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开题报告答辩后

本科毕业设计开题报告

题目：

滚筒式薄煤层采煤机截割部结构设计

院（系）：

机械工程学院

班级：

机电09-3班

姓名：

学号：

指导教师：

教师职称：

副教授

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

题目

滚筒式薄煤层采煤机截割部结构设计

来源

工程实际

1、研究目的和意义

随着我国经济的迅速发展，对能源的需求量将会日益增加，而作为我国传统能源的煤炭则是推动我国经济持续健康发展的重要能源保障。

我国目前煤矿大部分都已经经过了多年的开采，而对一些薄煤矿由于技术的原因我们的开采还不到位，潜力很大，因此对薄煤层采煤机的需求量很大。

所以说研制开发薄煤层采煤机有着长远的社会效益。

而目前我国的薄煤层采煤机并不能满足实际工况的需要，其中一个主要的原因是由于其截割部的设计并不是很完善，而该设计正是在这样一个背景下进行的，对薄煤层采煤机截割部的设计就是为了满足实际工况的需求，使其发挥更大的作用。

[1]

采煤机截割部主要由箱体、原电机、输出轴、减速部分、除尘及冷却系统，润滑系统等组成。

采煤机截割部减速器主要由固定减速器和摇臂行星减速器起两部分组成，截割部承担截煤和装煤任务，是采煤机的主要部件之一。

通过对截割部设计的完善，从整体上提高我国对薄煤层开采的效率。

[2]

该截割部能够承受较大工作载荷，能在条件恶劣的环境下工作，而且还要满足很高的可靠性。

同时尽量使其结构简单，维修方便，降低成本。

以便能够更有利于煤炭开采行业的发展。

2、国内外发展情况（文献综述）

采煤机国内发展情况：

从上世纪八十年代开始，我国进入了采煤机发展的兴旺时期，在广泛吸取国外先进技术的同时，不断实践创新，锐意进取，重视采煤机成系列的开发，不断扩大使用范围，同时推广使用无链牵引，使采煤机工作更平稳，使用更安全。

在九十年代，电牵引技术逐步成熟，多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流，为提高生产效率立下了汗马功劳。

随着科技的进步，开发高产高效矿井综合配套设备已成为我国煤炭科技发展的主流：

大功率，大截深电牵引采煤机被广泛的开发和使用，一些世界前沿的先进技术也被用到了采煤机的开发应用中，如变频调速技术，远程监控，无线遥控等等，为更好的服务我国煤矿事业奠定了坚实的基础。

采煤机发展到现在，随着各项技术的掌握，我国将在以下方面进行攻关研究，力争赶上世界先进水平：

（1）大功率、大截深电牵引采煤机的进一步研究

（2）大功率采煤机的工况监制，故障诊断于控制系统的研究

（3）为最大限度的利用我国能源，着力研制发展薄煤层采掘机械

（4）应用高新技术，严格管理，提高可靠性

在电牵引采煤机的研制领域，我国虽然取得了一些可观的成绩，但与目前国外最先进的采煤机相比，在总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适应范围还亟待完善和提高，尤其是线监控、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外相比差距很大。

此外，我国在采煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质性能上与国外先进水平也有较大差距。

因此，为提升产品质量，采煤机的机械传动系统理论设计尚需加大研究力度[3,4]。

国外发展情况：

20世纪40年代末，美国利诺斯公司首先在装煤机机身上安装了一个可摆动的落煤截割头，实现了割煤、落煤和装煤工序的机械化连续作业，这就形成了采煤机的雏形。

按照落煤机构来划分，采煤机的发展大体经历三个阶段：

第一阶段，20世纪40年代，以利诺斯公司的CM28H型和久益机械制造公司的3JCM型和6CM型为代表的截链式采煤机，主要用于开采煤炭、钾碱矿、铝土矿、页岩以及永冻土等。

采煤机的生产能力低，且结构复杂，装煤效果差。

第二阶段，50年代，以久益公司的8CM型为代表的摆动式截割头采煤机，生产能力较高，装煤效果较好，但机器工作时振动大，维护费用高。

第三阶段，60年代至今，滚筒式连续采煤机高速发展，并日趋成熟。

从80年代开始，随着开采工艺的发展和开采条件的提高，采煤机不断向大功率、多功能、系列化和自动化方向发展，使其适用性和智能性增强，逐渐成为先进产煤大国的主要采煤设备。

第三代滚筒式连续采煤机，集破煤、落煤、装运、行走、电液系统及辅助装置为一体，达到了很高的制造水平。

随着技术的成熟，一些集电子电力，微电子，信息管理以及计算机智能技术与一体的大功率电牵引采煤机被开发研制出来，其性能参数优，可靠性强，自动化程度高，操作方便，控制灵敏，监控保护及检测功能完善[5,6]。

就采煤机的截割部而言，如今已结构形式和工作原理已经比较成熟，其具备以下特点：

（1）截割部均采用机械传动。

固定减速箱是截割部的主要组成部分。

采煤机电动机的转速一般为1470r/min左右，而滚筒的转速根据不同的直径一般为50r/min-100r/min。

为了达到减速的目的，截割部减速箱一般由3级－5级减速齿轮组成，由于滚筒的轴线与电动机的轴线相垂直，因而在截割部减速箱里都采用一对圆齿轮传动。

（2）滚筒的截割速度（截齿刀尖的圆周切向速度）一般为4m/s-5m/s，因而采用不同直径的滚筒时，其转速应相应地改变，故在截割部减速箱中一般都有一对可更换的快速齿轮。

通过改变齿轮的齿数，可以改变滚筒的转速。

（3）在电动机和滚筒之间的传动装置中都有一离合器。

采煤机调动或检修，或试验牵引部时需打开离合器，使滚筒停止转动。

此外，为了人员安全，当采煤机停止工作时，也需要将滚筒与电动机断开。

（4）为了使采煤机自开缺口，截割滚筒一般都伸出机身（或底托架）长度以外一定的距离，多娄采煤机采用摇臂的形式。

（5）为了适应煤层厚度和煤层的起伏变化，截割滚筒的高度都是调整的。

大多数采煤机采用摇臂调高的形式，少数采用底托架调高的形式。

摇壁调高和底托架调高均采用液压驱动。

（6）采煤机工作过程中，挡煤板均无滚筒的后面，因而当采煤机改变牵引方向时，挡煤板需从滚筒的一边换到另一边。

挡煤板翻转装置可采用液压缸或液压马达驱动，也有的不用专门的驱动装置，而利用滚筒转动挡煤板。

（7）为了实现截割部滚筒高度的调整和挡煤板的翻转，采煤机都有一套单独的辅助液压系统。

辅助液压泵有的装在截割部减速箱内，有的装在单独的辅助液压箱内，也有的装在牵引部内。

[7,8,9]

3、研究/设计的目标：

该截割部能适用于截割功率为100kW的采煤机，其采高范围为1.1~2.4m，且能对较硬煤质进行截煤。

最终完成工作有：

（1）整体装配图及部分零件图；

（2）设计说明书。

4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：

滚筒式采煤机截割部要满足以下要求：

有很高的强度、刚度和可靠性，良好的润滑、密封、散热条件和高的传动效率等。

（1）研究内容：

截割部的传动方案，齿轮的设计计算与校核，轴的设计计算与校核，电动机、轴承等零件的合理选用。

拟解决的问题：

截割部的传动系统的设计，截煤部工作载荷大，条件恶劣，外形尺寸受到严格限制，要满足很高的可靠性。

同时要保证设计合理，降低成本。

（2）设计方案分析确定

1）传动方案确定

综合参考国内外各种采煤机的结构方案，同时类比相似型号的采煤机的截割部传动方案，初步定出滚筒式采煤机截割部若干传动方案如下图：

方案一

1-电动机；2-固定减速箱；3-摇臂；4-滚筒

图1方案一传动方案

如图1所示，该方案传动方式：

电机—固定减速箱—摇臂—滚筒

其特点：

传动简单，摇臂从固定减速箱端部伸出，支承可靠，强度和刚度好，但卧底量较小。

[10]因此此方案不宜采用。

方案二

1-电动机；2-固定减速箱；3-摇臂；4-滚筒；5-行星轮

图2方案二传动方案

如图2所示，此方案传动方式为：

电机—固定减速箱—行星齿轮传动—滚筒

特点：

在滚筒内装了行星传动，简化了传动系统，但筒壳增大了，适用于中厚煤层采煤机。

[10]所以此方案也不宜采用。

方案三：

1-电动机；2-固定减速箱；3-摇臂；4-滚筒；5-行星齿轮传动；7-机身及牵引部

图3方案三传动方案

如图3所示，此传动方式为：

电动机—摇臂—行星齿轮传动—滚筒。

其特点为：

采用独立摇臂，其本身就是个单独的减速箱，进出油口都密封。

电动机轴与滚筒轴平行，传动简单，调高范围大，机身长度小，适宜薄煤层使用。

[3]故采用此方案。

2）驱动方式的确定

驱动方式是指采煤机拖动电机的数量和传动方式，大体上分为四类：

单机驱动方式、双机分别驱动方式、双机联合驱动方式和多机分别驱动方式。

[4]而本采煤机采用多机分别驱动的方式，具有以下优点：

①每台电机的功率比较小；

②一台电机有故障，容易更换，损失小。

3）电机的布置形式

电机的布置形式采用纵向布置。

优点：

这种布置方式对增大截割功率、降低机身高度是有益的。

（3）设计计算步骤：

①采煤机截割部结构总体方案设计

②传动装置的选择及几何参数的确定

③主要零部件的强度校核

④主要零部件的零件图绘制

⑤总装配图绘制

⑥说明书的编写

5、方案的可行性分析：

（1）工作原理

本次设计的截割部传动方式为：

电动机—摇臂—行星齿轮传动—滚筒。

该传动方式是采煤机最常用的四种传动方式之一，型号为3LS、EDW-150-2L、R550等采煤机均采用这种传动方式。

因此，其工作原理可行。

（2）选材与加工

本次设计不采用特殊材料，只是通过改变具体结构来实现可以对较硬煤层的开采，所以，其选材及加工手段也是可行的。

6、该设计的创新之处

本次设计的采煤机截割部可以实现对较硬煤层的开采，截煤部能承受较大工作载荷大，在条件条件恶劣情况下，能满足很高的可靠性。

7、设计产品的主要用途和应用领域：

本设计产品的主要是用于完成采煤机对薄煤层的开采时的截煤，可以开采较硬煤层的开采，提高采煤机的开采效率，增加采煤机的开采范围。

8、时间进程

第四周对前三周得到的资料进行整理，写实习总结及开题报告。

第五周采煤机截割部结构总体方案设计

第六周传动装置的选择及传动装置几何参数的确定

第七周主要零部件的计算校核

第八周CAD绘制总装图

第九周CAD绘制总装图

第十周CAD绘制总装图

第十一周CAD绘制部分零件图

第十二周手工绘制部分零件图

第十三周整理文件，写说明书

第十四周检查图纸和说明书的错误及修改

第十五周检查图纸和说明书的错误及修改

第十六周答辩

9、参考文献：

[1]李建平，杜长龙，张永忠.我国薄与极薄煤层开采设备的现状和发展趋势[J].煤炭科学技术，2005，33（6）:

65-67.

[2]周长飞，张伟.薄煤层采煤机大功率截割传动部的研究及应用[J].煤矿机电，2005（5）:

11-14.

[3]韩俊峰.大功率采煤机截割部的研究[J].科技情报开发与经济，2009，19（31）:

209-210.

[4]胡青春，段福海，闵瑞.两级行星齿轮传动系统多目标化设计研究[J].现代制造工程，2008（3）:

103-112.

[5]李晓豁，刘春生，李萍.滚筒式采煤机动力学模型[J]，黑龙江矿业学院学报，2000.6

（2）:

1-4.

[6]赵丽娟，张农海，安亚军.薄煤层采煤机可靠性研究[J].煤矿机械，2006（5）：

15-20.

[7]赵丽娟，王乘云.采煤机截割部动力学仿真研究[J].工程设计学报，2010

（2）：

5.

[8]刘晓辉，谭长军，陈俊峰.采煤机截割部壳体震动特性分析[J].制造业自动化，2012（4）：

25-27.

[9]朱卫波，王一亮.采煤机行星轮与动力仿真[J].机械传动,2006（3）:

350-354.

[10]王春德.截割部电机横向布置的保护[J].煤矿机械，2010（7）：

36-37.

[11]EvansI.Optimumlinespacingforcuttingpicks[J].TheMiningEngineer,1982.

[12]EvansI.BasicMechanicsofthePiont-AttackPick[J].CollieryGuardian,1984.

[13]ERKMENI,ERKMENAM,MATSUNOF,etal.Snakerobotstotherescue[J].IEEErobotics&AutomationMagazine,2002,（3）:

17-25.

[14]GarciaE,JimenezMA,SantosPGD,etal.Theevolutionofroboticsresearch[J].IEEERoboticsandAutomationAsociety,2007,4

（1）:

90-103

[15]AngelaDavids.Urbanresearchandrescuerobots:

Fromtragedytotechnology[J].IEEEIntelligentSys-tems,2002,（March/April）:

81-84.

[16]Whipkey,Kevin.ProdutivityImprovementforLongwallDevelopment[J].CoalAge,2005.

指导教师意见

教师签字：

年月日

开题答辩小组意见：

组长签字：

成员签字：

年月日

毕业设计领导小组意见:

组长签字：

年月日