kāi)采，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益 。 采煤機(jī)截割部 概述 采煤機(jī) 截割部 主要由箱體 、 原電機(jī) 、 輸出軸 、 減速部分 、 除塵及冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成 。 采煤機(jī) 截割部減速器 主要 由固定減速器和搖臂行星減速起兩部分組成，截割部承擔(dān)截煤和裝煤任務(wù)，是采煤機(jī)的主要部件之一。一個(gè)完善的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求： (1) 能適應(yīng)不同的煤層和有關(guān)地質(zhì)條件。 (2) 能充分利用煤壁的壓張效應(yīng)，降低能耗，提高塊煤率，減少煤塵。 (3) 能裝煤和自開(kāi)缺口。 (4) 載荷均勻分布，機(jī)械效率高。 (5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，拆裝維修方便。 采煤機(jī)的絕大部分功率是通過(guò)截割部減速器傳遞的。截 割部工作載荷大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴(yán)格限制，可靠性要求很高。而滾筒式采煤機(jī)的采高范圍大，對(duì)各種煤層適應(yīng)性強(qiáng)，能截割硬煤，并能適應(yīng)較復(fù)雜的頂?shù)装鍡l件，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計(jì)意義 隨著現(xiàn)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)能源的需求量日益增加，作為三大傳統(tǒng)能源的煤已成為推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要能源保障。而我國(guó)目前 7 煤礦大部分都已經(jīng)經(jīng)過(guò)了多年的開(kāi)采，由于技術(shù)的原因我們一直以來(lái)對(duì)薄煤層的開(kāi)采還不到位，還是有很大的潛力的，對(duì)小功率采煤機(jī)的需求量比會(huì)增加。所以說(shuō)開(kāi)發(fā)小功率采煤機(jī)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)效益和良好的經(jīng)濟(jì) 效益。而我國(guó)目前薄煤層采煤機(jī)的雖然有一些種類的產(chǎn)品，但遠(yuǎn)未成形系列化，而且目前的薄煤層采煤機(jī)不能滿足實(shí)際工況的需要， 我設(shè)計(jì)的 采煤機(jī)正是針對(duì)中薄煤層的開(kāi)采進(jìn)行的設(shè)計(jì)，它的設(shè)計(jì)將有著重大的意義 。 8 第 2 章 截割部傳動(dòng) 總體設(shè)計(jì) 截割部主要設(shè)計(jì)參數(shù) 采煤高度 ~ 適應(yīng)傾角 30? 適應(yīng)煤層硬度 4f? 機(jī)面高度 m1h? 工作轉(zhuǎn)速 min/r50~30 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 h/t500 總體方案確定 本次設(shè)計(jì)的 采煤機(jī) 吸收了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的成熟的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，集可靠性和先進(jìn)性于一體，具有適應(yīng)我國(guó)的國(guó)情，故障率低，方便維修保養(yǎng)，提高開(kāi)機(jī)率，適用范圍廣的特點(diǎn)，能夠提高高檔普采工作面 的單機(jī)效率。采高范圍：~ ； 適應(yīng)傾角 : ??30 ；適應(yīng)煤層硬度 : 4f? 。 主要用于中 薄煤層 的高普 或 綜 采工作面，可采 較 硬煤 質(zhì) 。 是較薄煤層建設(shè)高產(chǎn)高效工作面的理想機(jī)型 。 根據(jù)我國(guó)目前煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合制造及使用技術(shù)水平，確定本采煤機(jī)的設(shè)計(jì) 方案 是： (1) 采煤機(jī)的絕大部分功率是通過(guò)截煤部減速器傳遞的。截煤部工作載荷大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴(yán)格限制，可靠性要求很高。截煤部的總傳動(dòng)比一般為 20— 40，減速級(jí)數(shù)為 3— 5 級(jí) 。 (2) 為滿足電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和變速要求，截煤部傳動(dòng)系統(tǒng)中須有一對(duì)變速齒輪 。 (3) 為了保證搖臂有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，搖臂減速器中都裝有若干個(gè)惰輪。 (4) 在滿足上述各項(xiàng)要求的同時(shí)，務(wù)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操縱方便，盡可能貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。 9 設(shè)計(jì)時(shí)采用一級(jí)行星減速機(jī)構(gòu) ,行星減速器的工作原理為：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)，因?yàn)辇X圈固定不轉(zhuǎn)，所以迫使行星架沿其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。行星架通過(guò)花鍵和方形聯(lián)接套聯(lián)接，將輸出轉(zhuǎn)矩傳遞到滾筒。行星齒輪是由四個(gè)行星輪同時(shí)嚙合傳動(dòng)，可以使功率分流，即增大了 傳遞功率，又縮小了行星機(jī)構(gòu)的體積。齒輪和太陽(yáng)輪浮動(dòng)，行星架通過(guò)兩端支承軸承定位在殼體上，形成雙浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以消除制造誤差對(duì)載荷分配不均勻的影響。太陽(yáng)輪與行星架有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在太陽(yáng)輪與行星架接觸面間裝有聚四氯乙烯墊塊，用以限制太陽(yáng)輪的軸向竄動(dòng)。 以上是本采煤機(jī)截割部的指導(dǎo)思想，如圖 11。 圖 11 截割部傳動(dòng)方式 電動(dòng)機(jī) 行星齒輪機(jī)構(gòu) 滾筒 截割部電動(dòng)機(jī)的選 裝機(jī)功率 ： N= )39。(6021 W B XW B X HHkkQ ? 式中： 1k －－ 功率利用系數(shù) 1k = 1z2z3z4z5z6z7z 10 2k －－功率水平系數(shù) 2k = 3k －－后滾筒工作條件系數(shù) 3k = WBXH －－采煤機(jī)比能耗 WBXH = AAHH XWBWBX ? 2mm/3 0 0 ??? AA X t/k w ?? WBW B X HH WBXWBX HkH 339。 ? )( 50060 ??????? ??N ≈ 256Kw 已知裝機(jī)功率為 256kw，按照 %90 的功率分配，兩個(gè)截割滾筒所需有效功率為 ，一個(gè)則需要 。 傳動(dòng)裝置總功率 按 《 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè) 計(jì)表 》 422 承齒聯(lián) ???? ? 聯(lián)軸器效率 ?聯(lián)? 齒輪嚙合效率 ?齒? 軸承效率 ?承? 傳動(dòng)裝置總效率 9 1 9 422 ????? 所需電機(jī)輸出功率： 26?? ?wpp 11 通過(guò)查閱資料進(jìn)行計(jì)算分配，根據(jù)撫順電機(jī)廠的技術(shù)資料查得其主要技術(shù)參數(shù)如下表 — 1 電機(jī)特征： 表 — 1 電機(jī)特征 電機(jī)型號(hào) 功率 (kW) 轉(zhuǎn)速 (n/min) 電壓（ V） YBCS2— 132 132 1455 1140 截割部傳動(dòng)比分配 該機(jī)構(gòu)主要由箱體，原動(dòng) 機(jī)，輸出軸，減速部分，除塵及冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。電動(dòng)機(jī)功率 132kw，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 1455r/min，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，欲把滾筒輸出轉(zhuǎn)速控制在 40r/min 左右，所以 ??總i， 根據(jù)傳動(dòng)比的分配原則分配傳動(dòng)比。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用三級(jí)直齒傳動(dòng)和一級(jí)行星傳動(dòng)，行星傳動(dòng)的作用是使速度在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá) 到快速降速的目的。所以傳動(dòng)比最大處在行星減速器上，這里取行星減速器的傳動(dòng)比為 ，三級(jí)直齒傳動(dòng)比分別為 、 或 或 、 。 即： 第一級(jí) ?i ； 第二級(jí) ?i 或 ?i 或 ?i (變速齒輪 )； 第三級(jí) ?i ； 第四級(jí) ?行i 。 則總傳動(dòng)比 ： 高速 6 2 7 9 ????????? 行總 iiiii ； 中速 行總 iiiii ???? 321 = ???? ； 低速 12 行總 iiiii ???? 321 = ???? 。 傳動(dòng)方案基本上滿足要求。 所以輸出轉(zhuǎn)速 （即滾筒轉(zhuǎn)速） : 高速 m i n/ 1 ?? 中速 m in/2 ??n 低 速 m in/3 ??n 輸出轉(zhuǎn)矩 : 高速 N PT 95501 ?= ?????? 中速 N PT 95501 ?= ?????? 低速 N PT 95501 ?= ?????? 下面將分別介紹各個(gè)部件設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核過(guò)程。 13 第 3 章 截割部 系統(tǒng)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 齒輪設(shè)計(jì) 21,zz (惰輪 )齒輪設(shè)計(jì)與校核 1. 初步確定主要參數(shù) 在初步設(shè)計(jì)齒輪時(shí)， 21,zz 齒輪材料初定為 CrMnTi20 （滲碳 +淬火 +低溫回火），硬度≥ 62HRC。根據(jù)齒面接觸強(qiáng)度，可按下列公式估算齒輪傳動(dòng)的尺寸： ? ? 13 21 ( m m )a a H PKTa A u u???? （ 31） 1 331 2 1 ( m m )dd H PKT udA u?