基于PROE的电牵引采煤机摇臂传动系统设计Word文档格式.docx
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近年来，我国基本停止了截割电机纵向布置采煤机的研制，新研制的采煤机中已广泛采用了多电机驱动横向布置的总体结构。
5）进一步发展中高压供电系统
随着采煤机装机功率和截割电机功率的大幅度提高，为减少输电线路损耗，提高供电质量和电机工作性能。
在中高电压供电系统及设备研究方面进行了大量工作。
1000kW左右的电牵引采煤机已采用3300V供电系统及设备。
6）控制系统日趋完善
采煤机电气控制功能逐步齐全，可靠性不断提高，在通用性、互换性和集成化等方面有较大进步，开发了可靠的防爆全中文界面的PLC控制系统。
实现了运行状态的监控、监测功能，以及故障记忆和诊断功能。
7）滚筒截深不断增大
目前已由630mm增至800mm~1000mm。
8）采煤机的可靠性将成为国产采煤机越来越重要的性能指标
通过上述可知，提高交流电牵引采煤机的可靠性、安全性、可维护性、自动性程度及设备的可利用率，为实现顺槽以及地面控制奠定良好的技术基础，使我国电牵引采煤机研制技术达到国际先进水平，为我国双高综采工作面和双高矿井的建设，提供技术先进、性能可靠的滚筒采煤机。
目前电牵引采煤机摇臂的特点
1）整个系统结构紧凑，安装和维修方便。
2）摇臂壳体短小精悍，外形简洁美观，关键承载部位，设计合理，工艺性好。
3）摇臂采用强力冷却装置，冷却管全部置于高速传动部位，冷却效果好，所有管路均有护板保护，安全可靠。
4）摇臂电机护罩，侧护板，顶护板设计简单适用，布置整齐美观。
5）改进了滚筒座的支撑连接方式，使滚筒座受力合理，解决了掉滚筒问题。
6）摇臂截割功率大，可达200W，传动系统中零件的强度均按250W功率设计，安全系数大，可靠性好，以满足不同用户需求
设计的主要内容及意义
电牵引采煤机，采用多电机驱动横向布置形式，截割摇臂用销轴与牵引部联接，左、右牵引部及中间箱，采用高强度液压螺栓联接。
在牵引减速箱内横向装有开关磁阻电机，通过牵引机构为采煤机提供520KN的牵引力，中间控制箱中装有调高泵站，电控、变压器、水阀，每个主要部件可以从老塘侧抽出，易维修，易更换。
调高油缸是采煤机一个很重要的部件，是液压油缸。
调高油缸由油缸底座、液压锁、活塞、油缸缸体、导向套及活塞杆６个部分组成。
根据摇臂摆角的大小确定油缸的行程，根据油缸前后连接位置确定油缸的最大长度好最小长度，根据工作中需要的推力及液压系统的额定压力缸径及活塞杆直径、前后销轴直径等。
设计的主演内容包括设计的目的及意义、采煤机摇臂传动系统的主要组成部分。
采煤机摇臂调高系统主要通过采煤机底托架的调高油箱和推拉调高小摇臂用来升降摇臂。
其中调高油箱是主要的动力系统，采煤机摇臂，调高小摇臂等是主要传动系统。
通过调高油箱传递动力，使摇臂实现摆动。
实现预期结果是使电牵引采煤机实现向上32°
摆动，向下11.5°
摆动。
在综合参考了国内外各种适于中薄煤层开采的采煤机的基础上，对其摇臂部分的细致分析，研究设计出更加灵活的采煤机摇臂传动系统。
1.主要技术参数及液压系统调高的优缺点：
1.1主要参数选定：
采煤机摇臂摆角向上32°
，向下11.5°
采煤机摇臂长2160mm
采煤机滚筒质量1000kg
采煤机摇臂质量2000kg
采煤机工作负载20000N
采煤机工作压力40MPa
1.2液压系统调高的优、缺点：
1.2.1液压传动的优点：
1）单位功率的重量轻，即在相同功率输出的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态特性好。
2）可实现较大范围的无级调速，获得很大的力和转矩容易。
3）工作平稳、冲击小、能快速的启动、制动和频繁换向。
4）操作方便，调节简单，易于实现自动化可实现过载保护，安全性好。
5）液压元件以实现了标准化、系列化和通用化，便于液压系统的设计、制造和使用。
1.2.2液压传动的缺点：
1）液压系统中存在着泄漏、油液的可压缩性等，这些都影响运动的传递的准确性，不宜用于对传动比要求精确地场合。
2）液压油对温度敏感，因此它的性能会随温度的变化而改变。
因此，不宜用于问短变化范围大的场合。
3）工作过程中存在多的能量损失，液压传动的效率不高，不宜用于远距离传送。
4）液压元件的制造精度要求较高，制造成本大，故液压系统的故障较难诊断排除。
综上，电牵引采煤机摇臂传动选择液压系统调高使结构简单，灵活。
故选择液压系统调高。
2．液压缸主要几何尺寸的计算
图2-1
Fig.2-1
上图2-1中个主要符号的意义：
——液压缸工作腔的压力（Pa）
——液压缸回油腔的压力（Pa）
A1——液压缸无杆腔工作面积
A2——液压缸有杆腔工作面积
D——液压缸内径
d——活塞杆直径
F1——液压缸推力（N）
2.1液压缸内径D的计算
根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D
液压缸内径D和活塞杆直径d可根据最大总负载和选取的工作压力来定，对单杆缸而言，无杆腔进油并不考虑机械效率时，
（2-1）
有杆腔进油并不考虑机械效率时，
（2-2）
一般情况下，选取回油背压，这时，上面两式便可简化，即无杆腔进油时
（2-3）
有杆腔进油时：
（2-4）
设计调高油箱为无杆腔进油。
所以，=179.79mm圆整取D=180mm
即缸内径可以取为180mm。
2.2活塞杆直径d的计算
活塞杆直径d的计算，通常根据速度比的要求来计算活塞杆直径d。
（2-5）
式中D——液压缸内径
d——活塞杆直径
——速度比
==（2-6）
V1——活塞杆伸出的速度
V2——活塞杆缩入的速度
液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、和1.15等几种。
下表2-1给出了不同速度比时活塞杆直径d和液压缸内径D的关系。
表2-1d和D的关系
Tab.2-1therelationbetweendandD
1.15
1.25
1.33
1.46
2
d
0.36D
0.45D
0.5D
0.56D
0.71D
式中的杆径d可根据工作压力选取，见表2-2；
表2-2液压缸工作压力与活塞杆直径
Tab.2-1HydrauliccylinderworkingpressureandPistonroddiameter
液压缸工作压力P（MPa）
5
5~7
7
推荐活塞杆直径d
（0.5~0.55）D
（0.6~0.7）D
0.7D
表2-3液压缸往复速度比推荐值
表2-3φ和P的关系
Tab.2-3therelationbetweenφandP
≤10
1.25~20
>
20
往复速度比φ
1.46~2
当液压缸的往复速度比有一定要求时，由于速度比φ=2，d=0.71,D=127.8
计算所得的活塞杆直径应圆整为标准系列。
所以，取d=128mm活塞杆直径为128mm。
2.3液压缸行程s的确定
调高油箱位于牵引部底部，两端分别与牵引部和截割部铰接。
通过活塞杆的伸缩，实现摇臂的摆动。
液压缸行程s,直接影响采煤机摇臂的摆动范围，进而影响采煤机的采高。
设计参数（摇臂摆角范围）：
上32°
，下11.5°
图2-2
Fig.2-2
设计分析实例的已知数据如下：
图2-2中：
Hmax——最大采高,3.0m
Ho——卧底量,1.45m
L1——摇臂长度,2.160m
L2——前销钉到摇臂拐角距离，0.65m
F——采煤机牵引力，406KN
Vq——牵引速度，4m/min
a——滚筒调到最低位置时调高小摇臂与铅垂线的夹角（5°
）
L3——摇臂回转中心到调高油箱后铰接点的距离，0.64m
G1——滚筒质量，1000kg
G2——摇臂质量，2000kg
——滚筒位置角，（变化范围由~）其中
=90°
-32°
=58°
=90°
+11.5°
=101.5°
由上图2-2可求出理论最小行程：
S=-（2-7）
式中=270°
--=90°
-
得，S=0.2732m
液压缸行程s，主要依据机构的运动要求而定。
但为了简化工业工艺成本，应尽量采用下表2-4给出的标准系列值。
表2-4液压缸活塞行程第一系列（mm）
Tab.4-2Thefirstseriesofhydrauliccylinderpistonstroke
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
所以液压缸行程S确定为320mm。
3液压缸的结构设计
3.1缸筒的结构
3.1.1缸筒结构的选择
缸体端部与缸盖的连接形式与工作压力、缸体材料以及工作条件有关。
主要连接形式有法兰连接、螺纹连接、半环连接。
a法兰连接
优点：
（1）结构简单、成本低
（2）容易加工、便于装拆（3）强度较大、能承受高压
缺点：
（1）径向尺寸较大
（2）重量比螺纹连接的大（3）用钢管焊上法兰、工艺过
程复杂些
b螺纹连接
（1）外形尺寸小
（2）重量较轻
（1）端部结构复杂、工艺要求较高
（2）装拆时需用专用工具（3）拧端盖时
易损坏密封圈
c半环连接
（1）结构较简单
（2）加工装配方便
（1）外形尺寸大
（2）缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度。
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