太原理工大学 硕士学位论文 连续采煤机行走部动力学分析及其疲劳可靠性研究 姓名：梁健 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：常宗旭;刘混举 20100501
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连续采煤机行走部动力学分析及其疲劳可靠性研究
摘 要
连续采煤机是现代化的采掘设备，不论是在房柱式采煤还是在长壁工 作面煤巷掘进中，都具有很好的经济效益和社会效益。履带行走装置是连 续采煤机的重要组成部分，在连续采煤机工作过程中，履带行走装置承受 着来自煤壁及底板的巨大载荷，直接影响连续采煤机的工作可靠性。 传统的产品开发模式是通过对物理样机的型式试验及其工业性试验， 进行试验数据分析并修改结构及其参数，达到使所开发产品性能优化的目 的。这种产品开发模式需要较长的开发时间，又要耗费大量的人力物力， 导致开发成本增加，开发周期延长，利润降低，市场竞争力下降。所以有 必要在计算机中创造一个履带行走装置工作的虚拟环境，在这个虚拟环境 中对履带行走装置进行仿真分析。这样一来开发成本大大降低，开发周期 也会缩短，同时产品的市场竞争力也会大幅度提升。 本文针对连续采煤机履带行走装置展开研究。首先，在分析履带行走 装置构造及工作原理的基础上，对履带行走装置的行驶阻力进行理论计 算，为履带行走装置动力学仿真提供外部载荷。然后，介绍了可靠性的相 关知识，列举连续采煤机故障次数及故障时间统计，并进行分析计算，找 出履带行走部是连续采煤机的主要故障点，应重点对其进行可靠性分析。 接着，以多体系统动力学理论为基础，建立了连续采煤机履带行走装置的 虚拟样机模型，在建立模型过程中，最为复杂的可谓施加接触力。在运行 时行走装置的驱动轮、导向轮、履带架与履带板都会产生接触力作用。庞 大的接触力利用通常的方法一个一个的施加是不准确的，也是不能实现 的。只能利用 ADAMS 本身自带的宏命令语句来施加繁多的接触力。利用
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编写的宏命令中的循环语句可以方便地施加繁多的接触力，必要时还可以 对模型进行参数化处理。随后将履带行走装置的三维模型施加约束、接触 力及外部载荷，从而建立其动力学仿真模型，在 ADAMS/View 虚拟环境 下对前进、后退、爬坡、转向等各种运行情况下的履带行走装置进行动力 学仿真分析，获得了履带行走装置的一些动力学特性。最后基于 UG 软件 的 NX Nastran 模块对驱动轮进行有限元强度及疲劳可靠性分析，得到驱动 轮的应力分布、位移变形及疲劳寿命等情况。 本文通过对连续采煤机履带行走装置进行动力学仿真及疲劳可靠性研 究，为连续采煤机履带行走装置的设计提供了技术依据，也为其他大型履 带行走装置（比如推土机等）的动力学特性研究提供了方法，对于减少产 品开发过程中样机的制造成本，缩短开发周期，都有现实意义。 关键词：连续采煤机，履带行走装置，动力学仿真，有限元分析，驱动轮， 可靠性
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DYNAMIC ANALYSIS AND FATIGUE RELIABILITY RESEARCH ON TRAVELLING UNIT OF CONTINUOUS MINER ABSTRACT
Continuous miner is the modern mining equipment with good economic and social returns both in the room and pillar mining and the roadway excavation in longwall face. Crawler running device is an important part in continuous miner, it suffers the huge load which directly affectes the work reliability of continuous miner from the wall and the floor during its working process . The development of traditional model is through the type test and industrial test of physical prototype, analyzing the test data and modifying the structure and parameters to acquire the purpose of performance optimization of the developed product. This development model requires a longer research and development time, and also spends a lot of manpower and material resources, resulting in increasing development cost, extending development cycle, profits decrease, and cutting down the market competitive strength. So it is necessary to create a virtual environment which the crawler running device can work in on the computer. The virtual environment can be used to simulation analyse the crawler running device, to lead to reduce development cost and shorten development cycle, while the commodity competitive strength will be improved significantly. In this paper, crawler running device of continuous miner is the research object. First of all, the driving resistance is calculated theoretically based on structure and working principle analysis of crawler running device, the result provides external loads for dynamic simulation of crawler running device. Then, the paper introduces relevant knowledge about the reliability, cites statistics of
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failure frequency and downtime of continuous miner, and conducts analysis and calculation to find out that crawler running device is a major failure point of continuous miner，reliability analysis should focus on crawler running device. Then, the virtual prototype of crawler running device is established based on multi-body system dynamics theory. The most complex part is to exert contact force in the model building process. Driving wheels, guiding wheels, track rack will have contact force with crawler boards while the walking device running. It is not accurate and actual to impose the numerous contact forces with the usual method. The best selection is the macro in ADAMS. It’s very convenient to impose numerous contacts with the cycle syntax of the macro, if necessary, the model can be parameter treated. The three-dimensional model of crawler running device will be imposed constraint, contact force and external load in order to build dynamic simulation model. The paper analyzes and simulates the crawler running device in the four conditions of forward, backward, climbing and turning operation in a virtual environment of ADAMS/View, acquiring some dynamics features of the crawler running device. Finally the paper analyzes the finite element strength and fatigue reliability of driving wheel based on NX Nastran module of UG software, to get the information about stress distribution, deformation and fatigue life of driving wheel. This paper provides a technological base for designing crawler running device of continuous miner by dynamics analysis and fatigue reliability research of crawler running device, and also provides the method for dynamics study of other major crawler running device (such as bulldozers, etc.), there is a practical significance in reducing prototype manufacturing costs in the product development process and Shortening the development cycle. KEY WORDS：continuous miner, crawler running device, dynamic simulation, finite element analysis, driving wheel, reliability
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第一章
绪论
1.1 选题的目的和意义
目前，在全球经济发展的推动下，世界煤炭业、钢铁业、电力业等进入了一个新 的发展阶段。其主要特征表现在：装备大型化、生产连续化、质量洁净化、产品专业 化、经营集团化。煤炭和矿石等原材料的需求增加推动了采矿业的高速发展，连续采 煤机等采矿设备的技术相应得到了发展。 连续采煤机短壁采煤与长壁采煤互相补充构成了现代大型矿井生产的最佳模式， 连续采煤机及其配套设备在开采“三下煤” 、边角煤、不规则块段以及工作面煤巷掘进 等方面发挥着巨大的作用，逐渐成为提高矿井综合效益的必要手段[1]。行走装置是连续 采煤机的重要组成部分，对整机起着支撑、连接与行走的作用，同时也是发挥连续采 煤机高效开采、调动灵活等优势的基础条件。连续采煤机行走装置通常采用履带系统， 但又不同于常规的推土机、坦克等用的履带系统，其主要区别就是它去掉了支撑轮， 履带与机架直接以滑动摩擦副接触，从而减少了部件，降低了机构复杂性，提高了可 靠性。但是连续采煤机的行走装置的工作条件非常恶劣，经常承受较大的冲击载荷， 并且导向轮、驱动轮等部件长期处于泥水中，极易损坏。特别是驱动轮的损坏，因为 其更换困难、价格高，增加了用户的使用成本，所以如何保证履带行走装置的工作可 靠性，已成为连续采煤机的主要研究课题。 煤炭行业使用“可靠性”这一概念由来已久，不过当时仅仅是从定性方面来理解， 并没有数值量度。可靠性，即产品在规定的时间内和规定的条件下完成规定功能的能 力。应用故障模式及影响分析表对连续采煤机进行分析，找到连续采煤机基本构件的 潜在故障模式，不仅为开发研制系列连续采煤机产品奠定了基础，还为连续采煤机在 今后的使用维护中明确注意事项，编写操作规程，对检修班确定重点检修部位等提供 了依据。利用致命度矩阵和致命度分析表对发生的故障模式进行分析，可以确定每一 故障模式的致命程度，为今后连续采煤机在确定改进措施的先后顺序方面提供了依据。 对于故障模式致命程度较大的基本构件，在设计上进行改造，确保新出厂连续采煤机
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的可靠性。通过对连续采煤机进行故障模式影响及致命度分析，对今后进行其它型号 的连续采煤机的故障模式影响及致命度分析提供了可行的模式。 多年来，我国对履带行走装置的研究一直处于“经验+试验”的基础上， “设计— 试制—试验—改进”一直是履带行走装置开发与研制的传统模式[2]。这种产品开发模式 需要较长的开发时间，又要耗费大量的人力物力，导致开发成本增加，开发周期延长， 利润降低。并且往往由于物理样机价格昂贵的缘故，不能在物理样机上进行反复充分 的试验，致使产品更新换代较慢，市场竞争力下降。近几年来，伴随着多体系统动力 学理论的成熟和计算机技术的迅速发展，数值仿真在履带行走装置性能预测和系统分 析中的应用越来越广泛。 本课题以多体系统动力学为理论依据，首先，结合连续采煤机履带行走装置仿真 分析项目，在借鉴已有研究成果的基础上，以 ADAMS/View 为手段，通过建立履带行 走装置的动力学模型，揭示其动力学规律。然后，以 UG 的有限元分析模块 NX Nastran 作为计算工具，对驱动轮工作过程中的应力分布、位移变形及疲劳寿命情况等进行分 析。这种分析方法摆脱了传统的履带行走装置的设计思想，既节省试验经费，也缩短 产品的开发周期，符合国内外连续采煤机履带行走装置设计的需要。通过本文的研究 还可以为其他大型机械履带行走类型产品的设计和分析提供借鉴与参考。
1.2 国内外研究动态
美国为当今世界上连续采煤机研制水平最高的国家，连续采煤机的发展已有数十 年的历史，拥有 12CM15、12CM18、12CM27 等众多机型，机器均为全遥控控制，技 术水平成熟。现有机型主要用于煤层埋深较浅，顶底板稳定，倾角小于 17°的中厚煤层。 我国连续采煤机的研制尚处于起步阶段，已取得了一定的研究成果，三一重装、石家 庄煤矿机械有限责任公司、太原煤科院均已有适用于中厚煤层的产品投入市场[3]。 行走装置是连续采煤机的重要组成部分，对整机起着支撑、连接与行走的作用， 因此，对行走装置进行设计，使其满足新机型的各项要求，就很有必要。连续采煤机 行走装置通常采用履带系统，履带行走装置的优点是：具有良好的通过性，因为履带 行走装置对土壤有足够的附着力，并有很大的支承面积，能适应不平的道路，对土壤 的比压力比较小，能顺利通过窄沟、浅滩和其他障碍物；具有良好的机动性，不需要 准备或铺设道路，机器能很好地进行调动，方便地通过陡坡或进行转弯。履带式行走
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装置的缺点是：运行和转弯时候的功率消耗比轮胎式行走装置大得多，因此履带行走 装置的效率比较低；构造复杂，制造成本高；履带板、驱动轮等零件容易磨损，必须 经常更换[4]。但是，在矿山环境下，同其他型式的行走装置相比，履带行走装置的优点 是主要的。长期以来我国对各种履带式产品的研制与开发，一直采用传统的产品开发 模式，一种新机型的问世通常要经过初步设计、样机试制、型式试验及工业性试验、 改进定型和批量生产几个步骤。这种基于物理样机的设计研发模式具有周期长、成本 高、利润低的致命缺点，并且往往不能在物理样机上进行反复充分的试验，这就使得 我国的履带式产品更新换代慢，市场竞争力低。而且，随着各种履带式产品的结构越 来越复杂，研制一台物理样机所投入的人力、物力、财力也越来越大。因此，继续采 用传统的产品开发模式研制新型的履带行走装置难以适应快速变化的市场需求。 欧美发达国家，很早就提出了虚拟样机的概念，并在产品开发中广泛应用。虚拟 样机技术即产品设计人员在各种虚拟环境下真实地模拟产品整体的受力及运动情况， 快速分析多种设计方案，进行对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到 获得系统的优化设计方案。虚拟样机技术的应用贯穿在产品的整个设计过程中，在概 念设计和方案论证阶段，设计人员可以把理论和实际结合在计算机内的虚拟样机里， 让想象力和创造力充分发挥。虚拟样机技术的应用，不但缩短了产品开发周期，而且 设计质量也得到了提高，同时产品的市场竞争力也会大幅度提升。 对于像履带行走装置这种复杂的机械系统应用虚拟样机技术进行仿真分析时，人 们关心的问题大致有三类：一是在不考虑履带装置运动起因的情况下，研究各部件的 相对位置及其它们速度与加速度的变化关系，称为履带装置的运动学分析；二是当履 带装置受到静载荷时，确定系统在运动副制约下的平衡位置以及运动副静反力，称为 履带装置的静力学分析；三是讨论载荷与履带装置运动的关系，即动力学问题。设计 工作者主要是研究履带装置在载荷作用下各部件的动力学响应，这是产品设计中的重 要问题。 在欧美发达国家，虚拟样机技术在履带行走装置的研究中已经得到广泛的应用， 虚拟样机技术的基础就是大型工程应用软件。国外虚拟样机相关的软件化过程已经完 成，而在国内，虚拟样机技术的应用研究才处于起步阶段[5]。实施这项技术的关键就是 如何开发出可信度高的虚拟样机模型，如何等效简化履带行走装置实际工况进行虚拟 试验，并在设计阶段就能完全预测评价产品的各项性能。随着我国相关软件技术的不 断发展和研究工作的不断深入，虚拟样机技术在我国将得到进一步的发展和应用。
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1.3 课题研究的主要内容
本课题围绕连续采煤机履带行走装置展开分析与研究。首先，介绍连续采煤机履 带行走装置特点及可靠性的相关知识；然后，利用 ADAMS/View 软件建立履带行走装 置的虚拟样机模型，并进行动力学仿真分析；由于驱动轮在履带行走装置工作过程中 要承受着较大的往复交变载荷，要满足一定强度要求才能使得驱动轮正常工作。因此， 要对驱动轮进行了有限元强度及疲劳可靠性分析。具体研究内容如下： 1）介绍了连续采煤机可靠性方面的相关知识，在连续采煤机结构分析的基础上， 建立连续采煤机整机系统可靠性框图。根据连续采煤机各子系统故障次数及故障时间 的统计，计算出各子系统的可靠性指标，为行走部机构可靠性和结构可靠性分析提供 一定的理论依据。 2）利用 UG 建立履带行走装置各部件的三维模型，进行实体模型的装配，最后生 成履带行走装置总的装配实体，并对整体进行干涉检查。同时对履带行走装置进行受 力分析，计算其行驶阻力，从而为履带行走装置动力学仿真提供外部载荷条件。 3）将履带行走装置的三维模型导入 ADAMS 软件施加约束、接触力及外部载荷， 从而建立其动力学仿真模型。在 ADAMS/View 环境下对前进、后退、爬坡、转向等各 种运行情况下的履带行走装置进行动力学仿真分析，获得履带板与驱动轮的载荷谱曲 线，为后续的驱动轮疲劳可靠性分析做准备。 4）根据动力学仿真分析得到的驱动轮和履带板的载荷谱曲线，基于 UG 软件的 NX Nastran 模块对行走部驱动轮进行有限元强度及疲劳可靠性分析，得到驱动轮的应力分 布、位移变形及疲劳寿命等情况。
1.4 小结
绪论概述了本文的研究背景、选题目的和意义，以及连续采煤机履带行走装置国 内外的研究动态，比较了国内外虚拟样机技术应用的差距，指出了行走部是连续采煤 机的重要组成部分，它能否正常工作直接决定了连续采煤机是否正常运转。针对上述 问题，阐述了自己对本课题的具体研究方案。
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第二章 连续采煤机履带行走装置特点及其载荷分析
2.1 连续采煤机概述
2.1.1 连续采煤机的组成
1—电控箱；2—左行走履带电动机；3—左行走履带；4—左截割滚筒电动机；5—左截割滚筒； 6—右截割滚筒；7—右截割滚筒电动机；8—装运机构电动机；9—液压泵和电动机； 10—右行走履带电动机；11—操作把手；12—行走部控制器；13—主控站； 14—输送机升降液压缸；15—主断路器；16—截割劈升降液压缸； 17—装载机构升降液压缸；18—稳定液压缸；19—运输机构；20—装载机构 图 2-1 连续采煤机的基本组成 Figure 2-1 Basic elements of continuous miner
连续采煤机通常由截割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、冷却 喷雾系统以及湿式除尘系统等组成[6]。连续采煤机的基本组成如图 2-1 所示。 2.1.2 连续采煤机的基本特点 美国公司生产的连续采煤机适用于薄、中厚及厚煤层，其采高一般在 0.8～3.9m 之 间，最大采高可达 6m。不同采高的连续采煤机的结构虽有区别，但其结构的基本特点 是一致的，现归纳分述如下：
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1）多电机驱动，模块式布置 连续采煤机都采用多电动机分别驱动截割、装运、行走、冷却喷雾除尘及液压系 统等，简化了传动系统，电动机多达 6～8 台。在总体布置上将各机构的电动机、减速 器及其控制装置全部安设在机架外侧，便于维护检修。设计上将工作机构与其驱动系 统分开，构成简单独立的模块式组合件，便于拆卸、安装、维护及故障处理，从而达 到缩短停机时间，减少维护的目的，这也有利于连续采煤机实现自动监控和故障诊断， 提高运行的可靠性。 2）横轴式滚筒，强力截割机构 连续采煤机一般采用横轴式滚筒截割机构，滚筒宽度大，截割煤体面积宽，落煤 能力强，生产能力大，这是区别于一般纵轴式部分断面掘进机的主要特点[7]。 连续采煤机的截割滚筒上装有按螺旋线布置的齿座和镐形截齿，左右截割滚筒分 别由 2 台交流电动机经各自的减速器减速后同步驱动。电动机、减速器和截割滚筒安 装在截割臂上，截割臂则铰接在连续采煤机机架上并由 2 个升降液压缸驱动实现上、 下摆动，滚筒截割落煤。 由于水平布置截割滚筒宽度大，一般都在 3m 左右，为此，将其分成左、右外侧及 中间三段。左、右外侧滚筒由里向外，愈靠近端盘截齿密度愈大。截齿排列方式一般 按相反的螺旋线方向布置，目的是使截落的煤炭向滚筒的中间段推移，以便直接落入 滚筒下方的装载机构。中间段有两种型式，一种是截链式，另一种是普通滚筒式。截 链式是利用截割机构的减速器在左、右外侧滚筒之间所占用的距离，布置相应宽度的 截链，保证截割机构在轴线方向的整个三段部分截割的连续性。截链式机构可以有效 地截落左、右外侧滚筒之间的煤体，但截割阻力较大，截割效率较低，维修量较大。 截链式的滚筒适合截割较坚硬的煤体。 截割机构是连续采煤机的心脏，其截割性能的好坏直接影响连续采煤机的生产能 力以及采掘速度和效率。当前，新型的连续采煤机已具备截割坚硬煤层，包括天然碱 和钾碱的能力。连续采煤机向着提高截割效率，增大截割能力的强力截割方向发展。 3）侧式装载，刮板运输机构 连续采煤机的装运机构由侧式装载机构、装煤铲板、刮板输送机及其驱动装置组 成。工作时，侧式装载机构在装煤铲板上收集从滚筒截落的煤炭，再经刮板输送机机 内转载至连续采煤机机后卸载。 侧式装载机构采用侧向取料连续装载方式，有链杆扒爪和圆盘耙杆两种。扒爪或
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圆盘耙杆布置在装煤铲板两侧，形成左、右装载机构，取料装载面宽，机构高度小， 清底干净，动作连续，生产率高，适于配合横置滚筒宽面截落煤炭的工作。 装煤铲板配合侧式装载机构承接截割滚筒截落的煤炭并装入刮板输送机，完成装 运作业。装煤铲板倾斜放置在巷道底板上，后端与采煤机机架底座铰接，在 2 个液压 缸作用下，可绕铰接点上、下摆动，以适应装载条件变化和行走时底板的起伏。 运输机构为单链刮板输送机，机头部分与装煤铲板铰接；机尾部分在 2 个升降液 压缸和 1 个摆动液压缸作用下，可实现上下升降和左右摆动，以调整机后卸载时的高 度和左右位置。输送机材质耐磨性能好，强度高，溜槽高度低，槽底装有可更换的耐 磨合金板。刮板传动多采用套筒滚子链。套筒滚子链与刮板采用十字形接头连接，以 适应输送机机尾水平摆动的需要。 4）电牵引履带行走装置 连续采煤机主要用于房柱式采煤及长壁工作面的煤巷掘进，机器调动比较频繁， 截割滚筒的截割阻力较大，要求行走装置既有较好的灵活性，又有较大的稳定性。因 此，近代连续采煤机普遍采用电牵引履带行走装置，它比轨轮式具有更大的灵活性， 较胶轮式具有更高的稳定性。 这种装置由两套直流电动机、减速器和履带机构等组成。两套机构各自独立并分 别驱动左右两条履带。交流电源由机器的配电箱供给，经可控硅整流器整流，利用整 流后输出电压的高低控制直流电动机的转速；再经减速器减速后，使履带得到几种不 同的行走速度。 在行走直流电动机与截割滚筒交流电动机之间装有闭环自动控制系统，由截割滚 简电动机负载的大小自动反馈控制行走直流电动机，以获得适合于不同硬度煤层条件 下最佳的截割效果。履带由行星轮输出轴的链轮驱动，惰轮导向。履带板为铸造整体 结构， 面对底板侧铸有突筋， 以增加履带对巷道的附着力， 接地比压一般在 0.14～0.2MPa 之间。履带行走装置通常利用装在行走电动机与减速器之间传动轴上的液压盘式制动 闸制动，以保证采煤机在上坡截割时或在陡坡上电源中断时将机器制动，防止下滑发 生事故。 5）液压供水系统 连续采煤机的液压系统普遍为泵—缸开式系统，液压泵多为双联齿轮泵，由 1 台 交流电动机驱动。液压缸有单作用、双作用和双伸缩几种型式，是实现截割臂、装煤 铲板、刮板输送机稳定靴的升降或水平摆动以及行走履带制动闸动作的执行机构。控
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制方式有手动和电磁阀两种。管路系统中装有完善的压力检测装置。 连续采煤机供水系统主要用于冷却液压油、冷却电动机外壳、冷却可控硅整流器、 内外喷雾、湿式除尘和灭火，对供水的水质、流量和压力有较高的要求，系统比较复 杂。 6）电气系统 现代连续采煤机的电气系统比较复杂，系统的功能较多，系统的监控和保护比较 完善。在动力部分中，除行走部用低压水冷直流串激式电动机外，截割、装运、液压 泵以及除尘器风机的驱动均为千伏高压水冷式三相交流电动机，主电路有可靠的过载、 漏电和短路保护。 2.1.3 连续采煤机的工作原理 连续采煤机的工作原理与滚筒式采煤机的工作原理基本相同，仅工作方式上略有 差异。连续采煤机的工作机构是横置在机体前方的旋转截割滚筒。截割滚筒上装有按 一定规律排列的镐形截齿。在每一个作业循环的开始，截割机构的升降液压缸将截割 滚筒举至要截割的高度位置。在行走履带向前推进的过程中，旋转的截割滚筒切入煤 层的一定的深度，称为截槽深度。然后行走履带停止推进，再用升降液压缸使截割滚 筒向下运动至底板，即可切割出宽度等于截割滚筒长度、厚度等于截槽深度的弧形条 带煤体，这就是一个循环作业切割下来的煤体[8]。连续采煤机的工作原理如图 2-2 所示。
图 2-2 连续采煤机的工作原理图 Figure 2-2 The working principle of continuous miner
2.1.4 连续采煤机的工作方式 连续采煤机的作业循环方式与滚筒采煤机的作业循环方式是不相同的。目前连续 采煤机的截割滚筒长度绝大多数为 3.3m，由于它的截割臂只能上下运动而不能左右摆 动，所以它一次只能截割 3.3m 的宽度。
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连续采煤机的作业循环的具体步骤分述如下： 1）铲装板处于停放或飘浮的位置，截割臂处于半举升状态。向前移动机器至工作 面与端头煤壁接触，再举升起截割臂至需要的高度，打开喷雾水阀，再开动截割机构 电动机，并开动湿式除尘器风扇电动机。 2）降下稳定靴，增加机器的稳定性，随后开动机器向工作面前端掏槽 392～ 558mm(具体掏槽量根据截割煤的性质而定)，然后操纵多路换向阀控制手柄使截割滚筒 向下截割整个工作面的高度。 3）提起稳定靴，使截割滚筒沿底板截割，机器后退约 490mm，用以修整底板。 4）升起截割臂至顶部，沿顶板截割，机器前进修整顶板，至切入煤壁掏槽深 392～ 558mm，再向下截割工作面高度大约一半。 5）将机器的截割滚筒从掏槽的位置向后退出，并将输送机机尾放置于梭车的输送 机上面，开动机器的装运机构电动机，再向前移动装载已截割下来的物料，装完后降 下稳定靴，继续对剩下的工作面端头煤壁进行截割装载。当梭车装载满后，关掉装载 机构电动机，提起稳定靴倒车，并用截割滚筒整平底板，然后举升起截割臂至适当高 度，准备进行下一个作业循环。 经过上述 5 个步骤的截割操作后达到总切槽 6m 左右的长度， 这称为一个切槽工序。 随后，连续采煤机后退至巷道的另一侧，仍按照上面的方法和步骤，截割剩余宽度的 煤垛，这一工序称采垛工序。完成了截割长 6m 和宽≤6.6m 的巷道，随即调动连续采煤 机到另一巷道进行作业循环。同时，将锚杆钻机调入已截割好的巷道中进行钻孔及锚 杆支护，这完成了连续采煤机的一个完整的作业循环。在连续采煤机的作业过程中， 两台梭车不停地往返于机器和给料破碎机之间，不断地将连续采煤机截割下来的煤运 走。 6）在上述 5 个步骤完成宽≤6.6m 的巷道截割后，向另一巷道调动机器时，有时还 要完成巷道的拐弯截割工序。
2.2 连续采煤机履带行走装置结构特点
连续采煤机履带行走装置由左右对称的两条履带部件构成，每条履带均由各自的 直流串激电动机驱动，经各自的减速器带动驱动轮传动履带链，实现前进、后退、转 向及爬坡运动[9]。行走装置对连续采煤机起着支撑、连接与行走的作用。连续采煤机行
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走装置通常采用履带系统，履带行走装置的优点是：具有良好的通过性，因为履带行 走装置对土壤有足够的附着力，并有很大的支承面积，能适应不平的道路，对土壤的 比压力比较小，能顺利通过窄沟、浅滩和其他障碍物；具有良好的机动性，不需要准 备或铺设道路，机器能很好地进行调动，方便地通过陡坡或进行转弯。履带式行走装 置的缺点是：运行和转弯时候的功率消耗比轮胎式行走装置大得多，因此履带行走装 置的效率比较低；构造复杂，制造成本高；履带板、驱动轮等零件容易磨损，必须经 常更换。但是，在矿山环境下，履带行走装置同其他型式的行走装置相比，优点是主 要的。连续采煤机采用驱动轮后置、导向轮前置的方式，其优点是履带受力大的区段 短，不易形成履带下部起拱，避免了转向时履带脱落的危险，并且履带架受力状态良 好[10]。
图 2-3 驱动轮 Figure 2-3 Driving wheel
1）驱动轮 驱动轮是连续采煤机行走的动力部件，在连续采煤机工作过程中，驱动轮承受着 较大的往复交变载荷以及矿石、煤炭等磨粒的磨损。履带行走装置的驱动轮通常放在 后部，这样既可缩短履带受力大的区段长度、又可减少功率损失，提高履带的使用寿 命。驱动轮的形状取决于它同履带的啮合形式，本文所研究的连续采煤机采用的是八 齿形驱动轮，如图 2-3 所示。履带行走装置对驱动轮的要求是：传动效率高，回转轻 快，耐磨损。
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图 2-4 导向轮 Figure 2-4 Guiding wheel
2）导向轮 导向轮结构与驱动轮相似（如图 2-4） ，只是导向轮轮缘面无轮齿，呈光滑面。在 行走过程中，导向轮轮缘镶嵌在与之相接触的履带板两凸块之间，起到导向作用，可 以防止履带越轨和跑偏；同时导向轮也能起到部分支承作用。连续采煤机工作一段时 间以后，各个履带板的销轴孔会产生磨损，整条履带链长度变长，影响履带板与驱动 轮的正常啮合，此时可以通过张紧装置调节导向轮的前后位置来起到张紧履带链的作 用。导向轮在连续采煤机行走过程中不传递扭矩，因此其质量不大。
图 2-5 履带板 Figure 2-5 Track board
3）履带板 履带板为轧制件。两履带板间以两条轴颈销联接，并用卡销定位。每块履带板两 端轧有与驱动轮啮合的方孔。履带板与履带架接触的一面轧有运行中起导向作用的立 筋；另一面，即履带与巷道底板接触的一面也轧有一字形或八字形立筋（如图 2-5） 。 使用时，带一字形和八字形立筋的履带板间隔安装，能有效增加履带对巷道底板的附 着力。履带板直接与地面接触，除了受到磨料磨损外，还要承受机器自身的重力和工 作载荷，并经常受到较大的冲击载荷作用，故要求履带板的筋部有较高的硬度，板体 应有较高的强度。
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图 2-6 履带架 Figure 2-6 Track frame
4）履带架 履带架是连续采煤机的支承部件，连续采煤机所有的重力都是加在履带架上的。 履带架的主要作用是使被支承的履带链受力平衡，同时也可起到导向作用。连续采煤 机的履带架为整体焊接构件，结构非常复杂，在本文的动力学分析过程中，没有必要 将履带架的结构特征完全表现出来，故将其简化，如图 2-6 所示。
2.3 履带行走装置行驶阻力计算
连续采煤机履带行走装置工作原理是：驱动轮在减速器驱动转矩的作用下，通过 驱动轮上的轮齿和履带链之间的啮合，连续不断地把履带从后方卷起。接地的那部分 履带给地面一个向后的作用力，而地面相应地给履带一个向前的反作用力，这个反作 用力是推动机器向前行驶的驱动力。当驱动力足以克服行走阻力时，履带架就在履带 上表面向前滑动，从而使机器向前行驶[11]。图 2-7 是连续采煤机履带行走装置的受力 简图，图中 G 为连续采煤机的整机重力， Fn 为履带行走装置的内阻力， Ff 为地面与履 带板之间的摩擦力， FN 为地面支撑力。
图 2-7 履带行走装置受力简图 Figure 2-7 The force diagram of crawler running device
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连续采煤机工作时，需要不断克服行走过程中所遇到的各种阻力，主要有：履带 运行的内阻力、由履带支承引起的土壤变形阻力、惯性阻力、坡度阻力、转弯阻力等。 1）土壤变形阻力 Fd 履带行走装置运行时引起支承面土壤压实而变形。支承面越松软，连续采煤机通 过时土壤的变形越大，运行阻力越大。 Fd = λd mg cos α 式中： λd —运行阻力系数，取 λd =0.08； （2-1）
α —坡度角，在平道上时 α =0°，在坡道上时 α =14.5°。
2）惯性阻力 Fi 惯性阻力的计算采用经验公式： Fi =(0.01～0.02) mg 3）坡度阻力 Fs 连续采煤机在斜坡上因自重分力而引起的阻力。设坡角为 α ，则 （2-2）
Fs = mg sin α
4）转向阻力 Fz
（2-3）
履带行走装置在转向时所受到的阻力包括履带板与地面的摩擦阻力、履带板侧面 剪切土壤的阻力等[12]。 当履带接地长度 L 与履带宽度 b 之比 i>5 时，通过对履带与地面相互作用的各单 位面积上摩擦力沿纵轴线积分，可得到双履带转弯摩擦阻力矩力：
M=
1 μ ? mg ? L 4
（2-4）
式中： μ —履带与地面的摩擦系数，一般地面可取 0.45～0.65。 当 i<5 时，必须考虑履带的宽度，双履带的转弯摩擦阻力矩可近似写为：
M = μ ? mg (0.25L + 0.1b)
（2-5）
可见，履带与地面的摩擦阻力矩取决于摩擦系数和载荷大小，而与接地比压和行 走速度无关。
Fz =
式中： Rz —转向半径。
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M Rz
（2-6）
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5）内阻力 Fn
（1）驱动轮与履带板啮合阻力 Fn1
Fn1 = Ft (1 ? η d )
式中： Ft —牵引力；
（2-7）
ηd —驱动轮与履带的啮合效率，一般取ηd =0.95。
（2）驱动轮与导向轮轴颈的摩擦阻力 Fn 2 前进行驶时：
Fn 2 = ( Ft + 3F0 ) μ ?
式中： Ft —牵引力；
d D
（2-8）
F0 —履带松边张力， F0 =0；
μ —轴颈中的摩擦系数，取 μ =0.08；
d—驱动轮与导向轮的轴颈直径（假定两直径相等） d=190mm； ， D—驱动轮节圆直径，D=400mm。
后退行驶时：
Fn 2 ' = ( F0 + 3Ft ) μ ?
式中： Ft —牵引力；
d D
（2-9）
F0 —履带松边张力， F0 =0；
μ —轴颈中的摩擦系数，取 μ =0.08；
d—驱动轮与导向轮的轴颈直径（假定两直径相等） d=190mm； ， D—驱动轮节圆直径，D=400mm。
（3）履带销轴间的摩擦阻力 前进行驶时：
Fn 3 =
式中： Ft —牵引力；
( Ft + 3F0 )π d ' μ1 Z ?t
（2-10）
F0 —履带松边张力， F0 =0； d ' —履带销轴直径， d ' =25mm；
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μ1 —履带销轴与履带板的摩擦系数， μ1 =0.25；
Z—驱动轮的齿数，Z=8； t—履带板节距，t=184mm；
后退行驶时：
( F0 + 3Ft )π d ' μ1 Fn 3 = Z ?t
'
（2-11）
式中： Ft —牵引力；
F0 —履带松边张力， F0 =0； d ' —履带销轴直径， d ' =25mm；
μ1 —履带销轴与履带板的摩擦系数， μ1 =0.25；
Z—驱动轮的齿数，Z=8； t—履带板节距，t=184mm；
（4）履带架与履带板的摩擦阻力 Fn 4
Fn 4 = f ? mg
式中： f —行走装置内摩擦阻力系数， f =0.0075； 因此，履带行走装置的总内阻力 前进行驶时：
（2-12）
Fn = Fn1 + Fn 2 + Fn 3 + Fn 4
后退行驶时：
（2-13）
Fn ' = Fn1 + Fn 2 ' + Fn 3' + Fn 4
（2-14）
6）总阻力计算
（1）连续采煤机前进时总阻力
Ff = Fn + Fd + Fi
（2）连续采煤机后退时总阻力
Ff = Fn ' + Fd + Fi
（2-15）
（2-16）
（3）连续采煤机爬坡时总阻力
Ff = Fn + Fd + Fi + Fs
（4）连续采煤机转向时总阻力
（2-17）
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革新? 改造 文章编号:100320794(2005)0620101204 MG 160(150)Π375-W 型采煤机截割部的改进 宋相坤,杜长龙,王 力 (中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008) 摘要:简单回顾了高档普采和经济型综采采煤机技术的发展状况,研究了现有的MG 160(150)Π375-W 型采煤机及其截割部的结构特点,分析了存在的不足之处,提出了截割部对称结构的设计方案,确定了改进的要点。 关键词:采煤机;截割部;摇臂;多电机横向布置;对称结构中图号:T D42116 文献标识码:B 1 MG 160(150)Π375-W 型采煤机截割部的现状分 析 鉴于MG 160(150)Π375-W 型采煤机的逐步推广应用以及它在设计、加工制造、装配和生产过程中带来的不便之处,对某些结构进行适当的改善是必要的。尝试对该类型采煤机的截割部进行完善正是 本次改进的重点。图1为MG 160(150)Π375-W 型采煤机摇臂传动结构示意图,采煤机电机通过三级直齿圆柱减速齿轮和一级行星机构减速齿轮传递动力而最终驱动滚筒进行采煤工作;为了调节采高范围,在第1级与第2级减速齿轮、第2级与第3级减速齿轮之间各加了1个惰轮。该类型的采煤机具有左右2个截割部,每个截割部都由置于其尾部的单独的电机驱动,截割部壳体为整体铸造结构,且两者不对称,即不能互换使用。本文正是在实现左右摇臂的通用性方面作一探讨。 (1)实现MG 160(150)Π375-W 型采煤机左右摇臂通用的必要性 定功能的元件组成,其相互之间的关系,将成为关键。这种分解组合的方式,利用LabVIEW 来建立具有很大的方便性,LabVIEW 的模块化控件、事件驱动、多线程特性满足了建立虚拟仪器的各种需要。可以利用LabVIEW 的各种控件,来建立各种虚拟仪器的组件。 虚拟仪器是用户与仪器的交互界面计算机软件,分前面板与程序图。前面板是模仿真实仪器的测试及应用界面,仪器的前面板由控件及指示器组成;程序图是虚拟仪器的“代码”,编程者根据仪器工作的目的,调用LabVIEW 的功能函数模块,连线控制程序流。虚拟示波器主要由软件控制完成信号的采集和显示。系统软件总体上包括数据采集、波形显示、波形文件存储等模块。 3 结语 利用Lab Jack 硬件和LabVIEW 、VC 及Delphi 开发的虚拟仪器是仪器发展的方向,“软件就是仪器”。本文对Lab Jack 产品进行了研究,利用虚拟技术,分析仪器设计的方法,以替代真实仪器,对实现仪器的快速开发,避免仪器的更新换代提供了帮助。 参考文献: [1]杜吉伟,尹光甲.仪器驱动程序开发综述[J ].国外电子测量技 术,1997,(1):27-29. [2]张易知,肖啸,张喜斌,等.虚拟仪器的设计与实现[M].西安:西 安电子科技大学出版社,2002. 作者简介:龙铭(1963-),江西吉安人,副教授,华东交通大学机电工程学院从事机械制造教学与研究,发表论文多篇.E -mail : longming2008@https://www.doczj.com/doc/b918420059.html,. 收稿日期:2005202227 Virtual I nstruments W as Analyzed B ased on Lab Jack LONG Ming (East China T raffic University ,Nanchang 330013,China ) Abstract :In this paper ,design of experimentation virtual instruments was analyzed base on Lab Jack ,with LabVIEW 、VC and Delphi ,Lab Jack ’s function ,peculiarity ,drivers and condition of s oft -hardware was bewrited ,the method of drive and s oft -panel was weaved with LabVIEW.The design method of analyzed instruments based on Virtual technology is the availability way of celerity development instruments ,this paper helps the instruments instead.K ey w ords :Lab Jack ;virtual instruments ;peculiarity ;drivers ;LabVIEW ? 101? 2005年第6期 煤 矿 机 械
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 ............................................................................... I Abstract .............................................................................. II 第1章绪论 (1) 1.1 采煤机简介 (1) 1.2 国内外采煤机发展及使用状况 (1) 1.2.1 采煤机在我国的使用情况 (1) 1.2.2 采煤机在国外的发展和使用 (3) 1.3 采煤机牵引部概述 (3) 1.4 设计意义 (4) 第2章总体方案的确定 (5) 第3章机械系统传动总设计 (6) 3.1 牵引部电动机的选用 (6) 3.2 牵引部传动比分配 (6) 第4章牵引部零件的初步设计及强度校核 (7) 4.1 牵引部传动齿轮初步设计及强度校核 (7) 4.1.1 牵引部齿轮Z1,Z2初步设计及强度校核 (7) 4.1.2 牵引部齿轮Z3,Z4的初步设计及强度校核 (14) 4.1.3 牵引部二级星行齿轮的初步设计及强度校核 (21) 4.2 牵引部轴的校核及轴承寿命计算 (34) 4.2.1 牵引部I轴的初步设计及校核及轴承寿命计算 ............. 错误！未定义书签。 4.2.2 牵引部II轴的初步设计及校核及轴承寿命计算 ............ 错误！未定义书签。 4.2.4 一级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算 ......... 错误！未定义书签。 4.2.5 二级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算 (39) 结论 (40) 致谢 (41) 参考文献 (42) 附录1 (43) 附录2 (45)
文件编号：GD/FS-9198 （解决方案范本系列） 工作面更换采煤机左行走部安全技术措施详细版 A Specific Measure To Solve A Certain Problem, The Process Includes Determining The Problem Object And Influence Scope, Analyzing The Problem, Cost Planning, And Finally Implementing. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
工作面更换采煤机左行走部安全技 术措施详细版 提示语：本解决方案文件适合使用于对某一问题，或行业提出的一个解决问题的具体措施，过程包含确定问题对象和影响范围，分析问题，提出解决问题的办法和建议，成本规划和可行性分析，最后执行。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 （一）、概述 25203综采工作面左行走部导向滑靴销轴耳断裂，为了保证作业安全，特制定本安全技术措施。 （二）、行走部的拆卸与安装工艺 1、采煤机停在运输机尾割完三角煤后，拉空运输机上浮煤，打出工作面所有支架护帮板，升紧支架，拉回机尾段运输机溜槽，闭锁作业区域液压支架、加锁。采煤机、运输机停电、闭锁加锁，执行专人专锁。 2、拆下行走部处的电缆槽内所有电缆、水管，拆下挡煤板。
3、把放在运输机尾的新行走部运至需要更换的地方，放在支架内一侧，并采取防倒、防滑措施，运输过程中严防碰伤牵引块接触面或其他人员、设备。 4、拆掉销排止推销，拆下销排，使行走部正对拆卸掉挡煤板部位，吊挂起采煤机电缆使其高于采煤机机身，便于拆卸行走部。 5、采煤机两滚筒支撑在煤墙侧，使采煤机左行走部处于悬空状态。拆下牵引扭矩轴，使用力矩倍增器拆卸牵引块固定螺栓。注意拆卸螺栓时一定要均匀拆卸。 6、把拆卸下的旧行走部放在支架内另一侧，并做好防倒、防滑工作，且便于回收。 7、用两个5吨吊链把支架前放置的新行走部吊至采煤机前，对正行走部安装位置，必要时用一个3吨吊链，进行调偏。
摘要 我所设计的题目是采煤机的截割部设计，即截割部的设计。当前我国采煤技术已经有了一定的发展，而且逐渐趋于自动化。 通过老师任务书的下达，我初步了解了我所要设计的采煤机的截割部的用途——用于进行地下采煤工作。 通过对此题目的分析以及对一些相关书籍和文献的查阅，截割部的设计重点应在于摇臂传动部分的设计。本设计的主要内容包括： 对课题的来源、选题的目的、以及截割部在国内外发展的形势，及所存在的问题进行了相关的论述。 采煤机截割部分一般结构，然后根据自身的需求选取适当的结构组件。 掌握一些基本概念、特点、应用以及基本工序，进而分析采煤技术的现状和发展方向，这样就能使大家对采煤技术有了总体的认识。 掌握的重点——对摇臂传动部进行设计。先分析力的传动过程；然后对截割部进行工艺分析，为设计奠定基础；最后对截割部传动进行整体设计，画好装配图。 最后对以设计出的数据进行整理和验算。 关键词：采煤机；截割部；传动部分；摇臂电动机
ABSTRACT I design is the subject of the shearer cutting design, the cutting of the design. China's current mining technology has made certain development and the growing trend of automation. Teachers through the mandate was issued, My initial understanding of my design of the shearer cutting unit uses -- for the underground mining work. Through the analysis of this topic and a number of related books and literature search, Cutting the Ministry of design should focus on the transmission arm of the design. The design of the main contents include : the source of the subject, the purpose of topics, and the cutting of the development of the situation at home and abroad, and the problems related to the exposition. Shearer cutting some of the general structure, according to the needs of their own selection of appropriate structural components. Master some basic concepts, features, applications and basic processes, thereby mining technology analysis of the status and direction of development, This will enable everyone to have mining technology overall awareness. Grasp the key -- right arm of the Department of transmission design. Analyze the edge of the drive; Then cutting the Department of Technical Analysis and lay the foundation for the design; Finally, the Ministry of cutting drive overall design, drawn assembly. Finally, the design of data collation and checking. Keywords : Shearer; Cutting Department; Transmission; Rocker Motor 目录 前言 (1) 1 绪论 (7) 1.1 课题的设计目的及意义 (7) 1.2 与课题相关国内外研究现状分析 (7) 1.2.1 采煤机在国内的发展情况 (7) 1.2.2 国外采煤机的发展 (9) 1.2.3 对采煤机在国内发展的建议 (11) 1.3 设计内容和预期结果 (12) 1.3.1 设计内容 (12)
己15—12050采煤工作面作业规程补充措施 己15—12050采煤工作面更换采煤机行走部 安全技术措施 ————措施编号：ZCED—058 施工单位： 施工队长： 技术负责： 措施编制： 编制时间：2015-04-11
更换采煤机下摇臂安全技术措施 一、概述 我队回采的己15-12050采面使用的MGTY300/700-1.1D型采煤机，在使用过程中下行走部出现故障需要更换，为保证施工的安全，特制定本措施。 二、施工顺序 运输新采煤机行走部→拆卸采煤机滚筒→拆卸采煤机行走部→安装采煤机摇臂→安装采煤机滚筒→运输旧采煤机摇臂。 三、准备工作 1、采煤机原则上要停在机头15架以下顶板完好地段，刮板输送机推移千斤顶保持收缩状态，以便于摇臂和滚筒的拆卸、安装。 2、采煤机下滚筒至机头做好更换、运输下摇臂所需的空间。倾向长度8—10米，走向宽度2米，高度不低于2.8米。支护方式：每架支架上架设两根2.2米直径160mm的圆木梁，间距0.75米，圆木梁伸入支架不得小于0.3米。顶板及煤墙用半圆木、竹笆背严背实，然后打上贴帮柱。 3、准备齐拆卸、安装和起吊摇臂所需的工具，手拉葫芦等不完好不得使用。 4、新摇臂运至采面前提前拆除机巷人行道侧影响运输的超前支护，旧摇臂运出转载机头后要及时恢复机巷超前支护。 5、从机巷使用无极绳绞车将新采煤机摇臂运至开关列车处卸车，拆除开关列车处胶带输送机托架，使用回柱绞车配合手拉葫芦将摇臂拉
至刮板输送机机头，再使用手拉葫芦运至采面，旧摇臂按照反方向运出采面装车升井。 四、拆卸、安装采煤机下摇臂及滚筒安全技术措施 1、拆卸摇臂及滚筒的工作程序： 采煤机下牵到合适的位置 拆除滚筒→拆除摇臂。 安装摇臂及滚筒的工作程序： 安装下摇臂→安装下滚筒→安装下调高千斤顶。 2、起吊前，对起吊区加强支护，选择牢固可靠位置进行起吊，要指定专人观察起吊点的受力情况，发现问题要立即处理。 3、作业前，采煤机、刮板输送机必须停电闭锁，采煤机所在的位置关闭支架高压截止阀。起吊摇臂和滚筒时，要使用3吨和5吨手拉葫芦配合起吊，起吊位置要选在安全可靠处，同时要避开支架管线，防止挤、压坏管线。所用的链环螺丝要上满扣，任何人员都要站在安全位置，不得把身体的任何部位伸在被起吊的摇臂及滚筒下方，以确保作业时的安全。 4、拆卸的采煤机滚筒要捆扎牢固，防止倾倒伤人。 5、拆卸、安装摇臂及滚筒时要有机电队长或机电班长现场统一指挥，确保无误。 6、安装好后，要进行送电点动试车，无问题后再试运转5~10分钟，以确保设备能正常运转。 五、其它安全技术措施： 1、运输新、旧摇臂时，要严格执行作业规程中运输大件安全技
摘要 摘要：本文完成了MG400／930一WD电牵引采煤机的整机外形的布局设计，介绍了采煤机的类型和工作原理，以及目前国内采煤机的现状和发展趋势，从左摇臂、左牵引部、左行走部、左电器控制箱、右电器控制箱、右行走箱、右牵引部、右摇臂的具体布局到各次的特点都有所涉及；重点完成了采煤机摇臂的设计计算，包括摇臂壳体以及壳体内一轴、第一级惰轮组、二轴、第二级惰轮组、第三级惰轮组、中心轮组、第一级行星减速器、第二级行星减速器几乎所有零部件的装配关系，各轴的转速计算，功率的传递计算，第一级圆柱直齿齿轮减速器的设计计算，第二级圆柱直齿齿轮减速器的设计计算，第一级行星减速器的设计计算，第二级行星减速器的设计计算，各轴的设计以及校核，所有轴承支撑处轴承的选择校核、花键连接处花键的选用以及校核。 关键词：采煤机；电牵引；摇臂；行星轮减速器
ABSTRACT Abstract:This paper completed a MG400/930 WD Electric Traction Shearer of equipment configuration for the layout .Shearer introduced the type and principle,and the current domestic Shearer's current situation and development trend .From The left arm、left traction Department、the Department of left running,、the electrical control box on the left and right electrical control box,、dextral box、and the right of traction 、right arm to the specific layout of the features have been covered，shearer will focus on completing the design of the Rocker which including Shell and Shell within one axis,、the first-round group inert、two-axis,、the second-round group inert、the third-round group inert,、the center round group、first-class planetary reducer,、and the second-stage planetary reducer almost all parts of the assembly.The shaft speed and power transmission are calculated importont .First-class Spur Gear reducer design calculation, the second-straight cylindrical gear reducer design, first-class planetary reducer design calculation, the second-stage planetary reducer design, the design of the shaft and Verification, Bearing all the support bearings choice Department Verification, Key spent connecting Department spent Key Selection and Verification. Keywords：seam；shearer；electrical haulage；Rocker ；Planetary gear reducer
机械结构抗疲劳与可靠性分析 发表时间：2019-04-18T15:51:40.703Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：秦俊沛 [导读] 摘要：在机械结构运行过程中，疲劳破坏现象是影响机械运行的主要因素之一。 广州广电计量检测股份有限公司广东省广州市 510000 摘要：在机械结构运行过程中，疲劳破坏现象是影响机械运行的主要因素之一。疲劳破坏过程复杂多样，常发生在机械设备某些隐蔽处且易断裂、易磨损的部位，通过局部的损伤来影响整个机械结构的正常运行。因此怎样增强疲劳寿命与结构的可靠性一直是机械产品设计研究中的热点内容，也是企业提高生产质量与经济效益的关键。本文主要论述对机械结构抗疲劳的方法与分析影响结构可靠性的原因。 关键词：机械疲劳；结构可靠性；交变应力 引言 大多数机械结构中，疲劳破坏现象发生主要因为物体受到力或方向周期性变化的交变载荷作用。长期以来，机械疲劳时刻影响着企业的生产技术与质量。随着机械设备智能、精准的发展方向，通过对机械结构可靠性的分析来增加疲劳寿命，从根本上解决因疲劳破坏给结构造成的损伤，并对机械结构疲劳方面做出安全评估。 1.分析机械结构疲劳与抗疲劳 1.1机械结构疲劳的概述 疲劳是机械设备受到循环交变载荷作用下，材料局部逐渐产生永久性累积断裂、磨损、腐蚀等损伤的过程。在材料设备受到循环应变与应力不断变化的载荷作用时，应力值虽然在材料的极限强度范围内，甚至低于材料的弹性极限时，就有可能发生破坏，在这种交变载荷循环作用下材料发生的破坏，叫做机械结构的疲劳破坏。 机械结构疲劳主要因素为循环应力次数、平均应力强弱、应力值大小。在交变载荷作用下机械零件经过一定时间，因结构内部的不均匀，承受应力的多变性，导致在高应力集中区域形成细小裂纹，再由小裂纹逐步扩展至断裂。使其具有瞬时性以及对缺陷的突发性常常不易发现且易造成事故，影响生产。调查发现机械零件疲劳破坏占企业事故发生率的80%左右，应力的高低直接影响疲劳寿命的长短。通常条件下，根据静力实验来测试材料的机械性能，但是静力破坏与疲劳破坏存在本质上的区别。首先，静力破坏是在超负荷作用下一次完成，而疲劳破坏是受反复作用力很长时间才发生的破坏。其次，在交变应力小于屈服强度，甚至远小于静强度时，可能发生疲劳破坏，但却不会发生静应力破坏。最后，疲劳破坏没有明显的破坏现象，例如金属的脆性破坏不易察觉。静力破坏有明显塑性变形。所以在确定材料的弹性极限、强度极限、屈服极限等机械性能时，不能单单依靠静力实验数据，来反映材料在受到交变应力时的特性。 1.2提高抗疲劳性能的方法 1.2.1添加“维生素” 在金属零件中添加不同种类的“维生素”可以增强零件抗疲劳的性质，延长疲劳寿命。例如：在有色金属和钢材里，加入一定比例的稀土元素，可以提高金属抗疲劳的强度极限值。 1.2.2结构表面处理 因材料承受扭转、弯曲等应力大部分都集中与表层，故对金属零件表面进行电镀或涂层处理，可有效改善应力腐蚀、锈蚀现象以及零件间滑动过程中的摩擦。还可以利用辅助工具将表面打磨光滑或对零件使用前进行塑性变形，有助于提升材料强度及屈服极限值。此外表面热处理通过淬火、氰化、渗碳等措施，改善机械结构表层材料的抗疲劳强度。 1.2.3改变机构外形 在设计构件时，常采用改变外形来减小应力的集中。例如在轴与轮毂安装时，可以通过在轮毂或者轴上开减荷槽。过盈配合时，可以增大配合轴的直径。当需要改变构件横截面时，应增大过度圆弧，以上都可以有效减小应力集中。 1.2.4降低温度、负荷 设备运行时，零部件之间的摩擦生热是正常现象，通过对局部降温的方法，可有效增加疲劳寿命。如电子元器件，采用降温技术可以提升70%的使用寿命。在交变应力作用较低的环境下机械部件不易发生疲劳破损，一旦发生疲劳损伤，其速度也较为缓慢。结合实际，当机构在低应力作用下稳定工作一定时间，再逐步提升到所需求的应力范围，可有效改善抗疲劳强度。 1.2.5利用豪克能技术 常温下的金属具有冷塑性，利用豪克能中冲击能和激活能复合技术对材料表面进行二次深加工，可以使金属零件表面Ra值在0.2以下，降低表层的损伤，通过改善表面的压应力，提高表面的耐磨性、显微硬度以及疲劳寿命。 2.分析机械结构可靠性 2.1对机械结构可靠性的分析 进行机械结构设计时，在保证产品性能、质量及成本的情况下，需要重视产品可靠性技术、理论以及使用过程中维护方面的研究。机械结构可靠性是指在规定时间和环境下，产品性能的完成情况。其影响因素有很多种，如生产过程中机械设备及系统的日常维护保养、人工操作水平以及产品制造技术等。而在正常使用中，机械结构通常受到材料本身机械性能、环境、受力时间长短以及负荷大小，都会减短产品疲劳寿命，以上过程同时考验静态与动态下的产品可靠性。我国对于机械结构可靠性的研究相比较发达国家仍然存在着较大的差距，技术不够成熟发展缓慢，需要大力培养可靠性研发的技术人员以及对各个领域机械机构进行可行性的研究创新，所以不管进行产品设计制造还是使用过程中维护维修方面，可靠性都属于重要的研究对象。 2.2机械结构可靠性的设计方法 2.2.1储备技术 储备技术又称为冗余技术，是保障机械设备的稳定运转而采取系统并联模型来提高可靠性的一种方法。为保证设备工作有冗余，通常是同种规格两个或两个以上的结构单元并联工作，使各处受力均匀，来增强可靠性。 2.2.2产品疲劳寿命估算 产品的可靠性会随着受到交变应力的时间长短而发生变化，从静态试验角度出发，以产品在常温、常态应力作用下的力学性能，为参考条件，评估产品使用过程中的疲劳寿命。当达到评估值时，及时对机械结构易损件进行更换，从而稳定运行。
采煤机牵引部的设计方 案 1 绪论 1.1 采煤机械的技术现状与发展趋势 1.1.1 采煤机械发展的历史 目前国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， （1）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； （2）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。 1.1.2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。 （1）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。 （2）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
摘要 我国中薄煤层储碳量丰富，对适合于薄煤层开采的采煤机的需求量很大。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，而该设计正是针对中薄煤层适应高普而进行的设计。 主要从机械传动的角度对电牵引薄煤层采煤机的摇臂进行了设计，采取双电机横向布置，截割电机容量为2×100kW；开采含有夹矸等较硬煤质的综合机械化采煤工作面，可靠性高，性能先进。采煤机摇臂工作时由扭矩轴驱动，能量逐级传递，三轴起均载作用，四轴和五轴构成齿轮的变速级，末级为四行星减速器用以降低速度。并对各级齿轮及相应的传动轴进行了设计计算和校核，设计计算结果满足设计要求。 关键词：采煤机；摇臂；传动系统；行星机 构 I
Abstract In the present coal mine of our country,the thin reserves of coal seam are still rich ,are larger for the demand of the small-power machine of coal mining.And cannon pick safety comparison little,productivity is also low;Zong pick for equipment requirement higher,and investment cost is compared.So for in thin coal seam development meet the high general machine of coal mining is very necessary. And the design is adapted for thin seam in general and for high design. Mainly from the mechanical point of view of the electric traction drive thin seam shearer's arm was designed to take two-motor horizontal layout, cutting electrical capacity of 2×100kW; mining and other hard parting with the comprehensive mechanization of coal mining face, high reliability and advanced performance. Shearer work by the torque arm shaft drive, the energy transfer step by step, from both three-axis load, four-axis and five-axis gear shift level form, the end of grade four planetary gear reducer to reduce the speed. And levels of gear and drive shaft were designed corresponding calculation and verification, design calculations to meet the design requirements. Keywords：Shearer;Ratio Rocker;Transition system II
采煤机牵引部设计 本设计的目的是设计出强度满足理论要求、结构符合实际情况的电牵引采煤机牵引部。在设计中，首先对牵引部进行了传动装置的总体设计与相关运动参数的计算，然后依据有关公式和标准，对各级齿轮传动、轴与轴承分别进行了设计和校核，对行星结构的相关齿轮、轴和轴承进行了简单计算。 标签：牵引部；传动比；轴 1 概述 1.1 选型研究的意义 随着科学技术的发展，工业技术的改革，不可避免的在工业的各个方面来实现机械的综合化。采煤机直接用与煤炭的地下开采，是煤炭生产中最主要的机械设备之一。而牵引部是采煤机的重要组成部分，担负着移动采煤机，并使工作机构落煤或进行调动的任务。因此，对采煤机牵引部结构设计是一个应用前景和市场前景都非常好的研究项目。 1.2 设计的内容 查阅MG2X300-W采煤机的原始资料，对其牵引部进行改造，将其液压牵引改造成电牵引采煤机。采煤机的主要技术参数的选择、牵引部传动方案的确定和设计、牵引部传动参数的确定及分配、齿轮的设计和强度的校核、轴的设计和强度校核、辅助液压系统的设计、喷雾冷却系统的设计。 2 传动方案的确定 2.1 传动方案的设计 选择由南阳生产的三相鼠笼异步防爆电动机，型号为YB2-225M-4-55KW，其主要参数如下： 2.2 传动方案的比较及确定 比较以上三个方案：方案一有行星机构传动，简化了传动系统，但筒壳增大了，结构不够紧凑，所以此方案也不宜采用。方案二无惰轮调节中心距，且转速发生变化，横向齿轮大，造成径向负荷增大，使轴承使用寿命缩短。方案三是通过惰轮调节中心，使齿轮结构紧凑，齿轮传动，体积小，效率高，用于大功率的转动装置。 3 传动参数的确定
文件编号：TP-AR-L3343 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编制：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 综采面更换采煤机行走部安全技术措施正式样本
综采面更换采煤机行走部安全技术 措施正式样本 使用注意：该解决方案资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 一、编织措施的原因和目的 由于3101综采工作面采煤机机组行走部损坏， 现场需更换机组行走部，为保证更换期间的施工安 全,特编制本措施。 二、施工组织： 施工负责人：陈强 安全负责人：陶登望 技术负责人：刘再涛 施工人员：陈强陆嘉朋薛亮李立 三、施工准备：
1、施工前组织所有施工人员熟悉施工现场情况，做到对整个工作心中有 数。 2、安排专人组织落实工具、材料、备件等，并详细检查，保证工器具完 好，材料、备件的型号、规格及质量满足要求。 3、制定本任务的安全技术措施，并组织所有施工人员学习。 4、施工前负责人员对施工现场进行全面检查，排除一切不安全的因素。 四、更换机组行走部的工序： 1、打出工作面支架护帮板，将采煤机牵引到顶板完好并无片帮处停止。 2、将机身处15组支架的溜子拉回500-600mm，并闭锁该区域支架的本架隔离。
摘要 本文描述了中煤层电牵引采煤机整机方案设计以及截割部的设计过程。 中煤层电牵引采煤机可用于煤层厚度为2-4m、煤质中硬的缓倾斜煤层。与传统的纵向布置的单电机采煤机相比，该采煤机将截割电机直接安装在截割部壳体内，齿轮减速装置全部集中在截割部壳体及行星减速器内，取消了螺旋伞齿轮、固定减速箱、摇臂回转套等结构，使其结构更简单、紧凑，可靠性更高。 截割部是采煤机直接落煤、装煤的部分，其消耗的功率约占整个采煤机功率的80%-90%，主要由截割部壳体、截割电机、齿轮减速装置、滚筒等组成。该采煤机的截割部采用四级传动；前三级为直齿传动，第四级为行星传动。二级传动的圆柱齿轮为可换齿轮，使输出转速可根据不同的煤质硬度在两档速度内选取。截割部采用了三个惰轮轴，使采煤机能够满足截割高度对截割部长度的要求。设计将截割部行星减速器和滚筒直接联结，取消了安装在滚筒上的截齿，使结构简单、可靠。 关键词：采煤机，截割部，结构，设计
Abstract This brochure describes the type of hydraulic shearer traction unit program design and cutting the Department of Design and calculation process. traction Shearer hydraulic seam thickness can be used for 2-4 m, Hard coal to the gently inclined seam. With the traditional vertical layout of the single-motor compared to Shearer, Shearer will be the ranging-arm installed directly in the cutting of the shell, gear device exclusively on cutting Shell and planetary reducer, the abolition of the spiral bevel gears, gear box fixed, Rocker rotating sets of structures, their structure is simpler, more compact and higher reliability. Ranging-arm of the shearer is directly charged coal, the coal loaded, its about the power consumption of the entire power shearer 80% -90%, mainly by cutting Shell, cutting electrical, Gear and drum components. The shearer cutting unit used four drive; Before three straight tooth drive, the fourth level of planetary transmission. 2 Drive Gear to be for the gears, enabling the output speed can be based on different coal hardness in two tranches within the selected speed. Cutting the Department has adopted a three lazy axle, to meet the shearer cutting height on the ranging-arm degree requirements. Designed to be cutting planetary reducer and drum direct link, canceled installed in the drum Pick, simple and reliable. Keywords: shearer, ranging-arm,structure,design
滚动轴承的疲劳可靠性 化工过程机械邓坤军612080706048 摘要： 以可靠性理论为出发点,研究了滚动轴承在不同可靠度要求时的设计计算方法,找出了轴承寿命与可靠度间的关系及基本额定动载荷与可靠度间的关系。对从事可靠性设计的工程技术人员有一定的参考价值。 1 引言： 滚动轴承是一种应用相当广泛的标准零件,在它的选用设计中,通常要进行抗疲劳点蚀的寿命计算。目前使用的计算方法规定,在等于基本额定动载荷C 的当量动载荷作用下,滚动轴承可以工作10 车,而其中90 %不发生疲劳点蚀失效,这就意味着其可靠度为0.9。随着科学技术的迅速发展,对轴承组件的可靠性要求越来越高,如美国探险者1号宇宙飞船上仪器的滚动轴承要求可靠度为0.999999999。为了用样本中的基本额定动载荷C 进行不同可靠度的轴承选用设计。在工业生产中轴承作为经常使用的零件应用十分广泛, 由于轴承工特点作的,经常更换维护。一般的轴承主要起支撑转动轴的作用,有的轴承也在支撑转轴的同时也承受很高的载荷。正确地评价一个滚动轴承的有效、安全的工作寿命对安全生产,提高设备生产效率,延长设备使用寿命, 使生产顺利高质量进行是十分重要的技术问题。我国现行的国家标准规定的滚动轴承寿命计算方法[1]，是先 计算出可靠性为90% 的额定寿命, 再对不同可靠度下的寿命用可靠性系数 a进 1 行修正, 其中 a的导出是以寿命服从二参数Weibull 分布为基础的。这种方法在 1 通常情况下可以取得较好的效果, 多年来一直在工程实践中应用。但是, 早在1962年, T. Tallian 分析了2520 套轴承的寿命试验数据后指出对存活概率在0. 4~ 0. 93之间时[2], 寿命分布与二参数Weibull 分布吻合较好, 超出此范围, 则有较大偏离。此外, 近年来,国外的一些轴承研究机构( 如瑞典的SKF工程研究中心)在轴承疲劳寿命试验中,观察到了超长寿命现象，亦即轴承在理想条件下进行耐久试验，其寿命远远高于上述方法计算出的寿命。因此，无论在理论上还是在实际中，滚动轴承均存在一个无限寿命,同时也存在着一个不为零的最小寿命。二参数Weibull 分布不能很好地体现上述两个特点, 这些都说明用二参数Weibull来描述滚动轴承寿命的局限性。这里以文献[3]的观点为基础，对在不同可靠度范围下的寿命分别采用二参数和三参数Weibull 分布的规律进行计算, 使计算结果更加接近于实际。 2 滚动轴承的寿命与可靠度间的关系 滚动轴承的承载能力和寿命的关系通常用，P—L 曲线(见图1)表示，P 是载