采煤機的減速機械結構和運動傳遞結構

楊琳琳

摘要：機械化文明發展的較為普遍的情況下，各種機械承擔著不同的功用，在多種多樣的機械結構中，機械傳動機構和減速結構占了相當一部分比重。對采煤機來說，機械的減速機械結構和運動傳遞結構也是重要的組成部分。可以說如果沒有機械傳動就沒有現在發達的社會生產力，在現今情況下減速大多依靠減速機來實現，作為一種相對精密的機械結構，減速機構承擔著不同于機械傳動的任務：傳遞并增加扭矩降低轉速，從而達到降低速度的目的。

關鍵詞：采煤機；減速機械結構；運動傳遞結構

1 引言

作為機械化設備出現的最主要的意義，運動的傳遞與功的轉化是為機械的意義，公元前，在巴勒斯坦地區的猶太人建立了杰里科城，城市首次出現了，最早的機械—車輪或許是此時誕生的。車輪是人類最為重要的發明之一，正是由于車輪的產生，才令車成為人類最主要的交通工具。到近代瓦特的蒸汽機讓機械化展現在人類眼前。機械的發展就像人類文明的進步歷史，每一次巨大的進步都是由于人類對于機械的理解進一步深化。因此，研究采煤機機械的減速機械結構和運動傳遞結構，可以幫助采煤機更好地進行結構的完善，提高工作效率。

2 采煤機機械的減速機械結構

行星減速機構是一種動力傳遞裝置，可以在有限的空間內實現降低輸入轉速的目的，具有結構緊、傳動比大，傳動效率高及輸出扭矩大等優點。這些優點恰好迎合了采煤機井下有限、惡劣的工作條件，因此行星減速機構在采煤機械中被大量使用。由于采煤機井下工作環境較為復雜，采煤機截割部行星機構承受著較大的沖擊和振動作用，在惡劣的工作環境中行星減速機構極易發生損壞，造成采煤機無法進行截割作業。

其基本傳動結構分為四個部分：太陽齒輪、行星齒輪（組合于行星架）、內齒輪環、電機經過多級直齒輪傳動，齒輪九經由內花鍵和行星減速器的太陽輪的一端相聯接，進而為行星減速器輸入轉矩；在行星減速器中太陽輪的轉動，既能夠使行星輪環繞本身的軸線自轉，同時能夠通過行星軸帶動行星架沿著行星架中心軸線轉動，通過行星架輸出端的外漸開線花鍵和方頭的聯接，能夠將輸出轉矩傳遞到滾筒。該行星減速器主要零部件由一個太陽輪、四個行星輪、一個行星架、一個內齒輪構成。

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

對行星架、太陽輪、行星輪、內齒圈做受力分析計算出作用在行星架左右側板行星軸孔的載荷及太陽輪、行星輪、內齒圈上的法向力、切向力、徑向力。對太陽輪、行星輪、內齒圈做彎曲應力，其彎曲應力強度滿足工作要求；將太陽輪、行星輪、內齒圈裝配成行星機構對其做接觸應力分析與接觸應力疲勞分析，其接觸應力強度與壽命均滿足要求；對太陽輪、行星輪做模態分析，其一階頻率均高于工作頻率，不會受到共振的破壞；對行星架做應力分析、模態分析、疲勞分析，其強度、頻率滿足要求，工作壽命低于其設計壽命。

3 采煤機機械的運動傳遞結構

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

采煤機的截割部裝有電動機，電動機通過兩端的輸出軸實現輸出動力的目的。截割部是工作機構及其機械傳動或驅動裝置的總稱。當截割部由專用電動機驅動時，截割部也包括截割電動機。工作機構是直接實現截割、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。有些采煤機的工作機構為了形成所要求的截割斷面形狀，除了一個主要工作機構外，還有一個或幾個輔助工作機構。工作機構往往兼有把破落下來的煤塊裝入工作面輸送機的功能，使用這類工作機構的采煤機就不再需要單獨的裝載部。機械傳動裝置用來將動力傳輸給工作機構，以滿足其運動方式、運動方向和截割速度大小的要求。機械傳動裝置通常采用齒輪傳動，一般在使用過程中不能變速，但備有專門的換速齒輪副，供安裝時更換，以滿足截割速度的要求。機械傳動裝置根據結構需要可由一個或多個箱體組成。截割部由傳動裝置和工作機構組成，傳動裝置起傳動、減速及改變采高的作用，工作機構主要用于輸煤、落煤。

工作機構以及驅動工作機構的減速器等共同組成了采煤機的截割部，雙滾筒采煤機的電機與滾筒之間是傳動裝置，其位于采煤機搖臂中。傳動裝置的主要作用是傳遞動力，通過位于搖臂內的傳動裝置能夠將電動機的輸出功率傳遞到滾筒。截割部作為采煤機的主要工作結構，截割部消耗掉的功率占到了采煤機總消耗功率的80%—90%，在工作中有很大的沖擊載荷與負載作用在截割部上。所以截割部傳動裝置需要有高可靠性、高強度的性能而且能夠長時間處于安全穩定的工作狀態才能使采煤機長時間安全、高效的工作。

采煤機截割部的傳動特點如下：

⑴通常情況下，采煤機的截割部傳動系統含有3-5級齒輪傳動減速

⑵當電動機在采煤機中的布置方式為縱向布置時，電動機的軸心與滾筒軸心相互垂直，所以需要將錐齒輪設置為軸心方向。通過將錐齒輪放置在靠近電動機的高速級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在一臺電動機驅動牽引部與截割部的情況下，當對采煤機截割部的傳動進行檢修時需要將電動機和滾筒間的動力傳遞斷開，通過這種方式能夠保障安全，所以還需要在傳動系統中安裝離合器。一般在高速級設置離合器能夠減小尺寸而且便于操作。

⑷通過在截割部設置變速齒輪，能夠使滾筒變換多種轉速，故而能夠適應不同的煤質。也可以通過設置變換齒輪的方式，滿足多轉速的要求。

4 結語

通過對采煤機機械的減速機械結構和運動傳遞結構的研究分析，發現原有結構存在的問題，并提出了相應的解決方案，有效地保證采煤機工作的順利開展，延長了其使用壽命，從而提高了采煤機的穩定性和可靠性，保障工作效率。

參考文獻：

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[2]趙麗娟，范佳藝，李明昊，李惠.采煤機截割部行星架可靠性設計[J/OL].機械工程學報：1-9[2019-02-13].

（作者單位：三一重型裝備有限公司）