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1、 电牵引大功率一.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采煤机械概述1.2.1采煤机械化的发展机械化采煤开始于上世纪40年代，是随着采煤机械（采煤机和刨煤机）的出现而
2、开始的。40年代初期，英国、苏联相继生产了采煤机，联邦德国生产了刨煤机，使工作面落煤，装煤实现了机械化。但是当时的采煤机都是链式工作机构，能耗大、效率低，加上工作面输送机不能自移，所以生产率受到一定的限制。50年代初期，英国、联邦德国相继生产了滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，大大推进了采煤机械化的发展。由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒，不能实现调高，因而限制了采煤机械的适用范围，我们称这种固定滚筒的采煤机为第一代采煤机。因此，50年代各国的采煤机械化的主流还只是处于普通水平。虽然在1954年英国已经研制出了液压自移式支架，但是由于采煤机和可弯曲刮板输送机尚不完善，综采技术仅仅处于开始
3、试验阶段。60年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整的问题，扩大了采煤机的适用范围；特别是1964年第三代采煤机双摇臂采煤机的出现，进一步解决了工作面自开缺口问题；再加上液压支架和可弯曲刮板输送机的不断完善，滑行刨的研制成功等，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性高效、高产 、安全和经济，因此各国竞相采用综采技术。进入70年代，综采机械化得到了进一步发展和提高，综采设备开始向大功率、高效率及完善性能和扩大使用范围等方向发展，相继出现了功率为7501000KW，生产率达1500T/H的刮板输送机，以及工作阻力达1500KN的
4、强力液压支架等。1970年采煤机无链牵引系统的研制成功以及1976年出现的第四代采煤机电牵引采煤机，大大改善了采煤机的性能，并扩大了它的使用范围。目前，各主要产煤国家已基本上实现了采煤机械化。衡量一个国家采煤机械化水平的指标是采煤机械化程度和综采机械化程度。采煤机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到高效、高产、安全、经济；向遥控及自动控制发展，并逐步过渡到无人工作面采煤；提高单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制厚、薄及急倾斜等难采煤层的机械设备。1.2.2机械化采煤的类型长壁采煤工作面的采煤过程主要包括：落煤、装煤、工作面运煤、顶板支护及处理采空区五个工序，按照这些工序
5、来分有两种机械化采煤方式：1） 普通机械化采煤（普采）利用采煤机械（刨煤机或采煤机）来实现落煤和装煤，工作面输送机运煤，并用单体液压（或金属磨擦）支柱及金属铰接梁来支护顶板的采煤法称普通机械化采煤。2） 综合机械化采煤（综采）用大功率采煤机来实现落煤装煤，刮板输送机运煤，自移式液压支架来支护顶板而使工作面采煤过程完全实现机械化的采煤法称综合机械化采煤。综采工作面主要是三机配合，如图1-1所示。1.采煤机2.刮板输送机3.液压支架图1-1 三机配合图1.3采煤机简述1.3.1采煤机的分类和组成采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类，可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；现在我们
6、所说的采煤机主要是指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可靠性高，效率高，所以现在使用很广泛。滚筒采煤机的组成如图1-2 所示。现代采煤机基本上都使用模块化设计，采用多电机横向布置，结构取消了螺旋伞齿轮，各主要部件通过高强度液压螺栓联接，之间没有动力传递，结构简单，传动效率高，传动可靠，维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高，不会出现断链事故工作更安全。1.3.2滚筒采煤机的工作原理第四代采煤机研发成功后，现代采煤机基本上都传承了他们的特点。机械电子的飞速发展，对采煤机产生了很大的影响，现在采煤机是集电子系统，液压系统，机械传动系统于一身的复杂系统。现代的采煤机基本上都
7、取消了底托架，全部采用双滚筒结构。双滚筒采煤机工作时，前滚筒割顶煤，后滚筒割底部煤并清理浮煤。（双滚筒采煤机的工作原理如图1-3所示）因此双滚筒采煤机沿工作面牵引一次，可以进一次刀；返回时，又可以进一刀，即采煤机往返一次进两次刀，这种采法称为双向采煤法。必须指出的是，为了使滚筒落下的煤能装入刮板输送机，滚筒上的螺旋叶片螺旋方向必须与滚筒旋转方向相适应：对顺时针旋转（人站在采空侧看）的滚筒，螺旋叶片方向必须右旋；逆时针旋转的滚筒，其螺旋叶片方向必须左旋。或者形象的归结为“左转左旋；右转右旋”，即人站在采空区从上面看滚筒，截齿向左的用左旋滚筒，向右的用右旋滚筒。双滚筒采煤机有自开缺口的能力，当采煤
8、机割完一刀后，需要重新将滚筒切入一个截深，这一过程称为进刀。常用的进刀方式有两种：1端部斜切法利用采煤机在工作面两端约2530m的范围内斜切进刀称端部斜切进刀法；2中部斜切法（半工作面法）利用采煤机在工作面中部斜切进刀称为中部斜切法。 双滚筒采煤机工作原理1.3.3滚筒采煤机的特点1.使用范围广滚筒采煤机对煤层地质条件的要求较低，对于地板起伏不平、层厚变化大、煤粘顶、有落差不大的断层以及不同性质的顶板等煤层条件，采煤机都能适应；2调高方便，免开缺口；3功率大、生产率高、工作可靠；4操作方便并有完善的保护、监测系统；5向标准化、系列化、通用化发展。但是采煤机也有其缺点：结构复杂，价格昂贵；割落的
9、煤块度小，尘含量多，因而破碎单位体积煤的能量消耗大。1.3.4煤机与刨煤机的比较刨煤机是仅次于滚筒采煤机应用较多的一种采煤机械。它们两者的主要区别在于：1. 刨煤机较采煤机截深浅，它能有效的利用煤壁的压酥作用，刨下的煤块大，能耗低，产生的粉尘少，但是也正因为如此它的产量较采煤机而言低了很多；2. 刨煤机传动装置位于输送机两端，刨头靠输送机导向，因此包头可做的很矮，适合在薄煤层开采；3. 刨煤机的使用条件比采煤机高，故使用范围受到一定限制，特别是硬煤，粘煤的开采不宜用刨煤机；4. 刨煤机调整采高较困难，因为刨头高度不能随时调整，所以要求煤层不能粘顶及厚度不能过大；5. 刨煤机不能自开缺口，工作面
10、两端需人工开缺口，工作量大；6. 刨煤机消耗在刨头与输送机及底板之间的摩擦功率大，用于采煤的有效功率占采煤机械总功率较少。滚筒式采煤机正是因为它的适应性强，生产产量大，机械化程度高，截割效率高等优点得到了飞跃的发展。二.电牵引大功率采煤机2.1概述 电牵引大功率WD 无链电牵引采煤机，装机总功率700KW，截割功率 2300KW，牵引功率240KW，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。电牵引大功率WD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
11、牵引机构为采煤机提供520KN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。2.2主要用途及适用范围电牵引大功率WD无链电牵引采煤机一般适用于中厚煤层的开采，倾角小于35度，煤质中硬或中硬以上，含有少量夹矸的长壁式工作面。2.3型号的组成及其代表的含义2.4 使用环境条件1、 可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤矿安全规程中所规定的安全含量的矿井中使用。2、 海拔高度小于200m。3、 周围介质温度不超过40摄氏度、不低于-10摄氏度。4、 环境温度为25摄氏度时，周围空气湿度不大于97。5、 周围介质中无足以腐蚀和破坏
12、绝缘的气体和导电尘埃。三.电牵引大功率采煤机截割部的设计3.1 截割部概述截割机构是采煤机实现落煤、装煤的主要部件，它分别由左右截割部组成，每个截割部主要由截割部壳体、截割电机、齿轮减速装置、滚筒等组成，截割部内设有冷却系统、内喷雾等装置。本次设计主要的工作是电牵引大功率采煤机截割部齿轮传动的设计。3.2 截割部传动总体方案3.2.1 设计总则1、煤矿生产，安全第一；2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求；3、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定；4、技术比较先进，在一般设计中进行改进，要求性能和寿命能有显著的提高。3.2.2 已知条件1. 采高范围1.8m4.0m；2. 煤层倾角；
13、3. 截割功率；4. 滚筒转速 37r/min5. 摇臂形式采用整体，左右可互换直摇臂；6. 摇臂摆角：（设计后有所调整）7. 设计寿命：5000h。3.2.3 摇臂传动方案的确定电牵引大功率采煤机摇臂的设计，采用变换齿轮的方式实现滚筒在三个速度间变换的要求。传动路线经过五级减速，其中含有一级行星齿轮传动，通过改变工作面侧的两个齿轮实现三个速度的变化。3.2.4 计算传动效率1. 各传动件的效率为：3.2.5 传动比的分配及配齿情况采煤机摇臂传动齿轮传动比的分配与一般减速器传动比的分配有所不同，摇臂要求所有大齿轮尽量的一样大，这样设计出的摇臂才能紧凑小巧。图2-1 截割机构传动系统图根据以上原
14、则齿轮的齿数与模数定为表3-1中所列的参数。齿轮Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8齿数20 41412044204545轴号模数8910分度圆直径328180396200450450齿顶园直径344198414220470470齿根圆直径308157.5373.5175425425表3-1齿轮参数表3.3 截割部传动系统齿轮的校核计算3.3.1 概述滚筒截割到硬煤或夹矸时可能受到很大的冲击载荷，而且截割部工作的环境相当差，所以截割部齿轮的校核计算均按照驱动电机的额定全功率验算。3.3.2 截一齿轮，惰一齿轮，截二大齿轮校核计算渐开线直齿的设计与校核参考机械工程学I（王洪欣等著，中国矿业大学出版社
15、出版）和现代机械传动手册（现代机械传动手册编辑委员会 编），校核过程中的系数均从上述两本书中查取。Z1与Z2啮合参数及强度计算计算依据及计算过程重要计算结果一、齿轮参数、材料、热处理工艺及制造工艺的选定1、齿轮采用30CrMnTi，表面渗碳淬火处理，表面硬度可达5862HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限为试验齿轮齿根弯曲疲劳极限齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度6级。齿轮2为惰轮，其受到循环弯曲应力，所以上述齿轮2的试验齿根弯曲疲劳极限乘了一个修正系数0.8。2、几何尺寸计算：分度圆直径：；齿顶圆直径：；齿根圆直径：；其中：1，0.25；二啮合要素的验算：1和2 的重合度；db-分度圆 200 280（1）顶圆齿形曲率半径：；
