礦山機電畢業(yè)論文---采煤機截割部的設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　MG160/380-WDK型交流電牽引采煤機，采用多點擊驅動、橫向布置的新型電牽引采煤機，總裝機功率380KW，截割功率2×160KW，牽引功率2×22KW，采用機載交流變頻技術調速、銷軌式牽引，適用于1.4~3.15m，煤層傾角≦25°，煤質中硬或是硬的綜采工作面。</p><

2、p>　　本說明書主要介紹了采煤機截割部的設計計算。MG160/380-WDK型采煤機截割部主要是由一個減速箱和四級齒輪傳動組成，截割部電機放在搖臂內(nèi)橫向布置，電動機輸出的動力經(jīng)由三級直齒圓拄齒輪和行星輪系的傳動，最后驅動滾筒旋轉。截割部采用四行星單浮動結構，減小了結構尺寸，采用大角度彎搖臂設計，加大了過煤空間，提高了裝煤效果。</p><p>　　在設計過程中，對截割部的軸、傳動齒輪、軸承和聯(lián)接用的花鍵等部

3、件進行了設計計算、強度校核和選用。本說明書主要針對主要部件的設計計算和強度校核進行了敘述和介紹。</p><p>　　此外，還對MG160/380-WDK采煤機的使用與維護進行了說明，以便能更好的發(fā)揮該采煤機的性能，達到最佳工作效果</p><p>　　關鍵詞：采煤機；截割部；減速箱；行星輪系；傳動齒輪；設計</p><p><b>　　目 錄&l

4、t;/b></p><p><b>　　一、 概述1</b></p><p>　?。ㄒ唬?采煤機發(fā)展的歷史1</p><p>　?。ǘ┪覈擅簷C30多年的發(fā)展進程2</p><p>　?。ㄈ?采煤機的發(fā)展趨勢4</p><p>　　（四） 采煤機的類型及主要組成6</p

5、><p>　　二 、總體方案的確定8</p><p>　　（一）MG400/900-3.3D型采煤機簡介8</p><p>　?。ǘu臂結構設計方案的確定9</p><p>　　（三） 截割部電動機的選擇9</p><p>　?。ㄋ模﹤鲃臃桨傅拇_定9</p><p>　　三、傳動系統(tǒng)的設

6、計12</p><p>　　（一）各級傳動轉速、功率、轉矩的確定12</p><p>　?。ǘX輪設計及強度效核：13</p><p>　?。ㄈ≥S的設計及強度效核24</p><p>　?。ㄋ模┙馗畈啃行菣C構的設計計算31</p><p>　　（五）軸承的壽命校核53</p><p

7、>　?。?花鍵的強度校核54</p><p>　　四、采煤機的使用與維護56</p><p>　　（一）采煤機使用過程中常見故障與處理56</p><p>　?。ǘ┐蠊β什擅簷C截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法57</p><p>　?。ㄈ┎擅簷C軸承的維護及漏油的防治58</p><p>　　（四）煤

8、礦機械傳動齒輪失效的改進途徑60</p><p>　?。ㄎ澹┯昌X面齒輪的疲勞失效及對策64</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　振興煤炭行業(yè)，煤機要先行。我國作為世界第一的產(chǎn)煤大國，對高性能的煤機有著巨大的需求。然而我國的煤炭裝備制造工廠沒有技術研發(fā)中心，企業(yè)規(guī)模小而分散，制造工藝落后，缺乏產(chǎn)業(yè)巨頭的支持。同時由

9、于煤礦行業(yè)的特殊性，對煤機的耐熱、耐腐蝕、防爆、抗沖擊載荷的性能要求較高。行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀人才較為稀缺。等等原因造成我國的煤機行業(yè)較為落后。盡管煤炭作為能源被石油大規(guī)模替代已經(jīng)過了100多年，但當石油出現(xiàn)問題時，其還是最直接的替代能源。近年來世界原油價格的飆升帶動國際煤炭價格的上漲，而國際煤炭價格的上漲則會推高國內(nèi)的煤炭價格的上漲，煤炭行業(yè)的景氣程度會與日俱升。</p><p>　　G300/700-WD型采煤機適用于

10、1.6-3.3m中煤層的開采。它采用了當今國內(nèi)外的一些比較先進的技術，例如變頻技術、機載操作站操作等。這款采煤機的的設計生產(chǎn)和使用，能大大的提高采煤的效率，對降低工人工作的強度，提高年產(chǎn)量都有很大的幫助。采煤機截割部主要由箱體、原動機、輸出軸、減速部分、除塵及冷卻系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)等組成，采煤機截割部減速器主要是由固定減速器和搖臂行星減速器兩部分組成，截割部承擔截煤和裝煤任務，是采煤機的主要部件之一，通過對截割部設計的完善，從總體上提高了我

11、國對中煤層的開采效率</p><p>　　1.1國外采煤機的發(fā)展歷史</p><p>　　在20世紀70年代初期，國外部分廠商開始在煤礦機械上使用電氣調速技術，用于改進采機械設備的牽引方式。美國JOY公司研制成功了1LS多電機橫向布置直流電牽引采煤機，此后又陸續(xù)研制了2LS-6LS等型多電機橫向布置電牽引采煤機。7LS5采煤機總功率1940kW,牽引速度30m/min,采用JOY Ultr

12、atrac2000 型強力銷軌無鏈牽引系統(tǒng),加大銷軌節(jié)距和寬度,并采用鍛造銷排,裝備了與6LS5型通用的JNA機載計算機信息中心,具有人機通訊界面、故障診斷圖形顯示和儲存、無線電遙控、牽引控制和保護等功能。</p><p>　　德國Eickhoff公司于1976 年研制成功直流電牽引采煤機,并基本停止了液壓牽引采煤機的研發(fā),此后又陸續(xù)開發(fā)了多種形式電牽引采煤機。20世紀90年代開發(fā)的SL系列橫向布置交流電牽引采煤

13、機,將截割電機布置在搖臂上。其中SL500型電牽引采煤機裝機功率達1 815 kW,最大牽引力869 kN;SL300型電牽引采煤機總裝機功率1138 kW,采用雙變頻器一拖一系統(tǒng),最大牽引速度達36.7 m /min;SL1000型采煤機裝機功率達2600 kW,牽引力1003kN?？刂葡到y(tǒng)具有交互式人機對話、設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預報、在線控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?lt;/p><p>　　英國long - Airdox

14、公司于1984年研制成功第1臺將截割電機布置在搖臂上的多電機橫向布置Electra55V型直流電牽引采煤機,在此基礎上又開發(fā)出功率更大的Electra1000型直流電牽引采煤機。20世紀90年代,在Electra系列機型基礎上,進一步加大功率,改進控制系統(tǒng),開發(fā)了EL系列交流電牽引采煤機, 主要機型EL600、EL1000、EL2000、EL3000型。在EL系列機型上裝置的Impact集成保護及監(jiān)控系統(tǒng)具有負荷控制、機器監(jiān)控、采煤機自

15、動定位、自動調高、區(qū)域控制、智能化安全聯(lián)鎖、隨機故障診斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?</p><p>　　日本三井三池制作所1987年后陸續(xù)研制成功多種截割電機縱向布置的MCLE - DR系列交流電牽引采煤機,近幾年又開發(fā)了截割電機橫向布置的多電機交流電牽引采煤機。采煤機裝有微機工況監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng),可數(shù)字顯示牽引速度、滾筒位置、留頂?shù)酌汉穸?、電機負載及各處溫度,具有無線遙控裝置,并可加裝紅外線發(fā)射器操縱采煤機。

16、</p><p>　　波蘭在與中國合作研制成功KSE-344型薄煤層交流電牽引采煤機的基礎上，陸續(xù)開發(fā)了KSE-360、KSE-700、KSE-800RW/2BP、KSE-535S、KSE1000型等交流電牽引采煤機。采煤機截深有630mm提高到800~1000mm。</p><p>　　前蘇聯(lián)20世紀70年代研制出K128Ⅱ直流電牽引采煤機后，又相繼研制成功多種直流電牽引采煤機。90年代

17、開發(fā)了K-88型等交流電牽引采煤機?？傮w來看，俄羅斯的電牽引采煤機功率較小，直流牽引，性能參數(shù)較低。 </p><p>　　1.2我國采煤機的發(fā)展歷史</p><p>　　從上世紀八十年代開始，我國進入了采煤機發(fā)展的興旺時期，在 廣泛吸取國外先進技術的同時，不斷的實踐創(chuàng)新，銳意進取，重視采煤機成系列的開發(fā)，不斷礦大使用范圍，同時推廣使用無連牽引，是采煤機工作更平穩(wěn)，使用更更安全。在九十年

18、代，電牽引技術逐漸成熟，多電機驅動橫向布置的總體結構成為電牽引采煤機發(fā)展的主流，為提高生產(chǎn)效率立下了汗馬功勞。</p><p>　　隨著科技的進步，開發(fā)高產(chǎn)高效礦井綜合配套設備已成為我國煤炭科技發(fā)展的主流：大功率、大截深電牽引采煤機被廣泛的開發(fā)和使用，一些世界前沿的先進技術也被用到了采煤機的開發(fā)應用中，如變頻技術，遠程監(jiān)控、無線遙控等等，為更好的服務我國煤礦事業(yè)奠定了堅實的基礎。</p><p

19、>　　1991年 ，煤炭科學總院上海分院與波蘭合作，在國內(nèi)率先研制成功了我國第一臺交流變頻調速技術的薄煤層爬底板采煤機后，上海分院又先后研制成功了截割電機縱向布置的交流電牽引采煤機、截割電機橫向布置的適用于中厚和較薄煤層的交流電牽引采煤機，并成功應用于晉城、淮南、徐州、大同等礦務局。</p><p>　　到目前為止，國內(nèi)采煤機生產(chǎn)廠家均對交流電牽引采煤機進行了大量的研究開發(fā)。上海分院研制的MG系列電牽引采煤

20、機已形成9大系列共幾十個品種，現(xiàn)正在開發(fā)裝機功率達1800kw的交流電牽引采煤機；太原礦上機器廠與上海分院合作，將AM500液壓牽引采煤機改造成MG375/830-WD型交流電牽引采煤機后，又與兗州礦業(yè)集團合作，研制成功了MGTY400/-3.3D型交流電牽引采煤機；雞西煤機廠與上海分院合作將MG2×300-W型液壓牽引采煤機改造MG300/360-WD型交流電牽引采煤機后，又開發(fā)了MG200/463型、MG400/985型交

21、流電牽引采煤機；遼源煤機廠與邢臺礦業(yè)集團合作研制成功了我國首臺應用電磁轉差離合器調速技術的MG668-WD型電牽引采煤機；無錫采煤機廠與中紡機電研究所合作，開發(fā)研制成功了國內(nèi)首臺應用開關磁阻電機調速技術的MG200/500-CD型電牽引采煤機。</p><p>　　采煤機發(fā)展到現(xiàn)在，隨著各項技術的掌握，我國將在以下方面進行攻關研究，力爭趕上世界先進水平：</p><p>　　大功率、大截深

22、電牽引采煤機的進一步研究；</p><p>　　大功率采煤機的工況監(jiān)制。故障診斷于控制系統(tǒng)的研究；</p><p>　　為最大限度的利用我國能源，著力研制發(fā)展薄煤層采掘機；</p><p>　　應用高新技術，嚴格管理，提高可靠性.</p><p>　　在電牽引采煤機的研制領域，我國雖然取得了一些客觀的成績，但與目前與國外先進的采煤機相比，再總

23、體參數(shù)性能方面尚有較大差距，某些關鍵部件的性能、功能、適用范圍還亟待完善和提高，尤其是線監(jiān)控、故障診斷及預報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術和機械部件的可靠性、壽命與國外的相比差距很大，此外，我國在采煤機的機械結構參數(shù)設計、加工制造和材質性能上與國外先進水平也有較大的差距。因此，為提高產(chǎn)品質量，采煤機的機械傳動系統(tǒng)理論設計尚需加大研究力度。</p><p>　　1.3 采煤機的發(fā)展趨勢</p

24、><p>　　80年代以來，滾筒式采煤機在結構、性能參數(shù)、可靠性和易維修性上都有很大的改進。歸結起來，滾筒式采煤機有以下特征和發(fā)展趨勢：</p><p><b>　　1）增大功率和能力</b></p><p>　　為了適應綜采工作面高產(chǎn)、高效和在不同地質條件下快速截割煤巖的需要，不論厚、中厚和薄煤層的采煤機均在不斷增大裝機功率和生產(chǎn)能力。</

25、p><p>　　2）電牽引采煤機已成為主導機型</p><p>　　目前電牽引采煤機已成為德國、英國、美國、日本和法國等主要生產(chǎn)國的主導機型。</p><p>　　3）增大牽引速度和牽引力，并改進無鏈牽引機構</p><p>　　為了適應綜采高產(chǎn)高效的要求，近代采煤機的牽引速度和牽引力都有較大的增大。</p><p>　　

26、4）機器的結構布置有新的發(fā)展</p><p>　　近年來不斷發(fā)展和研制出了多機橫向布置、部件可側面拉裝的整機箱式機身、縱向布置采煤機的牽引部和截割部合為一個部件、破碎機采用單獨電動機傳動、改進擋煤板傳動裝置、無底托架或不用整體底托架等新的結構布置方式。</p><p>　　5）截割滾筒的革新和改進</p><p>　　截割滾筒的改進是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤

27、率和提高壽命等目標進行的其主要改進有增大截深、采用強力截齒、增大塊煤率和減少煤塵生成、滾筒設計CAD、高壓水射流噴霧降塵和助切、加固滾筒結構等方面。</p><p>　　6）擴大采煤機的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機型</p><p>　　薄煤層、厚煤層、硬粘并有夾矸煤層、大傾角、破碎頂板等難采煤層的機型的發(fā)展有，開發(fā)出了薄煤層、厚煤層、大傾角、短機身、窄機身等機型。</p>

28、<p>　　7）提高采區(qū)工作電壓</p><p>　　80年代以前，各國采區(qū)工作面設備電壓多為1000V左右。隨著綜采設備向大功率發(fā)展，目前采煤機最大功率達1220kW，截割電機最大功率達6000kW，刮板輸送機最大功率達1125kW，驅動電機最大功率達525 kW，加上工作面長度的不斷增長，所以必須提高采區(qū)的供電電壓，目前各國生產(chǎn)的大功率采煤機，其供電電壓一般為2300、3300、4160和500

29、0V等幾檔。</p><p>　　8）采用微電子技術，實現(xiàn)機電液一體化的采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制</p><p>　　現(xiàn)代采煤機均裝有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)測、故障診斷和自動控制，這是代表采煤機水平的重要標志?，F(xiàn)代采煤機的微處理系統(tǒng)除了工況監(jiān)測，還可以對其采集信息進行分析處理，再輸出顯示、存儲、控制和傳輸?shù)?，以實現(xiàn)檢測、預警、保護、健康診斷、事故查詢、維修指導

30、和調度分析等多種功能。</p><p>　　9）貫徹標準化、系列化和通用化原則，加速開發(fā)適合不同地質條件的新機型</p><p>　　目前各主要采煤機生產(chǎn)廠家都十分重視三化原則，將采煤機各主要部件</p><p>　?。ㄈ珉妱訖C、截割部固定減速箱、搖臂、滾筒、牽引部、截牽箱、行走箱、牽引機構等）制定標準，作為適合不同條件的通用部件，各部件間的連接尺寸一致。這樣，就可

31、以根據(jù)不同的地質條件的要求，很容易用積木式方法將各部件組合成新機型，以擴大采煤機的系列和加速研制過程。</p><p>　　10）提高采煤機的可靠性和壽命，提高易維修性，縮短井下更換部件時間，延長大修周期，提高機器的使用率和開機率。</p><p>　　1.4采煤機的分類和組成</p><p>　　采煤機有不同的分類方法，一般我們按照工作機構的形式進行分類，可分為：

32、滾筒式、鉆削式和鏈式采煤機；現(xiàn)在我們所說的采煤機主要是指滾筒采煤機，這種采煤機適用范圍廣，可靠性高，效率高，所以現(xiàn)在使用很廣泛。</p><p>　　滾筒采煤機的組成如圖1-1 所示。采煤機于刮板輸送機配套如圖1-2圖所示。</p><p>　　⑴采煤機組要組成：左、右截割滾筒，左、右行走減速箱，左、右行走箱，電器控制箱，變頻調速箱，中間框架，托纜裝置及噴霧冷卻系統(tǒng)等組成。</p&g

33、t;<p>　?、平馗畈浚航馗铍妱訖C橫向布置在搖臂上單獨驅動，經(jīng)搖臂減速箱三級直齒、以及行星傳動減速后，通過方形出軸與截割滾筒連接，驅動截割滾筒旋轉，實現(xiàn)割煤、落煤、裝煤。</p><p>　?、菭恳浚簝膳_行走電機橫向布置在左右行走箱內(nèi)實現(xiàn)雙牽引，經(jīng)行星減速器的減速后，帶動左右行走箱體中的小齒輪輪回轉，經(jīng)一級直齒減速后，驅動行走輪和銷軌嚙合，使采煤機沿工作面刮板輸送機正或是飯方向移動，牽引多采用交

34、流變頻調速、齒輪-銷軌式牽引系統(tǒng)。</p><p>　　⑷電控箱（礦用隔爆兼本安型）：該電控箱為獨立隔爆箱體，可以從采空側抽出。電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）控制，具有瓦斯報警裝置。各項保護和顯示功能齊全，并配備中文液晶顯示屏，實時顯示采煤機的工況參數(shù)。</p><p>　　⑸變頻調速箱（礦用隔爆型交流變頻）：該變頻調速箱為獨立隔爆箱體，由三個腔體組成，變壓器腔、變頻器腔和接線腔。

35、大蓋板上設有電控按鈕和顯示窗，箱體上設有冷卻水通道。</p><p>　?、手危河刹擅簷C煤壁側的兩個滑靴和采空側的兩個導向滑靴分別支承在工作面刮板機的槽幫和銷軌上。</p><p>　?、苏{高：主要由調高電機、調高泵、粗過濾器、手液動換向閥、集成塊閥和油箱等組成。各部分均可以從中間框架的采空側抽出，維修方便。</p><p>　　⑻噴霧冷卻系統(tǒng)：主要由接頭、水封、

36、泄露環(huán)、軸承裝置、外殼、不銹鋼水管、O形圈、定位銷、管座、高壓軟管、鉸接體、交接螺釘?shù)冉M成。</p><p>　　圖1-1 MG160/380-WDK型電牽引采煤機 </p><p>　　1.采煤機2.刮板輸送機3.液壓支架</p><p>　　圖1-2 三機配合圖</p><p><b>　　總體方案的確定</b>

37、</p><p>　?。ㄒ唬㎝G160/380-WDK型采煤機簡介</p><p>　　MG160/380-WDK型機載交流電牽引采煤機，該機裝機功率380KW，截割功率2×160KW,牽引功率2×22KW。該采煤機使用的電氣控制箱符合礦用電氣設備防爆規(guī)程的要求，可在有瓦斯或煤層爆炸危險的礦井中使用，并可在海拔不超過2000m、周圍介質溫度不超過＋40℃或低于－10℃、

38、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導電塵埃的情況下使用。</p><p><b>　　（二）主要技術參數(shù)</b></p><p><b>　　具體技術參數(shù)如下：</b></p><p>　　（三）采煤機截割部傳動系統(tǒng)概述</p><p>　　截割機構是采煤機的工作機構，在采煤過程中完成實現(xiàn)割煤、落煤、裝煤

39、、噴霧等作業(yè)。截割機構主要由截割電動機、搖臂減速箱、截割滾筒等組成，截割機構并設有冷卻系統(tǒng)、內(nèi)噴霧系統(tǒng)、離合器等裝置。</p><p>　　截割電動機橫向直接安裝在搖臂減速箱內(nèi)，與傳統(tǒng)的縱向布置的采煤機相比，沒有固定減速箱、搖臂回轉套、螺旋錐齒輪等結構，傳動效率高，結構簡單、緊湊。</p><p>　　兩個搖臂，分別用階梯軸同左右行走減速箱鉸接。同時通過搖臂回轉腿上的Φ90孔用圓柱銷與安裝

40、在減速箱上的調高油缸鉸接，通過調高油缸的伸縮，實現(xiàn)左右滾筒的升降。</p><p>　　截割機構由如下特點：</p><p>　　1.搖臂回轉處采用鉸接軸結構，與機身沒有機械傳動，回轉部分的磨損與搖臂內(nèi)的齒輪嚙合無關，提高傳動精度；</p><p>　　2.搖臂齒輪減速都采用直齒傳動，傳動效率高；</p><p>　　3.截割電動機和搖臂一軸

41、主動輪之間，采用細長肉想扭矩軸聯(lián)結，電動機和搖臂主動軸齒輪位置的少量誤差，也不影響動力傳遞，便于安裝；在截割滾筒受到較大的沖擊載荷</p><p>　　時對機械傳動系統(tǒng)的齒輪和軸承起到緩沖的作用，提高可靠性；</p><p>　　4.高速軸油封尺寸小，線速度大大降低，提高了油封的可靠性和使用壽命；</p><p>　　5.搖臂采用彎搖臂形式，相對直搖臂結構可以加大裝

42、煤口，提高裝煤率，增加塊煤率。搖臂外殼上、下由冷卻水套，以降低搖臂內(nèi)油池的溫度。輸出端采用410×410mm方形出軸與滾筒聯(lián)結，滾筒采用三頭螺旋葉片，其直徑可根據(jù)煤層厚度在Φ1.5~Φ1.8m內(nèi)選擇，輸出轉速可根據(jù)不同直徑滾筒的線速度要求和煤質硬度，在三檔速度內(nèi)選擇.</p><p>　　截割電動機的輸出軸是帶有內(nèi)花鍵的空心軸，通過細長的柔性扭矩軸與一軸齒輪Z1相連。電動機輸出轉矩通過齒Z1,Z2,Z3

43、,Z4,Z5,Z6,Z7,Z8,Z9</p><p>　　傳到行星減速器，最后由行星減速器的行星架輸出，將動力傳給截割滾筒。</p><p>　　左、右搖臂減速箱傳動方式相同，傳動元件全部通用。</p><p>　?。ㄋ模┎擅簷C牽引部概述</p><p>　　行走機構由機械傳動系統(tǒng)和變頻調速系統(tǒng)組成。</p><p>

44、　　表2-1行走機構牽引特征表</p><p><b>　?。ㄎ澹╇姍C的選擇</b></p><p><b>　　⑴截割電動機的選擇</b></p><p>　　由設計要求知，截割部功率為300×2KW，即每個截割部功率為300KW。根據(jù)礦下電機的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險的含煤塵

45、和瓦斯的空氣中絕對安全;而且電機工作要可靠，啟動轉矩大，過載能力強，效率高。據(jù)此選擇由撫順廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動機YBC3─300,其主要參數(shù)如下：</p><p>　　額定功率：160KW； 額定電壓：1140V</p><p>　　額定電流：98A; 額定轉速：1475P/m</p><p>　　額定頻率：50HZ; 絕

46、緣等級： H</p><p>　　接線方式：Y 工作方式：S1</p><p>　　質量： 1502KG 冷卻方式：外殼水冷</p><p>　　螺孔： 19-φ18 輸出軸： EXT21Z×3m ×30P </p><p>　　該電機總體呈圓形, 其電動機輸出軸

47、上，帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給搖臂的齒輪減速機構。</p><p><b>　?、茽恳妱訖C的選擇</b></p><p>　　由設計要求知，截割部功率為22×2KW，即每個截割部功率為40KW。根據(jù)礦下電機的具體工作情況，要有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對安全;而且電機工作要可靠，啟動轉矩大，過載能

48、力強，效率高。據(jù)此選擇由撫順廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動機YBCS4─40B,其主要參數(shù)如下：</p><p>　　額定功率：22KW； 額定電壓：380V</p><p>　　額定電流：44A; 額定轉速：1472P/m</p><p>　　額定頻率：50HZ; 絕緣等級： H</p><p>　　接線方

49、式：Y 工作方式：S1</p><p>　　質量： 802KG 冷卻方式：外殼水冷</p><p>　　螺孔： 4-φ18 輸出軸： EXT17Z×2.5m ×30P </p><p>　　該電機總體呈圓形, 其電動機輸出軸上，帶有漸開線花鍵，通過該花鍵電機將輸出的動力傳遞給搖臂的齒輪減

50、速機構。</p><p>　　2.6截割部總體傳動方案的確定</p><p>　　2.6.1 傳動比的確定 </p><p>　　滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉速和直徑計算而的，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉速出現(xiàn)低速化的趨勢。滾筒轉速對滾筒截割和裝載過程

51、影響都很大；但對粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉速。</p><p><b>　　總傳動比</b></p><p>　　——電動機轉速 r/min</p><p>　　——滾筒轉速 r/min</p><p>　　2.6.2 傳動比的分配</p><p>　　

52、在進行多級傳動系統(tǒng)總體設計時，傳動比分配是一個重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結構、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統(tǒng)傳動比的確定有如下原則：</p><p>　　1．各級傳動的傳動比一般應在常用值范圍內(nèi)，不應超過所允許的最大值，以符合其傳動形式的工作特點，使減速器獲得最小外形。</p><p>　　2.各級傳動間應做到尺寸協(xié)調、結構勻稱；各傳動件彼

53、此間不應發(fā)生干涉碰撞；所有傳動零件應便于安裝。</p><p>　　3．使各級傳動的承載能力接近相等，即要達到等強度。</p><p>　　4．使各級傳動中的大齒輪進入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。</p><p>　　由于采煤機在工作過程中常有過載和沖擊載荷，維修比較困難，空間限制又比較嚴格，故對行星齒輪減速裝置提出了很高要求。因此，這里先確定行星減速機

54、構的傳動比。</p><p>　　本次設計采用NWG型行星減速裝置，其原理如圖所示：</p><p>　　該行星齒輪傳動機構主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪g、行星架x等組成。傳動時，內(nèi)齒圈b固定不動，太陽輪a為主動輪，行星架x上的行星輪g—面繞自身的軸線ox—ox轉動，從而驅動行星架x回轉，實現(xiàn)減速。運轉中，軸線ox—ox是轉動的。</p><p>　　這種型號的

55、行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結構簡單、制造方便、傳動功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機截割部最后一級減速是合適的，該型號行星傳動減速機構的使用效率為0.97～0.99,傳動比一般為2.1～13.7。如上圖所示，當內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動件，行星架g為從動件時，傳動比的推薦值為2.7～9。查閱文獻[4],采煤機截割部行星減速機構的傳動比一般為4～6。這里定行星減速機構傳動比</p><p

56、>　　則其他三級減速機構總傳動比÷43.24÷5.9=7.32</p><p>　　由于采煤機機身高度受到嚴格限制，每級傳動比一般為根據(jù)前述多級減數(shù)齒輪的傳動比分配原則和搖臂的具體結構，初定各級傳動比為： </p><p>　　以此計算，四級減速傳動比的總誤差為：</p><p>　　×2.14

57、15;2.16×5.9）÷43.24＝9‰</p><p>　　在誤差允許范圍5﹪內(nèi)，合適。</p><p><b>　　3齒輪設計</b></p><p>　　3.1齒輪正確嚙合條件</p><p>　　⑴齒輪正確嚙合條件：嚙合齒輪的模數(shù)、壓力角分別相等。</p><p>　

58、?、七B續(xù)傳動條件：齒輪嚙合的重合度大于1.</p><p>　　3.2齒輪材料的選擇</p><p><b>　?、胚x擇原則</b></p><p>　　滿足工作條件的要求；</p><p>　　考慮齒輪尺寸的大??；</p><p>　　考慮到齒輪受到重載和沖擊載荷的情況；</p>

59、<p>　　選用高強度鋼表面要硬化處理。</p><p><b>　?、七x用材料</b></p><p>　　選用18Cr2Ni4Wa，需經(jīng)過表面滲碳淬火，有效硬化層深度為1.1~1.4mm，表面硬度為58~62HRc，齒芯硬度為38~42HRc，強度極限為σb </p><p>　　=1200Mpa，屈服極限

60、σs=1100Mpa。</p><p>　　3.3傳動系統(tǒng)運動參數(shù)的計算</p><p>　　3.3.1各軸轉速計算：</p><p>　　從電動機出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。</p><p>　?、褫S min</p><p>　?、筝S </p&g

61、t;<p>　?、糨S </p><p>　?、鲚S </p><p>　　3.3.2各軸功率計算：</p><p>　?、褫S ×0.99=297</p><p>　　Ⅱ軸 ×0.98×0.99=285.27</p><p>　?、?/p>

62、軸 ×0.98×0.99=276.78</p><p>　?、糨S ×0.98×0.99×0.99=265.83</p><p>　?、踺S ×0.98×0.99×0.99=255.33</p><p>　?、鲚S ×0.98×0.99=248.2</

63、p><p>　?、鬏S ×0.98×0.99×0.99=238.4</p><p>　　Ⅷ軸 ×0.98×0.99×0.99=229</p><p>　　3.3.3各軸扭矩計算:</p><p>　?、褫S ×</p><p>　　Ⅲ

64、軸 ×</p><p>　?、糨S ×</p><p>　　Ⅶ軸 ×</p><p>　　將上述計算結果列入下表,供以后設計計算使用</p><p><b>　　運動和動力參數(shù)</b></p><p>　　3.4齒輪的受力

65、分析</p><p>　　3.4齒輪設計及強度效核：</p><p>　　這里主要是根據(jù)查閱的相關書籍和資料，借鑒以往采煤機截割部傳動系統(tǒng)的設計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉速、傳動的功率、轉矩以及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數(shù)進行初步確定，具體計算過程級計算結果如下：統(tǒng)的設計經(jīng)驗初步確定各級傳動中齒輪的齒數(shù)、轉速、傳動的功率、轉矩以及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數(shù)進行初步確

66、定，截割部齒輪的設計及強度效核</p><p>　　我國薄及較薄煤層分布廣泛，全國多處礦井都賦存有薄及較薄煤層。薄及較薄煤層可采儲量61.5億噸，約占煤炭總開采量的19%。為了充分實現(xiàn)較薄煤層的高效開采，充分利用煤炭資源，可以對較薄煤層采取長壁開采方式，本設計就是較薄煤層長臂開采的配套設備中采煤機的設計。在設計過程中得到了高峰老師的親切指導。 從采煤機選型到參數(shù)確定過程中，高峰老師給于多次指導，最初的設計也是數(shù)易

67、其稿。 </p><p>　　本文設計的采煤機主要有以下特點：</p><p>　　(1) 針對腳脖煤層賦存特點，結構緊湊，過機空間、人員操作、行走空間相對較大；頂梁為變斷面薄型、前翹整體頂梁，結構簡單，對前部頂板的支撐效果好，并具有較高的可靠性；</p><p>　　(2) 平衡千斤頂采用兩個φ125mm缸徑千斤頂，增加了平衡千斤頂作用可靠性以及連接裝置的可靠性；

68、</p><p>　　(3) 采用前單、后雙連桿機構，支架穩(wěn)定性好，縱向尺寸小，搬家、運輸方便；</p><p>　　(4) 底座采用整體剛性底座，即可保證推移機構能順利出煤，又可提高支架整體剛度； </p><p>　　(5) 推移機構為短推桿機構，結構可靠，拆裝方便，利于實現(xiàn)快速移架；</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有支架的結構和特點，設計出

69、了頂梁、底座、四連桿、立柱等重要部件的結構。在此基礎上，對各個結構件的強度進行了校核，均滿足強度條件。</p><p>　　在設計中，利用三維制圖軟件繪制了采煤機。先繪制支架的主要的結構件：頂梁、掩護梁、前后連桿、底座、立柱、平衡千斤頂，并進行裝配成整體支架。通過繪制完整三維采煤機加深了設計過程中對采煤機的結構設計和參數(shù)設計的理解。在結構確定和參數(shù)確定過程中參閱了大量的資料，并參考了在實習中看到的采煤機的實體，最

70、終確定最后結構形式和具體參數(shù)。在進行最后的強度校核時，選取了眾多方法種的一種，主要以建立支架力學模型和受力分析為主，目前，出現(xiàn)了一些新的方法來研究支架的結構強度，有限元法，薄壁箱型截面組合強度的計算機輔助算法以及采煤機強度的概率設計法是當前計算機輔助程度較高的方法，這些新的技術和知識都有待于在今后的工作和學習中進行研究。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&

71、lt;p><b>　　[1]</b></p><p><b>　　[2]</b></p><p>　　[3] 程居山.礦山機械.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2000， 77～117</p><p><b>　　[4]</b></p><p><b>　　[5] &

72、lt;/b></p><p>　　[6] 雷天覺.新編液壓工程手冊.北京：北京理工大學出版社，1998， 8～12</p><p><b>　　[7] </b></p><p><b>　　[8] 7</b></p><p><b>　　[9] </b></p>

73、;<p>　　[10] 甘永立.幾何量公差與檢測.上海：上海科學技術出版社，2001， 12～65</p><p>　　[11] 徐灝.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003， 8～17</p><p><b>　　[12] </b></p><p><b>　　[13] </b></p>

74、<p><b>　　[14] </b></p><p><b>　　[15] </b></p><p><b>　　[16]</b></p><p><b>　　[17] </b></p><p><b>　　致謝</b>

75、</p><p>　　三年大學學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我由衷的謝意。在這大學學習生活的最后階段，我們按照學校安排，完成了畢業(yè)設計，這不僅是對四年所學知識的全面系統(tǒng)的總結和檢驗，也是今后學習和工作的開始。在這里，我要感謝我的畢業(yè)設計指導老師——李新平老師。在我做畢業(yè)設計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，論文圖紙的修改，后期論文的調整等各個環(huán)節(jié)中都給

76、予了我悉心的指導。這幾個月以來，老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷，在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在設計過程中，同組的各位同學給了我很大的幫助，再此向他們表示真心的感謝。</p><p>　　感謝學校、學院在我完成論文過程中提高一切資源和便利。</p><p>　　感謝從百忙之中抽出時間來評閱論文的各位專家、教授，向各位對我畢業(yè)設計評審和指導的專家、

77、教授和各位老師表示衷心感謝！</p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　開關磁阻電動機驅動電牽引采煤機</p><p>　　摘要-本文介紹了雙開關磁阻電動機并聯(lián)傳動系統(tǒng)控制驅動電牽引采煤機。 本文介紹了系統(tǒng)的各個組件，如開關磁阻電機，主電路中的功率變換器和控制器等。 這里給出了它的控制原理，它主要是用PI算法和載荷均勻分布

78、的模糊算法獲得信號來控制電機轉速這樣一個閉環(huán)系統(tǒng)。 這里也列出了它的測試結果。測試結果表明，在磁阻電動機1上供應的平均直流電流于在磁阻電動機2上的相對誤差在10％以內(nèi)。 </p><p>　　關鍵詞：開關磁阻； 電機控制； 采煤機； 煤礦；電牽引。 </p><p><b>　　1、導言</b></p><p>　　地下礦井周圍的環(huán)境是相當惡劣

79、的。 一方面，它非常潮濕和高粉塵并且屬于易燃易爆環(huán)境。 而在另一方面，井下的空間是非常有限的，因為它要節(jié)約開采礦井的投資，所以這些給井下設備的維護帶來了很大的困難。 在現(xiàn)代煤礦開采過程中，自動化設備得到了廣泛的使用，但是自動化設備的故障，可以影響到煤礦的正常生產(chǎn)和生產(chǎn)效益。 采煤機是可以將煤從煤壁中開采下來的采礦設備。傳統(tǒng)的采煤機是用液壓傳動系統(tǒng)驅動的，但是由于液壓系統(tǒng)中的油液很容易被污染所以導致液壓系統(tǒng)的故障率很高。液壓傳動系統(tǒng)的故障

80、可能直接影響礦井的生產(chǎn)和效益。電機驅動系統(tǒng)的故障率相對液壓傳動系統(tǒng)是比較低的，但是由于電機安裝在防暴外殼中所以給電機的冷卻帶來了困難。 電機驅動系統(tǒng)也自動化設備是其中的關鍵部件，所以發(fā)展新型電動機調速系統(tǒng)一直是煤礦開采重視的問題。 開關磁阻電機驅動之所以能成為煤礦主要設備的調速電氣傳動系統(tǒng)，[1] 因為它具有較高的運行可靠性和容錯能力[2] 。 開關磁阻電機驅動由雙凸極開關磁阻電機，單極功率變換器和控制器組成，它們被固定在電機和電力變換

81、器中。 在電機中沒有電刷結構，并且雙極功率變換器的功率變換器的故障率比較低。 開關磁阻電動機</p><p><b>　　二、系統(tǒng)組件</b></p><p>　　研制成功的驅動電牽引采煤機的開關磁阻電機驅動是一種雙重開關磁阻電動機并聯(lián)驅動的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)是由兩個開關磁阻電動機和一個安裝功率變換器和控制器的控制箱。 通過兩個開關磁阻電動機都是三相12 / 8結構。開關

82、磁阻電機如圖1所示。 兩個開關磁阻電動機都分別包在防爆外殼中。其中電機額定功率22千瓦，額定轉速1155轉/分鐘，調速范圍從100轉/分鐘到1500r/min 。</p><p>　　功率轉換包括兩個三相對稱橋功率轉換器并聯(lián)。 該IGBT的則作為主開關。 三相380V交流電源被整流并供應給電源轉換器。主電路中的功率變換器如圖2所示。IGBTS是主要使用的開關磁阻電機。</p><p>　　

83、在控制器中，有轉子位置檢測電路，整流電路，電壓和電流的保護電路，主開關的柵極驅動電路和閉環(huán)轉速，負荷平衡分布的數(shù)字控制器。 </p><p><b>　　三 控制策略</b></p><p>　　這兩個開關磁阻電機都可以在相同的牽引導軌上驅動所有采煤機的輸電裝備，因此這兩個開關磁阻電動機轉子的轉速就可以達到同步。</p><p>　　這個以閉環(huán)

84、系統(tǒng)控制轉速的雙重開關磁阻電動機驅動系統(tǒng)時可以采用PI算法。 在開關磁阻電動機1中，功率變換器中主開關的觸發(fā)信號是通過調制PWM信號來給定的，當比較給定轉速和實際轉速時，所用占空比的PWM 信號，其規(guī)定如下：</p><p>　　在上式中，ng表示給定的轉速，nf表示實際的速度，e表示給定和實際轉速之間的偏差，表示開關磁阻電動機1在K時刻時PWM信號占空比的變化量，Ki表示積分系數(shù)，Kp是比例系數(shù)，ek表示在k時

85、刻時轉子轉速的差值，ek－1表示在k－1時刻時轉子轉速的差別，D1(k)表示k時刻時開關磁阻電機1上PWM的占空比，D1(K-1)表示k－1時刻時開關磁阻電機1上PWM的占空比。</p><p>　　開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的輸出功率是與所供應的直流電流成比例的，其轉換關系如下： 在此式中，P2是開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的輸出功率，表示電源轉換器所供應的直流電流的平均值。</p><p>　

86、　圖2 主電路中的功率轉換器</p><p>　　在開關磁阻電動機2 中，電源轉換中主開關的觸發(fā)信號也是通過PWM信號所給定的。 這兩開關磁阻電動機可以通過模糊邏輯算法來平衡其所承受的載荷。 在模糊邏輯算法的調節(jié)中，有兩個輸入控制參數(shù)，一個是電力轉換器供應這兩個開關磁阻電動機的直流電流平均值之間的偏差，另一個是電力轉換器供應這兩個開關磁阻電動機的直流電流平均值之間偏差的變化。 輸出參數(shù)是開關磁阻電動機 2的PWM

87、信號占空比的增量。在圖3的方框圖中給出了電牽引采煤機中雙重開關磁阻電動機的并聯(lián)驅動系統(tǒng)。</p><p>　　在Ti時刻電力轉換器供應給這兩個開關磁阻電動機的直流電流的平均值的偏差為：： </p><p>　　上式中，ei-1表示在ti－1時刻電力轉換器供應給這兩個磁阻電動機開關的平均直流電流的偏差。在ti時刻開關磁阻電機2的PWM信號的占空比為：</p><p>

88、;　　上式中， 表示在ti時刻時開關磁阻電機2的PWM信號占空比的增量，表示在ti－1時刻時開關磁阻電機2的PWM信號的占空比。</p><p>　　圖3 電采煤機中的雙磁阻開關并聯(lián)系統(tǒng)方塊圖</p><p>　　這種模糊邏輯算法可以表示成如下形式：</p><p>　　if and then U~ ? </p><p>　　i = 1

89、,2,…, m, j = 1,2, …,n</p><p>　　上式中，表示電源轉換器供應給這一對開關磁阻電動機的平均直流電流的偏差的模糊值，表示電源轉換器供應給這兩個開關磁阻電動機的平均直流電流偏差的變化的模糊值，表示開關磁阻電動機2的PWM信號占空比增量的模糊值。</p><p>　　電力轉換器供應給這兩個開關磁阻電動機的平均直流電流之間的連續(xù)偏差可以在區(qū)間[ -5 ，+5 ]的范圍內(nèi)

90、變化，其理論根據(jù)如下：</p><p>　　在區(qū)間[-5 ，+5]范圍內(nèi)，開關磁阻電動機2的PWM信號占空比的離散增量可以表示成在區(qū)間[-1.0%, +1.0%]內(nèi)的連續(xù)變化，其理論根據(jù)如下：</p><p>　　基于上述原則模糊邏輯算法就形成了既定形式，這將被儲存在控制器的存儲空間中。</p><p>　　當這兩個開關磁阻電動機之間負載有差異時，基于模糊邏輯算法的

91、既定形式開關磁阻電機2的PWM信號的占空比能夠得到調整，從而這兩個開關磁阻電動機上的負載便可以達到平衡。 </p><p><b>　　四、測試結果</b></p><p>　　研制成功的雙開關磁阻電機并聯(lián)驅動系統(tǒng)樣機已經(jīng)進行了測試實驗。 表一給出了測試結果，其中是開關磁阻電動機1中，供應給電源轉換開關的平均直流電流相對誤差，是開關磁阻電動機2中，供應給電源轉換開關的

92、平均直流電流相對誤差。</p><p>　　測試結果表明，磁阻開關電動機中供給電源轉換開關的電流偏差在之內(nèi)。</p><p><b>　　五、結論</b></p><p>　　文中描述了電牽引采煤用的雙開關磁阻電動機并聯(lián)傳動系統(tǒng)。 在礦區(qū)使用的開關磁阻電動機調速系統(tǒng)驅動的新型采煤機大大降低了采煤機的故障率，提高采煤機的運行可靠性能直接提高煤礦的