装机700采煤机截割部设计毕业设计说明书.docx

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1、1绪论2MG300/700WD型采煤机概述MG3(XO)0WD无链电牵引采煤机，装机总功率700KW截割功率2x300KW牵引功率2X40KW调高电机功率，采用开关磁阻电机调速系统来控制采煤机牵引速度。MG3(X1000WD无链电牵用采煤机，采用多电机驱动横向布置形式，截割摇臂用销轴与牵引部联接，左、右牵引部及中间箱，采用高强度液压螺栓联接。在牵引减速箱内横向装有开关磁阻电机，通过牵引机构为采煤机提供520KN的牵引力,中间控制箱装有调高油缸,电控、变压器、水阀，每个主要部件可以从老塘侧抽出，易维修，易更换。主要用途及适用范围MG300/700WD无链电牵引采煤机一般适用于中厚煤层的开采，倾角

2、小于35度，煤质中硬或中硬以上，含有少量夹肝的长壁式工作面。型号的组成及其代表的含义使用环境条件1、可在周围空气中的甲烷、煤尘、硫化氢、二氧化碳等不超过煤矿安全规程中所规定的安全含量的矿井中使用。2、海拔高度小于200m。3、周围介质温度不超过+40摄氏度、不低丁10摄氏度。4、环境温度为+25摄氏度时，周围空气湿度不大于97%。5、周围介质中无足以腐蚀和破坏绝缘的气体和导电尘埃。3MG300/700WD型采煤机截割部的设计截割部概述截割机构是采煤机实现落煤、装煤的生要部件，它分别由左右截割部组成，每个截割部主要由截割部壳体、截割电机、齿轮减速装置、滚筒等组成，截割部内设有冷却系统、内喷雾等装

3、置。本次设计主要的工作是MG30W700WD采煤机截割部齿轮传动的设计。截割部传动总体方案3.2.1设计总则1、煤矿生产，安全第一；2、面向生产，力求实效，以满足用户最大实际需求；3、贯彻执行国家、部、专业的标准及有关规定；4、技术比较先进，在一般设计中进行改进，要求性能和寿命能有显著的提高。3. 2.2已知条件1.采高范围1.8m4.0m;2 .煤层倾角350;3 .截割功率2X300KW：4 .滚筒转速29.4r/min;33.6r/min;38.3r/min;5 .摇臂形式采用整体，左右可互换直摇臂：6 .摇臂摆角：上摆：46.10；下摆：19.80;（设计后有所调整）7 .设计寿命:5

4、000ho3. 2.3摇臂传动方案的确定参考以前WG30000WD型采煤机摇臂的设计，采用变换齿轮的方式实现滚筒在三个速度间变换的要求。总体传动方案如图3-1。传动路线经过五级减速，其中含有二级行星齿轮传动，通过改变工作而侧的两个齿轮实现三个速度的变化。创新点：采用两级行星传动左右可互换摇臂主要目的：1 .减小行星头尺寸，可以装较小的滚筒，截割更硬的煤层；2 .减小摇臂整体尺寸使其质量更轻，刚性更好，过煤量更大：3.2.4计算传动效率1 .各传动件的效率为:1）花键效率n=099（个）；2）滚动轴承效率n,=0.98（7对）；3）圆柱直齿轮效率=0.980;4）行星齿轮传动效率n=0.960;

5、5）搅油效率n,=0990;=7.7.6.2.aI2)4S=0.9970.987X0.9860.9620.98=0.M73. 2.5传动比的分配及配齿情况采煤机摇臂传动齿轮传动比的分配与一股减速器传动比的分配有所不同，摇臂要求所有大齿轮尽量的一样大，这样设计出的摇臂才能紧凑小巧,根据以上原则齿轮的齿数与模数定为表31中所列的参数。输出转速与要求滚筒转速的误差计算:%=.3=0.5%=29.4-29=29.433.6-33.4=J33638.4-38.3=J38.3误差较小符合要求。表3-1齿轮参数表齿轮参数表序号Z1.7.2Z324Z5Z6Z728Z9Z1.OZ1.Z12Z13ZHZ15模数8

6、981025352922篙2731；,IS174916Ia52齿数24然2633轴号1IIII1.IVVIV1.IVI1.JV1.IIv111.148010571275.9758.6620.7660.I1.525.312310123.123.00H速871.9715.B762.0605.7142.00170.433.401005.3822.5875.6696.0163.30163.338.40截割部传动系统齿轮的校核计算4. 3.1概述滚筒截割到硬煤或夹肝时可能受到很大的冲击载荷，而且截割部工作的环境相当差，所以截割部齿轮的校核计算均按照驱动电机的额定全功率险算。3.3.2截齿轮，情齿轮，截二

7、大齿轮校核计弊渐开线宜齿的设计与校核参考机械工程学I（王洪欣等著，中国矿业大学出版社出版）和现代机械传动手册（现代机械传动手册编辑委员会编），校核过程中的系数均从上述两本书中查取。Z1.与Z2啮合参数及强度计算计算依据及计算过程一、齿轮参数、材料、热处理工艺及制造工艺的选定1、齿轮采用30CrMnTi,表面渗碳淬火处理，表面硬度可达5862HRC。试验齿轮齿面接触疲劳极限为。试验齿轮齿根弯曲疲劳极限。齿形为渐开线宜齿。最终加工为磨齿，精度6级。齿轮2为惰轮，其受到循环弯曲应力，所以上述齿轮2的试验齿根弯曲疲劳极限乘了一个修正系数。2、几何尺寸计算：m=8;z=25;z,=35;分度圆直径：d=

8、mz;齿顶圆直径：d=d2m（h,xy）;齿根圆直径：d=d211（h2+C生x）;其中：版三Q款二.啮合要素的验算：1和2的重合度重要计算结果。二1450MPaOm=I450MPaO=400MPaO=280MPa=3-26m=260mp=53.233mmP2-67.799nm（1）顶圆齿形曲率半彳避=J（g-（）21,216、200XCOS25、P1=)-v2)g=33.679mn=1.43I)g=P(P2-asinat);(其中正号为外啮合，负号为内啮合)端面重合度：=1.=K。曜；2mcosai3.14168cos20Xcos：sina,VCOSnOOXSin（7）重合度系奴齿根弯曲疲劳

9、强度计算各系数8）齿形系数Y9）应力修正系数Y10）重合度系数Y=0.25+0.75计算接触应力的基本值。=ZZZZ-Ho”ES0NdbH=2.5189.80.931.-2m0,Y200x901.4=2.5I89.8O.93I936!1.E!w,V280901.4接触应力：=IkkkkH10V4eB(0hF59921xV1.75x1.1.5x1.6x1.a)。掰4X1.751.15X105X1.00弯曲应力基本值；=YYYYFImtraSaP。_93602xI590.7741.09(fx8*V=X2.451.65().7741.0FM9()x8齿根弯曲应力。=CkkkkFfrpFaoB7.69

10、1.75X1.151.051.0=84.h1.75.1.51.051.0F2确定计算许用接触应力%1.时的各种系数1)肺系疑2)涧滑系数Z1.3)速度系数ZFO87.69MPaF02=84.13MPa0=1.WZ=I.vrZ=INT1.Z=11.Z=0.9H=1215MPi1.4）粗糙度系数5）工作硬化系数Z6）尺寸系数Z许用接触应力=ZZZZZZHPHIMNri.*JtIr=350!1.1.0.91.1.W1.H2Y=0.9.VT2接触强度安全系数eS=，卅HHr1215SHI871.05s_1215m736.B确定计算许用弯曲应加时的各种系数1）獭系数Y2）齿根表面状况系数丫RrrCT3）

11、尺寸系数Y=1.OH1.O1.m蜘弯搬沥O=YYY“ATRrrr了1=80.91.01.0.97三HDQ8Q91.01Q97齿根弯曲强度安全系数=1.45OMPa/Iim)=4(X)MPafhmJd=232mmd-296mma1.d=248mmd=18(hnm/2d=212mm/3P2=67.799mmP=59.11.nng=39.352mm705384F1.185.3s564.3C177.8Z2与Z3啮合参数及强度计算计算依据及计算过程重要计算结果-、齿轮参数、材料、热处理工艺及制造工艺的选定1、齿轮采用30CrMnTi,表面渗碳淬火处理，表面硬度可达5661HRG谶齿轮齿面接触疲劳榔艮为。

12、试验齿轮齿根弯曲疲劳极限。齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿，精度6级。2、几何尺寸计算：n=8zz=35:z=29:分度圆直径：dz;齿顶圆直径：d=?248、，232XCoS2(卜、V(一)2(2)g=P+(P2-asinat);(其中正号为外啮合,负号为内啮合)端面重合度；39.352xcos623mcos/3.1416x8XCOS20。(三)齿轮强度验算采煤机用的齿轮的接触和弯曲强度按照驱动电机的额定全功率验算，因为滚筒施割硬煤或夹肝时可能受到很大的尖峰负载。设计时间按T=20000h=120000()min计算。(2)圆周速度11dn3.I4136382.88606()x1000(2)

13、确定计算负载名义转矩：r=9550C=955OX则n1480名义圆周力:r.200072OI936F=，3(I2(3)应力循环次数NaN=*=1.776IOXJu29(4)确定强度计算中的各种系数接触应力强度系数D使用系数k2)动负载荷系数kZ3=2.53)齿向载荷分布系数k弯曲应力基本值：=土YYYYFOhi1.1.faSaft19W)=-X2.551.650.6991.0rm90x8.齿根弯曲应力C=kkkkr,Z(0.5。)2+(O.5Dsin8:)2：kOSind=2XJ(0.5251.1+(0.5x290x0.5-4井=286.43mmD=286.43+20.15=287.43mm;

14、外花键大径基本值:D=m(z+1)=5(58+1)=295mm;外花键小径基木值:D=m(z-1.5)=5(58-1.5)=282.5mm;花键强度验算.：298793I(XM)I-zh1.d-O.758515O585=22.4Nmn,=3771N;零珈MH和MV水平面M=2()27688Nmm;垂直面M=326987Nmm:V.合成弯矩MM=JmTTmI=J2027688，+326987?=2053884NmnvHV扭矩T弯曲平均应力镌国断扭转剪应力得应力幅与平均应力相等，即T=T=1.=4.2Nm11.-23)确定影响系数轴得材料为30CrMnTi,淬火加回火，查表得=750Nmm2,=3

15、00Nn2,t=200Nm2;轴间圆角处的有效应力集中系数ka.kr,根据r1.d=0DId=1.22查表得ka=2.75,kr=1.63;尺寸系数,&r根据截面为圆截面杳图得&a=0.6,r4).78;表面质量系数B。，B1.,根据O=75ON和表面加工方法为精车，查图得，Bo=075,B0.75;材料弯曲、扭转得特性系数中0,+T取o=0.25.t=0.125;由上面结果可得:O.34库号89型号22220CC22220CCNJ224E定制32052定制32060尺寸dXI)XB1OOx180X16：100X180X46120X215X40定制260X400X87定制300X160X100

16、下操作顺序接上符合要求的泵、电后，进行整机空载运行。并检查各运转部分的声音是否正常，有无异常的发热和渗漏现象，再操作各电控按钮和手把，检查动作是否灵活、可率。内、外喷雾是否正常，采煤机与输送机配套是否合适。二、采煤机的操作采煤机在井上检查与试运转正常后，即可送下井。运送时.，要根据矿井的具体条件将机器解体成几部分。整机解体一般可分为几大件：中间箱、左右行走部、左右摇臂、左右滚筒。对解体后外露的空、腔必须严密封闭：xi裸露的结合面、齿轮、轴头、管接头、电器插头、操作手把、按钮必须采取保护措施；对某些活动部分必须加以固定；油管、水管两端必须堵后包扎方能下井；对紧固件和零碎小件必须分类装箱下运，以免

17、丢失。井下组装与检查同地面相同。采煤机司机必须经过地面培训，才能上囱。操作注意事项：1、机前检查：(1)必须检查机器附近有无工作人员工作：(2)检查各操作手把、按钮及离合器手把位置是否正常；(3)油位是否符合规定要求，有无渗漏现象：2、采煤机在启动前，必须先开水，后开机；停机时，先停机后关水；3、未遇意外情况，在停机时不允许使用“紧急停车措施”。4、操作中随时注意滚筒位置，要防止割顶、割梁和丢顶、漂低等：5、要随时注意电缆和水管工作状态，防止电缆和水管挤压、整劲和跳槽等事故的发生；6、注意观察油压、油混及机器的运转情况，如有异常，应立即停车检1Itisshownthatthere1.ative

18、deviationoftheaverageDCsupp1.iedcurrentofthepowerconverterintheSwitchedRc1.uctanccmotor1andintheSwitchedRe1.uctancemotor2iswithin10%V.CONC1.US1ONThepaperpresentedthedoub1.eSwitchedRe1.uctancemotorspara1.1.e1.drivesystemforthee1.ectrica1.tractioninshearer.Thenove1.typeoftheshererincoa1.minesdrivenbyt

19、heSwitchedRe1.uctancemotorsdrivesystemcontributestoreducethefau1.tratiooftheshearer,enhancetheoperationa1.re1.iabi1.ityoftheshearerandincreasethebenefitofthecoa1.minesdirect1.y.Thedrivetypeofthedoub1.eSwitchedRe1.uctancemotorspara1.1.e1.drivesystemcou1.da1.socontributetoenhancetheoperationa1.re1.iab

20、i1.itycomparedwiththedrivetypeofthesing1.eSwitchedRckictanccmotordrivesystem.中文翻译开关磁阻电动机驱动电牵引采煤机摘要-本文介绍了双开关磁阻电动机并联传动系统控制驱动电牵引采煤机。本文介绍了系统的各个组件，如开关磁阻电机，主电路中的功率变换器和控制器等。这里给出了它的控制原理，它主要是用PI算法和载荷均匀分布的模糊算法获得信号来控制电机转速这样一个闭环系统。这里也列出了它的测试结果。测试结果表明，在磁阻电动机1上供应的平均直流电流于在磁阻电动机2上的相对误差在10%以内。关键词：开关磁阻：电机控制：采煤机：煤矿；电牵

21、引。1、导言地下矿井周围的环境是相当恶劣的。一方面，它非常潮湿和高粉尘并且属于易燃易爆环境。而在另一方面，井下的空间是非常有限的，因为它要节约开采矿井的投资，所以这些给井卜.设备的维护带来了很大的困难。在现代煤矿开采过程中，自动化设备得到了广泛的使用，但是自动化设备的故障，可以影响到煤矿的正常生产和生产效益。采煤机是可以将煤从煤壁中开采下来的采矿设备。传统的采煤机是用液压传动系统驱动的，但是由于液压系统中的油液很容易被污染所以导致液压系统的故障率很高。液压传动系统的故障可能直接影响矿井的生产和效益。电机驱动系统的故障率相对液压传动系统是比较低的，但是由于电机安装在防暴外壳中所以给电机的冷却带来

22、了困难。电机驱动系统也自动化设备是其中的关键部件，所以发展新型电动机调速系统一直是煤矿开采重视的问题。开关磁阻电机驱动之所以能成为煤矿主要设希的调速电气传动系统，1因为它具有较高的运行可毒性和容错能力2。开关磁阻电机驱动由双凸极开关磁阻电机，单极功率变换器和控制器组成，它们被固定在电机和电力变换器中。在电机中没有电刷结构，并且双极功率变换器的功率变换器的故障率比较低。开关磁阻电动机可以用在电机和功率变换器相故障少，而且每种相故障取决于其本身的情况b开关磁阻电机中没有绕组转子等，所以没有铜损的损失，只有在转动过程中很少的铁损。这样开关磁阻电机就很容易冷却了,因为它没有必要冷却转子。采煤机用的开关

23、磁阻电机驱动已经研制成功。文章中给出了样机。二、系统组件研制成功的驱动电牵引采煤机的开关磁阻电机驱动是一种双重开关磁阻电动机并联驱动的系统。该系统是由两个开关磁阻电动机和一个安装功率变换器和控制器的捽制箱。通过两个开关磁阻电动机都是三相12/8结构。开关磁阻电机如图1所示。两个开关磁阻电动机都分别包在防爆外壳中。其中电机额定功率40千瓦，额定转速1155转/分钟，调速范围从100转/分钟到1500rmin.功率转换包括两个三相对称桥功率转换器并联。该IGBT的则作为主开关。三相380V交流电源被整流并供应给电源转换器。主电路中的功率变换器如图2所示。IGBTS是主要使用的开关磁阻电机。在控制器

24、中，有转子位置检测电路，整流电路，电压和电流的保护电路，主开关的栅极驱动电路和闭环转速，负荷平衡分布的数字控制器。三控制策略这两个开关磁阻电机都可以在相同的牵引导轨上驱动所有采煤机的输电装备，因此这两个开关磁阻电动机转子的转速就可以达到同步。这个以闭环系统控制转速的双重开关磁阻电动机驱动系统时可以采用P1.算法。在开关磁阻电动机1中，功率变换器中主开关的触发信号是通过调制PwM信号来给定的，当比较给定转速和实际转速时，所用占空比的WM信号，其规定如下：在上式中，ng表示给定的转速，M表示实际的速度，e表示给定和实际转速之间的偏差，【)表示开关磁阻电动机1在K时刻时PWM信号占空比的变化量，Ki

25、表示积分系数，Kp是比例系数，Ck表示在k时刻时转子转速的差值，ck-1.表示在k-1.时刻时转子转速的差别，D1(k)表示k时刻时开关磁阻电机1上PWM的占空比，D1.(K-I)表示k1时刻时开关磁阻电机1上PWM的占空比。开关磁阻电动机调速系统的输出功率是与所供应的直流电流成比例的，其转换关系如下：P2c1.在此式中，P2是开关磁阻电动机调速系统的输出功率，I表示电源转换器所供应的直流电流的平均值。图2主电路中的功率转换器在开关磁阻电动机2中，电源转换中主开关的触发信号也是通过PWM信号所给定的。这两开关磁阻电动机可以通过模糊逻辑算法来平衡其所承受的我荷。在模糊逻辑算法的调节中，有两个输入

26、控制参数，一个是电力转换器供应这两个开关磁阻电动机的直流电流平均值之间的偏东，另一个是电力转换器供应这两个开关磁阻电动机的直流电流平均值之间偏差的变化。输出参数是开关磁阻电动机2的PWM信号占空比的增贷。在图3的方框图中给出了电牵引采煤机中双重开关磁阻电动机的并联驱动系统。在Ti时刻电力转换器供应给这两个开关磁阻电动机的直流电流的平均值的偏Sie-I-In:e=e-e上式中，ei表示在1.时刻电力转换器供应给这两个磁阻电动机开关的平均直流电流的偏差。在ti时刻开关磁阻电机2的PwM信号的占空比为：2(i)=2(i-1.)2上式中，AD表示在Ii时刻时开关磁阻电机2的PWM信号占空比的增霸i1.

27、垃，QM1.表示在11时刻时开关磁阻电机2的PWM信号的占空比。图3电采煤机中的双磁阻开关并联系统方块图这种模糊逻辑算法可以表示成如下形式：ififE=E,andEC-ECthenU-(Hkii=1.,2,.,m,j=1.,2,.,n上式中，E表示电源转换器供应给这一对开关磁阻电动机的平均直流电流的偏差的模糊值，EC表示电源转换器供应给这两个开关磁阻电动机的平均直流电流偏差的变化的模糊值，U表示开关磁阻电动机2的PWM信号占空比增量的模糊值。电力转换器供应给这两个开关磁阻电动机的平均直流电流之间的连续偏差可以在区间-5,+5的范围内变化，其理论根据如下：e=INT1.KeJK=220.在区间0

28、5,+5范围内，开关磁阻电动机2的PwM信号占空比的离散增量可以表示成在区间乐+%内的连续变化，其理论根据如下：D20=IN-KoD基于上述原则模糊逻辑算法就形成r既定形式，这将被储存在控制器的存储空间中。当这两个开关磁阻电动机之间负载有差异时，基于模糊逻辑算法的既定形式开关磁阻电机2的PWM信号的占空比能够得到调整，从而这两个开关磁阻电动机上的负载便可以达到平衡。四、测试结果研制成功的双开关磁阻电机并联驱动系统样机己经进行了测试实验。表一给出了测试结果，其中。是开关磁阻电动机1中，供应给电源转换开关的平均直流电流相对误差，o：是开关磁阻电动机2中，供应给电源转换开关的平均直流电流相对误差。T

29、AB1.EITESTSRES1.SQFPRoTOTYERotofpeed(rmin)Im（八）I1.n（八）O,(%)O2%15343.85158.1+8.150095.1109.8.7.2+7.270090.698.64.24.2115580.589.050+5.0150068.875.14.4+4.4测试结果表明，磁阻开关电动机中供给电源转换开关的电流偏差在10%之内。五、结论文中描述了电牵引采煤用的双开关磁阻电动机并联传动系统。在矿区使用的开关磁阻电动机调速系统驱动的新型采煤机大大降低了采煤机的故障率，提高采煤机的运行可靠性能直接提高煤矿的经济效益。驱动型的双重开关磁阻电动机并联驱动系统

30、相比驱动型的单一开关磁阻电动机调速系统也有助于提高运行可靠性。致谢本学位论文是在我的导师杜长龙教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，杜老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在设计、审图和结稿修改过程中机电学院赵武老师也给与我很大的帮助，在此谨向杜老师、赵老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在毕业实习过程中给与我们很大帮助的李建平老师、徐州机修厂、一机厂的领导和大屯煤电公司设备租赁站梁工，大屯煤电公司徐庄矿的领导和工程师。从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友

31、给了我无言的帮助，在这里话接受我诚挚的谢意！附录：截二轴机械加工工艺过程卡工序;工序：名称工序内容定位基准1锻模锻；热处理：正火：检查2铳，钻铳两羯面；钻顶尖孔，螺纹孔，攻丝m1.23车仿形粗车大端各段外圆，留精车加工余量两顶尖孔4车仿形粗车小端各段外圆，留精车加工余量两顶尖孔5研研磨顶尖孔6车仿形精隼大端各段外圆，留磨加工余量顶尖孔7车仿形精华小端各段外圆，留磨加工余量顶尖孔8车车花键插齿越程槽并检验顶尖孔9滚齿滚渐开线直齿留剃加工余量10剃齿剃齿留而加工余量11热处理齿轮渗碳及消除渗碳后变形，检验12车切除外花键部分渗碳层，车总长至3400/顶尖孔1210插齿插外花键齿14热处理淬火，淬火后变形15检验16而磨而磨渐开线宜齿至图纸要求顶尖孔17磨磨花键齿外径顶尖孔IS磨磨轴径4130+,&130+顶尖孔19入库