王曉密可靠性課設(shè)

1、課 程 設(shè) 計 報 告 題 目： 可靠性工程課程設(shè)計 學(xué) 院： 環(huán)境與安全學(xué)院 班 級： 安全工程122301班 姓 名： 王曉密 學(xué) 號： 2012230101 指導(dǎo)教師： 潘麗芳 完成日期： 2014年12月31日 機械可靠性設(shè)計原理采煤機可靠性設(shè)計1、 概述（1）可靠性分析相關(guān)知識概述可靠性是產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標，表示產(chǎn)品正常服役的能力。產(chǎn)品可靠性設(shè)計理論與方法的提出及應(yīng)用曾被認為是機械設(shè)計領(lǐng)域的重大變革。與傳統(tǒng)的安全系數(shù)設(shè)計準則相比，可靠性設(shè)計準則能夠更有效地保證產(chǎn)品服役安全。隨著產(chǎn)品功能及復(fù)雜性的增加、使用條件日益苛刻以及可持續(xù)發(fā)展的需要，市場對產(chǎn)品質(zhì)量及服役安全性要求不斷提高，因此，

2、可靠性設(shè)計、可靠性制造、以可靠性為中心的維護維修等概念、理論、方法、模型及相關(guān)技術(shù)在不斷發(fā)展，并得到了越來越多的應(yīng)用。（2）采煤機可靠性設(shè)計課題基本情況概述由于可靠性是一種綜合性的系統(tǒng)工程問題，所以機械產(chǎn)品（包括零件、部件、設(shè)備和系統(tǒng)）的可靠性也和其他產(chǎn)品一樣，是與其設(shè)計，制造，使用和維修等各個環(huán)節(jié)密切相關(guān)的。設(shè)計只是其中的一個環(huán)節(jié)，但是它卻決定了產(chǎn)品的可靠性水平即產(chǎn)品的固有可靠性。滾筒采煤機特別是電牽引滾筒采煤機是現(xiàn)代世界上最先進的綜合采煤技術(shù)中必不可少的設(shè)備,因其對不同采高的適應(yīng)性強,功率大,生產(chǎn)率高等特點,已經(jīng)成為國內(nèi)外煤炭生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的方向,又因其生產(chǎn)環(huán)境的特殊性和當下人類對高生產(chǎn)率追

3、求的同時對礦工生命安全也更加尊重與重視,滾筒采煤機的可靠性越來越受到煤機制造業(yè)和煤炭生產(chǎn)企業(yè)的高度重視,研究采煤機的可靠性具有非常重大的意義。2、 應(yīng)力 強度模型計算可靠度可靠性分析、設(shè)計方法 應(yīng)力 強度模型計算可靠度：機械可靠性設(shè)計就是要搞清楚載荷應(yīng)力及零件強度的分布規(guī)律，合理的建立應(yīng)力與強度之間的數(shù)學(xué)模型，嚴格控制失效概率，以滿足設(shè)計要求。應(yīng)力是對產(chǎn)品功能有影響的各種外界因素，強度是產(chǎn)品（或零部件）承受應(yīng)力的能力。對應(yīng)力和強度應(yīng)該做廣義的理解。應(yīng)力除通常的機械應(yīng)力外，還應(yīng)包括載荷（力、力矩、轉(zhuǎn)矩等）、變形、溫度、磨損、油膜、電流、電壓等。同樣，強度除通常的機械強度外，還應(yīng)包括承受上述各種形

4、式應(yīng)力的能力。應(yīng)力強度分布干涉理論是以應(yīng)力強度分布干涉模型為基礎(chǔ)的，該模型可以清楚揭示零件產(chǎn)生故障而有一定故障率的原因和機械強度可靠性設(shè)計的本質(zhì)。零件中的工作應(yīng)力和強度在可靠性設(shè)計中均視為隨機變量，呈分布狀態(tài)。這是由于影響零件強度的參量，如材料的性能、尺寸、表面質(zhì)量等均為隨機變量；影響應(yīng)力的參量，如載荷工況，應(yīng)力集中，工作溫度、潤滑狀況等也都是隨機變量。在機械設(shè)計中，強度和應(yīng)力具有相同的量綱。當零件的強度和工作應(yīng)力的離散度愈大時，干涉部分就可能增大，零件的不可靠度也就加大；材料的性能愈好，工作應(yīng)力愈穩(wěn)定，則它們的分布離散度將減少，干涉部分相應(yīng)地減少，零件的可靠度也就愈高。機械強度可靠性設(shè)計的過

5、程框圖如圖1。材料機械性能統(tǒng)計和概率分布載荷統(tǒng)計和概率分布幾何尺寸分布和其他隨機因素干涉模型應(yīng)力計算強度計算強度統(tǒng)計和概率分布應(yīng)力統(tǒng)計和概率分布機械強度可靠性設(shè)計 圖1機械可靠性設(shè)計過程框圖計算公式：分度圓直徑：； 分度圓直徑；模數(shù)；齒數(shù)； 齒頂圓直徑：； 齒頂圓直徑；分度圓直徑；模數(shù)；齒頂高系數(shù)；變位系數(shù)； 誤差； 齒根圓直徑：； 齒根圓直徑；分度圓直徑；模數(shù)；齒頂高系數(shù)；頂隙系數(shù)； 變位系數(shù)； 圓周速度：； 圓周速度；分度圓直徑；轉(zhuǎn)數(shù)； 名義轉(zhuǎn)矩：； 名義轉(zhuǎn)矩；齒距；轉(zhuǎn)數(shù)； 名義圓周力：； 名義圓周力；名義轉(zhuǎn)矩；齒輪1的分度圓直徑； 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：； 、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；齒輪1的轉(zhuǎn)數(shù)；時間；速

6、度。 3、 采煤機系統(tǒng) 以MG300/700WD型采煤機為例，可將采煤機系統(tǒng)分為截割機構(gòu)、輔助液壓系統(tǒng)、電氣部分、輔助裝置?，F(xiàn)代采煤機基本上都使用模塊化設(shè)計，采用多電機橫向布置，結(jié)構(gòu)取消了螺旋傘齒輪，各主要部件通過高強度液壓螺栓聯(lián)接，之間沒有動力傳遞，結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，傳動可靠，維修和檢查方便；采煤機的牽引部分也采用了無鏈牽引，牽引嚙合效率高，不會出現(xiàn)斷鏈事故，工作更安全。 截割機構(gòu)是采煤機實現(xiàn)落煤、裝煤的主要部件，它分別由左右截割部組成，每個截割部主要由截割部殼體、截割電機、齒輪減速裝置、滾筒等組成，截割部內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)、內(nèi)噴霧等裝置。采煤機搖臂傳動齒輪傳動比的分配與一般減速器傳動比的分

7、配有所不同，搖臂要求所有大齒輪盡量的一樣大，這樣設(shè)計出的搖臂才能緊湊小巧，根據(jù)以上原則齒輪的齒數(shù)與模數(shù)定為齒輪參數(shù)表中所列的參數(shù)。截割部減速箱由截割部殼體、軸組、行星機構(gòu)、內(nèi)外噴霧裝置等組成。截割部殼體采用整體鑄造結(jié)構(gòu)，搖臂外殼有一焊接的冷卻水套，水套下面裝有噴嘴，用于整體的外噴霧。截割部的離合器，安裝在截割電機的尾部，主要由手柄、手柄座、軸承、離合器軸、推桿、距離套等組成。其中細長扭矩軸為一關(guān)鍵部件，其一端通過漸開線花鍵同電機轉(zhuǎn)子相連，另一端通過漸開線花鍵與軸齒輪相連。并通過軸承、螺母等與拉桿相連，當該軸在手柄與拉桿的作用下外拉時，同截一齒輪脫離。內(nèi)噴霧供水系統(tǒng)主要由接頭座、水封座、最合密封

8、、泄漏環(huán)、油封、水封裝置外殼、軸承座、軸承、不銹鋼送水管、管座、三通接頭、高壓軟管、鉸接接頭等組成。不銹鋼送水管和滾筒軸一起轉(zhuǎn)動?？績?nèi)外兩道O型圈密封。送水管靠老塘側(cè)通過軸承支撐在軸承座內(nèi)。因兩者有相對旋轉(zhuǎn)運動，為防止內(nèi)噴霧水進入搖臂油池，在送水管外殼安裝一特制的組合密封，該密封油一特制水封和油封組成，起防水，防塵作用。在水封和油封之間安裝有泄漏環(huán)，泄漏的水經(jīng)過泄漏環(huán)和水封裝置外殼流出搖臂殼體外。油封防止搖臂內(nèi)油液外泄。內(nèi)噴霧水通過接頭座與噴霧冷卻系統(tǒng)的相應(yīng)管路相通，經(jīng)不銹鋼送水管、煤壁側(cè)高壓軟管與滾筒的內(nèi)噴霧供水口相聯(lián)進入滾筒水道。兩級行星機構(gòu)均為四星輪減速機構(gòu)，主要油太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈

9、、行星架、支撐軸承、浮封環(huán)等組成，第一級行星采用太陽輪，行星架浮動的方式，浮動靈敏，均載效果好，使壽命大大提高，第二級由于行星架要輸出動力，所以采用太陽輪浮動的方式解決行星均在的問題。行星齒輪傳動利用4個行星輪嚙合的功率分流，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大，采用兩級行星機構(gòu)后，搖臂的整體尺寸的到了有效的降低，使搖臂重量減小，剛性提高，也是過煤空間增大，使直搖臂過煤空間小的矛盾得到了一定程度的解決。滾筒聯(lián)接套采用平面浮動油封裝置，能適應(yīng)行星機構(gòu)的軸向竄動，適應(yīng)煤塵和煤泥水的工況。輔助液壓系統(tǒng)系統(tǒng)包括兩部分：調(diào)高油缸、制動回路。由調(diào)高泵箱，機外管路，左右調(diào)高油缸和液壓制動器等組成。左、右調(diào)高油缸和液壓制動器均

10、勻布置在牽引減速箱內(nèi)。調(diào)高泵箱由調(diào)高電機，調(diào)高泵，高、低壓溢流閥，粗、精過濾器，壓力表，手液動換向閥，剎車電磁閥，閥塊，閥體，接頭排座等組成。各部件可以從老塘側(cè)抽出，維修方便。調(diào)高回路功能：（1）滿足采煤機臥底量要求；（2）適應(yīng)采高的要求。調(diào)高回路的動力由調(diào)高電機提供。在調(diào)高時，調(diào)高油缸的阻力較大，為防止系統(tǒng)油壓過高，損壞油泵及附件，在齒輪泵出口出設(shè)有一高壓溢流閥作為安全閥作為安全閥，調(diào)定壓力為25MPa可以滿足調(diào)高要求。電氣部分：本型號采用目前國際上最為新型的開關(guān)磁組電動機調(diào)速技術(shù)，依據(jù)煤礦井下具體的工礦條件，設(shè)計制作了可靠的控制、傳輸、保護等元部件。該系統(tǒng)時一項機電一體化的高薪技術(shù)產(chǎn)物。開

11、關(guān)磁阻電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱：“SRD”），它的新穎的電動機結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機（簡稱：“SR”）與現(xiàn)代電力電子技術(shù)、電氣控制技術(shù)為一體，兼有異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)和直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的有點，但又不同于交流變頻調(diào)速與直流調(diào)速。普通電動機時電能磁場感應(yīng)電流磁場機械能的轉(zhuǎn)化過程，而SRD系統(tǒng)時利用磁場和磁場力所具有的特性，直接將磁場力轉(zhuǎn)換成機械能的過程。因此它具有交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及直流調(diào)速系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。輔助裝置：1、滑靴組件采煤機依靠左、右行走箱上的兩只導(dǎo)向滑靴和煤壁的兩組滑靴組件騎在工作面上的刮板輸送機的銷軌和鏟煤板上，由于本機無底托架，兩組滑靴組件分別只直接聯(lián)接在左右牽引減速箱的煤壁側(cè)。拖纜

12、裝置由拖纜架、銷、電纜夾板等組成，當采煤機沿工作面運行時，拖拽并保護電纜和水管，使其在拖拽時平緩過渡，不會因受力而損壞，拖纜裝置固定在中間控制箱的右上部，在電纜槽內(nèi)需裝夾板的電纜長度應(yīng)比工作面長度的一半略長。 2、噴霧冷卻系統(tǒng)采煤機工作時，滾筒在截割和裝煤過程中將產(chǎn)生大量的煤塵，這不僅降低了工作面的能見度，影響正常生產(chǎn)，而且對安全生產(chǎn)和工人的健康也會產(chǎn)生嚴重的影響。因此必須及時降塵，最大限度地降低空氣中的含塵量，同時采煤機在工作時，各主要部件如電機、電控變壓器、搖臂等產(chǎn)生大量的熱量，須及時進行冷卻以保證采煤機正常工作。噴霧冷卻系統(tǒng)由水閥、安全閥、節(jié)流閥、噴嘴、高壓軟管等組成，來自噴霧泵站的水由

13、送水管經(jīng)電纜槽，拖纜裝置進入水閥，再有水分配閥用于冷卻。噴霧降塵水源通，斷時由開關(guān)來完成的，當大開時，壓力水進入過濾器過濾，然后分為六路，其中兩路用于左右滾筒的內(nèi)噴霧，另外兩路用于左右截割電機及左右搖臂水套，另外一路用于電控箱及調(diào)高電機，最后一路用于左右牽引電機。各水路水量可由相應(yīng)的節(jié)流閥調(diào)節(jié)，整個系統(tǒng)調(diào)定壓力為1.5MPa。四、采煤機部件的實例分析齒輪參數(shù)表齒輪參數(shù)表序號Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z8Z9Z10Z11Z12Z13Z14Z15模數(shù)89810齒數(shù)25352922372733313915174916185224352633軸號IIIIIIIVVVIVIIVIIIVIIIVIIII

14、轉(zhuǎn)速148010571275.9758.6620.7660.8525.3123.10123.129.00874.9715.8762.0605.7142.00170.333.401005.3822.5875.6696.0163.30163.338.40齒輪校核計算計算依據(jù)及計算過程重要計算結(jié)果 齒輪參數(shù)、材料、熱處理工藝及制造工藝的選定1、齒輪采用30CrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度可達5862HRC。試驗齒輪齒面接觸疲勞極限為；試驗齒輪齒根彎曲疲勞極限。齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度6級。惰輪受到循環(huán)彎曲應(yīng)力，所以上述惰輪的試驗齒根彎曲疲勞極限乘了一個修正系數(shù)0.8。2、 幾何

15、尺寸計算： ； ； ；分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；其中：，；+mm3、齒輪強度驗算：采煤機用的齒輪的接觸和彎曲強度按照驅(qū)動電機的額定全功率驗算，因為滾筒截割硬煤或夾矸時可能受到很大的沖擊負載。設(shè)計時間按T=20000h=1200000min計算。（1）圓周速度 （2）確定計算負載名義轉(zhuǎn)矩： 名義圓周力：（3） 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)Na （4）精確校核該軸的強度要求：對于重要的軸，必須按安全系數(shù)精確校核軸的疲勞強度。=1450MPa；=1450MPa；=400MPa；=280MPa。200mm；280mm；216mm；296mm。；。；。五、采煤機系統(tǒng)改進措施及建議 采煤機在出廠前已做過部

16、件和整機的出廠試驗，運抵煤礦后無特殊原因不要重新拆裝。由于經(jīng)過途中運輸和擱置過程，必須經(jīng)過地面運轉(zhuǎn)后方可投入井下生產(chǎn)。地面檢查的注意內(nèi)容有：檢查機器各部件是否正常，完整無損，各部件連接部位有無松動，外接管路是否擠壓，碰撞損壞，接頭是否擰緊，各油池、潤滑點是否按潤滑系統(tǒng)圖要求的油質(zhì)和油位注油，有無從滲漏現(xiàn)象，操作手把是否靈活可靠，機內(nèi)變壓器、調(diào)速裝置是否完好。整機地面試運轉(zhuǎn)：輔設(shè)刮板運輸機，將采煤機騎在輸送機上，按正常井下操作順序接上符合要求的泵、電后，進行整機空載運行，并檢查各運轉(zhuǎn)部分的聲音是否正常，有無異常的發(fā)熱和滲漏現(xiàn)象，再操作各電控按鈕和手把，檢查動作是否靈活、可靠，內(nèi)、外噴霧是否正常，

17、采煤機與輸送機配套是否合適。對于采煤機的操作：采煤機在井上檢查與試運轉(zhuǎn)正常后，即可送下井。運送時，要根據(jù)礦井的具體條件將機器解體成幾部分。整機解體一般可分為幾大件：中間箱、左右行走部、左右搖臂、左右滾筒。對解體后外露的空、腔必須嚴密封閉，對裸露的結(jié)合面、齒輪、軸頭、管接頭、電器插頭、操作手把、按鈕必須采取保護措施；對某些活動部分必須加以固定；油管、水管兩端必須堵后包扎方能下井；對緊固件和零碎小件必須分類裝箱下運，以免丟失。井下組裝與檢查同地面相同。采煤機司機必須經(jīng)過地面培訓(xùn)，才能上崗。操作注意事項：1、機前檢查：（1）必須檢查機器附近有無工作人員工作；（2）檢查各操作手把、按鈕及離合器手把位置

18、是否正常；（3）油位是否符合規(guī)定要求，有無滲漏現(xiàn)象；2、采煤機在啟動前，必須先開水，后開機；停機時，先停機后關(guān)水；3、未遇意外情況，在停機時不允許使用“緊急停車措施”；4、操作中隨時注意滾筒位置，要防止割頂、割梁和丟頂、漂低等；5、要隨時注意電纜和水管工作狀態(tài)，防止電纜和水管擠壓、蹩勁和跳槽等事故的發(fā)生；6、注意觀察油壓、油溫及機器的運轉(zhuǎn)情況，如有異常，應(yīng)立即停車檢修；7、長時間停機或換班時，必須打開隔離開關(guān)，并把離合器手把脫離，關(guān)閉水閥開關(guān)。截割滾筒擔(dān)負著落煤、裝煤作用。主要由滾筒筒體、截齒、齒座和噴霧和噴嘴等組成。滾筒與搖臂行星機構(gòu)連接軸采用方形接套連接。連接可靠，拆裝方便。滾筒以及截齒、

19、噴嘴均屬于易損件，正確維護和使用滾筒，對延長其工作壽命，提高截割功率利用率使十分重要的。所以開機前必須做到如下幾點：1、檢查滾筒上截齒和噴嘴是否處于良好狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)截齒刀頭嚴重磨鈍，應(yīng)及時更換，若噴嘴被堵，亦應(yīng)及時更換，換下的噴嘴經(jīng)清洗后可復(fù)用；2、檢查滾筒上的截齒和噴嘴是否齊全，若發(fā)現(xiàn)丟失，則應(yīng)及時補上；3、截齒和噴嘴的固定必須牢固；4、檢查噴霧冷卻系統(tǒng)管路是否漏水，水量、水壓是否合乎要求；5、固定滾筒用的螺栓是否松動，以防滾筒脫落；6、采煤機司機操作時，做到先開水、后開機。停機時先停機，后停水，并注意不讓滾筒割支架頂梁和輸送機鏟等金屬件。對于采煤機的注油：采煤機的注油應(yīng)按注油潤滑圖的要求及時加入，保證采煤機的正常運轉(zhuǎn)，注油時必須注意：1、按注油圖標明的油脂牌號加油，不允許混用；2、液壓油與齒輪油，注入時必須經(jīng)過過濾，以保證油質(zhì)清結(jié)；3、注入的油量應(yīng)適當，要符合油圖標明的要求。對于采煤機的維護檢修：正常的維護與檢修，對提高機器的可靠性，減少事故率，延長使用壽命十分重要。一般分日檢、周檢、季檢及大修。（一）日檢內(nèi)容1檢查各大部件連接的液壓