连续采煤机总体方案及截割部设计.docx

1、摘要连续采煤机是实现综合机械化采煤或巷道掘进的主要采掘设备。本次设计介绍了连续采煤机的主要结构和工作原理，分析了它的截割部尤其是减速器部分传动状况。对减速器装置的设计方法进行了理论研究，得到了齿轮、花键、轴承等的设计方法及强度校核公式。绘制了连续采煤机总装配图、截割部图和减速器图。用到了材料力学、理论力学、金属工艺学、CAXA绘图软件等。设计目的一方面在于对连续采煤机进行更好的优化结构设计，使其在工作中可以取得更好的经济效益。另一方面对截割部传动部分进行了细致地分析和计算，使其传动零件寿命更长和传动更加高效。关键词：连续采煤机；截割部；减速器；传动零件。AbstractThe continuo

2、us coal mining machine is the main equipment for the mechanization of coal mining or roadway driving. This design introduces the main structure and working principle of the continuous coal mining machine, and analyzes its cutting part, especially the transmission of the reducer. The design method of

3、 the reducer device is studied, and the gears, Intensity verification and bearings are got. The design method and strength check formula. The total assembly drawing, cutting part chart and reducer chart of the continuous miner are drawn. Use of material mechanics, theoretical mechanics, metal techno

4、logy, CAXA graphics software, etc.The aim of the design is to optimize the structure of continuous coal mining machine, so that it can get better economic benefits in the work. On the other hand, the transmission parts of cutting part are analyzed and calculated in detail, Make its transmission part

5、s longer and more efficient drive.Keywords: continuous miner; Tunnel boring machine；cutting mechanism; Transmission parts. 目录1绪论11.1 连续采煤机的基本概况11.1.1 连续采煤机的发展历程11.1.2 连续采煤机的发展前景21.1.3 连续采煤机的国内外应用31.2 设计的主要内容52 连续采煤机总体方案设计62.1 连续采煤机方案初选62.2 连续采煤机方案选择62.3连续采煤机各部件的结构型式的设计72.3.1 截割机构的型式设计82.3.2 装载运输机构的型

6、式设计112.3.3 行走机构的型式设计122.3.4 冷却、除尘系统的型式设计132.3.5 电控系统型式设计142.3.6 液压系统型式设计142.4 总体参数确定153 截割部减速器的选用与设计173.1 减速器的型式设计173.2 减速器行星齿轮部分设计时的注意事项183.3 传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配183.3.1 分配传动比183.3.2 传动装置参数计算193.4 四级减速器的具体设计计算213.4.1 计算第一级圆柱齿轮传动213.4.2 计算第二级圆锥齿轮传动253.4.3 计算双级 NGW 行星齿轮传动333.4.4 轴的设计513.4.5 轴承的寿命校核5

7、73.4.6 键的校核584.结论60致谢61参考文献62附录A(译文)63附录B（原文）671 绪论1.1 连续采煤机的基本概况1.1.1 连续采煤机的发展历程按照截割工作机构来划分，连续采煤机的发展大体经历了以下几个阶段：(1) 第一阶段(20世纪40年代)以利诺斯公司的CM28H 型和久益机械制造公司 (JOY MANUFACTUR-ING COMPANY)的3JCM 型和 6CM 型为代表的截链式连续采煤机，主要用于开采煤炭、钾碱矿、铝土矿、页岩以及永冻土等资源。该型连续采煤机的生产能力不高，且结构较为复杂，装煤效果不好； 第二阶段(50年代)以久益公司的8CM 型为代表的摆动式截割头

8、连续采煤机，生产能力较高，装煤效果较好，但机器运行时振动大，维护费用高； 第三阶段(60年代至今)滚筒式连续采煤机高速发展，并逐渐成熟。从上世纪 80 年代开始至今，随着断壁开采技术的发展和开采条件的提高，连续采煤机逐渐向大功率、多功能、系列化和自动化方向发展，使其适用性和智能性加强，日趋成为先进产煤大国的主要采煤设备。第三代滚筒式连续采煤机，集破煤、落煤、装运、行走、电液系统及辅助装置为一体，表现了很高的制造水平，其中久益公司的12CM 型、14CM 型和17CM 型系列产品代表了目前国际先进水平 (图 1-1 所示)。1992 年，奥地利奥钢联 (VAI) 初次研制出了集安全、环保和人类工

9、程学于一体的 ABM20 型锚杆机和连续采煤机一体化机械。2000年久益公司开发的连续采煤机增加了机器的质量和功率，提高了技术性能，使其强度增加，并且提高了运行速度，降低了吨煤成本。这种采煤机带有故障诊断装置并且实现了部件结构的标准化，有助于在生产过程中使停工事故减少到最低程度。2003 年美国菲尔奇公司又研发了一种 F525 型连续采煤机-锚杆机一体机，集采、掘、落、装、行、钻眼和支护等功能集于一体，使连续采煤机的使用实现了重大突破。图 1-1美国 Joy 14CM 型连续采煤机图Fig. 1-1 14CM Joy continuous miner 图1-2 美国菲尔奇公司F525型连续采煤

10、机-锚杆机一体机图Fig. 1-2 F525 America company continuous mining machine - bolting machine1.1.2 连续采煤机的发展前景我国煤炭资源分布范围广，地质状况复杂多样。经过 30 多年的综采工作面机械化开采，适合长壁开采的规则煤田越来越少，“三下” 压煤、残留煤柱和不规则煤的煤炭储藏量多达上百亿吨，长壁开采难以进行，但是不开采又必将对国内煤炭资源造成极大的浪费。并且这类“三下”煤层问题的突出影响表现在影响矿区的使用寿命和工作服务年限，在具体生产过程中会产生很大的外部性，一方面可能造成国家资源的浪费，而且还会对环境和人居产生极

11、大的影响。另一方面厂区还受许多因素的影响，比如残采区、不规则采区等情形，造成传统的正规长臂综采并不能完全得到应用，详细操作过程中还包括矿井边界以及断层等地点。而且随着矿井服务年限的增加，矿井的储量会逐渐下降，所以会出现增加不适用于长臂综采的采掘面数量等问题。解决这一问题的关键在于断壁开采技术，但是连续采煤机其配套设备全部进口，截齿、滚筒等易磨易损件更需要大量进口，这必然要造成生产效率下降、增加吨煤成本。虽然国内的普通滚筒采煤机研制技术相对成熟，但对于连续采煤机的研制仍处于起步阶段，缺乏必要的基础性研究。目前为止，连续采煤机在国内的使用情况范围还很窄，其主要原因有两方面，其一是国外的连续采煤机并

12、不能很好地适用我国的地质状况及煤炭赋存状况，其二为我国当下的技术水平限制了国产连续采煤机的研发与生产。连续采煤机短壁机械化开采是现有“三下”采煤和边角煤回采技术中最先进、最高效的一种开采技术, 只要有“三下”煤层和边角煤，就有连续采煤机的广阔的应用前景。不过现今连续采煤机主要适用于煤层埋深较浅,顶底板稳定,倾角不超过 10的中厚煤层。今后,连续采煤机必然要适用大多数煤层实际工况,而且相关方面的研究要向掘、锚、采一体,集中控制、程序控制的方向深入。大体发展方向如下：1）发展新的连续采煤机品种以适用薄煤层和大倾角煤层；2）增加整机功率,研制高强度截割滚筒以适应半煤岩煤层；3）优化整机结构,便于解体

13、及组装,以适用煤层埋深较深的竖井下井运输；4）增强锚护功能, 向掘、锚、采一体发展, 以适用顶、底板不稳定的煤层；5）集中控制、程序控制、故障诊断自主性加大，朝着智能化方向发展。1.1.3 连续采煤机的国内外应用1）连续采煤机国内应用国内连续采煤机的使用主要可分为两个阶段。（1）世纪 80 年代以单机引进为主,我国先后引进100多套连续采煤机进行了试验使用。在这一时期里，使用连续采煤机取得最好成绩的是大同矿务局大斗沟煤矿，使用 JOY12CM-9B 型连续采煤机曾创造了月进 2187m单巷掘进的全国记录；山西雁北马口矿应用连续采煤在小窖破坏区回收煤柱，当时年产量达到7万吨；山西大同市姜家湾煤矿

14、应用 JOY12CM-9B 型连续采煤机断壁开采技术，实现最高月产达 2.67万吨。这一时期里，连续采煤机主要使用在顶板稳定，适合锚杆支护的长壁回采工作面煤层平巷以及地方煤矿房柱式开采。由于没有考虑设备的成套性，虽然连续采煤机体现了采掘合一、机动灵活的特点，但大多数设备使用效果不好,逐渐退役。(2) 20世纪90年代以配套引进为主。这一时期，由于国内外高效、高产矿井的迅速发展，煤层平巷的机械化掘进滞后问题引起了国内外的重视。1995 年起始，神东矿区使用连续采煤机及配套设备进行巷道掘进和短壁开采，通过几年的实践形成了具有神东特色的连续采煤机短壁机械化开采方式，完成了煤巷快速掘进，工作面落煤、运

15、输及回收煤柱等各工序的机械化作业，为短壁机械化开采的煤矿提供了一种安全、高效的采煤方法。2002年神东矿区上湾矿运用连续采煤机短壁化开采技术实现年产量达220万吨，现仅神东矿区在用连续采煤机台数30多台。2）连续采煤机在国外的应用到目前为止使用连续采煤机最多、使用效果最好的国家是美国。全国各大煤炭公司共有 1600 多台连续采煤机，其利用短壁机械化采煤技术的煤产量在井工采煤中一直处于领先地位，从上世纪 80年代中期占井工产量的70%以上。近年来，由于长壁综采的发展，导致连续采煤机开采的产量有所回落，不过1999年产煤量为2.21亿吨，仍占井工煤炭总产量的 53%。在美国使用连续采煤机屡创高产高效记录，连续采煤机掘进平均班进尺 60 m，日产煤 2 000吨，有些高产工作面日进尺可达 100 m，月产量达10万吨。英国是以长壁采煤法为主的国家之一，巷道掘进主要靠悬臂式掘进机，不过自从 80 年代后期使用连续采煤机开采和锚杆支护技术取得良好的效益以来，运用连续采煤机掘进已经成为英国国内煤巷掘进的主要方法之一，约占总掘进量的65%以上。南非和澳大利亚两国依据本国的煤层地质条件，以传统的房柱式开采的基础成功地研发出了旺格维利和西格玛两种高效短壁采煤方法，增大了连续采煤机的使用范围，提高了资源回收率。其中，南非全国约有230多台连