MG300700采煤机牵引部设计Word文件下载.docx
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4.4花键的校核..............................................................................
第一章绪论
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年代我国主要靠进口采煤机来满足生产需要，现今，国产采煤机几乎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采煤机械的技术现状与发展趋势
1.2.1采煤机械发展的历史
目前国内使用的采煤机械主要是可调高的双牵引部液压采煤机，这种经过改进的液压牵引采煤机，可追溯到长臂截煤机，是早期用于煤层底部掏槽的采煤机械。
最早的滚筒采煤机是在截煤机的基础上，将减速箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演变成的。
这种滚筒采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。
早期的滚筒采煤机主要存在2个问题，
截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整（即所谓的固定滚筒），对煤层厚度及变化适应性差；
截煤滚筒的装煤效果不佳（即所谓的圆形滚筒），限制了采煤机生产率的提高。
20世纪60年代，英国、德国、法国和前苏联等先后对采煤机的截割滚筒做出两项改进。
一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度，完全解决对煤层赋存条件的适应性；
二是把圆形滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒，极大地提高了装煤效果。
这两项改进使滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。
在滚筒采煤机发展的同时，还研制出用刨削方式落煤的刨煤机、以钻削方式落煤的钻削式采煤机，以及螺旋钻式采煤机。
现代滚筒采煤机均为可调高摇臂滚筒采煤机，其发展是从有链到无链；
由机械牵引到液压牵引再到电牵引；
由单机纵向布置驱动到多机横向布置驱动；
由单滚筒到双滚筒，且向大功率、遥控、遥测、智能化发展，其性能日臻完善，生产率和可靠性进一步提高，工况自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已在采煤机上得到应用。
1.2.2国外采煤机的发展状况
（1）牵引方式向电牵引方式发展。
传统的液压牵引采煤机在国外仍然在生产和使用中，但已不占主导地位，由于电牵引采煤机的诸多优点，国外目前开发的采煤机，特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。
（2）装机总功率不断增大。
为适应煤矿生产实现高产高效，国外采煤机的功率在不断提高，电机截割功率通常在400kw以上，最新报道已达850kw。
牵引电机功率均在40kw以上，大的甚至达到125kw，总装机功率通常超过1000kw，如EL3000型采煤机总装机功率高达2000kw，7LS5型采煤机达1940kw。
牵引速度、牵引力也大幅提高，目前大功率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到15-25m/min，最大牵引速度达50m/min，最大牵引速度达50m/min，牵引力高达1000KN。
牵引速度的加快，支架随记支护的实现，使工作而顶板空顶时间缩短，为加大支架步距和滚筒截深创造了条件。
采用大截深滚筒以成为提高采煤机生产能力的重要途径，目前普遍采用的截深为1000-1200mm，个别已达1500mm。
元部件可靠性大幅提高。
为提高采煤机的可靠性，减少故障率，采煤机齿轮的设计寿命以提高到2000h以上，轴承的寿命提高到3000h以上，并且还有进一步提高的趋势。
液压泵和液压马达的寿命已达10000h。
电牵引方式趋向交流变频调速。
电牵引采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可分为直流牵引和交流牵引。
由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠、维护管理简单、价格低廉等特点，近几年发展很快。
20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。
交流牵引正逐步替代直流牵引。
成为今后电牵引采煤机的发展方向。
早期的交流电牵引均采用一个变频器拖动两台牵引电机，变频器对电机的性能参数难以准确检测，控制和保护功能无法完全发挥。
德国在开发SL300时，采用两个变频器分别拖动两台牵引电机的牵引系统，使牵引的控制和保护性能更加完善。
这种一拖一的牵引系统也正被逐步的采用，成为电牵引技术发展的又一个特点。
无链牵引向齿轮一齿轨式演变。
随着牵引力不断增大，销轮一齿轨式无链牵引已近淘汰，齿轮一齿轨式无链牵引已使用不多，正逐步趋向于采用齿轮一齿轨式无链牵引。
这是一种从齿轮一销轨式演变而来的无链牵引结构，圆柱销被齿轨所取代，焊接结构改成了整体精密铸造或锻造，宽度增大，节距由125mm增加到175mm。
无链牵引的优缺点无链牵引机构取消了固定在工作面两端的牵引链，而采用采煤机上的驱动轮与输送机上的齿条等相啮合的方式来移动机器。
无链牵引具有一系列优点：
①采煤机移动平稳、搬动小，因而载荷均匀，延长了机器的使用寿命，故障率也大减小。
②可利用无链双牵引传动将牵引力提高400-600kN，以适应采煤机在大倾角（最大达54°
）条件下工作，利用制动器还可以使机器的防滑问题得到解决。
③可以实现工作面多台采煤机同时工作，提高工作产量。
④啮合效率高，可将牵引力有效地用在割煤上。
因它没有原来链牵引的链条通过三个链轮时产生的围绕折曲啮合损失，所以噪声也有所降低。
⑤消除了牵引链带来的断链、反链敲缸等事故，大大提高了安全性。
无链牵引的缺点是：
①队输送机的弯曲和起伏不平的要求较高，对煤层地质条件的适应性较差，因底板及输送机起伏度太大，会影响无链牵引机构的啮合，造成传动件的损坏事故。
②无链牵引机构使机道宽度增加约100mm，所以提高了对支架控顶能力的要求。
普遍采用中、高压供电。
由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长（达到300m），整个工作面供电容量超过5000kW。
为了减少输电线路损耗，保证供电质量和电机性能，新研制的大功率电牵引采煤机几乎都采用中、高压供电。
主要供电等级有2300，3300，4160，5000V等。
监控保护系统的智能化。
新型的电采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统，可实现交互式人机对话、远近控制、无线电随机遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制等多种功能，以保证采煤机具有最低的维修量和最高的利用率；
并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采高等控制功能。
1.2.3国内采煤机的发展状况
新设计的滚筒采煤机几乎都采用多电机横向布置；
取消底托架；
各大部件间采用液压螺栓、哑铃销、偏心锁紧螺母等连接，以构成采煤机的机身、左、右摇臂通过销轴铰接在机身的两端。
大力开发电牵引采煤机。
装功率1000kW以下的电牵引采煤机已逐步走向成熟，且形成系列，装机功率1800kW电牵引采煤机在研制中。
目前国内使用的交流电牵引采煤机的电牵引调速系统主要有三种：
即交流变频调速系统、电磁转差离合器调速系统和开关磁阻电机调速系统（简称SRD）。
在这3种交流电牵引调速系统中，交流变频调速技术在采煤机的应用已逐步走向成熟并具有发展潜力；
电磁转差离合器调速技术本身比较成熟，但是在采煤机的应用存在低速性能等问题，从目前来看，交流变频调速技术和SRD技术应该是未来采煤机应用的主要方向。
我国经济型综采和高档普采的主要机型是MG200，目前在册近千台，该机型由于功率偏小、过断层能力差、结构上的局限性等，而需要改进以至换代。
为此，近年来进行了MG200采煤机的换代设计。
现已完成的MG150/375w型及MG160/375w采煤机均可作为MG200的换代产品，使用中已取得良好效果。
该换代产品在配套尺寸不变的情况下，将装机功率由200kW提高到375kW，其结构更为简单，即三个电机横向布置，150（160）kW的左右截割电机分别布置在左右摇臂内，两段或三段式机身通过液压螺栓联为一体，左、右截割部通过销轴铰接在左、右牵引行走箱上，其生产效率截割能力大大提高，使用更为方便。
特殊机型采煤机的发展及应用。
如天地科技股份有限公司上海分公司开发的MG250/300.NWD型电牵引短壁采煤机，可用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤开采：
“三下一上”采煤；
煤柱和边角媒回收；
短臂工作面双巷或单巷开采；
长壁面开机窝；
煤巷掘进等。
再如，新汶矿业集团从乌克兰引进的螺旋钻式采煤机已成功用于难采煤层，一台螺旋钻机仅需3-4名工人在工作面回采巷道内操作，月产6000t以上，实现了真正的无人工作面安全生产。
1.2.4MG300/700采煤机介绍
MG300/700无链电牵引采煤机，装机总功率700KW，截割功率2
300KW，牵引功率2
40KW，调高电机功率18.5KW，采用开关磁阻电机调速系统来控制采煤机牵引速度。
MG300/700无链电牵引采煤机，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698/412KN的牵引力，中间控制箱装有调高油缸，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。
该采煤机的电气设备符合矿用防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中使用。
并可在海拔不超过1000米、周围介质不超过35摄氏度，空气湿度不大于97%（在25摄氏度时）的情况下可靠地工作。
该采煤机可与相应的液压支架、运输机配套，实现综合机械化采煤或放顶煤综采，亦可用于可弯曲刮板运输机、单体液压支架、长钢梁或金属铰接梁配套实现“新高档普采”。
MG300/700型采煤机主要部件是：
左牵引部、右牵引部、左摇臂、右摇臂、泵箱、电控箱、左行走箱、右行走箱、机身联接、冷却喷雾、电气外部联接、拖缆装置和左、右滚筒。
机身中段为泵箱和电控箱，在泵箱内部的一个干腔内集中安装着液压传动系统全部液压元件。
泵电机横向布置装在泵箱内左侧，液压油箱设在泵箱右侧，给牵引液压系统和调高液压系统提供液压油。
工作原理及主要结构：
采煤机由老塘侧的两个导向滑靴和煤壁侧的两个平滑靴分别支承在工作面刮板运输机销轨和铲煤板上。
当行走机构的驱动轮转动时，驱动齿轨轮转动，齿轨轮与销轨啮合，采煤机便沿运输机正向或反向牵引移动，滚筒旋转进行落煤和装煤，沿工作面长截割一刀即进尺一个截深，见图2-1,2-2所示。
图1-1采煤机总图
图1-2采煤机截面图
采煤机由左、右牵引部,联接框架三段组成主机身，该三段主要采用液压拉杠联结，无底托架，机身两端铰接左右摇臂并通过左右联接架与调高油缸铰接。
两个行走箱左右对称布置在牵引部的老塘侧，由两台40kW电机分别经左右牵引部减速箱驱动实现双向牵引。
采用销轨式牵引系统，导向滑靴和齿轨轮中心重合骑在运输机销轨上，可保证采煤机不掉道，同时保证齿轨轮和销轨柱销有良好的啮合性能。
机身中段为一整体联接框架，高压开关箱、变频器箱、液压油箱三个独立的部件分别从老塘侧装入联结框架。
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第四章齿轮、轴、轴承、键的选用与校核
4.1齿轮传动设计
由于固定轴齿轮系直齿轮传动所受应力较大，因此，本文只对特定直齿轮的强度做校核计算。
4.1.1齿轮的损坏形式及原因
齿轮失效形式分五种：
轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合、塑形变形。
轮齿折断分两种：
轮齿受足够大的冲击载荷作用，造成轮齿弯曲折断；
轮齿再重复载荷作用下齿根产生疲劳裂纹，裂纹扩展深度逐渐加大，然后出现弯曲折断。
前者在减速器中出现的很少，后者出现的多。
齿轮工作时，一对相互啮合，齿面相互挤压，这是存在齿面细小裂缝中的润滑油油压升高，并导致裂缝扩展，然后齿面表层出现块状脱落形成齿面点蚀。
他使齿形误差加大，产生动载荷，导致轮齿折断。
在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多种不同的磨损形式。
当齿轮啮合面之间落入磨料性物质时，齿面即被逐渐磨损而致报废。
在减速器中的齿轮一直工作在箱体内，属于闭式齿轮传动，因此，极大程度的避免了齿面磨损[5]。
4.1.2齿轮的材料选择
常用的齿轮材料有：
钢、铸铁、非金属材料。
在选择材料时需要考虑一下因素：
1）齿轮材料必须满足工作条件的要求。
2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。
大齿轮采用铸造毛坯，选用铸钢材料。
中小齿轮采用锻造毛坯。
3）正火碳钢，不论毛坯的制作方法如何，只能用于制作在载荷平稳、冲击小的齿轮。
且不能承受大的冲击载荷。
4）合金钢常用于高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。
与其他机械设备使用的变速器比较，不同用途的变速器齿轮使用条件仍是相似的。
此外，拖拉机变速器齿轮所用的材料、热处理方法、加工方法、精度等级、支撑方式也基本一致。
如变速器齿轮用低碳合金钢制造，采用剃齿或齿轮精加工，齿轮表面采用渗碳淬火热处理工艺，齿轮精度不低于7级。
因此，比用于计算通用齿轮强度公式更为简化一些的计算公式来计算变速器齿轮，同样、可以获得较为准确的结果。
在这里所选择的齿轮材料为40Cr,调质处理。
4.1.3齿轮弯曲强度计算与校核
（1）直齿轮弯曲应力
：
公式（4-1）
式中，
—弯曲应力（MPa）；
—齿轮的圆周力（N），
；
其中
为计算载荷（
）d为节圆直径。
—应力集中系数，可近似取1.65；
—摩擦力影响系数，主动齿轮取1.1，从动齿轮取0.9；
b----齿宽（mm）；
t----端面齿距（mm）；
y----齿形系数，如图4-1所示。
由于第三轴主动齿轮Z4所受的圆周力大，半径最小，其弯曲应力最大，所以减速箱箱的齿轮的弯曲疲劳强度校核只需校核该齿轮。
经查表得调质处理的40Cr齿轮的弯曲疲劳强度极限为
。
由之前，第三轴上的计算扭矩为：
取
故由公式
可以得出：
结论
毕业设计是我们大学四年中最后一道作业题，它是对大学四年所学内容的综合考核。
对于我们每个人来说，毕业设计都非常重要，它既总结了大学学习的主要内容，又给我们提供了应用所学知识和查阅相关书籍的自学能力是对大学四年学习的检验和完善。
我做的是MG300-700型采煤机牵引部的设计。
该采煤机采用多电机横向布置的传动形式，各部件之间纵向没有直接的动力传动。
牵引部包括电机传动部、牵引传动箱和滚轮-销轨无链牵引机构，牵引传动箱是采煤机的行走机构，它主要由电机、制动器、齿轮减速器和行星轮组成，左右牵引传动部结构相同，对称布置在采煤机的两端头。
通过本次毕业设计，我学会了如何查阅资料，如何应用已学的知识，深刻体会到了所学知识的重要性，以及使所学知识联系起来成为一个系统的整体的必要性，逐渐形成一套自己提出问题、分析问题、最后解决问题的整套思路。
这些宝贵财富都会使自己在将来的学习和工作中受益非浅。
由于所学知识有限，实际经验缺乏，因此，我的毕业设计中难免存在缺陷与不足，恳请各位老师及评阅者批评指正，我将在今后的学习和工作中进行弥补。
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