课题：电牵引采煤机牵引部的设计
专业：机械设计制造及其自动化
学生：
指导教师：
（签名） （签名）
摘 要
电牵引采煤机如今已经被广泛的应用于各类中厚型煤层的工作面，功率越来越大，技术也越来越先进。
牵引部是采煤机的重要组成部分，在此次设计中，首先通过两种不同方案的对比，选取合理优化的方案来设计，其次，通过对两级直齿轮和两级行星轮减速器的选材、确定尺寸、并进行各种校核来满足设计的要求。以及完成轴得计算和校核、轴承的选用和行走轮的介绍，来完成设计任务。最后，根据结果绘制所需要的总体装配图和各零件图，完成此次采煤机牵引部的设计。
关键词：采煤机；牵引部；设计。
Subject: The Coal winning machine’Traction design
Abstract
Electric traction shearer has now been working facing is widely used in all kind of thick coal seam,power is more and more big,the technique is more and more advanced .
Traction department is an important part of the coal mining machine,in this design,first of all,through two different schemes comparison ,and select a reasonable optimization scheme to design,secondly,through material selection,the two stage gear and the two stage planetary gear reducer is to determine the size,and various checking to meet the design requirements.And the selection and a walking wheel is introduced to calculate and check shaft ,bearing ,complete the design task.Finally,according to the results of draw general assembly drawing and part drawing required completed the design of traction shearer.
Keywords ： Coal winning machine, Traction,Design.
目录
1 绪论 ................................................ 6
1.1采煤机的发展史 ....................................... 6
1.1.1国外电牵引采煤机发展状况 ........................ 6
1.1.2国内电牵引采煤机的现状 .......................... 9
1.1.4采煤机的概述 ................................... 11
1.1.5设计的目的和意义 ............................... 12
2 采煤机牵引部的方案设计 ............................. 13
2.1方案选型 ............................ 错误！未定义书签。
2.1.1牵引部电动机的选用 .................错误！未定义书签。
2.1.2牵引部传动比分配 ...................错误！未定义书签。
2.1.3传动系统的运动和动力参数计算 .......错误！未定义书签。 3 牵引部系统各轴组件设计 .............. 错误！未定义书签。
3.1齿轮设计 ............................ 错误！未定义书签。
3.1.1高速级直齿圆柱齿轮的设计计算 .......错误！未定义书签。
3.1.2低速级直齿圆柱齿轮的设计计算 .......错误！未定义书签。
3.1.4二级行星齿轮的初步设计及强度校核.... 错误！未定义书签。
3.2轴的设计计算及轴承的选择 ............ 错误！未定义书签。
3.2.1Ⅱ轴的设计计算 ...................... 错误！未定义书签。
3.2.2一级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算错误！未定义书签。
3.2.3二级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算错误！未定义书签。 4 行走轮的介绍 ........................
5结 论 ..............................
致 谢 ................................
参考文献 ..............................
错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。
1 绪论
1.1采煤机的发展史
采煤的自动化起源于1940年以后，是依附于矿山机械的出现而开始的。在1940年的初初期，英国和德国都开发生产出了早期的最早的链式采煤机，但出煤产量比较低下，在同一时间，德国也开发出了用刨削方式挖煤的刨煤机，煤矿挖煤随之进入了自动化时期[2]，由于采用的是链式结构，磨损非常大，产煤质量比较低，同时也因为矿底运送条件比较单一，产量无法完全得到增加。
到了1950年以后，美国等采煤机制造国开发出了出了滚筒式的采煤机，还有应用于撑高的液压支柱和运送煤的可伸缩弯曲的刮板输送机。大大提高了矿山采煤的效率，因为滚筒不可以上下移动，属于那种固定形式的，限制了采煤机采煤的范围，这种形式的采煤机被广泛称之为第一代采煤机。
在1960年以后，是全球采煤技术高速发展的关键阶段，单摇臂滚筒采煤机的诞生解决了调节采煤高度的难题，滚筒嵌在摇臂上，通过来回摇动摇臂来调节滚筒采煤的截割采煤的高度，使采煤机随着地层变化而导致各类煤层的厚度的变化，采煤机适用的范围更广了，这种采煤机我们称之为第二代采煤机[2]。
在六十年代中期，随着第三代新型的双滚筒采煤机的的出现，更完善科学地解决了综采工作面的切口问题。再加上液压支架和弯曲的输送机技术的更加完善等等，把综合开采技术推到了一个更高，更安全可靠的新水平。全面地实现了机械化采煤的高产能、高效率和经济安全，降低了生产成本，促进了社会经济又好又快的发展。展现了采煤机械化的适应性和优越性。
在20世纪70年代时，采煤综合机械化有了更进一步的提升和发展，综采装备朝着更大的功率、高产能以及完善功能和拓宽采煤范围的方向发展。采煤机无链牵引机构的研制成功和中期出现的第四代电牵引采煤机，改变了采煤机的性能，提高了采煤机的适用范围。
1.1.1国外电牵引采煤机发展状况
自1980年后, 全球各主要煤炭存储国, 为实现高产量高质量综采煤面的提升和实现井下采煤规模化挖掘的要求, 大力研究高新技术, 大力提速改变滚筒采煤
机的结构性能和功能, 随之开发出一批高质量、高稳定性的“大型”采煤机。其中, 具有影响力的是英国制造公司的Eiectra 同批次采煤机，, 德国制造公司的SL 采煤机, 美国煤机制造公司的LS 同列型号和日本制造公司的MCL E2DR 同型号的电牵引采煤机。这些采煤机反映了现在世界电牵引采煤机的先进研究方面。 德国煤机制造公司, 采煤机的机身结构特点为机长分为三段, 两侧运动部位为锻造壳体机部, 中间电力部分为焊接架体机构, 摇臂可以分为部分分开结合, 左右相同一样, 可适应各种各样的相关要求；牵引部电力传动机构应用两交流电机, 电枢运用计算机控制, 励磁运用串联, 不但能适应四个象限的运载, 还能适应两个牵引, 趋向载体平衡, 现在各国都在大力研发交流形式的电牵引采煤机。美国的煤机研发制造公司从3到7LS, 机器身长被分为3节焊接组织结构, 滚筒摇臂被划为部分连接、前后互用, 牵引部电力传动机构为两个电机串激并联, 现在已经开发了投产运用7LS 的新型电牵引采煤机。以日本煤机制造公司的RD101101为代表的新型的电牵引采煤机, 其机体组织为传统的截割电机分布在机体的传统机体形式上, 机械运动和连接十分繁杂。概括这些制造公司的电牵引采煤机的技术研发有下面几个特点:
(1) 截割部的电动机和装机部分的功率都有很大程度的提高，为了满足快捷高速低损耗综采工作面高效采煤的需求, 不管是哪种类型的采高采煤机, 都在想办法增大装机时候电机的功率(含有截割部电机功率和牵引部电机功率) 。 装载功率差不多都均衡在900kW 附近, 一个截割部的电动机功率大概在300kW 以上, 最顶可以超过550kW 。 直流电牵引电动机的功率可以在2×45kW 以上, 交流电牵引电动机功率最高可以达2×45kW 左右。
(2) 新型无链电牵引滚筒采煤机已经顶替了旧液压牵引滚筒采煤机被广泛的应用于各种矿山，世界各采煤机制造公司，自1980年后以来，都已经把开发方向转向制造电牵引采煤机如德国煤机制造公司是最先研制筒采煤机的,1985年以后，就不再制造生产各类液压牵引滚筒采煤机, 开发出了EDW 的各式电牵引滚筒采煤机,1990年又开发制造交流直流两种通用新型电牵引采煤机。美国煤机研发机构1975年以后就大力发展制造多种电机驱使的直流电牵引滚筒采煤机,1980年以后随之推出了一系列3LS,4LS 和6LS3的新型采煤机, 其电力组织经过多次提高, 更加趋向于完美。英国煤机制造公司1985年以来已经研制了
ELECTRA1000和ELECTRA 应用于薄煤层挖掘的电牵引滚筒采煤机。日本煤机研发机构1980年以后开始研制生产高效率的电牵引滚筒采煤机以满足经济发展的需求, 最具影响力是MCLE2DR101101,MDLE2DR102102型采煤机, 是世界上首次开发。法国煤机制造公司在1990年左右也已经开发生产出了新型交流电牵引滚筒采煤机。交流电牵引采煤机在现在几年内发展迅速，因为性能可靠, 稳定性强、结构紧凑, 有代替直流电牵引采煤机的可能。自日本1980年的时候把第一个交流电牵引滚筒采煤机被研发生产后, 到如今除过美国外, 其它国家如欧盟体制内的主要国家都已经开发生产出心得交流电牵引滚筒采煤机, 是未来电牵引滚筒采煤机研发的目标。
(3)牵引部的减速速度和牵引力的逐渐提高液压牵引滚筒采煤机的最大牵引减速速度是7m/min左右, 然而在现实中可用来采煤的速度达到了43m/min,适应不了高效率采煤的需求。新型采煤机牵引部部分的电动机功率不断提升, 最高可以使采煤机速度超过16m/min,美国煤机制造公司制造生产的采煤机18m/min的牵引速度很正常, 美国煤机制造公司的一台经过整修的电牵引采煤机的牵引速度最高可超过2800m/min。因为采煤机要适应快捷牵引采煤, 滚筒采煤机的截割深度的增加和转动速率的减小, 结果导致滚筒采煤机的移动的进给量和采煤的推进力的变大, 因此滚筒采煤机要提高牵引部牵引力, 现在已经大概提高到400到650kN, 目前世界上开发的最大牵引力为900kN 的电牵引采煤机。
(4)多种电动机驱使横向分布的机体框架广泛发展,1975年以后只有美国的LS 系列电牵引采煤机、德国的EDW215022L22W 型电牵引采煤机应用多种电机驱使移动, 机械传动结构相互之间独自孤立, 部件和原件之间没有机械传动的连接, 去掉了锥齿轮传动机构和繁杂的通用轴, 机械机构简便, 拆卸快捷。现在, 这种类型的采煤机不但有电牵引, 还有液压牵引, 有代替以前的截割部电机竖着向分布的可能。
(5)滚筒采煤机的截割深度持续加大，牵引部速度的提高, 液压支架也随着机体支撑持续跟上, 导致采煤机的空道空顶时间减小, 为提高采煤机截割深度创造了理由。
(6) 整体加大供电的电压，因为装载功率很大程度的增大, 为了确保供电的用量和电机功能, 新开发的高功率电牵引滚筒采煤机差不多都加大供电的电压,
主要有2200V,3200V,4100V 和5100V 。美国煤机制造公司现在拥有的大型综采工作面中, 超过51%的电牵引滚筒采煤机的供电电压都超过2200V 。
(7) 有周全的的监测系统。含应用微型处理机监控的工况检测、数据采集、故障显现的自动检测系统、随地监控、无线电的随机检测, 而且已经能控制的液压支架、输送机的行走动作和滚筒随机调节。
(8) 强稳定性。据统计美国采用的ELECTRA1000型新型采煤机的时间使用率可以达94%到97%,采煤的产量在340万吨以上, 最大达到1000万左右。
1.1.2国内电牵引采煤机的现状
1970年以来是我国综合自动化采煤起步的阶段，1970年后期生产出MLS3-170型滚筒采煤机。我国在改革开放之前机械工业相对美国比较落后, 采煤机元部件的合格率较差, 使滚筒采煤机的寿命大都较低, 尤其是液压元部件的损耗程度更为让人担心。
1980到1990年期间是国家各类采煤机生产研发的全盛阶段。20世纪70年代后期国家从国外引进各种综合采煤成套装备总计150套。全球各主要采煤机生产的团体如欧盟、美国、日本等全进入我国采煤机市场。他们先进的采煤机也展现在我们的跟前，为我国专家更深层次的学习国外技术和应用这些先进技术提供了便利。同时通过20世纪70年代的自主开发采煤机的试验，取得了成功的经验和失败的教训，形成了我国采煤机的生产的新目标，那就是模仿和自主开发同时进行。
据初步统计,1980年到1990年我国自行开发和研制的采煤机品种大概有45余种，是我国采煤机收获的年代。差不多满足了我国对各种煤层开采的要求，大量依赖进口采煤机的时代已经不会出现了。1980年以来采煤机的开发有如下的特点：
开始着重采煤机系列化的研制，拓宽使用程度。1970年以后研制的采煤机，单一类型仅有一个种类的采煤机，品种十分匮乏，使用空间狭小，很难适应各类煤层的开采需求。1980年起开始研制系列化采煤机的生产工作，一个类型的采煤机可以衍生出出多种机型的采煤机。采煤机械系列化是1980年那个时候采煤机开发中非常显眼的特点。
采煤机原部件的重点攻关研制，促进采煤机工作稳定性的提升。以欧盟的齿
轮作为方向进行研发，期望达到设置的目标，改善了低级转速承受重载荷齿轮较早损耗的问题。液压组织和液压原部件的研发，主液压泵和液压马达的稳定性直接决定着牵引部减速工作的稳定性。在20世纪80年代中期把斜轴液压泵、液压马达、各种阀和调速系统等都放入了优先攻关目标。
随着无链牵引的广泛应用。使采煤机工作运行稳定使用方便安全可靠，在引入大功率新型采煤机的时候，无链牵引技术也随着被引进中国。德国煤机制造公司的齿轮—销轨型无链牵引和英国煤机制造公司的滚轮—齿轨型无链牵引占到了大部分市场，而且研发技术十分成熟。因此，我国开发的采煤机的无链牵引朝着国外采煤机机组的形式上发簪。模仿和引入技术开发的采煤机都是这样的。无链牵引的应用使采煤机工作稳定使用安全，承载的牵引力比较大。所以，得到客户的大力欢迎，所有的大功率采煤机生产都采用了无链牵引机构作为行走机构。 1990年以来至今是我国电牵引采煤机收获的阶段，进入20世纪末期后，随着煤炭开采向着集约化目标的发展，裁员提高产量，增大采煤面单产发展成为煤炭开采的潮流。发展高产量高效率的采煤工作面是形势所逼，此时采煤机的制造以高产能高效率的要求求进行开发。
在1980年后，交流变频调速在我国采煤机市场中得到中广泛推广使用。上海煤机分院先后研制生产成功各类型的电牵引采煤机。变频调速减速箱可以是机载，也可以是非机载的。太原采煤机厂在引进英国Electra1000直流电牵引高新全部技术的基础上，研制出了两种不同的电牵引采煤机。自主生产电牵引采煤机虽然发展更新迅速，，但在功能和稳定性上与全球先进的煤机制造国家的I 电牵引采煤机比较，，还存在着很大的距离，因此在一些地方实力雄厚的煤矿上。在装载高产高效采煤工作面的时后，把眼光投到国外，引进国外先进的电牵引采煤机。由于价格非常的高昂，因此进口的数量较少。20世纪末采煤机技术开发的特点如下：
(1) 多电机驱使横向分布的机体结构成了电牵引采煤机研制的潮流。我国研制的电牵引采煤机，现在基本都应用横向布置。各主要部件由独立的电动机驱动，传动机构相互之间孤立，没有任何动力传送，结构紧凑，拆卸方便所以有取代电动机竖着分布的可能。
(2) 液压防紧加固技术的研制获得成功。采煤机联结机构经常出现松动是决
定工作稳定性的主要因素，然而解决困难非常不方便。新型的液压螺母和专用液压泵在电牵引采煤机中获得了广泛应用，防松加紧结果非常明显，初步解决采煤机联结可靠性的问题。
回顾这30多年我国各种类型的采煤机开发的经理，走的是一条自主研发和模仿进口连合的过程，也是一段掌握学习国外高新技术为我们所应用的发展过程。从1970年以来主要依赖进口采煤机来供应我国的生产要求到近年几乎是国产采煤机占领我国整个采煤机市场，这也是一个伟大的进展。
1.1.3采煤机的发展趋势
1.1.4采煤机的概述
采煤机的分类特别多，分类方式也相对较多，大概有按滚筒数目分类、按煤层厚度分类、按机身高度和工作面输送机的导向方式分类、按行走机构形式分类、按行走驱动装置的调速方式分类和按行走部布置分类等。
采煤机的组成如图1-1所示，主要有电动机、截割部、牵引部和其他附属装置（喷雾除尘装置、防滑装置、调高装置等）。 电动机是整个
图1-1 采煤机的结构
采煤机的主要动力来源，它通过机体两端的驱动轴分别驱使截割部和牵引部。采煤机的电动机都是按照是否防爆来选型的，由于井下环境的原因，平时大都采用定子水冷，以精简结构达到缩小电动机尺寸的结果。滚筒是采煤机落煤和装煤的
部分，滚筒上装有盘子，沿着煤壁工作，旋转叶片是用来将落下来的煤移动到输送机上，其上装有截齿。旋转叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效率和速率，滚筒一旁装有弧形的挡煤板，它可以根据不同的采煤方向和方式来回翻转半圈。采煤机牵引部主要由箱体、电动机、输出轴、减速器等部分组成。采煤机的牵引部承担牵引和行走任务，分为牵引机构和传动机构两大部分。牵引部分主要有有链牵引和无链牵引两个形式，主要用来移动采煤机。传动部分可以分为机械传动、液压传动和电传动，也习惯被称之为机械牵引、液压牵引和电牵引。链牵引主要由链轮、牵引链、链接头紧链装置组成。随着采煤机械化的不断发展，采煤机向着更大的功率、大型重型化和大倾角采煤的方向发展以后，由于井下环境因素的制约，链牵引机构已经无法满足发展的需要。因此，链牵引的发展逐渐变得缓慢，而随之出现的无链牵引得到了广泛的发展。同时消除了断链事故的发生，提高了采煤的安全性。
采煤机牵引部传动机构的作用就是将电动机的动力传给齿轮，并实现采煤机的调速。目前主要的传动机构有机械牵引、液压牵引和电牵引。机械牵引的工作比较稳定，但因为它只能实现有级调速，结构非常的复杂，现在已经很少采用了。可以随着负重的变化随时调节牵引速度。电牵引结构简单，调速性能好，因没有液压油的使用，抗污染能力比较好，寿命长，效率高。也使采煤机的机身得到了很大的缩短，最近几年电牵引得到了长足的发展，有逐渐取代液压牵引的趋势。
1.1.5设计的目的和意义
我国经济的运行对煤炭的依赖随着社会发展越来越重，而且我国也是煤炭储藏大国，优质的采掘机械与增加煤炭的产量二者之间有着非常重要的关系。如今，煤矿生产的安全性要求日益受到国家相关职能部门的重视。因此，全力发展新型综采机械设备是当前和今后的采煤机械主要的发展趋势。开发和生产经济适用的滚筒采煤机不但能保证煤炭生产率，而且还能提高采煤的安全生产。
牵引部减速箱内部的结构损坏主要在于行星齿轮和直齿齿轮传动比分配是否合理。直接影响着采煤机牵引部的行走速度和稳定性。对于牵引部存在着诸多的缺陷，有很多难题等待着被解决。我国很多厚煤层正在开始向大功率综合机械化，智能化采煤的方向发展。由于采煤工作面的条件越来越复杂化，研究采煤机机身的高稳定性就成为了各主要研究院研制的重点课题。而影响机身的稳定性，
主要来自于行走的稳定性。所以此次牵引部设计主要考虑了牵引部减速箱的结构设计的优越性，此次设计可用在各种煤层的综合机械化工作面。
2 采煤机牵引部的方案设计
牵引力：450KN ；
牵引速度：0-6m/min；
功率：2×30KW 。
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课题：电牵引采煤机牵引部的设计
专业：机械设计制造及其自动化
学生：
指导教师：
（签名） （签名）
摘 要
电牵引采煤机如今已经被广泛的应用于各类中厚型煤层的工作面，功率越来越大，技术也越来越先进。
牵引部是采煤机的重要组成部分，在此次设计中，首先通过两种不同方案的对比，选取合理优化的方案来设计，其次，通过对两级直齿轮和两级行星轮减速器的选材、确定尺寸、并进行各种校核来满足设计的要求。以及完成轴得计算和校核、轴承的选用和行走轮的介绍，来完成设计任务。最后，根据结果绘制所需要的总体装配图和各零件图，完成此次采煤机牵引部的设计。
关键词：采煤机；牵引部；设计。
Subject: The Coal winning machine’Traction design
Abstract
Electric traction shearer has now been working facing is widely used in all kind of thick coal seam,power is more and more big,the technique is more and more advanced .
Traction department is an important part of the coal mining machine,in this design,first of all,through two different schemes comparison ,and select a reasonable optimization scheme to design,secondly,through material selection,the two stage gear and the two stage planetary gear reducer is to determine the size,and various checking to meet the design requirements.And the selection and a walking wheel is introduced to calculate and check shaft ,bearing ,complete the design task.Finally,according to the results of draw general assembly drawing and part drawing required completed the design of traction shearer.
Keywords ： Coal winning machine, Traction,Design.
目录
1 绪论 ................................................ 6
1.1采煤机的发展史 ....................................... 6
1.1.1国外电牵引采煤机发展状况 ........................ 6
1.1.2国内电牵引采煤机的现状 .......................... 9
1.1.4采煤机的概述 ................................... 11
1.1.5设计的目的和意义 ............................... 12
2 采煤机牵引部的方案设计 ............................. 13
2.1方案选型 ............................ 错误！未定义书签。
2.1.1牵引部电动机的选用 .................错误！未定义书签。
2.1.2牵引部传动比分配 ...................错误！未定义书签。
2.1.3传动系统的运动和动力参数计算 .......错误！未定义书签。 3 牵引部系统各轴组件设计 .............. 错误！未定义书签。
3.1齿轮设计 ............................ 错误！未定义书签。
3.1.1高速级直齿圆柱齿轮的设计计算 .......错误！未定义书签。
3.1.2低速级直齿圆柱齿轮的设计计算 .......错误！未定义书签。
3.1.4二级行星齿轮的初步设计及强度校核.... 错误！未定义书签。
3.2轴的设计计算及轴承的选择 ............ 错误！未定义书签。
3.2.1Ⅱ轴的设计计算 ...................... 错误！未定义书签。
3.2.2一级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算错误！未定义书签。
3.2.3二级行星轮轴初步设计及强度校核及轴承寿命计算错误！未定义书签。 4 行走轮的介绍 ........................
5结 论 ..............................
致 谢 ................................
参考文献 ..............................
错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。
1 绪论
1.1采煤机的发展史
采煤的自动化起源于1940年以后，是依附于矿山机械的出现而开始的。在1940年的初初期，英国和德国都开发生产出了早期的最早的链式采煤机，但出煤产量比较低下，在同一时间，德国也开发出了用刨削方式挖煤的刨煤机，煤矿挖煤随之进入了自动化时期[2]，由于采用的是链式结构，磨损非常大，产煤质量比较低，同时也因为矿底运送条件比较单一，产量无法完全得到增加。
到了1950年以后，美国等采煤机制造国开发出了出了滚筒式的采煤机，还有应用于撑高的液压支柱和运送煤的可伸缩弯曲的刮板输送机。大大提高了矿山采煤的效率，因为滚筒不可以上下移动，属于那种固定形式的，限制了采煤机采煤的范围，这种形式的采煤机被广泛称之为第一代采煤机。
在1960年以后，是全球采煤技术高速发展的关键阶段，单摇臂滚筒采煤机的诞生解决了调节采煤高度的难题，滚筒嵌在摇臂上，通过来回摇动摇臂来调节滚筒采煤的截割采煤的高度，使采煤机随着地层变化而导致各类煤层的厚度的变化，采煤机适用的范围更广了，这种采煤机我们称之为第二代采煤机[2]。
在六十年代中期，随着第三代新型的双滚筒采煤机的的出现，更完善科学地解决了综采工作面的切口问题。再加上液压支架和弯曲的输送机技术的更加完善等等，把综合开采技术推到了一个更高，更安全可靠的新水平。全面地实现了机械化采煤的高产能、高效率和经济安全，降低了生产成本，促进了社会经济又好又快的发展。展现了采煤机械化的适应性和优越性。
在20世纪70年代时，采煤综合机械化有了更进一步的提升和发展，综采装备朝着更大的功率、高产能以及完善功能和拓宽采煤范围的方向发展。采煤机无链牵引机构的研制成功和中期出现的第四代电牵引采煤机，改变了采煤机的性能，提高了采煤机的适用范围。
1.1.1国外电牵引采煤机发展状况
自1980年后, 全球各主要煤炭存储国, 为实现高产量高质量综采煤面的提升和实现井下采煤规模化挖掘的要求, 大力研究高新技术, 大力提速改变滚筒采煤
机的结构性能和功能, 随之开发出一批高质量、高稳定性的“大型”采煤机。其中, 具有影响力的是英国制造公司的Eiectra 同批次采煤机，, 德国制造公司的SL 采煤机, 美国煤机制造公司的LS 同列型号和日本制造公司的MCL E2DR 同型号的电牵引采煤机。这些采煤机反映了现在世界电牵引采煤机的先进研究方面。 德国煤机制造公司, 采煤机的机身结构特点为机长分为三段, 两侧运动部位为锻造壳体机部, 中间电力部分为焊接架体机构, 摇臂可以分为部分分开结合, 左右相同一样, 可适应各种各样的相关要求；牵引部电力传动机构应用两交流电机, 电枢运用计算机控制, 励磁运用串联, 不但能适应四个象限的运载, 还能适应两个牵引, 趋向载体平衡, 现在各国都在大力研发交流形式的电牵引采煤机。美国的煤机研发制造公司从3到7LS, 机器身长被分为3节焊接组织结构, 滚筒摇臂被划为部分连接、前后互用, 牵引部电力传动机构为两个电机串激并联, 现在已经开发了投产运用7LS 的新型电牵引采煤机。以日本煤机制造公司的RD101101为代表的新型的电牵引采煤机, 其机体组织为传统的截割电机分布在机体的传统机体形式上, 机械运动和连接十分繁杂。概括这些制造公司的电牵引采煤机的技术研发有下面几个特点:
(1) 截割部的电动机和装机部分的功率都有很大程度的提高，为了满足快捷高速低损耗综采工作面高效采煤的需求, 不管是哪种类型的采高采煤机, 都在想办法增大装机时候电机的功率(含有截割部电机功率和牵引部电机功率) 。 装载功率差不多都均衡在900kW 附近, 一个截割部的电动机功率大概在300kW 以上, 最顶可以超过550kW 。 直流电牵引电动机的功率可以在2×45kW 以上, 交流电牵引电动机功率最高可以达2×45kW 左右。
(2) 新型无链电牵引滚筒采煤机已经顶替了旧液压牵引滚筒采煤机被广泛的应用于各种矿山，世界各采煤机制造公司，自1980年后以来，都已经把开发方向转向制造电牵引采煤机如德国煤机制造公司是最先研制筒采煤机的,1985年以后，就不再制造生产各类液压牵引滚筒采煤机, 开发出了EDW 的各式电牵引滚筒采煤机,1990年又开发制造交流直流两种通用新型电牵引采煤机。美国煤机研发机构1975年以后就大力发展制造多种电机驱使的直流电牵引滚筒采煤机,1980年以后随之推出了一系列3LS,4LS 和6LS3的新型采煤机, 其电力组织经过多次提高, 更加趋向于完美。英国煤机制造公司1985年以来已经研制了
ELECTRA1000和ELECTRA 应用于薄煤层挖掘的电牵引滚筒采煤机。日本煤机研发机构1980年以后开始研制生产高效率的电牵引滚筒采煤机以满足经济发展的需求, 最具影响力是MCLE2DR101101,MDLE2DR102102型采煤机, 是世界上首次开发。法国煤机制造公司在1990年左右也已经开发生产出了新型交流电牵引滚筒采煤机。交流电牵引采煤机在现在几年内发展迅速，因为性能可靠, 稳定性强、结构紧凑, 有代替直流电牵引采煤机的可能。自日本1980年的时候把第一个交流电牵引滚筒采煤机被研发生产后, 到如今除过美国外, 其它国家如欧盟体制内的主要国家都已经开发生产出心得交流电牵引滚筒采煤机, 是未来电牵引滚筒采煤机研发的目标。
(3)牵引部的减速速度和牵引力的逐渐提高液压牵引滚筒采煤机的最大牵引减速速度是7m/min左右, 然而在现实中可用来采煤的速度达到了43m/min,适应不了高效率采煤的需求。新型采煤机牵引部部分的电动机功率不断提升, 最高可以使采煤机速度超过16m/min,美国煤机制造公司制造生产的采煤机18m/min的牵引速度很正常, 美国煤机制造公司的一台经过整修的电牵引采煤机的牵引速度最高可超过2800m/min。因为采煤机要适应快捷牵引采煤, 滚筒采煤机的截割深度的增加和转动速率的减小, 结果导致滚筒采煤机的移动的进给量和采煤的推进力的变大, 因此滚筒采煤机要提高牵引部牵引力, 现在已经大概提高到400到650kN, 目前世界上开发的最大牵引力为900kN 的电牵引采煤机。
(4)多种电动机驱使横向分布的机体框架广泛发展,1975年以后只有美国的LS 系列电牵引采煤机、德国的EDW215022L22W 型电牵引采煤机应用多种电机驱使移动, 机械传动结构相互之间独自孤立, 部件和原件之间没有机械传动的连接, 去掉了锥齿轮传动机构和繁杂的通用轴, 机械机构简便, 拆卸快捷。现在, 这种类型的采煤机不但有电牵引, 还有液压牵引, 有代替以前的截割部电机竖着向分布的可能。
(5)滚筒采煤机的截割深度持续加大，牵引部速度的提高, 液压支架也随着机体支撑持续跟上, 导致采煤机的空道空顶时间减小, 为提高采煤机截割深度创造了理由。
(6) 整体加大供电的电压，因为装载功率很大程度的增大, 为了确保供电的用量和电机功能, 新开发的高功率电牵引滚筒采煤机差不多都加大供电的电压,
主要有2200V,3200V,4100V 和5100V 。美国煤机制造公司现在拥有的大型综采工作面中, 超过51%的电牵引滚筒采煤机的供电电压都超过2200V 。
(7) 有周全的的监测系统。含应用微型处理机监控的工况检测、数据采集、故障显现的自动检测系统、随地监控、无线电的随机检测, 而且已经能控制的液压支架、输送机的行走动作和滚筒随机调节。
(8) 强稳定性。据统计美国采用的ELECTRA1000型新型采煤机的时间使用率可以达94%到97%,采煤的产量在340万吨以上, 最大达到1000万左右。
1.1.2国内电牵引采煤机的现状
1970年以来是我国综合自动化采煤起步的阶段，1970年后期生产出MLS3-170型滚筒采煤机。我国在改革开放之前机械工业相对美国比较落后, 采煤机元部件的合格率较差, 使滚筒采煤机的寿命大都较低, 尤其是液压元部件的损耗程度更为让人担心。
1980到1990年期间是国家各类采煤机生产研发的全盛阶段。20世纪70年代后期国家从国外引进各种综合采煤成套装备总计150套。全球各主要采煤机生产的团体如欧盟、美国、日本等全进入我国采煤机市场。他们先进的采煤机也展现在我们的跟前，为我国专家更深层次的学习国外技术和应用这些先进技术提供了便利。同时通过20世纪70年代的自主开发采煤机的试验，取得了成功的经验和失败的教训，形成了我国采煤机的生产的新目标，那就是模仿和自主开发同时进行。
据初步统计,1980年到1990年我国自行开发和研制的采煤机品种大概有45余种，是我国采煤机收获的年代。差不多满足了我国对各种煤层开采的要求，大量依赖进口采煤机的时代已经不会出现了。1980年以来采煤机的开发有如下的特点：
开始着重采煤机系列化的研制，拓宽使用程度。1970年以后研制的采煤机，单一类型仅有一个种类的采煤机，品种十分匮乏，使用空间狭小，很难适应各类煤层的开采需求。1980年起开始研制系列化采煤机的生产工作，一个类型的采煤机可以衍生出出多种机型的采煤机。采煤机械系列化是1980年那个时候采煤机开发中非常显眼的特点。
采煤机原部件的重点攻关研制，促进采煤机工作稳定性的提升。以欧盟的齿
轮作为方向进行研发，期望达到设置的目标，改善了低级转速承受重载荷齿轮较早损耗的问题。液压组织和液压原部件的研发，主液压泵和液压马达的稳定性直接决定着牵引部减速工作的稳定性。在20世纪80年代中期把斜轴液压泵、液压马达、各种阀和调速系统等都放入了优先攻关目标。
随着无链牵引的广泛应用。使采煤机工作运行稳定使用方便安全可靠，在引入大功率新型采煤机的时候，无链牵引技术也随着被引进中国。德国煤机制造公司的齿轮—销轨型无链牵引和英国煤机制造公司的滚轮—齿轨型无链牵引占到了大部分市场，而且研发技术十分成熟。因此，我国开发的采煤机的无链牵引朝着国外采煤机机组的形式上发簪。模仿和引入技术开发的采煤机都是这样的。无链牵引的应用使采煤机工作稳定使用安全，承载的牵引力比较大。所以，得到客户的大力欢迎，所有的大功率采煤机生产都采用了无链牵引机构作为行走机构。 1990年以来至今是我国电牵引采煤机收获的阶段，进入20世纪末期后，随着煤炭开采向着集约化目标的发展，裁员提高产量，增大采煤面单产发展成为煤炭开采的潮流。发展高产量高效率的采煤工作面是形势所逼，此时采煤机的制造以高产能高效率的要求求进行开发。
在1980年后，交流变频调速在我国采煤机市场中得到中广泛推广使用。上海煤机分院先后研制生产成功各类型的电牵引采煤机。变频调速减速箱可以是机载，也可以是非机载的。太原采煤机厂在引进英国Electra1000直流电牵引高新全部技术的基础上，研制出了两种不同的电牵引采煤机。自主生产电牵引采煤机虽然发展更新迅速，，但在功能和稳定性上与全球先进的煤机制造国家的I 电牵引采煤机比较，，还存在着很大的距离，因此在一些地方实力雄厚的煤矿上。在装载高产高效采煤工作面的时后，把眼光投到国外，引进国外先进的电牵引采煤机。由于价格非常的高昂，因此进口的数量较少。20世纪末采煤机技术开发的特点如下：
(1) 多电机驱使横向分布的机体结构成了电牵引采煤机研制的潮流。我国研制的电牵引采煤机，现在基本都应用横向布置。各主要部件由独立的电动机驱动，传动机构相互之间孤立，没有任何动力传送，结构紧凑，拆卸方便所以有取代电动机竖着分布的可能。
(2) 液压防紧加固技术的研制获得成功。采煤机联结机构经常出现松动是决
定工作稳定性的主要因素，然而解决困难非常不方便。新型的液压螺母和专用液压泵在电牵引采煤机中获得了广泛应用，防松加紧结果非常明显，初步解决采煤机联结可靠性的问题。
回顾这30多年我国各种类型的采煤机开发的经理，走的是一条自主研发和模仿进口连合的过程，也是一段掌握学习国外高新技术为我们所应用的发展过程。从1970年以来主要依赖进口采煤机来供应我国的生产要求到近年几乎是国产采煤机占领我国整个采煤机市场，这也是一个伟大的进展。
1.1.3采煤机的发展趋势
1.1.4采煤机的概述
采煤机的分类特别多，分类方式也相对较多，大概有按滚筒数目分类、按煤层厚度分类、按机身高度和工作面输送机的导向方式分类、按行走机构形式分类、按行走驱动装置的调速方式分类和按行走部布置分类等。
采煤机的组成如图1-1所示，主要有电动机、截割部、牵引部和其他附属装置（喷雾除尘装置、防滑装置、调高装置等）。 电动机是整个
图1-1 采煤机的结构
采煤机的主要动力来源，它通过机体两端的驱动轴分别驱使截割部和牵引部。采煤机的电动机都是按照是否防爆来选型的，由于井下环境的原因，平时大都采用定子水冷，以精简结构达到缩小电动机尺寸的结果。滚筒是采煤机落煤和装煤的
部分，滚筒上装有盘子，沿着煤壁工作，旋转叶片是用来将落下来的煤移动到输送机上，其上装有截齿。旋转叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效率和速率，滚筒一旁装有弧形的挡煤板，它可以根据不同的采煤方向和方式来回翻转半圈。采煤机牵引部主要由箱体、电动机、输出轴、减速器等部分组成。采煤机的牵引部承担牵引和行走任务，分为牵引机构和传动机构两大部分。牵引部分主要有有链牵引和无链牵引两个形式，主要用来移动采煤机。传动部分可以分为机械传动、液压传动和电传动，也习惯被称之为机械牵引、液压牵引和电牵引。链牵引主要由链轮、牵引链、链接头紧链装置组成。随着采煤机械化的不断发展，采煤机向着更大的功率、大型重型化和大倾角采煤的方向发展以后，由于井下环境因素的制约，链牵引机构已经无法满足发展的需要。因此，链牵引的发展逐渐变得缓慢，而随之出现的无链牵引得到了广泛的发展。同时消除了断链事故的发生，提高了采煤的安全性。
采煤机牵引部传动机构的作用就是将电动机的动力传给齿轮，并实现采煤机的调速。目前主要的传动机构有机械牵引、液压牵引和电牵引。机械牵引的工作比较稳定，但因为它只能实现有级调速，结构非常的复杂，现在已经很少采用了。可以随着负重的变化随时调节牵引速度。电牵引结构简单，调速性能好，因没有液压油的使用，抗污染能力比较好，寿命长，效率高。也使采煤机的机身得到了很大的缩短，最近几年电牵引得到了长足的发展，有逐渐取代液压牵引的趋势。
1.1.5设计的目的和意义
我国经济的运行对煤炭的依赖随着社会发展越来越重，而且我国也是煤炭储藏大国，优质的采掘机械与增加煤炭的产量二者之间有着非常重要的关系。如今，煤矿生产的安全性要求日益受到国家相关职能部门的重视。因此，全力发展新型综采机械设备是当前和今后的采煤机械主要的发展趋势。开发和生产经济适用的滚筒采煤机不但能保证煤炭生产率，而且还能提高采煤的安全生产。
牵引部减速箱内部的结构损坏主要在于行星齿轮和直齿齿轮传动比分配是否合理。直接影响着采煤机牵引部的行走速度和稳定性。对于牵引部存在着诸多的缺陷，有很多难题等待着被解决。我国很多厚煤层正在开始向大功率综合机械化，智能化采煤的方向发展。由于采煤工作面的条件越来越复杂化，研究采煤机机身的高稳定性就成为了各主要研究院研制的重点课题。而影响机身的稳定性，
主要来自于行走的稳定性。所以此次牵引部设计主要考虑了牵引部减速箱的结构设计的优越性，此次设计可用在各种煤层的综合机械化工作面。
2 采煤机牵引部的方案设计
牵引力：450KN ；
牵引速度：0-6m/min；
功率：2×30KW 。
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