MG250591-WD型采煤机右摇臂壳体的加工工艺规程及数控编程论文.doc

1、第1章 绪论在石油、天然气、水力发电和核动力获得巨大发展的今天，煤炭仍然是我国一次能源的主体。采掘机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动生产率、改善生产条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和原材料消耗的有效技术措施。建国以来，我国煤矿采掘机械化从无到有，不断发展，日趋完善。生产技术从过去的手镐落煤和人力拉筐、背筐的生产方式发展为普通机械化和综合机械化采煤。国家正在实施大公司、大集团战略，争取形成56个年规模上亿吨的特大型企业，56个年产规模5000万t的大型企业。煤矿的根本出路在于机械化，我国采掘机械化与世界各主要产煤国家采掘机械化技术的发展过程相似，虽然起步较晚，但

2、也经历了几个重要的发展阶段。20世纪50年代，是机械化采煤的初级阶段。采煤工作面使用截煤机和康拜因及模锻链刮板输送机，主要用木支柱支护顶板。1958年开始研制刨煤机和液压支架。掘进工作面使用IIM-1型后卸式铲斗装岩机、C-153型装煤机。20世纪60年代，采煤机械化得到初步发展。先后研制成功MLQ-64、MLQ-80型单滚筒采煤机、MLS1、MLS2双滚筒采煤机以及MBJ-1、MBJ-2型刨煤机，与圆环链可弯曲刮板输送机配套，采用金属摩擦支柱和金属铰接顶梁，形成普通机械化采煤工作面。掘进工作面推广使用耙斗装载机。20世纪70年代是采煤机械化的大发展时期。一方面，自行生产采煤机、刮板输送机、金

3、属支柱等，实现普通机械化采煤成套设备配套；另一方面，研制综合机械化采煤设备。1974年，北京煤机厂、郑州煤机厂试制垛式液压支架，张家口煤机厂、西北煤机厂试制配套刮板输送机。1978年，组织专业化生产，重点发展三机（采煤机、输送机、掘进机）、一架（液压支架）、一装备（煤矿安全仪器及装备）及单体液压支柱。70年代末期，开始为煤矿提供成套中、厚煤层综合机械化采煤设备。1974年，从英国、原西德、法国、波兰、前苏联引进43套综采设备装备重点煤矿。1978年，从西德、英国、日本引进100套综采设备，同时引进部分关键元部件的制造技术和产品检验技术装备；此外，从美国、英国、日本、奥地利等国引进100台煤巷、

4、半煤巷掘进机。20世纪80年代是采掘机械化的全面发展时期。以技贸结合方式引进了AM500型采煤机、AM50型掘进机、S100型掘进机技术。国内采煤机形成MG、MXA、AM三大系列，总功率达750kW，理论生产能力达800t/h;工作面输送机以SGZ730H和SGZ764机型为主，装机功率达264400kW，运输能力达7001000t/h;液压支架主要有掩护式支架和支撑掩护式支架，针对厚煤层分层开采开发铺网液压支架。20世纪90年代初，采煤装备基本立足国内，形成比较完整的研究、设计、制造、测试、检修体系。一是在完善中强调综采的整体配套性，完成“八五”国家攻关项目“日产7000t综采成套设备的研制

5、”。二是对工作面主要生产设备进行改造提高和更新换代。采煤机向大功率、电牵引、多电机、横向布置、大截深、快速牵引、微机工矿监测和故障诊断方向发展；工作面输送机向提高运输能力、实现交叉侧卸、采用封底溜槽和可控驱动装置方向发展；液压支架向优化架型设计、增大工作阻力、提高移架速度方向发展，开发成功手动快速移架系统和大流量供液系统，邻架智能和程序控制的电液系统完成工业性试验。三是完善系统配套和提高可靠性，开展综采工作面和采区地质保障系统、高效辅助运输系统、开采设备工况监测和故障诊断系统、安全保障系统、采区供电系统以及煤巷快速掘进和锚杆支护等攻关并取得进展。20世纪90年代我国综采发展中最具影响的创新成果

6、是综采放顶煤技术的试验成功。综放开采技术实验研究始于1982年，1984年开始工艺与装备的工业性试验。80年代大体处于摸索试验阶段，主要是进行缓倾斜与急倾斜条件下综放开采工艺和高、中、低位综放支架的工业性实验。90年代前后综放技术开始在一批缓倾斜厚煤层采区推广应用以取代厚煤层分层开采。目前综放技术已在条件适宜的矿井推广应用。进入90年代后，随着煤炭生产向集约化方向发展，减员提效、提高工作面单产成为煤炭发展的主流，发展高产高效工作面势在必行，采煤机开发研制围绕高产高效的要求进行，其主要方向是：（1）大功率高参数的液压牵引采煤机：最具有代表性的机型是MG2400-W型采煤机。（2）高性能电牵引采煤

7、机：电牵引采煤机的研制从20世纪80年代开始起步，20世纪90年代全面发展，电牵引的发展存在直流交流两种途径。进入20世纪90年代后，交流变频调速技术在中厚煤层采煤机中推广使用，上海分院先后开发成功MG200/500-WD、MG200/450-BWD、MG250/600-WD、MG400/920-WD和450/1020-WD等采煤机，交频调速箱可以是机载，也可以是非机载。另外派生出8种机型，都已投入使用，取得较好的效果。太原矿山机械厂在引进英国Electra1000直流电牵引全套技术的基础上，开发出MG400/900-WD和250/600-WD型两种交流电牵引采煤机，鸡西煤机厂、辽源煤机厂也开

8、发了交流电牵引采煤机。 国产电牵引采煤机虽然发展速度很快，但性能和可靠上与世界先进国家的采煤机相比，还存在比较大的差距，所以一些有实力的矿雾局，在装备高产高效工作面时，把目光移向国外，进口国外最先进的电牵引采煤机。如神府华能集团公司引进美国的6LS、7LS电牵引采煤机；兖州矿业集团公司引进德国的SL-500型和日本的MCLE-DR102102型交流电牵引采煤机，但由于价格昂贵，故引进数量较少。除了上述我国采煤机在总体水平上存在比较大的差距外，在采煤机的机械结构参数设计、加工制造和材质性能与国外先进水平有较大的距离。因此，对于采煤机的研究是一个长期的工作。我所设计的是MG250/591-WD型电

9、采煤机右摇臂壳体的加工工艺规程以及数控程序的编制。工艺的创新之处就是采用了数控加工替代传统机床加工，加工中涉及到数控加工中心的选用、加工工艺分析、MasterCAM自动编程等技术。第2章 MG250/591-WD型采煤机概述采煤机是机械化采煤作业的主要机械设备，其功能是落煤和装煤。采煤机械分为采煤机和刨煤机两大类。目前应用最广泛的采煤机械是滚筒采煤机。滚筒采煤机有单滚筒和双滚筒之分。双滚筒采煤机的类型很多，但基本组成部分大体相同。双滚筒采煤机由电动机、截割部、牵引部以及附属装置等部分组成。截割部包括机头减速箱、摇臂齿轮箱、截煤滚筒和挡煤板等部件。附属装置包括底托架、牵引链固定和张紧、拖缆、喷雾

10、降尘和水冷、防滑以及大块煤破碎等装置。此外，为了实现滚筒调高，机身调斜，以及反转挡煤板，机器还装设有辅助液压装置。2.1 MG250/591-WD型采煤机简介MG250/591-WD型电牵引采煤机是在鸡西煤机有限公司多年研制电牵引采煤机成功技术的基础上开发制造成功的，该机在广泛吸收国内外现有电牵引采煤机先进技术的基础上，针对我国目前煤机市场最新变化和需求而开发研制的，它具有电机横摆、结构先进、运行可靠、可实现电液互换、大功率能力强等特点。本机可通过更换电控部及液压传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机，并且其他部件通用。该机主要用于含有夹矸等中厚偏薄硬质煤质的综合机械化采煤工作面，又在

11、有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中使用。由于该机采用了先进的控制技术，可靠性高、性能先进，爬坡能力强，是目前高产高效综合机械化采煤的理想机型。采煤机截割电机容量的调整范围为150300KW，通过调整截割电机容量，可实现一机多型。即MG150/391-WD，MG200/491-WD，MG250/591-WD三种采煤机型，从而能够更好地适应不同工作面煤质变化要求。三种容量截割电机的联接尺寸完全相同，可采较薄煤层中的硬煤，是较薄煤层采煤机更新换代的理想机型。MG250/591-WD型采煤机主要适用于采高1.53.2m，煤层倾角15，煤质硬度f4的综采工作面。设计生产能力为1436吨/小时。 2.2工作原理

12、整机无底托架，左右牵引部分别与电控部的两端面干式对接。左、右行走部分别固定在牵引部上，构成了该机的机身部分。牵引部和电控部的单侧对接面，主要用高强度的T形螺栓和4个锲形哑铃销以及两个150定位销联接和紧固，提高了大部件之间联接的可靠性。截割部为整体摇臂结构：即截割部减速器，截割电机均设在摇臂上。其上的两组铰接副，一个与机身端头的牵引部铰接，形成主支撑；另一个与调高油缸铰接，实现截割部的调高。这种布置方式使的该机总体强度高；结构紧凑，合理；外形美观，对称。采煤机由煤壁侧的两只滑靴和老塘侧的两只导向滑靴分别支撑在工作面刮板输送机的铲煤板和销轨上。采煤机上的销轨轮（摆线齿轮）与销轨啮合。当销轨轮转动

13、时，采煤机便沿工作面刮板输送机运动，实现左右牵引。同时截割电机通过机械传动带动滚筒旋转，完成落煤和装煤作业。2.3采煤机结构组成及其各部分的功用采煤机主要有截割部,牵引部，行走部，电控部（或液压传动部）四大部分及液压系统，喷雾冷却系统，电气系统等组成。2.3.1截割部截割部包括工作机构及其传动装置，是采煤机落煤、装煤的部分，其消耗的功率约占整个采煤机功率的80%90%。工作机构是指滚筒和安装在滚筒上的截齿，而传动装置是指固定减速箱、摇臂齿轮箱，有时还包括滚筒内的传动装置。截割部是采煤机的重要工作机构，主要完成落煤和装煤作业，它由截割电机，摇臂，滚筒组成。两个截割机构分别布置在采煤机的左右两端，

14、与牵引部铰接，除了机壳，电机护罩与润滑冷却组件外，其他零部件均可互换。滚筒是采煤机的工作装置，担负着落煤和装煤工作，主要有滚筒体，截齿和齿座组成。滚筒为焊接结构。外部是螺旋叶片，内部采用340340方轴形式，滚筒端盘呈盘形。为了增强滚筒的使用寿命，在叶片出煤等处，采用堆焊Fe-05合金等工艺，叶片和端盘设有多个内喷雾喷嘴，用以在煤尘生成处降尘。摇臂设有水套冷却系统，内外喷雾系统，润滑冷却组件，离合机构和机械过载保护装置。它作为一个重要的部件，主要有两个作用：一是在油缸的推动下支撑滚筒，使滚筒随时能调整工作精度，以适应煤层的变化，并且要承受滚筒上的各种载荷，因此它具有足够的强度。二是摇臂内有几级

15、惰轮，将电机功率传递给滚筒，起到减速器的作用，为此还要有足够的刚度。因此为了保证摇臂的两个作用，摇臂壳体的加工好坏，对以上两个作用起着关键的作用，如果摇臂壳体加工精度不高，直接影响采煤机的使用寿命及工作效率。2.3.2牵引部采煤机牵引部担负着移动采煤机、使工作机构连续落煤或调动机器的任务。牵引部主传动原理是牵引电机将功率输入，经过二级直齿轮和双行星减速器减速，然后将牵引功率输出给行走机构。 采煤机有左右两个牵引部，除了机壳属对称结构不能互换外，内部零件均为左右通用。组成：主要有牵引电机，一轴，二轴，双行星减速器等组件，此外还有油针，放气阀等。机壳内分齿轮传动腔和干腔。齿轮传动腔装有各级齿轮传动

16、组件和齿轮油；干腔可穿过液压管路，水管和电缆等，以及放置液压阀组和分水阀等。如果把牵引电机换成液压马达，电牵引部就可以变成液压牵引部。其他的组件都可通用。2.3.3行走部行走部主要由机壳和两个摆线齿轮（驱动轮，行走轮）心轴组件，滑靴等组成，它的传动原理是牵引动力由牵引部输出，通过行走部花键轴驱动驱动轮转动，带动行走轮与运输机销轨啮合运动，从而使采煤机在运输机上牵引行走。2.3.4液压传动部它主要由液压泵站，控制阀组，液压锁和管路等组成。作用是采煤机截割部的升降和刹车制动器的控制。2.3.5冷却喷雾系统它主要由主水阀，分水阀和管路等组成，作用是供各电机和电控箱冷却用水和内外喷雾灭尘。2.3.6电

17、气系统该机的电控系统为鸡载式。除左右操作站分别设在机身两端，交流变频器的编程站设在电控箱变压器腔前盖板上外，其他所有电气设备均安装在机身中间的电控箱内。电控箱分成四个腔室即：开关腔，变压器箱，主控箱和接线腔。2.4主要技术特点MG250/591-WD型电牵引采煤机具有如下特点：1）机身薄，装机功率大。截割电机容量调整范围宽。为了加宽截割电机的功率调整范围，采煤机截割部设计强度为300Kw，电机容量调整范围为150300Kw，通过调整截割电机容量，可实现一机多型 。即MG150/391-WD、MG200/491-WD、MG250/591-WD三种采煤机型，从而能够更好地适应不同工作面 煤质变化要

18、求。三种容量截割电机的联接尺寸完全相同。可采中厚偏薄煤层中的硬煤，是采高范围 1.53.2m硬煤层采煤机更新换代的理想机型。 2）整机为无底托架积木式组合结构。各部件之间为干式对接，对接面之间无任何机械或液压传动关系。机身三大部件之间使用高强度 T形螺栓和四个楔形哑铃销以及两个150定位销连接和紧固，提高了大部件之间联接的可靠性。 3） 截割电机、牵引电机的启动、停止等操作采用旋转开关控制外，其余控制如牵引速度调整、方向设定、左右摇臂的升降，急停等操作均由设在机身两端操作站的按钮进行控制，操作简单、方便。 4） 所有电机横向布置。机械传动都是直齿传动。电机、行走箱驱动轮组件等均可从老塘侧抽出。

19、故传动效率高，容易安装和维护。 5） 液压系统设计合理，采用集成阀块结构，管路少，连接可靠；经常调整的阀设在液压箱体外，便于检修和更换；液压元件全部选用专业厂家的各牌产品，如调高泵选用A2F12R4P1，性能稳定，技术可靠。 6） 截割机械传动链设有扭矩轴过载保护装置，并设有强制润滑冷却系统，提高了传动件，支承件的使用寿命。 7） 截割部采用四行星单浮动结构，承载能力大，减小了结构尺寸。采用大角度弯摇臂设计，加大过煤空间，提高装煤效果，卧底量大。 8） 保证可靠性及使用寿命，传动系统中的轴承和高速端的油封采用进口件，齿轮材料选用国内最好的钢种18Cr2Ni4WA（军工材料）。 9） 采用强力耐

20、磨滚筒，提高割煤效果和滚筒寿命，降低截齿消耗量和用户成本。 10） 可通过更换电控部或液压传动部而成为交流变频调速电牵引或液压牵引采煤机以实现电液互换，而其它部件通用。两动力输入部位可安装液压马达，也可安装40Kw牵引电机。两种形式联接尺寸相同。 11）调高油缸与调高液压锁采用分离布置，液压锁置于壳体空腔内，打开盖板即可取出液压锁，方便井下查找故障和更换调高油缸、液压锁等维修工作。 12） 行走箱与牵引部为干式对接，拆行走箱后，牵引部不漏油。行走箱内为干油润滑，行走轮轴承寿命高。2.5主要技术参数及配套设备2.5.1主要技术参数采高（mm）： 15003200 煤质硬度 ： f4适应倾角 （）

21、： 401.总体装机功率（KW）： 591机面高度（mm）： 1100；1200机面宽度（mm）： 1200摇臂回转中心距（mm）： 6300滚筒水平中心距（mm）： 10517过煤高度（mm）： 366；466卧底量（滚筒1600）（mm）：437；337最大生产力（t/h）: 1436整机重量（t）： 362牵引牵引形式： 电动无链牵引啮合方式： 摆线轮销轨式牵引速度（m/min）： 07.5； 09 牵引力（KN）： 524； 4373截割摇臂形式： 整体弯摇臂冷却方式： 外套水冷摇臂摆角（）： +35.1； -18.5截深（mm）： 630；660 滚筒直径 （mm）： 1.6 1.8

22、 2.0 滚筒转速（r/min）： 49.6；46.3；40.24电动机截割电机（两台）型号 YBCS3-250C功率（KW）： 250转速（r/min）： 1476电压（V）： 1140额定电流（A）： 162牵引电机型号 YBQYS3-40功率（KW）： 40转速（r/min）： 1470最大转速（r/min）： 2000电压（V）： 380额定电流（A）： 75工作频率（HZ）： 0-65泵站电机型号： YBRB-11功率（KW）： 11转速（r/min）： 1437电压（V）： 1140额定电流（A）： 7.52.5.2主要配套设备1.常规配套运输机SGZ830/600 SGZ764/

23、500 SGZ730/32；2.配套喷雾泵站供水泵型号： PB-320/6.3额定流量（l/min）： 320最高压力（MPa）： 6.34.配套电缆主电缆型号： UCP370+116+36 UCP350+110+36第3章 MG250/591-WD型采煤机 右摇臂壳体工艺规程设计该零件为MG250/591-WD型采煤机右摇臂壳体。毛坯为铸件，材料为ZG30Mn2。壳体结构复杂，以孔系的卧式镗削加工为主。3.1壳体零件的功用和结构特点3.1.1壳体零件的功用壳体是部件和组件的基础零件，它把许多的零件连接成一体，使各个零件之间具有确定的相对位置和相对运动关系，这就组成了具有一定功能的箱体部件，如

24、机床主轴箱部件，各类减速器部件等。箱体零件的结构形式和加工质量对于整个机器的使用性能，如振动、噪声、发热、寿命和效率、工作精度等都有很大的影响，所以对于壳体零件的设计和制造，人们历来都给予很高的重视。3.1.2壳体零件的结构特点壳体的结构形式一般有两种：一种是整体式的，如机床主轴箱箱体，另一种是剖分式的，如各类减速箱箱体。 壳体零件的结构一般都比较复杂。壳臂较薄，内部成腔形。壳体的外臂和内腔常常设置加强筋和隔板，以便增强刚度和改善散热条件。壳体零件一般具有精度要求较高的平行孔等加工表面。3.1.3矿井用壳体零件的特点由于井下空间小，箱体工作载荷大，工作条件差，并常有煤块、岩石撞击等，因而要求箱

25、体的尺寸小，结构紧凑，并具有足够的强度。所以一般都采用铸钢件或球墨铸铁件作为井下箱体零件材料。同铸铁相比，铸钢的铸造性能和加工性能较差。由于井下煤尘和瓦斯的存在，井下工作机械的防爆面必须具有很高的防爆性能，以防止火花逸出而引起爆炸。具体要求为：不动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于5um，活动防爆面的表面粗糙度Ra值应小于2.5 um；防爆面要有足够的接触长度和较小的配合间隙；防爆腔必须做水压实验，确保在8个大气压的条件下持续一分钟不致发生渗漏。防爆面上的气孔和砂眼要进行填补和焊接。3.2壳体零件的主要技术要求壳体零件的主要孔系和平面对于壳体部件的使用性能有直接的影响。所以在壳体设计中对这些表面常

26、提出一系列较严格的技术要求，主要包括下述内容：（一）支撑孔的尺寸精度和几何形状精度1.支撑孔的尺寸精度。使用滚动轴承时，若孔径过大将会造成轴承的松动，回转轴线的变化以及产生振动噪声等；若孔径过小则会造成轴承外圈变形和过小的轴承间隙而降低了使用寿命，甚至不能正常工作。对于机床主轴箱，支撑孔的尺寸精度为IT5IT7；一般的减速箱为IT7 IT9。2.支撑孔的几何形状精度。孔的圆度误差会造成轴承外圈变形。镗床主轴支撑孔的圆度误差会给被加工表面带来圆度误差。几何形状的允差一般为尺寸公差的1/21/3。（二）支撑孔之间的位置精度和距离尺寸精度孔间位置精度包括同轴度，平行度，垂直度等。1.孔间同轴度。过大

27、的同轴度误差，会给装配带来困难，会使滚动体与轴承内外环接触不良而加剧磨损。同轴度一般规定在49级范围内，机床主轴箱采用5级，矿用运输机减速箱采用8级。2.各孔中心线间平行度。对于有齿轮啮合关系的平行孔系，平行度误差会造成齿轮齿面接触不良，受力不均，产生振动，降低齿轮使用寿命。平行度可在58级范围内选取。机床采用56级，减速器采用78级。3.各孔中心线间垂直度。垂直度误差带来的不利影响与平行度误差相同，可在68级范围内选取。4.孔中心距离尺寸精度。这项精度影响有啮合关系的齿轮齿面之间的间隙，按照齿轮精度选取。（三）平面的形状精度和平面之间的位置精度对于安装，定位基面及结合表面，应有较高的平面度要

28、求以保证部件刚度、精度和防止泄露等。根据使用条件，可在58级范围内选取。平面间的平行度、垂直度要求，应按装配和加工时作为基准面的需要而定。（四）平面与孔中心线间的位置精度在机床主轴箱中，主轴孔中心线对安装基面的平行度误差会造成被加工工件表面的几何形状误差。轴向定位表面对主轴孔的垂直度误差会造成主轴的端面跳动。同轴承压盖接触的端面与轴承孔的垂直度误差会使轴承圈四周轴向受压不一致，轴承径向间隙不均匀等，其他箱体也有类似情况，平行度一般可选47级，垂直度可选8级。（五）表面粗糙度为了提高箱体零件的耐磨性能、抗腐蚀和抗疲劳性能，为了保证与其他零件间的正常的配合关系，常对壳体零件的某些表面提出了表面粗糙

29、度要求。其值应根据实际需要并结合各种加工方法所能达到的经济数值确定。（六）其他要求除上述技术要求外，对于铸件要有消除内应力的要求，涂漆要求等。有的还要做水压实验，防爆实验等。3.3零件图样分析依据MG250/591-WD型采煤机右摇臂零件图样，该壳体主要加工要求有：1）各轴承孔 ，通孔和螺孔，其结构十分复杂，且精度要求高，加工时要注意定位基准的选择。2） 耳轴各轴孔表面对基准C的同轴度公差为0.04mm，对基准C1的同轴度误差为0.03mm。3）轴500行孔表面对基准A-B1的同轴度公差为0.04mm340行孔表面对基准A-A1的同轴度公差为0.03mm170行孔表面对基准A的同轴度公差为0.

30、03mm4）轴 75行孔表面对基准A2的同轴度公差为0.03mm100行孔轴线对基准A-A1的平行度公差为0.03mm5）轴240行孔表面对基准A4的同轴度公差为0.03mm170行孔轴线对基准A2-A3的平行度公差为0.03mm 6）轴215行孔表面对基准A6的同轴度公差为0.03mm215行孔轴线对基准A4-A5的平行度公差为0.03mm 7）轴90行孔表面对基准A8的同轴度公差为0.03mm120行孔轴线对基准A6-A7的平行度公差为0.03mm 8）轴90行孔表面对基准A10的同轴度公差为0.03mm120行孔轴线对基准A8-A9的平行度公差为0.03mm 9）主轴400行孔表面对基准A12-A13的同轴度公差为0.03mm560行孔表面对基准A14的同轴度公差为0.03mm430行孔轴线对基准A10-A11的平行度公差为0.03mm10）铸件不得有砂眼、夹渣、缩松等缺陷。铸件退火处理，粗加工后进行时效处理。11)未注明铸造圆角R5R10。12）非加工表面喷丸处理，水道槽及内腔涂磷化底漆，其他表面涂防锈漆。13）材料ZG30Mn2。