本科毕业设计开题报告

                           

题    目：       低位放顶煤液压支架          

院 （系）：         机械工程学院               

班    级：         机设09-2班                

姓    名：            尹国强                  

学    号：          2009022426                

指导教师：           赵存友                   

教师职称：           副教授                   

黑龙江科技学院本科毕业设计开题报告

第二篇：采煤机开题报告

中国矿业大学机电工程学院

机械工程20##级

科研训练

报 告

班    级：                

姓    名：                

学　　号：　              

指导教师：               

日    期：　              

目录

一、 绪论 ……………………………………………………………2

      1.课题名称……………………………………………………2

2.课题来源与背景……………………………………………2

3.本课题研究的目的与意义…………………………………2

二、国内外研究现状  ………………………………………………3

1、采煤机国内发展历史 ……………………………………3

2、目前我国采煤机技术的研发状况 ………………………4

3、国外采煤机技术的发展特点 ……………………………4

4、 采煤机技术发展的趋势…………………………………5

5、大功率采煤机 ……………………………………………5

6、薄煤层采煤机 ……………………………………………8

7、电牵引采煤机 ……………………………………………10

三、课题研究的思路与方法…………………………………………14

1、采煤机概念设计知识特点及分类 ………………………14

2、 采煤机概念设计知识表示方法…………………………14

四、课题研究的内容及预期成果……………………………………15

1、 牵引部设计………………………………………………15

2 、变频调速系统……………………………………………15

3、 机械传动系统……………………………………………16

五、课题研究进度安排………………………………………………17

六、参考文献…………………………………………………………18

一、绪论

1.课题名称

采煤机总体及主要部件（牵引部）设计

2.课题来源与背景

工业是我国的第二产业，是国民经济的重要支柱，作为工业中的重要产业--煤矿业一直是我国的基础产业，在国民经济的发展中占有重要的地位和作用。采煤机作为采煤的重要工具，在煤矿开采中非常重要，它的性能和质量直接关系到煤矿生产的安全和质量问题。因此，不仅要提高采煤机的产品质量，还要定期做好采煤机的养护，更要注重设计环节，运用先进的设计方法，让采煤机发挥更大的作用，提高其工作效率。“十一五”末, 预计我国采煤机需求值约900亿元, 其中新增采煤机设备投资700亿元, 技改和更新设备投资150亿元至200亿元。20##年,全国1家主要煤矿机械企业产值496 .1亿元, 销售收入480亿元。20##年, 这115家企业产值600多亿元, 销售收入600 多亿元,采煤机市场大约还有价值300亿元优质产品的竞争空间。煤炭工业的运行质量和效益，生产技术水平的高低和国际竞争能力的强弱, 在很大程度上取决于技术装备的性能和水平。随着我国经济快速发展,各大煤炭生产基地对大功率，高可靠性采煤机的需求猛增。然而, 长期以来, 我国在这方面的研制仍然是空白, 需花大量外汇进。国务院《关于加快振兴装备制造业的若干意见》指出: 发展大型煤炭井下综合采掘，提升和洗选设备, 实现大型综合采掘，提升和洗选设备国产化“十一五”期间, 大型煤矿采掘设备机械化程度将达到95%以上,中型煤矿采掘设备机械化程度将达到80%以上。加之全国大型煤炭集团对中小型煤矿的兼并重组等,年60万吨以上的综合采掘设备需求量较大。

3.本课题研究的目的与意义

随着我国易采煤区的不断枯竭，采煤的难度不断加大。为了保证我国煤炭能源的安全，同时也为了保证在难度大的采煤区机械保障较高的效率，就必须要在采煤机械上下功夫，提高采煤机械化设备的使用效率，以保证我国煤炭资源的战略安全。要想达到这个目标，就必须在煤机数字化、智能化方面实现突破。

二、国内外研究现状

1、采煤机国内发展历史

为提高我国采煤机的水平，我国的科技人员深人基层调查研究圾时掌握国外采煤机发展动态，于1963年设计出MLQ一64型单滚筒采煤机，这是我国第一台以螺旋滚筒为工作机构，集破煤、装煤为一体的采煤机。1965年开始自行研制新型的MLD一100型单滚筒采煤机。1971年研制出摇臂可以调高的DYIO0(150)型单滚筒采煤机用于普采。进人20世纪70年代后鲸采技术在国外普遍采用，我国也开始研制综采设备。1970年上海研究院承担了缓倾斜中厚煤层综采成套设备中的MD一150型双滚筒采煤机的设计工作，这是我国自行研制的第—套综采成套设备中的主机。1975年鸡西煤矿机械厂研制出MLS3—170型采煤机投人大批量生产，大大推进我国煤矿机械化的进程。1980年以煤炭科学研究总院和隶属的上海分院与鸡西煤矿机械厂强强联合，自行开发研制MG300一W型采煤机。与此同时太原矿山机器厂进行生产AM一500型采煤机。从20世纪8O年代后期至9O年代中期的近10a的间戚国采煤机设计、开发进入了大发展阶段。仅上海分院就自主开发了中厚煤层采煤机五大系列30余个品种，其中400kW 系列4种、375kW系列8种、300kW系列种、200(250)kw系列8种、150kW系列8种。在此期间，上海分院还开发了难采煤层采煤机：短壁工作面采煤机、大倾角采煤机、薄煤层采煤机以及底板采煤机共计8个品种，有效解决了我国难采煤层的机．械化采煤的难题。值得一提的是，还自主研发了首台多电机驱动横向布置框架式结构的新型MG200/475一W型液压牵引采煤机，我国于20世纪80年代中期开始步人电牵引采煤机的发展阶段。以煤炭科学研究总院上海分院为代表率先1986年与波兰KOMAG合作开发MG344一PWD型交流变频电牵引薄煤层底板采煤机。1994年鸡西煤机厂开发了MG463一WD直流电牵引采煤机，同时，太原矿机厂引进英国安德森公司技术生产Electricl000型直流电牵引采煤机，西安煤机厂也致力于发展直流电牵引采煤机。从此，我国交流电牵引采煤机开始进入蓬勃发展时期，20##年初步掌握了大功率大采高采煤机技术和机电一体化技术，20##年大倾角电牵引采煤机和20##年短壁电牵引采煤机标志着我国采煤机总体设计技术达到或接近国际先进水平。20##年由太重煤机生产的1800kw采煤机全年产煤1015万t，创造当时中国综采设备“一矿一井一面单产1015万t”国内新纪录的基础上，20##年1月份又创下118万t全国月产新纪录，同时20##年研制出世界最大功率2500KW电牵引采煤机，20##年11月研制出世界上最大功率3000kw电牵引采煤机。2.国内外采煤机的发展现况分析

2、目前我国采煤机技术的研发状况

我国于2001 年研制成功了第一台电牵引采煤机，性能良好，这是我国采煤机技术的一大进步；20##年又开发出总装机功率达1815kW的大功率采煤机，随后，更大功率的电牵引采煤机MG900/2215-GWD 也研发成功，是目前国内功率最大的采煤机，该型采煤机的控制达到了国际先进水平，大幅度提高了我国煤炭的开采量和开采效率。目前，国内使用的交流电牵引采煤机的电牵引调速系统主要有三种，即交流变频调速系统、开关磁阻电机调速系统和电磁转差离合器调速系统。其中交流变频调控技术发展得很好，具有很多的优势，比如启动性能好，可直接实现软启动；交流变频调速属转差功率不变型调速系统，效率高等，已成为目前采煤机调速方式的主流。开关磁阻电机调速技术的研发虽然不是很久，但是发展势头很强，它具备交流变频调速和直流调速系统的优势，如果这种调速方式能解决了噪声问题和位置传感器存在的不可靠性问题，将更适合在煤矿井下采掘机械中使用。目前我国的采煤机技术得到了前所未有的发展，在一些技术上已经达到了国际先进水平，但是仍然存在很多的问题和不足，还可以有更大的进步和提高。

3、国外采煤机技术的发展特点

国外于1976年便研制出第一台电牵引采煤机，而其采煤机的研制技术也是值得学习和借鉴的，很对技术和发展情况是领先于我国的。国外的采煤机技术主要是体现以下特点：第一，电牵引成为主要的牵引方式。采煤机市场呈现电牵引采煤机占主导地位，传统的液压式采煤机为辅的结构，尽管液压采煤机仍有一定的市场，但无法阻挡电牵引采煤机的发展势头，一些大功率的采煤机大都采用电牵引技术。第二，采煤机功率不断提高。电机截割功率大的已达1000kW，牵引电动机功率大的甚至达到125 kW，总装机功率最高已达2000kW以上。牵引速度、牵引力也在大幅度提高。第三，交流变频成为主要的调速方式。交流牵引正逐步替代直流牵引，成为今后电牵引采煤机的发展方向。它的价格相对低廉，管理也简单，技术则更先进一些。第四，运用智能化的监控保护系统。新型的电牵引采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统，以保证采煤机具有最低的维修量和最高的利用率。

4、 采煤机技术发展的趋势

⑴提高可靠

采用现代设计和分析方法是提升采煤机设计可靠性的必要手段。重点完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能，研究可靠的微机电气控制系统，重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。随着计算机技术的飞速发展，虚拟样机技术也得到了快速发展。通过三维造型对产品进行虚拟装配、制造、试验、有限元仿真技术。虚拟样机技术的应用提高了产品的设计质量，优化工艺过程，缩短了新产品的研制周期，开发出长寿命、高可靠性产品。

⑵高度自动化

采煤机自动化程度直接影响了矿井的综合机械化采煤技术的实施，因此提高采煤机自动化程度迫在眉睫。采煤机高度自动化主要体现在：

①采煤记忆割煤技术

实现采煤机截割滚筒的自动调高刑用记忆切割实现采煤机工作路径的记忆，采煤机利用记忆的相应位置的切割参数自动工作；当煤层地质条件发生变化，采煤机记忆的相应参数与实际参数不一致时，利用人工免疫理论进行数据处理和工作状态判实现采煤机截割滚筒的自适应调高。

②采煤机与液压支架联动技术

支架可以及时获得采煤机的位置和方向信息，并根据这些信息自动控制支架的动作。采煤机和支架间的信息传输、电液系统的自动控制是实现采煤机与支架联动的关键技术。

③工作面显示与信息传输系统

开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠实时传输的研究。在采煤机安装高清晰低光摄像头，随机监测滚筒位置将视频信息通过随机光缆传至回采巷道控制台计算机。操作人员可以在工作面输送机头通过监视计算机监视采煤机工作情况。

5、大功率采煤机

德国艾柯夫(Eiekhoff)公司、美国JOY公司、德国DBT公司等制造的采煤机销往全球主要产煤国家,并创造综采工作面最高单产记录，国外大功率采煤机主要技术参数见附表：

近年来美国JOY公司7LS、德国Eickhof公司SL500等采煤机的主控制系统进行了升级换代、JOY公司推出的JNA控制系统,以及Eickhof公司将MICOS68矿用微机系统升级为基于IPC(装有AMD16MHz处理器)的控制系统,检测用的传感器多,采用多个处理单元,相互间以串行总线形式通讯,连线少,处理速度快,能够显示瞬间变化的工况参数，人机交互界面非常直观方便,且功能强大JOY公司的长壁图形显示器向操作者提供机器工况检测信息,其中包括主菜单14页显示和一个连续的工况曲线,还具有电气系统状态和采煤机位置速度检测Eickhoff公司液晶图形显示器, 软件为17975C4,检测和显示方式相对JOY公司更为详细,保护点更多,而且多数保护项目可以通过人机交互方式予以屏蔽..记忆截割是基于位置传感器和计算机记忆控制的技术,JOY7LS6、EiekhofSL500和DBTEL300型都配置有采煤机倾角传感器、同步位置传感器、油缸行程传感器通过计算机的记忆储存及自动控制实现采煤机滚筒的自动调高(记忆截割)。国外大功率采煤机整机使用寿命一般为20 00万t, 主要部件的大修周期为600万t,滚筒寿命为300万t,行走组件寿命为300万t, 导向滑靴寿命为200一250万t国外设备的大壳体铸件选用高性能合金铸钢,严格控制硫磷等有害元素的含量,精心冶炼铸造,调质处理,硬度可达220一260H B, 甚至更高,综合机械性能强?数控机床加工壳体行孔,公差精度可达6级以上, 表面粗糙度可达1.6m以下壳体有很高的整体精度强度和刚度,对提高整机的使用寿命起重要作用焊接结构件采用Q460以上高性能钢板, 数控切割机下料, 坡采用机加工U 型,焊前预处理, 焊后低温回火消除应力。

大功率采煤机发展方向：

根据我国煤炭生产远景规划及采煤机技术发展趋势, 大功率采煤机的主要研究方向为:

（1）采用电牵引方式

传统的液压牵引采煤机在国外虽然仍在生产和使用,但已不占主导地位,由于电牵引采煤机的诸多优点,国外目前新开发的采煤机,特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。

（2）不断提高功率

国外采煤机的功率在不断提高,电机截割功率通常在400kw以上,功率大的已达100OkW；牵引电动机功率均在40kw以上,大的甚至达到125kw；总装机功率通常超过1000kw,最高已达2000kw以上；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—2 5m/min ,牵引力达到757kN以上。采用大截深滚筒已成为提高采煤机生产能力的重要途径，我国大功率采煤机在研发方向上, 下一步需满足整机2000万t采煤量寿命的总体技术及高强度长寿命壳体的研究关键部件满足采煤60万t大修,主要机械传动系统满足采煤1000万t寿命的研究。

（3）采用交流变频

由于交流变频调速牵引系统具有技术先进、可靠性高、维护管理简单和价格低廉等特点,近年发展很快,交流牵引正逐步替代直流牵引,成为今后电牵引采煤机的发展方向开发1140V和330OV的矿用交流变频调速装置,大幅提升采煤机整机适应1生的研究采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,可使牵引的控制和保护性能更加完善,这种一拖一的牵引系统也正被逐步采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。

（4）高度自动化

开发工作面远距离无线高速信号传输装置, 解决采煤机工作影像高可靠实时传输的研究。研发高可靠性、高性能、抗干扰、抗热效应拥有远程实时操作的嵌人式矿用计算机控制系统。开发或增强电控系统中的专家诊断系统显示与信息传输系统工作面采煤机自动运行集中控制系统采煤机记忆截割系统。

（5）发展小型电器配件

向电器设备结构的小型化发展,由于功率的增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,进一步提高采煤机对煤层变化的适用性,必须研究电器设备小型化的技术途径。

（6）提高可靠性

重点完善和提高系统装置的抗振，散热和防潮等性能,研究可靠的微机电气控制系统,重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力、如油封技术方面, 要开发出长寿命高可靠性产品。

6、薄煤层采煤机

采储量约占全部可采储量的20%在一些省、区薄煤层储量比重很大,如四川省占60%,山东省54%,黑龙江省占51%,贵州省占37%。特别是在南方地区,有些省份薄煤层净占50%以上,而且薄煤层分布广、煤质好。但由于其开采煤层厚度薄,与中厚和厚煤层相比, 薄煤层机械化开采存在着工作条件差,设备移动困难,煤层厚度变化、断层等地质构造,对薄煤层设备生产性能影响大,以及投入产出比高、经济效益不如厚与中厚煤层等特殊问题,造成薄煤层机械化开采技术发展速度相对缓慢。另外,对一些薄、厚煤层并存的煤矿,由于薄煤层开采速度缓慢,使其下部的中厚煤层长期得不到及时开采,以至影响工作面的正常接替,而有的就只能被迫丢失一些薄煤层资源。随着大批煤矿中、厚煤层的资源开采比较多,使得资源越来越少,所以薄煤层的开采已列入日程。因此,研制适合我国实际国情的薄煤层采煤机,以适应不同的煤层结构,提高薄煤层采煤的工作效率是当务之急。

薄煤层采煤机的发展状况：

20世纪80年代，我国自主开发、制造了适应我国不同煤层条件的滚筒式采煤机系列产品，并在20世纪90年代中期初步完成了主导机型，由液压牵引采煤机向电牵引采煤机升级换型工作。1980年，黑龙江煤矿机械研究所和鸡西煤矿机械厂共同开发了BM系列骑输送机滚筒采煤机，其中BM-100 型双滚筒采煤机，性能良好，能自开缺口、强度高、工作可靠，在我国薄煤层采煤中广泛应用。但是用双滚筒采薄煤层，结构较复杂，机身又长，所以使用不便，于是又生产出更加简化的BMD-100 型单滚筒薄煤层采煤机。BM系列采煤机在许多煤矿均有使用，其牵引力达120kN，牵引速度为0-6m/min。可适用于采高0.75-1.3m，煤质硬度为中硬以下缓倾斜薄煤层中使用，平均年产量为16万吨左右。为了满足开采较硬薄煤层的需要和提高薄煤层滚筒采煤机的可靠性，黑龙江煤研所、鸡西煤机厂研制MG150B 型采煤机，煤科总院上海分院与大同矿务局联合研制的5MG200-B 型采煤机，中波合作研制的MG344-PWD型强力爬底板采煤机，以及上海分院与西安煤机厂合作研制的MG375-AW 型采煤机。20世纪90年代以来，为满足厚薄煤层并存、薄煤层作为解放层开采矿井的迫切需要，并结合中厚煤层滚筒采煤机技术，1997年，由大同矿务局、煤科总院上海分院联合研制了新一代MG200/450-BWD型薄煤层采煤机，该采煤机采用多电机驱动、交流变频调速、无链牵引等技术。总装机功率达450kW，其中截割功率2×200kW，牵引功率2×25kW，牵引力400kN，牵引速度0-6m/min。采用骑输送机布置方式，可用于采高为1.0-1.7m 的薄煤层综合机械化工作面。在此基础上，又研制出MG250/550-BWD 型采煤机。为了满足中小型矿井薄煤层普采与高档普采工作面的需要，研制了MG250-BW型薄煤层采煤机，采用骑输送机布置和液压调速无链牵引方式，装机功率250kW，截割电机采用特别设计的充液电机。最大牵引力300kN，牵引速度0-6m/min，单电动机纵向布置，机身分为3段，中间为电机，两端为牵截部。该采煤机的牵截部将泵箱、牵引齿轮传动部、截割部固定齿轮传动箱合为一体，结构紧凑。各段之间采用高强度螺栓连接，机身无底托架，配用SGB630/150C 溜槽，机面高度为699mm，可适应采高为0.85-1.5m 薄煤层普采与高档普采工作面。哈尔滨煤矿机械研究所研制了几种机型的薄煤层采煤机，都已投入使用。BM1-100 型薄煤层采煤机用于沿长壁回采工作面，可采0.8-1.3m 厚的煤层。该采煤机由单电动机驱动，电动机的动力通过右端出轴上齿轮传给右截割部离合器齿轮，再经过一级伞齿轮和三级直齿轮传至滚筒，滚筒以94.87r/min 转速进行落煤和装煤。电动机的动力通过其左端的齿轮，带动牵引部过轴上的齿轮，分别经过一对直齿轮传至主泵和辅助泵，主泵产生的高压油通过闭式循环油路驱动马达，马达再经过两级直齿轮和一套行星齿轮传动，带动主链轮和圆环链，采煤机以0-6m/min 牵引速度沿输送机运行。它的特点是电动机功率较大，机身强度较高，牵引部装有液压恒功率自动调速装置，可使电动机在额定功率下工作。还设有内外喷雾装置、双支点摇臂，刚性好、强度高。BM1-100 和MG150B 型采煤机均为有链牵引，安全、可靠性能稍差。与之相比，MG300-BW1型采煤机具有更多的优势。MG300-BW1 型采煤机为一种新型的大功率薄煤层采煤机，它的特点是：①装机功率大，机身高度低，尺寸紧凑。在现有的薄煤层开采中开采厚度较低。选用304kW 的电动机，最低采高控制在0.8~0.85m，多电机横向布置，便于井下维修；②双驱动销排式液压无链牵引，可以提高安全系数；③中间部采用整体机壳，去掉底托架，增加了整体刚性；④突出了可靠性、实用性和先进性的原则，充分考虑了薄煤层的恶劣条件，对使用中可能出现的问题提出了解决办法。我国薄煤层资源分布广泛, 113m 以下煤层可

发展前景：

我国薄煤层采煤机经过40 多年的发展, 技术已趋成熟。但一个突出的问题是: 目前我国薄煤层采煤机为方便设计, 在行走机构上均采用中厚煤层采煤机所用的相关参数, 例如销排节距, 一般大都采用126mm。这样做虽能保证其正常运行, 但其强度余量过大。以MGN132/316-DW型薄煤层采煤机为例,其最大牵引力为37t ,每个牵引部牵引力仅为1815t,而现用销排强度约达60t,可见其销排强度的余量过大。实际上其使用的还是沿用中厚煤层采煤机所用的销排,从而薄煤层采煤机的行走机构尺寸较大,采煤机机面高度降不下来,影响了薄煤层采煤机的适用性。另一方面,与薄煤层采煤机配套的现用输送机、液压支架等也是根据销排尺寸来设计的,同样尺寸较大,这样造成采煤机价格较高,不利于薄煤层采煤机的应用推广。因此,为了使薄煤层采煤机得到进一步的推广和发展,在减小采煤机行走机构的参数、降低采煤机机身高度的同时,设计和开发适合薄煤层开采所需要的工作面输送机和液压支架也已变得迫在眉睫,这将推进采煤机制造业的进一步发展。70年代中期,德国Eickhoff公司和美国JOY。

7、电牵引采煤机

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 Elect ra、AndersonEL系列,德国Eick2hoff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使用。我国从80年代后期开始研究交流电牵引采机,90年代初期研制成功样机。近10年的攻关研究主要集中在交流电牵引采煤机的系列设计、控制系统及控制功能的开发。开发的系列交流电牵引采煤机,已在国内煤矿逐步推广使用,取得了比较明显的社会经济效益。

⑴ 国内电牵引采煤机发展概况

我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上,通过二次开发拥有了许多具有自主知识产权的换代产品,在我国煤矿综合机械化采煤工作面,国产采煤机已经占据主导地位,完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现。1991年,煤炭科学研究总院上海分院与波兰合作,在国内率先研制成功我国第1台采用交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机,接着又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机。上海分院研制的MG系列电牵引采煤机已形成九大系列共几十个品种。太原矿山机器厂与上海分院合作,将AM500液压牵引采煤机改造成MG375 /830-WD型交流电牵引采煤机后,又自主研制成功了MGTY400/900-313D型MG750 /1800-3。3D型机载交流变频调速链轨式电牵引采煤机,现正在国家“十一五”科技支撑计划资助下研发装机总功率达2500kW、最大采高6.0 m、年产1000万t的交流电牵引采煤机;鸡西煤机厂与上海分院合作将MG2×300-W型液压牵引采煤机改造成MG300/360-WD型交流电牵引采煤机后,又开发了MG200/463型、MG400/985型交流电牵引采煤机;辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功我国首台应用电磁转差离合器调速技术的MG668-WD型电牵引采煤机；无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作研制成功国内首台应用开关磁阻电机调速技术的MG200/500-CD型电牵引采煤机。

⑵　技术特点与发展趋势

2. 1 装机功率增大、性能参数提高

①单台截割电机功率多在400kW以上。多数采煤机单台截割电机功率已达到600kW以上,EL3000采煤机单台截割电机功率达900kW,SL1000采煤机的单台截电机功率高达1000kW,太原矿山机器集团也正在研发单台截割电机功率1000kW的新型大功率采煤机。

② 牵引功率多在80kW以上,最大已达300kW。

③ 总装机功率超过1000kW,如7LS5达1940kW,EL3000总装机功率达2000kW, SL1000总装机功率更高达2600kW。

④ 牵引速度、牵引力大幅提高。牵引速度15～25 m/min,牵引力500 kN以上。最大牵引速度60m /min(EL3000) ,最大牵引力已达1000kN以上(EL3000、SL1000、西安煤矿机械厂生产的MG750/1910、鸡西煤矿机械厂生产的MG800/2040) ,太原矿山机械集团有限公司即将推出牵引力1125kN的采煤机。

⑤ 截割功率增大,支架实现随机支护,滚筒截深加大。10年前,截深大多是630～700mm,现普遍采用截深1000～1200mm,个别已达到1500mm截深。

⑥ 采煤机可靠性和开机率提高。国外采煤机大修周期2周,出煤量400～600万t；我国要求采煤机出煤量300～400万t而不大修,差距较大。

2. 2 中高压供电

随着采煤机装机功率大幅度提高,工作面不断加长,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,普遍采用中高压供电。主要供电等级有2300V、3300V、4160V、5000V等。

2. 3 　监控保护系统智能化现代电牵引采煤机均配备有智能化监控、监测

和保护系统,可以实现交互式人机对话、无线电遥

控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能,以保证采煤机维护量最小,利用率最高,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。如安德森公司EL系列机型上装置Impact集成保护与监控系统, EichhoFf公司的EichhoFf数据汇集技术系统, JOY公司6LS型电牵引采煤机的JNA网络信息中心等。

2. 4 　电牵引系统向交流调速发展

早期的电牵引采煤机大多采用直流调速系统。日本20世纪80年代中期研制成功第1台交流电牵引采煤机,交流调速系统以其技术先进、可靠性高、维护管理简单、价格低廉等优点,被迅速推广应用。20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。目前,交流电牵引已经取代直流电牵引。早期的交流牵引均采用一个变频器拖动2台牵引电机,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护功能无法完全发挥。如今主流交流电牵引采煤机均采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统已经成为电牵引技术发展的又一特点。

2. 5 　总体结构趋向模块化及多电机横向布置

横向布置方式可使各部件由单独电机驱动,机械传动系统彼此独立,可模块化设计,结构简单,装拆方便。美国从1LS开始将截割电机横向布置在摇臂上,至今沿用。英国从Electra550开始,采用电机横向布置。德国于20世纪90年代开发了横向布置的SL系列电牵引采煤机。目前国内外的电牵引采煤机几乎都采用了横向布置方式。

2. 6 　无链牵引向齿轮- 齿轨式演变

随着牵引力的不断增大,销轮- 齿轨式无链牵引已经淘汰,齿轮- 链轨式无链牵引也已使用不多,现在采煤机无链牵引正逐步趋向于采用齿轮- 齿轨式无链牵引,这是一种从齿轮- 销轨式演变而来的无链牵引结构,圆柱销被齿轨所取代,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度增大,节距由125 mm增加到175 mm。

⑶  　 国内电牵引采煤机研究方向

国内电牵引采煤机代表机型在总体参数和性能方面已接近国外先进水平。但一些关键部件及其总体性能、功能、适应范围等方面还有待进一步完善和提高。尤其是在线工况监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术与国外相比还有较大的差距。因而国内电牵引采煤机的智能化程度低,设备可靠性、安全性和可维护性较差,今后国内电牵引采煤机的主要研究方向如下:

① 进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性。重点是完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能。

② 研究可靠的微机电气控制系统。重点是提高采煤机电控系统抗干扰、抗热效应的能力。

③ 开发或增强电控系统的监控功能。重点是研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等。

④ 开发可四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要。

⑤ 开发装机功率更大、采高更高的采煤机,提高煤炭产量及回采率。

⑥ 加强提高采煤机开机率和可靠性的研究。

⑦ 电器元件小型化的研究。由于装机功率增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,必须研究设备小型化的技术途径。

三、课题研究的思路与方法

1、采煤机概念设计知识特点及分类

采煤机概念设计阶段的主要任务是根据用户原始需求进行初始方案设计，确定总体设计参数，并提供采煤机截割部、牵引部等部件的设计参数。该阶段的设计知识复杂多样，从国家标准等共性知识到不同型号采煤机具体设计等个性知识，从严格的计算公式到模糊的设计经验，从抽象的设计方法到具体的设计规则，各种知识构成了对采煤机概念设计过程的知识支持。按照知识的表现形式可将采煤机概念设计知识分为以下3 种形式。

1、设计方法库

主要指采煤机概念设计过程中的静态知识，包括国家标准、设计手册、准则规范、常用的计算方法和计算结果等内容组成。包括总体设计方法库、截割部和牵引部设计方法库。

2、 设计实例库

设计实例是满足特定要求的已得到应用的设计结果。在实例的形成过程中，包含了领域专家解决特定问题的知识推理、决策和判断。包括总体设计实例库、截割部和牵引部设计实例库。

2、 设计规则库

规则知识是问题求解策略的启发性、推理性知识，是状态转移的操作过程、问题求解过程或算法，是状态转移或问题求解过程中的控制策略。包括整机参数规则库、截割部和牵引部设计规则库。

2、 采煤机概念设计知识表示方法

知识的表示是利用计算机能够接受和处理的符号来表示现实世界中各式各样的知识。目前机械设计领域常用的知识表示方法有产生式、框架、语义网络和面向对象的表示方法等。采煤机知识种类复杂、繁多，采用单一知识表示方法难以全面、有效地描述采煤机概念设计领域知识，因而提出以面向对象为主、产生式规则为辅的知识表示方法。产生式表示法又叫规则表示法，每条规则包含一个情况认识部分（前提/前件部分）和一个行为部分（结论/后件部分），是一种适合表示因果关系的表示模式，在语义上表示为“If（条件）Then（结论）的因果关系。用产生式规则表示知识具有结构上模块化、形式上单一性、表达上自然性等优点，适合表示过程性知识，但是对于复杂、大型及动态概念不能很好地表示，缺乏灵活性，效率较低面向对象的表示方法把知识看作对象类，将客观事物和规律的属性以及它们的行为特性封装起来，并通过对象之间的继承关系和约束关系表示它们的结构和联系。将采煤机概念设计阶段的设计知识和经验表示成面向对象的类，类的继承性体现出设计知识和经验的层次性。因此将二者结合起来的知识表示方法来表示采煤机概念设计知识和经验是一种最理想的知识表示方法。采煤机概念设计知识类中各对象之间的超类、子类和实例的关系形成一个层次网络。对象的各个“槽”记录着对象的有关参数、方法和规则等。对象由四类“槽”组成：关系槽、参数槽、方法槽和规则槽。

四、课题研究的内容及预期成果

1、 牵引部设计

牵引部设计的核心是自动调速系统和机械传动系统 目前应用广泛的交流调速中又有电磁调速、变频调速和开关磁阻等调速装置。经对比，变频调速装置是目前牵引部设计理想的调速方式 相对调速方式类型的多样．机械传动系统类型较少．均为多级直齿传动加一级或二级行星传动组成。

2 、变频调速系统

变频调速就是通过改变电源的频率厂来达到改变交流电动机转速的目的 电牵引控制系统方框原理图如下图所示：

变速原理：通过改变电动机定子的供电频率并保持恒定的压频比，即可改变电动机转速。1140 V电源经变压器输出380V电源给变频器．变频器输出频率可调的近似交流电源给牵引电动机。

3、 机械传动系统

3．1 确定传动结构

薄煤层采煤机设计时出于对机身高度的严格要求。行走机构一般简化为只有一个行走轮．这样就使牵引部必须具有更大的减速比。多级行星传动有传动比大，体积小的优点。随着牵引功率的加大．现在的电牵引采煤机多采用二级直齿加二级行星的传动方式。为了实现左右牵引箱体的互换，可以把二级直齿和第1级行星结构布置在一个独立的小减速箱内．把第2级行星安置于牵引壳体内。小减速箱和牵引壳体之间再通过销子定位、螺钉把合组装在一起牵引部传动系统如图2所示。

   

3．2 传动比的分配及优化

采煤机机身高度受到严格限制．一般每级直齿传动比i≤3—4，行星齿轮可达4-6；为有效利用空间，传动比应从高速级向低速级递减，

3．3 行星机构的设计

(1)变位方式 在行星齿轮传动中，应用较多的是角度变位中的正传动，它可使齿轮副中的小齿轮的齿数最小，而仍不产生根切，从而可使齿轮传动的尺寸减少由于啮合齿轮副中的两齿轮均可以采用正变位。从而增大了其啮合角和轮齿的齿根厚度以及使轮齿的齿根高减小 这样不仅可以改善其耐磨损情况，还能提高其强度，因此也就提高了其承载能力。

（2)浮动方式应用于采煤机牵引部行星机构上的浮动方式从最开始的单浮动f将太阳轮作成无支承的浮动件)，到后来的双浮动(太阳轮、内齿圈浮动)，而现在又出现了三浮动的结构(太阳轮、内齿圈、行星架同时浮动)，三浮动结构在实际应用中取得了良好的效果 三浮动的实现是太阳轮轴通过渐开线花键与前一级齿轮联接．花键侧隙满足浮动量的要求：行星架采用不设支承实现浮动：内齿圈与牵引箱体内采用较大的间隙配合以满足浮动。

(3)齿轮材料、热处理方式及修形齿轮材料最好采用具有较高冲击韧性的低碳镍铬合金钢，如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4A等。采煤机常用齿轮材料18Cr2Ni4A具有高淬透性。齿坯锻造后正火处理，以细化晶粒、消除锻造应力．再高温回火后渗碳，再高温回火，提高渗层的强度和韧性：回火后油冷，使表面渗层转为马氏体。然后立即进行冰冷处理．提高齿面硬度：最后低温回火消除内应力。磨齿后强化喷九，可消除齿面烧伤，并提高齿轮接触和弯曲疲劳强度。

五、课题研究进度安排

第 1周  毕业实习；

第2 周  毕业实习；

第3 周  毕业实习；

第4 周  开题报告的撰写和采煤机总体结构设计方案的确定；

第5 周  采煤机牵引部的设计； 

第6 周  采煤机牵引部的设计；

第7 周  采煤机牵引部主要零部件结构尺寸的确定；

第8 周  采煤机主要零部件的强度计算校核；

第9 周  采煤机主要零部件的强度计算校核；

第10周  计算机绘装配图；

第11周  计算机绘装配图；

第12周  计算机绘装配图；

第13周  绘制零件图；

  第14周  撰写说明书；

第15周  说明书图纸修改及上交；

第 16周   毕业答辩。

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