機械畢業(yè)設(shè)計（論文）mg300采煤機截割部設(shè)計及截齒優(yōu)化【全套圖紙sw三維】

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1、 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 全套圖紙，三維，加153893706 姓 名： 學(xué) 號： 22101313 學(xué) 院： 徐海學(xué)院 專 業(yè)： 機械工程及自動化10-2 　 設(shè)計題目： MG300/700-WD型采煤機截割部設(shè)計及截齒優(yōu)化 專 題：

2、 指導(dǎo)教師： 職 稱： 教授 2014年 6 月 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院 徐海學(xué)院 專業(yè)年級 機自10-2 學(xué)生姓名 任務(wù)下達日期： 2013年 10月 14 日 畢業(yè)設(shè)計日期： 2013 年12月30日至2014 年6月7日 畢業(yè)設(shè)計題目：MG300/700-WD型采煤機截割部設(shè)計及截齒優(yōu)化 畢業(yè)設(shè)計專題題目： 畢業(yè)

3、設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 參考參數(shù) 截割部功率： 300kW 滾筒截深： 800mm 采高范圍： 1.8—3.6m 煤層傾角： Y<40° 電動機轉(zhuǎn)速： 1470轉(zhuǎn)/分 滾筒轉(zhuǎn)速： 35轉(zhuǎn)/分 頂板中等穩(wěn)定、地板起伏不大 牽引方式：電牽引 設(shè)計要求 1、文獻檢索綜述及外文翻譯，完成采煤機總體方案設(shè)計及其與運輸機、液壓支架的選擇配套布置； 2、截割部傳動及結(jié)構(gòu)設(shè)計 3、完成截割部零件工作圖設(shè)計； 4、編寫完成整機設(shè)計計算說明

4、書。 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月

5、 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱

6、教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回

7、 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯誤 有原則性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負責(zé)人： 年 月 日  摘 要 在當(dāng)前能量體系下，煤炭資源依然是我國的主要能源，并且

8、近期這種格局不會有什么大的變動。而采煤機作為采煤作業(yè)的主要機械，它的性能對生產(chǎn)率有重大影響，因此當(dāng)前仍需對采煤機進行大力研究。本文介紹了采煤機的發(fā)展狀況，以及采煤機的類型和工作原理，完成了對MG300/700-WD型采煤機截割部傳動系統(tǒng)的設(shè)計。除此之外，對截齒進行了靜力學(xué)分析，并針對提高截齒使用壽命提出了相關(guān)建議。 本文所設(shè)計的采煤機截割部傳動系統(tǒng)由四級齒輪傳動組成，動力由電動機輸出，然后依次通過三級直齒圓柱齒輪與行星輪系傳遞力和扭矩，讓輸出軸上的滾筒工作。截割部減速器最后一級用的是行星齒輪結(jié)構(gòu)，這一做法減小了結(jié)構(gòu)尺寸。 本文完成了截割部傳動系統(tǒng)設(shè)計，通過已知條件先是對截割部電動機進行選型

9、，然后進行總傳動比的計算和分配，完成了齒輪模數(shù)和齒數(shù)的選擇；對傳動裝置運動參數(shù)進行計算，通過計算得知各軸的轉(zhuǎn)速、功率以及轉(zhuǎn)矩；進行了圓柱齒輪的設(shè)計及校核，完成8個齒輪的設(shè)計校核工作；進行了行星齒輪的設(shè)計及校核，先是進行行星齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝進行選定，然后精確計算齒輪模數(shù)、幾何參數(shù)及裝配條件，最后完成行星齒輪的強度校核；完成了花鍵的設(shè)計及校核；進行了軸及軸承的設(shè)計及校核；利用ANSYS軟件對鎬型截齒進行了靜力學(xué)分析，得到了截齒在工作時的受力和變形情況，然后對鎬型截齒破損原因進行了分析并提出相關(guān)改進建議。 本設(shè)計的創(chuàng)新點：使用了兩個惰輪來增加搖臂長度。利用solidworks進行滾筒

10、的3D建模，使用ANSYS軟件對鎬型截齒進行了靜力學(xué)分析，得到了截齒在工作時的受力和變形情況，然后對鎬型截齒破損原因進行了分析并提出相關(guān)改進建議。 關(guān)鍵詞：采煤機 ；截割部 ；行星輪減速器 ；截齒；有限元分析 ABSTRACT At present , coal is still the country 's main resource of energy , and the pattern sitiuation will not change for a long time. Shearer as the main mechanical coal mining ope

11、rations , its performance has a significant impact on productivity, this makes the study still need to vigorously Shearer currently This article introduced the present domestic coal mining machine's present situation and the trend of development, as well as coal mining machine's type and the princip

12、le of work, completed the MG300/700-WD electricity to tow coal mining machine's complete machine contour topological design, MG300/700-WD coal mining machine cutting department are mainly are composed of four level of gear drive, the cutting department electrical machinery placed in the rocking shaf

13、t the crosswise arrangement, the power which the electric motor output by way of the third-level straight spur gear and the planet gear train transmission, finally head roll revolving. Cutting department uses the planet gear structure, reduced the structure size, uses the curved rocking shaft design

14、, has enlarged the coal space, enhanced the coaling effect. This article is designed shearer cutting unit drive system consisting of four gear , powered by a motor output , to be followed by three spur gear planetary gear train passing power and torque , so that the output shaft of the drum work .

15、Finally, a reduction gear cutting unit with a planetary gear structure , this approach reduces the structure size . This paper completed the cutting unit drive system design , first on the cutting unit by a known electric motor selection criteria, and then calculate and allocate the total transmiss

16、ion ratio , completing the gear teeth of the modulus and choice ; motion parameters for transmission calculated by calculating that each axis of speed, power and torque ; conducted a check of spur gear design and complete design verification work eight gears ; carried out the design and checking of

17、planetary gears , planetary gears , first performed materials, heat treatment and manufacturing process for the selection , and then accurately calculate modulus gear , geometric parameters and assembly conditions , finalizing strength check planetary gears ; finished spline design and checking ; co

18、nducted a shaft and bearing design and checking ; using ANSYS software picks were ho -type static analysis , has been working in the force and deformation cutter, then pick type cutter analyzes the causes of the damage and make relevant recommendations for improvement. The innovation of this design

19、 : the use of two idler arm to increase the length . Build 3d model by using SolidWorks software ,picks were static analysis , make study in the force and deformation cutter by finit element analyis, then pick type cutter analyzes the causes of the damage and make relevant recommendations for improv

20、ement. Keywords: shearer; cutting unit; planetary gear reducer; picks;finit element analyis  目錄 1 概 述 1 1.1 采煤機的發(fā)展狀況 1 1.2 采煤機簡述 1 1.2.1 采煤機的分類和組成 1 1.2.2 滾筒采煤機的工作原理 2 1.2.3 采煤機械工作過程 3 1.2.4 滾筒采煤機的特點 4 1.3 選題的目的和意義 5 1.4 論文主要研究內(nèi)容 5 2 MG300/700-WD采煤機的主要技術(shù)參數(shù)和特點 7 2.1 主要技術(shù)參數(shù) 7 2.2 M

21、G300/700-WD采煤機的主要特點 8 3 截割部的設(shè)計 9 3.1 截割部概述 9 3.2 截割部傳動裝置特點 9 3.3 截割部的傳動系統(tǒng)設(shè)計 10 3.3.1 已知條件 10 3.3.2 截割部電機的選擇 10 3.3.3 總傳動比的計算 10 3.3.4 傳動比的分配 11 3.3.5 齒輪的模數(shù)與齒數(shù)選擇 12 4 傳動裝置的運動參數(shù)計算 13 4.1 各軸的轉(zhuǎn)速 13 4.2 各軸的功率 14 4.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 14 5 圓柱齒輪的設(shè)計及校核 16 5.1 圓柱齒輪1和惰輪2的設(shè)計與校核 16 5.2 圓柱齒輪3的設(shè)計及校核 21 5.3 圓

22、柱齒輪4與齒輪5的設(shè)計及校核 26 5.4 圓柱齒輪6與惰輪7的設(shè)計及校核 30 5.5 圓柱齒輪8設(shè)計及校核 35 6 行星齒輪設(shè)計及校核 40 6.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 40 6.2 計算齒輪模數(shù) 40 6.3 幾何參數(shù)的計算 42 6.4 裝配條件的計算 43 6.5 齒輪強度驗算 44 7 花鍵的設(shè)計及校核 55 7.1 截一軸花鍵設(shè)計計算 55 7.2 截二軸花鍵設(shè)計計算 57 7.3 截三軸花鍵設(shè)計計算 59 7.4 截四軸花鍵設(shè)計計算 61 7.5 輸出軸花鍵設(shè)計計算 63 8 軸及軸承的設(shè)計及校核 65 8.1 截一軸及軸承的

23、設(shè)計及校核 65 8.2 截二軸及軸承的設(shè)計及校核 69 8.3 截三軸及軸承的設(shè)計及校核 74 9 鎬型截齒靜力學(xué)分析與損壞分析 80 9.1 鎬型截齒的結(jié)構(gòu)介紹 80 9.2 鎬型截齒的切削角度分析 82 9.3 鎬型齒的靜力學(xué)分析 83 9.3.1 建立截齒模型 83 9.3.2 約束與加載 84 9.3.3 求解與結(jié)果調(diào)取分析 85 9.4 鎬型齒損壞分析與改進建議 86 9.4.1 鎬型齒損壞的分析 86 9.4.2 截齒損壞原因總結(jié) 87 9.4.3 提高截齒使用壽命的建議 88 10 結(jié) 論 90 參考文獻 91 英文原文： 93 致 謝 112

24、 1 概 述 我國是產(chǎn)煤和用煤大國，盡管石油、天然氣、風(fēng)能和核能等其他能源發(fā)揮著各自的優(yōu)勢和作用，我國最主要的能源依然是煤炭。隨著21世紀社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，世界對煤炭資源的需求增加，煤炭工業(yè)的機械化進一步得到促進，采煤機也發(fā)展成為目前最主要的采煤機械。 1.1 采煤機的發(fā)展狀況 (1)橫向多電機驅(qū)動方式是現(xiàn)在絕大多數(shù)新生產(chǎn)的采煤機所采用的。 (2)最大總裝機功率不斷增加，采煤機截深不斷增加。 (3)采煤機各個組成板塊之間采用液壓、銷軸等更簡單可靠有效的連接方式。 (4)液壓牽引方式逐漸退出歷史舞臺，電牽引方式得到大力推廣。 (5)MG200是我國高檔普采

25、和節(jié)約型綜采的主要機型，由于性能等方面已不能滿足生產(chǎn)要求，需要研制新的替代機型，國內(nèi)一些機構(gòu)已經(jīng)著手開始研究，并取得了不錯的效果。 (6)讓截割部與牽引部融為一體，能充分利用空間，結(jié)構(gòu)相當(dāng)緊湊。 (7)不用底托架。 (8)特殊工作條件用采煤機得到眾多研究。 (9)部分采煤機真正實現(xiàn)了工作面的無人化安全生產(chǎn)。 1.2 采煤機簡述 1.2.1 采煤機的分類和組成 采煤機分法很多，有按照截割機構(gòu)類型分的，有按照牽引形式分的，有按功率分的。一般情況下我們是按照采煤機工作機構(gòu)的類型進行分類的，可以分為一下幾種： 。 目前，用的最多的是滾筒采煤機，因為這種采煤機適應(yīng)性好，效率高，可靠性高

26、。 圖 1-1 雙滾筒采煤機 1.2.2 滾筒采煤機的工作原理 雙滾筒采煤機截割煤巖時，前滾筒調(diào)高，割頂煤，后滾筒調(diào)低，割底煤，因此采煤機沿工作面行走一次，可以推進一個截深，回程時又可以推進一個行程，也就是說，采煤機來回一次可以推進兩個截深。 為向刮板機順利運煤，順時針旋轉(zhuǎn)的滾筒（從采空區(qū)看），螺旋葉片應(yīng)為右旋；逆時針旋轉(zhuǎn)的滾筒（從采空區(qū)看），螺旋葉片應(yīng)為左旋，即“左轉(zhuǎn)左旋，右轉(zhuǎn)右旋”。 對于而言，要讓兩個滾筒的，從而才能不破壞采煤機的整體穩(wěn)定性，一定要使兩個滾筒對滾。 圖1-2 采煤機滾筒 1.2.3 采煤機械工作過程 采煤：、、、。 這里面，采煤機獨自進行了落

27、煤和裝煤操作。 在一個綜采工作面中，采煤機是主要設(shè)備，但是還要有其他機械的輔助，在工作面中，最主要的設(shè)備除了采煤機外，就是液壓支架和刮板運輸機。液壓支架和采煤機之間要有一個安全距離，一是為了工作人員通過，二是防止采煤機在落煤時有大的煤塊彈出，傷到工作人員。這三者的關(guān)系如下圖1-3。 1、滾筒采煤機 2、刮板輸送機 3、液壓支架 圖1-3 三機配套圖 1.2.4 滾筒采煤機的特點 （1）使用范圍廣，各種類型的煤都可以用滾筒采煤機來采割，對煤層地質(zhì)條件的要求較低，對于地板起伏不平、層厚變化大、煤粘頂、有落差不大的斷層以及不同性質(zhì)的頂板等煤層條件，采煤機都能適應(yīng)； （2）；

28、 （3），； （4）操作便捷、方便； （5）有向標準化發(fā)展的趨勢。 但是滾筒采煤機也有其缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改進困難，價格昂貴；相比較其他類型采煤機而言，割落出來的煤塊度小，粉塵量大，比能耗高。一般采煤單位能耗為。 但是，總的來說，滾筒采煤機的優(yōu)點相比較其他機型更占優(yōu)勢，這也是為什么滾筒采煤機是現(xiàn)在采煤機領(lǐng)域的主要機型。 1.3 選題的目的和意義 我國是產(chǎn)煤和用煤大國，盡管石油、天然氣、風(fēng)能和核能等其他能源發(fā)揮著各自的優(yōu)勢和作用，我國最主要的能源依然是煤炭，而且近期這種能源格局不會改變。因此，對煤炭的高效開采及合理利用仍是我國需要努力的方向，這將使我國不僅是能源開采和利用大國，更是能源

29、方面的強國。 談到煤炭的高效開采，就要從采煤環(huán)節(jié)的源頭采煤機說起。采掘機是采煤的主要機械之一，而采煤機截割部作為采煤機消耗功率最大的組成部分，其性能的好壞對采煤機整體性能的好壞起到至關(guān)重要的影響。因此，基于上面所闡述的采煤機的應(yīng)用背景，本文選擇對采煤機截割部進行設(shè)計。本文通過對截割部的設(shè)計及截齒的優(yōu)化來提升截割部的性能，從而提升采煤機的性能，具有一定實際意義和價值。 1.4 論文主要研究內(nèi)容 本文對MG300/700-WD采煤機的截割部進行了設(shè)計，并對截齒進行了靜力學(xué)分析，隨后提出了提高截齒使用壽命的若干建議。具體包括以下內(nèi)容： （1）截割部傳動系統(tǒng)設(shè)計，通過已知條件先是對截割部電動機

30、進行選型，然后進行總傳動比的計算和分配，完成齒輪模數(shù)和齒數(shù)的選擇。 （2）傳動裝置運動參數(shù)的計算，通過計算得知各軸的轉(zhuǎn)速、功率以及轉(zhuǎn)矩。 （3）圓柱齒輪的設(shè)計及校核，完成8個齒輪的設(shè)計校核工作。 （4）行星齒輪的設(shè)計及校核。先是進行齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定，然后精確計算齒輪模數(shù)、幾何參數(shù)及裝配條件，最后完成齒輪強度校核。 （5）花鍵的設(shè)計及校核。 （6）軸及軸承的設(shè)計及校核。 （7）鎬型截齒靜力學(xué)分析及失效研究。建立簡化的鎬型截齒有限元模型，通過有限元分析軟件ANSYS進行約束加載，進行靜力學(xué)分析。對鎬型截齒破損原因進行了分析并提出相關(guān)建議。 全套完整版加15

31、3893706 2 MG300/700-WD采煤機的主要技術(shù)參數(shù)和特點 2.1 主要技術(shù)參數(shù) 本文所設(shè)計的MG300/700-WD交流電牽引采煤機，是多電機橫向布置型的，各個組成板塊能夠?qū)崿F(xiàn)積木式組合。該機有左右兩個截割電機，每個功率為300KW，有左右兩個牽引電機，每個功率為40KW，適于傾角≤40°，頂板中等穩(wěn)定，中硬及硬質(zhì)煤層或含矸石夾層煤層的開采。 表2-1 MG300/700-WD主要技術(shù)參數(shù) 型 號 單位 MG300/700-WD 采 高 m 1.8～3.6 截 深 mm 630、800 適用傾角 ≤40° 滾筒直徑 m

32、m Φ1800、Φ2000、Φ2200 滾筒轉(zhuǎn)速 r/min 30.8、35、40.2 搖臂長度 mm 2200 搖臂擺動中心距 mm 6258 牽 引 力 KN 535 牽引速度 m/min 0～7.9/13.12 牽引形式 電牽引 機面高度 mm 1426 滅塵方式 內(nèi)外噴霧 裝機功率 KW 300×2+40×2+20 電 壓 V 1140 整機質(zhì)量 T 40 配套輸送機 、、 2.2 MG300/700-WD采煤機的主要特點 （1）截割電機是以橫向布置的方式布置在搖臂上的，搖臂和機身通過銷軸連接

33、，之間沒有動力傳輸。 （2）機身分成三部分，及中間箱和左右牽引部，沒有底托架，連接用的是液壓螺栓，方便可靠。 （3）用的是四象限運行技術(shù)，可以用于急傾角煤層的開采 （4）可以選擇“”或“”的方式。 “”方式是指兩個牽引電機分別有兩個變頻器來控制，工作可靠性高；而“一拖二”方式采用兩臺牽引電機用同一個變頻器控制，系統(tǒng)簡單劃算。 （5）電控部分采用PLC來實現(xiàn)，能夠?qū)嵕€開機操作步驟的提示，以及故障分析和記憶，全部以中文顯示。 （6）、等安保功能。 （7）簡單安全。 （8）老塘側(cè)可以抽出大部分部件，維修容易。 （9）做得好，生產(chǎn)效率高。  3 截割部的設(shè)計 3.1 截割部概

34、述 螺旋滾筒、減速器與截割電機等共同組成采煤機截割部，截割部的作用是將煤從煤壁上割落下來。對于單滾筒采煤機，截割部只有一個，而對于雙滾筒采煤機而言，截割部有兩個，左右對稱。 現(xiàn)在采煤機都采用螺旋滾筒，滾筒同時有破煤和裝煤兩種功能。滾筒是整個機械傳動裝置的終端，動力由電機一步步傳遞到截割滾筒。調(diào)高功能是滾筒采煤機理應(yīng)具有的，以應(yīng)對煤層厚度改變與底板起伏的情況。 截割部是耗能最大的地方，其功率占采煤機總功率的絕大部分比重。截割性能的好壞對采煤機的生產(chǎn)率和比能耗有直接影響。 3.2 截割部傳動裝置特點 （1）電機軸轉(zhuǎn)速為1470r/min左右，滾筒轉(zhuǎn)速為30～50r/min，總傳動比為30

35、～50，共需要3～4級齒輪減速。 由于采煤機機身高度有嚴格的限制，因此各級傳動比不能一樣大，一般說來上一級傳動比要大于下一級，這樣才能保證各級尺寸均勻。 圓柱齒輪傳動比一般不大于，行星齒輪傳動比可以達到。 （2）當(dāng)電動機要同時驅(qū)動截割部和牽引部時，必須要設(shè)置離合器，以便采煤機在調(diào)動或檢修時電機不能驅(qū)動滾筒。 離合器通常設(shè)置安裝在高速級，從而達到減小尺寸的目的，且便于操縱。 （3）搖臂調(diào)高。一般設(shè)計上會在減速級中設(shè)置多個惰輪，以使搖臂符合長度要求。通常一級減速。少數(shù)搖臂兩級減速。 （4）行星齒輪傳動比較大。 （5）采煤機齒輪一般為修正后的齒輪，齒數(shù)較少。 3.3 截割部的傳動系

36、統(tǒng)設(shè)計 截割部布置，減速器各級彼此獨立，，。 優(yōu)點： （1）結(jié)構(gòu)簡化，制造、裝配簡單，維修方便，； （2）電動機各自獨立驅(qū)動，各傳動系統(tǒng)也是獨立的； （3），，； （4）組裝、拆卸和維修方便。 缺點： （1）首尾兩電動機功率相同，但截割條件不同，必有一個電機存在功率浪費； （2）電控系統(tǒng)較復(fù)雜。 3.3.1 已知條件 （1） 采高范圍1.8m～3.6m； （2） 煤層傾角 ≤40° （3） 截割功率2×300kW （4） 滾筒轉(zhuǎn)速 35r/min 3.3.2 截割部電機的選擇 電機型號： YBC-300 額定功率（kw）： 300

37、 kW 額定電壓（V）： 1140 V 額定電流（A）： 180 A 額定轉(zhuǎn)速（r.p.m）： 1470 r.p.m 電機的轉(zhuǎn)矩： 3.3.3 總傳動比的計算 電機轉(zhuǎn)速：1470 r/min 滾筒轉(zhuǎn)速：35 r/min 總傳動比：  分析情況。在ANSYS 中設(shè)置智能劃分，結(jié)果如圖 9-5 所示。 圖 9-5 劃分網(wǎng)格結(jié)果 9.3.2 約束與加載 添加約束條件時，需要考慮到采煤機的工作條件相當(dāng)惡劣，極易發(fā)生煤塵阻塞在齒座里，截齒將沒法繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，所以約束時把截齒底部及齒身嵌在齒座里的部分約束住，約束結(jié)

38、果如圖9-6所示。 根據(jù)搜集的有關(guān)材料計算，最大截割阻力Z 為8.9 KN，進給力Y 值為6.5 KN，側(cè)向力X 值為5.4 KN。因為齒尖是截齒主要承力部分，為了簡化分析，把力集中加載在齒尖處。 圖9-6 約束結(jié)果 9.3.3 求解與結(jié)果調(diào)取分析 在Solution 中選擇Solve ，然后選擇Current LS ，進行有限元求解。 求解完成后，在General Postproc中查看求解結(jié)果，可以圖形化方式顯示應(yīng)力應(yīng)變變化云圖，也可以設(shè)置路徑以曲線形式查看求解結(jié)果。 圖 9-5 鎬型齒變形圖 根據(jù)以上分析結(jié)果得出：采煤機工作時，截齒最大應(yīng)力出現(xiàn)在截齒中部，齒身根部；最大

39、變形出現(xiàn)在截齒齒尖處。 根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實際，本文接下來將對鎬形齒的損壞形式和原因進行一番分析，并提出提高其使用壽命的一些建議。 9.4 鎬型齒損壞分析與改進建議 鎬型截齒作為螺旋滾筒截割煤巖的工作刀具，主要作用是落煤和碎煤，工作條件惡劣，所以截齒本身需要有足夠的強度及耐磨性。截齒是采煤機上的易損件，如果截齒工作時失效率過高，勢必要經(jīng)常更換截齒，不僅影響生產(chǎn)進度還會增加生產(chǎn)費用。因此，為了提高采煤機截齒的使用性能及使用壽命，以采煤機截齒為研究對象進行相關(guān)研究具有重大意義。 9.4.1 鎬型齒損壞的分析 鎬型截齒的工作條件惡劣，損壞率很高，下面羅列出其主要損壞形式： 1

40、)磨損損壞 由統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果，竟然有半數(shù)以上的截齒損壞是由磨損產(chǎn)生的，顯而易見，磨損損壞是截齒損壞的主要原因。新安裝的截齒，本來是銳利的，隨著工作時間的增加，和煤壁不斷接觸損耗，慢慢變鈍，慢慢產(chǎn)生磨損。截齒變鈍，于是切削刃部分與煤巖接觸面積增加，從而使得破碎煤巖壓力變大，阻力增加，從而造成粉塵過多產(chǎn)生，而且受力面積增加將降低塊煤率。 如果設(shè)計、安裝科學(xué)合理的話，理論上鎬型截齒可以起到自銳作用，然而，截齒工作條件畢竟是十分惡劣的，很多情況下，會出現(xiàn)截齒被卡在齒座中不能自由旋轉(zhuǎn)的情形，從而造成只有固定的一面磨損，損壞必然加快。 2)刀頭掉落 截齒在作業(yè)時，齒尖這塊始終處在截割最前沿，絕

41、大部分來自煤巖的猛烈的沖擊力都由其承受。循環(huán)往復(fù)的強烈沖擊，使得截齒齒尖刀頭有可能變得松動，這時候刀頭將會發(fā)生掉落。而失去了刀頭的截齒與煤巖接觸面積大增，截割能力將幾乎喪失，成了截割煤巖的累贅，增加了截割阻力，憑白浪費了功率。 3)刀頭崩刃 截齒在作業(yè)時，一直承受著循環(huán)往復(fù)的猛烈的沖擊。由于工作條件惡劣，煤巖中巖石分布不均，受力環(huán)境存在很大的不確定性。很有可能出現(xiàn)齒刃一部分在截割巖石，另一部分在截割較軟的煤。這樣截割煤的部分將受到拉應(yīng)力作用，當(dāng)拉應(yīng)力刀頭材料的強度極限時刀頭部分會發(fā)生碎裂，這時候崩刃就容易形成，或者進一步折斷刀頭。 崩刃后，情況變得和前面一個情形一樣，截齒與煤巖接觸面積加

42、大，從而增加了截割煤巖的阻力，降低了生產(chǎn)率和塊煤率，增加了粉塵量。 4)齒身斷裂 當(dāng)截齒遇到截割異常堅硬的巖石等特殊情況時，將會承受非常大到集中力。而這將導(dǎo)致截齒的布置 、形狀之類的發(fā)生改變，使得刀身發(fā)生形變，從而不能再正常完成截割工作。另外，截齒齒身強度不夠，如果變形過度使得齒身也直接承受煤巖作用力時，很可能造成齒身發(fā)生斷裂。 9.4.2 截齒損壞原因總結(jié) 結(jié)合以上截齒損壞形式，可以知道截齒的損壞形式主要有磨損、刀頭脫落、刀頭崩刃、刀身斷裂等，而造成這些破損形式出現(xiàn)的原因如下： 1)設(shè)計不合理，改進不足 隨著時代的發(fā)展，采煤機總裝機功率越來越大，滾筒尺寸越做越大，采煤機最大采高也

43、跟著水漲船高。而這造成了采煤機作業(yè)時受力條件也比以前更加復(fù)雜，對采煤機工作性能要求更加嚴苛。同樣，工作條件的變化也使得截齒的性能參數(shù)要發(fā)生相應(yīng)地變化才能跟上時代的變化，滿足使用要求。然而，多年以來，截齒的設(shè)計方法不夠先進 ，分析手段也比較落后 ，在實驗研究以及理論分析領(lǐng)域沒有得到足夠的關(guān)注。由于在理論方面沒有高水平的設(shè)計理念產(chǎn)生，使得截齒的設(shè)計找不到改進的方向，很難能夠設(shè)計出完美符合當(dāng)前工作條件的截齒。 2)制造工藝不夠先進 截齒的質(zhì)量好不好對截齒工作時的損壞影響作用是巨大的，也是直接的。截齒質(zhì)量問題突出表現(xiàn)為制造工藝不夠先進，如刀頭和齒身焊接不牢靠、截齒和齒座不能恰當(dāng)鑲嵌在一起等等。所有

44、這些質(zhì)量問題無疑將會導(dǎo)致截齒出現(xiàn)不應(yīng)該的損壞。 制造截齒常用的工藝流程為釬焊 、加熱鹽浴等溫淬火 、低溫回火。 這會出現(xiàn)以下問題： ①焊接不牢靠，有裂紋； ②加熱程度難以把握； ③刀頭和齒身在工作產(chǎn)生熱量時膨脹程度不一樣； ④釬焊不能很好適應(yīng)井下的惡劣工作條件； ⑤難以控制焊縫間隙大小； ⑥第二步鹽浴淬火操作造成焊接質(zhì)量變差和刀頭脆化。 3)截齒材質(zhì)問題 針對煤礦井下工作環(huán)境的惡劣這種特殊條件，考慮截齒的加工材料時，應(yīng)該讓其滿足很高的要求。所以說，對于制作刀頭和齒身的材料，都必須要有足夠的耐磨性、韌性、強度、剛度、硬度。然而，國內(nèi)制造鋼材的水平比較落后，生產(chǎn)出來的鋼材往往不

45、能達到指定的要求，使得截齒使用性能受到影響，容易發(fā)生損壞。 4)使用不當(dāng) 就像穿著休閑鞋去打籃球會對休閑鞋造成很大損害一樣，如果拿截割軟煤層的截齒去截割硬煤層時，必然會導(dǎo)致截齒的損害，更有甚者，會對采煤機整體造成傷害。 另外，盲目地增大牽引速度，一味地追求增加截割厚度，將會發(fā)生齒座啃煤現(xiàn)象，惡化截齒受力條件，造成全齒磨損。 還有以下現(xiàn)象：損壞嚴重截齒不及時更換、丟齒后不及時安裝等等。 9.4.3 提高截齒使用壽命的建議 根據(jù)以上分析，結(jié)合查取的資料，對與提高截齒使用壽命，提出以下建議： 1)科學(xué)地選用材料 針對截齒在工作時，要承受循環(huán)往復(fù)的猛烈的沖擊的情況，對于截齒材料來講，

46、應(yīng)具有很高的強度和韌性；針對截齒在工作時要與煤巖劇烈地摩擦的情況，截齒材料應(yīng)具有很高的耐磨性；針對截齒在工作時要截割煤巖的情況，很高的硬度也是必需的。同時針對以上情況，對于截齒焊料來講，具有很高的強度和韌性也是必需的。 2)熱處理方式 使用等溫淬火這種工藝來提高強度和韌性；使用冷作硬化的處理方式來提高硬度和抗腐蝕性。 3)改進齒身和刀頭焊接技術(shù) 以前都是采用釬焊技術(shù)，而焊縫強度不夠，可以選擇采用鑲鑄技術(shù)，可以在很大程度上提高連接強度。 4)對截齒的排列方式優(yōu)選 針對煤層條件合理選擇截齒的排列方式，在允許條件下，優(yōu)先選用交叉排列，因為這種排列方式塊煤率高、比能耗低。 5)對截齒的幾

47、何參數(shù)優(yōu)選 截齒幾何參數(shù)的變化對截齒所受到的煤層賦予的截割阻力有很大的影響，于是也對截齒的使用壽命有很大的影響。根據(jù)煤層條件，多分析，多比較，讓截齒幾何參數(shù)更適應(yīng)煤層的情況，可以有效提高截齒使用壽命。 6)針對煤層條件選擇合適性能的截齒 在截割煤質(zhì)較軟、含矸石較少的煤層時，使用硬度較高的截齒；在截割煤質(zhì)較硬含矸石較多的煤層時，使用塑性和韌性較好的截齒，犧牲一下硬度。 7)改進截齒設(shè)計和制造 完善和創(chuàng)新截齒設(shè)計理念，設(shè)計出適應(yīng)采煤條件變化的截齒。進一步提高焊接質(zhì)量，合理選擇制造精度 、配合間隙。 8)努力讓截齒得到合理地應(yīng)用 根據(jù)煤巖特征合理選擇截齒，原則上不要讓截齒處于超過自身截

48、割能力的截割狀態(tài)。 除此之外，要多注意截齒的工作情況，勤檢查，對于截齒損壞、丟齒換新要及時。  10 結(jié) 論 目前，煤炭資源仍然是我國的主要能源 ，而近期這種格局不會得到改變。而采煤機作為采煤作業(yè)的主要機械，它的性能對生產(chǎn)率有重大影響，因此當(dāng)前仍需對采煤機進行大力研究。本文介紹了采煤機的發(fā)展狀況，以及采煤機的類型和工作原理，完成了對MG300/700-WD型采煤機截割部傳動系統(tǒng)的設(shè)計。除此之外，對截齒進行了靜力學(xué)分析，并針對提高截齒使用壽命提出了相關(guān)建議。主要得到以下結(jié)論： （1）本文所設(shè)計的采煤機截割部傳動系統(tǒng)由四級齒輪傳動組成，動力由電動機輸出，然后依次通過三級直齒圓柱齒輪與行

49、星輪系傳遞力和扭矩，讓輸出軸上的滾筒工作。截割部減速器最后一級用的是行星齒輪結(jié)構(gòu)，這一做法減小了結(jié)構(gòu)尺寸。 （2）利用ANSYS軟件對鎬型截齒進行了靜力學(xué)分析，得到了截齒在工作時的受力和變形情況，然后對鎬型截齒破損原因進行了分析并提出相關(guān)改進建議，對提高截齒使用壽命和工作性能具有一定的參考價值。  參考文獻 [1] 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機械與支護設(shè)備.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006 [2] 韓正銅，王天煜. 機械精度設(shè)計與檢測. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出社，2001 [3] 中國礦業(yè)大學(xué)機械制圖教材編寫組.畫法幾何及機械制圖. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002 [4]

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54、 efficiency and life of the screw dmm[J]．Minign．Science and Techonlogy.1985.2：p.125-128 英文原文： Research on the Technology of Shearer Self-adaptive Memory Cutting Abstract—At present, the automation technologies are widely utilized in coal mine. However, because automatic control of shearer hasn’t

55、 been realized, the automation of the fully mechanized long-wall coal mining face is still an unresolved problem. The automatic adjustment height of the drum is the key technology of the shearer’s automation. In order to realize the automatic adjustment height of the drum in the shearer, Artificial

56、Immune theory was used to carry out self-adaptive memory cutting of the shearer in this paper. The methods of the path memory and data processing, self-adaptive cutting and manual amendment were researched in detail. Preliminary experiment has been done on the MG900/2210-WD shearer that was produced

57、 by Xi’an Coal Mining Machinery Company. The experimental result shows that self-adaptive memory cutting of the shearer based on Artificial immune is feasible and the control precision satisfies the demand of production. Keywords：shearer; artificial immune; sheearer; self-adaptive memory cutting;

58、adjust height I. INTRODUCTION Shearer is the key equipment in the fully mechanized long-wall coal mining face, it is necessary and important to realize the automation of the shearer that is the precondition to realize the automation of the fully mechanized long-wall coal mining face. It is well

59、known that the key technology to realize the automation of shearer is the automatic adjustment height of drum in the shearer. At present, there are two kinds of methods which are adopted to realize the automatic adjustment height of drum including coal-rock interface identification and memory cuttin

60、g. Coal-rock interface identification usually uses r ray, electromagnetic wave, vibration signal and other sensor information to identify coal and rock as mentioned in [1] and [2]. The above-mentioned methods are used to identify whether or not shearer cut rock, but application effect is not ideal

61、in practice because of the complicated and unpredictable geological conditions in the coal mining face. Memory cutting uses the strategy of teaching and playback which is widely used in the robot control, it avoids the difficult problem of coal-rock interface identification. JOY and DBT have already

62、 researched the shearer with memory cutting function, but this kind of shearer doesn’t work well in coal mine. If the geological condition changes, the shearer still works along the memorized cutting path, the drum will cut rock which may destroy the drum or take place severe accident. In order tore

63、solve disadvantages of the above-mentioned two kinds of methods, the self-adaptive memory cutting technology based on Artificial Immune is researched in this paper, and the automatic adjustment height of drum is realized. II. MODEL OF THE SHEARER MEMORY CUTTING BASED ON ARTIFICIAL IMMUNE THEORY

64、 A. Work Flow of the Shearer Memory Cutting The main working process of the shearer includes movement of the haulage unit and the vertical movement of the rocker arm, as shown in the Fig.1. When the shearer cuts the roof rock, floor rock and fault rock, it should adjust the arm’s height to avoid

65、 the damage of the cutting drum. In the process of memory cutting, the shearer follows the cutting path that the operator guided for the first time. When the geological conditions change drastically in the fully mechanized long-wall coal mining face, the memorized path is not correspondent with the

66、 real condition, and the drum maybe cut rock. In order to solve this problem, the self-adaptive memory cutting technology based on Artificial Immune was presented in this paper, which can make the drum adjust its height automatically under the changed geological conditions, and record the new path that will be used for the next time. B. The Shearer Memory Cutting Model Based on ArtificialImmune Shearer’s memory cutting based on Artificial Immune is divided into three parts including path m