煤矿用刮板输送机设计范本

编号：0920399383

本科毕业设计

题目：煤矿用刮板输送机设计

学院：机械工程学院

专业：机械设计制造及其自动化

年级：09级

姓名：

指导教师：

完成日期：2013年5月

煤矿用刮板输送机设计

摘要：刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续机械。主要采煤工作面使用。在煤矿下综采工作面中主要任务是将采煤机采下的原煤连续不断地运往转载机，保证采煤工作面的原煤连续送出。刮板输送机是在井下工作，而且是采煤作业转运煤的第一环节，所以所处工作环境恶劣，任务艰巨，所受损坏作用严重且众多。刮板输送机在工作中，要承受拉压，弯曲，冲击，摩擦及腐蚀等多种损坏。

国外现在能生产出的刮板输送机一般去向不都能整机无故障过煤600万吨以上，有些甚至已达到1200万吨。而国内生产的刮板输送机不仅总运量低，而且故障频繁，每小时运输率也较国外远逊。

国产刮板输送机的主要问题是刮板链强度不够，是由于磨损，疲劳，自身质量差，锈蚀等原因，在链条使用三个月后故障增多。国产机械的连接螺栓可靠性普遍较差，机头机尾的连接螺栓经常出现拉断现象。中部槽由于刮板的磨损以及连接强度不够，严重影响了刮板机的寿命和可靠性。

随着刨煤机和深截式采煤机的出现，刮板机需要向更大运量，更快速运输，更耐用方面发展。其结构应向短机头，大功率，高链速的中槽部和链条方向改进。其次应使刮板输送机规范化，规范化，向智能化自动化方向发展，保证同步提高设计和加工质量水平。

关键词：刮板输送机；减速器；机头部；机尾部

The design of the scraper conveyor

Scraper conveyor：Scraper conveyor is a continuous mechanical flexible traction mechanism. The main coal mining working face with. In the fully mechanized coal face is the main task of the coal mining machine mining under continuously to reprint machine, ensure the coal mining working face continuously discharged. Scraper conveyor is in underground work, and is the first link of coal mining transport, so the working environment is bad, the task is arduous, the damaged badly and numerous. Scraper conveyor at work, to bear tension and compression, bending, impact, friction and corrosion and other damage.

Foreign countries can now produce conveyor in general to can not machine without fault coal 6000000 tons, and some have even reached 12000000 tons. Scraper conveyor and the domestic production of not only the total volume is low, and frequent breakdowns, per hour transport rate is far lower in foreign countries.

The main problem of the scraper conveyor scraper chain strength is not enough, is due to wear, fatigue, its poor quality, corrosion and other reasons, the use of three months in the chain failure increases. Bolt connection reliability generally poor domestic machinery connecting bolt head and tail, often breaking phenomenon. The central groove scraper wear and connection strength is not enough, seriously affects the life and reliability of scraper machine.

With plough and deep web shearer, scraper to more traffic, more rapid transit, more durable development. Its structure should be short nose, big power, improve the high speed of chain in the slot and the chain direction. Secondly, should make the scraper conveyor standardization, standardization, intelligent automation direction development, ensure the synchronization to improve design and machining quality level.

Key words：scraper conveyor；media craft；aircraft tail；hydraulic coupler

目录

1 概述0

1.1 技术现状0

1.2 刮板输送机发展趋势0

2 主要部件的结构和设计要求2 2.1机头部3

2.1.1机头架3

2.1.2链轮3

2.1.3 减速器4

2.1.4 联轴器5

2.1.5 电动机6

2.2 机尾部6

2.3 中部槽及附属部件6

2.4 刮板链7

2.5 紧链装置7

2.6推移装置8

2.7锚固装置8

3 总体技术方案的确定9 3.1主要技术参数9

3.2电动机的选择10

3.2.1运输能力计算10

3.3总传动比及传动比的分配11

3.3.1总传动比的确定11

3.3.2传动比的分配11

3.4各级传动计算11

3.4.1各轴转速计算11

3.4.2各轴功率计算12

3.4.3各轴扭矩计算12

3.5轴的设计及强度校核23

3.5.1高速轴Ⅰ轴的设计23

3.5.2 Ⅱ轴的设计25

3.5.3 Ⅲ轴的设计26

3.5.4输出轴的设计27

4 箱体及附件的设计校核29 4.1 轴的强度校核30

4.1.1轴的受力分析30

4.2 齿轮详细参数36

结论37

参考文献39

1 概述

近年来矿井在向高产高效集约化的方向迅速发展，煤矿都在努力实现一矿一井一面的高度集约化生产模式。刮板输送机作为长臂工作面的主要输送机械设备，它的输送能力也要随着高产高效矿井需要的生产能力来发展。

1.1 技术现状

20 世纪80年代以后，国内外刮板输送机均在向大运量，长运距，大功率，高强度，长寿命及高可靠性趋势发展。目前，国外综采刮板输送机最大工作面的输送量已达 6000t/h，装机功率 4× 800kW，运距 450m 。国内自主研发的刮板输送机输送量却只有3500t/h，装机功率也只不过3× 700kW ，运送距程大约300m。但是，目前有国内大型煤炭基工作面加长的必要性，对国产运输机械的要求也逐步提高，刮板输送机的工作面也应有相应的加长。因此，刮板输送机的功率，机体质量也有相当的改善，介是受到生产技术的限制。1，中部槽的高度不能过高，否则装煤效果会受到影响；2，输送机长度太大，物料的推进速度会降低。最后，重要的部件的技术质量，性能以及寿命也会有很大影响。所以，要更大型化的设计刮板输送机，一方面要提高机器部件的质量和技术性能，一方面也要综合现在的软启动技术，工况检测以及机电一体化技术同步发展。

1.2 刮板输送机发展趋势

20世纪英国工业发达，最先用刮板输送机运输散碎物料。最早的刮板输送机长、仅几十M，功率小，牵引链的强度也很小。经过多年的逐步改进和发展，目前，综合采矿用的刮板输送机主要用来运送煤之，另外还可以给采煤机做运行轨道，能作为拉移液压支架时升缩油缸的固定点；清理工作面的浮煤；悬挂电缆、水管,乳化液管等。挂板输送机在综采煤工作面与采煤机和液压支架配套工作。刮板输送机在煤矿是大量使用、高消耗的重要机械设备。一直以来，国内制造的刮板输送机就有几十种型号。迄今，我国能制造出最大的刮板输送机输送能力达900t/h；装机总功率高达320kW；一条牵引链能达到破断负荷85t；能沿水平线的输送距离为仅为150M左右；整机总重量达到205t。

矿用刮板输送机一般按刮板链是形式来分三种：中单链型、中双链型和边双

链型。系列型谱的刮板输送机大都采用矿用高其强度圆环链制成的刮板传动链。刮板输送机有时按功率大小来分为轻型、中和重型。刮板输送机配套单电动机，设计额定功率为40KW及以下的为轻型；大于40kW而小于等于90kW的为中型；90kW以上的为重量型。

2 主要部件的结构和设计要求

对于矿用刮板输送机，根据工作情况需要，其结构有如下设计要求：

⑴既能用于左又能用于右工作面；

⑵各部组在井下拆装和运输是尽可能方便；

⑶保证同种型号的部件安装尺寸与连接尺寸相同，同类部件要保证通用互换性；

⑷保证刮板链在安装以后，链条能正反方向都可以运行通畅；

⑸设置紧链装置保证工作时安全稳定；

⑹为了便于利用机械移动，要设计便于连接移动的连接处；

⑺机械部件必须达到需要的强度，刚度和耐磨性；

⑻一般应有上链器，上链器是供刮板链在下槽脱出时通过它返回槽内的装置；

⑼用于机械采煤的工作面刮板输送机，机头架的外廓尺寸和结构形式应便于采煤机自切开口；

⑽用于采煤机的工作面刮板输送机，应结合技术上的需要，能装设下列部分或全部附属部件：

①采煤机的导向装置；

②铲煤板；

③挡煤板；

④无链牵引采煤机的齿轨；

⑤放置电缆，水管，乳化液管路的槽或支架；

⑥在机头部和机尾部能安装采煤机外牵引的传动部装置，牵引链的固定装置或刨煤机机构传动装置和控制保护装置；

⑦用于综采工作面的刮板输送机，相关的外廓尺寸应与采煤机和液压支架相配；

⑧刮铺设板输送机时，一般有倾斜面，为防止工作中有下滑可能，应设置防滑锚固装置；

刮板输送机由机头部，机尾部，中部槽及其附属部件，刮板链，紧链装置，推移装置和锚固装置等组成。下面分述其结构和技术要求。

2.1机头部

机头部是由机头架，链轮，减速器，盲轴，联轴器及电动机等级部件组成的，是电动机动力输出装置。图2-1刮板输送机就是机头部为一种轻型边双链式。

图 2-1 机头部为边双链式刮板输送机

2.1.1机头架

机头架是机头部的骨架，要保证足够的强度和刚度，用厚钢板直接焊接而成，各种型机的头部的有以下共同点石成金：

⑴为配左右工作面采煤的需要，两侧必须对称设计，使两个侧壁上都可以安装减速器，；

⑵链轮由减速器伸出和盲轴支承连接便于在井下拆装；

⑶拨链器和护轴板固定在机头架前梁上，它的作用防止刮板链在与链轮的分离点处被轮齿带动卷入链轮，护轴板是易损部位，用可拆换的活板，既便于链轮和拨链器的拆装，有可更换；

⑷机头架的易磨损部位采取耐磨措施，例如加焊高锰钢堆焊层或局部采用耐磨材料的可更换零件。

2.1.2链轮

链轮是一个组件，由链轮和连接筒组成。链轮是传力部件，也是易损部件，

运转中除受静载荷外，还有脉冲和冲击载荷。

图2-2所示为边双链用的链轮连接筒用组件，采用部分式连接筒，连接筒两端由环槽与链轮的环槽相连，内孔用平键分别与减速器伸出及盲轴连接，部分用螺栓固接。链轮用花键与减速器是伸出轴和盲轴连接。安装时必须保证两个链轮的齿轮在相同的相位角上。这种结构的有点是链轮磨损后可以只更换链轮。但是，连接筒螺栓锈死时，很难拆卸。所以连接筒与链轮焊接成一体，连接筒两端的内花键分别与减速器输出轴和盲轴连接，这种结构拆装维修方便。

图2-2边双链用的链轮连接组件

2.1.3 减速器

我国目前生产的刮板输送机减速器多为平行布置式、三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器。其适用条件为：齿轮圆周速度不大于18m/s；安装角度为1°— 25°；高速轴的转速不大于1500r/min；减速器工作的环境温度为-20°C— +35°C；适用于正反两向运转。

《刮板输送机通用技术条件》对减速器的技术性能规定有具体指标。

图2-3所示的减速器，第一对齿轮为圆弧锥齿轮，第二对为斜齿圆柱齿轮，第三对为直齿圆柱齿轮。箱体用球墨铸铁制造，以保证强度。为使在倾斜状态下，第一轴上球轴承也能得到良好的润滑，用挡环和油封隔成一个独立的油室，使润滑油不会流入箱体油室内。为使在大倾角下锥齿轮也能得到润滑，在箱体的相应部位设隔离油室。为防止工作时油过热，箱底部装有冷却水管。

如果矿用刮板输送机的机头部装在平巷的位置，可采用圆柱齿轮减速器。

行星齿轮减速器的体积、质量小，效率高，大功率的减速器采用它有利。盲轴是装在机头架的不装减速器一侧、支承链轮的一个组件。盲轴组件是用于与圆锥圆柱齿轮减速器的链轮连接组件相配的盲轴组件，其轴承座装在机头架侧板的座孔内，用螺栓固定。

图2-3圆锥圆柱齿轮减速器

2.1.4 联轴器

电动机与减速器的连接有弹性联轴器和液力耦合器两种。用液力耦合器有以下有点：使电动机轻载保护功能；减缓传动系统的冲击和震动；多电机驱动能使各电机的负荷较均匀；如果与电动机的特性匹配得当，能增大驱动装置的启动力矩。中型和重型刮板输送机都采用液力耦合器。

根据液力转动的理论，液力耦合器所能传递的力矩M用下式计算：

2D

5

M?

=λγ（2—1）

n

式中λ——转矩系数；

γ——工作液体的重度，2

N/m；

n——泵轮的转速，r/min；

D——泵轮的有效直径，m 。

（液力耦合器的工作液可用矿物油、水或难燃液）

2.1.5 电动机

采用液力耦合器时，对电动机的启动转矩无高要求，只是要求最大转矩要高。因为用液力耦合器时，电动机是轻载启动，如果液力耦合器的输入特性与电动机的特性匹配得当，则对负载的启动转矩可接近电动机的最大力矩。

2.2 机尾部

机尾部分有两种，及驱动装置以及无驱动装置。机尾部有驱动装置时，因为尾部没必要有卸载高度，尾部架和机头架只有机架不同，其他部件与机头部相似。机尾部滑驱动装置时，尾部上只有供刮板链改向用的尾部轴部件，如图2-4所示是边双链型的一种，也可以用滚筒来代替尾部轴上的链轮。

图2-4机尾部滚筒

2.3 中部槽及附属部件

中部槽的形式列入规范的有中单链，中双链，边双链型三种。

中部槽除了规范长度以外，为适应采煤工作面长度变化的需要，设有500mm 和1000mm长的调节槽。

中部槽受煤和刮板链的剧烈摩擦，是消耗量最大的部件。中部槽的井下使用寿命，目前是按过媒量衡量。《刮板输送机通用技术条件》种规定的过媒量列于表2-1中。

表2-1 中部槽过煤量

中部槽的连接装置是将单个中部槽连接成刮板输送机机身的组件，它既要保证对中性，使两槽之间上下、左右的错口量不超过规定，又要允许相邻两槽在平、竖两个面内能折曲一定角度，使机身有良好的弯曲性能，还要求同一型号中部槽的安装、连接尺寸相同，能通用互换。

铲煤板在推移中部槽时用来清理工作面的浮煤，它固定在中部槽的支座上，安装后上缘应低于槽帮，下缘要超出槽底，宽度方向与采煤机滚筒应有一间隔。

2.4刮板链

链条和刮板组成刮板链，它是刮板输送机的牵引机构，作用是刮推槽内的物料。目前使用的有三种即：中单链、中双链和边双链。

现在刮板链链条大都用圆环链，链条在运行中既要承受很大的静负荷和动负荷，也要能在受滑动摩擦的情况下运行，并且会受矿水的浸蚀，鉴于以上原因，目前使用的圆环链都要用优质合金钢焊接而成，并经过热处理和预拉伸处理，使之具有高强度、高韧性、耐磨搞腐蚀等性能。

刮板在运行时有刮底清帮，防止煤粉粘结引起堵塞的作用，并应尽可能减轻质量。刮板一般用轧制异型钢锻造，也可以用铸造合金钢经韧化热处理制成。

2.5紧链装置

刮板链安装时，要有适合的预紧力，使它运行时到张力最小点不会发生链条松弛和堆积。紧链装置即给刮板链施加张紧力的装置。

早期的轻型刮板输送机，采用人工改变机尾轴位置的办法来紧链，现在则采

用定轴距紧链。目前一般有三种方式：一种是将刮板链一端固定在机头架上，另一端则绕经机头链轮，用机头部的电动机使链轮反转，将链条拉紧，电动机停止反转时，立即用一种制动装置将链轮闸住，防止链条回松；第二种方式与前一种差不多，只是不用电动机反转来紧链，而是用专设的液压马达紧链；第三种方式是用专用液压缸紧链。

以上各种紧链装置中，棘轮紧链器和摩擦紧链器结构简单，使用方便，缺点是它们不能显示出链子张力的大小。其余三种都能显示并且准确控制链子的张紧力的大小。液压马达紧链装置操作简单且安全性高。液压缸紧链器虽然使用不方便但它能在任何部位使用。

2.6推移装置

在采煤工作面内，推移装置是用来将刮板输送机向煤壁推移的设备。综合工作面要使用液压支架上的推移千斤顶，非综合工作面可以用单体液压推溜器也可以用手动液压推溜器。

单体液压推溜器本质上是一个液压千斤顶。为方便用在采煤工作面，一般采用内回液结构，说明了就是不用外露回液管直接经活塞杆的心部回液。用的时候时，在中部槽挡煤板上联上推溜器的活塞杆插销，然后将底座用支柱撑在顶板上。扳动操作阀，向活塞一侧注入压力液，活塞杆就会将中部槽推向煤壁，向活塞的另一侧注入压力液，缸体和支座便向前收回。

单体液压缸推溜器安装在采煤工作面。在一定距离设置一个推溜器；设在平巷内的泵站使压力液经高低压管路循环。如果用的是外主式的液压推溜器，则用注液枪来注液，此时也不需要在推溜器上连接固定管路了。液压推溜器使用的液体是含35%乳化油的中性水溶液。

2.7锚固装置

锚固装置的刮板输送机在倾角较大的工作面工作有下滑可能时，用以固定、防滑之用。它由单体液压支架和锚固架组成，锚固架与机头架、机尾架连接，使用液压支架的泵站。

3 总体技术方案的确定

设计主要内容和要求：

设计拟定参数：

设计溜槽长度200m

生产输送能力1000t/h

传动拟定链速1m/s

要求：

（1）刮板输送机传动技术方案设计成；

（2）拟定减速器的设计；

（3）完成主要传动组件及零件运作图设计；

（4）编写设计计及计算说明书。

3.1主要技术参数

刮板输送机是与综采工作面的采煤机、液压支架设备配结合套使用，完成采区采煤，并将采煤机采下的煤输送出去的设备。

传动系统图如图3-1所示

图3-1传统系统图

该机的主要技术参数如表3-1：

表3-1 主要技术参数

3.2电动机的选择

要符合矿井电机的具体工作环境情况，电机必须有防爆和电火花的安全性能，确保在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中能绝对安全，并且电机工作要稳定可靠，启动转矩要大，防过载能力强，效率高。所以要选择矿用防爆电动机：型号为YZ400L1-10；

其主要参数如下：

功率： 160 kW；

转速： 587 r/min；

电压： 1140 V；

效率： 91.50% ；

功率因数：0.790 ；

外形尺寸：1865 （2120）×855×950 ；

重量：2400 kg 。

3.2.1运输能力计算

按连续运行的计算公式为：

Qγ?

=（3—1）

6.3

A

v

式中

Q——刮板输送机的输送能力，t/h；

A——中部槽物料运行时的断面积，2

m；

γ——为物料的散碎密度，kg/m3；

?——转满系数；

v ——刮板链速，m/s

v A Q γ?6.3==3.6×830×tan20 ×0.97×0.96×1=1013t/h ＞1000t/h 满足设计要求

3.3总传动比及传动比的分配

3.3.1总传动比的确定

总传动比 35.2920

587==

总i 3.3.2传动比的分配

初定齿数及各级传动比为: 3525.31=i

1755.32=i

757.23=i

3.4各级传动计算

3.4.1各轴转速计算

从电动机出来，各轴依次命名为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴。

Ⅰ轴 5871=n r/min

Ⅱ轴 31/n n i =3525.3/587=r/min 0.175=

Ⅲ轴 432/n n i =min /r 14.551755.3/1.175==

Ⅳ轴 743/n n i =min /0.20757.2/14.55r ==

3.4.2各轴功率计算

Ⅰ轴 43211ηηηη????=p p

kw 55.14797.097.099.099.0160=????=

Ⅱ轴 43212ηηη???=p p

kw 44.13797.097.099.055.147=???=

Ⅲ轴 43223ηηη???=p p

kw 02.12897.097.099.044.137=???=

Ⅳ轴 43234ηηη???=p p

kw 25.97119.097.099.002.128???=

式中 根据[8]表3-91η——滚动轴承效率 1η=0.99

2η——闭式圆柱齿轮效率 2η=0.97

3η——花键效率 3η=0.99

4η——卷筒效率 4η=0.97

3.4.3各轴扭矩计算

Ⅰ轴 m N 52.2400587/55.1479550/9550111?=?==n P T

Ⅱ轴m N 01.74961.175/44.1379550/9550222?=?==n P T

Ⅲ轴m N 4.220684.55/02.1289550/9550333?=?==n P T

Ⅳ轴m N 8.5694120/25.1199550/9550444?=?==n P T

HRC 60～62

许用接触应力[H σ] 由式，N H H H Z S min lim

][σσ= （3—2）

1lim H σ=1572N/mm 2 2lim H σ=1572N/mm

⑴选择齿轮材料

查文[2]表3-8 两个齿轮都选用18CrTi 渗碳淬火

接触疲劳极限lim H σ

接触强度寿命系数Z N 应力循环次数N 由式

N 1=)1036020(158760601?????=h jL n =91034.2?

N 2= N 1/i=891098.63525.3/1034.2?=?

查得1N Z 、2N Z 1N Z =1 2N Z =1.05

根据文献{7] 接触强度最小安全系数 min H S min H S =1

则 1/11572][1?=H σ1/05.11572][2?=H σ

许用弯曲应力[F σ] 由式, [F σ]X N F F Y Y S min lim σ=

（3—3）

弯曲疲劳极限lim F σ

21lim /1100mm N F =σ22lim /1100mm N F =σ 弯曲强度度寿命系数N Y Y N1=Y N2=1

弯曲强度尺寸系数 X Y Y X =1

弯曲强度最小安全系数 min F S min F S =1.4

则 mm N F /7.785N/m m 7.7854.1/111100][1==??=σ

mm N F /7.785N/m m 7.7854.1/111100][2==??=σ

⑵按齿面接触疲劳强度设计计算

确定齿轮传动精度等级，按3111/)022.0~013.0(n p n v t =估取圆周速度m/s 9=t ν，选取

m/s 9=t ν公差组8级

小轮分度圆直径1d ， 根据文献[5]有公式

322121)][(1211H H E d dm Z Z Z u u kT u d σ?ψε??+????? ??++≥ （3—4）

齿宽系数dm ψ：查表6.9按齿轮相对轴承为非对称布置，取dm ψ＝0.50

小齿轮齿数1Z ： 1Z =20

大齿轮齿数2Z 67203525.312=?=?=Z I Z

齿数比u u 35.3/12==Z Z

传动比误差0/=?u u 误差在%3±范围内

小轮转矩：1T

161/1055.9n P T ?==9.5566104.2587/55.14710?=??

载荷系数K ：βK K K K V A ??= （3—5）

使用系数A K ：查表

动载荷系数V K ： 由推荐值1.05～1.4 Vt K ＝1.2

齿向载荷分布系数βK ：由推荐值1.0~1.2 βK ＝1.1

则载荷系数K 的初值

1.1

2.11??=k

材料弹性系数E Z ：

查表2N/mm 8.189=E Z

节点影响系数H Z ： 故

mm d 630.12115725.28.18935.3135.350.0104.232.12135.350.0132

2621≥??? ???+??????? ??++≥ 齿轮模数mmm = m m 1.620/122/11==z d

圆整 m =7mm

小轮大端分度圆直径1d

20711?==mz d =140mm

小轮平均分度直径1

m d