毕业设计（论文）薄煤层采煤机截割部结构设计(含全套CAD图纸）.doc

编号：（ ）字 号本科生毕业设计（论文）薄煤层采煤机截割部结构设计 应用技术学院07机自一(班)题目： 姓名： 学号： 班级： 二一一年六月本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 应用技术学院 专 业： 07机械工程及自动化 设计题目： 薄煤层采煤机截割部设计 专 题： 薄煤层采煤机截齿的优化 指导教师： 职 称： 副教授 2011年 6月 徐州毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 07机械工程及自动化 学生姓名 任务下达日期： 2011 年 4 月 2 日毕业设计日期： 2011 年 4 月 2 日至 2011 年 6 月 2 日毕业设计题目：薄煤层采煤机截割部设计毕业设计专题题目：薄煤层采煤机截齿的优化毕业设计主要内容和要求： 1、完成了采煤机总体方案设计 2、截割部结构传动及机构设计 3、完成采煤机的装配、组件、零件工作图设计，完成共计4张A0图量。 4、完成了采煤机截割部截齿分析，并且对其进行了优化。院长签字： 指导教师签字：毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本文介绍了采煤机的发展历史、组成及工作原理。在分析煤炭工业的行业背景的基础上，展望了采煤机的发展趋势，并针对采煤机的发展现状进行了MG110/260WD型采煤机的截割部设计。本文首先确定了设计方案和选择了基本部件并开展了传动系统的可靠性分析。MG110/260WD型采煤机截割部主要是由四级齿轮和三级惰轮传动组成。截割部电动机放在摇臂内横向布置，电动机输出的动力由直齿圆柱齿轮和惰轮的传动，最后驱动滚筒旋转。对MG110/260WD的油路和内喷雾装置进行了研究分析。油路采用辅助泵供油方式，降低工作温度，起到润滑作用，降低能耗。内喷雾装置采用特质的类似DY150型送水机构。为了提高采煤机的块煤率，降低比能耗，提高采煤效率，本人对采煤机的截齿进行了分析，并且针对采煤过程中出现的主要截齿失效形式而进行了优化。本人分析、校核了齿轮、轴、轴承、和花键的可靠性，同时本文还介绍了截割部的安装、维护和故障处理等采煤机规则。本采煤机截割部具有较高的可靠性、实用性和安全维修性。关键词：电牵引双滚筒采煤机； 截割部； 惰轮； 内喷雾装置；截齿全套设计，联系153893706ABSTRACTThis paper introduces the development history of coal minning machine, composition and working principle .In view of the analysis of the basis of the coal industrys background, we have forecasted the development trend of the coal mining machine, and in the light of coal minning machine development present situation, I have carried on the MG110/260WD type coal minning machine's cutting part design. First，This paper determines the design plan and choses the basic components and launches a transmission system reliability analysis.MG110/260WD type coal minning machines cutting department is mainly composed of four wheel drive idler gear and the three idle gears .The cutting part motor is placed in motor rocker by transverse decorate, the power output is drived by spur gears and the transmission, finally by an inert round driving drum rotating. The oil lines and inner spray device of MG110/260WD type coal mining machine have been analyzed. By auxiliary pump oil supply mode, we can reduce working temperature, lubricate effect and reduce energy consumption. The inner spray device is adopted the similar type DY150 send water agencies .In order to improve the lump of coal mining machinery, reduce energy consumption rate than coal, improve the efficiency of coal mining machine, I have analysed cutting teeths of the coal mining machine and I have optimized in the light of the main cut teeth appearing in failure form of the coal mining process.I have analysed and checked the reliability of the gears, axle, bearings, and spline, the paper introduces the cutting part of installation, maintenance and fault processing coal mining machine rules. This coal mining machine cutting part has higher reliability, practicality and safety maintainability. Keywords: electric traction double roller coal mining machine, idle gear, Cutting unit ,the inner spray device , pick目 录1概述 13 1.1 前言131.2 国内外薄煤层综采的发展趋势141.2.1我国薄煤层开采及发展现况151.2.2国际薄煤层开采及发展现状161.3 薄煤层采煤机设计的目的及其意义171.4 薄煤层综采设备的基本选型181.4.1薄煤层综采设备选型原则181.4.2液压支架191.4.3采煤机201.4.4刮板输送机201.5 薄煤层采煤机结构特征与工作原理201.5.1牵引部211.5.2截割部211.5.3电气设备211.5.4附属装置212截割部的设计及计算22 2.1 本设计过程和思想222.2 电机选择232.3 传动比分配242.31 总传动比分配242.31 各级传动比的确定、分配24 2.4 各级齿轮（轴）转速、功率、转矩计算242.4.1各级转速 242.4.2各级功率计算 252.4.2各级扭矩计算 253. 截割部各级传动齿轮计算和校核26 3.1齿轮1和齿轮2（惰轮2）设计与校核 26 3.1.1选择齿轮材料、确定许用应力 28 3.1.2齿面接触疲劳强度设计计算29 3.1.3齿根弯曲疲劳强度校核计算31 3.1.4齿轮的其它尺寸的计算323.2 齿轮4和5号设计与校核32 3.2.1选择齿轮材料，确定许用应力32 3.2.2齿面接触疲劳强度设计计算34 3.2.3齿根弯曲疲劳强度校核计算37 3.2.4齿轮的其它尺寸的计算383.3齿轮6和7设计与校核38 3.3.1 选择齿轮材料，确定许用应力38 3.3.2 齿面接触疲劳强度设计计算40 3.3.3 齿根弯曲疲劳强度校核计算43 3.3.4 齿轮的其它尺寸的计算443.4齿轮9和10设计与校核 453.4.1 选择齿轮材料、确定许用应力45 3.4.2 齿面接触疲劳强度设计计算47 3.4.3 齿根弯曲疲劳强度校核计算50 3.4.4 齿轮的其它尺寸的计算514轴的计算和校核52 4.1截一轴的设计与校核52 4.1.1 计算作用在齿轮上的力52 4.1.2 初步估算轴的直径53 4.1.3 轴的结构设计53 4.2.4 确定轴及齿轮的作用位置554.1.5 绘制轴的弯矩和扭矩57 4.1.6 按弯扭合成强度校核轴的强度57 4.1.7 精确校核轴的疲劳强度58 4.2截二轴设计与校核59 4.2.1 计算作用在齿轮上的力60 4.2.2 初步估算轴的直径60 4.2.3 轴的结构设计604.2.4 确定轴及齿轮的作用位置624.2.5 绘制轴的弯矩和扭矩62 4.2.6 按弯扭合成强度校核轴的强度65 4.2.7精确校核轴的疲劳强度66 4.3 截三轴设计与校核67 4.3.1计算作用在齿轮上的68 4.3.2初步估算轴的直径68 4.3.3轴的结构设计684.3.4确定轴及齿轮的作用位置704.3.5绘制轴的弯矩和扭矩70 4.3.6按弯扭合成强度校核轴的强度724.3.7精确校核轴的疲劳强度734.4 截四轴设计与校核74 4.4.1计算作用在齿轮上的力75 4.4.2初步估算轴的直径75 4.4.3轴的结构设计754.4.4确定轴及齿轮的作用位置764.4.5绘制轴的弯矩和扭矩77 4.4.6按弯扭合成强度校核轴的强度794.4.7精确校核轴的疲劳强度805采煤机的维护与使用825.1 润滑、注油、密封83 5.2 地面检查与试运转835.2.1试运转前的检查835.2.2试运转时检查835.3 下井及井下组装845.4 井下操作845.4.1操作前的检查845.4.2试运转中注意事项855.5 维护与检修855.6 轴承的维护及漏油的防治865.7 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策885.8 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径89 5.8.1设计905.8.2选材905.8.3加工工艺905.8.4热处理905.8.5表面强化处理915.8.6正确安装运行91结论 91翻译部分 93英文文献94中文翻译96附录(专题) 100致谢106 1 概述1.1 前言我国煤炭储量大且赋存多样化，其中薄与极薄每层资源丰富，分布广发。在已探明矿区中，84.2%的矿区均有薄煤层分布，其主要分布在河南、山西、河北、山东、四川、贵州、吉林、辽宁、安徽、内蒙古等省区，其中有的矿区薄煤层储量占有相当大的比重，如安徽省占72%，四川省占51.8%，贵州省占37.2%。但每年从薄煤层中才出的煤量所占全国总产量的10.4%，远远低于储量所占的比例，并且自上世纪90年代以来，我过薄煤层回采产量呈逐年下降的趋势。目前许多矿区随着开采强度的加大，中厚及厚煤层的储量急剧下降甚至枯竭，薄及较薄煤层逐渐变为主采煤层。这些薄煤层的可采储量丰富，储存条件比较稳定，薄煤层的开采日益受到重视，提高薄煤层采煤的工作效率，减轻劳动者的繁重体力劳动，已是我们当前必须解决的重要问题。1.2国内外薄煤层综采的发展趋势1.2.1我国薄煤层开采及发展现状20世纪70年代初期，我国煤炭科学研究总院上海分院集中主要科技骨干，研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机，另一方面改进普采配套的DY100型、DY150型单滚筒采煤机；70年代中后期，制造出MLS3-170型双滚筒采煤机。20世纪70年代我国采煤机的发展有以下特点：1）装机功率小例如，MLS3-170型双滚筒采煤机，装机功率170KW；KD-150型双滚筒采煤机，装机功率150KW；DY-100和DY-150型单滚筒采煤机，装机功率100KW和150KW。2）有链牵引，输出牵引力小此时期的采煤机牵引方式都是圆环链轮与牵引链轮啮合传动，传递牵引力小，牵引力在200KN以下。3）牵引速度低由于受液压元部件可靠性的限制，设计的牵引力功率较小，牵引速度一般不超过6m /min 。4）自开切口差由于双滚筒采煤机摇臂短,又都是有链牵引,很难割透两端头,且容易留下三角煤,故需要人工清理,单滚筒采煤机更是如此.5)工作可靠性较差我国基础工业比较薄弱,元部件质量较差,反映在采煤机的寿命普遍较低,特别是液压元部件的损坏比较严重。20世纪70年代后期，我国总共引进143套综采成套设备。世界主要采煤机生产国如英国、德国、法国、波兰、日本等都进入中国市场，其技术也展示在中国人的面前，为我们深入了解外国技术和掌握这些技术创造了条件，同时通过20世纪70年代自行研制采煤机的实践，获得了成功和失败的经验与教训，确立了我国采煤机的发展方向，即仿制和自行研制并举。20世纪80年代自行开发和研制的采煤机品种有50余种，是我国采煤机收获的年代，基本满足我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返了。20世纪80年代采煤机的发展有如下特点：1)重视采煤机系列的开发，扩大使用范围20世纪70年代开发的采煤机，一种类型只有一个品种，十分单一，覆盖面小，很难满足不同煤层开采需要。20世纪80年代起重视系列化采煤机的开发工作，一种功率的采煤机可以派生出多种机型，主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用，这样不仅扩大了工作面的适应范围，而且便于用户配件的管理。采煤机系列化是20世纪80年代采煤机发展中非常突出的特点。2)元部件攻关先行，促使采煤机工作可靠性的提高总结20世纪70年代采煤机开发中的经验教训，元部件的可靠性直接决定采煤机开发的成功率，所以功关内容为：主电机的攻关，以解决烧机的现象；齿轮攻关，从选择材质上，热处理工艺上着手，学习国内外先进技术成功经验，以德国齿轮为目标进行攻关，达到预期目的，解决了低速重载齿轮早失效的问题：液压系统和液压元部件的攻关，主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作的可靠性，在20世纪80年代中期，把斜轴泵、斜轴马达、阀组和调速机构等都列入 重点攻关内容。3)无链牵引的推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全在引进大功率采煤机的同时，无链牵引技术传入中国，德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数，而且技术成熟。为此，我国研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢。仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。无链牵引使采煤机工作平稳，使用安全，承受的牵引力大，因此，得到用户的广泛欢迎，大功率采煤机都采用无链牵引系统。20世纪90年代至今是我国电牵引采煤机发展的时代进入20世纪90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效，提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，此采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是：（1）大功率高参数的液压牵引采煤机：最具代表性的机型是MG2X400W型采煤机。（2）高性能电牵引采煤机：电牵引采煤机的研制从20世纪80年代开始起步，20世纪90年代全面发展，电牵引的发展存在直流和交流两种技术途径。进入20世纪90年代后，交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用，上海分院先后开发成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和MG450/1020-WD等采煤机，变频调速箱可以是机载，也可以是非机载。另外派生出8种机型，都已投入使用，取得较好的效果。太原矿山机械厂在引进英国Electra1000直流电牵引全套技术的基础上，开发出MG400/900-WD和MG250/600-WD型两种电牵引采煤机，鸡西煤机厂、辽源煤机厂也开发了交流电牵引采煤机。国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但在性能和可靠性上与世界先进国家的I采煤机相比，还存在较大的差距，所以一些有实力的矿务局，在装备高产高效工作面时，把目光移到国外，进口国外先进电牵引采煤机。如神府华能集团引进美国的7LS、6LS电牵引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少，90年代采煤机技术发展的特点如下：1)多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流我国开发的电牵引采煤机，一般都采用横向布置。各大部件由单独的电动机驱动，传动系统彼此独立，无动力传递，结构简单，拆装方便，因而有取代电动机纵向布置的趋势。2)我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小在装机功率方面，我国的液压牵引采煤机装机功率达到800KW，电牵引采煤机装机功率达到1020KW，其牵引功率为2X50KW，可满足高产高效工作面对功率的要求。在牵引力和牵引速度方面，电牵引的最大牵引力已达到700KN，最大牵引速度达1256m/min,微处理机的工矿监测、故障显示、无线电力机控制等方面已达到较高技术水平。3)液压紧固技术的开发研究取得成功采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素，而且解决难度较大，液压螺母和专用超高压泵，在电牵引采煤机中得到推广应用，防松效果显著，基本解决采煤机连接可靠性的问题。1.22国际薄煤层开采及发展现状国外长壁式薄煤层高效开采主要有俩种技术途径：采用刨煤机、刮板输送机和液压支架的刨煤机综采机组；采用滚筒采煤机、刮板机和液压支架配套的采煤机机组。上世纪90年代开始，德国DBT开始研究电液控制系统。目前，该公司已经研究开发的以液压支架PM2电液控制系统为基础的全自动化无人刨煤机综采工作面成套设备已经投入生产应用，实现了薄煤层综合机械化采煤全自动化无人工作面采煤的发展，是薄煤层开采达到了高产高效的目的。如：德国鲁尔公司佛德力西莱因兰特矿，煤厚1.3m，面长310m，采用刨煤机、电液控制系统平均日产煤12653t，该公司的罗伯特矿，煤厚1-1.16m，刨煤机综采工作面，面长308m，平均日产原煤13500t。英国longaindox公司、美国JOY公司也研究开发了具有自动化功能的滚筒采煤机综采工作面计算机控制系统，取得了较好的成绩。如美国煤钢联BW40#煤矿，煤厚1.38m，工作面长度330m，采用采煤机综采，创下日产原煤22310t的记录。澳大利亚正在研究远程控制全自动无人长壁工作面开采技术。为适应“一矿一面”的高度集中化生产模式和煤矿生产集团化管理模式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监测控制系统，主要生产环节已基本实现自动化监测控制系统，实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的全自动化监测和控制。代表性产品有美国MSA公司生产的DAN6400系统，德国BEBRO公司的PROMOS系统等。80年代以来，德国Eickhoff公司研制了SL-300LN、美国Joy公司研制了4LS、英国Anderson公司研制了Electra550等电牵引采煤机，均取得很好效果。1999年全美69个综采工作面中，约有27个薄和较薄煤层工作面，日平均产量达5-7kt。目前，世界各国主要采煤国家相继研制成功且技术先进的薄煤层滚筒式采煤机有：德国Eickhoff公司的EDW-17-LN，EDW-300LN、英国Anderson公司的AM420，AS270薄煤层电牵引采煤机、前苏联K103和日本三井三池的MCLE300-DR757M等采煤机，基本满足了采高为0.6-1.7m煤层开采需要。其中EDW-300LD，Electra电牵引采煤机、MCLE300-DR7575M型采煤机总装机功率都在300kw以上。1.3薄煤层采煤机设计的目的及其意义在产品总体方案设计时，首先要明确产品必须实现那些功能，还要明确用户使用产品的各种条件和用户对产品的要求和愿望。然后根据国家的技术经济政策，基于设计能力和产品制造技术水平，从宏观方面考虑所要求的功能。并能实现用户要求的各种结构反感，最后经过技术经济评价，确定一种或俩种结构方案继续进行结构设计。因此，通过总体结构的方案设计，不至于使产品结构方案出现大的失误，也不至于从开始设计时就纠缠与具体的结构细节而忽略总体结构的合理性，甚至造成设计的返工而浪费时间。再次基础上再对薄煤层采煤机的截割部进行细致设计使其有更高的生产效率。对滚筒式采煤机的使用经验表明只有按照“量体裁衣”的原则来设计采煤机，这样的采煤机才能在煤炭开采中满足要求。到本世界末，我国原煤的产量必须超过十四亿吨，才能满足我过工农业生产发展的需要。为此必须加大煤炭生产机械化力度，大幅度提高煤炭生产率。这就要求我们不断开采出技术先进、高效率并且可靠的新型采煤机，不仅满足对国内生产之需，而且力争打入国际市场。虽然薄煤层采煤机的型号，规格有许多，但他它的各主要组成部分大同小异，其区别主要在截割部机构的传动和截割部上，因此合理选择薄煤层采煤机的截割部参数，可以改善其工作性能和减少采煤机比能耗。选择这个题目就是要进一步熟悉薄煤层采煤机各部分的工作原理，对其进行更好的改进，并对它的截割部减速器进行细致分析设计，使其耐用并且省时省力容易装修，使其在工作中能够有更好的经济效益1.4薄煤层综采设备的基本选型基于我国薄煤层的现状及开采技术的现状，实现采煤机机械化以及新技术的开发越来越重要，所以采用综采配套设备进行薄煤层开采越来越受到各方的重视。1.4.1薄煤层综采设备选型原则图1-1三机配套图以往以普采和高档普采为主的薄煤层开采技术工不但生产成本高，事故率也较高，特别是在遇到断层时开采设备损坏严重，工人劳动强度大，顶板管理难度大，安全没有保障。笔者通过对薄煤层工作面特性和开采设备的研究，对薄煤层综采设备的选型提出以下几项原则：（1）液压支架：考虑到薄煤层工作面空间狭窄环境差，选用的支架应具有较高的可靠性，工作阻力及支护强度等参数要满足薄煤层矿压要求，能够实现最低采高要求，同时要保证最小过机空间和三机配套的参数合理。（2）采煤机：机面高度要充分保证在开采较薄地段条件时有足够的过机空间，要求功率大、体积小、稳定性小，破顶、割底矸石的能力强，具有较好的装煤效果。（3）输送机：降低机头高度和卸载高度，选用高效减速器双速启动，机头尾互换。加大电机功率实现启动平稳、工作可靠：降低中部槽的高度，适应薄煤层开采的需要。1.4.2液压支架在液压支架的结构设计上，要充分考虑薄煤层开采时技术特点及空间狭小的地质状况，重点以降低整体配套高度、保证良好工作性能为目标，满足三级配套技术要求。支架的结构力求简单、可靠，在保证支架高度可靠性的前提下，尽量满足尺寸小、重量轻等要求。同时确保综采设备必要的通风断面、梁端距，最大限度地加宽人行道宽度；选用先进的电液操作系统，保证快速跟机作业和支护自动化；提高液压系统的可靠性和使用寿命，选择较大的工作阻力提高支架的适应能力及可靠性。支架顶梁合力作用点到底座前端的有效水平距离直接影响底座前端比亚大小，支架设计中应尽量加大底座前端长度并采取措施合力作用点后移，在满足其他要求前提下立柱倾角应尽量小；采用大缸平衡千斤顶，增大平衡千斤顶拉伸能力是使支架合力作用点后移、减少支架前端比亚的一种有效方法。1.4.3采煤机（1）根据薄煤层开采的特点，采煤机机身厚度要薄且尽可能短，以适应煤层起伏变化的特点，保证是现在最低采高时三机配套高度的需要。（2）薄煤层开采存在着采煤机在切割定地板时带来的震动和冲击，因此，对整机的功率、重量、强度和稳定性都有很高的要求。（3）由于煤层较薄，架内空间小、工人行走不便，为了便于采煤机司机的操作和采煤机有较高的牵引速度实现高产高效，薄煤层采煤机必须能够离机控制。（4）由于薄煤层起伏变化大，采煤机不可避免地要切割岩石，为使截齿与岩石的摩擦不产生火花，采用无火花耐磨截齿。1.4.4刮板输送机为了减少设备故障，在保证可靠性的前提下，尽量降低中部槽的高度，降低刮板机的卸载高度，减小输送机对轮连接罩的直径，机头尾可以互换，选用高校减速器减小机头部机尾的宽度，采用双速启动方式，以实现在最低采高煤层条件下的配套要求和安全生产。薄煤层开采，因工作面上下端头的高度较低，极易造成液压支架压住工作面刮板输送机机头机尾，造成机头机尾不能前移影响生产，为此需要改进现有刮板输送机的卸载高度和机头部的高度和对轮联结罩的直径。输送机底部可采取封底板的中部槽结构形式，降低刮板链和底板的摩擦阻力，减少拉回煤现象，提高运输效率。采用了双速电机的启动方式，以低速启动，高速运行，加大启动时的力矩和减少启动时对输送机的震动和冲击，可防止重载启动时“压车”现象的发生。根据以上的设计和要求，刮板输送机通常可以达到薄煤层综采配套的要求。1.5 薄煤层采煤机结构特征与工作原理 图1-2 薄煤层采煤机(1) 机面高度低，用于极薄煤层开采。(2) 液压系统均为软管联接，安装方便。设有液压制动器，除可防止液压马达反链敲缸外，并可防止采煤机的下滑。(3) 减速箱设计更加紧凑、合理，承载能力增大，便于拆卸、组装和维护。(4) 调高油缸设在截割部端部的摇臂侧面处，拆装性好，便于维护。(5) 调高泵和各大部件的对