开题报告(姜文庆)

山 东 科 技 大 学

本科毕业设计（论文）开题报告

题 目 MG300/700-型采煤机截割部设计

学 院 名 称 机械电子工程学院 专业班级 机械电子工程2007-1 学生姓名 姜文庆 学 号 指 导 教 师

填表时间： 2011 年 3月12日

填表说明

1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。

3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。 4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。 5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。

设计（论文） 题目 设计（论文） 类型（划“√”） 工程设计 MG300/700-WD型采煤机截割部设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它 √ 一、 本课题的研究目的和意义 振兴煤炭行业，煤机要先行。我国作为世界第一的产煤大国，对高性能的煤机有着巨大的需求。然而我国的煤炭装备制造工厂没有技术研发中心，企业规模小而分散，制造工艺落后，缺乏产业巨头的支持。同时由于煤矿行业的特殊性，对煤机的耐热、耐腐蚀、防爆、抗冲击载荷的性能要求较高。行业内优秀人才较为稀缺。等等原因造成我国的煤机行业较为落后。尽管煤炭作为能源被石油大规模替代已经过了100多年，但当石油出现问题时，其还是最直接的替代能源。近年来世界原油价格的飙升带动国际煤炭价格的上涨，而国际煤炭价格的上涨则会推高国内的煤炭价格的上涨，煤炭行业的景气程度会与日俱升。 近年来由于国家对于振兴装备制造业的重视，一些地区和煤炭装备企业开始积极建设煤炭装备制造基地和组建综合性的煤机制造集团，并取得了令人瞩目的突破。作为产煤大省，经过多年发展，山西省煤炭装备制造业已形成较为完善的煤炭采掘、洗选、焦化等三大系列配套产品。与此同时，民营煤炭装备制造企业业表现出勃勃生机。例如仅用4年时间，三一重工就自主开发了大功率硬岩掘进机、掘锚一体机、大坡度掘进机、连采机、窄机身掘进机等一批国内首创产品。 G300/700-WD型采煤机适用于1.9-3.8m中煤层的开采。它采用了当今国内外的一些比较先进的技术，例如变频技术、机载操作站操作等。这款采煤机的的设计生产和使用，能大大的提高采煤的效率，对降低工人工作的强度，提高年产量都有很大的帮助。采煤机截割部主要由箱体、原动机、输出轴、减速部分、除尘及冷却系统。润滑系统等组成，采煤机截割部减速器主要是由固定减速器和摇臂行星减速器两部分组成，截割部承担截煤和装煤任务，书采煤机的主要部件之一，通过对截割部设计的完善，从总体上提高了我国对中煤层的开采效率。

二、 本课题的主要研究内容（提纲） 1计算部分 1.1采煤机总体结构描述； 1.2采煤机总体结构尺寸的确定； 1.3机械传动系统设计； 1.4传动比的分配及各齿轮齿数、模数的确定； 1.5各级动力学计算，包括扭矩、转速、功率与效率； 1.6各齿轮设计与强度校核； 1.7各轴结构设计与强度校核； 1.8各轴承的选型与寿命计算； 1.9各键的设计与强度校核； 1.10行星机构设计与计算； 1.11箱体设计 1.12输出轴结构的设计与强度计算； 1.13其它零部件的设计与计算； 1.14喷雾系统设计； 1.15辅助液压系统设计； 2图纸部分 2.1装配图； 2.2相关部件图； 2.3相关零件图； 3英文资料翻译；

3.1将原稿输入计算机后打印； 3.2将翻译稿输入计算机后打印（约3000字）。

三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） 1国外电牵引采煤机发展概况 在20世纪70年代初期，国外部分厂商开始在煤矿机械上使用电气调速技术，用于改进采机械设备的牵引方式。美国JOY公司研制成功了1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机，此后又陆续研制了2LS-6LS等型多电机横向布置电牵引采煤机。7LS5采煤机总功率1940kW,牵引速度30m/min,采用JOY Ultratrac2000 型强力销轨无链牵引系统,加大销轨节距和宽度,并采用锻造销排,装备了与6LS5型通用的JNA机载计算机信息中心,具有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能。 德国Eickhoff公司于1976 年研制成功直流电牵引采煤机,并基本停止了液压牵引采煤机的研发,此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机。20世纪90年代开发的SL系列横向布置交流电牵引采煤机,将截割电机布置在摇臂上。其中SL500型电牵引采煤机装机功率达1 815 kW,最大牵引力869 kN;SL300型电牵引采煤机总装机功率1138 kW,采用双变频器一拖一系统,最大牵引速度达36.7 m /min;SL1000型采煤机装机功率达2600 kW,牵引力1003kN。控制系统具有交互式人机对话、设备状态监测与故障预报、在线控制、数据传输等功能。 英国long - Airdox公司于1984年研制成功第1台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置Electra55V型直流电牵引采煤机,在此基础上又开发出功率更大的Electra1000型直流电牵引采煤机。20世纪90年代,在Electra系列机型基础上,进一步加大功率,改进控制系统,开发了EL系列交流电牵引采煤机, 主要机型EL600、EL1000、EL2000、EL3000型。在EL系列机型上装置的Impact集成保护及监控系统具有负荷控制、机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等功能。 日本三井三池制作所1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的MCLE - DR系列交流电牵引采煤机,近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵

引采煤机。采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统,可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶底煤厚度、电机负载及各处温度,具有无线遥控装置,并可加装红外线发射器操纵液压支架。 波兰在与中国合作研制成功KSE-344型薄煤层交流电牵引采煤机的基础上，陆续开发了KSE-360、KSE-700、KSE-800RW/2BP、KSE-535S、KSE1000型等交流电牵引采煤机。采煤机截深有630mm提高到800~1000mm。 前苏联20世纪70年代研制出K128Ⅱ直流电牵引采煤机后，又相继研制成功多种直流电牵引采煤机。90年代开发了K-88型等交流电牵引采煤机。总体来看，俄罗斯的电牵引采煤机功率较小，直流牵引，性能参数较低。 2采煤机国内发展情况； 从上世纪八十年代开始，我国进入了采煤机发展的兴旺时期，在 广泛吸取国外先进技术的同时，不断的实践创新，锐意进取，重视采煤机成系列的开发，不断矿大使用范围，同时推广使用无连牵引，是采煤机工作更平稳，使用更更安全。在九十年代，电牵引技术逐渐成熟，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，为提高生产效率立下了汗马功劳。 随着科技的进步，开发高产高效矿井综合配套设备已成为我国煤炭科技发展的主流：大功率、大截深电牵引采煤机被广泛的开发和使用，一些世界前沿的先进技术也被用到了采煤机的开发应用中，如变频技术，远程监控、无线遥控等等，为更好的服务我国煤矿事业奠定了坚实的基础。 1991年 ，煤炭科学总院上海分院与波兰合作，在国内率先研制成功了我国第一台交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机后，上海分院又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机，并成功应用于晋城、淮南、徐州、大同等矿务局。 到目前为止，国内采煤机生产厂家均对交流电牵引采煤机进行了大量的研究开发。上海分院研制的MG系列电牵引采煤机已形成9大系列共几十个品种，现正在开发装机功率达1800kw的交流电牵引采煤机；太原矿上机器厂与上海分院合作，将AM500液压牵引采煤机改造成MG375/830-WD型交流电牵引采煤机后，又与兖州矿业集团合作，研制成功了MGTY400/-3.3D型交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合作将MG2×300-W型液压牵引采煤机改造MG300/360-WD型交流电牵引

采煤机后，又开发了MG200/463型、MG400/985型交流电牵引采煤机；辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功了我国首台应用电磁转差离合器调速技术的MG668-WD型电牵引采煤机；无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作，开发研制成功了国内首台应用开关磁阻电机调速技术的MG200/500-CD型电牵引采煤机。 采煤机发展到现在，随着各项技术的掌握，我国将在以下方面进行攻关研究，力争赶上世界先进水平： （1）大功率、大截深电牵引采煤机的进一步研究 （2）大功率采煤机的工况监制。故障诊断于控制系统的研究 （3）为最大限度的利用我国能源，着力研制发展薄煤层采掘机械 （4）应用高新技术，严格管理，提高可靠性 在电牵引采煤机的研制领域，我国虽然取得了一些客观的成绩，但与目前与国外先进的采煤机相比，再总体参数性能方面尚有较大差距，某些关键部件的性能、功能、适用范围还亟待完善和提高，尤其是线监控、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外的相比差距很大，此外，我国在采煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质性能上与国外先进水平也有较大的差距。因此，为提高产品质量，采煤机的机械传动系统理论设计尚需加大研究力度。 3技术特点与发展趋势 3.1 装机功率增大、性能参数提高 (1)单台截割电机功率多在400 kW以上。多数采煤机单台截割电机功率已达到 600 kW 以上 ,EL3000采煤机单台截割电机功率达 900 kW,SL1000采煤机的单台截割电机功率高达1000 kW,太原矿山机器集团也正在研发单台截割电机功率 1000 kW的新型大功率采煤机。 (2)牵引功率多在 80kW 以上 ,最大已达300kW。 (3)总装机功率超过1000 kW,如 7LS5达1940 kW, EL3000总装机功率达 2 000 kW, SL1000总装机功率更高达 2600 kW。 (4)牵引速度、牵引力大幅提高。牵引速度15～25m/min,牵引力 500kN以上。最大牵引速度60m/min(EL3000) ,最大牵引力已达1000kN以上(EL3000/SL1000、西安煤矿机械厂生产的MG750/1910、鸡西煤矿机械厂生产的 MG800/2040) ,太原

山机械集团有限公司即将推出牵引力 1125 kN采煤机。 (5)截割功率增大 ,支架实现随机支护 ,滚筒截加大。10年前 ,截深大多是 630～700 mm,现普遍用截深 1000～1200 mm,个别已达到 1500 mm深。 (6)采煤机可靠性和开机率提高。国外采煤机修周期 2 a,出煤量400～600万t;我国要求采煤出煤量 300～400万t而不大修 ,差距较大。 3.2中高压发展 随着采煤机装机功率大幅度提高 ,工作面不断长 ,整个工作面容量超过5 000 kW,工作面长度到300 m。为减少输电线路损耗 ,提高供电质量电机性能 ,普遍采用中高压供电。主要供电等级 2300 V、3300 V、4160 V、5000 V等。 3.3监控保护系统智能化 现代电牵引采煤机均配备有智能化监控、监测和保护系统 ,可以实现交互式人机对话、无线电遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能 ,以保证采煤机维护量最小 ,利用率最高 ,并可实现与液压支架、工作面输送机的信息交互和联动控制等功能。如安德森公司 EL系列机型上装置 Impact集成保护与监控系统 , EichhoFf公司的 Eichhoff数据汇集技术系统 ,JOY公司 6LS型电牵引采煤机的 JNA网络信息中心等。 3.3电牵引系统向交流调速发展 早期的电牵引采煤机大多采用直流调速系统。日本20世纪80年代中期研制成功第 1台交流电牵引采煤机 ,交流调速系统以其技术先进、可靠性高、维护管理简单、价格低廉等优点 ,被迅速推广应用。20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。目前,交流电牵引已经取代直流电牵引。早期的交流牵引均采用一个变频器拖动 2台牵引电机 ,变频器对电机的性能参数难以准确检测 ,控制和保护功能无法完全发挥。如今主流交流电牵引 采煤机均采用 2个变频器分别拖动 2台牵引电机的牵引系统 ,使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统已经成为电牵引技术发展的又一特点。 3.4 总体结构趋向模块化及多电机横向布置 横向布置方式可使各部件由单独电机驱动 ,机械传动系统彼此独立 ,可模块化设计 ,结构简单 ,装拆方便。美国从 1LS开始将截割电机横向布置在摇臂

上 ,至今沿用。英国从 Electra550开始 ,采用电机横向布置。德国于 20世纪 90年代开发了横向布置的 SL系列电牵引采煤机。目前国内外的电牵引采煤机几乎都采用了横向布置方式。 3.5 无链牵引向齿轮 -齿轨式演变 随着牵引力的不断增大 ,销轮 -齿轨式无链牵引已经淘汰 ,齿轮 -链轨式无链牵引也已使用不多 ,现在采煤机无链牵引正逐步趋向于采用齿轮 -齿轨式无链牵引 ,这是一种从齿轮 -销轨式演变而来的无链牵引结构 ,圆柱销被齿轨所取代 ,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度增大 ,节距由 125 mm增加到 175 mm。 四、 拟解决的关键问题 MG300/700-型采煤机截割部设计的关键设计是在截割机构机械传动系统中各个齿轮尺寸、轴的尺寸及其它们之间的相互配合问题。齿轮的尺寸要合理齿轮尺寸、轴的尺寸及其它们之间的相互配合要合适、合理，并且要考虑重载荷、冲击。各个齿轮和轴材料的选择既要考虑到强度因数，还要兼顾到经济因素。最后齿轮和轴配合后的齿轮与齿轮、齿轮与轴之间要有一定的间隙。配合后的外形尺寸还要满足总体尺寸的要求。

五、 研究思路和方法 MG300/700-型采煤机截割部设计依照 机械设计的基本方法设计的基本方法与思路，先进行总体尺寸的估算，传动系统的设计，动力学的计算与分析，然后对其组成零部件进行设计计算，包括齿轮、键、轴、轴承、其他零部件。最后进行箱体的设计计算、辅助系统的设计计算。而后按照设计计算出的尺寸绘出装配图和部分其他零件图。 六、 本课题的进度安排 1-2周:毕业实习 3-4周:编写开题报告 5周:总体方案设计 6周: 7周: 8周: 9-13周: 14-15:整理完善毕业论文 16周:毕业论文答辩

七、 参考文献 1.王想等.MG300/700-WD型采煤机截割部的改进[J].矿山机械，2008,36（19）: 19-21. 2.王启广等.电牵引采煤机的现状与发展[J].矿山机械，2004,9-11. 3.谢贵君.电牵引采煤机的现状与发展趋势[J].矿山机械，2009，30(2): 1-3.

指导教师意见 指导教师（签名）： 年 月 日 所在系（所）意见 负责人（签章）： 年 月 日