機電自動化專業——采煤機截割部設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 行分析處理，再輸出顯示、存儲、控制和傳輸等，以實現檢測、預警、保護、健康診斷、事故查詢、維修指導和調度分析等多種功能。 9）貫徹標準化、系列化和通用化原則，加速開發適合不同地質條件的新機型 目前各主要采煤機生產廠家都十分重視三化原則，將采煤機各主要部件 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 6 頁 （如電動機、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，就可以根據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。 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。 采煤機的類型及主要組成 采煤機有不同的分類方法：按工作機構形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈式采煤機；按牽引方式可分為鏈牽引和無鏈牽引采煤機；按牽引部位置可分為內牽引和外牽引；按牽引部動力可分為機械牽引、液壓牽引與電 牽引；按工作機構位置可分為額面式與側面式；還可以按層厚和傾角來分類。中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 7 頁 左截割部 右截割部 左行走部 右行走部 左旋滾筒 右旋滾筒 液壓傳動 電控部 銘牌電控部編程站中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 8 頁 第二章 總體方案的確定 MG400/ 型采煤機簡介 MG400/900WD 型機載交流電牽引采煤機，該機裝機功率 900KW，截割 功率 2 400KW,牽引功率 該采煤機使用的電氣控制箱符合礦用電氣設備防爆規程的要求，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 2021m、周圍介質溫度不超過＋ 40℃ 或低于－ 10℃ 、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導電塵埃的情況下使用。 主要技術參數 該機的主要技術 參數如下： 采高 m 截深 mm 800 適應傾角 ≤ 25 176。 適應煤質硬度 F≤ 4 滾筒轉速 r/min 40 搖臂長度 mm 3500 牽引速度 m/min 015 牽引型式 齒輪 齒 軌 機面高度 mm 1726 最小臥底量 mm 265 滅塵方式 內外噴霧 裝機功率 kw 900 電壓 v 1140 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 9 頁 MG400/900WD 型采煤機采用多電機橫向布置方式， 截割部用銷軸與牽引部聯結，左、右牽引部及中間箱采用高強度液壓螺栓聯結，在中間箱中裝有泵箱、電控箱、水閥和水分配閥。該機具有以下特點： 1．截割電機橫向布置在搖臂上，搖臂和機身連接沒有動力傳遞，取消了縱向布置結構中的螺旋傘齒輪和結構復雜的通軸。 2．主機身分為三段，即左牽引部、中間控制箱、右牽引部，采用高 度液壓螺栓聯結，結構簡單可靠、拆裝方便。 搖臂結構設計方案的確定 由于煤層地質條件的多樣性，煤炭生產需要多種類型和規格的采煤機。利用通用部件，組裝成系列型號的采煤機，可以 給生產帶來很多方便。系列化、標準化和通用化是采掘機械發展的必然趨勢。所以，這里把左右搖臂設計成對稱結構。 截割部電動機的選擇 由設計要求知，截割部功率為 400 2KW，即每個截割部功率為400KW。根據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，過載能力強，效率高。據此選擇由撫順廠生產的三相鼠籠異步防爆電動機 YBC3─ 400,其主要參數如下： 額定功率： 400KW； 額 定電壓： 1140V 額定電流： 296A。 額定轉速： 1470P/m 額定 頻率 ： 50HZ。 絕緣等級： H 接線方式： Y 工作方式： S1 質量： 1502KG 冷卻方式：外殼水冷 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速機構。 傳動方案的確定 傳動比的確 定 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生的細煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉速出中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 10 頁 現低速化的趨勢。滾筒轉速對滾筒截割和裝載過程影響都很大；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。 總傳動比 總i 7536401470nnI ．＝＝＝ 滾總 n —— 電動機轉速 r/min 滾n —— 滾筒轉速 r/min 傳動比的分配 在進行多級傳動系統總體設計時，傳動比分配是一個重要環節，能否合理分配傳動比，將直接影響到傳動系統的外闊尺寸、重量、結構、潤滑條件、成本及工作能力。多級傳動系統傳動比的確定有如下原則： 1． 各級傳動的傳動比一般應在常用值范圍內，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。 間應做到尺寸協調、結構勻稱；各傳動件彼此間不應發生干涉碰撞；所有傳動零件應便于安裝。 3．使各級傳動的承載能力接近相等，即要達到等強度。 4．使各級傳動中的大齒輪進入油中的深度大致相等，從而使潤滑 比較方便。 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構的傳動比。 本次設計采用 NWG 型行星減速裝置，其原理如圖所示： 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 11 頁 a太 陽輪 b 內齒圈 g 行星輪 x行 星架 NWG行星機 構 該行星齒輪傳動機構主要由太陽輪 a、內 齒圈 b、 行星輪 g、行星架 x等組成。傳動時，內齒圈 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，實現減速。運轉中，軸線 ox— ox是轉動的。 這種型號的行星減速裝置，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 ～ ,傳動比一般為 ～ 。如 上 圖所示，當內齒圈 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 ～ 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 ? 則其他三級減速機構總傳動比 總II? 247。 ?bagi 247。 = 由于采煤機機身高度 受到嚴格限制，每級傳動比一般為 。4~3?ji 根據前述 多級減數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： , ? , ? ? 以此計算，四級減速傳動比的總誤差為： ( ??? 1． 56 2． 29 5． 747）247。 36． 75＝ 0． 2‰ 在誤差允許范圍 5﹪內，合適。 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 12 頁 第三章 傳動系統的設計 截割部傳動系統圖 各級傳動轉速、功率、轉矩的確 定 各軸轉速計算 ： 從電動機出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ軸。 Ⅰ軸 14701 ?n /r min Ⅲ軸 m in/?? Ⅳ軸 2 ??inn ＝ min/r Ⅵ軸 m i n/ 2 ??＝ 各軸功率計算： Ⅰ軸 40031 ??η＝ PP =396kW Ⅱ軸 39621212 ??? ηη＝ PP = Ⅲ 軸 8 41223 ??? ηη＝ PP = Ⅳ 軸 7 231234 ???? ηηη＝ PP =358kW 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 13 頁 Ⅴ 軸 35831245 ???? ηηη＝ PP = Ⅵ 軸 4 31256 ??? ηη＝ PP = Ⅶ軸 3 331267 ???? ηηη＝ PP = Ⅷ軸 2 031278 ???? ηηη＝ PP = 各軸扭矩 計算 : Ⅰ軸 95509550111 ?? nPT mN ?? 7214 70396 Ⅲ 軸 95509550333 ?? nPT mN ?? 1 2 Ⅳ 軸 95509550444 ?? nPT mN ?? Ⅶ 軸 95509550777 ?? nPT mN ?? 將上述計算結果列入 下 表 ,供以后設計計算使用 運動和動力參數 編號 功率 /kW 轉速n/(r min1? ) 轉矩 T/(N m) 傳動比 Ⅰ軸 396 1470 Ⅲ軸 Ⅳ軸 358 Ⅶ軸 13792 Ⅷ軸 齒輪設計及強度效核 ： 這里主要是根據查閱的相關書籍和資料，借鑒以往采煤機截割部傳動系統的設計經驗 初步確定各級傳動中齒輪的齒數、轉速、傳動的功率、轉矩以中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 14 頁 及各級傳動的效率，進而對各級齒輪模數進行初步確定，具體計算過程級計算結果如下： 統的設計經驗 初步確定各級傳動中齒輪的齒數、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進行初步確定， 截割部齒輪的設計及強度效 核，具體計算過程及 計算結果如下： 齒輪 1 和惰輪 2 的設計及強度效核 計算過程及說明 計算結果 1)選擇齒輪材料 查文獻 1表 817 齒輪選用 20GrMnTi 滲碳淬火 2)按齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級，按 3 111t /np0. 02 2) n~( 0. 01 3v ? 估取圓周速度 smvt /? ，參考文獻 1 表 8－ 14，表 8－ 15 選取 小輪分度圓直徑 1d ， 由式（ 8－ 64）得 3 2HHEd11 )][ ZZZ(u 1ukT2d ?? ?????? 齒寬系數 d? 查文獻 1 表 8－ 23 按齒輪相對軸承為非對稱布置，取 d? ＝ 0． 6 小輪齒數 1Z 1Z =19 惰輪齒數 2Z 2Z ＝ ???? Zi 齒數比 u u ＝ 19/34/ 12 ?ZZ 傳動比誤差 0/ ?? uu 誤差在 %3? 范圍內 小輪轉矩 mmNT ?? 25726501 HRC 56～ 62 smvt /? 公差組 6級 d? ＝ 0． 6 1Z =19 2Z ＝ 34 u ＝ 合適 中國礦業大學 2021 屆本科生畢業設計 第 15 頁 載荷系數 K 由式（ 8－ 54）得 ?? KKKKK VA ???? 使用系數 AK 查表 8－ 20 動載荷系數 VK 查圖 8－ 57 得初值 VtK 齒向載荷分布系數 ?K 查圖 8－ 60 齒間 載荷分配系數 ?K 由式 8－ 55 及 0?? 得 ??? ?? c o s)]Z/1Z/1([ 21 ???? ＝ [－ (1/19+1/34)]= 查表 8－ 21 并插值 ?K ＝ 1 則載荷系數 K 的初值 ?tK ????tK 彈性系數 EZ 查表 8－ 22 EZ ＝ 2/mmN 節點影響系數 HZ 查圖 8－ 64 0xx,021 ???? 重合度系數 ?Z 查圖 8－ 65? ?0??? 許用接觸應力 由式 ? ?698? 得 ? ?H? ＝ HHH L im SZZ /?? ?? 接觸疲勞極限應力 21 HLimHLim ?? 、 查圖 8－ 69 應力循環次數由式 ? ?708? 得 )103