机械制造与设计毕业论文1 绪论1.1设计研究的意义21世纪前期是我国经济、社会发展的重要机遇期。

石油、天然气、煤炭和核能在21世纪将继续发挥各自的优势，可再生的水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等的开发利用，仍将受到重视。

但由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的30~50年，世界围新能源、可再生能源及核电的发展尚不能普遍取代矿物燃料。

因此，短期煤炭燃料仍将是人类的主要能源。

近些年我国经济的快速发展对煤炭需求大幅度增加,年产超千万吨的高产高效工作面得到快速发展,大功率采煤机的市场需求日益增加。

2007年1-12月中国煤炭开采和洗选行业实现累计工业总产值916,447,509,000元，比上年同期增长了28.06%。

2008年1-10月中国煤炭开采和洗选行业实现累计工业总产值1,155,383,579,000元，比上年同期增长了57.81%。

“十一五”期间是煤炭工业结构调整、产业转型的最佳时期。

煤炭是中国的基础能源，在一次能源构成中占70％左右。

“十一五”规划建议中进一步确立了“煤为基础、多元发展”的基本方略，为中国煤炭工业的兴旺发展奠定了基础。

“十一五”期间需要新建煤矿规模3亿吨左右，其中投产2亿吨，转结“十二五”1亿吨。

中国煤炭工业将继续保持旺盛的发展趋势，今后一个较长时期，中国煤炭工业的发展前景都将非常广阔[8]。

采煤机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原件材料消耗的有效措施。

因此，采煤机械的装备水平就成为煤矿技术水平的重要标志之一。

采煤机械的选用取决于煤层的赋存条件、采煤方法、和采煤工艺，而采煤机械的技术发展又促进了采煤方法和工艺的更新。

为了提高工作面的生产效益, 世界主要采煤国纷纷致力于发展大型先进的综采设备, 取得了显著的效果, 综采工作面的生产能力和效益均大幅度提高。

但由于回采工作面地质条件的多样性，采煤机械在煤炭生产过程中的重要性，以及采煤机械工作条件的特殊性，所以决定了采煤机械的技术要求必须满足以下几点[12]。

1、功能要求设计和选用采掘机械必须考虑的矿山地质条件主要有煤和矿岩的可截割性指标（如抗压强度、坚固性、截割阻抗等）、煤层的厚度与倾角、夹矸的性质、含水性、含瓦斯量、地质构造破坏、煤和瓦斯的突出可能性等。

现代采煤机械应能适应一定的地质条件，具有碎落和装运煤岩的功能，截割机构能够横向切入煤壁的功能，以及自动调高、调斜和调速的功能等。

2、生产率要求采煤机械应具有较高的生产率和较低的采煤比能耗，以利增加工作面产量，降低生产成本，而且采煤机械的生产率应与矿井运输系统的运输能力相适应，才能达到较高的开机率。

3、劳动保护要求采煤机械在井下较恶劣的环境中工作。

为了确保生产安全和采煤工作面工人的身体健康，采煤机应装备防止过载及下滑的装置和灭尘装置等，所有电气设备均应为防爆型或为本质安全型。

4、可靠性要求由于采煤机械生产率日益提高和矿井集中化生产，采煤机械故障的经济损失也相应增加，因而对采煤机械的使用可靠性提出了相当高的要求。

因此，根据国外大功率电牵引采煤机的主要技术参数和性能指标以及我国中厚煤层的开采情况,分析综采工作面的生产能力和煤质硬度与所需的采煤机截割功率、滚筒直径、滚筒转速、牵引速度、牵引功率等采煤机主要性能参数的关系,在可行性、可靠性、经济性等方面进行比较,并考虑与已有采煤机部分元部件的互换性,最后决定设计MG400 /920-WD型电牵引采煤机的截割部，该种型号的采煤机具有以下优点：1、截割电机横向布置,机械传动都是直齿传动故传动效率高，容易安装维护。

2、截割电机采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定及左右摇臂的升降，采煤机急停等操作均由设在机身两端操作点的按钮进行控制，操作简单、方便。

3、液压系统设计采用集成阀块结构，管路少，连接可靠；经常调整的阀设在液压箱体外，便于检修和更换。

4、截割机械传动链设有弹性扭矩轴过载保护装置，大大提高的采煤机械的安全。

5、截割部采用NGW型行星传动，承载能力大，减小了结构尺寸。

采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。

6、调高油缸与调高液压锁采用分离布置，液压锁置于壳体空腔，打开盖板即可取出液压锁，方便井下查找故障和更换调高油缸、液压锁等维修工作。

7、行走箱为独立的箱体，配套多种槽宽的输送机时，只需选用行走箱及改变煤壁侧的滑靴，而主机不变。

8、各动力部件都由单独电动机驱动，可减少相互间的复杂传动关系，通用性、互换性更好。

1.2采煤机的历史和特点20世纪 40年代初，英国和前苏联相继研制出了链式采煤机。

这种采煤机是用截链式落煤，在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具，但工作效率低。

同时期德国也研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。

50年代初，英国和德国相继研制出了滚筒式采煤机，此种采煤机上安装有截煤滚筒，是一种圆筒形部件，其上安装有截齿，用以实现落煤和装煤，生产力水平有了较大的提高。

此种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。

但缺点有二：其一是截煤滚筒工作时高度不能调整，对煤层厚度及其变化适应性差；其二是滚筒的装煤效果不佳，限制了采煤机生产率的提高。

进入60年代，英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出很大的改进，改进后的截煤滚筒工作时可以调整其高度，把圆筒形截割滚筒改进成螺旋叶片截煤滚筒，即螺旋滚筒，极大地提高了装煤效果。

这是现代化采煤机械的基础。

我国采煤机的发展始于20世纪70年代初期，由煤炭科学研究总院分院研制出综采面配套的MD-150型双滚筒采煤机。

70年代中后期，又制造出MLS3-170型双滚筒采煤机。

那时采煤机的发展有以下特点：装机功率小、有链牵引，输出牵引力小、牵引速度低、自开切口差、工作可靠性较差。

到了20世纪80年代是我国采煤机发展的兴旺时期，当时世界主要采煤机生产国如英国、德国、法国、波兰、日本等都进入了中国市场，为我们深入了解国外技术，同时总结国自己失败的经验和教训，确立了我国采煤机的发展方向，即仿制和自行研制并举。

至20世纪80年代我国自行开发和研制的采煤机品种有50余种，是我国采煤机收获的年代，基本上满足了我国各种煤层开采的需要，大量依靠进口的年代已一去不复返。

20世纪80年代采煤机的发展有如下特点[8]：1、大力发展采煤机系列的开发，扩大其使用围，适应不同煤层的需要。

2、对采煤机各元部件可靠性进行攻关，促使采煤机工作可靠性与使用寿命的提高。

3、将无链牵引技术引入国市场，并推广使用，使采煤机工作平稳，使用安全，特别是电牵引技术发展，更是大大的提高了采煤机的工作效率及可靠性。

我国电牵引采煤机的发展，是由1987年开始的，从美国久益公司引进了3LS直流电牵引采煤机2台，在鹤岗矿务局兴安煤矿使用；1990年我国鸡西煤矿机械厂生产了MG463DW 型直流电牵引采煤机：1994年煤矿机械厂生产了MXA-380型直流电牵引采煤机，1996年生产了MXB-880型直流电牵引采煤机。

如今电牵引采煤机已成为采煤机的主流，它具有如下的优点[12]：1、牵引特性较好。

不论电牵引或液压牵引，都具有良好的调速特性。

但液压牵引的机械特性除了受负载影响外，还受油液的泄漏、粘度、温度、清洁度、制造和维修质量的影响，特性曲线慢慢变软。

但电动机特性除了受负载影响外，没有像液压牵引那么多的影响因素，也就是电牵引的牵引特性好，调速平稳性好，牵引特性曲线可长时间保持稳定。

2、机械传动效率高。

液压牵引总效率一般在0.65～0.70，而电牵引没有能量多次转换问题，总效率可达0.90以上。

3、牵引力大，牵引速度高。

液压牵引性能指标的提高，必须采用大功率液压泵和液压马达，其寿命较短，可靠性较差，这也限制了截割功率进一步增大。

目前电牵引采煤机的牵引力可达998kN；行走速度已达到截割时8～12m/min,最大可达54.5m/min,装机总功率已达2000kW。

行走速度和开机率都明显高于液压牵引采煤机，所以高产高效采煤工作面的采煤机都是电牵引采煤机。

4、工作可靠性提高。

液压牵引采煤机的可用率一般在50%～60%以下，电牵引采煤机的可用率一般在90%以上。

ELECTRA1000电牵引采煤机在美国、英国、一些矿的可用率为96%～98%。

5、易于实现微机自动控制。

由于微机控制的功能齐全、计算速度极快、与电牵引电控的电参数容易配合，因此，易于实现工况监测、机电保护、故障诊断、数据显示。

6、机械传动和结构较简单。

电牵引采煤机采用了多电机和独立驱动、模块式结构设计，使传动系统和结构简化。

特别是截割电动机横向布置，取消了寿命较短、传动效率较低、调整啮合间隙较复杂的圆锥齿轮。

7、生产率显著提高。

由于牵引力大、牵引速度高、截割电动机功率大，尤其是故障率非常低，因而使生产率大大提高。

1.3采煤机发展的趋势随着煤炭工业的发展，科技的不断创新，新一代大功率电牵引采煤机已逐渐采用了当今世界最先进的科学技术，具有人工智能的高自动化机电设备代替液压牵引已成必然。

技术发展趋势可简要归结如下[8]:1、装机功率增大，性能参数提高。

单台截割电机功率多在400kW以上，牵引功率多在80kW 以上 ,最大已达300kW。

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。

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。

4、电牵引系统向交流调速发展。

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。

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。

目前国外的电牵引采煤机几乎都采用了横向布置方式。