MG采煤機截割部設計

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1、目錄 摘 要 3 ABSTRACT 4 1 緒論 5 1.1采煤機研制的必要性 5 1.2國內采煤機的發(fā)展歷程 5 1.3國內與國外采煤機技術的差距 6 1.4 采煤機的類型及采煤方式 8 1.5滾筒采煤機的發(fā)展趨勢 9 1.6滾筒采煤機的工作原理及特點 10 第2章 總體方案的確定 13 2.1 MG300/700型采煤機簡介 13 2.2 截割部結構設計方案的確定 14 第3章 傳動系統(tǒng)的設計 16 3.1 MG300/700截割部傳動系統(tǒng)組成 16 3.2 MG300/700截割系統(tǒng)的機械傳動 17 3.3 齒輪的設計及校核 21 3.4軸的設計及強

2、度效核 30 3.5 軸承的壽命校核 35 第4章采煤機的使用和維護 36 4.1采煤機的潤滑 36 4.2井上檢查與試運轉 38 4.3 采煤機的運輸與安裝 40 4.4電牽引采煤機常見故障分析與排除 41 4.5大功率采煤機截割部溫升過高現(xiàn)象及解決方法 43 4.6采煤機軸承的維護及漏油的防治 43 參 考 文 獻 46 摘 要 我國煤炭中薄煤層儲量豐富，對小功率采煤機的需求量也比較大。而炮采安全性比較低，生產率也比較低；綜采對設備要求較高，而且投資費用比較大。所以對中薄煤層來說開發(fā)適應高檔普采的采煤機是非常必要的，而MG300/700-WD型采煤機正是針對中薄煤層

3、適應高普而進行的設計。 MG300/700-WD型采煤機的截割部機械傳動由三級直齒傳動和一級行星機傳動實現(xiàn)，且末級采用太陽輪浮動形式的行星傳動。采取搖臂結構形式以增大滾筒的過煤空間進而提高裝煤效率，并對各級齒輪及相應的傳動軸進行了設計計算和相應的校核，結果滿足設計要求。 關鍵詞： MG300/700采煤機 截割部 行星機構 1 緒論 1.1采煤機研制的必要性 隨著我國煤炭產量的不斷增長,連續(xù)幾年創(chuàng)歷史新高。根據(jù)煤炭行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2011年我國煤炭產量達到了創(chuàng)紀錄的35.2 億噸，約占一次性能源消費的72.8%。根據(jù)國家能源局預測，到2015年全國煤炭需求量將達到39億噸，

4、并在“十三五”以后煤炭需求量在40億噸以上逐年增長。煤炭作為工業(yè)發(fā)展的基礎能源，煤炭產量的穩(wěn)步增長直接與我國經濟的持續(xù)發(fā)展息息相關。而與煤炭產量有直接關系的采煤技術將是保證煤炭產量穩(wěn)步增長的前提基礎保證。采煤機作為煤炭開采中的重要工具，在這一環(huán)節(jié)中有著極其重要的作用。 21世紀前期是我國經濟、社會發(fā)展的重要機遇期。石油、天然氣、煤炭和核能在21世紀將繼續(xù)發(fā)揮各自的優(yōu)勢，可再生的水能、太陽能、風能、地熱能、海洋能等的開發(fā)利用，仍將繼續(xù)受到重視。但是由于資源條件和能源科技發(fā)展水平決定，在未來的30~50年，世界范圍內新能源、可再生能源及核電的發(fā)明尚不能普遍取代礦物燃料。因此，相當時期內礦物燃料仍

5、將是人類的主要能源。隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，尤其是世界經濟對能源的旺盛需求，世界煤炭開采技術也得到迅猛的發(fā)展。20世紀末期以來，在新技術革命的帶動下，煤炭開采技術與裝備迅速發(fā)展。先進采煤國家積極應用機電一體化和自動化技術，研制開發(fā)了高生產能力、高性能的開采技術裝備，廣泛應用計算機技術實現(xiàn)了礦井生產過程自動化控制，實現(xiàn)了礦井的高產高效生產。 自動化采煤工作面關鍵技術主要包括液壓支架電液控制技術、在薄煤層中實現(xiàn)刮板輸送機直線推進技術、煤巖分界以及采煤機搖臂自動調高技術、薄煤層用電氣調速自動化刨煤技術、設備工況監(jiān)測與故障診斷技術、順槽集中控制技術等。 采煤方法、工藝研究與創(chuàng)新是煤礦實現(xiàn)高效生

6、產的基礎，機電一體化，自動化煤礦開發(fā)技術裝備的研制是實現(xiàn)高效生產的基本保障。面對21世紀我國能源面臨的巨大挑戰(zhàn)，煤炭科技工作者承擔著重大的歷史使命，只有依靠科技進步，才能進一步加快我國煤礦現(xiàn)代化的步伐。 1.2國內采煤機的發(fā)展歷程 (1) 購進與仿制 世界上第1 臺采煤機是原蘇聯(lián)于1952 年生產并開始使用的,我國于1952 年購進并使用,與此同時,雞西煤礦機械廠即開始進行仿制工作,于1954年制造出我國第1 臺深截式采煤機,即頓巴斯- 1型采煤康拜因,隨后批量生產。在頓巴斯- 1 型采煤康拜因的基礎上,經過研究、改進和完善,設計制造了多種型式的采煤康拜因,這一時期的采煤機稱為中國第1

7、代采煤機。 (2) 消化與研制 20 世紀60 年代初,在頓巴斯- 1 型采煤康拜因的基礎上,我國開始自行研制生產采煤機,1964 年生產出MLQ - 64 型,1968 年生產出MLQ1 - 80 型淺截式單滾筒采煤機,成為我國第2 代采煤機。我國第2 代采煤機的特點是截割部滾筒采用搖臂調高,牽引機構也為鋼絲繩牽引,通過應用證明,采用鋼絲繩牽引,繩筒磨損嚴重,使用壽命短,同時牽引力較小,容易拉斷而導致傷人和機器下滑事故。該類型采煤機采用了液壓傳動,具有無級調速和過載保護等特點。 (3) 逐步成熟與發(fā)展 我國于20 世紀60 年代末70 年代初開始研制第3 代采煤機即雙滾筒采煤機。19

8、75 年生產的MLS3 - 170 型采煤機,實現(xiàn)了滾筒采煤機由單滾筒向雙滾筒的飛躍。MLS3 - 170 型采煤機的2 個可調高滾筒放在采煤機的兩端,利用搖臂調高。牽引機構采用圓環(huán)鏈牽引,提高了牽引力,但不適應大傾角采煤。MXA - 300 型系列采煤機是西安煤礦機械廠1983 年研制生產的大功率無鏈牽引雙滾筒采煤機,采用了三頭螺旋滾筒, 滾筒轉速有所降低; 牽引機構采用齒輪- 銷軌式, 傳動平穩(wěn), 消除了鏈牽引的缺點,機器的使用壽命延長,增設了副牽引部和可靠的液壓制動裝置,可用于大傾角(40～50°) 煤層而不需要設防滑安全絞車,提高了工作效率,加大了生產能力。 MG132P320 -

9、W新型液壓牽引采煤機是由泰山建能公司、煤炭科學研究總院、新汶礦業(yè)集團聯(lián)合研制完成的。該采煤機采用滾筒式采煤機發(fā)展趨勢的多電機橫向布置,液壓牽引系統(tǒng)打破常規(guī),采煤機牽引部泵箱把長期使用的“濕腔”布置分離液壓元件改為“干腔”布置,實現(xiàn)了采煤機液壓系統(tǒng)的創(chuàng)新。該機在同類采煤機設計中達到了國內先進水平。 國外于1976 年研制出第1 臺電牽引采煤機。1991 年,由煤炭科學研究總院上海分院與波蘭科瑪克公司合作,研制成功我國第1 臺采用交流變頻調速的MG344 - PWD 型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機,性能良好,電牽引采煤機成為我國第4 代采煤機。 2005 年煤炭科學研究總院上海分院又開發(fā)出總裝

10、機功率達1 815 kW的大功率采煤機。隨后,更大功率的電牽引采煤機MG900/ 2215 - GWD 也問世,該型采煤機的控制達到了國際先進水平,是目前國內功率最大的采煤機。如果采用長搖臂,最大采高可達到創(chuàng)記錄的6 m ,該型采煤機完全能夠滿足國內煤礦高產高效工作面的生產需要。目前,國內使用的交流電牽引采煤機的電牽引調速系統(tǒng)主要有3 種:即交流變頻調速系統(tǒng)、開關磁阻電機調速系統(tǒng)(簡稱SRD) 、電磁轉差離合器調速系統(tǒng)。調速原理不盡相同,但基本上都可分為控制部分和牽引電機部分。在這3 種交流電牽引調速系統(tǒng)中,交流變頻調速技術由于具有的諸多優(yōu)點,在大功率采煤機的應用已趨向成熟,并已成為目前采煤機

11、調速方式的主流,其主要特點是:啟動性能好,可直接實現(xiàn)軟啟動;交流變頻調速屬轉差功率不變型調速系統(tǒng),故效率高。隨著計算機技術和大功率電子元器件的不斷發(fā)展,交流變頻調速的調速性能和精度可與直流調速相比。 SRD 技術在采煤機上的應用雖然起步不久,但具有發(fā)展?jié)摿?它有交流變頻調速電動機結構簡單、無刷無整流子的優(yōu)點,也有直流調速系統(tǒng)調速性能好,控制電路簡單、價格低廉等優(yōu)勢,而且啟動轉矩大、啟動電流小,這種調速方式一旦解決了噪聲問題和位置傳感器存在的不可靠性問題,將更適合在煤礦井下采掘機械中使用。電磁轉差離合器調速技術本身比較成熟,它屬于改變轉差率的交流調速方式,采用閉環(huán)系統(tǒng)能得到較大的調速范圍,可平

12、滑調速,并具備交流調速和直流調速的雙重優(yōu)點。隨著計算機技術在控制系統(tǒng)性能可以做得更適合采煤機的使用,但它在采煤機上的應用也存在低速性能差、電動機發(fā)熱等問題。 1.3國內與國外采煤機技術的差距 1.3.1國外采煤機的發(fā)展 近年來,國外采煤機的技術特點和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面: (1) 牽引方式采用電牽引　 傳統(tǒng)的液壓牽引采煤機在國外雖然仍在生產和使用,但已不占主導地位,由于電牽引采煤機的諸多優(yōu)點,國外目前新開發(fā)的采煤機,特別是大功率采煤機基本上都是采用電牽引方式。 (2) 裝機總功率不斷增大　 國外采煤機的功率在不斷提高,電機截割功率通常在400 kW以上,功率大的已達1

13、000 kW;牽引電動機功率均在40 kW以上,大的甚至達到125 kW;總裝機功率通常超過1 000 kW,最高已達2 000 kW以上;牽引速度、牽引力也大幅提高,目前大功率電牽引采煤機的牽引速度普遍達到15～25 m/ min ,牽引力達到757 kN 以上。采用大截深滾筒已成為提高采煤機生產能力的重要途徑。 (3) 交流變頻成為主流調速方式　 由于交流變頻調速牽引系統(tǒng)具有技術先進、可靠性高,維護管理簡單和價格低廉等特點,近幾年發(fā)展很快,交流牽引正逐步替代直流牽引,成為今后電牽引采煤機的發(fā)展方向。采用2 個變頻器分別拖動2 臺牽引電機的牽引系統(tǒng),可使牽引的控制和保護性能更加完善,這種

14、一拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步采用,成為電牽引技術發(fā)展的又一個特點。 (4) 普遍采用中高壓供電 由于裝機功率大幅提高以及工作面的不斷加長,整個工作面供電容量超過5 000 kW。 (5) 監(jiān)控保護系統(tǒng)的智能化　 隨著先進的PLC控制系統(tǒng)的應用,新型的電牽引采煤機具有建立在微處理機基礎上的智能監(jiān)控、監(jiān)測和保護系統(tǒng),可實現(xiàn)交互式人機對話、遠近控制、無線電隨機遙控、工況監(jiān)測及狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集存儲及傳輸、故障診斷及預警、自動控制等多種功能,以保證采煤機具有最低的維修量和最高的利用率。 1.3.2國內采煤機的發(fā)展展望 國內電牽引采煤機代表機型與目前國外最先進的電牽引采煤機相比,在總體參數(shù)性能

15、方面已接近國外20 世紀90 年代中后期水平。但在一些關鍵部位以及總體性能、功能、適應范圍還有待進一步完善和提高。尤其是電牽引采煤機的工況在線監(jiān)測、故障診斷及預報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器中的應用,電磁調速電動機電流的控制精度和控制件等智能化技術與國外相比還有一定的差距。針對這些差距,今后國內電牽引采煤機的主要發(fā)展方向應包括以下幾個方面: (1) 進一步完善和提高交流變頻調速牽引系統(tǒng)的可靠性,重點完善和提高系統(tǒng)裝置的抗振、散熱和防潮等性能,研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng),重點提高采煤機電控系統(tǒng)的抗干擾、抗熱效應的能力。 (2) 開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能,重點研究故障診斷與專家系統(tǒng)、

16、工況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應變頻電路的漏電檢測與保護技術、搖臂自動調高系統(tǒng)等。 (3) 以開發(fā)裝機功率更大的采煤機為主,完善中、增大,電動機、變壓器、變頻器等設備的體積也相應增大,為滿足整機結構布置緊湊的要求,進一步提高采煤機對煤層變化的適用性,必須研究電器設備小型化的技術途徑小功率的電牽引采煤機,以滿足不同用戶的需求。 (4) 向電器設備結構的小型化發(fā)展,由于功率的增大,電動機、變壓器、變頻器等設備的體積也相應增大,為滿足整機結構布置緊湊的要求,進一步提高采煤機對煤層變化的適用性,必須研究電器設備小型化的技術途徑。 （5）截割滾筒的革新和改進 截

17、割滾筒的改進是圍繞增大截深、減低煤塵、增大塊煤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。 （6）擴大采煤機的使用范圍，不斷開發(fā)難采煤層的機型薄煤層、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。 （7）提高采區(qū)工作電壓 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

18、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，目前各國生產的大功率采煤機，其供電電壓一般為2300、3300、4160和5000V等幾檔。 （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。 1.4 采煤機的類型及采煤方式 本團隊全部是在讀機械類研究生，熟練掌握專業(yè)知識，精通各類機械設計，服務質量優(yōu)秀?？扇梯o導畢業(yè)設計，知識可貴，帶給你的不只是一份設計，更是一種能力。聯(lián)系方式：QQ，請看QQ資料。 第2章 總體方案的確定 2.1 MG300/700型采煤機簡介 MG300/700型機載交流電牽引采煤機，該機裝機功

19、率700KW，截割功率2×300KW,牽引功率2×40KW，外加泵電機功率18. 5KW。該機是在MG2×300W型采煤機的基礎上，結合交流變頻調速系統(tǒng)在MG344-PWD型采煤機上的應用成熟技術而研制的，適用于厚度為2.0~3.6m、傾角小于35的硬煤層，可滿足日產5000t的高產工作面需求。 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℃、不足以腐蝕和破壞絕緣的氣體與導電塵埃的情況下使用。 截割部的機械傳動裝置具有以下特點： （1）采煤機的電動機都用四級電機，其輸出軸轉

20、速為1470 r/min左右，而滾筒的轉速一般為30~50 r/min，因此截割部總傳動比為30~50，通常采用3~4級齒輪轉速。由于采煤機機身高度受到嚴格限制，所以各級傳動比不能平均分配，一般前級傳動比較大，而后逐級減小，以保持尺寸，各圓柱、圓錐齒輪的傳動比一般不大宇3~4，當末級采用行星齒輪傳動時，其傳動比可達5~6。 （2）在采煤機電動機除驅動截割部外還要驅動牽引部時，截割部傳動系統(tǒng)中必須有設置離合器，使采煤機在調動和檢修時將滾筒和電動機分開。離合器一般放在高速級，以減小尺寸及便于操縱。 （3）采用搖臂調高是最常見的方法。為使搖臂長度符合要求，搖臂內含有多個惰輪，通?？梢砸患墱p速。

21、 （4）由于行星齒輪傳動為多齒嚙合，傳動比大，效率大，可減小齒輪模數(shù)，故末級采用行星齒輪傳動可簡化前幾級傳動。 2.1.2主要技術參數(shù) 該采煤機的主要設計技術參數(shù)如下表2-1： 表2-1 采高范圍m m 2.0-3.6 滾筒截深 mm 630 煤層傾角 　° ＜35 ° 電機轉速 r/min 1470 滾筒轉速 r/min 32.4,37.1,42.25； 設計壽命 h 5000 搖臂總擺角 ° 上擺38.5 ° 下擺22.5 ° 滅塵方式 　 內外噴霧 截割功率 KW 2×300 電壓 V 1140 MG300

22、/700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(lián)結，左、右牽引部及中間箱采用高強度液壓螺栓聯(lián)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(lián)結，結構簡單可靠、拆裝方便。 2.2 截割部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(guī)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

23、采掘機械發(fā)展的必然趨勢。所以，這里把左右搖臂設計成對稱結構。 2.2.1 截割部電動機的選擇 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的三相鼠籠異步防爆電動機YBCS─300,其主要參數(shù)如下： 額定功率：300KW； 額定電壓：1140V 額定電流：188A; 額定轉速：1470r/min

24、 絕緣等級： H 接線方式：Y 質量： 2350KG 冷卻方式：外殼水冷 2.2.2 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，滾筒的轉速出現(xiàn)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 ——電動機額定轉速 r/min

25、 ——滾筒轉速 r/min 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： 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。 2）各級傳動間應做到尺寸協(xié)調、結構勻稱；各傳動件彼此間不應發(fā)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?jié)櫥容^方便。 由于

26、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2-所示： 圖2-1 則其他三級減速機構總傳動比 ÷8.25 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： 2 1.6 2.58 第3章 傳動系統(tǒng)的設計 3.1 MG300/700截割部傳動系統(tǒng)組成 3.1.1 MG300/700截割部傳動系統(tǒng)概述 截割機構由左右搖臂、左右滾筒組成，其主要功能是完成采煤工作面的落煤，向工作面運輸機裝煤和噴霧降塵。左、右搖臂完全相同，搖臂內橫向安裝一臺300kW截割電機，其動力通過兩級直齒輪減速和兩級行星齒輪減速傳給出軸方法蘭驅動滾筒旋轉。 搖臂減速箱設有離合裝置、冷卻潤滑裝置、噴霧降塵裝置等(圖3-1a、圖3-1b)。