摘要
采煤机械的装备水平是煤矿技术水平的重要标志之一。采煤机械的选用取决于煤层的赋存条件、采煤方法和采煤工艺，而采煤机械的技术发展又促进了采煤方法和采煤工艺的更新。煤炭是我国的主要能源，煤炭工业为国民经济发展做出了重大贡献。但是煤炭工业面临着许多困难和问题，采煤机械化是最终发展的必然。所以如何提高采煤效率以满足我国现代化建设中迅猛发展的经济对能源的需要就成了十分迫切的要求。
我国煤炭中薄煤层储量丰富，对大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。所以对厚薄煤层来说开发适应高档普采的采煤机是非常必要的，而MG750/2210-WD型交流电牵引采煤机正是针对厚薄煤层适应高普而进行的设计。
MG750/2210700-WD型采煤机的截割部机械传动由两级直齿传动和两级行星机传动实现。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：采煤机截割部行星机构
ABSTRACT
Coal mine machinery and equipment level is one important indicator of the level of technology. Coal mining machinery is used depends on the occurrence conditions, mining methods and mining technology, mining machinery and technological development and to promote the mining method and mining technology updates. Coal is the main energy source, the coal industry has made a significant contribution to national economic development. But the coal industry is facing many difficulties and problems, the eventual development of mining mechanization is inevitable. So how to improve mining efficiency in order to meet the rapid development of China's modernization in the economic need for energy has become a very urgent requirement.
Thin seams of coal is abundant, the demand for high-power shearer is relatively large. The blast mining safety is relatively low, productivity is relatively low; mechanized mining equipment demand is higher, and the investment cost is relatively large. So the seam thickness is developed to meet high-end general mining shearer is very necessary, and MG750/2210-WD type AC traction shearer is adapted for the thickness of the coal seam design Gaopu carried out.
MG750/2210700-WD type shearer cutting unit mechanical transmission by the two straight and two planetary gear drive for drive implementation. Taken to increase the roller rocker arm structure over coal space and to improve the efficiency of loading coal, and the corresponding levels of gears and shafts for the design calculations and the corresponding check, the results meet the design requirements.
Keywords：Shearer；cutting unit；planetary bodies
目录
1 绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2采煤机简述 (1)
1.3采煤机国内外发展情况及现状 (2)
1.3.1国内发展历程 (2)
1.3.2国外发展历程 (3)
1.4采煤机的发展趋势 (4)
1.4.1国内采煤机发展趋势 (4)
1.4.2.国际采煤机发展趋势 (5)
2. 总体设计 (6)
2.1采煤机主要技术参数及配套设备 (6)
2.1.1适用煤层 (6)
2.1.2整机主要参数的确定 (6)
2.1.3各电机的主要参数 (7)
2.1.4采煤机牵引型式的选择 (7)
2.2截割部的设计及计算 (7)
2.2.1采煤机截割部形式 (7)
2.2.2电动机的选择 (7)
2.3总传动比的确定和总传动比的分配 (8)
2.3.1总传动比的确定 (8)
2.3.2总传动比的分配 (8)
2.4截割部传动效率及输出功率计算 (9)
2.4.1传动效率： (9)
2.4.2 各轴转速计算 (10)
2.4.3 各轴功率计算 (10)
2.4.4各轴扭矩计算 (10)
2.4.5 数据汇总 (10)
3. 摇臂齿轮设计计算与强度校核 (11)
3.1 两级圆柱齿轮减速机构设计与校核计算 (11)
3.1.1齿轮1和齿轮2设计校核 (11)
3.1.2 第二级圆柱齿轮设计与校核计算 (15)
3.2 两级行星齿轮减速机构设计与校核计算 (20)
3.2..1 高速级行星齿轮减速机构设计与校核计算 (20)
3.2.2 低速级行星齿轮减速机构设计与校核计算 (30)
4 摇臂传动轴结构设计与强度校核 (40)
4.1 截一轴结构设计与强度校核 (40)
4.1.1 截一轴结构设计 (40)
4.1.2 截一轴强度校核计算 (41)
4.1.3 截一轴轴承校核计算 (43)
4.1.4 截一轴花键的设计校核计算 (44)
4.2 惰一轴的结构设计与强度校核 (47)
4.2.1 惰一轴结构设计 (47)
4.2.2 惰一轴强度校核计算 (48)
4.2.3轴承的选取与校核计算 (49)
4.3 截二轴结构设计与强度校核 (49)
4.3.1 截二轴结构设计 (49)
4.3.2 截二轴强度校核 (50)
4.3.3 截二轴轴承设计计算及校核 (54)
4.3.4 截二轴花键的设计校核计算 (55)
4.4 惰二轴结构设计与强度校核 (58)
4.4.1 惰二轴结构设计 (58)
4.4.2 惰二轴强度校核计算 (59)
4.4.3 惰二轴轴承强度校核计算 (59)
4.5 截三轴结构设计与强度校核 (60)
4.5.1 截三轴结构设计 (60)
4.5.2 截三轴强度校核计算 (61)
4.5.3 截三轴轴承校核计算 (62)
4.5.4 截三轴花键的设计校核计算 (63)
5 行星机构轴的设计校核计算 (66)
5.1 高速级轴的设计校核计算 (66)
5.1.1 太阳轮轴设计校核计算 (66)
5.1.2 行星轮处轴承校核计算 (67)
5.1.3 行星架接头处花键设计校核计算 (67)
5.2 低速级轴的设计校核计算 (71)
5.2.1 太阳轮轴设计校核计算 (71)
5.2.2 行星轮处轴承校核计算 (71)
5.2.3 行星架接头处花键设计校核计算 (72)
6 采煤机的维护和检修 (75)
6.1采煤机的注油 (75)
6.1.1一般要求： (75)
6.1.2 润滑要求 (75)
6.2 日常维护 (76)
6.2.1日检内容： (76)
6.2.2 周检 (76)
6.2.3 季检 (76)
6.2.4 大修 (76)
6.2.5 储存 (76)
7 参考文献 (76)
8.翻译部分 (77)
英文原文 (77)
中文译文 (81)
9 致谢 (84)
1 绪论
1.1引言
煤炭是我国的主要能源，煤炭工业为国民经济发展做出了重大贡献。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年内，一切新能源都不能普遍取代矿物燃料，因此矿物能源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。在新技术革命的带动下，煤矿开采技术与装备技术迅速发展，高生产能力、高性能的开采技术设备是采矿行业的未来目标采煤机械化是最终发展的必然。所以如何提高采煤效率以满足我国现代化建设中迅猛发展的经济对能源的需要就成了十分迫切的要求。
按煤层赋存的条件，对煤炭的开采可以分为露天开采和地下开采。采煤方法不同，所使用的采煤机械也不同。目前国内外采用这些采煤方法的国家所用采煤机械，绝大多数是滚筒式采煤机、刨煤机和掘进机，只有少数先进的煤矿采用薄煤层采煤机等设备。
近年来，我国采煤机械产业发展迅猛，截止2010年全国采煤机械生产企业已多达24家，产销量约800多台，产能达到1500台左右。从国内煤机竞争态势来看，我国煤机制造企业受计划经济时代影响发展缓慢，不仅技术水平较低，而且产品单一。虽然近年技术提升很快，但是与国外煤机巨头相比，我国煤机装备整机的可靠性和稳定性仍然不强，缺乏行业的顶尖品牌，在资金实力和技术研发能力上与国际先进水平还有一段差距，在露天煤矿采掘设备的生产方面与国外差距较大，大而不强是我国煤机行业当前的真实写照。
1.2采煤机简述
采煤机有不同的分类方式。一般按工作机构形式可分为滚筒式、钻削式和链式采煤机。国内外应用最广泛的是滚筒采煤机。
滚筒采煤机是机械化采煤的重要设备，直接决定采煤的效率和成本，具有大功率、大质量、高产量、较强破岩过地质构造能力、结构简单、可靠、便于维护和安装等特点，在所有机械化采煤设备中的使用量占到90%以上。滚筒采煤机的类型很多，可按滚筒数目、行走机构形式、行走驱动装置的调速传动方式、行走部布置位置、机身与工作面输送机配合导向方式、总体结构布置方式等分类。
按滚筒数目分为单滚筒和双滚筒采煤机，其中双滚筒采煤机应用最普遍。按行走机构形式分钢丝绳牵引、链牵引和无链牵引采煤机。按行走驱动装置的调速方式分机械调速、液压调速和电气调速滚筒采煤机。按行走部布置位置分内牵引和外牵引采煤机。按机身与工作面输送机的配合导向方式分骑槽式和爬底板式采煤机。按总体结构布置方式分截割电动机纵向布置在摇臂或机身上的采煤机和截割电动机横向布置在机身上的采煤机、截割电动机横向布置在摇臂上的采煤机。按适用的煤层厚度分厚煤层、中厚煤层和薄煤层采煤机。按适用的煤层倾角分缓斜、大倾角和急斜煤层采煤机。
双滚筒采煤机主要由截割部、牵引部、中间控制箱和附属装置等组成。
截割部包括摇臂和螺旋滚筒两部分，是把煤从煤体上破落下来并兼有装煤功能的采煤机部件。双滚筒采煤机有两个截割部。每个截割部中，摇臂主要起减速、传动、改变采高的作用；滚筒旋转直接作用于煤壁，靠安装其上的截齿破煤，并利用螺旋叶片将破落下来
的煤输送到与采煤机配套的刮板输送机上。
牵引部为行走部的动力源和传动部分，牵引方式不同其动力源也不同，主要有液压牵引和电牵引两种形式，靠固定箱下边的滑靴与布置在工作面的刮板输送机滑轨接触，并被支撑。
行走部是直接移动采煤机的装置。它利用牵引电机或液压马达输出的动力经减速后，传到行走箱的行走轮，与刮板输送机上销轨相啮合，使采煤机行走，可以实现无极调速，即在截割过程中随着截割煤层的硬度不同而改变牵引速度。
中间控制箱为整台采煤机的控制部分和动力源部分。
附属装置包括增压系统、供水灭尘装置和电缆拖移装置。
采煤机工作时，一方面由牵引电机提供的动力经固定箱、行走箱带动行走轮转动，使采煤机做牵引运动；一方面由截割电机产生的动力经摇臂传递到螺旋滚筒，螺旋滚筒做旋转运动，并带动截齿截割煤岩，截落的煤岩经螺旋叶片传送到刮板输送机上。在整个过程中，截割部消耗的能量占整机耗能的90%，而截割部所耗能量，主要用于截齿截割煤岩。
1.3采煤机国内外发展情况及现状
1.3.1国内发展历程
1.购进与仿制
世界上第一台采煤机是苏联于1932年生产并在顿巴斯煤矿开始使用的。我国于1952年购进并使用顿巴斯采煤机(当时称采煤康拜因)。与此同时，鸡西煤矿机械厂开始进行仿制工作，于1954年制造出中国第一台深截式采煤机，即顿巴斯一1型采煤康拜因。其截割部采用截链式工作机构，由框形截盘、截链(图1一1)和截齿等组成;牵引部工作机构为钢丝绳牵引，传动系统通过齿轮传动，利用牙嵌式离合器进行有级调速，为纯机械式传动，所用电动机为风冷防爆电动机。
2.消化与研制滩
20世纪60年代初，在顿巴斯一1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一64型采煤机，1968年生产出MLQ1一80型浅截式单滚机，称为我国第二代采煤机。第二代采煤机采用螺旋式滚筒，要比调高，牵引部工作机构为钢丝绳牵引，双鼠笼式防爆外部风冷电动机
3.振兴与发展
我国于20世纪60年代末70年代初开始研制第三代采煤机：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。采煤机的两个可调高滚筒放在采煤机的两端利用摇臂调高;采用圆环链牵引机构，牵引部液压系统采用斜轴式轴向柱塞变量泵和斜轴式轴向柱塞定量马达;采用了双鼠笼式防爆型外壳水冷电动机。MXA一300型采煤机是西安煤矿机械厂于1983年生产的大功率无链牵引双滚筒采煤机。目前，我国生产的液压无链牵引采煤机最有代表性的是MG系列，包括MG300 、MG200和MG150系列。MG300系列采煤机由上海煤矿机械研究所设计，鸡西煤矿机械厂制造，1986年生产出第一台，具有同期国际水平，现已广泛使用。
4.近期开发
国外寸1976年研制出第一台电牵引采煤机，电牵引采煤机是直接对电动机调速，以获得不同的牵引速度，使牵引部大大简化，采川固体元件，具有抗污染能力强，故障率小，
寿命长和效率高等特点。1994年由上海煤矿机械研究所设计，鸡西煤矿机械厂生产出我国第一台MG463一DW型交变频电牵引采煤机。电牵引采煤机成为我国第四代采煤机。第四代采煤机采用多电动机驱动，横向布置，电控为机载方式，整机为无底托架，整体积木式组合结构，各部件间为干式对接，对接面间无任何机械或液压连带关系;主控制器采用了计算机技术，使系统性能可靠，抗干扰能力强，具有完备的保护、故障诊断和显示功能，并可根据需要实现无线电遥控。MG400/985一WD型电牵引采煤机是鸡西煤矿机械厂于1998年自行研制开发的新一代大功率电牵引采煤机，适合在高产高效工作面使用。2004年，鸡西煤矿机械有限公司又与淮南矿业集团联合开发研制了MG610/1400一WD型横向布置大功率升压电牵引采煤机，成为国内第一台装机功率大于1000 kW的大功率自替化采煤机。随后，西安煤矿机械厂研制出MG650/1480一WD型、MG750/1910一WD型大功率电牵引采煤机;上海天地公司研制出MG650/1620一WD型、MG750/1845一WD型、MG900/2215一WD型大功率电牵引采煤机;太原矿山机械集团研制出MG750/1800一WD型大功率电牵引采煤机；鸡西煤矿机械有限公司研制出MG6800/2040一WD型大功率电牵引采煤机。
1.3.2国外发展历程
机械化采煤开始于20世纪60年代，是随着采煤机械的出现而出现的。20世纪40年代初期，英国,苏联相继生产了采煤机，使工作面落煤、装煤实现机械化。但当时的采煤机工作机构复杂，能耗大，效率低，加上工作面输送机不能自移，所以生产受到一定的限制。
20世纪50年代初期，美国、德国相继，生产出了滚筒式采煤机、可弯曲刮板输送机和单体液压支柱，从而大大推进了采煤机械化技术的发展。滚筒式采煤机采用螺旋滚筒作为截割机构，当滚筒转动并切人煤壁后，通过安装在滚筒螺旋叶片上的截齿将煤破碎，并利用螺旋叶片把破碎下来的煤装人工作面输送机。但由于当时采煤机上的滚筒是死滚筒，不能实现调高，因而限制了采煤机的使用范围，我们称这种固定滚筒采煤机为第一代采煤机。因此，20世纪50年代各国采煤机械化的主流还只是处于普通机械化水平，虽然在1954年英国已研制出了自移式液压支架，但由于采煤机和可弯曲刮板愉送机尚不完善，综采技术仅仪处在开始试验阶段
20世纪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.解决了采高调整问题，扩人了采煤机的适川范围。这种采煤机的滚筒装在可以上下摆动的摇臂上，通过摆动摇臂来调节滚筒的截割高度，使采煤机适应煤层厚度变化的能力大大加强1964年，第三代采煤机—双摇臂滚筒采煤机的出现，进一步解决了工作面自开切口的问题另外，液压支架和可弯曲刮板输送机技术的不断完善，把综采技术推向了一个新的水平，并在生产中显示厂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。
进人20世纪70年代，综采机械化得到了进一步的发展和提高，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750一1000KW 的采煤机，功率为900-1000 kW、生产能力达1500 t/h的刮板输送机，以及工作阻力达1500 kN的强力液压支架等。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，并扩大了其使用范围。
世界上第一台直流(他励)电牵引采煤机是由德国艾柯夫公司于1976年研制的EDW –l50 -2L型采煤机。该采煤机首次使用就显示出电牵引的优越性，即效率高，产量大，
可靠队高，其故障率仪为液压牵引采煤机的1/5。同年，美国久益公司研制出了1LS直流(串励)电牵引采煤机，以后陆续改进发展为2LS, 3LS, 4LS系列；1996年生产的6LS05型采煤机，其总装机功率为1530 kW ,是目前世界上功率较大的采煤机。英国于1984年生产了第一台ELECTRA550型直流(复励)电牵引采煤机，其后生产的ELECTRAI000型采煤机在1994年创下了年产408 x 10000 t商品煤的世界最高纪录，其截割牵引速度达25 m/min。
在电牵引采煤机的发展历史中，世界上许多国家先是发展直流电牵引，而后逐步发展交流调速电牵引。1986年，日本三井三池制作所研制出世界上第一台交流电牵引采煤机( MCL400一DR6868型)。直流电牵引技术能满足采煤机牵引特性(恒扭矩一恒功率)的要求，调速平稳，能四象限运行，适应大倾角工作面的运行，系统简单，但存在着火花、炭粉、更换电刷和换向器、过载能力较低以及机身较宽、较长等缺点。血交掀调速甩牢引采煤机的电动机结构简单，体积小，重量轻，坚固耐用，运行可靠，维护方便，无电刷和换向器，无火花和炭粉，耐震动，过载能力大。因此，交流调速电牵引采煤机已成为今后的发展方向，交流伺服系统已成为目前发展的主流方向。
1.4采煤机的发展趋势
1.4.1国内采煤机发展趋势
我国从20 世纪80 年代末期, 煤科总院上海分院与波兰合作研制开发了我国第1台
MG3442PWD薄煤层强力爬底板交流电牵引采煤机, 在大同局雁崖矿使用取得成功。借助
MG3442PWD 电牵引采煤机的电牵引技术, 对液压牵引采煤机进行技术更新。第1 台MG300/ 6802WD 型电牵引采煤机是在鸡西煤矿机械厂生产的MG300 系列液压牵引采煤机的基础上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晋华宫矿开始使用。与此同时, 在太原矿山机器厂生产的AM2500液压牵引采煤机上应用交流电牵引调速装置改造MG375/8302WD 型电牵引采煤机。截止目前, 我国已形成5 个电牵引采煤机生产基地, 鸡西煤矿机械厂、太原矿山机器厂、煤炭科学研究总院上海分院、辽源煤矿机械厂生产交流电牵引采煤机, 西安煤矿机械厂则生产直流电牵引采煤机。
我国近期开发的电牵引采煤机有以下特点:
(1) 多电机驱动横向布置电牵引采煤机。截割电机横向布置在摇臂上, 取消了螺旋伞齿轮和结构复杂的通轴。
(2) 总装机功率、牵引功率大幅度提高, 供电电压(对单个电机400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保证了供电质量和电机性能。
(3) 电牵引采煤机以交流变频调速牵引装置占主导地位, 部分厂商同时也研制生产直流电牵引采煤机。
(4) 主机身多分为3 段, 取消了底托架, 各零部件设计、制造强度大大提高, 部件间用高强度液压螺母联接, 拆装方便, 提高了整机的可靠性。
(5) 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高。在通用性、互换性和集成型方面迈进了一大步, 功能逐步齐全, 无线电随机控制研制成功, 数字化、微机的电控装置已进入试用阶段。
(6) 在横向布置的截割电机上, 设计使用了具有弹性缓冲性能的扭矩轴,改善了传动
件的可靠性, 对提高采煤机的整体可靠性和时间利用率起到了积极作用。
(7) 耐磨滚筒及镐形截齿的研究, 推进了我国的滚筒及截齿制造技术,开发研制的耐
磨滚筒,可适用于截割f = 3～4 的硬煤。具有使用中轴向力波动小,工作平稳性好,块煤率高,能耗低等优点。
1.4.
2.国际采煤机发展趋势
国际上电牵引采煤机的技术发展有如下几个特点:
(1) 装机功率和截割电动机功率有较大幅度增加，为了适应高产高效综采工作面快速割煤的需要, 不论是厚、中厚和薄煤层采煤机, 均在不断加大装机功率(包括截割功率和
牵引功率) 。装机功率大都在1000kW 左右, 单个截割电机功率都在375kW以上, 最高达
600kW。直流电牵引功率最大达2 ×56kW , 交流电牵引功率最大达2 ×60kW。
(2) 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型。世界各主要采煤机厂
商20 世纪80 年代都已把重点转向开发电牵引采煤机, 如德国艾柯夫公司是最早开发电
牵引采煤机的, 80 年代中后期基本停止生产液压牵引采煤机, 研制出EDW 系列电牵引采
煤机, 90 年代又研制成功交流直流两用SL300 、SL400 、SL500 型采煤机。交流电牵引
近几年发展很快, 由于技术先进,可靠性高、简单, 有取代直流电牵引的趋势。自日本80 年代中期研制成功第1 台交流电牵引采煤机,至今除美国外, 其它国家如德国、英国、法
国等都先后研制成功交流电牵引采煤机, 是今后电牵引采煤机发展的新目标。
(3) 牵引速度和牵引力不断增大液压牵引采煤机的最大牵引速度为8m/ min 左右, 而实际可用割煤速度为4 ～5m/ min , 不适应快速割煤需要。电牵引采煤机牵引功率成倍增加, 最大牵引速度达15～20m/ min , 美国18m/ min 的牵引速度很普遍,美国乔依公司
的1 台经改进的4LS 采煤机的牵引速度高达2815m/ min。由于采煤机需要快速牵引割煤, 滚筒截深的加大和转速的降低, 又导致滚筒进给量和推进力的加大, 故要求采煤机增大
牵引力, 目前已普遍加大到450～600kN , 现正研制最大牵引力为1000kN 的采煤机。
(4) 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展。 70 年代中期仅有美国的LS 系列
采煤机、西德EDW215022L22W 型采煤机采用多电机驱动, 机械传动系统彼此独立, 部件之间无机械传动, 取消了锥齿轮传动副和复杂通轴, 机械结构简单, 装拆方便。目前, 这类采煤机既有电牵引, 也有液压牵引, 既有中厚煤层用大功率, 也有薄煤层的, 有取代传
统的截割电动机纵向布置的趋势。
(5) 滚筒的截深不断增大牵引速度的加快,支架随机支护也相应跟上, 使机道空顶
时间缩短,为加大采煤机截深创造了条件。10 年前滚筒采煤机截深大都是630 ～ 700mm , 现已采用800mm ,1000mm , 1200mm 截深, 美国正在考虑采用1500mm 截深的可能性。
(6) 普遍提高供电电压由于装机功率大幅度提高, 为了保证供电质量和电机性能, 新研制的大功率电牵引采煤机几乎都提高供电电压, 主要有2300V , 3300V , 4160V 和5000V。美国现有长壁工作面中, 45 %以上的电牵引采煤机供电电压为≥2300V。
(7) 有完善的监控系统包括采用微处理机控制的工况监测、数据采集、故障显示的自动控制系统; 就地控制、无线电随机控制, 并已能控制液压
支架、输送机动作和滚筒自动调高。
(8) 高可靠性据了解美国使用的EL ECTRA 1000 型采煤机的时间利用率可达95 %～98 % ,采煤量350 万t 以上,最高达1000 万t 。
现在电牵引采煤机已是国际主异机型，不仅可控硅控制调速的直流电牵引已发展成系列产品，而且已经开发出厂多款交流调速电牵引采煤机，其发展趋势是电牵引采煤机将逐步代替液压牵引采煤机。电牵引采煤机既可以实现采煤机要求的工作特性，而且更容易实
现检测和控制自动化，又可以克服液压牵引采煤机加工精度要求高、工作液体易被污染、维修较困难以及工作可靠性较差和传动效率较低等缺点，还便于实现工况参数显示和故障显示。我国也已成功研制了MG344一PWD型交流电牵引爬底板薄煤层采煤机和MGA463 DW 型直流电牵引采煤机等。
电牵引采煤机经过25年的发展，技术已趋成熟。新一代大功率电牵引采煤机已集中采用了当今世界最先进的科学技术成为具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。技术发展趋势可简要归结如下:
⑴电牵引系统向交流变频调速牵引系统发展。
⑵结构形式向多电机驱动横向布置发展。
⑶监控技术向自动化、智能化、工作面系统控制及远程监控发展。
⑷性能参数向大功率、高参数发展。
⑸综合性能向高可靠性和高利用率发展。
国内电牵引采煤机研制方向与国际发展基本一致经过近15年的研究，已取得较大进展但离国际先进水平特别是在监控技术及可靠性方面尚有较大差距，必须进行大量的技术和试验研究。
今后，国际采煤机机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到高产、高效、安全、经济;向遥控及自动控制发展，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化设备；解决端头技术，研制工作面巷道与工作面端部连接处的设备等，以进一步提高工作面产量和安全性。
现在，我国已生产出适合缓倾斜中厚及薄煤层的多种采煤机械，完全能满足今后采煤机械化发展的需要。此外，进一步发展电牵引采煤机已列人我国重要科技攻关计划。
2. 总体设计
2.1采煤机主要技术参数及配套设备
2.1.1适用煤层
采高范围 2.7～5.5m
煤层倾角≤15°
煤质硬度硬或中硬
2.1.2整机主要参数的确定
最大计算生产能力 4800 t/h
采高 2700～5500 mm
装机功率 2×750 +2×110+40+150 KW
供电电压 3300V
滚筒直径Φ2700 mm
摇臂摆动中心距 8550 mm
截深 800 mm
牵引力 1000～500 KN
牵引速度 15 m/min（0～11.5～23m/min）
2.1.3
2.1.4采煤机牵引型式的选择
牵引型式 交流变频调速、电机驱动齿轮销轨式无链牵引
牵引力 1000～500 kN
牵引速度 0～11.5～23 m/min
牵引部总减速比（含行走箱速比） 206.316
2.2截割部的设计及计算
2.2.1采煤机截割部形式
摇臂长度 2950 mm
摇臂摆角 -28°～＋45°
总减速比 60.23
滚筒直径 Φ2700 mm
滚筒线速度 3.45 m/s
滚筒转速 25.36r/min
2.2.2电动机的选择
设计要求截割部功率为750KW ，根据具体工作环境情况，电机必须具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。所以选择由抚顺厂生产的采煤机用隔爆型三相异步电动机，型号为YBCS-750；其主要技术参数如下：
1. 型 式：YBCS-750；
2. 额定功率：750KW ；
3. 额定电压：3300 V ；
4. 额定电流：153 A ；
5. 接线方式：Y ；
6. 额定频率：50 Hz ；
7. 额定转速：1485 r/min ；
8. 冷却水量：33m /h ≥；
9. 冷却水压：3MPa ≤；
10.冷却水温：30C ≤?；
11.外形尺寸：1188 ?500 ?1025 mm
12.质量:3060 kg
该电动机输出扭矩轴上带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给齿轮减速机构。
2.3总传动比的确定和总传动比的分配
2.3.1总传动比的确定
已知电动机的额定转速电n =1485 r/min 。根据厚煤层采煤机螺旋滚筒转速低至20～30
r/min ，这里取min /36.25r n =滚。
总传动比：
总i =电n /滚n =1485/25.36=58.56
假设两级直齿轮传动和两级行星齿轮传动的传动比分别为1i 、2i 、I i 、I I i 。总传动比等于各传动之积，即
1i .2i .I i .I I i =总i =58.56
该电动机输出扭矩轴上带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给齿轮减速机构。
2.3.2总传动比的分配
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：
如果把传动比分配的合理时，传动系统结构合理紧凑，重量轻，成本低，润滑条件也好；但若分配不合理，其结果正好相反，因此分配传动比时要考虑以下几条原则：
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，使减速器获得最小的外形;
2) 各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称；
3) 各传动件彼此间不应发生干涉碰撞；
4) 所有传动零件应便于安装。
5) 使各级传动的承载能力接近相等，即达到等强度。
6) 使各级传动中的大齿轮浸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。
截割部分传动系统图如图2.3.2-1：截割部电机通过渐开线花键副和齿轮1相连，齿轮2、齿轮3、齿轮4、齿轮5为堕轮，齿轮6通过齿形联轴器和双级行星轮（NWG ）高速级的中心轮相连接。
二级圆柱齿轮减速的推荐传动比范围为5.311.7≤≤i （淬硬齿轮），单级行星齿轮减速器的传动比范围为2.1 6.5i ≤≤，考虑到减速范围和采煤机的尺寸要求，暂定二级圆柱齿轮机构的传动比为 2.60=直齿i ，两级行星齿轮减速的传动比22.5=行星i
对展开式二级圆柱齿轮减速机构，为保证其高低速级大齿轮浸油深度大致相近，各级强度大致相当，并受到采煤机外形尺寸的限制,对圆柱齿轮减速部分的传动比分配如下：
1.731=i
1.502=i
对二级NGW 型行星减速机构，根据《机械设计手册》，采煤机截割部中行星减速机构的传动比一般为4-6。对行星齿轮减速部分的传动比分配如下：
5.0=I i
4.5=I I i
总传动比误差
δ=总总i i i i i i I I
I ???21-=58.560.55.450.1731.-58.56???=0.295%<5%
满足传动比要求。
从电动机出发，各轴依次命名为轴1(接电动机)、轴2(惰轴)、轴3、轴4(惰轴)、轴5(惰轴)、轴6(惰轴)、轴7（高速级太阳轮轴）、轴8高速级行星架、轴9（低速级太阳轮轴）、轴10（低速级行星架）。
图2.3.2-1
2.4截割部传动效率及输出功率计算
2.4.1传动效率：
花键效率 1η=0.98
轴承效率 2η=0.98
圆柱直齿轮传动效率 3η=0.99
单级行星齿轮传动效率 4η=0.9
2.4.2 各轴转速计算
轴1 min 1485r/1==电动机n n
轴3 m in r/38.85873.1/1485/113===i n n
轴7 m in 572.25r/50.858.38/1/237===i n n
轴8 m in r/17.127/4.525.572/78===I i n n
轴10 m in 25.36r/127.17/5.0/810===I I i n n
2.4.3 各轴功率计算
轴1 kW 720.30
0.980.987502
11=??=?=η电动机P P 轴2 kW 698.830.990.98720.33212=??=??=ηηP P
轴3 kW 664.440.990.980.9883.69832123=???=???=ηηηP P
轴4 kW 644.64
0.990.98664.443234=??=??=ηηP P 轴5 625.43kW 0.990.98644.643245=??=??=ηηP P
轴6 kW 606.80
0.990.98625.433256=??=??=ηηP P 轴7 kW 576.94
0.990.980.98606.8032167=???=???=ηηηP P 轴8 kW 565.400.98576.94478=??=?=ηP P
轴9 kW 554.100.98565.40189=??=?=ηP P
轴10 kW 543.000.98554.104910=??=?=ηP P
2.4.4各轴扭矩计算
扭矩计算公式：n P T 9550= 轴1： Nm 23.463214850/9550x 720.31==T
轴2： Nm 16.449414853/9550x 698.82==T
轴3 7392.30Nm 4/858.389550x 664.43==T
轴4 Nm 01.717238.8584/9550x 644.64==T
轴5 Nm 29.695838.8583/9550x 625.45==T
轴6 Nm 02.675138.8580/9550x 606.86==T
轴7 9628.27Nm 4/572.259550x 576.97==T
轴8 42459.46Nm 0/127.179550x 565.48==T
轴10 m 204481.47N 0/25.369550x 543.010==T
2.4.5 数据汇总
将以上数据列于下表中。
摇臂传动系统动力和运动参数
3. 摇臂齿轮设计计算与强度校核
3.1 两级圆柱齿轮减速机构设计与校核计算
齿轮传动的失效形式主要发生在轮齿部位，其他部位很少失效。轮齿的主要失效形式包括轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损和塑性变形。由于磨损、塑性变形等的设计计算至今未建立完善的计算方法，所以目前一般齿轮的设计计算，通常按齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度计算。本次两级圆柱齿轮减速机构的设计采用齿面接触疲劳强度设计计算，齿根弯曲疲劳强度校核的方式。两级行星传动的设计采用相反的方式。以下计算参考程志红主编《机械设计》和《机械设计手册》第四版。
3.1.1齿轮1和齿轮2设计校核
二级圆柱直齿轮传动采用2级减速，为加长摇臂的长度，齿轮2和齿轮3为完全一样的惰轮，齿轮5、齿轮6和齿轮7为完全一样的惰轮。可以参照已有相关采煤机设计，确定每级的传动比和中心距，进而确定各级的几何参数。
（1）选择齿轮材料，确定许用应力
由于采煤机摇臂上齿轮运动速度较大，功率较大，故齿轮选用铸钢件。实践证明，对于受冲击载荷的齿轮，应当选用芯部冲击韧性较好的材料。参考以往采煤机设计经验选择齿轮材料
小齿轮 18Cr2Ni4WA 渗碳淬火
大齿轮 18Cr2Ni4WA 渗碳淬火 HRC 56-62
许用接触应力 []H σ=N Hmin Hlim
Z S σ
式中：接触疲劳极限Hlim σ查图6-4 Hlim1σ=21650N/mm
Hlim 3σ=21650N/mm
应力循环次数N 由式6-7
h jL n N 1160=
其中：n ——齿轮转速；
j ——齿轮每转一圈同一齿面的啮合次数；
h L ——齿轮的工作寿命；
103001011485601?????=N 9110673.2?=N 73
.110673.29
113?==i N N 93101.545?=N 接触强度寿命系数N Z 查图6-5 N1Z =N3Z =1
接触强度最小安全系数 Hmin S 通常为1-1.5 25.1Hmin =S
则 []H σ=1650×1/1.25 []
2H 1320N/mm =σ 许用弯曲应力 []F σ=X N Fmin Flim
Y Y S σ
弯曲疲劳极限Flim σ 查图6-7 2Flim 800N/mm =σ
弯曲强度寿命极限N Y 查图6-8 N3N1Y Y ==1
弯曲强度尺寸系数X Y 查图6-9 X3X1Y Y ==0.99
弯曲强度最小安全系数Fmin S Fmin S =1.4
则 []4.10.99/1800F ??=σ []2F 565.71N/m m =σ
（2）按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮精度等级 3/)022.0~013.0(n P n v t =
m/s 5720.30/1481485013.03??=t v 15.17m/s =t v
估取圆周速度为4 m/s
参考表6.7，表6.8选取 Ⅱ公差组6级
小轮分度圆直径 []3d 12
H εH E 112u u KT Z Z Z d ±???
? ??≥ψσ 小齿轮齿数1z 暂取为23 231=z
大齿轮齿数3z 79.39231.73113=?=?=z i z 圆整为40 403=z
惰轮齿数2z 1-32z z = 392=z
齿数比u 23/40/13==z z u 739.1=u
传动比误差u u /? Δu/u=%52.073.1/1.739-73.1=<5%
满足传动比要求
齿宽系数d ψ 查表6.9，按齿轮相对轴承
为非对称分布 45.0d =ψ
材料弹性系数E Z 查表6.4，都为锻钢 2E N/mm 8189.=Z
节点区域系数H Z 查图6-3(β=0，021==x x ) 5.2H =Z
重合度系数εZ 推荐值0.8~0.92 87.0ε=Z
载荷系数βαV A K K K K K =
使用系数A K 查表6.3（按具有轻微冲击的工作特性） 35.1A =K
动载系数V K 推荐值1.05-1.4 2.1V =K
齿间载荷分配系数αK 推荐值1.0~1.2 1.1α=K
齿向载荷分配系数βK 推荐值1.0~1.2 1.1β=K
所以 1.11.12.135.1???=K 96.1=K
则 32
173.1173.145.0463223096.12132087.05.28.189+????? ????≥d 60m m .1831≥d 齿轮模数7.9823183.60//z 11===d m
按表6.6圆整 mm 8=m
小轮分度圆直径23811?==mz d 184m m 1=d
圆周速度60000/148518414.360000/11??==n d v t π 14.30m/s =t v
与估取值相近
齿宽b 82.8184.4501d =?=?=d b ψ,圆整 83mm =b
大齿轮齿宽3b ）（10~53+=b b 88mm 3=b
惰轮齿宽2b 32b b = 88m m 2=b
小齿轮齿宽1b ）
（10~531+=b b 93m m 1=b （3）按齿根弯曲疲劳强度校核计算
由式6-10 []F εSa Fa 11F 2σσ≤=Y Y Y m
bd KT 载荷系数βαV A K K K K K =
使用系数A K 查表6.3（按轻微冲击的工作特性） 35.1A =K
动载系数V K 推荐值1.05-1.4 2.1V =K
齿间载荷分配系数αK 推荐值1.0-1.2 1.1α=K
齿向载荷分配系数βK 推荐值1.0-1.2 1.1β=K
所以 1.11.12.135.1???=K K=1.96
齿形系数Fa Y 查表6.5 小轮Fa1Y 69.2Fa1=Y
惰轮Fa2Y 41.2Fa2=Y
大轮Fa3Y 40.2Fa3=Y
应力修正系数Sa Y 查表6.5 小轮Sa1Y 575.1Sa1=Y
惰轮Sa2Y 666.1Sa2=Y
大轮Sa3Y 670.1Sa2=Y
重合度系数εY αε75/.025.0ε+=Y
重合度αε ()()[]ααααπ
εtan -tan z tan -tan z 21211αa2a += 其中 压力角 20=α
17.308
223820cos 238arccos 1=?+??=a α 50.268
240820cos 408arccos 2=?+??=a α
所以 ()()[]
20tan -50.26tan 4020tan -17.30tan 2321α?+?=π
ε =）（38.500.514.321+? 65.1α=ε 65.75/1.025.0ε+=Y 70.0ε=Y
则
70.0575.169.28184934632230
96.12F1??????=σ
=2393.38N/mm
70.01.66641.28184884632230
96.12F2???????=σ
=2393.98N/mm
70.01.67040.28184884632230
96.12F3???????=σ
=2393.29N/mm
2F1393.38N/m m =σ
2F2393.98N/m m =σ
2F3393.29N/mm =σ
齿根弯曲强度满足 （4）齿轮其他主要尺寸计算
惰轮分度圆直径2d 39822?==mz d
=2d 312mm 大齿轮分度圆直径3d 40833?==mz d
=3d 320mm 中心距12a 2/)312184(2)/(2112+=+=d d a
248m m 12=a 23a ()2/3203122)/(3223+=+=d d a
316mm 23=a 根圆直径f d 825.12-1842-f 1f1??==h d d
164f1=d mm 825.12-3122-f 2f2??==h d d
292m m f2=d 825.12-3202-f 3f3??==h d d
300m m f3=d 顶圆直径a d 821842a 1a1?+=+=h d d
mm 200a1=d 823122a 2a2?+=+=h d d
328mm a2=d 823202a 3a3?+=+=h d d
mm 336a3=d
3.1.2 第二级圆柱齿轮设计与校核计算
（1）选择齿轮材料，确定许用应力
选择齿轮材料
小齿轮 20CrMnTi 渗碳淬火
大齿轮 20CrMnTi 渗碳淬火 HRC 57-63
许用接触应力 []H σ=N Hmin Hlim
Z S σ
式中：接触疲劳极限Hlim σ查图6-4 Hlim4σ=21500N/mm
Hlim8σ=21500N/mm
应力循环次数N 由式6-7
h njL N 60=
其中：n ——齿轮转速；
j ——齿轮每转一圈同一齿面的啮合次数；
h L ——齿轮的工作寿命；
10300101858.38604?????=N 94101.545?=N 50
.110545.19
248?==i N N 98101.058?=N 接触强度寿命系数N Z 查图6-5 N4Z =N8Z =1
接触强度最小安全系数 Hmin S 通常为1~1.5 3.1Hmin =S
则 []H σ=1500×1/1.3 []2H 1153.8N/m m =σ
许用弯曲应力 []F σ=X N Fmin Flim
Y Y S σ
弯曲疲劳极限Flim σ 查图6-7 2Flim 500N/mm =σ
弯曲强度寿命极限N Y 查图6-8 N8N4Y Y ==1
弯曲强度尺寸系数X Y 查图6-9 8X4X Y Y ==0.98
弯曲强度最小安全系数Fmin S Fmin S =1.4
则 []4.10.98/1500F ??=σ []2F 350N/mm =σ
（2）按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮精度等级 3/)022.0~013.0(n P n v t =
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/fc14923677.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
2.1.2 各部件的结构型式的确定 2.1.2.1 切割机构 (3)行星减速器 主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。 第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。 图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构 Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. 2.2.4 截割机构技术参数的初步确定 2.2.4.3 电动机的选择 根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm
表2-2电动机的基本参数[13] 功率/kW 效率η/% 功率因数 /cos?堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩冷却水流 量/31 m h- ? 额定转矩额定电流额定转矩额定转矩 200 92 0.85 2.0 6.5 1.2 2.6 1.3
3悬臂式掘进机截割机构方案设计 3.1截割部的组成 掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。因此，工作部的设计是掘进机设计的关键。 1 截割头 2 伸缩部 3 截割减速机 4 截割电机 图3-1 纵轴式截割部 ?3.2 截割部电机及传动系统的选择 切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。电机动力经传动系统传向截割头进行截割，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。 3.5 传动方案设计 悬臂式掘进机的传动方式为电机输出轴通过联轴器将转矩传递给减速器的输入轴，减速器输出轴通过联轴器将转矩传递给主轴，主轴带动截割头转动。
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)
文件编号：TP-AR-L1904 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：_______________ 更换采煤机右截割电机安全技术措施正式样本
更换采煤机右截割电机安全技术措 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。 1603工作面采煤机在生产过程中右摇臂截割电 机出现异常，需进行更换到地面检修，为保证施工期 间施工人员的人身安全及设备安装质量，特编制本措 施。 一、施工前的准备： 1．准备好更换电机工作所需要的工具及材料，1 个2T葫芦、2个3T葫芦、扳手一套、一张2米长的 皮带。 2．在机尾处打2个起吊点，作为电机装车、缷 车起吊用，用2.2m的锚杆，每根锚杆使用3卷树脂
锚固剂，锚固深度不低于1.5m。 3．将采煤机牵到工作面机尾处，造好机窝，把运输机开空后。班长安排专职电工对采煤机、运输机开关停电闭锁，并挂上“有人工作，禁止合闸”安全警示牌，安排专人看管开关，防止误送电伤人事故发生。 4．施工前把煤机隔离刀闸打到零位，再将离合器手把拉至断开位置。 5．由地面后勤将新电机装入矿车并下井，由运搬工区将其运到三中场下平台，再由综采工区井下运料人员用无极绳运至尾轮。再用3T葫芦将电机吊起放到准备好的2米皮带上，用3T葫芦托运到运输机机尾。 二、施工步骤： 1．将采煤机牵至机尾，造好机窝。
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
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
摘要 随着煤炭行业机械化程度的加快，煤炭行业以前只是重视采煤的机械化，大多数的煤炭行业很少有在掘进方面有较大的投入和研究，这样就造成了采掘速度远远大于开拓速度，此时怎样来提高出煤量，开拓的机械化就显得极其重要了。作为我国主要能源的煤炭资源在开采上日趋机械化的同时，迫切需要拥有先进的掘进机械，掘进机的研制成功标志着我国的煤炭行业已达到世界的先进水平。 掘进机截割机构是掘进机的主要组成部分，按照掘进机截割部的总体、动力部分、传动部分以及执行部分的设计思路进行掘进机截割部的设计。在设计时，动力部分做选型计算，传动部分的行星减速机构做具体的设计计算和校核，执行部分只对执行元件进行设计计算和校核。设计对于提高和改进掘进机工作性能，发展我国大口径全断面掘进机产业以及进一步提高我国的盾构研发能力、改善研发条件具有重大战略意义。 关键词：掘进机; 截割臂; 行星减速器
Abstract With the accelerating of coal industry, the degree of mechanization mining coal industry is the importance before, the most mechanized excavating in coal industry has rarely have large investment and research, thus causing the mining speed than develop, how to improve the speed of coal, development of a mechanized appears very important. As our main source of energy in the exploitation of coal resources in the increasingly urgent need, mechanized excavating the advanced mechanical, swinging the successful development of the coal industry, China has reached the advanced world level. Determing cutting mechanism is the main component, the product in accordance with the overall determing cutting parts, power transmission part and the part, the part of the design thought for the design of determing cutting. In the design, selection of part, transmission parts of planetary gearhead institutions do specific design calculation and test execution part only, design calculation of actuators and checking. Design for improvement in China, the development work performance swinging big caliber, whole section roadheader industry and further enhance our shield developing capability, improve development condition with the strategic significance. Key words：roadheader ; cutting arm ; planetary-gear drive
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
滚筒采煤机截割部的设计 1 引言 煤是重要的能源物质，在我国有着很大的储量。采煤一直以来都被人们看作一 项非常危险的事情。在以前国内有很多小型煤窑，由于规模小，技术落后，大部分 都是靠人工进行挖煤、运输煤。因此经常出现各种事故，而且大量浪费了资源。大 型的采煤机械的出现使这一现象得到了改观。采煤机作为采煤的主要工具是实现煤 矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全 性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。 因此国内外采煤机的设计、改进一直都在以较快的速度向前发展。 最早的滚筒采煤机出现在英国，它是把截煤机的减速箱部分改成允许安装一根 横轴和截割滚筒。由于其水平轴截割滚筒的设计优于截煤机，因此其改进型比刨煤 机更适宜英国开采条件，但在 20 世纪 50 年代这种采煤机并非是唯一应用的采煤设 备。另外有一种有竞争的采煤机是钻削式采煤机。这种采煤机配有一个按螺钻原理 设计的主截割部，其应用范围主要局限与薄煤层。 滚筒采煤机经过多次改进设计而得到不断的发展。最早设计的滚筒采煤机仅能 单向采煤，输送机和液压支架在向前推移之前，留在轨道上采出的煤在回空段被装 载。后来又研发了双向采煤的滚筒采煤机。然而由于这种采煤机受到调向的限制， 加之固定滚筒缺乏自由性，因此摇臂滚筒采煤机应运而生。 20世纪60年代末，久益公司生产出10CM、11CM 系列的连续采煤机，它是现代这 种机型的雏形。到70年代末，在11CM型基础上又生产出12CM系列连续采煤机。经过 对12CM系列连续采煤机的不断改进、完善和提高，生产出适用于开采中硬煤层的 12CM12—10B、12CM18—10D和B型机，以及适用于特别坚硬煤层的12HM31C型和B型机 (神东常用12CM12—10B、12CM18—10D)。80年代后期至今连续采煤机在采煤业中得 到了广泛的应用，并且得到了长足的发展。我国对这种连续型采煤机的应用始于70 年代中期。那时主要靠引进外国的产品，80年代以前主要是引进单机。随着国内采 煤机技术的发展到了90年代变成以配套引进为主。目前国内在采煤机研发和设计方 面和国外有很大的差距。煤炭科学研究总院太原分院早在1990年就开始进行连续采 煤机的研究，曾完成了轻型连续采煤机的设计、引进设备的国产化大修等工作。煤 炭科学研究总院上海分院也承担了一些项目。尽管国内各大科研院所、生产厂家、 煤矿企业曾开展过规模不等的连续采煤机等技术的国产化研究， 但均存在一些问题， 仍没有真正在煤矿上见到国产连采机的新产品。
采煤机的功率是如何确定的？ 根据设计年产量M 计算设计生产力Q →采用单位生产力所消耗的能量的方法来计算截割功率→根据截割功率以及截割比能耗计算装机总功率)..(P j 3214060K K K H Q x w j +?=η 截割部是如何密封的？ 高速轴油封选用最合适密封材料、结构、提高其使用寿命； 摇壁回转轴承用油脂 (2＃ 锂基脂) 润滑并用油封把它与固定箱油池隔开； 对低速轴 (如滚筒轴、行走轮轴等) 改用端面浮动油封。通过 O 型密封圈弹性变形产生端比压。使浮动环靠紧并传递扭矩，补偿磨损。该油封对振动、冲击及轴向、径向偏斜不敏感，特别适用于低速 (2ｍ/ s 以下) 、有煤粉泥浆条件下密封 齿轮材料机械性能有哪些要求？？材料如何选择？ 齿轮材料的基本要求: 1、齿面要硬，齿芯要韧，以防止齿面的各种失效 2、易于加工及热处理 3、在交变荷载和冲击荷载下有足够的弯曲强度 速度较高的齿轮传动，齿面容易产生疲劳点蚀，应选择齿面硬度较高而硬层较厚的材料；有冲击载荷的齿轮传动，轮齿容易折断，应选择韧性较好的材料；低速重载的齿轮传动，轮齿容易折断，齿面易磨损，应选择机械强度大，齿面硬度高的材料。 中厚煤层对该设计体现在哪些方面？？ 根据自己的型号回答 摇臂的输出轴与滚筒连接方式及其特点？ 滚筒的连接方式采用方形法兰机构，利用方形法兰机构把截割滚筒安装在摇臂的输出轴上。并用螺栓进行轴向固定，以防止滚筒割煤过程中产生的轴向移动。螺栓安装好后，必须用铁丝串接降松。 摇臂的壳体结构设计？ 零件图的材料标注？ 传动冷却方法？ 滚筒的设计与绘制？ 轴承的选择与定位？ 1. 根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙； 2. 根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命； 3. 验算所选轴承的额定载荷和极限转速。 选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。 一般情况下：对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承，对高速应用场合通常使用球轴承，承受重的径向载荷时，则选用滚子轴承。 锁紧螺母定位法，隔套定位法，阶梯轴套定位，固定端盖定位法 零件图的标注？ 完整的尺寸，技术要求，标题栏 刮板机的工作过程？自己看着说
摘要 滚筒采煤机是煤炭采掘的重要设备。是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。因此，它对提高煤的采掘效率有着重要的影响。目前，采煤机的设计技术已经发展的相当完善，但是在国内采煤机技术和国外相比依然还比较落后。 本次设计在吸取了前人经验的基础上设计了大功率，适合于中厚煤层的采煤机。对于采煤机的截割部进行了革新设计，采用强力耐磨型滚筒对称布置，提高了割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。机械传动系统采用直齿圆柱齿轮和行星轮传动动。故传动效率高，容易安装和维护，分别用两台250KW的电动机驱动两截割部。截割部电机容量调整范围宽，其调整范围为150～300Kw，通过调整截割电机容量，可实现一机多型。截割部采用四行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。本次设计的采煤机采煤效率高，生产可随不同的煤质的变化生产不同的机型，市场适应性强。 关键词：采煤机、强力耐磨滚筒、截割部、弯摇臂、传动系统
Abstract Sheare is an important equipment for excavation. It is one of the important facilities for the mechanization and modernization of coal-mining production. Hence it has important effects on the improvement of excavation efficiency. Presently the design technologies of sheares have developed relatively perfect. When comparing with abroad, however, the technology of this area is still behindhand. Basing on assimilating the experience of people has worked in this area, this design, schemes out High-power sheare which is suitable for medium thickness seam. It does innovatory design on the cutting unit of shears by resorting to disposal symmetry of Mightiness Worn Roller, which improves the cutting effect and longevity. At the same time it reduces the wastage of truncation straight and customers’ cost. As to Machine driven system, its transmission resorts to spur gear and planetary wheel. Hence the transmission efficiency is improved and its installation and maintenance are easier. Two of the departments of crop are driven by two separate 250kw- electromotors. The modulation range of electromotors’ capacity in the departments of crop is large, which is ranging from 150kw to 300kw. Through the modulation of the electromotors’capacity, the one machine-multi-type style can be carried out. The departments of crop resort to globe certificate floating structure, whose carrying capacity is large and reducing the structure measure. The applications of ply rockerarm increase the coal’s transit space and improve the coal’s load effect. The bottom taking quantity is large. This design of sheare has the features as follows: The excavation efficiency is high; the production of types can be different according to different coal quality. The adaptability in marketing is strong. Key Words: Sheare; Mightiness Worn Roller; cutting unit; ply rockerarm ; transition system
各部件的结构型式的确定 2.1.2.1 切割机构 (3)行星减速器 主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。 第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。 图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构
EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. 截割机构技术参数的初步确定 电动机的选择 根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm 表 2-2电动机的基本参数[13] 功率/kW效率η/% 功率因数 /cos?堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩 冷却水流 量/31 m h- ? 额定转矩额定电流额定转矩额定转矩 20092
3悬臂式掘进机截割机构方案设计 截割部的组成 掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。因此，工作部的设计是掘进机设计的关键。 1 截割头 2 伸缩部 3 截割减速机 4 截割电机 图3-1 纵轴式截割部 ? 截割部电机及传动系统的选择 切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。电机动力经传动系统传向截割头进行截割，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。