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雙滾筒采煤機(jī)牽引部設(shè)計(jì)
摘要
MG300/690-WD型采煤機(jī)是一種多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，橫向布置的交流電牽引采煤機(jī)。該機(jī)功率大，多電機(jī)橫向布置，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，變頻調(diào)速采用機(jī)載式。截割電機(jī)、牽引電機(jī)等主要元部件均可從采空區(qū)抽出，容易更換，方便維修。
牽引電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)二級(jí)圓柱齒輪和二級(jí)行星齒輪減速器減速后，由行星架輸出，通過驅(qū)動(dòng)輪與行走輪相嚙合，再由行走輪與工作面刮板輸送機(jī)上的齒輪嚙合使采煤機(jī)來回行走，同時(shí)制動(dòng)軸輸出軸通過鍵與制動(dòng)器相連，實(shí)現(xiàn)電牽引部的制動(dòng)。
左右牽引部，中間電控箱的聯(lián)結(jié)螺栓，定位銷，搖臂與左右電牽引部鉸接銷軸四組，這些裝置將采煤機(jī)各大部件聯(lián)接成一個(gè)整體，起到緊固及連接的作用。牽引箱與行走部獨(dú)立箱體設(shè)計(jì)，配套適應(yīng)性強(qiáng)。
MG300/690-WD型采煤機(jī)，操作方便，可靠性高，事故率低，開機(jī)效率高，可滿足高產(chǎn)高效工作面的需要。
關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；牽引部；行走部；行星齒輪
Double drum shearer haulage unit design
ABSTRACT
The MG300/900-WD coal mining machine is more than one kind of motor-driven, crosswise arrangement alternating current hauling coal mining machine. This machine power is big, the multi-electrical machinery crosswise arrangement, the complete machine structure is compact, uses the exchange frequency conversion velocity modulation system, the frequency conversion velocity modulation uses aircraft-borne-like. Cuts the electrical machinery, the pulling motor and so on main part to be possible to extract from the worked-out section, easy to replace, facilitates the service.
The pulling motor outputs torque decelerates after the second-level cylindrical gears and the second-level planet gear reduction gear, by the planet carrier outputs, with walks lining on the feet and palms of Buddha meshing through the driving gear, by walks again round and on working surface scraper conveyer’s rack rail meshing causes the coal mining machine back and forth to walk, simultaneously the brake spindle output shaft is connected through the key and the brake, realizes the electricity hauling department brake.
About the hauling department, the middle electrically controlled box’s joint stud, the positioning pin, the rocking shaft sells the axis four groups with about electricity hauling department hinge, these installments join coal mining machine various major assemblies a whole, plays the fastening and the connection role. Traction box and walking ministry independent cabinet design, supporting strong compatibility
The MG300/900-WD coal mining machine, the ease of operation, the reliability is high, the accident rate is low, the starting efficiency is high, may satisfy the high production highly effective working surface the need.
Key word: The coal mining machine； The hauling department; Walks; Planet gear
第一章 緒論
1.1引言
隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的創(chuàng)新，煤炭生產(chǎn)進(jìn)入高產(chǎn)、高效、安全和可靠的現(xiàn)代化發(fā)展階段。從此，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備成為各國地下開煤礦的發(fā)展方向。自70年代以來，綜合機(jī)械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高。工礦自動(dòng)檢測、故障診斷以及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理和數(shù)顯等先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在采煤機(jī)上得到應(yīng)用。開發(fā)高產(chǎn)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國煤炭科技發(fā)展的主攻方向，根據(jù)世界采煤機(jī)發(fā)展潮流和煤炭科技前沿最新消息，我國采煤機(jī)應(yīng)在以下方面進(jìn)行攻關(guān)研究，盡快趕上世界水平。為了滿足高產(chǎn)高效礦井發(fā)展的需要，增產(chǎn)減員，增產(chǎn)減面，實(shí)行合理化集中生產(chǎn)，擬研制截割功率2X500KW-2X600KW，總裝機(jī)功率1200KW-1500KW以上，截深0.8-1.0m的高效電牽引采煤機(jī)；電機(jī)橫向布置，框架式結(jié)構(gòu)，無底托架，交流變頻調(diào)速，供電電壓3300V以上；強(qiáng)力型無鏈牽引系統(tǒng)，具有高牽引速度和牽引力；配用機(jī)載增壓水泵和吸塵滾筒，操作方便，控制、保護(hù)齊全，性能良好。衡量一個(gè)國家的采煤機(jī)的技術(shù)水平，首先應(yīng)對(duì)其機(jī)械設(shè)備的先進(jìn)、品種、質(zhì)量、可靠性、適應(yīng)程度以及壽命加以分析。我國是一個(gè)發(fā)展中國家，改革開放以來，采煤機(jī)得到了很大的發(fā)展，但生產(chǎn)的質(zhì)量、壽命、高新技術(shù)的應(yīng)用、科學(xué)管理等與世界煤炭工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，還存在較大的差距，國外采煤機(jī)有關(guān)部件的設(shè)計(jì)壽命是：齒輪12500h，軸承20000h-30000h，電機(jī)絕緣壽命4400h，滾筒可產(chǎn)煤300萬噸。綜合工作面采煤機(jī)一般都裝有自動(dòng)控制、診斷、數(shù)據(jù)傳輸、無線電遙控裝置，不僅操作方便，而且能通過診斷裝置預(yù)先發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)排除。我國采煤機(jī)的齒輪、軸承、滾筒、電機(jī)等主要部件的設(shè)計(jì)壽命均低于國外水平。采煤機(jī)大部分不具有監(jiān)控、診斷保護(hù)功能，不能預(yù)報(bào)診斷故障，不能保證采煤機(jī)經(jīng)常處于正常狀態(tài)。我國要求采煤機(jī)出150萬噸-200萬噸煤不大修，實(shí)際上與要求還有距離。
為了滿足高產(chǎn)高效綜合采煤工作面需要快速割煤提高生產(chǎn)力的需要，克服液壓牽引的繁雜，電牽引采煤機(jī)是采煤機(jī)發(fā)展的一個(gè)趨勢。
1.2采煤機(jī)的發(fā)展概況
機(jī)械化采煤開始于二十世紀(jì)40年代，是隨著采煤機(jī)械的出現(xiàn)而開始的。40年代初期，英國、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，德國生產(chǎn)了刨煤機(jī)，使工作面落煤、裝煤實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。但當(dāng)時(shí)的采煤機(jī)都是鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)，能耗大、效率低，加上工作面輸送機(jī)不能自移，所以限制了采煤機(jī)生產(chǎn)率的提高。
50年代初期，英國、德國相繼生產(chǎn)出滾筒式采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)和單體液壓支柱，大大推進(jìn)了采煤機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展。由于當(dāng)時(shí)采煤機(jī)上的滾筒是死滾筒，不能實(shí)現(xiàn)調(diào)高，因而限制了采煤機(jī)的適用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機(jī)為第一代采煤機(jī)。
60年代是世界綜合采煤技術(shù)的發(fā)展時(shí)期，第二代采煤機(jī)——單搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，解決了采高調(diào)整的問題，擴(kuò)大了采煤機(jī)的適用范圍，特別是1964年第三代采煤機(jī)——雙搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，進(jìn)一步解決了工作面自開缺口的問題，加上液壓支架和可彎曲輸送機(jī)的不斷完善等等，把綜采技術(shù)推向了一個(gè)新水平，并且在生產(chǎn)中顯示了綜采機(jī)械化采煤的優(yōu)越性——高產(chǎn)、高效、安全和經(jīng)濟(jì)。
進(jìn)入70年代，綜采機(jī)械化得到了進(jìn)一步的發(fā)展和提高，綜采設(shè)備開始向大功率、高效率及完善性能和擴(kuò)大使用范圍等方向發(fā)展。1970年采煤機(jī)無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及1976年出現(xiàn)的第四代采煤機(jī)——電牽引采煤機(jī)，大大改善了采煤機(jī)的性嫩，并擴(kuò)大了它的使用范圍。
80年代，德國、美國、英國都開發(fā)成功各種交、直流電牽引采煤機(jī)，同時(shí)把計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用在采煤機(jī)上。并且開始重視系列化采煤機(jī)的開發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機(jī)系列化是20世紀(jì)80年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。
至此，緩傾斜中厚煤層的綜采機(jī)械化問題已經(jīng)基本得到解決，專家開始對(duì)實(shí)現(xiàn)厚煤層、薄煤層、急傾斜及其它難采煤層開采的綜采機(jī)械的研發(fā)，以適用不同的開采條件。
1.3采煤機(jī)的類型
滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速傳動(dòng)方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)布置方式等分類。
按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。按行走機(jī)構(gòu)形式分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速方式分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)（通常簡稱機(jī)械牽引、液壓牽引和電牽引采煤機(jī)）。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機(jī)。按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割（主）電動(dòng)機(jī)縱向布置在搖臂上的采煤機(jī)和截割（主）電動(dòng)機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)。
兩種總體結(jié)構(gòu)布置方式的分析比較：
（1）整機(jī)布置
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)由左、右搖臂、左、右截割部固定減速箱、主(副)電機(jī)、牽引泵箱和中間箱共七段(或八段)組成。截割電機(jī)布置在采煤機(jī)中段、采用偏心兩端出軸，一側(cè)留出足夠?qū)挾裙┌惭b采煤機(jī)電器與控制元件。各大部件間除對(duì)接聯(lián)接外，還通過地腳螺柱與底托架相聯(lián)、因而機(jī)身較長。但機(jī)身寬度可做得窄些，有利于減小控頂距。
橫向布置
滾筒采煤機(jī)采用橫向布置時(shí)，截割主電機(jī)與搖臂直接相聯(lián)，中間段是左、右牽引行走減速箱和中間箱(其中分成調(diào)高泵箱和電控箱兩個(gè)隔腔)。這種布置方式，機(jī)身較短，無底托架，（為了克服調(diào)斜底托架鉸接點(diǎn)多、間圍大、扳動(dòng)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和難維護(hù)等缺點(diǎn)，近年來采煤機(jī)改用固定式底托架，在多電機(jī)布局推廣中又發(fā)展了框式底托架。機(jī)器各主要部件以插件形式裝入底托架。另-趨勢是取消底托架，直接用強(qiáng)力液壓自鎖螺栓將采煤機(jī)各部件固定在一起。螺栓的張緊力約為500kN,巨大的張緊力將各部件聯(lián)為一個(gè)整體，采煤機(jī)因此沒有底托架，使得總體結(jié)構(gòu)簡化，并且增加了過煤空間。采煤機(jī)工作過程中要承受震動(dòng)沖擊載荷，聯(lián)結(jié)件采用普通高強(qiáng)度螺栓時(shí)，松動(dòng)現(xiàn)象不可避免。由于采煤機(jī)工作環(huán)境的特殊性，要求螺栓松動(dòng)后隨時(shí)緊固和檢修時(shí)按規(guī)定緊固所有聯(lián)接螺栓是無法做到的。因此，采煤機(jī)在聯(lián)結(jié)件松動(dòng)的情況下仍繼續(xù)工作是一種普遍現(xiàn)象，并最終導(dǎo)致采煤機(jī)部件和機(jī)身限位裝置損壞和機(jī)器殼的某些部位變形。液壓螺栓的使用從根本上解決了這些問題
（2）動(dòng)力傳遞
縱向布置
縱向布置形式的采煤機(jī)，各大部件間都有動(dòng)力傳遞，部件間的聯(lián)接對(duì)中要求高。聯(lián)接面存在有漏油環(huán)節(jié)。
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)各大部件間沒有動(dòng)力傳遞、獨(dú)立性強(qiáng)，安裝、維護(hù)、檢修方便。
（3）受力狀況
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)，其搖臂支承座受到的截割阻力、油缸支承座受到的支承反力、行走機(jī)構(gòu)受到的牽引反力均由牽引行走箱箱體來承受。受力情況簡化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)，上述幾種力都要通過底托架及其對(duì)接螺栓和各大部件的對(duì)接螺栓來承受，一旦這些聯(lián)接螺栓有松動(dòng)，會(huì)帶來嚴(yán)重后果。
（4）部件設(shè)計(jì)的合理性
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)．由于截割電機(jī)橫向布置、從截割電機(jī)出軸到滾筒輸出軸，全部采用正齒輪傳動(dòng)，省去一對(duì)加工、調(diào)整復(fù)雜的錐齒輪傳動(dòng)．使結(jié)構(gòu)簡化、傳動(dòng)效率高、降低制造成本。
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)，因截割電機(jī)布置在中間段。從電機(jī)到滾筒輸出軸必須有一對(duì)錐齒輪傳動(dòng)，因此加工、調(diào)整都比較復(fù)雜、制造成本高；由于電機(jī)布置在機(jī)身中段，動(dòng)力從電機(jī)傳到左、右滾筒輸出軸，其中一端必須通過液壓泵箱。為此，需要有一根貫穿液壓泵箱全長的通軸，給泵箱的設(shè)計(jì)帶來一定的難度，也使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
（5）對(duì)煤層的適應(yīng)性
縱向布置
縱向布置的采煤機(jī)對(duì)煤層厚度的適應(yīng)強(qiáng)，綜采和普采都有機(jī)型。
橫向布置
橫向布置的采煤機(jī)，因主電機(jī)的長度尺寸大，采煤機(jī)的寬度相應(yīng)增大。工作面的控頂距大。因而，在普采或煤層較薄以及對(duì)工作面的控頂距有嚴(yán)格要求的情況下，橫向布置的采煤機(jī)在使用上受到一定的限制。隨著電機(jī)功率的增大，電機(jī)寬度加寬，對(duì)工作面支護(hù)會(huì)帶來困難。在較薄煤層時(shí)，如果使用橫向布置的采煤機(jī)，還存在一個(gè)截割電機(jī)擋煤的問題。
1.4采煤機(jī)的組成
采煤機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、牽引部、截割部和附屬裝置等部分組成（如圖1.1）。
如圖1.1 雙滾筒采煤機(jī)
電動(dòng)機(jī)：是滾筒采煤機(jī)的動(dòng)力部分，它通過兩端輸出軸分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)截割部和牽引部。采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以縮小電動(dòng)機(jī)的尺寸。
牽引部：通過其主動(dòng)鏈輪與固定在工作面輸送機(jī)兩端的牽引鏈3相嚙合，使采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)，因此，牽引部是采煤機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。
左、右截割部減速箱：將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)齒輪減速后傳給搖臂5的齒輪，驅(qū)動(dòng)滾筒6旋轉(zhuǎn)。
滾筒：是采煤機(jī)落煤和裝煤的工作機(jī)構(gòu)，滾筒上焊有端盤及螺旋葉片，其上裝有截齒。螺旋葉片將截齒割下的煤裝到刮板輸送機(jī)中。為提高螺旋滾筒的裝煤效果，滾筒一側(cè)裝有弧形擋煤板7，它可以根據(jù)不同的采煤方向來回翻轉(zhuǎn)180°。
底托架：是固定和承托整臺(tái)采煤機(jī)的底架，通過其下部四個(gè)滑靴9將采煤機(jī)騎在刮板輸送機(jī)的槽幫上，其中采空區(qū)側(cè)兩個(gè)滑靴套在輸送機(jī)的導(dǎo)向管上，以保證采煤機(jī)的可靠導(dǎo)向。
調(diào)高油缸：可使搖臂連同滾筒升降，以調(diào)節(jié)采煤機(jī)的采高。
調(diào)斜油缸：用于調(diào)整采煤機(jī)的縱向傾斜度，以適應(yīng)煤層沿走向起伏不平時(shí)的截割要求。
電氣控制箱：內(nèi)部裝有各種電控元件，用于采煤機(jī)的各種電氣控制和保護(hù)。
此外，為降低電動(dòng)機(jī)和牽引部的溫度并提供內(nèi)外噴霧降塵用水，采煤機(jī)設(shè)有專門的供水系統(tǒng)。采煤機(jī)的電纜和水管夾持在拖纜裝置內(nèi)，并由采煤機(jī)拉動(dòng)在工作面輸送機(jī)的電纜槽中卷起或展開。
1.5采煤機(jī)牽引部的牽引方式
1.5.1機(jī)械牽引
機(jī)械牽引全部采用機(jī)械傳動(dòng)，利用齒輪變檔實(shí)現(xiàn)分級(jí)調(diào)速，還需液壓控制系統(tǒng)完成操縱、控制和保護(hù)等功能，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，已經(jīng)很少采用。
1.5.2液壓牽引
液壓牽引利用液壓泵和液壓馬達(dá)組成的容積調(diào)速系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)。液壓傳動(dòng)的牽引部具有無極調(diào)速特性，且易于實(shí)現(xiàn)換向、停止、過載保護(hù)，便于操作，能根據(jù)負(fù)載自動(dòng)調(diào)速，保護(hù)系統(tǒng)比較完善，因而獲得廣泛應(yīng)用；缺點(diǎn)是效率低，油液易污染，致使零件容易損壞，使用壽命較短。
液壓牽引一般采用變量泵一定量馬達(dá)的容積調(diào)速系統(tǒng)，通過改變液壓泵的排量實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，通過改變液壓泵的供液方向改變牽引方向。根據(jù)所用液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速范圍，分為全液壓傳動(dòng)和液壓機(jī)械傳動(dòng)。
1.5.3電牽引
電牽引是新一代采煤機(jī)采用的牽引調(diào)速方式，由單獨(dú)的牽引電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)牽引機(jī)構(gòu)。根據(jù)牽引電動(dòng)機(jī)的類型分為直流電牽引和交流電牽引兩類。
1.6電牽引采煤機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
(1)牽引特性較好。電牽引和液壓牽引都具有良好的調(diào)速特性。但液壓牽引的機(jī)械特性除了受負(fù)載影響外，還受到油液的泄漏、黏度、溫度和清潔度、制造和維修質(zhì)量的影響，特性曲線會(huì)慢慢變軟。而電動(dòng)機(jī)特性可以說主要受負(fù)載影響，所以說電牽引的牽引特性好，調(diào)速平穩(wěn)性好，牽引特性曲線可長時(shí)間保持穩(wěn)定。
(2)機(jī)械傳動(dòng)效率高。電牽引沒有能量多次轉(zhuǎn)換問題，總效率可達(dá)0.9以上。
(3)牽引力大、牽引速度高。
(4)工作可靠性高。
(5)易于實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制。由于微機(jī)控制的功能齊全、計(jì)算速度很快、與電牽引電控的電參數(shù)容易配合，因此易于實(shí)現(xiàn)工況監(jiān)測、機(jī)電保護(hù)、故障診斷、數(shù)據(jù)顯示。特別是動(dòng)態(tài)響應(yīng)很快，電牽引微機(jī)控制的自動(dòng)調(diào)整時(shí)間或滾筒卡住或悶車自動(dòng)退機(jī)時(shí)間一般都在1s以內(nèi)。
(6)機(jī)械傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)較簡單。
1.7國際上電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
80年代以來，世界各主要產(chǎn)煤國家，為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面發(fā)展和現(xiàn)實(shí)礦井集約化生產(chǎn)的需要，積極采用新技術(shù)，不斷加速更新滾筒采煤機(jī)的技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)，相繼研制出一批高性能、高可靠性的“重型”采煤機(jī)。其中，最具代表的是英國安德森的Eiectra系列，德國艾克夫的SL系列，美國喬依的LS系列和日本三井三池的MCL E2DR 系列電牽引采煤機(jī)。這些采煤機(jī)，體現(xiàn)了當(dāng)今世界電牽引采煤機(jī)的最新發(fā)展方向。
德國艾柯夫公司，整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為機(jī)身3段式，兩邊轉(zhuǎn)動(dòng)部分為鑄造箱體結(jié)構(gòu)，中間電氣部分為焊接框架結(jié)構(gòu)，搖臂為分體聯(lián)結(jié)，左右對(duì)稱通用，可滿足不同的配套要求；牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩直流電機(jī)他激勵(lì)并列，電樞采用微機(jī)控制，勵(lì)磁采用串聯(lián)，既能滿足四象限運(yùn)行，又能滿足雙牽引，趨于負(fù)載均衡，目前正全力發(fā)展交流電牽引。美國喬依公司從3LS-7LS,機(jī)身為3段焊接結(jié)構(gòu)形式，搖臂為分體聯(lián)結(jié)、左右通用，牽引部電氣傳動(dòng)系統(tǒng)為2電機(jī)串激串聯(lián)，目前已開始投入使用7LS交流電牽引采煤機(jī)。日本三井三池公司RD101101和RD102102均為交流電牽引采煤機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式為以前的截割電機(jī)布置在機(jī)身的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，機(jī)械傳動(dòng)和聯(lián)結(jié)相當(dāng)復(fù)雜?？偨Y(jié)這些國家電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
裝機(jī)功率和截割電動(dòng)機(jī)功率有比較大幅度增加為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要，不論是厚、中厚和薄煤層采煤機(jī)，均在不斷加大裝機(jī)功率。裝機(jī)功率都在1000KW左右，單個(gè)截割電機(jī)功率都在375KW以上，最高達(dá)600kw。直流電牽引功率最大達(dá)2×56KW,交流電牽引功率最大達(dá)2×60KW。
電牽引采煤機(jī)已取代液壓牽引采煤機(jī)成為主導(dǎo)機(jī)型，世界各主要采煤機(jī)產(chǎn)商20世紀(jì)80年代都已把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開發(fā)電牽引采煤機(jī)，如德國艾柯夫公司是最早開發(fā)電牽引采煤機(jī)的，80年代中后期基本停止生產(chǎn)液壓牽引采煤機(jī)，研制出EDW系列電牽引采煤機(jī)，90年代又研制成功交流直流兩用SL300，SL400，SL500型采煤機(jī)。美國喬依公司70年代中期開始開發(fā)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流電牽引采煤機(jī)，80年代先后推出3LS，4LS和6LS3個(gè)新機(jī)型，其電控系統(tǒng)多次改進(jìn)，更趨完善。英國安德森公司80年代中期先后開發(fā)了ELECTRA1000和ELECTRA薄煤層牽引采煤機(jī)，最具代表的是MCLE2DR 101101,MDLE2DR102102采煤機(jī)，為國家首創(chuàng)。法國薩吉姆公司在90年代也已研制成功Panda2E型交流電牽引采煤機(jī)。交流電牽引近幾年發(fā)展很快，由于技術(shù)先進(jìn)，可靠性高、簡單，有取代直流電牽引的趨勢。自日本80年代中期研制成功第1臺(tái)交流牽引采煤機(jī)，至今除美國外，其它國家如德國、英國、法國等都先后研制成功交流電牽引采煤機(jī)，是今后電牽引采煤機(jī)發(fā)展的新目標(biāo)。
牽引速度和牽引力不斷增大液壓牽引采煤機(jī)的最大牽引速度為8m/min左右，而實(shí)際可用割煤速度為4～5m/min, 不適應(yīng)快速割煤需要。電牽引采煤機(jī)牽引功率成倍增加，最大牽引速度達(dá)15～20m/min, 美國18m/min 的牽引速度很普遍，美國喬依公司的1臺(tái)經(jīng)改進(jìn)的4LS采煤機(jī)的牽引速度高達(dá)2815m/min。由于采煤機(jī)需要快速牽引割煤，滾筒割深的加大和轉(zhuǎn)速的降低，又導(dǎo)致滾筒進(jìn)給量和推進(jìn)力的加大，故要求采煤機(jī)增大牽引力，目前已普遍加大到450～600KN，現(xiàn)在研制最大牽引力為1000KN的采煤機(jī)。
多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)日益發(fā):70年代發(fā)展中期僅有美國的LS系列采煤機(jī)、西德EDW215022L22W型采煤機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械化動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，部件之間無機(jī)械傳動(dòng)，取消了錐齒輪傳動(dòng)副和復(fù)雜通軸，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。目前，這類采煤機(jī)既有電牽引，也有液壓牽引，既有中厚煤層用大功率，也有薄煤層的，有取代傳統(tǒng)的截割電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢。
滾筒的截深不斷增大，牽引速度的加快，支架隨機(jī)支護(hù)也相應(yīng)跟上，使機(jī)道空頂時(shí)間縮短，為加大采煤機(jī)截深創(chuàng)造了條件。10年前滾筒采煤機(jī)截深大都是630～700mm，現(xiàn)已采用800mm，1000mm，1200mm截深，美國正在考慮采用1500mm截深的可能性。
普通提高供電電壓：由于裝機(jī)功率大幅度提高，為了保證供電質(zhì)量和電機(jī)性能，新研制的大功率電牽引采煤機(jī)幾乎都提高了供電電壓，主要有2300v，3300v，4160v和5000v。美國現(xiàn)有長臂工作面中，45%以上的電牽引采煤機(jī)供電電壓為≧2300V。
有完善的監(jiān)控系統(tǒng)：包括采用微處理機(jī)控制的工況監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、故障顯示的自動(dòng)控制系統(tǒng)；就地控制、無線電隨機(jī)控制，并已能控制液壓支架、輸送機(jī)動(dòng)作和滾筒自動(dòng)調(diào)高。
高可靠性;據(jù)了解美國使用的ELECTRA1000型采煤機(jī)的時(shí)間利用率可達(dá)95%～98%，采煤量350萬t以上，最高達(dá)1000萬。
1.8國內(nèi)電牽引采煤機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
1.8.1. 20世紀(jì)70年代是我國綜合采煤機(jī)械化采煤起步階段
20世紀(jì)70年代初期，煤炭科學(xué)研究總院上海分院集中主要科技骨干，研制出綜采面配套的MD-150型雙滾筒采煤機(jī)，另外一方面改進(jìn)普采配套的DY100型、DY150型單滾筒采煤機(jī)；70年代我國采煤機(jī)的發(fā)展有以下特點(diǎn)：
1. 裝機(jī)功率小
例如，MLS3-170型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率170KW；KD-150型雙滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率150KW；DY-150型單滾筒采煤機(jī)，裝機(jī)功率100KW和150KW。
2. 有鏈牽引，輸出牽引力小
此時(shí)期的采煤機(jī)牽引方式都是圓環(huán)鏈輪與牽引鏈輪嚙合傳動(dòng)，傳遞牽引力小，牽引力在200KN以下。
3. 牽引速度低
由于受液壓元部件可靠性的限制，設(shè)計(jì)的牽引力功率較小，牽引速度一般不超過6m/min。
4. 自開切口差
由于雙滾筒采煤機(jī)搖臂短，又都是有鏈牽引，很難割透兩端頭，且容易留下角煤，故需要人工清理，單滾筒采煤機(jī)更是如此。
5. 工作可靠性較差
我國基礎(chǔ)工藝比較薄弱，元部件質(zhì)量較差，反映在采煤機(jī)的壽命普遍較低，特別是液壓元部件的損壞比較嚴(yán)重。
1.8.2.20世紀(jì)80年代是我國采煤機(jī)發(fā)展的興旺時(shí)期
20世紀(jì)70年代后期，我國總共引進(jìn)143套綜采煤成套設(shè)備。世界主要采煤機(jī)生產(chǎn)國如英國、德國、法國、波蘭、日本等都進(jìn)入中國市場，其技術(shù)也展示在中國人的面前，為我們深入了解外國技術(shù)和掌握這些技術(shù)創(chuàng)造了條件，同時(shí)通過20世界70年代自行研制采煤機(jī)的實(shí)踐，獲得了成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，確立了我國采煤機(jī)的發(fā)展方向，即仿制和自行研制并舉。
解決難采煤層的問題是20世紀(jì)80年代重大課題之一：具體的課題是薄煤層綜合機(jī)械化成套設(shè)備的研制:“三硬”、“三軟”4.5m一次采全高綜采設(shè)備的研制：解決短工作面的開發(fā)問題，短煤臂采煤機(jī)的研制。
據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代自行開發(fā)和研制的采煤機(jī)品種有50余種，是我國采煤機(jī)收獲的年代，基本滿足我國各種煤層開采的需要，大量依靠進(jìn)口的年代已一去不復(fù)返了。20世紀(jì)80年代采煤機(jī)的發(fā)展有如下特點(diǎn)：
1．重視采煤機(jī)系列的開發(fā)，擴(kuò)大使用范圍
20世紀(jì)70年代開發(fā)的采煤機(jī)，一種類型只有一個(gè)品種，十分單一，覆蓋面小，很難滿足不同煤層開采需要。20世紀(jì)80年代起重視系列化采煤機(jī)的開發(fā)工作，一種功率的采煤機(jī)可以派生出多種機(jī)型，主要元部件在不同功率的采煤機(jī)上都能通用，這樣不僅擴(kuò)大了工作面的適應(yīng)范圍，而且便于用戶配件的管理。采煤機(jī)系列化是20世紀(jì)80年代采煤機(jī)發(fā)展中非常突出的特點(diǎn)。
2．元部件攻關(guān)先行，促使采煤機(jī)工作可靠性的提高
總結(jié)20世紀(jì)70年代采煤機(jī)開發(fā)中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，元部件的可靠性直接決定采煤機(jī)開發(fā)的成功率，所以功關(guān)內(nèi)容為：主電機(jī)的攻關(guān)，以解決燒機(jī)的現(xiàn)象；齒輪攻關(guān)，從選擇材質(zhì)上，熱處理工藝上著手，學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)成功經(jīng)驗(yàn)，以德國齒輪為目標(biāo)進(jìn)行攻關(guān)，達(dá)到預(yù)期目的，解決了低速重載齒輪早失效的問題：液壓系統(tǒng)和液壓元部件的攻關(guān)，主油泵和油馬達(dá)的可靠性直接影響牽引部工作的可靠性，在20世紀(jì)80年代中期，把斜軸泵、斜軸馬達(dá)、閥組和調(diào)速機(jī)構(gòu)等都列入重點(diǎn)攻關(guān)內(nèi)容。
3．無鏈牽引的推廣使用，使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全
在引進(jìn)大功率采煤機(jī)的同時(shí)，無鏈牽引技術(shù)傳入中國，德國艾柯夫公司的銷軌式無鏈牽引和英國安德森公司的齒軌式無鏈牽引占絕大多數(shù)，而且技術(shù)成熟。為此，我國研制采煤機(jī)的無鏈牽引都向引進(jìn)機(jī)組的結(jié)構(gòu)上靠攏。仿制和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的采煤機(jī)更是如此。無鏈牽引使采煤機(jī)工作平穩(wěn)，使用安全，承受的牽引力大，因此，得到用戶的廣泛歡迎，大功率采煤機(jī)都采用無鏈牽引系統(tǒng)。
1.8.3. 20世紀(jì)90年代至今是我國電牽引采煤機(jī)發(fā)展的時(shí)代
進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著煤炭生產(chǎn)向集約化方向發(fā)展，減員提效，提高工作面單產(chǎn)成為煤炭發(fā)展的主流，發(fā)展高產(chǎn)高效工作面勢在必行，此采煤機(jī)開發(fā)研制圍繞高產(chǎn)高效的要求進(jìn)行，其主要方向是：
（1）大功率高參數(shù)的液壓牽引采煤機(jī)：最具代表性的機(jī)型是MG2X400－W型采煤機(jī)。
（2）高性能電牽引采煤機(jī)：電牽引采煤機(jī)的研制從20世紀(jì)80年代開始起步，20世紀(jì)90年代全面發(fā)展，電牽引的發(fā)展存在直流和交流兩種技術(shù)途徑。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，交流變頻調(diào)速技術(shù)在中厚煤層采煤機(jī)中推廣使用，上海分院先后開發(fā)成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和MG450/1020-WD等采煤機(jī)，變頻調(diào)速箱可以是機(jī)載，也可以是非機(jī)載。另外派生出8種機(jī)型，都已投入使用，取得較好的效果。太原礦山機(jī)械廠在引進(jìn)英國Electra1000直流電牽引全套技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出MG400/900-WD和MG250/600-WD型兩種電牽引采煤機(jī)，雞西煤機(jī)廠、遼源煤機(jī)廠也開發(fā)了交流電牽引采煤機(jī)。
國產(chǎn)電牽引采煤機(jī)雖然發(fā)展速度很快，但在性能和可靠性上與世界先進(jìn)國家的I采煤機(jī)相比，還存在較大的差距，所以一些有實(shí)力的礦務(wù)局，在裝備高產(chǎn)高效工作面時(shí)，把目光移到國外，進(jìn)口國外先進(jìn)電牽引采煤機(jī)。如神府華能集團(tuán)引進(jìn)美國的7LS、6LS電牽引采煤機(jī)；兗州礦業(yè)集團(tuán)公司引進(jìn)德國的SL-500型和日本的MCLE-DR102型交流電牽引采煤機(jī)，但由于價(jià)格昂貴，故引進(jìn)數(shù)量較少，90年代采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)如下：
1．多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置的總體結(jié)構(gòu)成為電牽引采煤機(jī)發(fā)展的主流
我國開發(fā)的電牽引采煤機(jī)，一般都采用橫向布置。各大部件由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，無動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，因而有取代電動(dòng)機(jī)縱向布置的趨勢。
2．我國采煤機(jī)的主要參數(shù)與世界先進(jìn)水平的差距在縮小
在裝機(jī)功率方面，我國的液壓牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到800KW，電牽引采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到1020KW，其牽引功率為2X50KW，可滿足高產(chǎn)高效工作面對(duì)功率的要求。在牽引力和牽引速度方面，電牽引的最大牽引力已達(dá)到700KN，最大牽引速度達(dá)12．56m/min,微處理機(jī)的工礦監(jiān)測、故障顯示、無線電離機(jī)控制等方面已達(dá)到較高技術(shù)水平。
3．液壓緊固技術(shù)的開發(fā)研究取得成功
采煤機(jī)連接構(gòu)件經(jīng)常松動(dòng)是影響工作可靠性的重要因素，而且解決難度較大，液壓螺母和專用超高壓泵，在電牽引采煤機(jī)中得到推廣應(yīng)用，防松效果顯著，基本解決采煤機(jī)連接可靠性的問題。
回顧這30多年我國采煤機(jī)發(fā)展的歷程，走的是一條自力更生和仿制引進(jìn)結(jié)合的道路，也是一條不斷學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)為我所用的發(fā)展道路，從20世紀(jì)70年代主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來滿足我國生產(chǎn)需要，到近年幾乎是國產(chǎn)采煤機(jī)占我國整個(gè)采煤機(jī)市場，這也是個(gè)了不起的進(jìn)步。
我國從20 世紀(jì)80 年代末期, 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發(fā)了我國第1 臺(tái)MG3442PWD薄煤層強(qiáng)力爬底板交流電牽引采煤機(jī), 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD 電牽引采煤機(jī)的電牽引技術(shù), 對(duì)液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新。第1 臺(tái)MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機(jī)是在雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的MG300 系列液壓牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上改造成功, 并于1996 年7 月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時(shí), 在太原礦山機(jī)器廠生產(chǎn)的AM2500 液壓牽引采煤機(jī)上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造MG375/8302WD 型電牽引采煤機(jī)。截止目前, 我國已形成5 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地, 雞西煤礦機(jī)械廠、太原礦山機(jī)器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī), 西安煤礦機(jī)械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。我國近期開發(fā)的電牽引采煤機(jī)有以下特點(diǎn):
(1) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置電牽引采煤機(jī)。截割電機(jī)橫向布置在搖臂上, 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。
(2) 總裝機(jī)功率、牽引功率大幅度提高, 供電電壓(對(duì)單個(gè)電機(jī)400kW 及以上) 由1140V 升至3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機(jī)性能。
(3) 電牽引采煤機(jī)以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位, 部分廠商同時(shí)也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。
(4) 主機(jī)身多分為3 段, 取消了底托架, 各零部件設(shè)計(jì)、制造強(qiáng)度大大提高, 部件間用高強(qiáng)度液壓螺母聯(lián)接, 拆裝方便, 提高了整機(jī)的可靠性。
(5) 電控技術(shù)研究和采煤機(jī)電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通用性、互換性和集成型方面邁進(jìn)了一大步, 功能逐步齊全, 無線電隨機(jī)控制研制成功, 數(shù)字化、微機(jī)的電控裝置已進(jìn)入試用階段。
第二章 牽引部的設(shè)計(jì)
2.1牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)
圖2.1牽引機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)圖
2.1.1主要技術(shù)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)及配套設(shè)備：
采高（m）：2.2～3.5
適應(yīng)傾角（°）：≤25；
煤質(zhì)硬度 : f≤4；
截深（m）：0.8
滾筒直徑 （m）： ￠1.6
電壓（V）：380；
牽引形式 ：滾輪—齒軌電牽引；
牽引電機(jī)型號(hào)：YB2-200L-4
裝機(jī)功率（KW）：690
（其中兩個(gè)截割電機(jī)2×300KW 兩個(gè)牽引電機(jī)2×30KW，一個(gè)泵電機(jī)30KW，共計(jì)2×300＋2×30＋30=690KW）
2.1.2電動(dòng)機(jī)的選擇
設(shè)計(jì)要求牽引部功率為30KW，根據(jù)礦井電機(jī)的具體工作環(huán)境情況，電機(jī)必須具有防爆和電火花的安全性，以保證在有爆炸危險(xiǎn)的含煤塵和瓦斯的空氣中絕對(duì)安全，而且電機(jī)工作要可靠，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過載能力強(qiáng)，效率高。所以選擇由異步防爆電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YB2-200L-4；其主要參數(shù)如下：
額定功率：30KW；
額定電壓：380V；
滿載電流：57.6A；
額定轉(zhuǎn)速：1470r/min；
滿載效率：0.92；
滿載功率因數(shù)：0.86；
接線方式：Y；
質(zhì)量：335KG；
冷卻方式：水冷
2.1.3傳動(dòng)比的分配
在進(jìn)行多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)比分配是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，能否合理分配傳動(dòng)比，將直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的外闊尺寸、重量、結(jié)構(gòu)、潤滑條件、成本及工作能力。多級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的確定有如下原則：
1.各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般應(yīng)在常用值范圍內(nèi)，不應(yīng)超過所允許的最大值，以符合其傳動(dòng)形式的工作特點(diǎn)，使減速器獲得最小外形。
2.各級(jí)傳動(dòng)間應(yīng)做到尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱；各傳動(dòng)件彼此間不應(yīng)發(fā)生干涉碰撞；所有傳動(dòng)零件應(yīng)便于安裝。
3.使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，即要達(dá)到等強(qiáng)度。
4.使各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪進(jìn)入油中的深度大致相等，從而使?jié)櫥容^方便。
由于采煤機(jī)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(yán)格，故對(duì)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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。
設(shè)計(jì)采用NGW型行星減速裝置，其工作原理如下圖所示：
a太陽輪 b內(nèi)齒圈
c行星輪 h行星架
圖2.2 NGW型行星機(jī)構(gòu)
該行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由太陽輪a、內(nèi)齒圈b、行星輪c、行星架h等組成。傳動(dòng)時(shí)，內(nèi)齒圈b固定不動(dòng)，太陽輪a為主動(dòng)輪，行星架h上的行星輪c繞自身的軸線ox—ox轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)行星架h回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸線ox—ox是轉(zhuǎn)動(dòng)的。
這種型號(hào)的行星減速裝置，效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳動(dòng)功率范圍大，可用于各種工作條件。因此，它用在采煤機(jī)截割部最后一級(jí)減速是合適的，該型號(hào)行星傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)的使用效率為0.97～0.99,傳動(dòng)比一般為2.1～13.7。如圖2.2，當(dāng)內(nèi)齒圈b固定，以太陽輪a為主動(dòng)件，行星架h為從動(dòng)件時(shí)，傳動(dòng)比的推薦值為2.7～9。從《采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備》上可知,采煤機(jī)截割部行星減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比一般為5～6。所以這里先定行星減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
i
i
根據(jù)前述多級(jí)減速齒輪的傳動(dòng)比分配原則及齒輪不發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17為依據(jù)，另參考MG250/591型采煤機(jī)截割部各齒輪齒數(shù)分配原則，初定齒數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比為：
i=z/z=2.84
i=z/z=2.13
2.2牽引部傳動(dòng)計(jì)算
2.2.1各級(jí)傳動(dòng)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩
1) 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：
從電動(dòng)機(jī)出來，各軸依次命名為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ軸。
Ⅰ軸 nr/min
Ⅱ軸 n= n/ i
=1470/2.84
=517.6 r/min
Ⅲ軸 n= n/ i
=517.6/2.13
=243 r/min
Ⅳ軸 n= n/ i
=243/6.3
=38.57 r/min
Ⅴ軸 n= n/ i
=38.57/4.5
=8.57 r/min
2) 各軸功率計(jì)算：
Ⅰ軸
=30×0.99×0.98
=29.1kW
Ⅱ軸 .
=29.1×0.98×0.97
=27.66kW
Ⅲ軸 P=P
=27.66×0.98×0.97
=26.29 kW
Ⅳ軸 P=P
= 26.29×0.98×0.97
=25kW
Ⅴ軸 P=P
=25×0.98×0.97
=23.77 kW
式中 ——滾動(dòng)軸承效率 =0.99
——閉式圓柱齒輪效率 =0.98
——花鍵效率 =0.98
――軸承 =0.97
3) 各軸扭矩計(jì)算:
Ⅰ軸 T=9550
Ⅱ軸 T=9550
Ⅲ軸 T=9550
Ⅳ軸 T=9550
Ⅶ軸 T=9550
將上述計(jì)算結(jié)果列入下表：
軸號(hào)
輸出功率
P（kW）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
輸出轉(zhuǎn)矩T/(N·m)
傳動(dòng)比
Ⅰ軸
29.1
1470
189.05
2.84
Ⅱ軸
27.66
517.6
510.34
2.13
Ⅲ軸
26.29
243
1033.21
6.3
Ⅳ軸
25.00
38.57
6190.04
4.5
Ⅴ軸
23.77
8.57
26488.16
1.36
如圖表2.3
2.3牽引部齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
2.3.1齒輪1和齒輪2的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
查1表 兩個(gè)齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度。
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=25
輪齒數(shù)：
＝i=71
齒數(shù)比 ：
＝/=71/25
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=189050.N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1．75
動(dòng)載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
則載荷系數(shù)的初值
=1.75
=2.541
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.84=2.795
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
=1 ,(不許有點(diǎn)蝕)
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=66.587mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=66.587/25=2.67
查表 取m=4mm
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值：
=25
小輪分度圓直徑：
d=mZ=4
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=192mm
齒寬：
b=0.8mm
圓整 b=54mm
齒寬：
小輪齒寬：
=60
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.62
大輪Y=2.222
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.59
大輪Y=1.752
重合度 =
=1.675
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.675
=0.698
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.5
則公式:
[]
==129.33
==108.78
合格
2.3.2齒輪3和齒輪4的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核
計(jì)算過程及說明:
1)選擇齒輪材料
查表 兩個(gè)齒輪都選用20GrMnTi滲碳淬火
2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度
小輪分度圓直徑，由式得
齒寬系數(shù)：查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取
＝0．8
小輪齒數(shù)：
=38
大齒數(shù)：
＝i=80.94
圓整取=81
齒數(shù)比 ：
＝/=81/38
傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)
小輪轉(zhuǎn)矩：
T=510340N
載荷系數(shù)：
由文獻(xiàn)1式（8－54）得
使用系數(shù)：
查表
＝1．75
動(dòng)載荷系數(shù)：
在推薦值1.05~1.4
＝1．2
齒向載荷分布系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
＝1.1
齒間載荷分配系數(shù)：
在推薦值1.0~1.2
則載荷系數(shù)的初值
=1.75
=2.541
彈性系數(shù)：
查表
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)：
可知：
重合度系數(shù)：
Z=0.89
許用接觸應(yīng)力：
由式
＝
接觸疲勞極限應(yīng)力：
查文獻(xiàn)
=1430N
=1430N
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
由式N=60njL得
N=60njL=60
N= N/i=/2.13=1.312
則 查文獻(xiàn)1圖8－70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù)
Z= Z=1
硬化系數(shù)：
查文獻(xiàn)1圖8－71及說明
＝1
接觸強(qiáng)度安全系數(shù)：
查文獻(xiàn)1表8－27，按較高可靠度查S=1~1.5，
取
故的設(shè)計(jì)初值為
d
=95.33mm
齒輪模數(shù)：
m=d/Z=95.33/38=2.51
查表 取m=4mm
小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值：
=38
小輪分度圓直徑：
d=mZ=4
中心距 ：
=m/2(Z+ Z)=238mm
齒寬：
b=0.8mm
輪齒寬：
小輪齒寬：
=82mm
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度效荷計(jì)算
由文獻(xiàn)1式
齒形系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=2.43
大輪Y=2.202
應(yīng)力修正系數(shù)：
查文獻(xiàn)
小輪Y=1.652
大輪Y=1.771
重合度 =
=1.66
重合度系數(shù)：
由式
=0.25+0.75/1.66
=0.701
許用彎曲應(yīng)力：
由式
彎曲疲勞極限：
查圖
彎曲壽命系數(shù)：
查圖
尺寸系數(shù)：
查圖
安全系數(shù)：
查表
S=1.7
[]
[]=581/358.24
[]=581/358.24
則公式:
==157.95
==142.21
合格
2.4行星齒輪
2.4.1行星齒輪的計(jì)算
已知：輸入功率26.29KW,
轉(zhuǎn)速243r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=38.57r/min
齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定
太陽輪和行星輪的材料為20CrNi2MoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57～61HRC。因?yàn)閷?duì)于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高級(jí)滲碳鋼，經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強(qiáng)度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。
試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限MPa
試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪：
MPa
行星輪：
MPa
齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級(jí)。
內(nèi)齒圈的材料為20CrMnTi，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.
齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。
確定各主要參數(shù)
⑴行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比：
i=6.3，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。
⑵行星輪數(shù)目：
取3。
⑶載荷不均衡系數(shù)：
采用太陽輪浮動(dòng)和行星架浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 =1.15
⑷配齒計(jì)算：
太陽輪齒數(shù)
=13
內(nèi)齒圈齒數(shù)
z =z圓整z=69
行星輪齒數(shù)
z= =29 取 z=28
⑸齒輪模數(shù)：
按公式計(jì)算中心距：
綜合系數(shù)：
K=2.1
2）太陽輪單個(gè)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
T==1301.119=498.76N
3）齒數(shù)比：
u= z /z=28/13=2.15
4）取齒寬系數(shù)：
5）初定中心距：
將以上各值代入強(qiáng)度計(jì)算公式，得
mm
=106mm
6）計(jì)算模數(shù)：
m==
取標(biāo)準(zhǔn)值m=5mm
7）未變位時(shí)中心距a：
mm
（6）計(jì)算變位系數(shù)
1）a-c傳動(dòng)
a)嚙合角：
=cos20
=0.9308
所以 =21.440
b)總變位系數(shù)：
=(inv--inv)
=
=0.20834
c)中心距變動(dòng)系數(shù)：
=
d)齒頂降低系數(shù)：
--y=0.20834-0.2=0.00834
e)分配變位系數(shù)：
查圖可知：
x=0.28
x=-0.07166
2）c-b傳動(dòng)
a)嚙合角：
=cos20
式中，
=(69-28)
=102.5
代入 =cos20
=(102.5/106)cos20
所以 =24.6785
b)變位系數(shù)和：
=(inv--inv)
= =
=0.7835
c)中心距變動(dòng)系數(shù)：
=
d)齒頂降低系數(shù)：
--y=0.7835-0.7=0.00835
e)分配變位系數(shù)：
x=-0.07166
x=+ x=0.7835-0.07166=0.7118
第二對(duì)行星齒輪的計(jì)算
已知：輸入功率25KW,
轉(zhuǎn)速243r/min，
輸出轉(zhuǎn)速=8.57r/min
一、 齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定
太陽輪和行星輪的材料為20CrNi2MoA，表面滲碳淬火處理，表面硬度為57～61HRC。因?yàn)閷?duì)于承受沖擊重載荷的工件，常采用韌性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高級(jí)滲碳鋼，經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強(qiáng)度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。
試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限MPa
試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪：
MPa
行星輪：
MPa
齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級(jí)。
內(nèi)齒圈的材料為20CrMnTi，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.
齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。
確定各主要參數(shù)
⑴行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比：
i=4.5，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。
⑵行星輪數(shù)目：
取3。
⑶載荷不均衡系數(shù)：
采用太陽輪浮動(dòng)和行星架浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取 =1.15
⑷配齒計(jì)算：
(5)太陽輪齒數(shù)
=14
內(nèi)齒圈齒數(shù)
z =z 取50
行星輪齒數(shù)
z= =17.5 取 z=18
1) 齒輪模數(shù)：
按公式計(jì)算中心距：
1) 綜合系數(shù)：
K=2.1
2) 太陽輪單個(gè)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
T==7953.09=3048.6845N
3) 齒數(shù)比：
u= z /z=18/14=1.28
4) 取齒寬系數(shù)：
=1.1
5) 初定中心距：
將以上各值代入強(qiáng)度計(jì)算公式，得
mm
=1