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1、摘 要电牵引采煤机机电一体化程度高 ,装机功率愈来愈大 ,牵引速度成倍提高 ,而且牵引部调速系统具有节能、传动效率高。因此 ,国内外采煤机制造厂家已重点或全部转向电牵引采煤机的研制和开发。本次设计的采煤机正为适合中厚煤层使用的无链电牵引采煤机，我的主要设计内容为电牵引采煤机的牵引部的结构设计，牵引力为450kN，牵引速度为09m/s电动机为40kW采用横向布置，通过二级直齿二级行星减速器完成变速，最终输出达到要求的速度。关键词 采煤机 电牵引牵引部Abstract 09m/s目录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 采煤机简介11.2 国内外采煤机发展及使用状况21.2.1 采煤
2、机在我国的使用情况21.2.2 采煤机在国外的发展和使用41.3 采煤机牵引部概述51.4 设计意义5第2章 总体方案的确定7第3章 机械系统传动总设计83.1 牵引部电动机的选用83.2 牵引部传动比分配8第4章 牵引部零件的初步设计及强度校核94.1 牵引部传动齿轮初步设计及强度校核94.1.1 牵引部齿轮Z1,Z2初步设计及强度校核94.1.2 牵引部齿轮Z3,Z4的初步设计及强度校核164.1.3 牵引部二级星行齿轮的初步设计及强度校核244.2 牵引部轴的校核及轴承寿命计算384.2.1 牵引部I轴的初步设计及校核及轴承寿命计算384.2.2 牵引部II轴的初步设计及校核及轴承寿命计
3、算434.2.4 一级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算484.2.5 二级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算51结 论54致 谢55参考文献56附录158附录263 第1章 绪 论1.1 采煤机简介所谓采煤机就是把煤由煤层中采落下来的机械。采煤机是机械化采煤作业的主要机械设备，其功能是落煤和装煤，在工作中能同时把煤装入输送机运出工作面。20世纪40年代初，英国和前苏联相继研制出了链式采煤机。这种采煤机是用截链截落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤刀具，其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒采煤机，在这种采煤机上安装有截煤滚
4、筒，这是一种圆筒形部件，其上装有截齿，用截煤滚筒实现装煤和落煤。这种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。这种采煤机的主要缺点有二，其一是截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是截煤滚筒的装煤效率不佳，限制了采煤机生产率的提高。进入60年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出两项革命性改进。其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；其二是把圆筒形截煤滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。可调高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架
5、和可弯曲输送机配套，构成综合机械化采煤设备，使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此，综合机械化采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自70年代以来，综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展，其性能逐渐完善，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经在采煤机上得到应用。采煤机按牵引方式可分为链牵引和无链牵引。无链牵引的主要优点是：(1)取消了工作面的牵引链，消除了断链事故和链子跳动伤人的事故；(2)在同一工作面内可以同时使用两台或多台采煤机。从而可以降低生产成本，提高工作面的产量。特别适用于超长的高产高效的工作面的需
6、要；(3)对底板起伏、工作面弯曲、煤层不规则等的适应性增强等优点。目前煤矿井下广泛使用的采煤机有两类：滚筒式采煤机和刨煤机。由于滚筒式采煤机的采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件，因而得到了广泛应用。现代采煤机必须满足以下要求：(1)生产率满足要求。(2)采煤机工作机构能适应煤层厚度变化而工作。(3)机身所占空间较小，对薄煤层采煤机尤为重要。(4)采煤机可拆成几个重要部件，以便下井和运输，也便于拆装和检修。(5)所有电气设备都应具有防暴性能，采煤机能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作。(6)电动机、传动装置和牵引部应具有超负荷安全保护装置。(7)具有防滑装
7、置，以防机器沿斜坡自动下滑。(8)具有内外喷雾灭尘装置。(9)工作稳定可靠，操作简单方便，操作手把或按钮尽量集中，日常维护工作少而容易。1.2 国内外采煤机发展及使用状况1.2.1 采煤机在我国的使用情况我国的滚筒式采煤机从20世纪60年代开始自行研制，60年代初研制成功第1台用于普采工作面的DY150型液压牵引采煤机，到60年代我们已经有了MG400/920-WD型大功率交流电牵引采煤机，整个技术水平得到了较大发展。总的看来，滚筒式采煤机总体技术的发展过程经历了：牵引方式从液压牵引到电牵引、驱动方式从单电机到多电机、总体结构从纵向布置到横向布置。采煤机的电控技术也随之逐步发展，从引进仿制到自
8、行设计，从分立元件组成到集成化、PLC和微机控制，逐步走向成熟，赶超国际同行先进水平。以前，薄煤层采煤机可选机型少，可靠性差，功率低，单产低，使我国薄煤层产量逐年减少，弃采严重，资源浪费大，从80年代开始，薄煤层采煤机从无到有得到稳定发展。随着薄煤层采煤机的推广应用，适用工作范围扩大，也暴露了许多缺陷和不足，限制了使用效果。根据薄煤层开采的迫切需要，开发适合国情的新一代大功率薄煤层采煤机是非常必要的。目前，哈尔滨煤矿机械研究所已经研制了五种机型的薄煤层采煤机，都已投入工作中。以几种有代表性的机型BM1100型薄煤层采煤机，MG150B型薄煤层采煤机和最新型的MG300BW1型薄煤层采煤机6。我
9、国近年来的攻关研究主要集中在交流电牵引采煤机的系列设计，控制系统及控制功能的开发上。开发的系列交流电牵引采煤机，已在国内煤矿逐步推广使用，取得了比较明显的经济效益。波兰与中国合作，成功研制了总装机功率344KW的KSE-344型薄煤层交流电牵引采煤机的基础上，陆续开发了用于薄煤层的KSE-360型、用于中厚煤层的KSE-700型、KSE-800RW/2BP型和KSE-535S/2BP型等交流电牵引采煤机。美国JOY公司研制了2LS-6LS型多种多电机横向布置直流电牵引采煤机。德国开发了多种形式的电牵引采煤机，有截割电机纵向布置的EWD-450/1100-L型采煤机，ESA-300-L型短机身直
10、流电牵引采煤机等。日本三井三池制作所研制成功多种截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机，主要有：MCLE400-DR6868型；MCLE500-DR101101型等我国从20世纪70年代中期开始引进采煤机，大体分为以下两个阶段：80年代为第一阶段，以单机引进为主，共引进三十二台。这些采煤机在山西、陕西、山东、黑龙江等一些煤矿试验，探索性地使用采煤机进行房柱式采煤法，有些矿井取得了成功的经验，有些矿井的使用效果不好。由于这些设备不配套，备件供应困难，设备维护和技术管理跟不上等原因，现基本上已停止使用。九十年代以来为第二阶段，以配套引进为主，神东公司和黄陵矿区先后引进了27台连续采煤机及其配套设备。1
11、995年大柳塔矿最高月进尺就已经到达1051米。2000年以后，运用 12CM18-10D 连续采煤机和运煤车在182断面掘进中，平均月进尺在2000米以上，榆家梁煤矿月进尺 2705米，创造了2002年世界记录。上湾煤矿采用旺格维利采煤法，2002年4月20日，两套采煤机日产原煤10220吨。同年，该矿用采煤机与连续运输系统等设备配套，在短壁综采工作面年生产原煤219万吨；用采煤机与运煤车等设备配套，在短壁综采工作面年生原煤101万吨，均创造了同类机型2002年的世界最好成绩，同时工作面回采率达 70%以上，节约了宝贵的煤炭资源。2003年1月，上湾矿使用连续运输系统作为采煤机的配套设备实现
12、煤巷掘进 4656 米的好成绩912。在国内，虽然短壁机械化开采技术逐渐成熟，采煤机的使用日益增多，但目前我国各研究机构和煤机制造企业还没有开发、研制成功采煤机，没有成套国产化的采煤机供煤矿使用。煤炭科学研究院太原分院初步完成连续采煤机的设计方案，开发出与采煤机相配套使用的 XZ7000/24/45 型履带行走支架、LY1500/865-10型连续运输系统和 GP460/150 型履带行走式给料破碎机。这些采煤机的配套设备在神东矿区、兖州矿区使用时，有些性能达到了国际水平11。我国煤炭资源分布广泛，地质条件复杂多样。经过30多年的综合机械化开采，适合长壁开采的规则煤田越来越少，而“三下”压煤、
13、残留煤柱和不规则煤的煤炭储藏量多达上百亿吨，长壁开采难以进行，不开采又必将对我国煤炭资源造成极大的浪费16，17。短壁开采技术能很好的解决这一问题，但短壁开采所使用的采煤机及其配套设备全部需要从国外进口，截齿、滚筒等易磨易损件更需要大量进口，这必然要影响生产效率、增加吨煤成本。虽然我国的普通滚筒采煤机研制技术比较成熟，但对于采煤机的研制却处于起步阶段，缺乏必要的基础研究工作。采煤机通常由截割机构、装载机构、履带行走机构、液压系统、电控系统、冷却喷雾除尘系统及安全保护装置等部分组成。其中，截割机构是采煤机的重要部件之一，一般包括两个外滚筒、一个截割链（或中间滚筒）。采煤机工作在煤或半煤岩条件下，
14、工作面煤岩分布不均、性质多变，具有很大的随机性。截割机构直接作用在煤岩上，截割时呈悬臂状态，滚筒受力复杂，截割载荷变化大，容易引起机器较大的振动，从而降低了机器传动件和连接件的使用寿命，影响了机器工作的可靠性，并且增加了维修工作量和吨煤成本。因此说，对采煤机工作机构的研究是整机设计的基础。通过对工作机构上载荷状况的研究，找出其结构参数及运行参数对煤炭品质、生产效率和载荷波动等的影响关系，搞清连续采煤机截割的关键技术，为建立其工作机构的设计理论和方法，为研发适合我国煤层地质条件的国产连续采煤机，以及建设高产高效的现代化矿井和发展国民经济具有重要意义13。1.2.2 采煤机在国外的发展和使用20世
15、纪40年代末，美国利诺斯（LEE-NORSE）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14。历经半个多世纪的发展，采煤机已经日臻完善，其采掘工艺也走向成熟，不仅在美国，而且世界许多国家，在房柱式采煤、回收边角煤以及长壁开采的煤巷快速掘进中得到了广泛应用，其单产、单进作业创造出前所未有的水平，为采煤界所公认15。按照落煤机构来划分，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（JOY MANUFACTURING COMPANY）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
