双滚筒采煤机截割部结构设计.doc
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双滚筒采煤机截割部结构设计.doc
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摘要
作为一个重要的产煤国家,煤炭业对我国的经济十分重要,是保证我国经济发展的物质基础,大量场合需要使用煤炭,所以对采煤机的需求也会十分的旺盛,采煤机的好坏水平将会直接决定这煤炭的质量,好的采煤机能够提高工作效率,降低工人的劳动强度,且采煤机截割部对采煤机来说的作用十分明显,它作为重要的落煤、装煤的装置,对整体的工作效率起到重要的作用。
本课题的主要内容是首先通过查阅资料,了解采煤机截割部的目前发展状况和未来发展趋势,了解其工作原理,然后通过工作原理,确定主要参数,对其完成主要的总体方案设计,然后对器传动结构进行设计,主要是减速器的设计,对其其中重要的零部件进行校核,完成相应的设计步骤。
关键词:
采煤机;截割部分;设计
Abstract
Asoneofthemostimportantcoalproducingcountries,thecoalindustryofourcountryeconomyisveryimportant,istoensurethematerialfoundationforChina'seconomicdevelopment,alargenumberofapplicationsrequiretheuseofcoal,sotheshearerdemandwillbeverystrong,shearerwilldirectlydeterminethequalityofthequalitylevelofcoal,coalminingmachinetoimproveworkefficiency,reducethelaborintensityofworkers,andtheeffectofshearercuttingunitofshearerisveryobvious,itasadeviceoffallingcoal,coalisimportant,animportantroleintheoverallworkefficiency.
Themaincontentofthispaperisthefirstaccesstoinformation,tounderstandthecurrentsituationandfuturedevelopmenttrendoftheshearercuttingunit,andthenthroughtheunderstandingofitsworkingprinciple,workingprinciple,determinationofmainparameters,theoverallschemeofthemaindesign,andthendesignthetransmissionstructure,mainlythedesignofthereduceroneoftheimportantpartsofthecheck,completetherelevantdesignprocess.
Keywords:
shearer;cuttingpart;design
目录
摘要 I
第一章绪论 1
1.1本课题研究的目的 1
1.3国内外采煤机的发展及趋势 1
1.4本次设计的主要结构特点和研究内容 1
本课题的主要设计的是采煤机的截割部分,主要的内容有以下几个部分:
1
2.1双滚筒采煤机截割部设计方案的制定 2
2.1.1双滚筒采煤机截割部设计方案的确定 2
2.1.2采煤机截割部相关布置 3
第三章双滚筒采煤机的截割部设计及计算 4
3.1截割部电动机功率计算及电动机选型 4
3.1.1截割部生产功率的计算 4
3.1.2截割部摇臂的摆角和电动机的选型 5
3.2截割部总传动比的计算分配及动力参数的确定 6
3.2.1总传动比的确定 6
3.2.2传动比的分配 6
3.2.3各轴转速、功率、转矩的确定 7
3.3齿轮参数计算 9
3.3.1确定第一对啮合齿轮的参数 9
3.3.2确定第二对啮合齿轮的参数 11
3.3.3确定第三对啮合齿轮的参数 13
3.3.4确定行星齿轮的参数 16
3.4轴组件结构设计 20
3.4.1截一轴尺寸的确定 20
3.4.2截二轴尺寸的确定 21
3.4.3截三轴尺寸的确定 22
第四章强度校核 24
4.1齿轮传动强度的校核计算 24
4.1.1第一对齿轮的强度校核 24
4.1.2行星轮系校核 26
4.2轴的强度校核 31
4.2.1齿轮轴的受力分析 31
4.2.2计算弯矩、转矩,并画弯矩图 32
4.3轴承的选择 33
4.4轴上渐开线花键的强度计算 34
4.5螺旋滚筒相关计算 36
设计总结 39
参考文献 40
致谢 41
iii
第一章绪论
1.1本课题研究的目的
随着我国经济的不断发展,对能源的需求量将会日益增加。
作为一个重要的产煤国家,煤炭业对我国的经济十分重要,是保证我国经济发展的物质基础,大量场合需要使用煤炭,所以对采煤机的需求也会十分的旺盛,采煤机的好坏水平将会直接决定这煤炭的质量,好的采煤机能够提高工作效率,降低工人的劳动强度,且采煤机截割部对采煤机来说的作用十分明显,所以本课题通过对采煤机的截割部分进行设计,了解一般的截割部分的设计原理,设计内容,设计方式等,为以后的一般设计提供设计规则。
随着研究的深入,目前总体的截割部分也得到不断的发展,本课题的主要完成的内容需要根据以下情况进行分析。
首先对采煤机总体参数进行确定,这是对整机截割部必要的步骤,决定这它的相关参数,然后对其内部结构进行总体方案确定和设计。
1.3国内外采煤机的发展及趋势
采煤机的重要性不言而论,他对世界各国的经济发展都起到重要的作用,各国都在研发相应能够满足大功率的采煤机。
目前我国已经设计完成1400KW的采煤机,能够完成大矿的需要,不过和国外的先进技术相比,差距还是很大的,我们必须对其进行进一步的开发研究,减少我们之间的差距。
20世纪40年代末,美国利诺斯公司首先在装煤机机身上安装了一个可摆动的落煤截割头,实现了割煤、落煤和装煤工序的机械化连续作业,这就形成了采煤机的雏形。
在60年代之后,逐渐想滚筒式的模型进行发展,实用性十分的大,配合电气、管理等技术,能够实时监控机器的运行状态。
能够使用很少的人就可以完成相应的任务了。
1.4本次设计的主要结构特点和研究内容
本文设计的采煤机截割部分采用的是双滚筒式,它的主要特点是:
横向布置多个电动机,能够使得整机的空间较小,十分的紧凑;将机身设计成使部件可侧面拉装的整体箱式能够保证其钢性;破碎机采用单独电动机传动,能够使得其破碎不受其他原因的影响。
增大截煤深度,一次性能够截煤更多数量。
增大块煤率,减少煤尘生成
本课题的主要设计的是采煤机的截割部分,主要的内容有以下几个部分:
首先通过查阅资料,了解采煤机截割部的目前发展状况和未来发展趋势,了解其工作原理,然后通过工作原理,确定主要参数,对其完成主要的总体方案设计,然后对器传动结构进行设计,主要是减速器的设计,对其其中重要的零部件进行校核,完成相应的设计步骤。
第二章双滚筒采煤机截割部的方案设计
为了确定整体的设计,需要对其方案进行确定,首先需要对几个方案进行相互比较。
2.1双滚筒采煤机截割部设计方案的制定
综合参考国内外各种采煤机的结构方案,同时类比相似型号的采煤机的截割部传动方案,初步定出滚筒式采煤机截割部若干传动方案如下:
方案一(如图2-1),该方案传动方式:
电机—固定减速箱—摇臂—滚筒。
(图2-1)1-电动机2-固定减速箱3-摇臂4-滚筒
方案二(如图2-2),此方案传动方式为:
电机—固定减速箱—行星齿轮传动—滚筒。
(图2-2)1-电动机2-固定减速箱3-摇臂4-行星齿轮5-滚筒
方案三(如图2-3),传动方式为:
电动机—摇臂—行星齿轮传动—滚筒。
(图2-3)1-电动机2-摇臂减速箱3-行星齿轮4-滚筒
2.1.1双滚筒采煤机截割部设计方案的确定
方案一的特点是:
它的整体结构十分的简单,虽然十容易安装,但是对于煤层较厚的情况下不适宜。
方案二的特点是:
在传动的部分采用了行星传动,虽然整体的结构简化了,但是壳体变大了。
所以这个方案不合适。
方案三的特点是:
采用独立摇臂,其本身就是个单独的减速箱,进出油口都密封。
截割电机横向布置在摇臂上,由于他们之间连接没有动力传递,
由于方案三的使用范围较广,能够满足不同的需求,且结构紧凑符合条件采用方案三。
2.1.2采煤机截割部相关布置
(1)采煤机滚筒布置方式
双滚筒采煤机每截割一个行程就可以推进一个截深,这样十分的方便快捷,能够节省不少的时间。
所以本设计采用双滚筒。
且对称布置能够保证两边受力平衡。
(2)调高方式
本机采用摇臂调高
(3)摇臂选用
采用大角度弯摇臂
(4)轴承选用
轴承主要有滑动轴承和滚动轴承。
且滚动轴承的密封和润滑问题比较好解决,滑动轴承则难以解决这些问题,且滑动轴承的磨损较大。
使用寿命不长本机。
采用滚动轴承。
(5)牵引方式
本机采用无链牵引中的液压传动,能保证整体的效果。
(6)驱动方式
本课题采用分别驱动,能够保证工作过程过热的现象发生。
,用两个250KW的电机分别驱动两个截割部,用两个40KW的电动机驱动牵引部,也可用液压马达驱动牵引部。
第三章双滚筒采煤机的截割部设计及计算
经过上述的论述,现在我们可以开始更深入的进行进一步的研究计算。
3.1截割部电动机功率计算及电动机选型
3.1.1截割部生产功率的计算
设计目标:
1.采高H=1.8m(约等于滚筒直径D);
2.截深J=0.66m;
3.滚筒水平中心距为10810mm
4.两摇臂铰接中心距为6700mm
5.牵引速度为0~8(m/min)
6.机身宽为1210mm
采煤机的设计生产功率
(3.1)
式中J——滚筒的有效截深J=0.63m
H——采煤机的平均采高H=2.4m
Vq——采煤机的最大工作牵引速度m/minVq=8
γ=1.35——煤的重率()
Q=60×0.63×2.4×8×1.35
=979.7(吨/时)
=979.7/60(吨/分)
采煤机的设计装机功率
(3.2)
式中——功率利用系数,以为该机的驱动方式为分别驱动所以=0.8。
——功率水平系数,由表3—1查得=0.9。
——后滚筒的工作条件系数,=0.8。
——采煤机的比能耗,由表3—2查得=0.44(KW.h/T)。
(3.3)
≈300N/mm。
(3.4)
(3.5)
取N=591KW
表3—1功率水平系数
电动机
自动调速
人工调速
2.0~2.2
0.90
0.80
2.2~2.4
0.95
0.85
2.4~2.6
1.00
0.90
表3—2螺旋滚筒采煤机比能耗
牵引速度(m/min)
(KW.h/T)
2.0
0.50
3.0
0.44
4.0
0.42
5.0
0.40
3.1.2截割部摇臂的摆角和电动机的选型
(1)摇臂的摆角
弯摇臂2055.02mm
摇臂上摆角36.3°
下摆角17.3°
(2)电动机的选型
功率:
250KW电压:
1140V
转速:
1476r/min额定频率:
50Hz
绝缘等级:
H接线方式:
Y
工作方式:
S冷却灭尘灭尘方式:
内外喷雾
3.2截割部总传动比的计算分配及动力参数的确定
3.2.1总传动比的确定
总传动比等于截割电动机的转速与滚筒的转速的比值,滚筒的转速通常有2-4种可供选择。
采煤机截割电动机的同步转速为1476r/min,滚筒的转速一般在20r/min-100r/min(直径大转速小),截割部主传动比的总传动比约为。
总传动比:
(3.6)
式中——电动机转速,r/min;
——滚筒转速,r/min。
3.2.2传动比的分配
2K-H行星减速装置的使用效率为0.97~0.99;其传动比一般为2.8~13.7。
当内齿圈固定,以太阳轮为主动件,行星架为从动件时,传动比推荐值为3~9。
采煤机的截割部的行星减速机构的传动比一般为5~6。
这里定行星机构的传动比为:
=5.714。
采煤机机身高度严格限制,每级传动比≤3~4。
根据多级减速齿轮传动比的分配原则和摇臂的具体结构,初定各级传动比为:
=1.79,=1.58,=2.29。
3.2.3各轴转速、功率、转矩的确定
图3-1摇臂传动系统图
从电动机出来,各轴依次命名为:
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ轴。
1.各轴转速计算:
Ⅰ轴:
r/min
Ⅲ轴:
r/min
Ⅳ轴:
r/min(3.7)
Ⅶ轴:
r/min(3.8)
Ⅷ轴:
r/min
2.各轴功率计算:
Ⅰ轴:
kW
Ⅱ轴:
kW(3.9)
Ⅲ轴:
kW(3.10)
Ⅳ轴:
kW(3.11)
Ⅴ轴:
kW(3.12)
Ⅵ轴:
kW(3.13)
Ⅶ轴:
kW(3.14)
Ⅷ轴:
(3.15)
上式中:
轴承效率,齿轮效率,花键效率。
3.各轴转矩计算:
Ⅰ轴:
(3.16)
Ⅲ轴:
(3.17)
Ⅳ轴:
(3.18)
Ⅶ轴:
(3.19)
Ⅷ轴:
(3.20)
表3-1运动和动力参数表
编号
功率(kW)
转速(r/min)
转矩()
传动比
Ⅰ轴
297
1476
1921.6
1.79
Ⅲ轴
279.56
824.6
3237.7
Ⅳ轴
271.23
521.9
4963.1
1.58
Ⅶ轴
247.7
227.9
10379.7
2.29
Ⅷ轴
240.32
39.67
57853.7
5.714
3.3齿轮参数计算
3.3.1确定第一对啮合齿轮的参数
(1)传动比=1.79
(2)输入功率N=297kW
(3)直齿圆柱齿轮的材料选择:
低碳高级合金钢20CrMnTi,7级精度,渗碳淬火处理,齿面硬度为56~62HRC。
初步确定齿数为:
,
(4)按齿面接触强度初算小齿轮c分度圆直径
小齿轮分度圆直径的初算公式为
mm(3.21)
式中——算式系数,对于钢对钢的齿轮副,直齿轮传动=766,查参考文献[2]表14-1-75;
——载荷系数,取=2;
——啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩,;由表3-1得=1921.6;
——试验齿轮的接触疲劳极限,;查查参考文献[2]图14-1-24,且取和中的较小值,==1500;
式中,“+”号用于外啮合,“-”用于内啮合。
——许用接触应力,MPa;
——小齿轮齿宽系数,查表14-1-79取=0.8;
——齿数比,即;
将上述值代入公式中(3-1)得
(5)按齿根弯曲强度初算齿轮模数m
根据齿根弯曲强度,可按下列公式估算齿轮的模数。
mm(3.22)
式中——螺旋角系数,对于直齿轮查参考文献[2]表14-1-78,;
——复合齿形系数,;
——齿轮材料弯曲疲劳值,由参考文献[2],MPa;
——齿根应力,单向受力MPa。
mm(3.23)
按齿面接触强度计算所得的小齿轮分度圆直径mm,可计算小齿轮模数mm,比较弯曲强度与接触强度计算的结果,取模数中的较大值,所以mm,在传动过程中对齿轮的强度要求高,可以适当增大,取mm。
(6)齿轮几何计算
表3-2齿轮参数
名称
代号
计算公式
结果
分度圆
直径
mm
mm
标准中
心距
mm
端面压
力角
齿顶高
mm
齿根高
mm
齿高
mm
齿顶圆
直径
mm
mm
齿根圆
直径
mm
mm
齿宽
mm
mm
3.3.2确定第二对啮合齿轮的参数
经上述条件可知,传动比=1.58,输入功率N=279.56kW的直齿圆柱齿轮详细参数。
材料选择:
低碳高级合金钢20CrMnTi,7级精度,渗碳淬火处理,齿面硬度为56~62HRC。
初步确定齿数为:
,。
(1)按齿面接触强度初算小齿轮c分度圆直径
小齿轮分度圆直径的初算公式为
mm(3.24)
式中——算式系数,对于钢对钢的齿轮副,直齿轮传动=766,查参考文献[2]表14-1-75;
——载荷系数,取=2;
——啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩,;由表3-1得=3237.7;
——试验齿轮的接触疲劳极限,;查查参考文献[2]图14-1-24,且取和中的较小值,==1500;
式中,“+”号用于外啮合,“-”用于内啮合。
——许用接触应力,MPa;
——小齿轮齿宽系数,查表14-1-79取;
——齿数比,即;
将上述值代入公式中(3-1)得
(3.25)
(2)按齿根弯曲强度初算齿轮模数m
根据齿根弯曲强度,可按下列公式估算齿轮的模数。
mm(3.26)式中——螺旋角系数,对于直齿轮查参考文献[2]表14-1-78,;
——复合齿形系数,,查参考文献[3]表7-9;
——齿形系数;
——应力矫正系数;
——齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值,由参考文献,
MPa;
——齿根应力,单向受力MPa。
mm(3.27)
按齿面接触强度计算所得的小齿轮分度圆直径mm,可计算小齿轮模数mm,比较弯曲强度与接触强度计算的结果,取模数中的较大值,所以mm,在传动过程中对齿轮的强度要求高,可以适当增大,取mm。
(3)齿轮几何计算
表3-3齿轮参数
名称
代号
计算公式
结果
分度圆直径
mm
mm
标准中心距
mm
端面压力角
齿顶高
mm
齿根高
mm
齿高
mm
齿顶圆直径
mm
mm
齿根圆直径
mm
mm
齿宽
mm
mm
3.3.3确定第三对啮合齿轮的参数
传动比=2.29
输入功率N=271.23kW
直齿圆柱齿轮
材料选择:
低碳高级合金钢20CrMnTi,7级精度,渗碳淬火处理,齿面硬度为56~62HRC。
初步确定齿数为:
,。
(1)按齿面接触强度初算小齿轮c分度圆直径
小齿轮分度圆直径的初算公式为
mm(3.28)
式中——算式系数,对于钢对钢的齿轮副,直齿轮传动=766,查参考文献[2]表14-1-75;
——载荷系数,取=2;
——啮合齿轮副中小齿轮的名义转矩,;由表3-1得=4963.1;
——试验齿轮的接触疲劳极限,;查查参考文献[2]图14-1-24,且取和中的较小值,==1500;
式中,“+”号用于外啮合,“-”用于内啮合。
——许用接触应力,MPa;
——小齿轮齿宽系数,查表14-1-79取;
——齿数比,即;
将上述值代入公式中(3-1)得
(3.29)
(2)按齿根弯曲强度初算齿轮模数m
根据齿根弯曲强度,可按下列公式估算齿轮的模数。
mm(3.30)
式中——螺旋角系数,对于直齿轮查参考文献[2]表14-1-78,;
——复合齿形系数,,
查参考文献[3]表7-9;——齿形系数;
——应力矫正系数;
——齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值
MPa;
——齿根应力,单向受力MPa。
mm(3.31)
按齿面接触强度计算所得的小齿轮分度圆直径mm,可计算小齿轮模数mm,比较弯曲强度与
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- 滚筒 采煤 机截割部 结构设计