MG300700采煤机截割部设计.docx
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MG300700采煤机截割部设计
目录
摘要3
Abstract4
1绪论5
1.1采煤机研制的必要性5
1.2国内采煤机的发展历程5
1.3国内与国外采煤机技术的差距6
1.4采煤机的类型及采煤方式8
1.5滚筒采煤机的发展趋势9
1.6滚筒采煤机的工作原理及特点10
第2章总体方案的确定13
2.1MG300/700型采煤机简介13
2.2截割部结构设计方案的确定14
第3章传动系统的设计16
3.1MG300/700截割部传动系统组成16
3.2MG300/700截割系统的机械传动17
3.3齿轮的设计及校核21
3.4轴的设计及强度效核30
3.5轴承的寿命校核35
第4章采煤机的使用和维护36
4.1采煤机的润滑36
4.2井上检查与试运转38
4.3采煤机的运输与安装40
4.4电牵引采煤机常见故障分析与排除41
4.5大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法43
4.6采煤机轴承的维护及漏油的防治43
参考文献46
摘要
我国煤炭中薄煤层储量丰富，对小功率采煤机的需求量也比较大。
而炮采安全性比较低，生产率也比较低；综采对设备要求较高，而且投资费用比较大。
所以对中薄煤层来说开发适应高档普采的采煤机是非常必要的，而MG300/700-WD型采煤机正是针对中薄煤层适应高普而进行的设计。
MG300/700-WD型采煤机的截割部机械传动由三级直齿传动和一级行星机传动实现，且末级采用太阳轮浮动形式的行星传动。
采取摇臂结构形式以增大滚筒的过煤空间进而提高装煤效率，并对各级齿轮及相应的传动轴进行了设计计算和相应的校核，结果满足设计要求。
关键词：
MG300/700采煤机截割部行星机构
1绪论
1.1采煤机研制的必要性
随着我国煤炭产量的不断增长,连续几年创历史新高。
根据煤炭行业协会统计，2011年我国煤炭产量达到了创纪录的35.2亿吨，约占一次性能源消费的72.8%。
根据国家能源局预测，到2015年全国煤炭需求量将达到39亿吨，并在“十三五”以后煤炭需求量在40亿吨以上逐年增长。
煤炭作为工业发展的基础能源，煤炭产量的稳步增长直接与我国经济的持续发展息息相关。
而与煤炭产量有直接关系的采煤技术将是保证煤炭产量稳步增长的前提基础保证。
采煤机作为煤炭开采中的重要工具，在这一环节中有着极其重要的作用。
21世纪前期是我国经济、社会发展的重要机遇期。
石油、天然气、煤炭和核能在21世纪将继续发挥各自的优势，可再生的水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等的开发利用，仍将继续受到重视。
但是由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的30~50年，世界范围内新能源、可再生能源及核电的发明尚不能普遍取代矿物燃料。
因此，相当时期内矿物燃料仍将是人类的主要能源。
随着现代科学技术的快速发展，尤其是世界经济对能源的旺盛需求，世界煤炭开采技术也得到迅猛的发展。
20世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤炭开采技术与装备迅速发展。
先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了高生产能力、高性能的开采技术装备，广泛应用计算机技术实现了矿井生产过程自动化控制，实现了矿井的高产高效生产。
自动化采煤工作面关键技术主要包括液压支架电液控制技术、在薄煤层中实现刮板输送机直线推进技术、煤岩分界以及采煤机摇臂自动调高技术、薄煤层用电气调速自动化刨煤技术、设备工况监测与故障诊断技术、顺槽集中控制技术等。
采煤方法、工艺研究与创新是煤矿实现高效生产的基础，机电一体化，自动化煤矿开发技术装备的研制是实现高效生产的基本保障。
面对21世纪我国能源面临的巨大挑战，煤炭科技工作者承担着重大的历史使命，只有依靠科技进步，才能进一步加快我国煤矿现代化的步伐。
1.2国内采煤机的发展历程
（1）购进与仿制
世界上第1台采煤机是原苏联于1952年生产并开始使用的,我国于1952年购进并使用,与此同时,鸡西煤矿机械厂即开始进行仿制工作,于1954年制造出我国第1台深截式采煤机,即顿巴斯-1型采煤康拜因,随后批量生产。
在顿巴斯-1型采煤康拜因的基础上,经过研究、改进和完善,设计制造了多种型式的采煤康拜因,这一时期的采煤机称为中国第1代采煤机。
（2）消化与研制
20世纪60年代初,在顿巴斯-1型采煤康拜因的基础上,我国开始自行研制生产采煤机,1964年生产出MLQ-64型,1968年生产出MLQ1-80型浅截式单滚筒采煤机,成为我国第2代采煤机。
我国第2代采煤机的特点是截割部滚筒采用摇臂调高,牵引机构也为钢丝绳牵引,通过应用证明,采用钢丝绳牵引,绳筒磨损严重,使用寿命短,同时牵引力较小,容易拉断而导致伤人和机器下滑事故。
该类型采煤机采用了液压传动,具有无级调速和过载保护等特点。
（3）逐步成熟与发展
我国于20世纪60年代末70年代初开始研制第3代采煤机即双滚筒采煤机。
1975年生产的MLS3-170型采煤机,实现了滚筒采煤机由单滚筒向双滚筒的飞跃。
MLS3-170型采煤机的2个可调高滚筒放在采煤机的两端,利用摇臂调高。
牵引机构采用圆环链牵引,提高了牵引力,但不适应大倾角采煤。
MXA-300型系列采煤机是西安煤矿机械厂1983年研制生产的大功率无链牵引双滚筒采煤机,采用了三头螺旋滚筒,滚筒转速有所降低;牵引机构采用齿轮-销轨式,传动平稳,消除了链牵引的缺点,机器的使用寿命延长,增设了副牵引部和可靠的液压制动装置,可用于大倾角（40～50°）煤层而不需要设防滑安全绞车,提高了工作效率,加大了生产能力。
MG132P320-W新型液压牵引采煤机是由泰山建能公司、煤炭科学研究总院、新汶矿业集团联合研制完成的。
该采煤机采用滚筒式采煤机发展趋势的多电机横向布置,液压牵引系统打破常规,采煤机牵引部泵箱把长期使用的“湿腔”布置分离液压元件改为“干腔”布置,实现了采煤机液压系统的创新。
该机在同类采煤机设计中达到了国内先进水平。
国外于1976年研制出第1台电牵引采煤机。
1991年,由煤炭科学研究总院上海分院与波兰科玛克公司合作,研制成功我国第1台采用交流变频调速的MG344-PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机,性能良好,电牵引采煤机成为我国第4代采煤机。
2005年煤炭科学研究总院上海分院又开发出总装机功率达1815kW的大功率采煤机。
随后,更大功率的电牵引采煤机MG900/2215-GWD也问世,该型采煤机的控制达到了国际先进水平,是目前国内功率最大的采煤机。
如果采用长摇臂,最大采高可达到创记录的6m,该型采煤机完全能够满足国内煤矿高产高效工作面的生产需要。
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3种:
即交流变频调速系统、开关磁阻电机调速系统（简称SRD）、电磁转差离合器调速系统。
调速原理不尽相同,但基本上都可分为控制部分和牵引电机部分。
在这3种交流电牵引调速系统中,交流变频调速技术由于具有的诸多优点,在大功率采煤机的应用已趋向成熟,并已成为目前采煤机调速方式的主流,其主要特点是:
启动性能好,可直接实现软启动;交流变频调速属转差功率不变型调速系统,故效率高。
随着计算机技术和大功率电子元器件的不断发展,交流变频调速的调速性能和精度可与直流调速相比。
SRD技术在采煤机上的应用虽然起步不久,但具有发展潜力,它有交流变频调速电动机结构简单、无刷无整流子的优点,也有直流调速系统调速性能好,控制电路简单、价格低廉等优势,而且启动转矩大、启动电流小,这种调速方式一旦解决了噪声问题和位置传感器存在的不可靠性问题,将更适合在煤矿井下采掘机械中使用。
电磁转差离合器调速技术本身比较成熟,它属于改变转差率的交流调速方式,采用闭环系统能得到较大的调速范围,可平滑调速,并具备交流调速和直流调速的双重优点。
随着计算机技术在控制系统性能可以做得更适合采煤机的使用,但它在采煤机上的应用也存在低速性能差、电动机发热等问题。
1.3国内与国外采煤机技术的差距
1.3.1国外采煤机的发展
近年来,国外采煤机的技术特点和发展趋势主要表现在以下几个方面:
（1）牵引方式采用电牵引
传统的液压牵引采煤机在国外虽然仍在生产和使用,但已不占主导地位,由于电牵引采煤机的诸多优点,国外目前新开发的采煤机,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
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,功率大的已达1000kW;牵引电动机功率均在40kW以上,大的甚至达到125kW;总装机功率通常超过1000kW,最高已达2000kW以上;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,牵引力达到757kN以上。
采用大截深滚筒已成为提高采煤机生产能力的重要途径。
（3）交流变频成为主流调速方式
由于交流变频调速牵引系统具有技术先进、可靠性高,维护管理简单和价格低廉等特点,近几年发展很快,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。
采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,可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采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。
（4）普遍采用中高压供电
由于装机功率大幅提高以及工作面的不断加长,整个工作面供电容量超过5000kW。
（5）监控保护系统的智能化
随着先进的PLC控制系统的应用,新型的电牵引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。
1.3.2国内采煤机的发展展望
国内电牵引采煤机代表机型与目前国外最先进的电牵引采煤机相比,在总体参数性能方面已接近国外20世纪90年代中后期水平。
但在一些关键部位以及总体性能、功能、适应范围还有待进一步完善和提高。
尤其是电牵引采煤机的工况在线监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器中的应用,电磁调速电动机电流的控制精度和控制件等智能化技术与国外相比还有一定的差距。
针对这些差距,今后国内电牵引采煤机的主要发展方向应包括以下几个方面:
（1）进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性,重点完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能,研究可靠的微机电气控制系统,重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。
（2）开发或增强电控系统的监控功能,重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等。
（3）以开发装机功率更大的采煤机为主,完善中、增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,进一步提高采煤机对煤层变化的适用性,必须研究电器设备小型化的技术途径小功率的电牵引采煤机,以满足不同用户的需求。
（4）向电器设备结构的小型化发展,由于功率的增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,进一步提高采煤机对煤层变化的适用性,必须研究电器设备小型化的技术途径。
（5）截割滚筒的革新和改进
截割滚筒的改进是围绕增大截深、减低煤尘、增大块煤率和提高寿命等目标进行的其主要改进有增大截深、采用强力截齿、增大块煤率和减少煤尘生成、滚筒设计CAD、高压水射流喷雾降尘和助切、加固滚筒结构等方面。
（6）扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型薄煤层、厚煤层、硬粘并有夹矸煤层、大倾角、破碎顶板等难采煤层的机型的发展有，开发出了薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机身等机型。
（7）提高采区工作电压
80年代以前，各国采区工作面设备电压多为1000V左右。
随着综采设备向大功率发展，目前采煤机最大功率达1220kW，截割电机最大功率达6000kW，刮板输送机最大功率达1125kW，驱动电机最大功率达525kW，加上工作面长度的不断增长，所以必须提高采区的供电电压，目前各国生产的大功率采煤机，其供电电压一般为2300、3300、4160和5000V等几档。
（8）采用微电子技术，实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断和自动控制。
1.4采煤机的类型及采煤方式
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第2章总体方案的确定
2.1MG300/700型采煤机简介
MG300/700型机载交流电牵引采煤机，该机装机功率700KW，截割功率2×300KW,牵引功率2×40KW，外加泵电机功率18.5KW。
该机是在MG2×300W型采煤机的基础上，结合交流变频调速系统在MG344-PWD型采煤机上的应用成熟技术而研制的，适用于厚度为2.0~3.6m、倾角小于35的硬煤层，可满足日产5000t的高产工作面需求。
该采煤机使用的电气控制箱符合矿用电气设备防爆规程的要求，可在有瓦斯或煤层爆炸危险的矿井中使用，并可在海拔不超过2000m、周围介质温度不超过＋40℃或低于－10℃、不足以腐蚀和破坏绝缘的气体与导电尘埃的情况下使用。
截割部的机械传动装置具有以下特点：
（1）采煤机的电动机都用四级电机，其输出轴转速为1470r/min左右，而滚筒的转速一般为30~50r/min，因此截割部总传动比为30~50，通常采用3~4级齿轮转速。
由于采煤机机身高度受到严格限制，所以各级传动比不能平均分配，一般前级传动比较大，而后逐级减小，以保持尺寸，各圆柱、圆锥齿轮的传动比一般不大宇3~4，当末级采用行星齿轮传动时，其传动比可达5~6。
（2）在采煤机电动机除驱动截割部外还要驱动牵引部时，截割部传动系统中必须有设置离合器，使采煤机在调动和检修时将滚筒和电动机分开。
离合器一般放在高速级，以减小尺寸及便于操纵。
（3）采用摇臂调高是最常见的方法。
为使摇臂长度符合要求，摇臂内含有多个惰轮，通常可以一级减速。
（4）由于行星齿轮传动为多齿啮合，传动比大，效率大，可减小齿轮模数，故末级采用行星齿轮传动可简化前几级传动。
2.1.2主要技术参数
该采煤机的主要设计技术参数如下表2-1：
表2-1
采高范围m
m
2.0-3.6
滚筒截深
mm
630
煤层倾角
°
＜35°
电机转速
r/min
1470
滚筒转速
r/min
32.4,37.1,42.25；
设计寿命
h
5000
摇臂总摆角
°
上摆38.5°下摆22.5°
灭尘方式
内外喷雾
截割功率
KW
2×300
电压
V
1140
MG300/700型采煤机采用多电机横向布置方式，截割部用销轴与牵引部联结，左、右牵引部及中间箱采用高强度液压螺栓联结，在中间箱中装有泵箱、电控箱、水阀和水分配阀。
该机具有以下特点：
1．截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机身连接没有动力传递，取消了纵向布置结构中的螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。
2．主机身分为三段，即左牵引部、中间控制箱、右牵引部，采用高度液压螺栓联结，结构简单可靠、拆装方便。
2.2截割部结构设计方案的确定
由于煤层地质条件的多样性，煤炭生产需要多种类型和规格的采煤机。
利用通用部件，组装成系列型号的采煤机，可以给生产带来很多方便。
系列化、标准化和通用化是采掘机械发展的必然趋势。
所以，这里把左右摇臂设计成对称结构。
2.2.1截割部电动机的选择
由设计要求知，截割部功率为300×2KW，即每个截割部功率为300KW。
根据矿下电机的具体工作情况，要有防爆和电火花的安全性，以保证在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中绝对安全;而且电机工作要可靠，启动转矩大，过载能力强，效率高。
据此选择由抚顺厂生产的三相鼠笼异步防爆电动机YBCS─300,其主要参数如下：
额定功率：
300KW；额定电压：
1140V
额定电流：
188A;额定转速：
1470r/min
绝缘等级：
H接线方式：
Y
质量：
2350KG冷却方式：
外壳水冷
2.2.2传动比的确定
滚筒上截齿的切线速度，称为截割速度，它可由滚筒的转速和直径计算而的，为了减少滚筒截割产生的细煤和粉尘，增大块煤率，滚筒的转速出现低速化的趋势。
滚筒转速对滚筒截割和装载过程影响都很大；但对粉尘生成和截齿使用寿命影响较大的是截割速度而不是滚筒转速。
总传动比
——电动机额定转速r/min
——滚筒转速r/min
在进行多级传动系统总体设计时，传动比分配是一个重要环节，能否合理分配传动比，将直接影响到传动系统的外阔尺寸、重量、结构、润滑条件、成本及工作能力。
多级传动系统传动比的确定有如下原则：
1）各级传动的传动比一般应在常用值范围内，不应超过所允许的最大值，以符合其传动形式的工作特点，使减速器获得最小外形。
2）各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称；各传动件彼此间不应发生干涉碰撞；所有传动零件应便于安装。
3）使各级传动的承载能力接近相等，即要达到等强度。
4）使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等，从而使润滑比较方便。
由于采煤机在工作过程中常有过载和冲击载荷，维修比较困难，空间限制又比较严格，故对行星齿轮减速装置提出了很高要求。
因此，这里先确定行星减速机构的传动比。
本次设计采用NWG型行星减速装置，其原理如图2-所示：
图2-1
则其他三级减速机构总传动比
÷
8.25
由于采煤机机身高度受到严格限制，每级传动比一般为
根据前述多级减数齿轮的传动比分配原则和摇臂的具体结构，初定各级传动比为：
2
1.6
2.58
第3章传动系统的设计
3.1MG300/700截割部传动系统组成
3.1.1MG300/700截割部传动系统概述
截割机构由左右摇臂、左右滚筒组成，其主要功能是完成采煤工作面的落煤，向工作面运输机装煤和喷雾降尘。
左、右摇臂完全相同，摇臂内横向安装一台300kW截割电机，其动力通过两级直齿轮减速和两级行星齿轮减速传给出轴方法兰驱动滚筒旋转。
摇臂减速箱设有离合装置、冷却润滑装置、喷雾降尘装置等（图3-1a、图3-1b）。
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