1緒論1.1前言我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭也是我國(guó)目前最主要的能源，是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)保證。煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)輸、提升的機(jī)械化，其中采掘包括采煤和掘金巷道。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，采煤機(jī)是現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。20世紀(jì)70年代我國(guó)主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來滿足生產(chǎn)需要，現(xiàn)今，國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)幾乎占領(lǐng)我國(guó)的整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)。依靠科技進(jìn)步，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國(guó)煤炭科技發(fā)展的主攻方向，我國(guó)的采煤機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了自主研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化階段。1.2采煤機(jī)械概述1.2.1采煤機(jī)械化的發(fā)展機(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(guó)、蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，德國(guó)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(guó)、德國(guó)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年代是世界綜采技術(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，再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，相繼出現(xiàn)了功率為750~1000kW，生產(chǎn)率達(dá)1500t/h的輸送機(jī)，以及工作阻力達(dá)1500kN的強(qiáng)力液壓支架等。1970年采煤機(jī)無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及國(guó)外于1976年出現(xiàn)的第一臺(tái)電牽引采煤機(jī)，大大改善了采煤機(jī)的性能，并擴(kuò)大了它的適用范圍。80年代，德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)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)。目前，各主要產(chǎn)煤國(guó)家已基本上實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)械化。衡量一個(gè)國(guó)家采煤機(jī)械化水平的指標(biāo)就是采煤機(jī)械化程度和綜采機(jī)械化程度。采煤機(jī)械化今后的發(fā)展方向是：不斷完善各類型采煤設(shè)備，使之達(dá)到高效、高產(chǎn)、安全、經(jīng)濟(jì)；向遙控及自動(dòng)控制發(fā)展，并逐步過渡到無人工作面采煤；提高單機(jī)的可靠性，并使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用戶；研制厚、薄及急傾斜等難采煤層的機(jī)械設(shè)備。1.2.2機(jī)械化采煤的類型長(zhǎng)壁采煤工作面的采煤過程主要包括：落煤、裝煤、工作面運(yùn)煤、頂板支護(hù)及處理采空區(qū)五個(gè)工序，按照這些工序的機(jī)械化程度不同，目前有普通機(jī)械化采煤即普采、高檔普采和綜合機(jī)械化采煤三種機(jī)械化采煤類型。普采一般是用單滾筒采煤機(jī)和刨煤機(jī)的截齒落煤，借助滾筒的螺旋葉片或煤刨的斜面將碎落的煤炭退運(yùn)并裝入刮板輸送機(jī)，再由刮板輸送機(jī)將煤炭運(yùn)出工作面。工作面頂板是利用金屬摩擦支柱和金屬鉸接頂梁來支護(hù)和管理的。高檔普采是用功率較大的采煤機(jī)或刨煤機(jī)落煤、裝煤，用運(yùn)輸量和功率較大的刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，頂板支護(hù)和管理則用單體液壓支柱和金屬鉸接頂梁連接。綜合機(jī)械化采煤是用大功率采煤機(jī)來實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，自移式液壓支架來支護(hù)頂板而使工作面采煤過程完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的采煤法。1.3采煤機(jī)簡(jiǎn)述1.3.1采煤機(jī)的分類和組成采煤機(jī)有不同的分類方法，一般我們按照工作機(jī)構(gòu)的形式進(jìn)行分類，可以分為：滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)?，F(xiàn)在我們所說的采煤機(jī)主要是指滾筒采煤機(jī)，這種采煤機(jī)適用范圍廣，可靠性高，效率高，所以使用很廣泛。滾筒采煤機(jī)的組成如圖1-1所示?，F(xiàn)代采煤機(jī)基本上都使用模塊化設(shè)計(jì)，采用多電機(jī)橫向布置。結(jié)構(gòu)取消了螺旋傘齒輪，各主要部件通過高強(qiáng)度液壓螺栓聯(lián)接，之間沒有動(dòng)力傳遞，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)可靠，維修和檢查方便。采煤機(jī)的牽引部分也采用了無鏈牽引，牽引嚙合效率高，不會(huì)出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿?，工作更安全。圖1-1雙滾筒采煤機(jī)1—電動(dòng)機(jī)；2—牽引部；3—牽引鏈；4—截割部減速箱；5—搖臂；6—滾筒；7—弧形擋煤板；8—底托架；9—滑靴；10—調(diào)高油缸；11—調(diào)斜油缸；12—拖纜裝置；13—電氣控制箱1.3.2滾筒采煤機(jī)的工作原理第四代采煤機(jī)研發(fā)成功后，現(xiàn)代采煤機(jī)基本上都傳承了他們的特點(diǎn)。機(jī)械電子的飛速發(fā)展，對(duì)采煤機(jī)產(chǎn)生了很大的影響，現(xiàn)在采煤機(jī)是集電子系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)于一身的復(fù)雜系統(tǒng)。現(xiàn)代的采煤機(jī)基本上都取消了底托架，全部采用雙滾筒結(jié)構(gòu)。雙滾筒采煤機(jī)工作時(shí)，前滾筒割頂煤，后滾筒割底部煤并清理浮煤。（雙滾筒采煤機(jī)的工作原理如圖1-2所示）因此雙滾筒采煤機(jī)沿工作面牽引一次，可以進(jìn)一次刀；返回時(shí)，又可以進(jìn)一刀，即采煤機(jī)往返一次進(jìn)兩次刀，這種采法稱為雙向采煤法。必須指出的是，為了使?jié)L筒落下的煤能裝入刮板輸送機(jī)，滾筒上的螺旋葉片螺旋方向必須與滾筒旋轉(zhuǎn)方向相適應(yīng)；對(duì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（人站在采空側(cè)看）的滾筒，螺旋葉片方向必須右旋；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的滾筒，其螺旋葉片方向必須左旋?；蛘咝蜗蟮臍w結(jié)為“左轉(zhuǎn)左旋，右轉(zhuǎn)右旋”，即人站在采空區(qū)從上面看滾筒，截齒向左的用左旋滾筒，向右的用右旋滾筒。雙滾筒采煤機(jī)具有自開缺口的能力，當(dāng)采煤機(jī)割完一刀后，需要重新將滾筒切入一個(gè)截深，這一過程稱為進(jìn)刀。常用的進(jìn)刀方式有兩種：1）端部斜切法利用采煤機(jī)在工作面兩端約25~30m的范圍內(nèi)斜切進(jìn)刀的方式稱端部斜切進(jìn)刀法；2）中部斜切法采煤機(jī)在工作面中部斜切進(jìn)入煤壁的進(jìn)刀方式稱為中部斜切法。圖1-2雙滾筒采煤機(jī)工作原理1.3.3滾筒采煤機(jī)的特點(diǎn)1）使用范圍廣。滾筒采煤機(jī)對(duì)煤層地質(zhì)條件的要求較低，對(duì)于地板起伏不平、層厚變動(dòng)大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質(zhì)的頂板等每層條件，采煤機(jī)都能適應(yīng)；2）調(diào)高方便，面開切口；3）功率大、生產(chǎn)率高、工作可靠；4）操作方便并有完善的保護(hù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；5）滾筒式采煤機(jī)正在向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展。但是采煤機(jī)也有其缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴；割落的煤的塊度小，粉塵含量多，破碎單位體積煤的能量消耗大。1.4大功率采煤機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展綜合機(jī)械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備是采煤機(jī)，采煤要實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)萬噸，非大功率、低故障率的綜采煤機(jī)不可。1.4.1國(guó)產(chǎn)大功率綜采采煤機(jī)使用過程中暴露出來的質(zhì)量問題1.采煤機(jī)的液壓元件質(zhì)量不穩(wěn)定，使用壽命短。目前，國(guó)內(nèi)各大礦區(qū)使用的采煤機(jī)大部分是液壓牽引采煤機(jī)，而各大礦務(wù)局每年都要更換數(shù)百臺(tái)的主泵和液壓馬達(dá)，耗資兩百多萬元，其中國(guó)產(chǎn)的占90%。2.采煤機(jī)漏油。液壓牽引采煤機(jī)漏油是國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)尚未解決的難題。采煤機(jī)漏油首先增加了油耗，加大了成本，漏油無法回收又造成了火災(zāi)隱患。漏油部位主要表現(xiàn)在高速軸部位、低速軸部位、牽引馬達(dá)部位。3.滾筒、齒座、截齒方面的問題。國(guó)產(chǎn)滾筒使用壽命短、質(zhì)量差，進(jìn)口滾筒可采50~70萬t煤，而國(guó)產(chǎn)滾筒一般采到18萬t左右就得更換；齒座主要是焊縫開裂；截齒主要是齒柄彎曲，合金鋼脫落或崩裂、齒牙磨損。1.4.2目前國(guó)產(chǎn)大功率綜采采煤機(jī)與引進(jìn)設(shè)備的差距1.裝機(jī)功率小，工作能力差。目前我國(guó)采煤機(jī)最大裝機(jī)功率為2215kW(2007)，而國(guó)外達(dá)到了2390kW（2007），差距為93%，落后約4年。2.國(guó)產(chǎn)大功率采煤機(jī)在截高、故障診斷狀態(tài)檢測(cè)、變頻器方面分別落后國(guó)外同類型產(chǎn)品4年、8年和7年。3.效益低下。采煤過程是一個(gè)由采煤機(jī)為龍頭，支護(hù)、輸送、通風(fēng)等相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一的大系統(tǒng)，由于種種原因需要經(jīng)常對(duì)采煤機(jī)更換機(jī)件或揭蓋維修，都將影響機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和煤炭生產(chǎn)，維護(hù)費(fèi)用增加，生產(chǎn)效益下降。1.4.3國(guó)產(chǎn)大功率采煤機(jī)研究方向隨著國(guó)際采煤自動(dòng)化程度的快速發(fā)展，未來開發(fā)的大功率采煤機(jī)一定是高可靠性、高自動(dòng)化、具有很強(qiáng)適應(yīng)性、能遠(yuǎn)程控制的產(chǎn)品。根據(jù)我國(guó)煤炭生產(chǎn)遠(yuǎn)景規(guī)劃及采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)產(chǎn)大功率采煤機(jī)的主要研究方向?yàn)椋?）滿足整機(jī)2000萬t壽命的總體技術(shù)及高強(qiáng)度長(zhǎng)壽命殼體的研究。足600萬t大修、1000萬t壽命的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的研究。2）長(zhǎng)壽命、可靠性油封技術(shù)的研究。3）截割部搖臂及其行星輪齒輪減速器的開發(fā)研究。4）高可靠性、高性能、抗干擾、抗熱效應(yīng)、擁有遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作的嵌入式礦用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的研究。5）開發(fā)工作面遠(yuǎn)距離無線高速信號(hào)傳輸裝置，解決采煤機(jī)工作影像高可靠度實(shí)時(shí)傳輸?shù)难芯?。大功率電牽引采煤機(jī)具相對(duì)于其他采煤機(jī)械來說具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、故障率低、維護(hù)方便、原部件使用壽命長(zhǎng)、控制靈敏、監(jiān)控保護(hù)等功能完善和經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。因此我們必須研制開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電牽引采煤機(jī)，對(duì)相關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行攻關(guān)研發(fā)。2MG750/1815-WD型電牽引采煤機(jī)2.1概述MG750/1815-WD型電牽引采煤機(jī)，是一種多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)橫向布置，交流變頻調(diào)速無鏈雙驅(qū)動(dòng)大型電牽引采煤機(jī)?？傃b機(jī)功率1815kW，截割功率2×750kW，牽引功率2×90kW，調(diào)高電機(jī)功率為35kW，破碎電機(jī)功率為100kW適用于采高3.5~5.0m，煤層傾角≤15°的厚煤層綜采工作面，要求煤層頂板中等穩(wěn)定，底板起伏不大，不過于松軟，煤質(zhì)中硬或中硬以上，也能截割一定的矸石夾層。工作面長(zhǎng)度以150~200m為宜。該采煤機(jī)與相應(yīng)的液壓支架，各種型號(hào)工作面運(yùn)輸機(jī)配套，實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤。2.2采煤機(jī)型號(hào)的組成及意義MG750/1815－WD電牽引無鏈裝機(jī)總功率（kW）截割電機(jī)功率（kW）滾筒式采煤機(jī)2.3使用環(huán)境條件該采煤機(jī)的電氣設(shè)備符合礦用防爆規(guī)程的要求，可在周圍空氣中的甲烷、煤塵、硫化氫、二氧化碳等不超過《煤礦安全規(guī)程》中所規(guī)定的安全含量的礦井中使用，并可在海拔不超過2000m、周圍介質(zhì)溫度不超過40℃，空氣濕度不大于95%(在+253厚煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)3.1截割部概述截割機(jī)構(gòu)由左右搖臂、左右滾筒組成，其主要功能是完成采煤工作面的落煤，向工作面運(yùn)輸機(jī)裝煤和噴霧降塵。左、右搖臂完全相同，搖臂內(nèi)橫向安裝一臺(tái)750kW截割電機(jī)，其動(dòng)力通過二級(jí)直齒輪減速和兩級(jí)行星齒輪減速傳給輸出軸方法蘭驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。搖臂減速箱設(shè)有離合裝置、潤(rùn)滑裝置、噴霧降塵裝置等。搖臂減速箱殼體與一連接架鉸接后再與牽引部機(jī)殼鉸接，通過與連接架鉸接的調(diào)高油缸實(shí)現(xiàn)搖臂的升降。其最大的優(yōu)點(diǎn)是附加一搖臂連接架，從而使搖臂左右通用，同時(shí)使鑄造和加工的工藝性得以改善。搖臂和滾筒之間采用方榫聯(lián)接。3.2截割部傳動(dòng)總體方案3.2.1設(shè)計(jì)總則1）煤礦生產(chǎn)，安全第一。2）面向生產(chǎn)，力求實(shí)效，以滿足用戶最大實(shí)際需求。3）貫徹執(zhí)行國(guó)家、部、專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)定。4）技術(shù)比較先進(jìn)，在一般設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)，要求性能和壽命能有顯著的提高。3.2.2已知條件1）采高范圍2.80~5.0m2）煤層傾角≤15°；3）截割功率750kW；4）滾筒轉(zhuǎn)速26.88r/min；5）滾筒直徑2.5m。3.2.3搖臂傳動(dòng)方案的確定參考同類型采煤機(jī)搖臂的設(shè)計(jì)，總體傳動(dòng)方案如圖3-1。傳動(dòng)路線經(jīng)過四級(jí)減速，其中含有二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，通過直齒輪和行星輪減速實(shí)現(xiàn)速度的變化。圖3-1搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)圖3.2.4截割部電動(dòng)機(jī)的選擇由設(shè)計(jì)要求知，截割部功率為750kW，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。所以選擇由撫順煤礦電機(jī)廠生產(chǎn)的三相鼠籠異步防爆電動(dòng)機(jī)，型為YBCS—750,1)性能及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：YBCS系列電動(dòng)機(jī)具有效率高、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩高、隔爆結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、溫升裕度大、安全可靠、性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，并且體積小、重量輕、外形美觀。此系列電動(dòng)機(jī)采用封閉自扇冷式防護(hù)結(jié)構(gòu)。2)適用范圍：適用于正常或不正常情況下都能形成爆炸性混合物的場(chǎng)所。3)該電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)額定功率：750kW額定電壓：3300V滿載電流：105A；額定轉(zhuǎn)速：1485r/min滿載效率：0.915絕緣等級(jí)：H工作方式：S1接線方式：Y質(zhì)量：2365kg冷卻方式：外殼水冷3.2.5傳動(dòng)比的分配及配齒情況滾筒上截齒的切線速度，稱為截割速度，它可由滾筒的轉(zhuǎn)速和直徑計(jì)算而得，為了減少滾筒截割產(chǎn)生的細(xì)煤和粉塵，增大塊煤率，滾筒的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)低速化的趨勢(shì)。滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)滾筒截割和裝載過程影響都很大；但對(duì)粉塵生成和截齒使用壽命影響較大的是截割速度而不是滾筒轉(zhuǎn)速?？倐鲃?dòng)比式中n0——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速r/min；n——滾筒轉(zhuǎn)速r/min。傳動(dòng)比分配原則：1）各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)在每一級(jí)傳動(dòng)所推薦的范圍內(nèi)。一般圓柱直齒傳動(dòng)比一般不大于3~4，行星輪行星減速傳動(dòng)比在2.8~12.5之間。2）兩級(jí)及兩級(jí)以上的齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能使各級(jí)從動(dòng)齒輪的浸油深度相近，以使各級(jí)齒輪得到良好的潤(rùn)滑，并減少攪油損失。3）各級(jí)傳動(dòng)尺寸要協(xié)調(diào)、合理。根據(jù)以上原則及總傳動(dòng)比的大小，各級(jí)傳動(dòng)比暫定為：第一級(jí)直齒輪傳動(dòng)比：第二級(jí)直齒輪傳動(dòng)比：第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比：第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比：理論總傳動(dòng)比：根據(jù)減速箱內(nèi)空間尺寸的設(shè)計(jì)，增加搖臂的長(zhǎng)度，所以增加了五個(gè)惰輪，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)比沒有影響。由配齒情況確定各級(jí)真實(shí)傳動(dòng)比：第一級(jí)直齒傳動(dòng)比：第一級(jí)直齒傳動(dòng)比第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比：第一級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比：第二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)比:實(shí)際總傳動(dòng)比：驗(yàn)算總傳動(dòng)比誤差：因此該傳動(dòng)比分配合理3.3截割部傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪的校核計(jì)算3.3.1概述滾筒截割到硬煤或夾矸時(shí)可能受到很大的沖擊載荷，而且截割部的工作環(huán)境相當(dāng)差，所以截割部齒輪的校核計(jì)算均按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定全功率算。3.3.2第一級(jí)直齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)校核計(jì)算Z1和Z3使用的都是直齒圓柱齒輪，具體的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度效核計(jì)算過程和計(jì)算結(jié)果如下：計(jì)算及說明計(jì)算結(jié)果1）選擇齒輪材料查參考文獻(xiàn)15表8-17兩個(gè)齒輪都選20CrMnTi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，參考文獻(xiàn)15表8-14，表8-15選取小輪分度圓直徑，由參考文獻(xiàn)15式8-64得齒寬系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-23，按齒輪相對(duì)軸承為對(duì)稱布置，取小輪齒數(shù)初取=23大輪齒數(shù)＝圓整齒數(shù)比＝傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi)小輪轉(zhuǎn)矩載荷系數(shù)使用系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-20動(dòng)載荷系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-57齒向載荷分布系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-60齒間載荷分配系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-21則載荷系數(shù)的初值彈性系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-22節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-64（）重合度系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-65許用接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)15式8.69＝接觸疲勞極限應(yīng)力查文獻(xiàn)15圖6-69應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由文獻(xiàn)15式8-70得查文獻(xiàn)15圖8-70得接觸強(qiáng)度的壽命,（不許有點(diǎn)蝕）接觸強(qiáng)度安全系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-27，按較高可靠度查，取故的設(shè)計(jì)初值齒輪模數(shù)m查文獻(xiàn)15表8-3，得小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值＝圓周速度：與估取很相近，對(duì)取值影響不大，不必修正＝1.12，小輪分度圓直徑惰輪分度圓直徑QUOTE中心距齒寬惰輪齒寬小輪齒寬3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校荷計(jì)算由文獻(xiàn)15式8-66齒形系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-67小輪惰輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-68小輪惰輪大輪重合度重合度系由數(shù)文獻(xiàn)15式8-67許用彎曲應(yīng)力由文獻(xiàn)15式8-71彎曲疲勞極限查文獻(xiàn)15圖8-7彎曲壽命系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-73尺寸系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-74安全系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-214）齒輪幾何尺寸計(jì)算齒輪變位系數(shù)選擇計(jì)算選擇齒根及齒面承載能力高區(qū)的線按初選變位后齒輪中心距計(jì)算出變位系數(shù)選定齒數(shù)比分度圓直徑節(jié)圓直徑,齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑HRC56~62=2\*ROMANII公差組6級(jí)＝0.5合適＝1.75＝1.12＝1.01＝1.04QUOTE＝1.6齒根彎曲強(qiáng)度足夠3.3.3第二級(jí)直齒輪傳動(dòng)校核計(jì)算惰輪5和齒輪9使用直齒圓柱齒輪，具體的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核如下：由于齒輪的強(qiáng)度效核方法都是相似的，因而對(duì)其它齒輪的強(qiáng)度效核過程安排在設(shè)計(jì)說明書以外的篇幅中進(jìn)行，并全部強(qiáng)度驗(yàn)算合格。計(jì)算及說明結(jié)果1)選擇齒輪材料查參考文獻(xiàn)15表8-17兩個(gè)齒輪都選用20CrMnTi，滲碳淬火。許用接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)15式8-69得＝接觸疲勞極限應(yīng)力查文獻(xiàn)15圖8-69應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由文獻(xiàn)15式8-70得查文獻(xiàn)15圖8-70得接觸強(qiáng)度得壽命系數(shù),(不許有點(diǎn)蝕)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)按較高可靠度查得，取許用彎曲應(yīng)力由文獻(xiàn)15式8-71彎曲疲勞極限查文獻(xiàn)15圖8-7彎曲壽命系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-73尺寸系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-74安全系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-212)按已知惰輪2進(jìn)行計(jì)算因?yàn)槎栎?至惰輪5都為同一型號(hào)惰輪所以惰輪5的參數(shù)如下：齒輪9齒數(shù)齒數(shù)比＝傳動(dòng)比誤差誤差在范圍內(nèi)惰輪5分度圓直徑齒輪9分度圓直徑QUOTE圓周速度：參考文獻(xiàn)15表8-14，表8-15選取3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校荷計(jì)算由文獻(xiàn)15式8-66載荷系數(shù)使用系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-20動(dòng)載荷系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-57齒向載荷分布系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-60齒間載荷分配系數(shù)查文獻(xiàn)15表8-21載荷系數(shù)的值齒形系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-67小輪惰輪大輪應(yīng)力修正系數(shù)查文獻(xiàn)15圖8-68小輪惰輪大輪重合度重合度系數(shù)故4)齒輪幾何尺寸計(jì)算齒寬b分度圓直徑齒頂高齒根高齒頂圓直徑齒根圓直徑HRC56~62＝0.96＝1.6合適=2\*ROMANII公差組6級(jí)＝1.75＝1.11＝1.08QUOTE8齒根彎曲強(qiáng)度足夠3.4截割部第一級(jí)行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定太陽(yáng)輪和行星輪的材料為18Cr2Ni4WA，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(yáng)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42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限：試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限：齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。3.4.2行星機(jī)構(gòu)中主要參數(shù)的確定(1)行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比i=5.1，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。(2)行星輪數(shù)目要根據(jù)文獻(xiàn)16表2.9-3及傳動(dòng)比i，取。(3)載荷不均衡系數(shù)，采用行星架和太陽(yáng)輪浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)，取=1.4(4)配齒計(jì)算 太陽(yáng)輪齒數(shù) ，式中取C=42（整數(shù)）； 內(nèi)齒圈齒數(shù)； 行星齒輪齒數(shù)；(5)齒輪模數(shù)m，齒輪模數(shù)m的初算公式為式中——實(shí)用系數(shù)─—算式系數(shù)，這對(duì)于直齒輪傳動(dòng)——綜合系數(shù)——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)=1+1.5（-1）=1.6小齒輪齒形系數(shù)，在一對(duì)a-c傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳遞的扭矩：計(jì)算模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值則 (6)計(jì)算變位系數(shù) 1)a-g傳動(dòng) 按和左右的限制條件，由圖初選變位系數(shù)分配找出和決定的點(diǎn)，由此點(diǎn)按L射線的方向引一輔助射線，在此射線上按、選定、。 2)g-b傳動(dòng)和3.4.3行星機(jī)構(gòu)中各齒輪幾何尺寸的計(jì)算分度圓齒頂圓齒根圓基圓直徑代入上組公式計(jì)算如下：太陽(yáng)輪:行星輪:內(nèi)齒輪:太陽(yáng)輪，齒寬b因?yàn)閯t3.4.4嚙合要素驗(yàn)算(1)a-g傳動(dòng)端面重合度A.頂圓齒形曲徑太陽(yáng)輪行星輪B.端面嚙合長(zhǎng)度式中“”號(hào)正號(hào)為外嚙合，負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合角—端面節(jié)圓嚙合直齒輪C.端面重合度(2)g-b端面重合度A.頂圓齒形曲徑，由上式計(jì)算得行星輪內(nèi)齒輪B.端面嚙合長(zhǎng)度gaC.端面重合度3.4.5齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算(一)a-c傳動(dòng)（以下為相嚙合的小齒輪（太陽(yáng)輪）的強(qiáng)度計(jì)算過程，太陽(yáng)輪（行星輪）的計(jì)算方法相同。）(1)確定計(jì)算負(fù)荷名義轉(zhuǎn)矩名義圓周力(2)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)式中——太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速,(r/min)——壽命期內(nèi)要求傳動(dòng)的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(h)(3)確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)A.使用系數(shù)根據(jù)對(duì)截割部使用負(fù)荷的實(shí)測(cè)與分析，取B.動(dòng)負(fù)荷系數(shù)因?yàn)楹涂筛鶕?jù)圓周速度：和由文獻(xiàn)16圖6-6，查得6級(jí)精度時(shí)：C.齒向載荷分布系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)大典32.1-35表6-8在一般計(jì)算中可取D.齒間載荷分布系數(shù)由行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)表6-9E.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)式中直齒輪；—端面節(jié)圓嚙合角；直齒輪—端面壓力角，直齒輪F.彈性系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-11查得（鋼—鋼）G.齒形系數(shù)根據(jù)和，由文獻(xiàn)166-22查H.應(yīng)力修正系數(shù) 由文獻(xiàn)16圖6-24,查得重合度系數(shù)J.螺旋角系數(shù)因得得(4)齒數(shù),(5)接觸應(yīng)力的基本值(6)接觸應(yīng)力(7)彎曲應(yīng)力的基本值(8)齒根彎曲應(yīng)力(9)確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.壽命系數(shù)因，由文獻(xiàn)16圖2.4-7,得B.潤(rùn)滑系數(shù)因和由文獻(xiàn)16圖6-17，查得C.速度系數(shù)因，由文獻(xiàn)16圖6-18，查得D.粗糙硬化系數(shù)因和由圖6-19，查得E.工作硬化系數(shù)由于大小齒輪均為硬齒面，所以F.尺寸系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-15查得(10)許用接觸應(yīng)力(11)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH(12)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)B.壽命系數(shù)查文獻(xiàn)16查圖得C.相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)因,由圖2.4-20查得D.齒根表面狀況系數(shù)E.尺寸系數(shù)，由文獻(xiàn)16表2.4-16,得(13)許用彎曲應(yīng)力(14)彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)齒輪合格(二)c-b傳動(dòng)本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪（內(nèi)齒輪）的強(qiáng)度計(jì)算過程，小齒輪（行星輪）的強(qiáng)度較高，計(jì)算從略。(1)名義切向力(2)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)式中——內(nèi)齒輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速131.75r/mim；(3)確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)A．使用系數(shù)B.動(dòng)負(fù)荷系數(shù)和由文獻(xiàn)16查得，（7級(jí)精度）C.齒向載荷分布系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)大典32.1-35得 其中取D.齒間載荷分布系數(shù)由表6-9查得E.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)式中直齒輪：——端面節(jié)圓嚙合角：直齒輪——端面壓力角，直齒輪F.彈性系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-11，查得G.齒形系數(shù)由文獻(xiàn)16圖6-23，查得H.應(yīng)力修正系數(shù)由文獻(xiàn)16圖6-24,查得重合度系數(shù)J.螺旋角系數(shù)，因得得(4)齒數(shù)，(5)接觸應(yīng)力的基本值(6)接觸應(yīng)力(7)彎曲應(yīng)力的基本值(8)齒根彎曲應(yīng)力(9)確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.壽命系數(shù)由文獻(xiàn)16圖得B.由表6-14得C.工作硬化系數(shù)內(nèi)齒輪齒面硬度為由公式得D.尺寸系數(shù)由文獻(xiàn)16圖查得(10)許用接觸應(yīng)力(11)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)(12)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)B.壽命系數(shù)查文獻(xiàn)16圖2.4-8得C.相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)由文獻(xiàn)16圖2.4-20,查得D.齒根表面狀況系數(shù)E.尺寸系數(shù)，由文獻(xiàn)16表2.4-16,得(13)許用彎曲應(yīng)力(14)彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)齒輪合格3.5截割部第二級(jí)行星機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.5.1齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定第二級(jí)行星機(jī)構(gòu)所選用的材料與第一級(jí)行星機(jī)構(gòu)相同，太陽(yáng)輪和行星輪的材料為18Cr2Ni4WA,表面滲碳淬火，表面硬度為58~62HRC。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(yáng)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42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS.試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限：Mpa試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限：Mpa齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。3.5.2行星機(jī)構(gòu)中主要參數(shù)的確定(1)行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比：i=4.94，采用NGW型行星機(jī)構(gòu)。(2)行星輪數(shù)目,根據(jù)文獻(xiàn)16表2.6-3及傳動(dòng)比i，取。(3)載荷不均衡系數(shù)，采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)的均載機(jī)構(gòu)，取(4)配齒計(jì)算太陽(yáng)輪齒數(shù)式中取c=21（整數(shù)，自己調(diào)整）內(nèi)齒圈齒數(shù)行星輪齒數(shù)(5)齒輪模數(shù)m，齒輪模數(shù)m的初算公式為式中——實(shí)用系數(shù)=1.6——算式系數(shù)，這對(duì)于直齒輪傳動(dòng)=12.1——綜合系數(shù)=1.6——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)=1+1.5（-1）=1.15 ——小齒輪齒形系數(shù)，輸入扭矩在一對(duì)a-c傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳遞的扭矩：計(jì)算模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值則 (6)計(jì)算變位系數(shù)1)傳動(dòng) 按和左右的限制條件，由圖初選變位系數(shù)分配找出和決定的點(diǎn)，由此點(diǎn)按L射線的方向引一輔助射線，在此射線上按、選定、。2）傳動(dòng)和3.5.3行星機(jī)構(gòu)中各齒輪幾何尺寸的計(jì)算分度圓齒頂圓齒根圓基圓直徑代入上組公式計(jì)算如下：太陽(yáng)輪:行星輪:內(nèi)齒輪:太陽(yáng)輪，齒寬b因?yàn)閯t取3.5.4嚙合要素驗(yàn)算(1)a-c傳動(dòng)端面重合度A.頂圓齒形曲徑太陽(yáng)輪行星輪B.端面嚙合長(zhǎng)度式中為端面節(jié)圓嚙合；“”號(hào)正號(hào)為外嚙合，負(fù)號(hào)為內(nèi)嚙合角。直齒輪C.端面重合度(2)c-b端面重合度A.頂圓齒形曲徑，由上式計(jì)算得行星輪內(nèi)齒輪B.端面嚙合長(zhǎng)度gaC.端面重合度3.5.5齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算(一)a-c傳動(dòng)（以下為相嚙合的小齒輪（太陽(yáng)輪）的強(qiáng)度計(jì)算過程，太陽(yáng)輪（行星輪）的計(jì)算方法相同。）(1)確定計(jì)算負(fù)荷名義轉(zhuǎn)矩名義圓周力(2)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)式中——太陽(yáng)輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速,(r/min)——壽命期內(nèi)要求傳動(dòng)的總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(h)(3)確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)A.使用系數(shù)根據(jù)對(duì)截割部使用負(fù)荷的實(shí)測(cè)與分析，取B.動(dòng)負(fù)荷系數(shù)因?yàn)楹涂筛鶕?jù)圓周速度：和由文獻(xiàn)16圖6-6，查得6級(jí)精度時(shí)：C.齒向載荷分布系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)大典32.1-35表6-8在一般計(jì)算中可取D.齒間載荷分布系數(shù)由行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)表6-9E.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)式中 直齒輪；——端面節(jié)圓嚙合角；直齒輪——端面壓力角，直齒輪F.彈性系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-11查得（鋼—鋼）G.齒形系數(shù)根據(jù)和，由文獻(xiàn)166-22查H.應(yīng)力修正系數(shù) 由文獻(xiàn)16圖6-24,查得重合度系數(shù)J.螺旋角系數(shù)因得得(4)齒數(shù)(5)接觸應(yīng)力的基本值(6)接觸應(yīng)力(7)彎曲應(yīng)力的基本值(8)齒根彎曲應(yīng)力(9)確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.壽命系數(shù)因，由文獻(xiàn)16圖2.4-7,得B.潤(rùn)滑系數(shù)因和由文獻(xiàn)16圖6-17，查得C.速度系數(shù)因，由文獻(xiàn)16圖6-18，查得D.粗糙硬化系數(shù)因和由圖6-19，查得E.工作硬化系數(shù)由于大小齒輪均為硬齒面，所以F.尺寸系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-15查得(10)許用接觸應(yīng)力(11)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH(12)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)B.壽命系數(shù)查文獻(xiàn)16查圖得C.相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)因,由圖2.4-20查得D.齒根表面狀況系數(shù)E.尺寸系數(shù)，由文獻(xiàn)16表2.4-16,得(13)許用彎曲應(yīng)力(14)彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)齒輪合格(二)c-b傳動(dòng)本節(jié)僅列出相嚙合的大齒輪（內(nèi)齒輪）的強(qiáng)度計(jì)算過程，小齒輪（行星輪）的強(qiáng)度較高，幫計(jì)算從略。名義切向力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)式中——內(nèi)齒輪相對(duì)于行星架的轉(zhuǎn)速r/mim；(3)確定強(qiáng)度計(jì)算中的各種系數(shù)A.使用系數(shù)B.動(dòng)負(fù)荷系數(shù)和由文獻(xiàn)16查得，（7級(jí)精度）C.齒向載荷分布系數(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)大典32.1-35得 其中mm取D.齒間載荷分布系數(shù)由表6-9查得E.節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)式中直齒輪——端面節(jié)圓嚙合角：直齒輪——端面壓力角，直齒輪F.彈性系數(shù)由文獻(xiàn)16表2.4-11，查得G.齒形系數(shù)由文獻(xiàn)16圖6-23，查得H.應(yīng)力修正系數(shù)由文獻(xiàn)16圖6-24,查得I．重合度系數(shù)J.螺旋角系數(shù)，因得得齒數(shù)，(5)接觸應(yīng)力的基本值(6)接觸應(yīng)力(7)彎曲應(yīng)力的基本值(8)齒根彎曲應(yīng)力(9)確定計(jì)算許用接觸應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.壽命系數(shù)由文獻(xiàn)16圖得B.由表6-14得C.工作硬化系數(shù)內(nèi)齒輪齒面硬度為由公式得D.尺寸系數(shù)由文獻(xiàn)16圖查得(10)許用接觸應(yīng)力(11)接觸強(qiáng)度安全系數(shù)(12)確定計(jì)算許用彎曲應(yīng)力時(shí)的各種系數(shù)A.試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)B.壽命系數(shù)查文獻(xiàn)16圖2.4-8得C.相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)因,由文獻(xiàn)16圖2.4-20,查得D.齒根表面狀況系數(shù)E.尺寸系數(shù)，由文獻(xiàn)16表2.4-16,得(13)許用彎曲應(yīng)力(14)彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)齒輪合格3.6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核（參考文獻(xiàn)[18]）3.6.1截一軸設(shè)計(jì)計(jì)算與軸承選型截一軸輸入轉(zhuǎn)速，傳遞功率，設(shè)計(jì)為空心軸，中間為內(nèi)花鍵，與扭矩軸的外花鍵聯(lián)結(jié)，用來傳遞扭矩，軸的兩肩對(duì)稱的布置兩個(gè)支撐軸承。由于第一級(jí)傳動(dòng)中的小齒輪尺寸比較小，因此截一軸設(shè)計(jì)成齒輪軸。(1)求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩(2)求作用在齒輪上的力輸出軸上齒輪節(jié)圓直徑為圓周力徑向力(3)確定軸的最小直徑軸材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理。初估軸的最小直徑，A為考慮了彎矩影響的設(shè)計(jì)參數(shù)，查表4－2取A＝105，為軸的內(nèi)外徑之比，通常取，取，可得考慮到工作條件比較惡劣，將軸徑加大，取最小軸徑為12(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案如圖3－2所示圖3－2截一軸結(jié)構(gòu)圖2)按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1取最小軸徑,,此段主要用來安裝軸承、唇形密封圈、軸承端蓋,根據(jù)軸徑選取圓柱滾子軸承NJ324E,尺寸，取長(zhǎng)度。軸段2為齒輪部分，齒輪齒寬為95mm，兩端有露出軸徑用于軸承軸向定位，取軸肩高度為13mm，長(zhǎng)度為20軸段3主要用于安裝軸承，選取圓柱滾子軸承NJ324E，尺寸同上，，孔的內(nèi)徑的確定：漸開線花鍵分度圓直徑取，模數(shù)，齒數(shù)，為便于花鍵加工，兩端孔徑應(yīng)稍大，因此取花鍵兩端直徑為，最左邊一段主要用于擋圈定位扭轉(zhuǎn)軸的定位孔，取直徑為。孔的長(zhǎng)度確定：首先確定花鍵的長(zhǎng)度，由花鍵的強(qiáng)度校核公式得：式中——載荷分布不均勻系數(shù)，取； Z——花鍵齒數(shù)；h——為花鍵側(cè)面的工作高度，對(duì)于漸開線花鍵；——花鍵半徑，對(duì)于漸開線花鍵（為花鍵分度圓直徑）；花鍵齒面經(jīng)過熱處理，取許用擠壓應(yīng)力。所以，由可靠性分析，適當(dāng)增加鍵的安全系數(shù)，取。最左端孔由扭矩軸的定位套的長(zhǎng)度取為77.5mm，因此最右端孔長(zhǎng)度由軸的總長(zhǎng)減去前兩孔長(zhǎng)得933)軸上零件的周向定位圓柱滾子軸承的周向定位是采用過盈配合來保證的，因此軸段直徑尺寸公差查表得k6。4)確定軸上圓角和倒角尺寸齒輪兩端圓角取為8mm，安裝軸承處軸肩圓角根據(jù)手冊(cè)查取2mm，軸段倒角取。(5)軸的強(qiáng)度校核求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3－3所示，圖3－3截一軸計(jì)算簡(jiǎn)圖從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出，B截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。B截面處的的數(shù)值如下：支反力水平面垂直面彎矩和水平面垂直面合成彎矩扭矩當(dāng)量彎矩軸的材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理。由表查得則，即97.2～108，取軸的計(jì)算應(yīng)力為根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。(6)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1)判斷危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大，同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。從受載情況觀察，截面B上最大，但應(yīng)力集中不大，而且這里軸徑最大，故截面B不必校核。從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察，軸段2軸肩處應(yīng)力集中嚴(yán)重，分析可知軸段2軸肩處為危險(xiǎn)截面。2)計(jì)算危險(xiǎn)截面應(yīng)力截面彎矩M為截面上的扭矩為抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面上的彎曲應(yīng)力截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅于平均應(yīng)力相等，即3)確定影響系數(shù)軸的材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理。由表查得，軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)。根據(jù)，由表4－5經(jīng)查值后得，。尺寸系數(shù)、根據(jù)軸截面為圓截面查圖4-18得、表面質(zhì)量系數(shù)、根據(jù)和表面加工方法為磨削，查圖得材料彎曲、扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)、取、由上面結(jié)果可得查表中的許用安全系數(shù)值，可知該軸安全(7)軸承壽命計(jì)算式中——軸承內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速，；——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；——軸承額定載荷，；——溫度系數(shù)，；——載荷系數(shù)，；——壽命指數(shù)，3.6.2惰一軸設(shè)計(jì)計(jì)算與軸承選型惰一軸輸入轉(zhuǎn)速，傳遞功率，該軸兩端固定，中間安裝軸承。(1)求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩(2)求作用在齒輪上的力齒輪節(jié)圓直徑圓周力徑向力由截一軸計(jì)算中可知，惰一軸與截一軸之間的力大小相等，方向相反。圓周力徑向力(3)確定軸的最小直徑軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取，可得取最小直徑為。(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案如圖3－4所示圖3－4惰一軸結(jié)構(gòu)圖2)按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1取最小軸徑，主要用于固定聯(lián)接，取長(zhǎng)度。軸段2主要用于安裝兩個(gè)支撐軸承，取軸肩為，則根據(jù)軸徑選取調(diào)心滾子軸承22224,尺寸，兩軸承之間裝有5mm距離套，為了定位軸承，該軸段長(zhǎng)度應(yīng)略小于軸承寬度和軸套長(zhǎng)度之和，取縮進(jìn)，該軸段長(zhǎng)度為。軸段3主要用于軸的固定聯(lián)接，取軸肩為，則，。3）軸上零件的軸向定位軸承的周向定位采用過盈配合，軸段直徑尺寸公差取k6，兩邊支撐與箱體之間的配合采用H7/js6。4）確定軸上圓角和倒角的尺寸軸端倒角為，安裝軸承處圓角半徑為2mm。(5)軸的強(qiáng)度校核1)求軸的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖畫出軸的彎矩圖、扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖如圖3－6所示。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖可以看出，B截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。B截面處的、、、及的數(shù)值如下。圖3－5惰一軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖支反力和水平面垂直面彎矩和水平面垂直面合成彎矩當(dāng)量彎矩（6）軸承壽命計(jì)算式中——軸承內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速，；——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；——軸承額定載荷，；——溫度系數(shù)，；——載荷系數(shù)，；——壽命指數(shù)，3.6.3截二軸設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承選型截二軸輸入功率，輸入轉(zhuǎn)速，設(shè)計(jì)為實(shí)心軸，有一段通過外花鍵與齒輪聯(lián)接，傳遞扭矩，軸的兩端非對(duì)稱布置兩個(gè)支撐軸承。軸上有兩個(gè)齒輪和，由于尺寸較小，因此截二軸設(shè)計(jì)成齒輪軸。求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩(2)作用在齒輪上的力齒輪的節(jié)圓直徑為圓周力徑向力齒輪的節(jié)圓直徑為圓周力徑向力(3)確定軸的最小直徑軸材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理。初估軸的最小直徑，A為考慮了彎矩影響的設(shè)計(jì)參數(shù)，查表4－2取A＝105，可得，取最小軸徑為110mm。(4)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案如圖3－6所示圖3－6截二軸結(jié)構(gòu)圖2)按軸向定位要求確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度軸段1取最小軸徑，用于安裝支撐軸承，選軸承型號(hào)為圓柱滾子軸承NJ322E，主要尺寸為，因此取長(zhǎng)度。軸段2主要用于安裝軸套定位齒輪，取軸肩為，，長(zhǎng)度為軸段3加工為漸開線花鍵，傳遞扭矩，花鍵模數(shù)為5mm的平齒漸開線花鍵，分度圓直徑為，花鍵齒數(shù)為26mm，花鍵長(zhǎng)度取。軸段4主要為為退刀槽，取，。軸段5用來定位齒輪，取，。軸段6為齒輪軸，齒輪寬為。軸段7用于軸承軸向定位，取，。軸段8取軸肩為，所以，根據(jù)直徑選擇圓柱滾子軸承NJ2226E，主要尺寸為，因此取長(zhǎng)度。3)軸上零件的周向定位圓柱滾子軸承與周的軸向定位采用過盈配合保證，因此軸段直徑尺寸公差取為k6。為了保證花鍵的嚙合，選取花鍵的配合為6H/6d。另外為了保證齒輪與軸的良好對(duì)中性，取齒輪與軸的配合為H7/f6。4)確定軸上圓角和倒角尺寸各軸肩圓角見零件圖，軸端倒角取。(5)軸的強(qiáng)度校核首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3－7所示。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖可以看出，C截面的當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。C截面處的、、、和的數(shù)值如下：支反力水平面，（負(fù)號(hào)表示方向相反）。圖3－7截二軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖垂直面，彎矩和合成彎矩扭矩T當(dāng)量彎矩軸的材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理。由表可得，，取，軸的計(jì)算應(yīng)力為根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。3.6.4惰三軸設(shè)計(jì)計(jì)算及軸承選型輸入轉(zhuǎn)速，傳遞功率為，該軸兩端固定聯(lián)接，中間安裝支撐軸承。(1)求輸出軸上的轉(zhuǎn)矩(2)確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。初估軸的最小直徑，取，可得，取最小軸徑為110mm。(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1)擬定軸上零件的裝配方案如圖3－9所示。2)按軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1此段主要用于固定聯(lián)接，取最小軸徑，；軸段2主要用于安裝支撐軸承，取，根據(jù)軸徑選取調(diào)心滾子軸承22224，主要尺寸為，兩軸承間加一距離套用于軸承軸向定位，??；軸段3主要用于軸的固定聯(lián)接，取軸肩高度為5mm，因此，取。3）軸上零件的周向定位圓柱滾子軸承的周向定位是采用過渡配合來保證的，因此軸段的直徑尺寸公差取為j6。4）確定軸上的圓角和倒角各軸肩處的圓角半徑見圖3－8，軸端倒角取。圖3－8惰三軸結(jié)構(gòu)圖（4）軸承壽命的計(jì)算式中——軸承內(nèi)外圈的相對(duì)轉(zhuǎn)速，；——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；——軸承額定載荷，；——溫度系數(shù)，；——載荷系數(shù)，——壽命指數(shù)，經(jīng)計(jì)算，軸承壽命全部合格。其它惰輪軸軸承的計(jì)算過程與此相同，故不在此一一列出，經(jīng)計(jì)算惰輪軸軸承全部合格。3.6.5截三軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)該軸一端與第三級(jí)齒輪傳動(dòng)的大齒輪通過漸開線花鍵聯(lián)接，另一端為行星傳動(dòng)的太陽(yáng)輪，由于行星機(jī)構(gòu)的均載設(shè)計(jì)，所受的力形成一個(gè)封閉環(huán)，所以截三軸主要受花鍵嚙合所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。輸入轉(zhuǎn)速，輸入功率，傳遞轉(zhuǎn)矩為。(2)該軸材料為18Cr2Ni4WA,，許用應(yīng)力，，取，(3)截三軸設(shè)計(jì)為空心軸，空心部分裝入噴霧系統(tǒng)水管。因此取空心軸內(nèi)外直徑之比，因此估算軸的最小直徑：該軸承受較大的轉(zhuǎn)矩，因此適當(dāng)加大軸的安全系數(shù)，增加軸的直徑，取。軸的結(jié)構(gòu)如圖3－9所示。圖3－9截三軸結(jié)構(gòu)圖軸段1取最小軸徑，；軸段2加工成漸開線花鍵，傳遞扭矩?；ㄦI為模數(shù)為3mm，齒數(shù)為37，壓力角為的平齒根漸開線花鍵，花鍵分度圓直徑，取長(zhǎng)度；軸段3取直徑，考慮零件的安裝，取長(zhǎng)度；軸段4加工成太陽(yáng)輪，尺寸由由行星機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得到。(4)按扭矩強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度太陽(yáng)輪軸：其中剪切應(yīng)力為，所以此太陽(yáng)輪軸合格(5)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度1)選擇危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面應(yīng)該是應(yīng)力較大，同時(shí)應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。分析可知危險(xiǎn)截面為花鍵與太陽(yáng)輪之間軸肩角處截面。2)計(jì)算危險(xiǎn)截面工作應(yīng)力截面扭矩： 抗扭截面系數(shù):截面上扭剪應(yīng)力：扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等,即3)確定影響系數(shù)軸的材料為18Cr2Ni4WA，滲碳淬火，由文獻(xiàn)18表8.2查，軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù)根據(jù)，由文獻(xiàn)18表8.10經(jīng)查值可得：尺寸系數(shù),根據(jù)軸截面為圓截面查文獻(xiàn)18圖8-12得=0.72表面質(zhì)量系數(shù)、根據(jù)和表面加工方法，查文獻(xiàn)18圖8-2，得:＝＝0.67材料彎曲扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)、取(4)計(jì)算安全系數(shù)由文獻(xiàn)18表8.13取需用安全系數(shù)可得:所以此軸疲勞強(qiáng)度足夠。3.6.6第一級(jí)行星機(jī)構(gòu)行星軸的校核(1)計(jì)算作用在行星輪軸上的力1)太陽(yáng)輪總的轉(zhuǎn)矩太陽(yáng)輪受力計(jì)算，計(jì)算圓周切向力2)求作用在行星齒輪上的力根據(jù)齒輪徑向力和圓周力的關(guān)系有內(nèi)齒輪b作用于行星輪c的切向力為所以行星輪軸所受的圓周力和徑向力大小如下：(2)初步確定軸的直徑選取軸的材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)同類型產(chǎn)品初步估取軸的最小直徑為60mm(3)行星輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按軸向定位要求，確定各軸段直徑和長(zhǎng)度軸段1軸段2用于安裝軸承和齒輪，根據(jù)周靜選取調(diào)心滾子軸承22320，主要尺寸為，兩軸承間加以距離套用于軸承軸向定位，取（4）行星輪軸的校核取行星輪與行星架之間的間隙，則跨距長(zhǎng)度?？梢詫⑺闯煽缇酁榈碾p支點(diǎn)梁，而兩個(gè)軸承幾乎緊挨著，可以認(rèn)為是整個(gè)跨度承受均布載荷危險(xiǎn)截面為跨距中間的彎矩軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)18表6.2查得,則，取，則：所以此軸強(qiáng)度合格,。4截割部的潤(rùn)滑與密封4.1截割部的潤(rùn)滑與密封簡(jiǎn)介1.截割部的潤(rùn)滑潤(rùn)滑對(duì)于齒輪的磨損失效有著重要的影響,應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。煤礦機(jī)械傳動(dòng)齒輪的特征是:多采用低速重載齒輪,接觸應(yīng)力通常很高,因此輪齒接觸表面材質(zhì)的局部彈性變形不容忽視;同時(shí)齒輪在共軛嚙合過程中,除切點(diǎn)部位以外,均為滾、滑運(yùn)行。這一特征完全符合彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑(EHL)理論。它與傳統(tǒng)的Martin潤(rùn)滑理論的基本區(qū)別在于:上述齒輪表面的局部彈性變形量往往比按剛性邊界計(jì)算的油膜厚度大許多倍,因此對(duì)油膜的形狀和壓力分布帶來明顯的影響。我們應(yīng)當(dāng)按照這個(gè)理論和規(guī)律進(jìn)行齒輪潤(rùn)滑參數(shù)設(shè)計(jì)。籠統(tǒng)地認(rèn)為“潤(rùn)滑對(duì)提高齒面強(qiáng)度是有利的”觀點(diǎn)并不全面,應(yīng)該根據(jù)各類潤(rùn)滑工況對(duì)齒面強(qiáng)度的影響進(jìn)行具體的分析,才能改善潤(rùn)滑質(zhì)量。以此來確定嚙合表面的終加工粗糙度,便能極大減輕材料的磨損程度,延長(zhǎng)齒面疲勞壽命;同時(shí)此種油膜的建立,使表面摩擦力值大大下降,減小了齒面的內(nèi)應(yīng)力幅值,延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展速率。要根據(jù)不同的齒輪,合理選用潤(rùn)滑油種類。對(duì)于傳遞負(fù)荷較輕的(齒面應(yīng)力小于4000kg/cm2)齒輪,宜選用純礦物油,如機(jī)械油、一般齒輪油、汽缸油等；對(duì)于傳遞中等負(fù)荷(齒面應(yīng)力4000~6000kg/cm2)的齒輪,宜選用工業(yè)齒輪油；對(duì)于傳遞重負(fù)荷、多沖擊和周圍環(huán)境多污染的齒輪(如煤礦采掘機(jī)械齒輪),宜選用極壓齒輪油。潤(rùn)滑油粘度選擇的主要依據(jù)是齒輪的切線速度?？筛鶕?jù)產(chǎn)品使用說明書推薦的粘度范圍選擇。當(dāng)環(huán)境溫度高于,或齒輪經(jīng)常承受沖擊負(fù)荷,或齒輪是整體淬硬材料時(shí),宜選用較高粘度值;當(dāng)環(huán)境溫度低于時(shí),宜選用較低粘度值。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，采煤機(jī)截割部減速箱可以采用飛濺潤(rùn)滑或強(qiáng)迫潤(rùn)滑。(1)飛濺潤(rùn)滑是截割部中廣泛采用的一種潤(rùn)滑方式。(2)強(qiáng)迫潤(rùn)滑一般是通過一個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，主要用于搖臂減速箱中(因搖臂工作時(shí)的位置總在變化)。但是，隨著采煤機(jī)裝機(jī)功率的提高，許多采煤機(jī)截割部的固定減速箱都采用了強(qiáng)迫潤(rùn)滑。本設(shè)計(jì)的截割部減速器靠齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)飛濺潤(rùn)滑。潤(rùn)滑及傳動(dòng)用油的質(zhì)量好壞，是保證機(jī)器正常工作的關(guān)鍵，因此必須及時(shí)、嚴(yán)格用規(guī)定的清潔油注油及潤(rùn)滑，用油牌號(hào)不能混用與任意代換，否則應(yīng)全部更換。2.截割部的密封密封材料受熱會(huì)引起材料變形和變質(zhì)，降低密封性能，甚至損壞密封零件，因此要使用合適的冷卻方式降低密封溫度。通常設(shè)備要采用自然冷卻，需要時(shí)可以采用水套冷卻、循環(huán)冷卻、沖洗冷卻等方法。搖臂中所用密封大多采用O型密封圈，因?yàn)樗诹黧w壓力的作用下，O形圈會(huì)壓緊密封間隙，增大密封壓力；另外，橡膠O形圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能可靠，具有雙向密封能力，能夠在很寬的溫度范圍內(nèi)（-60~200）和很高的壓力下（100N/mm2）工作，即可以用于靜密封，也可以用于動(dòng)密封，在液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。5采煤機(jī)的使用和維護(hù)在工作面的生產(chǎn)系統(tǒng)中，采煤機(jī)是影響產(chǎn)量的主要設(shè)備。除了保證工作面采煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)和處理設(shè)備的良好匹配外，對(duì)這些設(shè)備的正確維護(hù)、保養(yǎng)和操作使用，不僅可發(fā)揮其最大的生產(chǎn)能力，而且可達(dá)到安全生產(chǎn)。5.1潤(rùn)滑及注油潤(rùn)滑及傳動(dòng)用油的質(zhì)量好壞，是保證機(jī)器正常工作的關(guān)鍵，因此必須及時(shí)、嚴(yán)格用規(guī)定的清潔油注油及潤(rùn)滑，用油牌號(hào)不能混用與任意代換，否則應(yīng)全部更換。牽引部液壓傳動(dòng)箱用油，注油時(shí)必須用注油器，精濾芯要定期更換。5.2地面檢查與試運(yùn)轉(zhuǎn)采煤機(jī)下井前必須按井下工況，設(shè)不小于30米進(jìn)行地面檢查與式運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)合格后方可下井。試運(yùn)轉(zhuǎn)前的檢查：首先檢查各部件是否齊全、完好，安裝是否正確，連續(xù)螺栓是否缺少或松動(dòng)，各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)及手把的動(dòng)作是否正確靈活。各油池及潤(rùn)滑點(diǎn)必須按規(guī)定加注清潔油。水路是否暢通，檢查各出軸處，蓋板等是否漏油，電氣部分的絕緣、隔爆等是否符合要求。調(diào)高及噴霧系統(tǒng)管路是否齊全和接好等，應(yīng)先用手盤動(dòng)各運(yùn)轉(zhuǎn)部位，應(yīng)無意外阻礙和其它不正常現(xiàn)象。試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)檢查：?jiǎn)?dòng)前把各手把，離合器等置于中立或斷開位。接通電源，檢查三相平衡情況，無問題時(shí)方可只控制一臺(tái)電機(jī)的隔離開關(guān)，啟動(dòng)此電機(jī)，觀察空運(yùn)轉(zhuǎn)情況，然后停止，看其是否輕快。再合上另一個(gè)隔離開關(guān)，啟動(dòng)另一臺(tái)電機(jī)及牽引電機(jī)，觀察空運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)注意高低壓壓力表，然后停止，看是否輕快。再盤動(dòng)滾筒，看截割部傳動(dòng)是否良好。無問題方可合離合器再啟動(dòng)電機(jī)，觀察運(yùn)轉(zhuǎn)情況，聲音、發(fā)熱、轉(zhuǎn)向等。牽引部的檢查，試運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)先排氣，試運(yùn)轉(zhuǎn)是在電機(jī)啟動(dòng)后，待輔助泵壓力正常后，先把調(diào)速手把任意向一方轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度，觀察齒軌輪與齒輪間嚙合情況，同時(shí)注意觀察高低壓壓力表，注意運(yùn)轉(zhuǎn)聲音是否正常，若無異常再慢慢增大手把角度，注意聽音及觀察，正常后再慢慢回零，觀察降速是否正常，以同樣方法檢查“反向牽引”情況，并在高速時(shí)按停止?fàn)恳o停止?fàn)恳０釀?dòng)調(diào)高閥觀察調(diào)高情況，檢查管路系統(tǒng)是否漏油，測(cè)定左右搖臂最大行程時(shí)間，以上檢查完畢后，使機(jī)器在運(yùn)輸機(jī)上往復(fù)行走，檢查配套關(guān)系，人為彎曲運(yùn)輸機(jī)，檢查過彎情況，行走運(yùn)行一定要先慢后快。在整個(gè)試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，要注意人身安全。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，不可帶“病”下井。5.3下井及井下組裝1.在不允許整機(jī)下井的條件下，可將機(jī)器解體裝運(yùn)，但解體越少越好，主機(jī)是由搖臂鉸接點(diǎn)處分解為三大部分為好。滾筒、附件等可分別裝運(yùn)。注意，裝運(yùn)前必須將拆下的小零件如銷子、螺栓、管接頭等包裝好。包裹好打開的每個(gè)接觸面，隔爆面，裸露的軸、孔、齒、手把、接頭等，油缸活塞桿應(yīng)全部縮回缸內(nèi)，并固定好。運(yùn)送前應(yīng)仔細(xì)檢查所經(jīng)道路情況，裝運(yùn)順序應(yīng)顧及井下組裝的方便。2.采煤機(jī)的組裝應(yīng)在預(yù)先準(zhǔn)備的“缺口”中進(jìn)行，順序?yàn)椋合冉M裝好溜槽及工作面附件，而后使中架部分騎在運(yùn)輸機(jī)和齒軌上，穿好導(dǎo)向滑靴，再裝好左右搖臂及滾筒，接電纜、水管及拖纜帶，組裝時(shí)應(yīng)注意人身及設(shè)備的安全，對(duì)機(jī)件的外露部分如手把等，要注意保護(hù)。還要注意銷軸、軸孔及接頭等處的清潔，不得有污物帶入。3.組裝后的運(yùn)轉(zhuǎn)與地面試運(yùn)轉(zhuǎn)要求相同。5.4采煤機(jī)的井下操作井下操作由每班配備的，經(jīng)過專門訓(xùn)練的兩名司機(jī)進(jìn)行。各班司機(jī)要認(rèn)真的執(zhí)行交接班制度。操作前的檢查：工作前要對(duì)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境如煤壁、頂板、支護(hù)、配套設(shè)備等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，并對(duì)機(jī)器作好下列檢查：截齒是否齊全完好，牢固可靠。各把手按鈕是否齊全，靈活可靠。油位是否符合要求。不足時(shí)添加。各緊固螺栓要齊全，不松動(dòng)。電纜、水管、油管是否損壞及泄露。運(yùn)輸機(jī)是否鋪設(shè)平直。拖纜架是否卡掛。供水是否正常，否則不得開機(jī)。滾筒前后兩米以內(nèi)不得站人。試運(yùn)轉(zhuǎn)中注意事項(xiàng)：各部分運(yùn)轉(zhuǎn)聲音及發(fā)熱是否正常。結(jié)合面、出軸處、蓋、管路等有無滲漏。壓力表指示是否正常，指針有無不正常抖動(dòng)。各運(yùn)轉(zhuǎn)部件及整機(jī)有無震動(dòng)與抖動(dòng)。調(diào)高及牽引是否正常。操作順序：送電、磁力啟動(dòng)器合閘。合上隔離開關(guān)。合上截割部離合器。發(fā)信號(hào)給工作面運(yùn)輸司機(jī)并解鎖、使運(yùn)輸機(jī)啟動(dòng)。給水冷卻噴霧。分別啟動(dòng)電機(jī)使?jié)L筒正常運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)采高到合適的高度。選擇牽引方向并慢慢調(diào)速到合適的速度。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)注意事項(xiàng)：注意滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)情況，機(jī)道有無阻礙，機(jī)器聲音、牽引力（壓力表）大小，拖纜帶卡掛現(xiàn)象等。嚴(yán)禁滾筒在不運(yùn)轉(zhuǎn)情況下牽引或調(diào)高。停運(yùn)輸機(jī)、停水時(shí)，機(jī)道有大塊障礙，支柱影響通過，電機(jī)悶車，夾石過硬，或其他有礙機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況等時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)，處理后方可開機(jī)。注意頂板支護(hù)情況，人員位置，確保生產(chǎn)及人身安全。停機(jī)順序：牽引調(diào)速換向手把打回零位，緊急停車后也要把此手把回零。停止電動(dòng)機(jī)、停止運(yùn)輸機(jī)。停水。拉開截割部離合器。拉開隔離開關(guān)。5.5機(jī)器的維護(hù)與檢修日檢：在日常使用中，應(yīng)及時(shí)維護(hù)檢修以下各項(xiàng)：電機(jī)、磁力啟動(dòng)器、電控箱、電纜等電氣部分運(yùn)行是否正常。接地是否正常，拖纜架裝置是否完好。機(jī)器溫升、躁聲、傳動(dòng)件、各手把、壓力表等是否完好正常。連接及緊固件是否松動(dòng)、開焊、脫位等。特別是齒軌組連接是否牢固，齒軌的柱銷是否開焊。各水、油管路、接頭、法蘭、結(jié)合面、出軸處等是否有滲漏，各油位油面是否正常，各潤(rùn)滑點(diǎn)是否按規(guī)定注油。各過濾器是否堵塞。截齒磨損及丟失情況，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重著和補(bǔ)裝丟失，驅(qū)動(dòng)輪和齒軌輪的潤(rùn)滑情況。噴霧噴嘴是否暢通。應(yīng)特別注意保護(hù)液壓油箱內(nèi)腔清潔，注意傳動(dòng)油不被污染、弄臟，定期更換精濾芯和油液。月檢：除按日常檢查項(xiàng)目進(jìn)行外，還包括打開大蓋，檢查所有機(jī)件，查看運(yùn)轉(zhuǎn)件磨損情況，應(yīng)特別注意仔細(xì)檢查：各液壓件及管路、接頭漏損情況，但檢查前必須采取有效措施，防止煤塵及污物進(jìn)入油池。否則不準(zhǔn)打開蓋板。季檢：除按日常及月檢項(xiàng)目進(jìn)行外，還包括易損件，換油，檢查各傳動(dòng)間隙，磨損情況。電機(jī)絕緣情況等。采完一個(gè)工作面后應(yīng)整機(jī)升井大修。6“三機(jī)”配套選型指導(dǎo)原則隨著機(jī)械化采煤程度的提高，綜采工作面逐步成為煤礦生產(chǎn)中的主力軍。綜采工作面設(shè)備配套是否成功。是綜采工作面能否順利開采的關(guān)鍵。綜合機(jī)械化采煤要達(dá)到高產(chǎn)高效，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架等主要設(shè)備（統(tǒng)稱“三機(jī)”）的生產(chǎn)能力和有關(guān)技術(shù)參數(shù)必須匹配，有配合關(guān)系的結(jié)構(gòu)尺寸必須互相適合。6.1液壓支架選型液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，是工作面裝備中投資最多的設(shè)備，約占60％~70％。液壓支架選型要求：1.支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)，支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動(dòng)產(chǎn)生的壓力，將空頂區(qū)的頂?shù)装逡票M量控制到最小程度；2.液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配，支架的寬度與刮板輸送機(jī)中部槽長(zhǎng)度相一致，推移千斤頂?shù)男谐瘫炔擅簷C(jī)截深大100~200mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度，移架速度還應(yīng)滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求；3.支架的可靠性能有最大的保證，不但穩(wěn)定可靠、故障率低，而且使用壽命要長(zhǎng)。支架支護(hù)強(qiáng)度按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中h——采高——頂板巖石容重從“三機(jī)”生產(chǎn)能力匹配的角度，要求液壓支架移架速度式中L——每節(jié)液壓支架的寬度，應(yīng)為輸送機(jī)中部溜槽長(zhǎng)度的整數(shù)倍，m；t——液壓支架完成一個(gè)操作循環(huán)的時(shí)間，min；Vqmax-采煤機(jī)最大工作牽引速度，m/min。6.2采煤機(jī)選型采煤機(jī)作為生產(chǎn)工作面的主要設(shè)備，直接影響著整個(gè)礦的采煤速率和產(chǎn)量。采煤機(jī)選型原則：首先要適合該礦特定的煤層地質(zhì)條件和滿足工作面生產(chǎn)能力要求，其次是采煤機(jī)技術(shù)性能良好、可靠性高，且要使用、檢修、維護(hù)方便。采煤機(jī)采高H應(yīng)與煤層厚度M的變化范圍相適應(yīng)，采高H與煤層厚度M應(yīng)保持下列關(guān)系：式中Mmin、Mmax——煤層最小、最大厚度；Hmin、Hmax——最小、最大采高。采煤機(jī)的生產(chǎn)率：式中Q——工作面預(yù)期日產(chǎn)量，t/d；T——每天采煤時(shí)間,h/d；K——開機(jī)率，一般K=0.5~0.6采煤機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率:式中B——采煤機(jī)有效截深,m；H——采煤機(jī)截割高度,m；Vq——采煤機(jī)最大牽引速度,m/min；——煤的密度，一般取1.3~1.4,t/m。QC1反映的是用戶的需求，QC2反映的是采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，選用的采煤機(jī)應(yīng)滿足QC1≥QC2。針對(duì)具體工作面進(jìn)行配套設(shè)計(jì)時(shí)，上述參數(shù)均應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際條件確定。一般設(shè)計(jì)時(shí)，B取采煤機(jī)設(shè)計(jì)截深的90%~95%；H取工作面平均采高，且應(yīng)小于采煤機(jī)最大截割高度；Vq取平均牽引速度，約為采煤機(jī)最大工作牽引速度的70%~80%。6.3刮板輸送機(jī)選型工作面刮板輸送機(jī)是運(yùn)輸系統(tǒng)的第一步，它的選型決定著后續(xù)運(yùn)輸?shù)倪x型。刮板運(yùn)輸機(jī)的選型原則：1.刮板的運(yùn)輸能力，必須等于或大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要，并留有一定的備用能力，以滿足工作面出現(xiàn)片幫、過載等特殊情況下的運(yùn)輸能力；2.結(jié)構(gòu)形式及附件，必須與采煤機(jī)相配套，輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作面底板條件相適應(yīng)，并應(yīng)考慮要與采煤機(jī)底托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配；3.輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度，可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定；4.外廓尺寸應(yīng)與采煤機(jī)和液壓支架相匹配，由于生產(chǎn)能力不斷提高，輸送機(jī)向大運(yùn)量和大功率方向發(fā)展?？紤]到大采高采煤機(jī)自身的穩(wěn)定性問題，在工作面可彎曲刮板輸送機(jī)的機(jī)型選擇上，盡量考慮運(yùn)載量偏大些，根據(jù)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位常按峰值的兩倍選取。綜采設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是由采煤機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)率決定的。輸送機(jī)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)能和液壓支架適當(dāng)?shù)囊萍芩俣仁菍?shí)現(xiàn)這個(gè)生產(chǎn)能力的條件。但是過大的運(yùn)能和過快的移架速度不能提高綜采生產(chǎn)能力，卻會(huì)造成投資和能源的浪費(fèi)。因此，“三機(jī)”配套要找到生產(chǎn)能力的最佳匹配。結(jié)論本次設(shè)計(jì)的課題是大功率采煤機(jī)的截割部設(shè)計(jì)，采煤機(jī)是目前重要的采煤設(shè)備，而截割部又是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)落煤和裝煤的重要結(jié)構(gòu)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將截割電機(jī)直接安裝在搖臂箱體內(nèi)，機(jī)械減速部分全部集中在搖臂箱體及行星機(jī)構(gòu)內(nèi)。搖臂通過銷軸與連結(jié)架鉸接，然后再與牽引部機(jī)殼鉸接。搖臂通過連接架回轉(zhuǎn)臂上的銷軸與安裝在牽引部上的調(diào)高油缸缸座鉸接，通過油缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)截割滾筒的升降。此截割機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn):(1)搖臂的回轉(zhuǎn)采用鉸軸結(jié)構(gòu)，沒有機(jī)械傳動(dòng)。(2)搖臂減速箱機(jī)械傳動(dòng)都是簡(jiǎn)單的直齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)、制造簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。(3)截割電機(jī)和搖臂主動(dòng)軸齒輪之間，采用細(xì)長(zhǎng)扭矩軸聯(lián)接，可補(bǔ)償電機(jī)和搖臂主動(dòng)軸齒輪安裝位置的小量誤差，在扭矩軸上設(shè)有V型剪切槽，受到較大的沖擊載荷時(shí)，剪切槽切斷，對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)的齒輪和軸承及電機(jī)起到保護(hù)作用。(4)搖臂行星傳動(dòng)與臂身直齒輪傳動(dòng)分油池潤(rùn)滑，保證了行星頭部分的潤(rùn)滑，整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)潤(rùn)滑效果良好。(5)搖臂減速箱內(nèi)的傳動(dòng)件及結(jié)構(gòu)件的機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)有較大的安全系數(shù)。我所設(shè)計(jì)的截割部采用的是行星傳動(dòng)與臂身分油池飛濺潤(rùn)滑，此潤(rùn)滑系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于采煤機(jī)搖臂齒輪的潤(rùn)滑具有特殊性，它不僅承載重、沖擊大，而且割頂煤或割底煤時(shí)，搖臂中的潤(rùn)滑油集中在一端，使其他部位的齒輪得不到潤(rùn)滑，因此，在采煤機(jī)操作中，當(dāng)滾筒割頂煤右臥底時(shí)，工作一段時(shí)間后，應(yīng)停止?fàn)恳?，將搖臂下降或放平，使搖臂內(nèi)全部齒輪都得到潤(rùn)滑后再工作。隨著現(xiàn)代采煤機(jī)功率的加大，采取強(qiáng)制方法的潤(rùn)滑也日見增多，即用專門的潤(rùn)滑裝置將潤(rùn)滑油供應(yīng)到各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)上。由于本人精力和水平所限，未能在此次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)，因此期待著更多的學(xué)者做更深入的研究。參考文獻(xiàn)[1]李光煜等.我國(guó)采煤機(jī)的發(fā)展與前景.煤炭技術(shù),2001[2]張世洪，何敬德等.電牽引采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì).煤礦機(jī)電，2005[3]顧文卿.新編煤礦機(jī)電設(shè)備選型設(shè)計(jì)及故障診斷實(shí)用手冊(cè).北京：中國(guó)煤炭工業(yè)出版社，2006[4]王啟廣.電牽引采煤機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展.礦山機(jī)械,2004[5]李鋒，劉志毅.現(xiàn)代采掘機(jī)械.北京：煤炭工業(yè)出版社.2007.3[6]李公熹.煤礦機(jī)械與修理.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1996[7]高志明，張世洪.現(xiàn)代采煤機(jī)的設(shè)計(jì)方法和思考.煤礦機(jī)電，2008[8]高志明.大功率采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向.煤礦機(jī)電,2007[9]戴紹誠(chéng)，等.高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化采煤技術(shù)與裝備.北京：煤炭工業(yè)出版社，1998[10]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第1卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007[11]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第2卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007[12]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第3卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007[13]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第4卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007[14]唐大放，馮曉寧，楊現(xiàn)卿.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué).徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出社2001.9[15]程志紅，唐大放.機(jī)械設(shè)計(jì).南京:東南大學(xué)出版社2006.10[16]李炳文，王啟廣.礦山機(jī)械.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2007[17]王啟廣、李炳文、黃嘉興.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出社,2006[18]王洪欣等.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)［Ｉ］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2001[19]許洪基.現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995[20]饒振綱.行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì).化學(xué)工業(yè)出版社,1996[21]馬先貴.潤(rùn)滑與密封.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1985[22]欒振輝，單付豐.采煤機(jī)截割部的潤(rùn)滑系統(tǒng).煤礦機(jī)械,2002[23]胡獻(xiàn)民.綜采工作面中部設(shè)備“三機(jī)”配套設(shè)計(jì)探討.煤炭工程,2006英文原文978-1-4244-5704-5/10/$26.00?2010IEEE260Proceedingsofthe2010IEEEInternationalConferenceonInformationandAutomationJune20-23,Harbin,ChinaDynamicsAnalysisforCuttingPartofShearerPhysicalSimulationSystemFangRenZhengyanLiuandZhaojianYangCollegeofMechanicalEngineeringTaiyuanUniversityofTechnologyTaiYuanShanXiChinaRenfang67@Abstract—Coal-rockinterfacerecognitionsystemmainlycollectsresponsesignalsofcuttingforceofshearerbymultisensorandanalysesthisresponsesignalfortherecognitionofcuttingcoalorrock.Soitequipsfivetypesofsensorstopickupthesesignals.Boththedispositionoptimizationofsensorsmeasuringpoint(especiallythedispositionoptimizationofmeasuringpointofthearmvibration)andthechoiceofthesensorperformance(Inparticulardynamiccharacteristic)arecloselyrelatedtothedynamiccharacteristicsofcuttingpartofphysicalsimulationsystem.Inviewofthis,finiteelementdynamicsanalysis(includingthetransientresponseandtheharmonicresponse)ofcuttingpartofshearerphysicalsimulationsystemhasbeenmade.Thevibrationcharacteristicsbasedonthetimeresponseandfrequencyresponseareanalyzed.Thestudynotonlyoptimizethedispositionofthevibrat