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山西工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 畢業(yè)生姓名 ： 姬帥 專業(yè) ： 機械電子工程專升本 學(xué)號 ： 180533002 指導(dǎo)教師 ： 李思思 所屬系（部） ： 機械電子工程系 二〇二〇年五月 山西工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（指導(dǎo)教師）評閱書 題目： 　　　　　　　250萬噸礦井刮板輸送機選型設(shè)計　　　　　　　　 　機械電子工程系　機械電子工程專升本專業(yè) 姓名　姬帥 　 設(shè)計時間：2020年2月17日~2020年5月20日 評閱意見： 成績： 　　　　　　　　　　　　　　　指導(dǎo)教師：　　　　　（簽字） 　　　　　　　　　　　　　職　　務(wù)：　　　　　 2020年 月 日 山西工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（同行教師）評閱書 題目： 　　　 　　　250萬噸礦井刮板輸送機選型設(shè)計　　　　　　 　 　機械電子工程系　機械電子工程專升本專業(yè) 姓名　姬帥 設(shè)計時間：2020年2月17日~2020年5月20日 評閱意見： 評分內(nèi)容 具體要求 分值 得分 說明書工作量 字數(shù)2.5萬字以上得20分；2萬字以上，不足2.5萬字得15分；2萬字以下的10分。 20 圖紙工作量 圖紙折合4張A0及以上得20分；不足4張A0，達3張以上，得15分；3張以下得10分。 20 說明書質(zhì)量 內(nèi)容完整，裝訂順序正確，結(jié)構(gòu)合理，文字通順；目錄、字體、字號、行距等符合要求，公式、插圖、表格使用合理；文獻翻譯質(zhì)量、篇幅符合規(guī)定要求。存在0—2處錯誤得30分；3—5處錯誤得20分；5處以上得15分。 30 圖紙質(zhì)量 圖紙組成元素完整，表達方式合理，圖框、標題欄、線型、線寬及字體字號符合相關(guān)標準。存在0—2處錯誤得30分；3—5處錯誤得20分；5處以上得15分。 30 總分（百分制） 100 成績： 　　　　　　　　　　　　　　評閱教師：　　　　　（簽字） 　　　　　　　　　　　　　 職　　務(wù)：　　　　　 2020年　月　日 山西工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計答辯記錄及成績評定表 　機械電子工程系　機械電子工程專升本專業(yè) 姓名　姬帥 答 辯 內(nèi) 容 問題摘要 答辯情況 記錄員： （簽名） 成 績 評 定 指導(dǎo)教師成績 評閱教師成績 答辯組評定成績 綜合成績 注：評定成績?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為20%，評閱教師為30%，答辯組為50%。 專業(yè)答辯組組長： （簽名） 2020年　月　日 250萬噸礦井刮板輸送機選型設(shè)計 摘 要 刮板輸送機是煤礦綜采工作面唯一的運輸設(shè)備。刮板輸送機側(cè)面與液壓支架聯(lián)接，為支架的移動提供支點，它沿工作面鋪設(shè)，以千斤頂與液壓支架相聯(lián)系，為采煤機提供運行軌道，將采煤機落下的煤運入順槽轉(zhuǎn)載機，再經(jīng)過可伸縮膠帶輸送機運送至采區(qū)煤倉，完成工作面運煤工序。所以，刮板輸送機的可靠、穩(wěn)定、高效運行將直接影響著礦井的生產(chǎn)能力和煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。隨著我國煤炭開采不斷地向長壁大采高綜采工作面的方向發(fā)展，采煤量的不斷加大，安全、高產(chǎn)、高效已經(jīng)成為各煤炭企業(yè)的追求目標，因此，各煤炭企業(yè)對工作綜采設(shè)備的性能要求也在迅速提高。需求的增加將激勵著國內(nèi)的煤機生產(chǎn)企業(yè)將研制開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向了大裝機功率大運輸量、長運輸距離、高強度、高可靠性的重型刮板輸送機，這也是刮板輸送機未來的發(fā)展方向。因此，正確選擇刮板輸送機對采煤工作面高效運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。 本文中從中部槽的設(shè)計選用、運行阻力的計算、計算電動機功率、計算刮板鏈的預(yù)緊力和緊鏈力、驗算刮板鏈的安全系數(shù)、減速器設(shè)計等入手，在設(shè)計中刮板輸送機采用了機頭、機尾雙驅(qū)動，傳動部平行布置的總體設(shè)計。本文還對傳動部的齒輪進行了設(shè)計計算和校核，對重要的軸、鍵進行了強度校核，對主要軸承進行了壽命校核，對其他部分進行了選用，從多個方面對250萬噸礦井刮板輸送機進行選型計算，具有一定參考價值。 關(guān)鍵詞：刮板輸送機；運行阻力；減速器；選型  Selection Design of 2.5 Million Tons Mine Scraper Conveyor Abstract Scraper conveyor is the only transportation equipment in the fully mechanized coal mining face. The side of the scraper conveyor is connected with the hydraulic support to provide a fulcrum for the movement of the support. It is laid along the working face, connected with the hydraulic support by a jack, to provide a running track for the shearer, to transport the coal falling from the shearer into the trough transfer machine, and then transported to the coal bin of the mining area through the retractable belt conveyor to complete the coal conveying process of the working face. Therefore, the reliable, stable and efficient operation of the scraper conveyor will directly affect the production capacity of the mine and the economic benefits of the coal enterprises. With the continuous development of coal mining in our country towards the long wall and large height fully mechanized coal face, the increasing of coal mining volume, safety, high yield and high efficiency have become the pursuit goal of all coal enterprises. Therefore, the performance requirements of all coal enterprises for fully mechanized coal mining equipment are also rapidly increasing. The increase of demand will encourage the domestic coal machinery manufacturers to turn the focus of research and development to the heavy-duty scraper conveyor with large installed power, large transportation capacity, long transportation distance, high strength and high reliability, which is also the future development direction of scraper conveyor. Therefore, the correct selection of scraper conveyor is very important for the efficient operation of coal face. In this paper, starting from the design and selection of the middle slot, the calculation of running resistance, the calculation of motor power, the calculation of the pre tightening force and the tightening force of the scraper chain, the calculation of the safety factor of the scraper chain, the design of the reducer, etc., in the design, the scraper conveyor adopts the overall design of the head and tail double drive, and the transmission part is arranged in parallel. In this paper, the design calculation and check of the gear in the transmission part, the strength check of the important shaft and key, the life check of the main bearing, and the selection of other parts are also carried out. The selection calculation of the 2.5 million ton scraper conveyor in the mine from various aspects has certain reference value. Key words: scraper conveyor; running resistance; reducer; selection xi 目 錄 摘 要 i Abstract ii 1 緒論 1 1.1 刮板輸送機的組成 2 1.1.1 機頭部 2 1.1.2 中部槽及附屬部件 3 1.1.3 刮板鏈 4 1.1.4 緊鏈裝置 4 1.1.5 推移裝置 5 1.1.6 錨固裝置 5 1.2 刮板輸送機的分類 5 1.3 刮板輸送機的應(yīng)用 5 1.4 刮板輸送機的工作原理 6 1.5 刮板輸送機的特點 6 1.6 刮板輸送機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 6 1.7 新型刮板輸送機 7 2 總體設(shè)計 8 2.1 刮板輸送機設(shè)計計算 8 2.1.1 中部槽的設(shè)計選用 8 2.1.2 運行阻力的計算 10 2.1.3 計算電機功率 11 2.1.4 計算刮板鏈的預(yù)緊力和緊鏈力 12 2.1.5 驗算刮板鏈的安全系數(shù) 12 2.2 傳動方案的設(shè)計 13 2.2.1 傳動方案的確定 13 2.2.2 總傳動比及傳動比分配 13 2.2.3 傳動裝置運動參數(shù)的計算 14 2.3 減速器傳動件設(shè)計計算 15 2.3.1 傳動部弧齒錐齒輪設(shè)計計算 15 2.3.2 中速級斜齒圓柱齒輪設(shè)計計算 26 2.3.3 傳動部行星機構(gòu)的設(shè)計計算 34 2.3.4 圓環(huán)鏈鏈輪設(shè)計計算 40 2.4 SGZ1000/2×700中雙鏈刮板輸送機技術(shù)特征 42 3 零部件的設(shè)計及校核 43 3.1 軸的設(shè)計及校核 43 3.1.1 高速軸的設(shè)計校核 43 3.1.2 第二軸的設(shè)計計算 48 3.1.3 初算第三軸軸徑 55 3.1.4初算行星輪系各軸徑 55 3.1.5 初算鏈輪軸徑 55 3.2 軸承的壽命校核 56 3.2.1 高速軸軸承壽命計算 56 3.2.2 第二軸軸承壽命的計算 57 3.3 鍵的設(shè)計與強度校核 59 3.3.1 高速軸普通平鍵設(shè)計校核 59 3.3.2 鏈輪軸漸開線花鍵校核 60 3.4 聯(lián)軸器的選用 61 4 刮板輸送機的使用和維修 63 4.1 刮板輸送機的安裝與試運轉(zhuǎn) 63 4.1.1 刮板輸送機零部件的存放 63 4.1.2 安裝與調(diào)試 63 4.1.3 刮板輸送機的使用與維護 65 4.2 刮板輸送機的潤滑 67 4.3 常見故障及處理方法 68 附 錄 70 參考文獻 76 外文文獻 78 中文翻譯 84 致 謝 89 山西工程技術(shù)學(xué)院----畢業(yè)設(shè)計說明書 1 緒論 刮板輸送機作為煤礦工作面運輸設(shè)備，不但承擔(dān)著運煤的作用，還是采煤機的運行軌道以及液壓支架的推移支點。在設(shè)備使用過程中還要懸掛工作面設(shè)備的電纜、水管等。所以，刮板輸送機的可靠、穩(wěn)定、高效運行將直接影響著礦井的生產(chǎn)能力和煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益。 自世界上第一臺刮板輸送機誕生以來，經(jīng)過半個多世紀的不斷研究、試驗、改進，刮板輸送機已成為煤礦運輸送設(shè)備。近年來，以美國、澳大利亞等發(fā)達采煤國家為代表的集約化高產(chǎn)高效礦井的迅速發(fā)展，帶動了綜采裝備向機電一體化高端技術(shù)開拓，構(gòu)建了生產(chǎn)能力大、自動化程度高、高度集約化的生產(chǎn)[1]。 中國的提水翻車是現(xiàn)代刮板輸送機的雛形。在國際范圍內(nèi)，刮板輸送機的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段，刮板輸送機在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用稍晚，大致經(jīng)歷了三個階段。 第一階段：1868年，帶式輸送機率先出現(xiàn)于英國：1905年，瑞士改進完成了鋼帶式輸送機；1906年，英國和德國先后研制出由單鏈牽引的小功率慣性輸送機，從此輸送機不斷完善，逐步發(fā)展為物料搬運中不可或缺的部分。 第二階段：20世紀40年代初,為配合刨煤機的使用，德國制造出可沿水平方向和垂直方向彎曲的刮板輸送機，可彎曲的特性保證了輸送機可伴隨采煤機的運行完成推移，從此煤礦生產(chǎn)進入，機械化時代。 具備多電機驅(qū)動和雙鏈牽引功能，并可以作為采煤機運輸軌道的SGW-44型刮板輸送機，是這個階段具有代表性的產(chǎn)品。 第三階段：20世紀50年代早期，英國在采煤機和液壓支架方面取得突破，相對應(yīng)的在效率和載重方面對刮板輸送機提出更高的要求，煤礦生產(chǎn)進入綜合機械化時代。以運量大、功率高、鏈速 高、機構(gòu)強度高、可靠性高為新特點的SGD-630/75型、SGD-630/180型刮板輸送機成為新的代表性產(chǎn)品。 第四階段：20世紀80年代中后期，英美等發(fā)達國家相繼推出全新的刮板輸送機。運輸距離更長，功率和運量更高，可靠性和使用壽命也進一步提升。米柯、長壁、布朗等公司的產(chǎn)品成為這一階段的代表。 我國中、小功率刮板輸送機已具備成型技術(shù)，并有成熟的制造能力，運輸量小于1500t/h、裝機功率小于800kW的中型和重型輸送設(shè)備與國外的產(chǎn)品水平基本相當(dāng)。目前，國內(nèi)刮板輸送機系列品種多種多樣。綜采機械化刮 板輸送機從槽寬區(qū)分有630、730、764、800、830、960、1000、1200 系列，裝機功率從90kW到2x855kW，運輸能力從400t/h到2500t/h，鏈條規(guī)格有Φ22、Φ26、Φ30、Φ34、Φ38、Φ42、Φ48，減速器功率從90kW到1000kW，最高日產(chǎn)量可達2萬噸，年產(chǎn)量可達600萬噸，可以滿足大、中、小礦的要求。我國刮板輸送機在產(chǎn)品種類上已經(jīng)與國外產(chǎn)品基本相同，一些中小型產(chǎn)品可以滿足一般煤礦開采的需要，但在一些高端產(chǎn)品和技術(shù)方面，尤其是一些關(guān)鍵零部件的可靠性、設(shè)備的自動化等方面和國外設(shè)備還有一定的差距。隨著我國煤炭開采不斷地向長壁大采高綜采工作面的方向發(fā)展，采煤量的不斷加大，安全、高產(chǎn)、高效已經(jīng)成為各煤炭企業(yè)的追求目標，因此，各煤炭企業(yè)對工作綜采設(shè)備的性能要求也在迅速提高。需求的增加將激勵著國內(nèi)的煤機生產(chǎn)企業(yè)將研制開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向了大裝機功率大運輸量、長運輸距離、高強度、高可靠性的重型刮板輸送機，這也是刮板輸送機未來的發(fā)展方向[2]。 刮板輸送機應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要。選擇刮板輸送機應(yīng)以工作面最大生產(chǎn)能力乘以1.2的不均衡系數(shù)作為基數(shù)。黃山煤業(yè)布置工作面可采長度1893ｍ。切眼長度為240ｍ。煤層平均厚度4.26ｍ，礦井采用一次采全高裝備，真正實現(xiàn)一井一面生產(chǎn)。工作面配備設(shè)備滿足礦井200萬t/a生產(chǎn)能力的要求，其工作面刮板輸送機選用SGZ900型。由于刮板輸送機是連續(xù)工作機械。其貨載長度隨著采煤機的移動而變化。滿載工作的時間較短。且電動機要有一定的過載能力。則配備總裝機功率2x525kW電機雙機頭驅(qū)動，滿足要求。結(jié)合礦井實際。通過精確地計算、最后確定刮板輸送機選SGZ900/2x525型。避免了因“大馬拉小車”所造成的供用電浪費及成本的投入。取代了以往憑經(jīng)驗而選SGZx700型所存在的不合理性，體現(xiàn)出科學(xué)選型、合理使用，從而達到安全、高效、經(jīng)濟運行[4]。 1.1 刮板輸送機的組成 刮板輸送機由機頭部、機尾部、中部槽及附屬部件、刮板鏈、緊鏈裝置、推移裝置和錨固裝置組成。下面分述其結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求。 1.1.1 機頭部 隨著綜采工作面生產(chǎn)能力的迅速提高，刮板輸送機端卸載已經(jīng)難以滿足要求，國內(nèi)外大運量重型刮板輸送機均采用交叉?zhèn)刃遁d機構(gòu)，該機構(gòu)經(jīng)過幾代改進，在卸載能力、效率、壽命等方面都有了很大的提高。同時，卸載高度的降低也為綜采配套帶來了便利。 機頭部由機頭架、鏈輪、減速器、盲軸、聯(lián)軸器和電動機組成，是將電動機的動力傳遞給刮板鏈的裝置。 鏈輪是一個組件，由鏈輪和連接筒組成。鏈輪是傳力部件，也是易損部件，運轉(zhuǎn)中除受靜載荷外，還有脈沖和沖擊載荷。 鏈輪的齒形和基本尺寸參考《礦用圓環(huán)鏈鏈輪的齒形和基本尺寸計算》（MT/231—91）計算。 鏈輪用優(yōu)質(zhì)鋼鑄造或鍛造后，調(diào)質(zhì)處理，鏈窩和齒形表面經(jīng)淬火處理。我國《礦用圓環(huán)鏈輪技術(shù)條件》（MT/Z9--80）規(guī)定了各項技術(shù)要求。為保證鏈輪的質(zhì)量，《刮板輸送機通用技術(shù)條件》（MT150--2006）中規(guī)定：輕型刮板輸送機的鏈輪壽命部低于以一年，中、重型刮板輸送機的鏈輪壽命部低于一年半。 我國目前生產(chǎn)的刮板輸送機減速器多為平行布置式、三級傳動的圓錐圓柱齒輪減速器。其適用條件為：齒輪圓周速度不大于18m/s；安裝角度為1°～25°；高速軸的轉(zhuǎn)速不大于1500r/min；減速器工作的環(huán)境溫度為-20°C～+35°C；適用于正反兩向運轉(zhuǎn)。 為適應(yīng)不同需要，三級傳動的圓錐圓柱出論減速器有三種裝配形式：I型減速器的第二軸裝配緊鏈裝置，第四軸（或第一軸）裝斷銷過載保護，這用形式用于30kW以下的減速器；II型減速器的第二軸端裝緊鏈裝置，利用液力耦合器實現(xiàn)過載保護，單機功率為40~75kW的減速器多采用這用形式；III型減速器的第一軸裝緊鏈裝置，利用液力耦合器實現(xiàn)過載保護，單機功率90kW以上的減速器采用這種形式。采用雙速電動機時，不能用液力耦合器，因為液力耦合器不能在低速下工作。用雙速電機驅(qū)動，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臋C械或電氣過載保護裝置。 電動機與減速器的連接有彈性聯(lián)軸器和液力耦合器兩種。 刮板輸送機電動機不用液力耦合器時，采用雙鼠籠轉(zhuǎn)子并具有高啟動轉(zhuǎn)矩的隔離防爆型電動機。為解決刮板輸送機的重載啟動困難，德國和英國使用雙速電動機。 1.1.2 中部槽及附屬部件 中部槽的刮板輸送機的機身，有槽幫鋼和中板焊接而成。上槽是裝運物料的承載槽，下槽底部敞開供刮板鏈返程用。為減小刮板鏈返程的阻力，或在底板松軟的條件下使用時防止槽體下陷，在槽幫鋼下加焊接底板構(gòu)成封底槽。使用封底槽安裝下股刮板鏈和處理下股鏈事故比較困難，可以用間隔幾節(jié)封底槽裝一節(jié)有可拆中板的封底槽的辦法，以減少困難。 中部槽的形式列入標準的有中單鏈、中雙鏈、邊雙鏈型三種。 中部槽除了標準長度以外，為適應(yīng)采煤工作面長度變化的需要，設(shè)有500mm和1000mm長的調(diào)節(jié)槽。 機頭過度槽和機尾過度槽是機頭架與機尾架連接的特殊槽，它的一端與中部槽連接，另一端與機頭架或機尾架連接。為了使從下槽脫出的刮板鏈在運行種回到槽內(nèi)，可在尾部過度槽的下翼緣裝設(shè)上鏈器。 制造中部槽的槽幫鋼有規(guī)定標準，規(guī)定的形式有D型、E型和M型三種。 中部槽的連接裝置目前應(yīng)用的有插銷式、啞鈴式、插入圓柱銷式等。 鏟煤板在推移中部槽時用來清理工作面的浮煤，它固定在中部槽的支座上，安裝后上緣應(yīng)低于槽幫，下緣要超出槽底，寬度方向與采煤機滾筒應(yīng)有一間隔。 機采礦用的擋煤板是一個有多種功能的組合件，其作用是防止煤向采空區(qū)灑落，以及為采煤機導(dǎo)向、放置電纜和水管、為千斤頂提供連接點等。 1.1.3 刮板鏈 刮板鏈有鏈條和刮板組成，是刮板輸送機的牽引機構(gòu)。刮板鏈的作用是刮推槽內(nèi)的物料。目前使用的有中單鏈、中雙鏈、邊雙鏈三種。 圓環(huán)鏈已經(jīng)標準化，《礦用高強度圓環(huán)鏈》（GB/T12718-1991）對圓環(huán)鏈的形式、基本參數(shù)及尺寸、技術(shù)要求、試驗方法及驗收規(guī)則都作了規(guī)定。 刮板的形式的狀態(tài)要能在運行時有刮底清幫、防止煤粉粘結(jié)和堵塞的作用，并應(yīng)盡量減小質(zhì)量。刮板可用軋制異型鋼或用鍛造、鑄造合金鋼經(jīng)韌化熱處理制成。刮板了、鏈條不與中板接觸，兩側(cè)與槽幫形狀相同，刮底清幫效果好。 刮板與鏈條的連接，邊雙鏈式目前多采用U型連接環(huán)的兩側(cè)套入鏈環(huán)，然后用螺栓與刮板連接；中單鏈刮板上有窩鏈，以此鏈窩與鏈條的平行環(huán)相配，用特制的U形螺栓和自鎖螺母固定；中雙鏈的刮板上有鏈窩，用卡鏈橫梁和刮板夾保持平環(huán)，以螺栓和自鎖螺母固定。 1.1.4 緊鏈裝置 刮板鏈安裝時，要給予一定的預(yù)緊力，使它運行時在張力最小點不發(fā)生鏈條松弛或堆積。給刮板鏈施加張緊力的裝置叫緊鏈裝置。 目前應(yīng)用的方式有三種：一種是將刮板鏈一端固定在機頭架上，另一端繞經(jīng)機頭鏈輪，用機頭部的電動機使鏈輪反轉(zhuǎn)，將鏈條拉緊，電動機停止反轉(zhuǎn)時，立即用一種制動裝置將鏈輪閘住，防止鏈條回松；另一種方式與目前一種基本相同，只是不用電動機反轉(zhuǎn)緊鏈，而用專設(shè)的液壓馬達緊鏈；第三種方式是采用專用的液壓缸緊鏈。 第一種緊鏈方式使用的緊鏈器有三種：棘輪緊鏈器、摩擦輪緊鏈器、閘盤緊鏈器。 1.1.5 推移裝置 推移裝置是在采煤工作面內(nèi)將刮板輸送機向煤壁推移的機械。綜合工作面使用液壓支架上的推移千斤頂，非綜合工作面用單體液壓推溜器或手動液壓推溜器。 1.1.6 錨固裝置 錨固裝置的刮板輸送機在傾角較大的工作面工作有下滑可能時，用以固定、防滑之用。它由單體液壓支架和錨固架組成，錨固架與機頭架、機尾架連接，使用液壓支架的泵站。 1.2 刮板輸送機的分類 刮板輸送機的類型很多，可按刮板鏈型式、卸載方式、中部槽結(jié)構(gòu)、采煤機牽引方式、電動機類型、承載重類型、整機適用條件分類。 按刮板鏈型式分為中單鏈型刮板輸送機、邊雙鏈型刮板輸送機、中雙鏈型刮板輸送機、準邊雙鏈型刮板輸送機。按卸載方式分為端卸式刮板輸送機、側(cè)卸式刮板輸送機、直彎式刮板輸送機、交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C，現(xiàn)在重型、超重型刮板輸送機多用于交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C。按中部槽結(jié)構(gòu)分為開底式刮板輸送機、封底式刮板輸送機、分體中部槽刮板輸送機、整體焊接中部槽刮板輸送機、框架式中部槽刮板輸送機、鑄造式中部槽刮板輸送機。按采煤機牽引方式分為有鏈牽引采煤機用的刮板輸送機和無鏈牽引采煤機用的刮板輸送機。按電動機類型分為單速電動機刮板輸送機和雙速電動機刮板輸送機。按承重類型分為輕型刮板輸送機、中型刮板輸送機、重型刮板輸送機、超重型刮板輸送機。按整機適用條件分為緩傾斜中厚煤層刮板輸送機、緩傾斜薄煤層刮板輸送機、緩傾斜厚煤層大采高刮板輸送機、緩傾斜三軟煤層刮板輸送機、中厚煤層大傾角刮板輸送機、急傾斜厚煤層水平分段放頂煤及“三下”綜采刮板輸送機。 1.3 刮板輸送機的應(yīng)用 刮板輸送機可用于水平運輸，亦可用于傾斜運輸。沿傾斜向上運輸時，煤層傾角不得超過25°，向下運輸時，傾角不得超過20°，當(dāng)煤層傾角較大時，應(yīng)安裝防滑裝置?？蓮澢伟遢斔蜋C允許在水平和垂直方向作2°～4°的彎曲。 1.4 刮板輸送機的工作原理 刮板輸送機的工作原理是，將敞開的溜槽，作為煤炭、矸石或物料等的承受件，將刮板固定在鏈條上（組成刮板鏈），作為牽引構(gòu)件。當(dāng)機頭傳動部啟動后，帶動機頭軸上的鏈輪旋轉(zhuǎn)，使刮板鏈循環(huán)運行帶動物料沿著溜槽移動，直至到機頭部卸載。刮板鏈繞過鏈輪作無級閉合循環(huán)運行，完成物料的輸送。 1.5 刮板輸送機的特點 （1）結(jié)構(gòu)堅實。能經(jīng)受住煤炭、矸石或其他物料的沖、撞、砸、壓等外力作用。 （2）能適應(yīng)采煤工作面底板不平、彎曲推移的需要，可以承受垂直或水平方向的彎曲。 （3）機身矮，便于安裝。 （4）能兼作采煤機運行的軌道。 （5）可反向運行，便于處理底鏈事故。 （6）能作液壓支架前段的支點。 （7）空載功率消耗較大，為總功率的30%左右。 （8）不宜長距離輸送。 （9）易發(fā)生掉鏈、跳鏈事故。 （10）消耗鋼材多，成本大。 1.6 刮板輸送機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 刮板輸送機在煤礦的生產(chǎn)與建設(shè)中的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個階段。第一階段在20世紀30～40年代，是可拆卸的刮板輸送機，它在工作面內(nèi)只能直線鋪設(shè)，隨工作面的推進，需人工拆卸、搬移、組裝。刮板鏈是板式，多為單鏈，如V型、SGD-11型、SGD-20型等小功率輕型刮板輸送機。第二階段是20世紀40年代前期由德國制造出可彎曲刮板輸送機，它與采煤機、金屬支架配合實現(xiàn)了機械化采煤。這種刮板輸送機咳適應(yīng)底板不平凸凹不平和水平彎曲等條件，移設(shè)時不需拆卸，并且運煤量也有所增大，如當(dāng)時的型號SGW-44型刮板輸送機就是這個階段的代表產(chǎn)品。進入20世紀60年代由于液壓支架的出現(xiàn)，為了適應(yīng)綜采的需要，刮板輸送機發(fā)展到了第三階段，研制出大功率可彎曲重型刮板輸送機，如SGD-630/75型、SGD-630/180型等就是屬于這個階段的產(chǎn)品。 目前，隨著采煤工作面生產(chǎn)能力的不斷增大，刮板輸送機主要發(fā)展趨勢是： （1）大運輸量。國外先進采煤國家已經(jīng)發(fā)展到小時輸送能力高達1500t（80年代）3500t（90年代）的刮板輸送機。 （2）長運輸距離。為了減少采區(qū)階段煤柱的損失量，加大工作面的長度，刮板輸送機的長度已經(jīng)達到400m以上。 （3）大功率電動機。電動機的功率已發(fā)展到單電機達1000kW，輸送能力3000t/h。 （4）壽命長。由于使用大直徑圓環(huán)鏈，增加了刮板鏈的強度，延長了刮板輸送機的壽命，整機過煤量高達600萬噸以上。 1.7 新型刮板輸送機 刮板輸送機是煤礦、化學(xué)礦山、金屬礦山及電廠等用來輸送物料的重要運輸工具。它是由中部槽、鏈條、刮板及牽引系統(tǒng)組成。其中，中部槽是刮板輸送機的主要部分，鋼制的中部槽已有近百年的歷史，在長期的使用過程中存在以下缺點：①重量大，安裝和搬運費時費力；②中部槽一般是由6~15mm的鋼板制成，在受到較大的沖擊時易變形，修復(fù)比較困難；③耐腐蝕性差；④耐磨性差；⑤物料與中部槽的摩擦系數(shù)大，刮板輸送機的功率大部分消耗于物料與中部槽的摩擦力上，造成了能耗過大、投資增加。 用超高分子量聚乙烯是制造刮板輸送機的中板，可解決鋼制中板所存在的問題，得到塑料刮板輸送機。對于小型刮板輸送機可以通過改性超高分子量聚乙烯來制造刮板輸送機。對于上面行走采煤機的大型刮板輸送機，要采用鋼塑復(fù)合的方法，用超高分子量聚乙烯作為襯里，提高大型刮板輸送機的耐磨性，延長使用壽命，降低摩擦因數(shù)，從而降低功率消耗并降低對牽引、傳動系統(tǒng)的要求，這對大型刮板輸送機有巨大意義。 2 總體設(shè)計 2.1 刮板輸送機設(shè)計計算 刮板輸送機設(shè)計輸送能力2000t/h，設(shè)計長度300m，鏈速1.5m/s。 在查取相關(guān)資料后決定選用弧齒錐齒輪，斜齒圓柱齒輪和行星齒輪三級減速傳動。輸送機與截深0.8m無鏈電牽引采煤機配套使用，可適應(yīng)緩傾斜、左右綜采工作面，工作傾角≤10°。刮板輸送機在工作過程中其槽間水平彎曲角度為3°，采用φ38×137-C級圓環(huán)鏈的中雙鏈式刮板鏈，單位長度質(zhì)量29kg/m，雙機頭驅(qū)動。見圖2.1。 圖2.1 刮板輸送機計算圖 2.1.1 中部槽的設(shè)計選用 在查閱大量文獻資料后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計輸送能力與中部槽實際過煤能力存在很大出入，故在此引入刮板輸送機輸送能力影響系數(shù)，在比較與此次設(shè)計參數(shù)相近的相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品后取刮板輸送機輸送能力影響系數(shù)。中部槽物料斷面見圖2.2。 圖2.2 中部槽物料斷面 則在選取中部槽時，其實際過煤能力為： 由此可推算出中部槽過煤斷面積： (2.1) 式中，A——貨載最大橫斷面積，㎡； ——貨載的裝滿系數(shù)，； ——貨載的散裝容重，對原煤； ——刮板輸送機鏈速，m/s。 代入式（2.1）得： 參考相關(guān)產(chǎn)品選取刮板鏈尺寸為φ38×137-C型圓環(huán)鏈，圓環(huán)鏈尺寸的確定決定了刮板的尺寸，刮板尺寸的確立為中部槽的選擇提供參考，決定了中部槽的寬度，查煤炭行業(yè)標準取中部槽內(nèi)寬為1000mm，采用鑄造槽幫鋼，帶鏟、擋煤板。中部槽高度的選擇滿足式（2.2）： (2.2) 式中，——中部槽內(nèi)寬，m。取； ——中部槽高度，m； ——物料堆積角，(°)。取 代入式（2.2）得： 取中板厚度40mm，依據(jù)《MT/T864-2000刮板輸送機鑄造槽幫型式和尺寸》選取槽幫高mm。選取中部槽長mm。 2.1.2 運行阻力的計算 按三機配套的原則，刮板輸送機的輸送能力要略大于采煤機的理論計算能力，在此取系數(shù)，則可計算所選采煤機的理論生產(chǎn)能力t/h。 為簡化計算，中部槽單位長度上的裝煤量只按鏈速計算，即： kg 計算重、空段的運行阻力，取溜槽阻力系數(shù) 重段阻力為[5]： 空段阻力為： 式中，q——中部槽單位長度上的裝煤質(zhì)量kg/m； ——刮板鏈單位長度質(zhì)量，kg/m。 按彎曲段的幾何關(guān)系，計算中部槽彎曲段的中心角 式中，——彎曲段的半徑，m； ——相鄰兩節(jié)中部槽間的最大折曲角,(°)； ——標準中部槽長，m； ——機身推移距離，m； ——彎曲段全長，m； ——彎曲段中心角，(°)。 確定最小張力點： (2.3) 由式（2.3）可見，刮板輸送機最小張力點在“1”點。（＜0時為“3”點） 計算各點張力[4]： 取最小張力點為0，按彎曲段距離工作面上端5m，用逐點計算法計算刮板鏈在各點的張力。 N 2.1.3 計算電機功率 取傳動系統(tǒng)的效率，繞經(jīng)驅(qū)動輪的阻力系數(shù)，代入下式得： 上端驅(qū)動電機功率為： 下端驅(qū)動電機功率為： 將上述電動機功率計算值各加20%的備用量，得上端電機功率為653.56kW，下端電機功率為606.56kW。因此配備2×700kW電動機雙頭驅(qū)動即可滿足需要。 由計算所得電機功率選YBSD700/350-4/8型刮板輸送機用防爆電機，其額定轉(zhuǎn)速。 2.1.4 計算刮板鏈的預(yù)緊力和緊鏈力 為簡便計算，預(yù)緊力近似按下式計算： 緊鏈力按式(2.4)計算： (2.4) 式中：—緊鏈力，N； —拉伸段的彈性伸長量，mm； 取mm φ38×137圓環(huán)鏈的剛度。 代入式(2.4)： 2.1.5 驗算刮板鏈的安全系數(shù) 查標準可知φ38×137-C級圓環(huán)鏈的破斷拉力為2270kN，中雙鏈負荷不均勻系數(shù)取0.85，則： (2.5) 式中，n——鏈條的安全系數(shù)； ——條鏈條的破斷拉力，N； ——刮板鏈的最大靜張力，N； ——雙鏈負荷不均勻系數(shù)，取 代入式(2.5)得： 由計算結(jié)果可知，所選取的刮板鏈符合要求。 2.2 傳動方案的設(shè)計 2.2.1 傳動方案的確定 刮板輸送機減速器與刮板輸送機之間采用平行布置方式，型號JS700,采用三級圓錐-圓柱齒輪傳動，依據(jù)《MT/T148-1997刮板輸送機減速器》規(guī)定，減速器采用水平剖分式，上下箱體對稱布置，電動機與輸入軸之間采用HL型彈性柱銷聯(lián)軸器連接，減速器布置型式見圖2.3。 圖2.3 減速器布置示意圖 2.2.2 總傳動比及傳動比分配 （1）驅(qū)動鏈輪轉(zhuǎn)速的計算 鏈輪轉(zhuǎn)速計算見式(2.6)： （2.6） 式中，——鏈輪轉(zhuǎn)速，r/min； ——圓環(huán)鏈鏈速，m/s。； ——鏈輪齒數(shù)，； ——鏈輪節(jié)距，mm； （2.7） 式中，——鏈輪節(jié)圓直徑，mm。 由圓環(huán)鏈規(guī)格φ38×137及選取鏈輪齒數(shù)N=9，計算鏈輪節(jié)圓直徑。 （2.8） 式中，——圓環(huán)鏈節(jié)距，mm。取； ——圓環(huán)鏈直徑，mm。??； ——鏈輪節(jié)距角，。 代入式（2.8）得： 取 將節(jié)圓直徑代入式（2.7）得鏈輪節(jié)距： 得鏈輪轉(zhuǎn)速： 總傳動比的計算及分配 總傳動比： （2）傳動比分配 減速器為三級展開式，依據(jù)手冊中提供的分配方法，經(jīng)調(diào)整確定，，。 （3）傳動比誤差 傳動比分配符合要求。 2.2.3 傳動裝置運動參數(shù)的計算 從減速器的高速軸開始各軸命名為Ⅰ軸、Ⅱ軸、Ⅲ軸、Ⅳ軸。 （1）軸轉(zhuǎn)速計算 （2）各軸功率計算 （3）各軸扭矩計算 2.3 減速器傳動件設(shè)計計算 2.3.1 傳動部弧齒錐齒輪設(shè)計計算 已知參數(shù)：， 已知：兩錐齒輪軸交角，小齒輪懸臂布置，大齒輪兩端支承，長期工作，閉式錐齒輪傳動，先按接觸疲勞強度計算，再按接觸疲勞強度和抗彎強度校核計算。 具體設(shè)計參數(shù)及結(jié)果表2.1，介紹齒輪傳動部分的設(shè)計方法和步驟。 表2.1 弧齒錐齒輪的設(shè)計計算 設(shè)計項目及說明 結(jié)果 （1）選材料、熱處理方法、定精度等級。 選小齒輪 20GrMnTi HRC58～62 大齒輪 20MnVB HRC56～62 大、小齒輪均采用滲碳淬火 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限 N/mm2 N/mm2 接觸強度壽命系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60×1484×1×(5×300×16) =2.14×109 次 =2.14×109 次 =2.14×109/2.5 =0.85×108 次 =0.85×108 次 式中，—齒輪轉(zhuǎn)速, －齒輪每轉(zhuǎn)一圈時同一齒面的嚙合次數(shù) －齒輪的工作壽命,h 取 接觸強度最小安全系數(shù) =1 則=1600×1/1 =1550×1/1 則=1550 N/mm2 （2）齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算 選用弧齒錐齒輪，按接觸強度進行初步設(shè)計，即 載荷系數(shù)，取 齒寬系數(shù)，取 估算小輪大端分度圓直徑 （3）主要幾何尺寸計算 齒數(shù)， 取 實際齒數(shù)比 分錐角 大端模數(shù) 按標準取 分度圓直徑 變位系數(shù) 弧齒錐齒輪采用高-切變位 錐矩 齒寬 取 大端齒頂高 大端齒高 大端齒根高 大端齒頂圓直徑: 齒根角 齒頂角 頂錐角 根錐角 外錐高 安裝距，考慮齒輪結(jié)構(gòu)情況，以及支撐端距H的 測量方便，取 ， 支撐端距H 弧齒厚 式中β為大端螺旋角 中點錐距，mm 銑刀盤名義直徑，mm 取 則 則 當(dāng)量齒數(shù)， 端面重合度 取 則 齒線重合度 取 總重合度 （4）校核接觸強度 強度條件 計算接觸應(yīng)力 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 取 彈性系數(shù) 取 接觸強度計算的重合度系數(shù) 當(dāng)量圓柱齒輪的重合度 當(dāng)量齒輪分度圓直徑,,mm 當(dāng)量齒輪中心距，mm 當(dāng)量齒輪頂圓直徑,,mm 端面齒形角 當(dāng)量齒輪基圓直徑,，mm 嚙合線長度,mm 斷面重合度 則 接觸強度計算的螺旋角系數(shù) 接觸強度計算的錐齒輪系數(shù) 取 使用系數(shù) 取 動載系數(shù) 取 接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 接觸強度計算的齒向載荷分配系數(shù) 取 齒寬中點分度圓上的名義切向力,N 齒寬中點分度圓直徑,mm 則 接觸強度計算的有效齒寬,mm 計算接觸應(yīng)力 結(jié)論：，滿足接觸強度。 齒根彎曲強度校核 強度條件 計算齒根應(yīng)力 式中： 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 彎曲強度計算的有效齒寬,mm 齒形系數(shù) 取， 應(yīng)力修正系數(shù) 取， 彎曲強度計算的重合度系數(shù) 式中： 彎曲強度計算的螺旋角系數(shù) 彎曲強度計算的錐齒輪系數(shù) 取 齒寬中點法向模數(shù) 則 N/mm2 N/mm2 許用彎曲應(yīng)力 式中： 彎曲疲勞極限 取=900N/mm2，=850N/mm2 彎曲強度的最小安全系數(shù) 取=1.4 實驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 取 相對齒根圓角敏感系數(shù) 取 相對齒根表面狀況系數(shù) 取 彎曲強度計算的尺寸系數(shù) 取，則 結(jié)論：，滿足齒根彎曲強度。 =2.14×109 次 =0.85×108 次 =1 =1600 N/mm2 =1550N/mm2 校驗合格 =900 N/mm2 =850 N/mm2 =1.4 校核合格 2.3.2 中速級斜齒圓柱齒輪設(shè)計計算 已知參數(shù)：， 先按接觸疲勞強度計算，再按接觸疲勞強度和抗彎強度校核計算。 具體設(shè)計參數(shù)及結(jié)果表2.2，介紹齒輪傳動部分的設(shè)計方法和步驟。 表2.2 中速級斜齒輪的設(shè)計計算 設(shè)計項目及說明 結(jié)果 （1）選材料、熱處理方法。 選小齒輪20GrMnTiHRC58～62 大齒輪20MnVBHRC56～62 大小齒輪均采用滲碳淬火 （2）初步確定主要參數(shù) 1）按接觸強度初步確定中心距a，mm 取 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 取，則 取齒輪精度為7級， 取K=2.7 圓整取 初步確定模數(shù)mn，齒數(shù)z，螺旋角β，分度圓直徑d，齒寬b。 取 取，則 中心距 取螺旋角 代入得 圓整后取 分度圓螺旋角 分度圓直徑,mm 齒寬,mm 圓整取 取， 初定變位系數(shù) 此級傳動采用高變位 當(dāng)量齒數(shù) 由當(dāng)量齒數(shù)查得變位系數(shù)為： 4）確定其他參數(shù) 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 斷面重合度 取 得： 縱向重合度 總重合度 接觸強度的校核 分度圓上的圓周力 使用系數(shù) 取 動載系數(shù) 取 接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 接觸強度計算的齒向載荷分配系數(shù) 取 彈性系數(shù) 取 節(jié)點區(qū)域系數(shù) 取 接觸強度計算的重合度系數(shù) 接觸強度計算的螺旋角 計算接觸應(yīng)力 按接觸疲勞強度計算壽命系數(shù) =60×598.15×1×(5×300×16) =8.61×108次 次 取 最小安全系數(shù) 取， 潤滑劑系數(shù) 取 速度系數(shù) 取 粗糙度系數(shù) 大小齒輪的齒面粗糙度取為： 取 齒面硬化系數(shù) 大小齒面都是硬齒面，取 接觸強度計算的尺寸系數(shù) 取 許用接觸應(yīng)力 接觸強度判斷：，接觸強度校核通過。 齒根彎曲強度校核 強度條件 計算齒根應(yīng)力 式中： 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù) 取 齒形系數(shù) 取 應(yīng)力修正系數(shù) 取 彎曲強度計算的重合度系數(shù) 式中：，則 彎曲強度計算的螺旋角系數(shù) 取，則 許用彎曲應(yīng)力 式中： 彎曲疲勞極限 取=900N/mm2，=850N/mm2 彎曲強度的最小安全系數(shù) 取=1.4 實驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 取 相對齒根圓角敏感系數(shù) 取 相對齒根表面狀況系數(shù) 取 彎曲強度計算的尺寸系數(shù) 取，則： 結(jié)論：，滿足齒根彎曲強度。 K=2.7 次 次 強度校核通過 =900N/mm2 =850N/mm2 =1.4 校核通過 2.3.3 傳動部行星機構(gòu)的設(shè)計計算 （1）配齒計算 取行星輪數(shù)目，過多會使其載荷均衡困難，過少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動的優(yōu)點。 各輪齒數(shù)按公式(2.9)計算: (2.9) 進行配齒計算，計算中根據(jù)并適當(dāng)調(diào)整，使c等于整數(shù)，再求出，應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使。適當(dāng)調(diào)整，使c為整數(shù)。則 所以，取 取 采用不等角變位，取。則 查手冊得嚙合角， （2）按接觸強度初步確定A-C傳動的中心距和模數(shù) 輸入轉(zhuǎn)距 因傳動中有一個或兩個基本構(gòu)件浮動動作為均載機構(gòu)，且齒輪精度低于6級，所以取載荷不均勻系數(shù) 。 在一對A-C傳動中，小齒輪（太陽輪）傳遞的扭矩 查手冊得接觸強度使用的綜合系數(shù)。 齒數(shù)比 。 取齒寬系數(shù) 太陽和行星齒輪的材料用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度HRC58～62(太陽輪)和 HRC56～62（行星輪），。 計算中心距 模數(shù) 取模數(shù)： 則A-C傳動的未變位時的中心距： 取嚙合角，可得A-C傳動中心距變動系數(shù)： 則中心距 取實際中心距 計算A-C傳動的實際中心距變動系數(shù)和嚙合角 計算A-C傳動的變位系數(shù) 查手冊取變位系數(shù)，則 計算C-B傳動的中心距變動系數(shù)和嚙合角 C-B傳動的未變位是的中心距： 計算C-B傳動的變位系數(shù) （3）幾何尺寸計算 1）分度圓直徑 2）齒頂高 A-C傳動齒頂高變位系數(shù) C-B傳動齒頂高變位系數(shù) 3）齒根高 4）齒高 5）齒頂圓直徑 mm 6）齒根圓直徑 7）齒寬 取，， （4）裝配條件的驗算 對于所設(shè)計的上述行星齒輪傳動應(yīng)滿足如下的裝配條件。 1）鄰接條件按公式驗算其鄰接條件，即 所以，滿足鄰接條件。 2）同心條件按公式驗算該2K－H型行星傳動的同心條件，即 (2.10) 各齒輪副的嚙合為和，且，和。代入式(2.10)得 所以滿足同心條件。 3）安裝條件驗算 按公式驗算其安裝條件，即得 所以，滿足其安裝條件。 （5）行星傳動齒輪聯(lián)軸器的設(shè)計計算 在行星齒輪傳動中廣泛使用齒輪聯(lián)軸器來保證浮動機構(gòu)中的浮動件在受力不平衡時產(chǎn)生位移，以使各行星輪之間載荷分布均勻。齒輪聯(lián)軸器可分為單聯(lián)和雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器兩種。 在設(shè)計中選用了雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器，其計算如下： 1）由輪齒剪切應(yīng)力計算分度圓直徑和模數(shù) 假設(shè)輪齒是在分度圓線上發(fā)生剪切，則剪應(yīng)力為： (2.11) 式中，——傳遞扭矩，Nm；取 ——載荷不均勻系數(shù)；取 ——使用系數(shù)；取 ——輪齒載荷分布系數(shù)；取 ——分度圓直徑，mm； ——齒數(shù)；取 ——齒寬，mm； ——分度圓上弦齒厚，mm。； ——壽命系數(shù)；取 ——許用剪切應(yīng)力N/mm2； 通常每開動和停止一次，才算一個加載循環(huán)；聯(lián)軸器選用20CrMnTi，其許用剪切應(yīng)力取。代入式(2.11)： 齒輪聯(lián)軸器的模數(shù) 取 則分度圓直徑 齒輪聯(lián)