MG9002210WD型无链电牵引采煤机牵引部设计[毕业论文+CAD图纸]

矿山机械毕业设计论文：MG9002210WD型无链电牵引采煤机牵引部设计含论文，CAD图纸

MG9002210WD型无链电牵引采煤机牵引部设计[毕业论文+CAD图纸]

摘 要

本设计对MG900/2210-WD型无链电牵引采煤机的牵引部进行了设计，由于本采煤机是目前国内总装机功率最大的采煤机。其牵引单电机的功率达到110KW，总牵引力达到1000KN。所以在牵引部设计过程中重点解决了低速重载下大模数驱动齿轮的承载能力问题。轴承的承载能力问题、润滑问题、油池的密封问题、箱体的连接问题都得到了一定程度的解决。对重要结构件如承受低速重载的行星齿轮组、起保护作用的扭矩槽，传递大力矩的渐开线花键，承受重载的各种轴承等进行了选择、校核。

在本论文的专题设计中，着重对行走机构的大模数驱动轮进行了几何分析和强度校核。根据牵引行走部常见失效形式、影响因素及基本设计要求。在专题部分除了利用经典的行走轮的悬臂梁模型求解弯曲应力外，还创新性的利用有限单元方法借助于ANSYS软件对摆线行走轮进行了运动学分析和强度校核。
关键词：MG900/2210型采煤机；有限元分析；牵引部；结构设计；强度校核

ABSTRACT

The design of a chain of MG900/2210-WD traction Shearer, the traction of the Department of Design, as the Shearer is currently the largest domestic total installed power of Shearer.Because its traction motor alone is the power of 110 KW, the traction even to 1000 KN. Therefore, the Department of traction in the design process focused on solving the low-speed under heavy large number of drive-gear carrying capacity problem. Bearing the carrying capacity problems, lubrication problems, the oil tank seal problems, the box connectivity problems have been resolved to a certain extent. The important pieces such as the structure withstand the heavy low-speed planetary gear group, the protective effect of torque from the slot, the moment of transfer of Involute keys, all bearing the heavy load to bear, such as a choice, check.

In this paper the design of the topic, focusing on the large walk-driving wheel of a geometric analysis and strength checking. According to the Ministry of walking traction common form of failure, the impact of factors and basic design requirements. Not only in addition to the topic of the use of walking round the classic model for the cantilever bending stress, but also the innovative use of the finite element method through the use of ANSYS software cycloid walking round a kinematic analysis and intensity of checking.

Key words: MG900/2210 Shearer, finite element analysis, the Department of traction, structural design, strength check

目 录

中文摘要
英文摘要
一般设计部分
1 绪 论 ………………………………………………………………………1
1.1电牵引采煤机的发展概况…………………………………………… 1
1.2电牵引采煤机的技术现状及发展趋势……………………………… 1
1.2.1国外电牵引采煤机的技术发展现状及发展趋势……………… 1
1.2.2国内电牵引采煤机的技术发展现状…………………………… 2
1.2.3电牵引采煤机的发展趋势……………………………………… 3
1.2.4我国采煤机与国外先进采煤机存在的主要差距……………… 3
1.3采煤机类型及组成…………………………………………………… 4
1.3.1采煤机类型……………………………………………………… 4
1.3.2采煤机的组成…………………………………………………… 4
2 三机配套方案的确定……………………………………………………… 6
2.1 刮板输送机的选型计算………………………………………………6
2.1.1输送能力及溜槽端面的校核…………………………………… 6
2.1.2电动机功率的校核……………………………………………… 7
2.2 液压支架的选型……………………………………………………… 8
2.2.1支架最大高度…………………………………………………… 8
2.2.2支架最小高度…………………………………………………… 8
3 采煤机总体方案的确定 ………………………………………………… 9
3.1适应范围………………………………………………………………9
3.2主要技术参数及配套设备……………………………………………9
3.2.1适用煤层…………………………………………………………9
3.2.2整机主要参数……………………………………………………9
3.2.3各电机的主要参数………………………………………………9
3.2.4采煤机牵引型式的选择…………………………………………9
3.2.5采煤机截割部形式………………………………………………10
3.3整机特点………………………………………………………………10
3.4主要结构及组成确定…………………………………………………11
3.4.1采煤机主要结构的组成 ……………………………………… 11
3.4.2工作原理及主要结构……………………………………………11
4 牵引机构的设计及计算 ………………………………………………… 12
4.1.牵引部总体设计 ………………………………………………… …12
4.1.1 牵引部概述………………………………………………… …12
4.2电动机的选择…………………………………………………………12
4.3总传动比的确定及传动比的分配……………………………………13
4.3.1总传动比的确定…………………………………………………13
4.3.2总传动比的分配…………………………………………………15
4.4牵引部传动计算………………………………………………………16
4.4.1各级传动转速、功率、转矩……………………………………16
4.4.2牵引部行星机构的设计…………………………………………18
4.5行走部传动设计传动计算……………………………………………53
4.5.1驱动轮与惰轮的传动设计………………………………………53
4.5.2带一个中间轮的外啮合角变位齿轮几何参数计算……………58
4.5.3惰轮与齿轨轮的传动设计………………………………………60
4.6牵引轴的设计与校核…………………………………………………64
4.6.1计算作用在齿轮上的作用力……………………………………64
4.6.2初步估算轴的直径………………………………………………64
4.6.3轴的结构设计……………………………………………………64
4.6.4绘制轴的弯矩图和扭矩图………………………………………66
4.6.5按弯扭合成强度校核轴的强度…………………………………67
4.6.6精确校核轴的疲劳强度…………………………………………67
4.7轴承的寿命校核………………………………………………………70
4.8花键的强度校核………………………………………………………70
4.9行走箱花键轴扭距槽的设计计算……………………………………71
5 采煤机的维护和检修 …………………………………………………… 73
5.1采煤机的注油…………………………………………………………73
5.1.1一般要求…………………………………………………………73
5.1.2润滑要求…………………………………………………………73
5.2 日常维护 …………………………………………………………… 73
5.2.1日检内容…………………………………………………………73
5.2.2 周检 …………………………………………………………… 73
5.2.3 季检 …………………………………………………………… 74
5.2.4 大修 …………………………………………………………… 74
5.2.5 储存 …………………………………………………………… 74
专题部分
1 行走轮几何运动分析…………………………………………………… 75
1.1摆线齿轮齿廓的形成原理 ………………………………………… 76
1.2摆线行走轮的设计与建模 ………………………………………… 78
1.2.1摆线行走轮齿形曲线方程的求解 …………………………… 78
1.2.2摆线行走轮齿形曲线方程的C++求解…………………………79
1.2.3摆线行走轮的Pro/E建模 …………………………………… 79
1.3摆线行走轮的几何分析 …………………………………………… 79
1.3.1摆线行走轮与销齿啮合过程的CAD图形模拟 ……………… 79
1.3.2几何分析结论 ………………………………………………… 80
2 行走轮弯曲强度分析计算……………………………………………… 82
2.1行走轮轮齿的基本受力分析 ……………………………………… 82
2.2齿根弯曲强度计算 ………………………………………………… 83
2.2.1问题描述及常用算法………………………………………… 83
2.2.2行走轮的悬臂梁模型弯曲应力求解………………………… 83
2.2.3行走轮弯曲应力的有限元分析计算………………………… 83
2.2.4行走轮弯曲应力计算结果分析……………………………… 86
结 论 …………………………………………………………………91
参考文献 …………………………………………………………………93
翻 译
英文原文 …………………………………………………………………95
中文译文 ………………………………………………………………101
致 谢 ……………………………………………………………………106

一般部分

1 绪论

1.1电牵引采煤机的发展概况

70年代中期,德国Eickhoff公司和美国JOY公司相继研制出最早的直流电牵引采煤机。此后,世界上各主要采煤机研究制造公司均对电牵引采煤机进行了大量的研究开发。80年代后期涌现了大量电牵引采煤机机型,并出现了交流电牵引采煤机。90年代,随着现代科学技术的飞速发展,开发出集电子电力、微电子、信息管理以及计算机智能技术于一体的大功率电牵引采煤机。如美国JOY公司的LS系列,英国Long-Airdox公司的Anderson Electra、Anderson EL系列,德国Eick-hoff公司的EDW系列、SL系列,日本三井三池制作所的MCLE-DR系列等电牵引采煤机。电牵引采煤机以其性能参数优、可靠性高、自动化程度高、操作方便、控制灵敏、监控保护及检测功能完善和经济效益好等众多优点在国际上被迅速推广

1.2电牵引采煤机的技术现状及发展趋势

1.2.1国外电牵引采煤机的技术发展现状及发展趋势

(1)装机功率增大,性能参数大幅提高为了满足高产高效综采工作面快速割煤提高生产能力的需要,不论是厚、中厚和薄煤层电牵引采煤机,其装机功率(包括截割功率和牵引功率)和主要性能参数大幅提高。

1)单台截割电机功率均在400kW以上。多数现代采煤机单台截割电机功率已达到600kW,最新的7LS5采煤机单台截割功率高达650kW。SL500已配置了750kW摇臂。

2)牵引功率均在80kW以上,新机型已成倍提高。最大达220kW。

3)总装机功率普遍超过1000kW。最大高达1940kW。

4)牵引速度、牵引力也大幅提高。目前大功率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到15～25m/min,牵引力500kN以上。最大牵引速度高达54.5m/min。最大牵引力达到998kN。

5)截割功率的增大,支架随机支护的实现,为加大滚筒截深创造了条件。10年前滚筒的截深大多是630mm至700mm,而今已普遍采用1000～1200mm截深,个别已采用1500mm截深。

6)为提高采煤机的可靠性和可利用率,在传动设计方面齿轮设计寿命提高到20000h以上,轴承寿命提高到30000h以上,并还在不断提高。

(2)普遍采用中高压供电80年代以来,由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长,整个工作面容量超过5000kW,工作面长度达到300m。为减少输电线路损耗,提高供电质量和电机性能,新一代大功率电牵引采煤机乎都采用中高压供电。主要供电等级有2300V、3300V、4160V和5000V等。

(3)监控保护系统的智能化

现代电牵引采煤机均具有建立在微处理机基础上的智能化监控、监测和保护系统,可实现交互式人机对话、远近控制、无线电遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、健康(故障)诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能,以保证采煤机最低的维护量和最高的利用率;并可实现与液压支架、工作面输送机的信息交互和联动控制等功能。英国Long-Airdox公司在EL系列机型上装置的Im-pact集成保护及监控系统;德国Eickhoff公司的Eickhoff-数据汇集技术系统;美国JOY公司6LS型电牵引采煤机的JNA网络信息中心等。监控保护系统的智能化主要功能可归结为:

1)负载控制:通过截割电机电流的精确监测,调整采煤机的牵引速度,使采煤机在不同工况下以最优化的参数进行工作,从而保证传动系统不易受持续冲击影响。

2)工作面定位控制:可以识别采煤机在工作面的位置,在机头、机尾可自动减速和停止,与支架配合实现自动随机移架,并可检查支架是否正确支护。

3)与工作面输送机联机的负荷控制:通过输送机的负荷监测来调节采煤机的采煤量,使采煤机和输送机的生产能力完全相匹配,既提高输送机的可靠性,又充分发挥工作面的生产能力。

4)自动调高控制:采煤机每移动1m就可精确地测量截割高度和角度10次,通过自动算法与存储数据进行比较校正,迅速对采煤机进行最优化的水平调整。该控制可最大地减小底板的截割台阶,实现平滑过渡,加快工作面设备的推进速度,提高设备的使用寿命,使操作人员能尽量避开粉尘。

5)运行状态监控和显示:采煤机的数据采集系统可采集大量各类机器参数,如:输入电压;电机电流,轴承、绕组和冷却水温度;控制电源;润滑油温度、消耗;液压系统油位、压力、温度;冷却和喷雾降尘水量/水压;机器速度、方向;摇臂的操作角度;过载保护监控等。

6)数据传输、顺槽控制及地面监控:采煤机上的双向调制解调器可通过双芯拖移电缆输送到顺槽调制解调器,再通过双向通讯线路传送到地面调制解调器及协议控制器。传送的数据经过地面监控软型号