采煤機(jī)的減速機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)

楊琳琳

摘要：機(jī)械化文明發(fā)展的較為普遍的情況下，各種機(jī)械承擔(dān)著不同的功用，在多種多樣的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和減速結(jié)構(gòu)占了相當(dāng)一部分比重。對(duì)采煤機(jī)來說，機(jī)械的減速機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)也是重要的組成部分。可以說如果沒有機(jī)械傳動(dòng)就沒有現(xiàn)在發(fā)達(dá)的社會(huì)生產(chǎn)力，在現(xiàn)今情況下減速大多依靠減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)，作為一種相對(duì)精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減速機(jī)構(gòu)承擔(dān)著不同于機(jī)械傳動(dòng)的任務(wù)：傳遞并增加扭矩降低轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到降低速度的目的。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；減速機(jī)械結(jié)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)

1 引言

作為機(jī)械化設(shè)備出現(xiàn)的最主要的意義，運(yùn)動(dòng)的傳遞與功的轉(zhuǎn)化是為機(jī)械的意義，公元前，在巴勒斯坦地區(qū)的猶太人建立了杰里科城，城市首次出現(xiàn)了，最早的機(jī)械—車輪或許是此時(shí)誕生的。車輪是人類最為重要的發(fā)明之一，正是由于車輪的產(chǎn)生，才令車成為人類最主要的交通工具。到近代瓦特的蒸汽機(jī)讓機(jī)械化展現(xiàn)在人類眼前。機(jī)械的發(fā)展就像人類文明的進(jìn)步歷史，每一次巨大的進(jìn)步都是由于人類對(duì)于機(jī)械的理解進(jìn)一步深化。因此，研究采煤機(jī)機(jī)械的減速機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)，可以幫助采煤機(jī)更好地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的完善，提高工作效率。

2 采煤機(jī)機(jī)械的減速機(jī)械結(jié)構(gòu)

行星減速機(jī)構(gòu)是一種動(dòng)力傳遞裝置，可以在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)降低輸入轉(zhuǎn)速的目的，具有結(jié)構(gòu)緊、傳動(dòng)比大，傳動(dòng)效率高及輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)恰好迎合了采煤機(jī)井下有限、惡劣的工作條件，因此行星減速機(jī)構(gòu)在采煤機(jī)械中被大量使用。由于采煤機(jī)井下工作環(huán)境較為復(fù)雜，采煤機(jī)截割部行星機(jī)構(gòu)承受著較大的沖擊和振動(dòng)作用，在惡劣的工作環(huán)境中行星減速機(jī)構(gòu)極易發(fā)生損壞，造成采煤機(jī)無法進(jìn)行截割作業(yè)。

其基本傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：太陽齒輪、行星齒輪（組合于行星架）、內(nèi)齒輪環(huán)、電機(jī)經(jīng)過多級(jí)直齒輪傳動(dòng)，齒輪九經(jīng)由內(nèi)花鍵和行星減速器的太陽輪的一端相聯(lián)接，進(jìn)而為行星減速器輸入轉(zhuǎn)矩；在行星減速器中太陽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，既能夠使行星輪環(huán)繞本身的軸線自轉(zhuǎn)，同時(shí)能夠通過行星軸帶動(dòng)行星架沿著行星架中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，通過行星架輸出端的外漸開線花鍵和方頭的聯(lián)接，能夠?qū)⑤敵鲛D(zhuǎn)矩傳遞到滾筒。該行星減速器主要零部件由一個(gè)太陽輪、四個(gè)行星輪、一個(gè)行星架、一個(gè)內(nèi)齒輪構(gòu)成。

行星減速器作為截割部傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，一旦損壞將會(huì)影響采煤機(jī)的正常工作。采煤機(jī)過巖石斷層時(shí)，驗(yàn)證行星減速器的關(guān)鍵部件能否正常工作，首先需要建立太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈、行星架的三維模型，其次對(duì)關(guān)鍵零部件做受力分析，在本章需要計(jì)算出行星軸作用在行星架左右側(cè)板上的載荷以及太輪、行星輪、內(nèi)齒圈的切向力、徑向力、法向力。齒輪類零件主要做彎曲應(yīng)力分析與接觸應(yīng)力分析，所以對(duì)太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈做彎曲應(yīng)力分析和接觸應(yīng)力分析。太陽輪、行星輪、行星架是旋轉(zhuǎn)部件，故須對(duì)其做模態(tài)分析以及疲勞分析。行星架體積小受力大是易損部件，故對(duì)其做應(yīng)力分析。

對(duì)行星架、太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈做受力分析計(jì)算出作用在行星架左右側(cè)板行星軸孔的載荷及太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈上的法向力、切向力、徑向力。對(duì)太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈做彎曲應(yīng)力，其彎曲應(yīng)力強(qiáng)度滿足工作要求；將太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈裝配成行星機(jī)構(gòu)對(duì)其做接觸應(yīng)力分析與接觸應(yīng)力疲勞分析，其接觸應(yīng)力強(qiáng)度與壽命均滿足要求；對(duì)太陽輪、行星輪做模態(tài)分析，其一階頻率均高于工作頻率，不會(huì)受到共振的破壞；對(duì)行星架做應(yīng)力分析、模態(tài)分析、疲勞分析，其強(qiáng)度、頻率滿足要求，工作壽命低于其設(shè)計(jì)壽命。

3 采煤機(jī)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)的截割部主要由滾筒、搖臂、液壓油缸和機(jī)身四部分組成。在截割部安裝過程中，液壓油缸安設(shè)在機(jī)身下部底托架內(nèi)，截割部與牽引部之間通過高強(qiáng)度液壓螺栓連接。截割部主要利用液壓缸作為動(dòng)力裝置帶動(dòng)搖臂上下擺動(dòng)來調(diào)整滾筒的高度，以提高對(duì)不同煤層厚度變化的適應(yīng)性。

采煤機(jī)的截割部裝有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過兩端的輸出軸實(shí)現(xiàn)輸出動(dòng)力的目的。截割部是工作機(jī)構(gòu)及其機(jī)械傳動(dòng)或驅(qū)動(dòng)裝置的總稱。當(dāng)截割部由專用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，截割部也包括截割電動(dòng)機(jī)。工作機(jī)構(gòu)是直接實(shí)現(xiàn)截割、破碎等主要功能的部件。其上裝有截齒，截齒將煤從煤體上破落下來。有些采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)為了形成所要求的截割斷面形狀，除了一個(gè)主要工作機(jī)構(gòu)外，還有一個(gè)或幾個(gè)輔助工作機(jī)構(gòu)。工作機(jī)構(gòu)往往兼有把破落下來的煤塊裝入工作面輸送機(jī)的功能，使用這類工作機(jī)構(gòu)的采煤機(jī)就不再需要單獨(dú)的裝載部。機(jī)械傳動(dòng)裝置用來將動(dòng)力傳輸給工作機(jī)構(gòu)，以滿足其運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)方向和截割速度大小的要求。機(jī)械傳動(dòng)裝置通常采用齒輪傳動(dòng)，一般在使用過程中不能變速，但備有專門的換速齒輪副，供安裝時(shí)更換，以滿足截割速度的要求。機(jī)械傳動(dòng)裝置根據(jù)結(jié)構(gòu)需要可由一個(gè)或多個(gè)箱體組成。截割部由傳動(dòng)裝置和工作機(jī)構(gòu)組成，傳動(dòng)裝置起傳動(dòng)、減速及改變采高的作用，工作機(jī)構(gòu)主要用于輸煤、落煤。

工作機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的減速器等共同組成了采煤機(jī)的截割部，雙滾筒采煤機(jī)的電機(jī)與滾筒之間是傳動(dòng)裝置，其位于采煤機(jī)搖臂中。傳動(dòng)裝置的主要作用是傳遞動(dòng)力，通過位于搖臂內(nèi)的傳動(dòng)裝置能夠?qū)㈦妱?dòng)機(jī)的輸出功率傳遞到滾筒。截割部作為采煤機(jī)的主要工作結(jié)構(gòu)，截割部消耗掉的功率占到了采煤機(jī)總消耗功率的80%—90%，在工作中有很大的沖擊載荷與負(fù)載作用在截割部上。所以截割部傳動(dòng)裝置需要有高可靠性、高強(qiáng)度的性能而且能夠長時(shí)間處于安全穩(wěn)定的工作狀態(tài)才能使采煤機(jī)長時(shí)間安全、高效的工作。

采煤機(jī)截割部的傳動(dòng)特點(diǎn)如下：

⑴通常情況下，采煤機(jī)的截割部傳動(dòng)系統(tǒng)含有3-5級(jí)齒輪傳動(dòng)減速

⑵當(dāng)電動(dòng)機(jī)在采煤機(jī)中的布置方式為縱向布置時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸心與滾筒軸心相互垂直，所以需要將錐齒輪設(shè)置為軸心方向。通過將錐齒輪放置在靠近電動(dòng)機(jī)的高速級(jí)一端能夠保障錐齒輪的工作壽命和減小作用在錐齒輪的載荷。

⑶在一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)牽引部與截割部的情況下，當(dāng)對(duì)采煤機(jī)截割部的傳動(dòng)進(jìn)行檢修時(shí)需要將電動(dòng)機(jī)和滾筒間的動(dòng)力傳遞斷開，通過這種方式能夠保障安全，所以還需要在傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝離合器。一般在高速級(jí)設(shè)置離合器能夠減小尺寸而且便于操作。

⑷通過在截割部設(shè)置變速齒輪，能夠使?jié)L筒變換多種轉(zhuǎn)速，故而能夠適應(yīng)不同的煤質(zhì)。也可以通過設(shè)置變換齒輪的方式，滿足多轉(zhuǎn)速的要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)采煤機(jī)機(jī)械的減速機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)傳遞結(jié)構(gòu)的研究分析，發(fā)現(xiàn)原有結(jié)構(gòu)存在的問題，并提出了相應(yīng)的解決方案，有效地保證采煤機(jī)工作的順利開展，延長了其使用壽命，從而提高了采煤機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，保障工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙麗娟，范佳藝，李明昊，李惠.采煤機(jī)截割部行星架可靠性設(shè)計(jì)[J/OL].機(jī)械工程學(xué)報(bào)：1-9[2019-02-13].

（作者單位：三一重型裝備有限公司）