1、淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 I 采煤机的使用与维护毕业设计 摘要 MG300/700-WD 型交流电牵引采煤机，采用多点击驱动、横向布置的新型电牵引采煤机，总装机功率 700KW，截割功率 2 300KW，牵引功率 2 40KW，采用机载交流变频技术调速、销轨式牵引，适用于 1.93.8m，煤层倾角 16，煤质中硬或是硬的综采工作面。 本说明书主要介绍了采煤机截割部的设计计算。 MG300/700-WD 型采煤机截割部主要是由一个减速箱和四级齿轮传动组成，截割部电机放在摇臂内横向布置，电动机输出的动力经由三级直齿圆拄齿轮和行星轮系的传动， 最后驱动滚筒旋转。截割部采用四行星单浮动结构
2、，减小了结构尺寸，采用大角度弯摇臂设计，加大了过煤空间，提高了装煤效果。 在设计过程中，对截割部的轴、传动齿轮、轴承和联接用的花键等部淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 II 件进行了设计计算、强度校核和选用。本说明书主要针对主要部件的设计计算和强度校核进行了叙述和介绍。 此外，还对 MG300/700-WD 采煤机的使用与维护进行了说明，以便能更好的发挥该采煤机的性能，达到最佳工作效果 关键词 ：采煤机；截割部；减速箱；行星轮系；传动齿轮；设计 目 录 第一章 概述 . 错误 !未定义书签。 1.1 采煤机发展的历史 . 错误 !未定义书签。 1.2 我国采煤机 30 多年的发展进程 .
3、错误 !未定义书签。 1.3 采煤机的发展趋势 .4 1.4 采煤机的类型及主要组成 . 错误 !未定义书签。 第二章 总体方案的确定 . 错误 !未定义书签。 2.1 MG400/900-3.3D 型采煤机简介 .10 2.2 摇臂结构设计方案的确定 . 错误 !未定义书签。 2.3 截割部电动机的选择 . 错误 !未定义书签。 2.4 传动方案的确定 . 错误 !未定义书签。 第三章 传动系统的设计 .错误 !未定义书签。 3.1 各级传动转速、功率、转矩的确定 . 错误 !未定义书签。 3.2 齿轮设计及强度效核： . 错误 !未定义书签。 3.3 轴的设计及强度效核 . 错误 !未定义
4、书签。 3.4 截割部行星机构的设计计算 . 错误 !未定义书签。 淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 III 3.5 轴承的寿命校核 . 错误 !未定义书签。 3.6 花键的强度校核 . 错误 !未定义书签。 第四章 采煤机的使用与维护 . 错误 !未定义书签。 4.1 采煤机使用过程中常见故障与处理 . 错误 !未定义书签。 4.2 大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 . 错误 !未定义书签。 4.3 采煤机轴承的维护及漏油的防治 . 错误 !未定义书签。 4.4 煤矿机械传动齿轮失效的改进途径 . 错误 !未定义书签。 4.5 硬齿面齿轮的疲劳失效及对策 . 错误 !未定义书签。
5、 淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 1 1 绪论 振兴煤炭行业，煤机要先行。我国作为世界第一的产煤大国，对高性能的煤机有着巨大的需求。然而我国的煤炭装备制造工厂没有技术研发中心，企业规模小而分散，制造工艺落后，缺乏产业巨头的支持。同时由于煤矿行业的特殊性，对煤机的耐热、耐腐蚀、防爆、抗冲击载荷的性能要求较高。行业内优秀人才较为稀缺。等等原因造成我国的煤机行业较为落后。尽管煤炭作为能源被石油大规模替代已经过了 100 多年 ，但当石油出现问题时，其还是最直接的替代能源。近年来世界原油价格的飙升带动国际煤炭价格的上涨，而国际煤炭价格的上涨则会推高国内的煤炭价格的上涨，煤炭行业的景气程度会与日俱
6、升。 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 a) 1.1 国外采煤机的发展历史 在 20世纪 70年代初期，国外部分厂商开始在煤矿机械
7、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 淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 2 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。 德国 Eickhoff公司于 1976 年研制成功直流电牵引采煤机 ,
8、并基本停止了液压牵引采煤机的研发 ,此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机。 20世纪 90年代开发的 SL系列横向布置交流电牵引采煤机 ,将截割电机布置在摇臂上。其中 SL500型电牵引采煤机装机功率达 1 815 kW,最大牵引力 869 kN;SL300型电牵引采煤机总装 机功率 1138 kW,采用双变频器一拖一系统 ,最大牵引速度达 36.7 m /min;SL1000型采煤机装机功率达 2600 kW,牵引力1003kN。控制系统具有交互式人机对话、设备状态监测与故障预报、在线控制、数据传输等功能。 英国 long - Airdox公司于 1984年研制成功第 1台将截割电机布置在摇
9、臂上的多电机横向布置 Electra55V型直流电牵引采煤机 ,在此基础上又开发出功率更大的 Electra1000型直流电牵引采煤机。 20世纪 90年代 ,在 Electra系列机型基础上 ,进一步加大功率 ,改进控制 系统 ,开发了 EL系列交流电牵引采煤机 , 主要机型 EL600、 EL1000、 EL2000、 EL3000型。在 EL系列机型上装置的 Impact集成保护及监控系统具有负荷控制、机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等功能。 日本三井三池制作所 1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的MCLE - DR系列交流电
10、牵引采煤机 ,近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵引采煤机。采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统 ,可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶底煤厚度 、电机负载及各处温度 ,具有无线遥控装置 ,并可加装红外线发射器操纵采煤机。 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淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 3 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。 前苏联 20 世纪 70 年代研制出 K128 直流电牵引采
11、煤机后，又相继研制成功多种直流电牵引采煤机。 90 年代开发了 K-88型等交流电牵引采煤机。总体来看，俄罗斯的电牵引采煤机功率较小，直流牵引，性 能参数较低。 1.2 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
12、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，
13、现正在开发装机功率达 1800kw 的交流电牵引采煤机；太原矿上机器淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 4 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/-3.3D 型交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合作将 MG2 300-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
14、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） 大功率、大截深电牵引采煤机的进一步研究； （ 2） 大功率采煤机的工况监制。故障诊断于控制系统的研究； （ 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； （ 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
15、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。 1.3 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： 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。 淮
16、南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 5 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。 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。 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。 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
17、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。 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。 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
18、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。 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、维修指导和调度分析等多种功能。 淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 6 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
19、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。 淮南职业技术学院矿山机电专业毕业设计 7 1.4 采煤机的分类和组成 采煤机有不同的分类方法，一般我们按照工作机构的形式进行分类，可分为：滚筒式、钻削式和链式采煤机；现在
20、我们所说的采煤机主 要是指滚筒采煤机，这种采煤机适用范围广，可靠性高，效率高，所以现在使用很广泛。 滚筒采煤机的组成如图 1-1 所示。采煤机于刮板输送机配套如图 1-2 图所示。 采煤机组要组成：左、右截割滚筒，左、右行走减速箱，左、右行走箱，电器控制箱，变频调速箱，中间框架，托缆装置及喷雾冷却系统等组成。 截割部：截割电动机横向布置在摇臂上单独驱动，经摇臂减速箱三级直齿、以及行星传动减速后，通过方形出轴与截割滚筒连接，驱动截割滚筒旋转，实现割煤、落煤、装煤。 牵引部：两台行走电机横向布置在左右行走箱内实现双牵引，经行星减速 器的减速后，带动左右行走箱体中的小齿轮轮回转，经一级直齿减速后，驱
21、动行走轮和销轨啮合，使采煤机沿工作面刮板输送机正或是饭方向移动，牵引多采用交流变频调速、齿轮 -销轨式牵引系统。 电控箱（矿用隔爆兼本安型）：该电控箱为独立隔爆箱体，可以从采空侧抽出。电气控制系统采用可编程控制器（ PLC）控制，具有瓦斯报警装置。各项保护和显示功能齐全，并配备中文液晶显示屏，实时显示采煤机的工况参数。 变频调速箱（矿用隔爆型交流变频）：该变频调速箱为独立隔爆箱体，由三个腔体组成，变压器腔、变频器腔和接线腔。大盖板上设有电控按 钮和显示窗，箱体上设有冷却水通道。 支撑：由采煤机煤壁侧的两个滑靴和采空侧的两个导向滑靴分别支承在工作面刮板机的槽帮和销轨上。 调高：主要由调高电机、调高泵、粗过滤器、手液动换向阀、集成块阀和油箱等组成。各部分均可以从中间框架的采空侧抽出，维修方便。 喷雾冷却系统：主要由接头、水封、泄露环、轴承装置、外壳、不锈钢水管、 O 形圈、定位销、管座、高压软管、铰接体、交接螺钉等组成。
