采煤机的减速机械结构和运动传递结构

杨琳琳

摘要：机械化文明发展的较为普遍的情况下，各种机械承担着不同的功用，在多种多样的机械结构中，机械传动机构和减速结构占了相当一部分比重。对采煤机来说，机械的减速机械结构和运动传递结构也是重要的组成部分。可以说如果没有机械传动就没有现在发达的社会生产力，在现今情况下减速大多依靠减速机来实现，作为一种相对精密的机械结构，减速机构承担着不同于机械传动的任务：传递并增加扭矩降低转速，从而达到降低速度的目的。

关键词：采煤机；减速机械结构；运动传递结构

1 引言

作为机械化设备出现的最主要的意义，运动的传递与功的转化是为机械的意义，公元前，在巴勒斯坦地区的犹太人建立了杰里科城，城市首次出现了，最早的机械—车轮或许是此时诞生的。车轮是人类最为重要的发明之一，正是由于车轮的产生，才令车成为人类最主要的交通工具。到近代瓦特的蒸汽机让机械化展现在人类眼前。机械的发展就像人类文明的进步历史，每一次巨大的进步都是由于人类对于机械的理解进一步深化。因此，研究采煤机机械的减速机械结构和运动传递结构，可以帮助采煤机更好地进行结构的完善，提高工作效率。

2 采煤机机械的减速机械结构

行星减速机构是一种动力传递装置，可以在有限的空间内实现降低输入转速的目的，具有结构紧、传动比大，传动效率高及输出扭矩大等优点。这些优点恰好迎合了采煤机井下有限、恶劣的工作条件，因此行星减速机构在采煤机械中被大量使用。由于采煤机井下工作环境较为复杂，采煤机截割部行星机构承受着较大的冲击和振动作用，在恶劣的工作环境中行星减速机构极易发生损坏，造成采煤机无法进行截割作业。

其基本传动结构分为四个部分：太阳齿轮、行星齿轮（组合于行星架）、内齿轮环、电机经过多级直齿轮传动，齿轮九经由内花键和行星减速器的太阳轮的一端相联接，进而为行星减速器输入转矩；在行星减速器中太阳轮的转动，既能够使行星轮环绕本身的轴线自转，同时能够通过行星轴带动行星架沿着行星架中心轴线转动，通过行星架输出端的外渐开线花键和方头的联接，能够将输出转矩传递到滚筒。该行星减速器主要零部件由一个太阳轮、四个行星轮、一个行星架、一个内齿轮构成。

行星减速器作为截割部传动系统的重要组成部分，一旦损坏将会影响采煤机的正常工作。采煤机过岩石断层时，验证行星减速器的关键部件能否正常工作，首先需要建立太阳轮、行星轮、内齿圈、行星架的三维模型，其次对关键零部件做受力分析，在本章需要计算出行星轴作用在行星架左右侧板上的载荷以及太轮、行星轮、内齿圈的切向力、径向力、法向力。齿轮类零件主要做弯曲应力分析与接触应力分析，所以对太阳轮、行星轮、内齿圈做弯曲应力分析和接触应力分析。太阳轮、行星轮、行星架是旋转部件，故须对其做模态分析以及疲劳分析。行星架体积小受力大是易损部件，故对其做应力分析。

对行星架、太阳轮、行星轮、内齿圈做受力分析计算出作用在行星架左右侧板行星轴孔的载荷及太阳轮、行星轮、内齿圈上的法向力、切向力、径向力。对太阳轮、行星轮、内齿圈做弯曲应力，其弯曲应力强度满足工作要求；将太阳轮、行星轮、内齿圈装配成行星机构对其做接触应力分析与接触应力疲劳分析，其接触应力强度与寿命均满足要求；对太阳轮、行星轮做模态分析，其一阶频率均高于工作频率，不会受到共振的破坏；对行星架做应力分析、模态分析、疲劳分析，其强度、频率满足要求，工作寿命低于其设计寿命。

3 采煤机机械的运动传递结构

采煤机的截割部主要由滚筒、摇臂、液压油缸和机身四部分组成。在截割部安装过程中，液压油缸安设在机身下部底托架内，截割部与牵引部之间通过高强度液压螺栓连接。截割部主要利用液压缸作为动力装置带动摇臂上下摆动来调整滚筒的高度，以提高对不同煤层厚度变化的适应性。

采煤机的截割部装有电动机，电动机通过两端的输出轴实现输出动力的目的。截割部是工作机构及其机械传动或驱动装置的总称。当截割部由专用电动机驱动时，截割部也包括截割电动机。工作机构是直接实现截割、破碎等主要功能的部件。其上装有截齿，截齿将煤从煤体上破落下来。有些采煤机的工作机构为了形成所要求的截割断面形状，除了一个主要工作机构外，还有一个或几个辅助工作机构。工作机构往往兼有把破落下来的煤块装入工作面输送机的功能，使用这类工作机构的采煤机就不再需要单独的装载部。机械传动装置用来将动力传输给工作机构，以满足其运动方式、运动方向和截割速度大小的要求。机械传动装置通常采用齿轮传动，一般在使用过程中不能变速，但备有专门的换速齿轮副，供安装时更换，以满足截割速度的要求。机械传动装置根据结构需要可由一个或多个箱体组成。截割部由传动装置和工作机构组成，传动装置起传动、减速及改变采高的作用，工作机构主要用于输煤、落煤。

工作机构以及驱动工作机构的减速器等共同组成了采煤机的截割部，双滚筒采煤机的电机与滚筒之间是传动装置，其位于采煤机摇臂中。传动装置的主要作用是传递动力，通过位于摇臂内的传动装置能够将电动机的输出功率传递到滚筒。截割部作为采煤机的主要工作结构，截割部消耗掉的功率占到了采煤机总消耗功率的80%—90%，在工作中有很大的冲击载荷与负载作用在截割部上。所以截割部传动装置需要有高可靠性、高强度的性能而且能够长时间处于安全稳定的工作状态才能使采煤机长时间安全、高效的工作。

采煤机截割部的传动特点如下：

⑴通常情况下，采煤机的截割部传动系统含有3-5级齿轮传动减速

⑵当电动机在采煤机中的布置方式为纵向布置时，电动机的轴心与滚筒轴心相互垂直，所以需要将锥齿轮设置为轴心方向。通过将锥齿轮放置在靠近电动机的高速级一端能够保障锥齿轮的工作寿命和减小作用在锥齿轮的载荷。

⑶在一台电动机驱动牵引部与截割部的情况下，当对采煤机截割部的传动进行检修时需要将电动机和滚筒间的动力传递断开，通过这种方式能够保障安全，所以还需要在传动系统中安装离合器。一般在高速级设置离合器能够减小尺寸而且便于操作。

⑷通过在截割部设置变速齿轮，能够使滚筒变换多种转速，故而能够适应不同的煤质。也可以通过设置變换齿轮的方式，满足多转速的要求。

4 结语

通过对采煤机机械的减速机械结构和运动传递结构的研究分析，发现原有结构存在的问题，并提出了相应的解决方案，有效地保证采煤机工作的顺利开展，延长了其使用寿命，从而提高了采煤机的稳定性和可靠性，保障工作效率。

参考文献：

[1]毛君，刘晓宁，陈洪月，宋秋爽.采煤机截割部传动系统建模与动力学分析[J].机械强度，2019，41（01）：125-132.

[2]赵丽娟，范佳艺，李明昊，李惠.采煤机截割部行星架可靠性设计[J/OL].机械工程学报：1-9[2019-02-13].

（作者单位：三一重型装备有限公司）