短壁双滚筒采煤机牵引部传动系统的设计

短壁双滚筒采煤机牵引部传动系统的设计

摘要从可靠性以及短壁采煤机的设计特点出发, 结合短壁双滚筒采煤机牵引部结构与使用条件的特殊性以及齿轮传动的动力学特性对牵引部减速传动机构进行设计。

关键词短壁采煤机; 传动系统; 可靠性

短壁双滚筒采煤机是近几年才发展起来的一种新型采煤机, 主要是用来开采长壁式开采的残留煤柱、不能布置长壁的残采煤区以及不规则的块段等区域的煤炭资源。与中厚煤层的采煤机的最大区别就在于其机身较短, 而影响机身长度的主要因素有左右牵引部、电气控制箱的几何尺寸以及装机功率。其中, 牵引部作为采煤机的重要组成部分, 其减速传动机构所承受载荷的随机性决定了传动部件的接触应力和弯曲应力的随机性, 作为采煤机的核心部件之一, 其可靠性直接影响着采煤机的使用性能和寿命, 因此本文将以可靠性和短壁采煤机的设计特点为出发点, 对牵引部减速传动机构进行设计。

1减速传动机构的设计

短壁双滚筒采煤机牵引部传动简图, 采用三级定轴直齿轮和两级NGW 型行星串联减速机构, 传动比大, 结构紧凑, 为减小牵引传动机构的体积创造了条件。

为了使功率在各个行星轮之间均匀分流, 本文采用基本构件浮动之中的太阳轮浮动均载机构, 两级行星架均不加支承, 行星轮采用球面轴承, 太阳轮用单齿套联接, 以实现行星架和太阳轮同时浮动均载, 在受力不均衡时能自动调位或者产生附加弹性变形来补偿误差, 达到受力均衡使功率均匀分流, 而且整个机构满足空间静定。牵引电机选用由三相异步电动机、涡流离合器和测速发电机组成的隔爆型电磁调速电机, 能在比较宽的转速范围内进行平滑无级调速。

2减速传动机构优化的数学模型

确定了短壁双滚筒采煤机牵引部多级减速传动系统齿轮材料和工艺之后, 齿轮传动副的中心距和传动比就成了影响其承载能力的主要因素, 而模数、齿宽等其他的几何参数将随着中心距和传动比的变动而变动。对于由混合轮系组成的多级减速传动, 其各级传动比的分配合理与否将直接影响传动系统的承载能力、使用寿命、转动惯量、传动精度、体积、重量和润滑等多项性能指标。因此, 本文将对短壁双滚筒采煤机牵引减速机构的传动比采用现代优化设计方法进行合理分配, 减小传动的外廓尺寸, 减轻质量, 改善润滑条件, 实现等强度设计。对传动系统优化设计目标函数根据约束条件进行简化得到:

其中, 为目标函数, 和为约束函数, 令0,=1,2,…,;=0,=1,2,…,称为可行域, 中的点为可行点, 用数学形式来表示传动比优化模型为:,。因此短壁采煤机牵引部传动系统的优化设计问题变成了纯数学问题:求解对每一个∈均有≥,为极小化问题的最