1、辽宁工程技术大学毕业设计 第 - 1 - 页 共 52 页 前言 随着现代科技的不断发展，机械行业的技术也日益更新。新方法、新技术不断的出现。与此同时，对机械尤其是机械制造业的要求也更加复杂化、多元化。 在现代工业生产中，对资源的利用已经成为衡量工业发展的关键一环。而煤炭资源又是资源中的重中之重，因此，对煤炭资源的开采利用也就不可避免的成为世人关注的焦点。然而，对煤炭的开采不同于其它，他是在井下进行工作。采煤工作面是井下进行采煤工作的地点，是矿井生产的基础。我国缓斜及倾斜煤层占煤炭总量的很大比重。开采缓斜及倾斜煤层，广泛采用着走向长壁工作面采煤法。这就需要各种 专用的煤矿机械进行开采、运输。
2、众所周知，煤矿井下运输机械工作任务繁重，工作条件恶劣。普通的机械无法在井下进行工作。特别是采掘工作面的运输机械，要求其主要运动部件和工作机构（牵引机构及承载机构）强度高、刚度大、韧性好、耐磨损、抗腐蚀。根据这些要求，使用链条作为输送机的牵引构件比较合适。而刮板输送机就是为满足这种特殊要求而诞生的一种煤矿运输机械。它由于机身低矮，可以弯曲，运输能力大，结构强度高，能适应采煤工作面较恶劣的工作环境，并可作为采煤机的运行轨道而被广泛应用。 减速器是用于原动机和工作机 之间的独立的封闭传动装置。由于减速器具有结构紧凑、传动效率高、传动准确可靠、使用维护方便等特点，故在各种机械设备中应用甚广。减速器的种
3、类很多，用以满足各种机械传动的不同要求。常用减速器已标准化，由专门工厂成批生产。减速器主要由传动零件（齿轮或蜗杆等）、轴承、箱体极其附件组成。 刮板输送机的减速器的作用就是通过三级 齿轮减速（第一级采用圆锥直齿轮，第二级采用圆柱斜齿齿轮，第三级采用圆 柱直齿齿轮）来改变从电动机方向传来的转速，以得到适合工作机器所需要的转速，使整个机械能更好更出色的完成工作使命。 我设计的 题目是：刮板输送机减速器设计 设计的主要内容主要包括： 1）齿轮的设计； 2）轴的设计； 3）轴承的设计 由于本人水平有限，设计当中难免存在缺点和错误，恳请各位老师批评指正 。 于远龙：刮板输送机减速器设计 第 - 2 -
4、页 共 52 页 1 刮板输送机的现状及发展趋势 1 1 刮板输送机的现状及发展趋势 1 1 1 刮板输送机的现状 综采技术是长壁采煤系统、支护、采煤、装载、运输及整体推进等作业全部机械化的生产技术，国外通称为长壁工作面全盘机械化（ FullMechanizanonof Lonswall Face）。在近半个世纪的发展历程中，它创造和保持了多项 世界纪录，是当今世界最先进的井下开采技术，近几年在新技术革命影响的推动下，正发生着变革性的进步。目前全自动化无人采煤工作面的综采技术，是美、德等国科研工作的重要内容。综采设备是综采技术的核心部分，工作面刮板输送机是关键的综采设备之一。 国外高水平自动采
5、煤工作面刮板输送机（ Armoured Face Cooveyor）是 1940 年德国人发明的。 50 年代中期，工作面刮板输送机液压支架在英国研制成功后，与滚筒采煤机一起，形成采、支、运三机配套的综采设备。由于工作面刮板输送机圆环链条的可弯曲性和 Z 型销装 料槽的可靠性，使输送机能适应底板起伏变化，可整体弯曲前移，因而成为不可替代的综采输送设备，并发展至今。 工作面刮板输送机自问世以来，经历了多种型式的发展和变化。其中刮板链条型式经历了单中链式边双链式三链式中双链式或单中链式（转载机为准双边链式）及“圆环链式紧凑链式”的发展历程。自动调链装置是新型智能化输送机的又一个主要特征。该装置是
6、1988 年德国 DDM 研究中心首先研 制 成 功 的 ， 称 为 AVK 刮 板 输 送 机 自 动 紧 链 装 置 （ AutomatlscheVorspannungsregelung fur hi tenkrantzer Forderer）。 之后美国 JOY 公司也研制出了 ACTS 装置（ Automatic chain Tensioning system）。两种装置原理相同，均是通过伸缩机尾达到自动调整链条松紧的目的。 AVK 装置和 ACTS 自动调链装置是在机头底链和机尾上链处，分别设一种传感器，可测量和识别链条松弛、过紧、正常，三种状态，通过 PSC 可编程传感控制装置（
7、prosrammable sensorcontroller）的确认和分析，并与状态 传感器（链速、油压、油缸位置）输入信号比较，做出判断后给电磁阀发出指令，控制机尾油缸的伸缩，达到自动调整链条松紧的目的。解决了大功率输送机链条调整困难的问题，避免了机头悬链和机尾堆链及链条过紧而造成的事故，使链条张力处于合理状态。新型智能化刮板输送机代表了当今世界工作面刮板输送机的最高水平，其主要特征归纳为：大型化、智能化、高可靠性及元部件标准化。 辽宁工程技术大学毕业设计 第 - 3 - 页 共 52 页 1 1 2 我国工作面刮板输送机总体水平与国外的差距 我国工作面刮板输送机总体水平比国外落后 10 年左
8、右，主要表现在以下几个方面： 1) 性能和结构方面的差距： (1) 装机功率小 ，输送能力低，运输距离短。国产工作面刮板输送机最大装机功率为 2 x 525k W，输送能力为 2200t h，输送距离为 250m。主要特征参数比国外先进水平的同类参数小 2 3 l 2，说明我国刮板输送机总体水平仍比较低，输送机相应零部件也较国外尺寸小、性能差。 b 我国工作面刮板输送机 CS T 可控驱动装置、 AC TS 自动调链装置和工况监测系统等均为空白。 (2) 耐久性差，可靠性低。我国齿轮设备耐久性试验为 1200h，可靠性较低，国外齿轮耐久性试验达 1500 2000h 以上，国外输送机事故率小于
9、 3 。 2) 加工和材质方面 (1) 加 工手段落后， 80 年代后期，我国煤机行业进口了一些高精度、高效率的加工设备，使部分冷加工技术水平有所提高。 (2) 原材料、基础元件品种少，质量差。 3) 设计和试验方面的差距： (1) 计手段落后，不能适应现代设计需要。我国有关单位目前仅为 CAD 或AltoCAD。国外普遍采用现代化设计法（如 3 D CAD 等），可实时进行三维动态仿真和有限元受力分析等，满足设计需要。 (2) 标淮化、规范化水平低，基础性工作差。 (3) 我 国刮板输送机试验和检测设备，能力不足，试验和检测的后续工作落 后。 1 1 3 工作面刮板输送机发展趋势 1988
10、年 4 月，澳大利亚“二十一世纪高产采煤系统讨论会”提出了实现长壁综采面日产 3 4 万 t 的目标，同时对工作面刮板输送机主要参数进行了探讨。现在世界先进水平工作面都达到或超过了上述目标。如 2000 年 2 月，我国神华集团大柳培矿综采面采用 JOY 公司综采设备，最高日产达 3.7 万 t。说明近几年综采技术的发展速度超过了专家预料，将继续向着高产、高效、自动化的方向发展。工作面刮板输送机 必然随着综采技术的发展而继续发展，其发展趋势是： 1) 向大型化发展。装机功率为 2 x 800k W 4 x800k W，输送能力为 2500 4500t于远龙：刮板输送机减速器设计 第 - 4 -
11、 页 共 52 页 h，输送距离为 300 350m，链条规格为直径 48 52mm，溜槽内宽为 1300 1500mm。 2) 向高耐久性肩可靠性方向发展。减速器耐久性试验指标应通过 1500 2000h 耐久性试验，输送机溜槽过煤量大于 6 Mt，事故率小于 3 。 3) 向智能化自动化方向发展。采用 CST 可控驱动装置和 ACTS 自动调链装置及工况监测系统等 。 4) 向标淮化、规范化方向发展。输送机零部件普遍标准化，规范化，保证设计、加工质量和水平。 5) 向高适应性发展，适应不同综采工艺的工作面刮板输送机将会继续发展，如综放工作面刮板输送机、刨煤机用输送机等继续得到发展。 1 2
12、 刮板输送机的优缺点 1 2 1 刮板输送机的构造及传动原理 刮板输送机是以牵引构件和溜槽为支撑机构的连续运输机械，其组成部分及工作原理如下：机头部机头架，传动装置和链轮组件等部件组成机头架的作用除卸载外，还对传动装置、链轮组件、盲轴和其它附属件等起着支承和装配的作用。传动装置包括电动机 、减速器和液力联轴器。电动机均采用三相异步防爆电动机，减速器已大量采用大功率行星减速器。当前多数刮板输送机采用液力偶合器作为联轴器。现在双速电机的应用也越来越广，与之配套的是弹性联轴节。链轮组件多由牵引链轮和盲轴组成。中间部主要由溜槽和刮板链组成，当前刮板输送机的溜槽包括中部槽、过渡槽、开口槽。刮板链由刮板、
13、圆环链和联接环等组成，其结构形式可分为单链、双边链和双中链几种形式。 1 2 2 刮板输送机的优点 刮板输送机的优点刮板输送机之所以能在国民经济生产中得到广泛的应用，是因为它存在着与其它设备无法相比的优点 ： 1) 适应性好，对环境的要求不高。在煤矿井下及其它工作条件恶劣，运输负荷变比较大的场所把物料运输到运输条件好的场所。 2) 协作性好，为适应综合采煤机械化的需要，在机身上设有供采煤机牵引和导向的装置、与支架的连接装置和挡煤板、电缆槽及铲煤板等，目前刮板输送机发展到了随着工作的推进不需拆卸的整体推移，向着大功率、高强度和短而低的机头及机尾方向发展。 3) 可弯曲性好，为适应工作地点和作业条
14、件的要求，能在一定的范围内做水平及垂直方向的弯曲。 辽宁工程技术大学毕业设计 第 - 5 - 页 共 52 页 4) 机身的强度和刚度高，能经得住碰撞和冲击。 5) 耐磨性好，采 用新研制的碳化硼药皮耐磨堆焊焊条，在矿用刮板输送机的中部槽中板表面堆焊一层耐磨合金层，使中板的强度得到加强，中部槽的使用寿命大幅度提高，使用寿命提高 3 倍以上，同时并不增加输送机的拖动阻力以及刮板与链条的磨损。 6) 功率大，随着重型刮板输送机的发展、装机功率越来越大，大的刮板输送机总功率达 2X700 1400kw。 1 2 3 刮板输送机的缺点 1） 空载阻力大，刮板链质量大，刮板与中板摩擦向前推进，物料也通过
15、刮板的阻挡和中板摩擦向前推进，使得电机的 30多的功率浪费在空载运行上。因此如何降低空载功率， 提高运煤有效功率是刮板输送机的又一大课题。 2） 启动难，这个问题是刮板输送机一直不好解决的问题。刮板输送机在输送物料的过程中需要较高的启动力矩，启动过载系数通常为 2 5 3 0，因此满载启动难的问题不能很好地解诀。刮板输送机的主要特点是频繁启动和过载启动，且负载在空载、满载、超载甚至严重超载之间不断变化且持续时间无规律，这样在静态设计中，链子的安全系数确定很高，电机的功率选取也大，使得资源在不得己的情况下造成浪费。 3) 动负荷大 ,刮板输送机具有较大的动负荷，动负荷产生的原因有自身结构和工作环
16、境的原因。刮 板输送机上的标准圆环链自五十年代初期开始采用以来，未见有很大的修改，虽然对链环的热处理工艺不断有小的改进，但对圆环链作为整个系统的一部分研究，尤其是对圆环链传动中的动载问题的研究，以及由冲击动载引起的一系列问题尚需做很多的工作。刮板输送机是采煤工作面最主要的运输设各，工作面运输是采煤生产中的一个重要环节，工作面输送机能否正常运转直接影响工作面的生产能力。因此，改善工作面运输条件，对提高产量、加速煤炭工业的发展具有极为重要的意义。虽然国外各先进刮板输送机厂为了竞市场，不断地开发新技术，研制新机型，他们虽在重大 技术上尚无突破，但在结构、电控、检测、以及可靠性方而有了大幅度的进展。但
17、在国内外，把刮板输送机的传动系统作为一个整体去研究它的特性还是很肤浅的，对刮板输送机的整体作为一个系统研究它的动特性就更少了。鉴于目前国内外的发展状况，随着煤炭工业对运输设备的可靠性和工作性能上的要求不断提高，对圆环链传动中存在的一些问题应尽快加以改进，以便使圆环链传动更能发挥自身的优点。 1 3 圆环链传动的特点 于远龙：刮板输送机减速器设计 第 - 6 - 页 共 52 页 圆环链传动是一种具有中间挠性的啮合传动，它既有齿轮传动的特点，也有带传动的特点，但与其比较还有它自身的特点。 1) 圆环链传 动的制造与安装精度要求低 2) 链条对轴的作用力较小 3) 圆环链传动能有缓冲与吸振性能 4
18、） 它的传动比准确 5) 对环境适应能力强。因此它是刮板输送机的关键配件之一，它起到连接各部件成为完整系统的同时，还承受很大的交变载荷。 随着煤炭工业机械化的发展，大功率高效采煤机和长距离、大功率输送机迅速增加，对大规格的矿用高强度圆环链需求量逐年增加。因此，研究圆环链传动对生产实践具有重要的意义。 表 1-1 国外新型工作面刮板输送机技术特征表 Tab.1-1 Overseas new working surface scraper conveyer technology characteristic table 辽宁工程技术大学毕业设计 第 - 7 - 页 共 52 页 2 减速器的总体设
19、计 2 1 分配传动比 1 电动机：型号 DSB-40 功率： 40p kw 转速： 1470 / minnr 传动比： 24.56i 因为第一对齿轮为圆锥齿轮，故其传动比 3i 所以选取 1 2i 1 2 3i i i i 23 2 4 .5 6 / 2 1 2 .2 8i i i 2 (1.3 1.4)ii （ 2-1） 选取 2 1 . 3 5 1 . 3 5 1 2 . 2 8 4 . 0 7ii （ 2-2） 3 23 2 4 .5 6 3 .0 24 .0 7 2ii ii （ 2-3） 2 2 轴的计算 轴： 1 4 0 0 . 9 9 3 9 . 6 0p p k w 电 联
20、（ 2-4） 1 1470 / minnr 311 1 3 .9 6 1 09 .5 5 9 .5 5 2 5 7 .2 71470pT N mn （ 2-5） 轴 ： 21 3 9 . 6 0 . 9 7 3 8 . 4 0p p k w 齿 1211470 7 3 5 / m in2nnri 2223 8 .49 .5 5 9 .5 5 4 9 8 .9 4735pT N mn 轴： 32 3 8 . 4 0 . 9 7 3 7 . 2 0p p k w 齿 232735 1 8 0 .5 9 / m in4 .0 7nnri 于远龙：刮板输送机减速器设计 第 - 8 - 页 共 52 页
21、 333 3 3 7 .2 1 09 .5 5 9 .5 5 1 9 6 7 .2 21 8 0 .5 9pT N mn 轴： 43 3 7 . 2 0 . 9 7 3 6 . 1 3p p k w 齿 3431 8 0 .5 9 5 9 .8 0 / m in3 .0 2nnri 344 4 3 6 .1 3 1 09 .5 5 9 .5 5 5 7 6 9 .9 25 9 .8 0pT N mn 表 2-1 各轴的计算结果 Tab.2-1 Various axes computed result 轴序号 功率()pkw 转速( /min)nr 转矩 ()TNm 传动形式 传动比 效率 39
22、.60 38.40 37.25 36.13 1470 735 180.59 59.80 257.27 498.94 1967.22 5769.92 联轴器 齿轮传动 齿轮传动 2 4.07 3.02 0.99 0.97 0.97 2 3 轴承的选择 为适应轴的不同直径和受力需要 在轴上选用 30212 型圆锥磙子轴承 在轴上选用 30213 型圆锥磙子轴承 在轴上选用 6216 型深沟球轴承 在轴上选用 6220 型深沟球轴承 辽宁工程技术大学毕业设计 第 - 9 - 页 共 52 页 3 校核计算 3 1 齿轮的校核 7 选取 1j 8 300 8hL h 3 1 1 第一对齿轮： 圆锥直齿
23、轮 1） 选择齿轮材料 查表得 小齿轮选用 #45 调质 1 2 4 5 2 7 5H BS H BS 大齿轮选用 #45 正火 2 2 1 0 2 4 0H BS H BS 2） 按齿面接触疲劳强度设计计算 确定齿轮传动精度等级，按 31 1 1( 0 .0 1 8 0 .0 2 8 ) /mtv n p n 估取圆周速度 查表得 6/mtv m s 公差组 8 级 小齿 轮大端分度圆 2131 24(1 0 . 5 ) EHk T Z Zd R R u H （ 3-1） 齿宽系数 0.3R 小轮齿数 1 26Z 大轮齿数 2 1 1 2 6 2 5 2Z Z i 齿数比 21/ 5 2 /
24、 2 6 2uZZ 传动比误差 / (2 2) 0uu 合适 小轮转矩 61 9 . 5 5 1 0 3 9 . 6 / 1 4 7 0 2 5 7 2 6 . 5 3T N m m 载荷系数 AVk k k k 查表得 使用系数 1.50Ak 查图得 动载荷系数 Vk 的初值 1.18Vtk 于远龙：刮板输送机减速器设计 第 - 10 - 页 共 52 页 221 0 . 3 2 1 0 . 3 92 2 0 . 3m Rud R （ 3-2） 查图得 齿向载荷分布系数 1.04k 载荷系数 k 的初值 1 . 5 0 1 . 1 8 1 . 0 4 1 . 8 4t A V tk k k
25、k 查表得 弹性系数 2189.8EZ N mm 查图得 节点影响系数 2.5HZ （ 120xx） 许用接触应力 lim /N W HH H Z Z S 接触疲劳极限 limH lim 1 570H N m lim 2 460H N m 接触寿命系数 NZ 应力循环次数 N 9116 0 6 0 1 4 7 0 1 ( 8 3 0 0 8 ) 1 . 6 9 1 0hN n jL （ 3-3） 9921 / 1 . 6 9 1 0 / 2 0 . 8 5 1 0N N u （ 3-4） 查表得 接触强度的寿命系数 121NNZZ （不允许有点蚀） 查图得 硬化系数 1.13wZ 查表得 接触
26、安全系数 1.5HS 则 21 5 7 0 1 1 . 1 3 / 1 . 5 4 2 9 . 4 /H N m m 22 4 6 0 1 1 . 1 3 / 1 . 5 3 4 6 . 5 3 /H N m m 故 1d 的设计初值 1td 为 231 24 1 . 8 4 2 5 7 2 6 . 5 3 1 8 9 . 8 2 . 50 . 3 ( 1 0 . 5 0 . 3 ) 2 3 4 6 . 5 3td 1 93.56td 齿轮的模数 11/ 9 3 .5 6 / 2 6 3 .6tm d Z 圆整 3.5m 小轮大端分度圆直径的计算值 1td 为 11 3 .5 2 6 9 1td m Z
