【文章內(nèi)容簡介】 化大，容易引起機器較大的振動，從而降低了機器傳動件和連接件的使用壽命，影響了機器工作的可靠性，并且增加了維修工作量和噸煤成本 。因此說，對采煤機工作機構(gòu)的研究是整機設計的基礎 。 通過對工作機構(gòu)上載荷狀況的研究，找出其結(jié)構(gòu)參數(shù)及運行參數(shù)對煤炭品質(zhì)、生產(chǎn)效率和載荷波動等的影響關系，搞清連續(xù)采煤機截割的關鍵技術(shù)，為建立其工作機構(gòu)的設計理論和方法，為研發(fā)適合我國煤層地質(zhì)條件的國產(chǎn)連續(xù)采煤機，以及建設高產(chǎn)高效的現(xiàn)代 化礦井和發(fā)展國民經(jīng)濟具有重要意義 [13]。 采煤機在國外的發(fā)展和使用 20 世紀 40年代末，美國利諾斯（ LEENORSE）公司首先在裝煤機機身上安裝了一個可擺動的落煤截割頭，實現(xiàn)了割煤、落煤和裝煤工序的機械化連 5 續(xù)作業(yè)，這就形成了采煤機的雛形 [14]。 歷經(jīng)半個多世紀的發(fā)展，采煤機已經(jīng)日臻完善，其采掘工藝也走向成熟，不僅在美國，而且世界許多國家，在房柱式采煤、回收邊角煤以及長壁開采的煤巷快速掘進中得到了廣泛應用，其單產(chǎn)、單進作業(yè)創(chuàng)造出前所未有的水平，為采煤界所公認 [15]。 按照落煤機構(gòu)來劃分， 采 煤機 的發(fā)展大體經(jīng)歷三個階段：第一階段， 20世紀 40 年代，以利諾斯公司的 CM28H 型和久益機械制造公司（ JOY MANUFACTURING COMPANY）的 3JCM 型和 6CM 型為代表的截鏈式采煤機，主要用于開采煤炭、鉀堿礦、鋁土礦、頁巖以及永凍土等 。 采煤機的生產(chǎn)能力低，且結(jié)構(gòu)復雜，裝煤效果差 。 第二階段， 50 年代，以久益公司的 8CM 型為代表的擺動式截割頭采煤機，生產(chǎn)能力較高，裝煤效果較好，但機器工作時振動大，維護費用高 。 第三階段， 60年代至今，滾筒式連續(xù)采煤機高速發(fā)展，并日趨成熟 。 從 80 年代開始 ，隨著開采工藝的發(fā)展和開采條件的提高，采煤機不斷向大功率、多功能、系列化和自動化方向發(fā)展，使其適用性和智能性增強，逐漸成為先進產(chǎn)煤大國的主要采煤設備 。 第三代滾筒式連續(xù)采煤機，集破煤、落煤、裝運、行走、電液系統(tǒng)及輔助裝置為一體，達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)品代表了當前國際先進水平 。 90 年代初期，塔姆洛克奧鋼聯(lián)研制出了集安全、環(huán)保和人類工程學于一體的 ABM20 型帶有錨桿機的連續(xù)采煤機 。 2021 年久益公司開發(fā)的連續(xù)采煤機加大了機器的質(zhì)量和功率，改進了技術(shù)性能，使其 強度增加，同時提高了運行速度，降低了噸煤成本 。 這種采煤機帶有故障診斷裝置并且具有標準的部件結(jié)構(gòu)，有助于在生產(chǎn)過程中使停工事故降到最低程度 。 2021 年美國菲爾奇公司又開發(fā)了一種Ｆ 525 型連續(xù)采煤機錨桿機，集采、掘、落、裝、行、鉆眼和支護等功能于一體，使采煤機的應用有了重大突破 。 國外十大煤炭企業(yè)中有美國的阿齊煤炭公司（美國第二大煤炭公司）、英國的 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的采煤機進行開采，產(chǎn)煤量約占總產(chǎn)量的五分之一以上。美國是使用采煤機最多、使用效果 最好的國家 。 全國各大煤炭公司共有 2021 多臺采煤機，其采用短壁機械化采煤法的產(chǎn)量在井工采煤中一直處于領先地位 [1619]，80 年代中期占井工產(chǎn)量的 70%以上。近年來，由于長壁綜采的發(fā)展，采煤機開采的產(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，采煤機掘進平均班進尺 60 米，日產(chǎn)煤 2021 噸，有些高產(chǎn)工作面日進尺可達 100 米，月產(chǎn)量達 10萬噸 。 英國井工開采一直以長壁為 6 主，巷道掘進主要靠懸臂式掘進機，但自從 80年代后期使用連續(xù)采煤機開采取得良好的效益以來，用采煤機掘進 已經(jīng)成為英國煤巷掘進的主要方法之一，約占總掘進量的 65％ 。 南非和澳大利亞兩國根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，在傳統(tǒng)的房柱式開采基礎上成功地開發(fā)出了旺格維利和西格瑪兩種短壁采煤方法[8， 9]，擴大了采煤機的應用范圍，提高了資源回收率 。 其中，南非全國約有230 多臺采煤機用于房柱式開采，其產(chǎn)量約占井工總產(chǎn)量的 90％ [10]。 德國使用采煤機在海底煤層開采已有 40 多年的歷史，效果顯著，其中有 5個工作面一直保持 200 萬噸的年產(chǎn)量。另外，印度和加拿大等國家使用采煤機進行短壁開采，也取得了很好的經(jīng)濟效益 。 采煤機截割部 概述 采煤機 截割部 主要由箱體 、 原電機 、 輸出軸 、 減速部分 、 除塵及冷卻系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)等組成 。 采煤機 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，截割部承擔截煤和裝煤任務，是采煤機的主要部件之一。一個完善的工作機構(gòu)應滿足以下要求： (1) 能適應不同的煤層和有關地質(zhì)條件。 (2) 能充分利用煤壁的壓張效應，降低能耗，提高塊煤率，減少煤塵。 (3) 能裝煤和自開缺口。 (4) 載荷均勻分布，機械效率高。 (5) 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，拆裝維修方便。 采煤機的絕大部分功率是通過截割部減速器傳遞的。截 割部工作載荷大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴格限制，可靠性要求很高。而滾筒式采煤機的采高范圍大，對各種煤層適應性強，能截割硬煤，并能適應較復雜的頂?shù)装鍡l件，因而得到了廣泛的應用。 設計意義 隨著現(xiàn)在我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對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我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展的重要能源保障。而我國目前 7 煤礦大部分都已經(jīng)經(jīng)過了多年的開采，由于技術(shù)的原因我們一直以來對薄煤層的開采還不到位，還是有很大的潛力的，對小功率采煤機的需求量比會增加。所以說開發(fā)小功率采煤機有著長遠的社會效益和良好的經(jīng)濟 效益。而我國目前薄煤層采煤機的雖然有一些種類的產(chǎn)品，但遠未成形系列化，而且目前的薄煤層采煤機不能滿足實際工況的需要， 我設計的 采煤機正是針對中薄煤層的開采進行的設計，它的設計將有著重大的意義 。 8 第 2 章 截割部傳動 總體設計 截割部主要設計參數(shù) 采煤高度 ~ 適應傾角 30? 適應煤層硬度 4f? 機面高度 m1h? 工作轉(zhuǎn)速 min/r50~30 設計生產(chǎn)能力 h/t500 總體方案確定 本次設計的 采煤機 吸收了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的成熟的先進結(jié)構(gòu)，集可靠性和先進性于一體，具有適應我國的國情，故障率低，方便維修保養(yǎng)，提高開機率，適用范圍廣的特點，能夠提高高檔普采工作面 的單機效率。采高范圍：~ ； 適應傾角 : ??30 ；適應煤層硬度 : 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) 。 是較薄煤層建設高產(chǎn)高效工作面的理想機型 。 根據(jù)我國目前煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀，結(jié)合制造及使用技術(shù)水平，確定本采煤機的設計 方案 是： (1) 采煤機的絕大部分功率是通過截煤部減速器傳遞的。截煤部工作載荷大，條件惡劣，外形尺寸受到嚴格限制，可靠性要求很高。截煤部的總傳動比一般為 20— 40，減速級數(shù)為 3— 5 級 。 (2) 為滿足電動機驅(qū)動和變速要求，截煤部傳動系統(tǒng)中須有一對變速齒輪 。 (3) 為了保證搖臂有適當?shù)拈L度，搖臂減速器中都裝有若干個惰輪。 (4) 在滿足上述各項要求的同時，務使結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便，盡可能貫徹標準化、通用化。 9 設計時采用一級行星減速機構(gòu) ,行星減速器的工作原理為：當太陽輪轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動行星輪沿本身軸線自轉(zhuǎn)，因為齒圈固定不轉(zhuǎn)，所以迫使行星架沿其軸線轉(zhuǎn)動。行星架通過花鍵和方形聯(lián)接套聯(lián)接，將輸出轉(zhuǎn)矩傳遞到滾筒。行星齒輪是由四個行星輪同時嚙合傳動，可以使功率分流，即增大了 傳遞功率，又縮小了行星機構(gòu)的體積。齒輪和太陽輪浮動，行星架通過兩端支承軸承定位在殼體上，形成雙浮動結(jié)構(gòu)，可以消除制造誤差對載荷分配不均勻的影響。太陽輪與行星架有相對轉(zhuǎn)動，因此在太陽輪與行星架接觸面間裝有聚四氯乙烯墊塊，用以限制太陽輪的軸向竄動。 以上是本采煤機截割部的指導思想，如圖 11。 圖 11 截割部傳動方式 電動機 行星齒輪機構(gòu) 滾筒 截割部電動機的選 裝機功率 ： 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 已知裝機功率為 256kw，按照 %90 的功率分配，兩個截割滾筒所需有效功率為 ，一個則需要 。 傳動裝置總功率 按 《 機械設計課程設 計表 》 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? 傳動裝置總效率 9 1 9 422 ????? 所需電機輸出功率： 26?? ?wpp 11 通過查閱資料進行計算分配，根據(jù)撫順電機廠的技術(shù)資料查得其主要技術(shù)參數(shù)如下表 — 1 電機特征： 表 — 1 電機特征 電機型號 功率 (kW) 轉(zhuǎn)速 (n/min) 電壓（ V） YBCS2— 132 132 1455 1140 截割部傳動比分配 該機構(gòu)主要由箱體，原動 機，輸出軸，減速部分，除塵及冷卻系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)等組成。電動機功率 132kw，電動機轉(zhuǎn)速 1455r/min，根據(jù)設計需要，欲把滾筒輸出轉(zhuǎn)速控制在 40r/min 左右，所以 ??總i， 根據(jù)傳動比的分配原則分配傳動比。本設計結(jié)構(gòu)采用三級直齒傳動和一級行星傳動，行星傳動的作用是使速度在很短的時間內(nèi)達 到快速降速的目的。所以傳動比最大處在行星減速器上，這里取行星減速器的傳動比為 ，三級直齒傳動比分別為 、 或 或 、 。 即： 第一級 ?i ； 第二級 ?i 或 ?i 或 ?i (變速齒輪 )； 第三級 ?i ； 第四級 ?行i 。 則總傳動比 ： 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部件設計計算及其校核過程。 13 第 3 章 截割部 系統(tǒng)傳動設計 齒輪設計 21,zz (惰輪 )齒輪設計與校核 1. 初步確定主要參數(shù) 在初步設計齒輪時， 21,zz 齒輪材料初定為 CrMnTi20 （滲碳 +淬火 +低溫回火），硬度≥ 62HRC。根據(jù)齒面接觸強度，可按下列公式估算齒輪傳動的尺寸： ? ? 13 21 ( m m )a a H PKTa A u u???? （ 31） 1 331 2 1 ( m m )dd H PKT udA u?