宋颖朋，陈盼盼
山东协和学院，工学院，山东 济南 250000
摘要：采煤机牵引部由电动机和传动装置组成，其中传动装置包括传动件(齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动)和支撑件(轴、轴承、机体等)两部分。它的重量和成本在牵引部中占很大比重，其性能和质量对牵引部的工作影响很大。
关键字：采煤机；牵引部；行星齿轮
中图分类号：TD421 文献标识码：A
引言
采煤机是机械化采煤作业的主要设备之一，其功能是落煤和装煤。一般由牵引部、截割部、滚简、摇臂、电控箱、滑靴和附属装置等部分组成。其中，牵引部通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机的重要部件。
（一）采煤机的发展状况及趋势
1．国外：
这些国家电牵引采煤机的技术发展有如下几个特点:
(1)为了适应高产高效综采工作面快速割煤的需要，装机功率和截割电动机功率的幅度增加
(2) 电牵引采煤机已取代液压牵引采煤机而成为主导机型。
(3) 牵引速度和牵引力的增大，液压牵引采煤机的功率不能满足，而电牵引采煤机牵引功率成倍增加。
(4) 多电机驱动横向布置的总体结构日益发展
(5) 滚筒的截深不断增大
(6) 供电电压提高，监控系统日趋完善，可靠性提高
2．国内：
（1）20世纪70年代我国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。
（2）20世纪80年代采煤机的发展有如下特点：
重视开发采煤机系列，扩大使用范围；元部件攻关先行，提高采煤机工作的可靠性；推广使用无链牵引，提高采煤机工作稳定性和使用安全性。
（3）进入20世纪90年代后，交流变频调速技术在采煤机上发展的特点如下：
多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流；我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小；液压紧固技术的开发研究取得成功。
3．小结：
回顾这30多年我国采煤机发展的历程，走的是一条自力更生和仿制引进结合的道路，也是一条不断学习国外先进技术为我所用的发展道路，从20世纪70年代主要靠进口采煤机来满足我国生产需要，到近年几乎是国产采煤机占我国整个采煤机市场，这也是个了不起的进步。
我国近期开发的电牵引采煤机有以下特点:
(1) 电牵引采煤机采用多电机驱动横向布置。
(2) 总装机功率、牵引功率显著提高。
(3) 电牵引采煤机以交流变频调速牵引装置为主, 同时也在研制直流电牵引采煤机。
(4) 主机身分段, 取消底部托架, 机身零部件设计、制造强度显著提高, 部件间利用高强度液压螺母联接, 拆装便利, 提高了机器的可靠性。
(5) 电控技术研究和采煤机电气控制装置可靠性不断提高。
(6) 在横向布置的截割电机上, 使用了可以弹性缓冲性能的扭矩轴,提高了传动件的可靠性, 对采煤机的整体可靠性和时间利用率起到了积极作用。
(7) 耐磨滚筒及镐形截齿的研究, 推进了我国的滚筒及截齿制造技术,开发研制的耐磨滚筒。
（二）牵引机构传动系统
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1.主要技术参数
主要技术参数及配套设备：
采高（m）：2.2～3.5；
适应倾角（°）：≤25；
煤质硬度 : f≤4；
截深（m）：0.8
滚筒直径 （m）： ￠1.6
电压（V）：1140；
牵引形式 ：强力轮齿—齿轨电牵引；
牵引电机型号：YBXn225S-4
装机功率（KW）：904
2.电动机的选择
设计要求牵引部功率为37KW，根据矿井电机的具体工作环境情况，电机必须具有防爆和电火花的安全性，以保证在有爆炸危险的含煤尘和瓦斯的空气中绝对安全，而且电机工作要可靠，启动转矩大，过载能力强，效率高。所以选择由南阳生产的三相鼠笼异步防爆电动机，型号为YBXn225S-4；其主要参数如下：
额定功率：37KW；
额定电压：380V；
满载电流：69A；
额定转速：1470r/min；
满载效率：0.936；
满载功率因数：0.87；
接线方式：Y；
质量：400KG；
冷却方式：水冷
该电动机输出轴上带有渐开线花键，通过该花键电机可以将输出的动力传递给齿轮减速机构。
3.传动比的分配
在进行多级传动系统总体设计中，传动比分配是很重要的一个环节，合理分配传动比，会影响到传动系统的外阔尺寸、润滑条件、结构、重量、成本及工作能力。
由于采煤机在工作过程中常有冲击载荷和过载，维修非常困难，空间限制而且要求严格，故对行星齿轮减速装置提出了更高要求。因此先确定行星减速机构的传动比。
采用的是NGW型行星减速装置，其工作原理如下图所示：
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（三）牵引部齿轮设计
1)选择齿轮1和3的材料
查1表 齿轮都选用20GrMnTi渗碳淬火
2)按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度
3)选择齿轮5的材料
查1表 齿轮选用20GrMnTi调质
4)按齿面接触疲劳强度设计计算
确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度
（四）牵引部行星机构
采用的是2K-H型行星传动机构, 这种机构要正确啮合，必须满足四个条件：
传动比条件；同轴条件；装配条件；邻接条件。
根据上面四个条件，可以初步确定太阳轮，内齿圈以及行星轮的齿数。
行星齿轮材料热处理工艺及制造工艺的选定
太阳轮和行星轮的材料为20CrNi2MoA，表面渗碳淬火处理，表面硬度为57～61HRC。因为对于承受冲击重载荷的工件，常采用韧性高淬透性大的18Cr2Ni4WA和20CrNi2MoA等高级渗碳钢，经热处理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的强度及良好的韧性和很低的缺口敏感性。
结语
本设计的目的是设计出强度满足理论要求、结构符合实际情况的电牵引采煤机，重点是其牵引部的设计。采煤机牵引部的重量和成本在牵引部中占很大比重，其性能和质量对牵引部的工作影响也很大，因此合理设计传动方案具有重要意义。
在本设计的传动件的选择中，由于带传动和链传动不适合井下繁重的工作要求和恶劣的工作环境，而蜗杆传动的传动效率低、功率损失大，因此传动件全部采用齿轮传动。
满足牵引部性能要求的传动方案，可以由不同传动机构类型以不同的组合形式和布置顺序构成。合理的方案应保证工作可靠，并且结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利。
参考文献
[1]付欣睿.煤矿电牵引采煤机自动控制系统设计[J].机械管理开发,2020,35(10):249-250+265.
[2]张鹏飞.采煤机牵引部驱动协调控制系统研究[J].凿岩机械气动工具,2020(03):37-40.
作者简介：宋颖朋（1998-），男，在校本科生，机械设计制造及自动化
通讯作者：陈盼盼（1987-）女，硕士，研究方向：机械制造与自动化