采煤机发展的历史 矿山机电毕业论文.doc

i 目 录 第一章 概述 .1 1.1 采煤机发展的历史采煤机发展的历史.1 1.2 我国采煤机我国采煤机 30 多年的发展进程多年的发展进程.2 1.3 采煤机的发展趋势采煤机的发展趋势.4 1.4 采煤机的类型及主要组成采煤机的类型及主要组成.6 第二章 总体方案的确定 .8 2.1 mg400/900-3.3d 型采煤机简介型采煤机简介 .8 2.2 摇臂结构设计方案的确定摇臂结构设计方案的确定.9 2.3 截割部电动机的选择截割部电动机的选择.9 2.4 传动方案的确定传动方案的确定9 第三章 传动系统的设计 .12 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定各级传动转速、功率、转矩的确定12 3.2 齿轮设计及强度效核：齿轮设计及强度效核：.13 3.3 轴的设计及强度效核轴的设计及强度效核.24 3.4 截割部行星机构的设计计算截割部行星机构的设计计算31 3.5 轴承的寿命校核轴承的寿命校核.53 3.6 花键的强度校核花键的强度校核.54 第四章 采煤机的使用与维护 .56 4.1 采煤机使用过程中常见故障与处理采煤机使用过程中常见故障与处理56 4.2 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法.57 4.3 采煤机轴承的维护及漏油的防治采煤机轴承的维护及漏油的防治58 4.4 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径煤矿机械传动齿轮失效的改进途径60 4.5 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策硬齿面齿轮的疲劳失效及对策.64 ii 摘摘 要要 g300/700-wd 型采煤机适用于 1.6-3.3m 中煤层的开采。它采用了当今 国内外的一些比较先进的技术，例如变频技术、机载操作站操作等。这款 采煤机的的设计生产和使用，能大大的提高采煤的效率，对降低工人工作 的强度，提高年产量都有很大的帮助。采煤机截割部主要由箱体、原动机、 输出轴、减速部分、除尘及冷却系统。润滑系统等组成，采煤机截割部减 速器主要是由固定减速器和摇臂行星减速器两部分组成，截割部承担截煤 和装煤任务，是采煤机的主要部件之一，通过对截割部设计的完善，从总 体上提高了我国对中煤层的开采效率 关键词关键词：截割部；采煤机；减速箱； 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 1 前言前言 在20世纪70年代初期，国外部分厂商开始在煤矿机械上使用电气调速 技术，用于改进采机械设备的牵引方式。美国joy公司研制成功了1ls多电 机横向布置直流电牵引采煤机，此后又陆续研制了2ls-6ls等型多电机横 向布置电牵引采煤机。7ls5采煤机总功率1940kw,牵引速度30m/min,采用 joy ultratrac2000 型强力销轨无链牵引系统,加大销轨节距和宽度,并采 用锻造销排,装备了与6ls5型通用的jna机载计算机信息中心,具有人机通 讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能。 波兰在与中国合作研制成功 kse-344 型薄煤层交流电牵引采煤机的基 础上，陆续开发了 kse-360、kse-700、kse-800rw/2bp、kse- 535s、kse1000 型等交流电牵引采煤机。采煤机截深有 630mm 提高到 8001000mm。 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 2 采煤机发展的历史 1、我国采煤机的发展历史、我国采煤机的发展历史 从上世纪八十年代开始，我国进入了采煤机发展的兴旺时期，在 广 泛吸取国外先进技术的同时，不断的实践创新，锐意进取，重视采煤机成 系列的开发，不断矿大使用范围，同时推广使用无连牵引，是采煤机工作 更平稳，使用更更安全。在九十年代，电牵引技术逐渐成熟，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，为提高生产效率立下 了汗马功劳。 随着科技的进步，开发高产高效矿井综合配套设备已成为我国煤炭科 技发展的主流：大功率、大截深电牵引采煤机被广泛的开发和使用，一些 世界前沿的先进技术也被用到了采煤机的开发应用中，如变频技术，远程 监控、无线遥控等等，为更好的服务我国煤矿事业奠定了坚实的基础。 1991 年 ，煤炭科学总院上海分院与波兰合作，在国内率先研制成功了 我国第一台交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机后，上海分院又先后 研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的 适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机，并成功应用于晋城、淮南、 徐州、大同等矿务局。 到目前为止，国内采煤机生产厂家均对交流电牵引采煤机进行了大量 的研究开发。上海分院研制的 mg 系列电牵引采煤机已形成 9 大系列共几 十个品种，现正在开发装机功率达 1800kw 的交流电牵引采煤机；太原矿 上机器厂与上海分院合作，将 am500 液压牵引采煤机改造成 mg375/830-wd 型交流电牵引采煤机后，又与兖州矿业集团合作，研制成功了 mgty400/- 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 3 3.3d 型交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合作将 mg2300-w 型 液压牵引采煤机改造 mg300/360-wd 型交流电牵引采煤机后，又开发了 mg200/463 型、mg400/985 型交流电牵引采煤机；辽源煤机厂与邢台矿业 集团合作研制成功了我国首台应用电磁转差离合器调速技术的 mg668-wd 型电牵引采煤机；无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作，开发研制成功了 国内首台应用开关磁阻电机调速技术的 mg200/500-cd 型电牵引采煤机。 采煤机发展到现在，随着各项技术的掌握，我国将在以下方面进行攻 关研究，力争赶上世界先进水平： 1.1 大功率、大截深电牵引采煤机的进一步研究； 1.2 大功率采煤机的工况监制。故障诊断于控制系统的研究； 1.3 为最大限度的利用我国能源，着力研制发展薄煤层采掘机； 1.4 应用高新技术，严格管理，提高可靠性. 在电牵引采煤机的研制领域，我国虽然取得了一些客观的成绩，但与 目前与国外先进的采煤机相比，再总体参数性能方面尚有较大差距，某些 关键部件的性能、功能、适用范围还亟待完善和提高，尤其是线监控、故 障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械 部件的可靠性、寿命与国外的相比差距很大，此外，我国在采煤机的机械 结构参数设计、加工制造和材质性能上与国外先进水平也有较大的差距。 因此，为提高产品质量，采煤机的机械传动系统理论设计尚需加大研究力 度。 2、采煤机的发展趋势、采煤机的发展趋势 80 年代以来，滚筒式采煤机在结构、性能参数、可靠性和易维修性上 都有很大的改进。归结起来，滚筒式采煤机有以下特征和发展趋势： 2.1 增大功率和能力 为了适应综采工作面高产、高效和在不同地质条件下快速截割煤岩的 需要，不论厚、中厚和薄煤层的采煤机均在不断增大装机功率和生产能力。 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 4 2.2 电牵引采煤机已成为主导机型 目前电牵引采煤机已成为德国、英国、美国、日本和法国等主要生产 国的主导机型。 2.3 增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构 为了适应综采高产高效的要求，近代采煤机的牵引速度和牵引力都有 较大的增大。 2.4 机器的结构布置有新的发展 近年来不断发展和研制出了多机横向布置、部件可侧面拉装的整机 箱式机身、纵向布置采煤机的牵引部和截割部合为一个部件、破碎机采用 单独电动机传动、改进挡煤板传动装置、无底托架或不用整体底托架等新 的结构布置方式。 2.5 截割滚筒的革新和改进 截割滚筒的改进是围绕增大截深、减低煤尘、增大块煤率和提高寿 命等目标进行的其主要改进有增大截深、采用强力截齿、增大块煤率和减 少煤尘生成、滚筒设计 cad、高压水射流喷雾降尘和助切、加固滚筒结 构等方面。 2.6 扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型 薄煤层、厚煤层、硬粘并有夹矸煤层、大倾角、破碎顶板等难采煤层 的机型的发展有，开发出了薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机身等 机型。 2.7 提高采区工作电压 80 年代以前，各国采区工作面设备电压多为 1000v 左右。随着综 采设备向大功率发展，目前采煤机最大功率达 1220kw，截割电机最大 功率达 6000kw，刮板输送机最大功率达 1125kw，驱动电机最大功率达 525 kw，加上工作面长度的不断增长，所以必须提高采区的供电电压，目 前各国生产的大功率采煤机，其供电电压一般为 2300、3300、4160 和 5000v 等几档。 2.8 采用微电子技术，实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断 和自动控制 现代采煤机均装有功能完善的用微处理器控制的数据采集、工况监测、 故障诊断和自动控制，这是代表采煤机水平的重要标志。现代采煤机的微 处理系统除了工况监测，还可以对其采集信息进行分析处理，再输出显示、 存储、控制和传输等，以实现检测、预警、保护、健康诊断、事故查询、 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 5 维修指导和调度分析等多种功能。 2.9 贯彻标准化、系列化和通用化原则，加速开发适合不同地质条件的 新机型。 目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则，将采煤机各主要部 件 （如电动机、截割部固定减速箱、摇臂、滚筒、牵引部、截牵箱、行走箱、 牵引机构等）制定标准，作为适合不同条件的通用部件，各部件间的连接 尺寸一致。这样，就可以根据不同的地质条件的要求，很容易用积木式方 法将各部件组合成新机型，以扩大采煤机的系列和加速研制过程。 10）提高采煤机的可靠性和寿命，提高易维修性，缩短井下更换部件时间， 延长大修周期，提高机器的使用率和开机率。 3、采煤机牵引部概述、采煤机牵引部概述 行走机构由机械传动系统和变频调速系统组成。 行走机构牵引特征表 牵引功率（kw） 240 50hz83.4hz电动机转速（r/min） 14722455 牵引速度（m/min）7.3412 牵引力（kn）570350 3.1 截割电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 3002kw，即每个截割部功率为 300kw。根据矿下电机的具体工作情况，要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。据此选择由抚顺厂生产的三相鼠笼异 步防爆电动机 ybc3300,其主要参数如下： 额定功率：300kw； 额定电压：1140v 额定电流：176a; 额定转速：1472p/m 额定频率：50hz; 绝缘等级： h 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 6 接线方式：y 工作方式：s1 质量： 1502kg 冷却方式：外壳水冷 螺孔： 19-18 输出轴： ext21z3m 30p 该电机总体呈圆形, 其电动机输出轴上，带有渐开线花键，通过该花 键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。 3.2 牵引电动机的选择 由设计要求知，截割部功率为 402kw，即每个截割部功率为 40kw。根据矿下电机的具体工作情况，要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。据此选择由抚顺厂生产的三相鼠笼异 步防爆电动机 ybcs440b,其主要参数如下： 额定功率：40kw； 额定电压：380v 额定电流：100a; 额定转速：1472p/m 额定频率：50hz; 绝缘等级： h 接线方式：y 工作方式：s1 质量： 802kg 冷却方式：外壳水冷 螺孔： 4-18 输出轴： ext17z2.5m 30p 该电机总体呈圆形, 其电动机输出轴上，带有渐开线花键，通过该花 键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。 轴 min/9206 . 1/1472 3 rn 轴 43014 . 2 /920/ 234 inn min/r 轴 min/19916 . 2 /430/ 346 rinn 4、我国薄及较薄煤层分布广泛，全国多处矿井都赋存有薄及较薄煤 层。薄及较薄煤层可采储量 61.5 亿吨，约占煤炭总开采量的 19%。为了充 分实现较薄煤层的高效开采，充分利用煤炭资源，可以对较薄煤层采取长 壁开采方式，本设计就是较薄煤层长臂开采的配套设备中采煤机的设计。 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 7 在设计过程中得到了高峰老师的亲切指导。 从采煤机选型到参数确定过 程中，高峰老师给于多次指导，最初的设计也是数易其稿。 本文设计的采煤机主要有以下特点： 4.1 针对脚脖煤层赋存特点，结构紧凑，过机空间、人员操作、行走 空间相对较大；顶梁为变断面薄型、前翘整体顶梁，结构简单，对前部顶 板的支撑效果好，并具有较高的可靠性； 4.2 平衡千斤顶采用两个 125mm 缸径千斤顶，增加了平衡千斤顶作 用可靠性以及连接装置的可靠性； 4.3 采用前单、后双连杆机构，支架稳定性好，纵向尺寸小，搬家、 运输方便； 4.4 底座采用整体刚性底座，即可保证推移机构能顺利出煤，又可提 高支架整体刚度； 4.5 推移机构为短推杆机构，结构可靠，拆装方便，利于实现快速移 架； 根据现有支架的结构和特点，设计出了顶梁、底座、四连杆、立柱等 重要部件的结构。在此基础上，对各个结构件的强度进行了校核，均满足 强度条件。 在设计中，利用三维制图软件绘制了采煤机。先绘制支架的主要的结 构件：顶梁、掩护梁、前后连杆、底座、立柱、平衡千斤顶，并进行装配 成整体支架。通过绘制完整三维采煤机加深了设计过程中对采煤机的结构 设计和参数设计的理解。在结构确定和参数确定过程中参阅了大量的资料， 并参考了在实习中看到的采煤机的实体，最终确定最后结构形式和具体参 数。在进行最后的强度校核时，选取了众多方法种的一种，主要以建立支 架力学模型和受力分析为主，目前，出现了一些新的方法来研究支架的结 构强度，有限元法，薄壁箱型截面组合强度的计算机辅助算法以及采煤机 内蒙古科技大学继续教育学院（专科）毕业设计论文 8 强度的概率设计法是当前计算机辅助程度较高的方法，这些新的技术和知 识都有待于在今后的工作和学习中进行研究。 结结 论论 本文中写述了采煤机的历史和发展趋势，电牵引采煤用的双开关磁阻 电动机并联传动系统。 在矿区使用的开关磁阻电动机调速系统驱动的新 型采煤机大大降低了采煤机的故障率，提高采煤机的运行可靠性能直接提 高煤矿的经济效益。 驱动型的双重开关磁阻电动机并联驱动系统相比驱动型的单一开关磁 阻电动机调速系统也有助于提高运行可靠性。 内蒙古科