基于相似原理的模型采煤机截割部（齿轮传动）与识别系统设计.docx

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1、摘要在煤矿开采中既要确保生产率，又要避免发生事故，所以要进行煤岩界面识别。该设计以MGlOOO/2500-WD电牵引采煤机为原型，采用相似原理，选择合适的电动机、变频器、联轴器，并最终设计输入输出轴和校核，对采煤机模型设备进行选型设计。设计齿轮传动减速和校核，以及选择轴承和按键。并且要选择合适的力矩，电流，声音，振动，压力传感器和耦合器来构建煤岩界面识别系统。煤岩界面的识别，对采煤机的采掘起到了一定的帮助作用。关键词：模型采煤机界面识别截割部设计相似原理AbstractIncoalmining,itisnecessarytoensureproductivityandavoidaccidents

2、,soitisnecessarytoidentifythecoal-rockinterfaceBecausetheenvironmentandcoalseamintheminearecomplexandchangeable,theidentificationofcoal-rockinterfacebecomesabigproblem.ThedesignofthisequipmentismodeledaftertheMG1000/2500WDelectrictractionshearer,andfollowsthesimilarityprincipletoselectsuitablecompon

3、entssuchasmotors,frequencyconverters,andcouplings.Finally,theinputandoutputshaftsaredesignedandverified.Designthegeardrivetoslowdownandcheck,aswellasbearing,keyselection.Intheconstructionofcoalrockinterfaceidentificationsystem,appropriatetorque,current,sound,vibration,pressuresensorsandcouplersshoul

4、dbeselected.Theidentificationofcoal-rockinterfaceishelpfultotheminingoperationofshearer.Thekeyelementsinthecontextarethemodelshearer,interfaceidentification,measurementandcontrolsystem,similarityprinciple.目录摘要1Abstract2第一章绪论51-1课题研究背景51.2目前国内外的研究现状51. 3课题研究意义61.4任务内容6第二章模型采煤机的方案设计82. 1MGlooo/2500-WD

5、电牵引采煤机的结构82.2 截割部设计92.3 牵引部设计92.4 总体方案评价10第三章采煤机截割部机械结构设计112.5 相似理论概述112.6 采煤机截割部模型功率的确定132.7 电动机的选择133. 4变频器的选择143.4.1变频器的原理143. 4.2变频器的选型153.5 联轴器的选择153.6 齿轮的设计与校核163.7 轴的设计计算与校核163.8 轴承的选择223.9 键的选择与校核22第四章煤岩界面识别系统设计243.10 岩界面识别的基本原理243.11 感器的选用原则243.12 变式扭矩传感器254. 4电流传感器274. 5声音传感器294. 6压力传感器324

6、.5 振动传感器354.6 测试系统的搭建36结论39参考文献40致谢41第一章绪论1.1 课题研究背景在科学上，模式是事物的单一化表现。研究自然就是对自然进行建模,研究所建立的模型。模型主要有三个方面：抽象，性能，实用。模型所展示的是一种在重要的事情上进行研究，在无关紧要的细节上进行裁减。模式设计就是把真正不相干的那部分题目拿掉。模型设计方法为：出于一定目的抽取与事物有关的征象，再用形式化语言对模型进行描述。在以往的研究中，从煤岩界面识别与传感原理出发，提出了许多思路，用于利用放射性探测技术、振动技术、探测技术等主要手段。其中一些传感原理已经实施，但大多数仍在讨论中。1.2 目前国内外的研究

7、现状近年来，国内外在这一领域采用了多种研究手段，其中煤岩界面识别中采用的主动红外激励法最为常见。采用红外热像技术，建立煤岩界面检测实验台，解决综采工作面采煤机智能截切时煤岩识别精度不高的难题。以煤为基础的支持向量机岩石界面的切割热图像识别。利用热成像计算煤和岩石基础设施的矩云图像,通过对煤和岩石的切割实验,对煤和岩石进行岩石的建立。通过热成像生成图像。然后在此基础上建立向量支持算法，以自向量为基础来识别煤岩图像。图像识别技术利用工业摄像机拍摄超清图像，达到识别煤岩界面的目的。在煤矿地下开采过程中，由于环境恶劣，图像处理相对困难，煤岩图像数量少，质量差，受到光强度大、粉尘浓度高、电磁波的干扰。目

8、前，在不同条件下的采煤工作面，无论是红外探测技术还是识别技术，都不能完全适用。所以，利用多种技术的优势进行交叉鉴定，应该是今后煤岩鉴定技术的发展方向。识别系统的发展方向在于改善每一种探测技术的缺陷，解决识别系统受到工作环境影响的问题。相似法是一种科学方法，将个人现象的研究成果普及到一切类似物之中。相似原理具有实际应用意义，能够对模型设计起到指导作用，同时也能对相关实验数据进行处理和推广。此外，相似原理还可以为建立微分方程提供指导，在特定情况下利用处理过的数据来建立模型。模型设计实验的意义是把原型缩小成一定比例的模型，通过观察、分析、研究得出结果，然后在分析、判断的过程中使用原型。我们要在实物的

9、性能操作上有一定的性能限制，所以我们要建立一个产品模型，通过对综合体设计的易于分析研究，制作模型来补充实物设计性能的缺陷，进而推动设计不断完善，并利用模型展示设计中的缺陷和不足。通过这样的模式设计，可以培养学生的综合分析能力，同时也可以提升学生在实践中的解决问题的能力，从而巩固、扩展和深化所学的知识。在遇到原理类似的零件时，我们可以使用绘制零件图的方法，来培养调查研究的能力，同时还要对有关的技术政策进行了解，并利用国家标准、规范、手册、图册、参考文献等工具书资料处理、编制技术文档和资料查阅等工作。通过这种方式，我们可以建立起正确的设计观念，并初步掌握了解决本专业工程技术问题的方法和手段,在成为

10、工程师的同时，也获得了基本的训练。1.4任务内容本次毕业设计要求我们综合运用所学知识，完成以下内容的设计。采煤机模型设备首先在设计采煤机模型相似结构(截面)的基础上，采用相似原理进行选型设计。其次，测试系统对煤岩界面识别进行了设计。通过以上题目的完成，培养学生对题目的程序、步骤有一个全面的了解，从而完成题目的能力，这就是我们独立解决问题的能力。原型采煤机型号为MGloOO/2500-WD电牵引采煤机，主要参数为：装机总功率：2500KW(IoooKW*2+1500KW*2+45KW+160)滚筒转速：26.4R/分钟截切速度：4.14M/分钟牵引速度。0-15.6-28米/分钟牵引力：980-

11、546KN滚轮直径:3000毫米滚轮截深。800mm采煤机型号要求按1：7设计，设计的摇臂能带动滚轮转动（齿轮式变速），完成切削。设计内容有以下几个方面:查阅和和外文文献,按要求编写毕业设计开题报告,接下来按1:7的几何比例,采用理论力学力学分析方法,设计模型截割部传动系统,校核零件设计。最后是毕业设计使用说明的监控系统设计。第二章模型采煤机的方案设计本章主要进行了模型采煤机的总体方案设计，对模型中的滚筒及传动方式,调高方式，牵引方式进行了分析与选用，并对设计方案进行了评价。2.1MGlOOo/2500-WD电牵引采煤机的结构MGIOoo/2500-WD是一种无链条式电动采煤机.在采煤机上，多

12、台电动机在水平方向上排列，并使用了机载变频调速技术。其中M表示的是采煤机，G表示的是滚筒，1000/2500表示的是单截电动机的功率为100O千瓦，装机总功率2500千瓦，W代表无链。该型号采用D-MADA驱动链条，适用于硬煤层的缓倾斜、长壁面，煤层适用范围为3.2米6.2米，适宜采高，并可应用于与刮板输送机、液压支架等配套的具有长壁采煤工作面的煤矿。该采煤机的高可靠性可以满足作业面的高产高效要求，使采煤、装运工作机械化。主要有以下几个部分构成整个机器：截割部分位于采煤机的两个端部，通过悬吊较接与机身相连，以该校接为转动中心，可适应采煤机的采煤高度变化的升降摇臂，从而保证断面鼓处于合适的工作状

13、态。通过调节高液压缸的冲程来控制摇杆的摆动幅度。马达切割采用横向布置，在采空区可以轻松拆卸。所述的采煤机体由两个部件构成，所述的左侧牵引部件和所述的牵引部件与所述的电子控制部件构成。牵引箱的左右不对称。左牵引部由牵引电动机、泵箱、阀组等部件构成，右牵引部由水阀等牵引电动机、机械传动系统及辅助元件构成。外挂链轮带动采煤机，通过一级减速机，让它沿着作业面上的运输飞机(TranSPOrt)前进。这套由两台功率150千瓦的交流电动机驱动的机械传动系统，将动力从牵引设备传到链轮上，并在采煤机上与销轨啮合，实现采煤机在采煤面上作业。位于采煤机左侧拖引箱右侧框架内(采空侧)，横向布置抽水站和电动机。泵站的功

14、能是在为行走部的刹车提供控制油的同时，将机械能量转化为摇臂上升的动力。破碎装置分为左右两种配置，是一种设备，专门用来破碎采煤机挖出的碎块和大块的煤炭。该装置与采煤机机身末端相连，能够进行较接操作。在破碎机上有一个可调节高度的油缸，它与破碎机的滚轮和输送机的刮板之间的距离可以控制破碎机摇臂的升降和调节。破碎器使用一台功率为160千瓦的电动机作为驱动器，将动力通过行星减速器I级降低速度并传送到滚筒破碎器上，使其滚筒转动，最终实现破碎煤的工作。2 .2截割部设计对于采煤机来说，它的形式有两种，一种是双滚轮。滚筒采煤机需要进行两个行程,可以截取一个截深,而双滚筒采煤机只需要一个，同时双滚筒类型的复杂的

15、恶劣的工作条件有很好的适应能力。但是对于我们的模型实验来说,双滚筒耗费太多,双滚筒足以完成对数据的采集。所以这个方案更适合用单滚轮。在实际生产中一般有4种截割方式。对于这个模型实验,采用的马达的调频方式。变频器一一摇臂一一滚轮是电动机变频器的变频器(TrarlSfOrnler)的传动方式。利用变频器调节频率，电机的转速可以通过实验的要求来变化，调节速度是很不错的。采煤机调摇臂调机身调高两种,其原理都是通过调来调高,但与机身调高不同,摇臂调高幅度大,而且随时可以调高。故采用摇臂调高。3 .3牵引部设计牵引方式可分为机械式牵引和机械式牵引两种，按牵引部传动设备的不同而定。对于这个模型实验来说,液压

16、牵引的无级调速和变速换向、停机的便捷性更符合实验的需要,所以选择了液压牵引。这个实验中的液压驱动装置是动作是直线运动。牵引方式也有无链有链牵引之分。在模型实验中,无链牵引的采煤机能够比有链牵引的采煤机更稳定地运动,能够确保采煤机的负荷更稳定。同时,无链牵引可以减少采煤机运动时消耗的能源。2. 4总体方案评价本设计方案符合GB/T28001-2011企业安全生产标准化基本规范、中华人民共和国安全生产法等生产相关法律、法规的规定，并在本方案中采用了能够根据工作要求实时改变电机转速的电机FM,从而实现节能的目的。本方案采用的无链牵引，根据企业安全生产标准化基本规范的具体要求，由于对底板起伏等不利工况具