大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法.pdf

大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 姜 彬 1 ,徐艳冬 1 ,寇林慧 2 1 1 鸡西煤矿机械有限公司,黑龙江 鸡西158100; 21 鸡西矿业集团 机电设备租赁公司,黑龙江 鸡西158100 摘 要针对大功率电牵引采煤机截割部温升过高的现象进行理论分析,并给出计算方法,通过定性分析找出产生 这一现象的根本原因和解决方法,为大功率采煤机截割部的设计提供设计思路和理论依据。 关键词大功率采煤机;截割部;温升;解决方法 中图分类号TD42116 文献标识码A 文章编号1008 - 8725200407 - 0020 - 02 0 前言 近几年来随着综采技术的不断发展,高产高效 工作面的普及,对采煤机的性能要求也不断提高,开 发研制大功率电牵引采煤机成为各煤机制造厂家的 热点。随着采煤机的装机功率的增大,采煤机的截 割功率也相应的加大,由于截割功率加大,其油池温 度过高的问题也日渐突出,如何解决这一问题将成 为研制的关键。本文对这一问题的原因进行计算分 析,并提出解决的参考方案。 2 截割部发热与散热量的计算 [1～2] 211 发热量的计算 1传动副传动效率损失产生的热量E1 根据公式H1 ∑ n i1 Pi 1 - ηc 式中Pi 各级传动机构的输入功率,kW; Pi 截割部的额定功率,PiPi- 1ηc; ηc 各级传动机构的效率,对于直齿传动 η取 0198～0199;对于行星传动η取 0195～0196。 根据功能转换公式1 kW 31610 3 K J/ h计算 发热量为E1N131610 3 K JΠh 2轴承副效率损失产生的热量E2 根据公式N2 ∑ n i1 Ni NiZiPi 1 - ηz 式中Ni 各级传动中轴承副损失的功率; ηz 轴承的机械传动效率,球轴承取 0199 ,滚子轴承取0198; Pi 各级传动机构的输入功率,kW ,Pi Zi- 1Pi- 1ηcηz; Zi 各级传动机构中轴承的数量。 转换为发热量为E2N231610 3 K JΠh 3传动件搅动油液产生的热量E3 传动件搅动油液产生的热量由行星架搅油和齿 轮搅油两部分组成。 ①行星架搅动油液按一侧浸没在油液中的圆 柱体绕自身轴线旋转时的功率损失公式进行计算 N31kρ[ υ ωdΠ 2 2] aω3 d 4 d 5 - 2a 2 l 10 - 3 kW 式中υ 油液的运动粘度,m 2Π s; ω 圆柱体的角速度,rΠmin; d 圆柱体的外径,m; l 圆柱体外径的长度,m; ρ 油液的密度,kgΠm 3 ; a 实验测得的系数,取012; k 取决于外壳壁面粗糙度的常系数。 ②产生的热量计算可转化为圆柱体在油液中 绕平行其自身轴线旋转时的摩擦功率损失进行计 算。 关于单齿转化为圆柱体的方法这里就不做介绍 了。 当考虑到摩擦阻力和形状阻力时,单个圆柱体在 油液中的运动阻力为TV 015v 118 ldCvρ 式中v 圆柱体的运动速度,mΠs; l 运动物体与油液相接触的长度,m; d 圆柱体的直径,m; ρ 油液的密度,kgΠm 3 ; Cv 取决于雷诺判值的阻力系数,取Cv 112。 收稿日期2004 - 02 - 18;修订日期2004 - 05 - 02 作者简介姜彬1972 - ,男,1994年毕业于原阜新矿业学院机械工程系,一直从事采煤机的设计工作。 第23卷第7期 2004年7月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol123 ,No17 Jul ,2004 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 用于克服阻力Tv所需功率为NiZTVV 式中 Z 圆柱体的个数;此处为浸没在油液中 的齿数。 齿轮搅动油液的功率损失N32 ∑ n i1 Ni 则E3 N31N3231610 3 K JΠh 传动系统的总发热量E ∑ 3 i1 Ei 212 截割部在许用最高油温时的散热量计算 [2] 1壳体的散热量L1 L1kFΔt 式中K 传热系数,可根据油温与工作面的温 度之差值Δt,以及工作面的风速进行 选取,一般取K 18 wΠm 2 ℃; F 油池的散热面积,m 2 ,FF′F″,F′ 为与油液接触的壳体表面积,F″ 为不 与油液接触的壳体表面积; Δt 许用最高油温与环境温度差值。 2冷却水的散热量L2 截割部的冷却水内、 外喷雾两股水,根据公式 L2CmΔt 式中C 水的比热,取14118 kJΠkg℃ m 单位时间流过的冷却水的质量,kgΠh; Δt 出入水口的温差,℃,为一实测值。 截割部在许用最高油温时的散热量L ∑ n i 1 Li 3 发热原因的分析 通过以上计算可知,当传动系统的总发热量E 小于截割部在许用最高油温时的散热量L时,截割 部将在低于最大温升的某一温度保持平衡,当E大 于L时,系统的温度将高于许用最高温度,产生发热 现象。 通过计算和与其它机型对比分析产生这一现 象的原因如下 1截割功率加大导致温升过高。通过上面的 计算可知,在机械传动系统效率一定的前提下,加大 输入功率,系统的功率损耗也随之加大。损耗的能 量大部分转化成热能,使系统的温度上升。 2系统的机械传动副数量增加导致温升过高。 目前大功率电牵引采煤机均采用多部电机横向布置 的传动结构,截割部由电机直接驱动,导致截割部的 总传动比加大,传动级数增多。同时,此类机型对采 高要求较高,机器大都采用长摇臂,这也使机械传动 副数量增加。由于传动副增加,系统的功率损耗加 大。 3机器的散热条件受限制。由于受结构的限 制,在机器的截割功率大副度提高和机械传动副数 量增加的同时,油池的体积相对增加很小,使机器散 热困难。同时由于注油量和搅油发热的矛盾,润滑 油的体积不可能大幅增加也会导致油温的升高。 4 结论 通过以上的计算的分析,并结合在实践中的经 验,提出解决问题的方法如下 1通过提高传动副的加工制造精度来提高系 统的机械效率,减少功率的损耗,降低发热量; 2提高轴承的精度等级,减少轴承副的功率损 耗。 3设计过程中,在保证整机性能的前题下,适 当加大油腔的体积,提高散热面积。 4提高冷却效果。可通过加大冷却水套的截 面积,加大冷却水的流量和加长冷却水的冷却流程 来提高冷却效果,也可以对油池直接加装冷却器或 强迫冷却装置来提高冷却效果。 5合理计算润滑油的用量,在能保证润滑的前 题下,严格控制注油量,使搅油发热降至最低。 6提高摇臂排气装置的可靠性,保证与外界环 境的对流热交换。 参考文献 [1] 翟培祥 1 矿山机械传动的换热器与热计算[M]1 北京煤炭工 业出版社,19721 [2] 成大先 1 机械设计手册[M]1 北京化学工业出版社,19931 Phenomenon of a risein temperature of large power shearer cutting unit and solving JIANGBin 1 , XU Yan-dong 1 , KOU Lin-hui 2 1 1Jixi Coal Mine Machinery Co Ltd ,Jixi 158100 ,China ; 21Mechano-Electro Equipment Lease Comp1,Jixi Mining Industry Group ,Jixi 158100 ,China AbstractFocusing on the phenomenon of a rise in temperature of large power shearer cutting unit make a theorical analysis ,put forward the calculate ,and find out the basic reason and solving sfor this problem1All these are helpful to the design of shearer cutting unit1 Key wordslarge power shearer; cutting unit ; a rise in temperature ;solving 第7期 姜 彬,等大功率采煤机截割部温升过高现象及解决方法 21 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.