CN110644989A - 高承载采煤机行走系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高承载采煤机行走系统，包括导向滑靴和相互啮合的行走轮和销排，所述行走轮设有双排轮齿，双排轮齿的结构参数相同，所述销排设有双排齿槽，双排齿槽的结构参数相同，所述轮齿与齿槽按排对应啮合，所述轮齿的齿面在齿宽方向上为外凸表面，相应地，所述齿槽的槽壁在齿宽方向上为内凹表面，所述行走轮和销排在任一轮齿齿廓曲线的各个啮合位置的法向截面上均呈相互凹凸嵌合的状态。本发明承载能力大，可靠性高，能适应销排水平弯曲，且行走轮齿轮边缘不会产生应力集中，能更好地适应采煤机向大采高、大功率方向发展的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种采煤机行走系统，具有较高的承载能力，属于采煤设备技术领域。
背景技术
煤矿井下采煤工作面的采煤机行走的驱动力，通常最终是来自采煤机行走轮和刮板机的销排系列的各销齿啮合传动。刮板机销排系列由多个结构相同的销排组成。行走轮与刮板机销排为开式非共轭啮合，带动采煤机来回牵引行走。在工作面行走过程中，销排允许有水平面内1°的偏转，用于满足工作面推溜不平直和采煤机走S弯割机窝时的需要。
目前采煤机越来越朝着大采高、大功率的方向发展，采煤机装机功率国内外最大已经达到3000kW左右，综采采高已经达8m以上，采煤机的整机重量已经达200t以上。采煤机割煤时，工作阻力大，且工作面有倾角，必须增大采煤机的牵引力，这使得采煤机行走系统面临下面两个关键问题：
1、如何提高重型大模数齿轮(模数m>46)和销排的承载能力，并避免齿轮边缘应力集中，以增大采煤机终端行走系统输出的牵引力，并提高行走系统的可靠性？
2、采煤机在大牵引力情况下，行走轮与销排的接触应力急剧增大。在销排水平弯曲的情况下，如何改善行走轮轮齿和销排的啮合受力状况，提高行走系统的可靠性？
中国专利申请号为200910044922.1的专利申请公开了一种采煤机双排驱动无链牵引系统，其利用多条并排排列的销轨和与多条销轨啮合的特殊行走轮(多排行走轮)，每一排行走轮的轮齿与对应的销轨啮合与另一排行走轮的轮齿与对应销轨啮合相差一个相位角，每个轮齿输出力一样的话，则总牵引力大大提高，如果总牵引力不变，则每个轮齿输出的力就小，由此提高设备的可靠性。该申请没有解决行走轮如何适应销轨水平偏转角度的问题，也没有解决齿形的问题，仅是增加了行走轮轮齿与销轨啮合的对数；另外由于多排销轨一排齿形正对另一排的齿槽，销排分段生产制造比较困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高承载采煤机行走系统，承载能力大，可靠性高，能适应销排水平弯曲，且行走轮齿轮边缘不会产生应力集中，能更好地适应采煤机向大采高、大功率方向发展的需要。
本发明的主要技术方案有：
一种高承载采煤机行走系统，包括相互啮合的行走轮和销排，所述行走轮设有双排轮齿，双排轮齿的结构参数相同、相位一致，所述销排设有双排齿槽，双排齿槽的结构参数相同、相位一致，所述轮齿与齿槽按排对应啮合，所述轮齿的齿面在齿宽方向上为外凸表面，相应地，所述齿槽的槽壁在齿宽方向上为内凹表面，所述行走轮和销排在任一轮齿齿廓曲线的各个啮合位置的法向截面上均呈相互凹凸嵌合的状态。
所述行走轮采用直齿轮，相啮合的单排轮齿和齿槽在各自齿宽方向上对称。
所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均呈外凸形状，所述轮廓可以为一条外凸的曲线，或者所述轮廓的中间段为直线、两边段为圆弧。
当所述轮廓为一条外凸的曲线时，所述曲线可以为圆弧或椭圆上的一段曲线。
优选地，所述曲线为圆弧，且所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓所对应的圆弧的半径均相等，记为R1，所述齿槽的槽壁在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均为内凹的圆弧，且圆弧的半径均相等，记为R2，R1<R2。
R1与R2的比值优选在0.85-0.98之间。
相同相位的一对齿槽之间相连通，连通处在相应的一对齿槽的同侧槽壁之间形成台阶。
本发明的有益效果是：
本发明通过采用新型的行走轮与销排啮合结构，能够在不改变行走轮模数的情况下，提高行走系统的承载能力，避免轮齿的边缘效应，避免轮齿偏载边缘应力激增而崩齿或者过早疲劳失效，使得采煤机牵引力输出可以继续增大，或者在增大行走轮模数的情况下，提高销排的承载能力，因此既能满足采煤机重载大牵引力的要求，又能够提高行走系统的可靠性。尤其在采煤机重载牵引情况下，效果更显著。
本发明能够很好地适应行走轨道的水平弯曲，当工作面推溜不平直或者工作面有起伏时，亦或者采机窝走S弯时，行走轮与销排有自动导向减缓销排与行走轮偏载啮合的趋势，因此能自发改善啮合状态，从而提高行走系统的寿命。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的行走轮与销排啮合状态结构示意图；
图2为图1的C-C剖示图；
图3为所述行走轮的一个实施例的轮齿结构示意图；
图4为所述销排的一个实施例的齿槽轮廓示意图；
图5为所述销排的一个齿槽的槽壁截面示意图；
图6为相邻两节所述销排存在交角时行走轮与销排啮合受力分析示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种高承载采煤机行走系统(简称行走系统)，如图1-6所示，包括相互啮合的行走轮1和销排2，销排沿着工作面长度方向固定在刮板机上，行走轮沿着销排双向啮合，带动采煤机沿工作面往复行走。所述行走轮设有双排轮齿11和12，双排轮齿是在同一个齿轮坯上加工出来的，双排轮齿的结构参数如齿数、模数、齿顶圆直径、齿廓线形状等相同，相位一致。每个轮齿的两侧齿面在齿厚方向上外凸且对称。所述销排设有双排齿槽，双排齿槽的结构参数相同、相位一致。所述轮齿与齿槽按排对应啮合。每个所述齿槽的两侧槽壁(同时也是销排的齿的齿面)在与之啮合的轮齿的齿厚方向上内凹(例如可以是内凹的圆弧)且对称。
通过双轮齿啮合，当行走轮与销排啮合行走时，行走轮可以承载更大的采煤机牵引力。如果遇到异常情况，例如某一个轮齿断掉后，还有另一并列的轮齿参与啮合，可以应急带动采煤机沿着工作面生产，而不影响产量，等到检修班时再更换掉异常的行走轮，因此大大提高了行走系统的可靠性。
双排轮齿11和12沿齿宽方向的中心距离为D1，与销排上并列设置的成对的齿槽沿齿宽方向的中心距离D2相等。
所述轮齿的齿面在齿宽方向上为外凸表面，即越靠近齿宽方向的两端，齿厚越薄，越靠近齿宽方向的中间，齿厚越厚。相应地，所述齿槽的槽壁在齿宽方向上为内凹表面，即销排上的齿越靠近齿宽方向的两端，齿厚越厚，越靠近齿宽方向的中间，齿厚越薄。所述行走轮和销排在任一轮齿齿廓曲线的各个啮合位置的法向截面上均呈相互凹凸嵌合的状态。
所述齿轮为直齿轮。相啮合的单排轮齿和齿槽优选在各自齿宽方向上对称，理想的啮合状态下，轮齿与齿槽的理论接触点位于相应齿槽在齿宽方向的对称中心面上。
所述法向截面沿着啮合位置的齿面的法向延伸。每一个啮合位置对应一个法向截面。以行走轮为例，轮齿的齿廓曲线上的每一点都对应了一个啮合位置，也就对应一个法向截面，经过该啮合位置的公法线位于相应法向截面内，且法向截面平行于行走轮的轴线。
进一步地，所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均呈外凸形状，所述轮廓可以为一条外凸的曲线形状，或者所述轮廓也可以是中间段为直线、两边段为圆弧的复合形状。
当所述轮廓为一条外凸的曲线时，所述曲线可以是圆弧，也可以是椭圆上的一段曲线。
附图所述实施例中，所述曲线优选采用圆弧，且所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓所对应的圆弧的半径均相等，记为R1，所谓圆弧的半径均相等是指同一个法向截面上同一轮齿的两条齿面轮廓线的圆弧半径相等，同一轮齿不同啮合位置的法向截面上的齿面轮廓线的圆弧半径也相等。相应地，所述齿槽的槽壁在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均为内凹的圆弧，且圆弧的半径均相等，记为R2。齿槽上所谓圆弧的半径均相等的含义与轮齿的同理。
优选使R1<R2，可以消除或明显减少行走轮与销排啮合在重载情况下轮齿的边缘效应，有利于避免或减少轮齿偏载边缘应力激增而崩齿或者过早疲劳失效。不仅如此，啮合过程中由于轮齿的弹性变形，行走轮齿轮轮齿的齿面与销排齿的齿面二者间可形成曲线形线接触，使接触应力显著降低，承载力提升，耐磨性以及使用寿命显著提高。
作为进一步优选的技术方案，R1与R2的比值控制在0.85-0.98之间，这样一方面避免了采煤机行走轮在重载情况下的边缘效应，防止行走轮轮齿在齿宽方向的边缘发生应力集中而崩裂，另一方面同时又能使轮齿保持较高的强度。
如图4、5所示，相同相位的一对齿槽之间相连通，连通处在相应的一对齿槽的同侧槽壁21和23之间形成台阶22。所谓台阶，是相对于槽壁21和23的内凹表面这个特点而言的，因此连通处相比齿槽处明显收窄。台阶22的表面形状不做具体限定，但在各个啮合位置的法向截面上台阶22的边线优选为直线形，结构简单，易于加工。
如图5所示，当行走轮输出力增大时，如果销排齿形沿齿宽方向截面为一个大圆弧时，齿形截面积相比设置成图4的结构会减小很多，如图5中阴影部分的面积，这样对销排齿形强度削弱比较大，导致销排可靠性降低，严重时会导致销排断裂。本发明通过采用图4所示的双排齿槽在成对齿槽之间以收窄的槽口相连通的结构，可防止销排在齿宽方向的中部断裂，提高了销排齿形的承载能力。
所述销排有若干节，沿工作面长度方向依次排列布设形成行走轮的轨道。单节销排上单排设有4-8个齿槽。当行走轮与销排啮合行走时，由于采机窝走S弯，或者虽然采煤机行走在直线段但由于工作面推溜不平直或者工作面有起伏时，相邻两节销排间往往产生夹角α(如图6所示)，此时行走轮的轮齿与销排的齿槽的理论接触点虽然偏离了齿槽在齿宽方向的对称中心面，但二者仍然能保持圆弧曲线相啮合，不会出现像传统的圆柱齿轮的轮齿因边缘接触点啮合致使应力大增最终导致齿面崩裂的情况发生。同时，行走轮与销排间的啮合力F可分解为相互垂直的分力Fn和Ft，如图6所示，啮合分力Fn有推动采煤机行走轮使轮齿与齿槽的接触点向齿槽在齿宽方向的对称中心面移动的趋势，因此能够自发地改善啮合状态，提高行走系统的可靠性。可见，本发明的行走系统能够很好地适应行走轮轨道的水平弯曲，且有自动导向的作用，改善啮合状态，提高行走系统的寿命。
所述行走轮可以采用大模数行走轮，由于采用本发明的啮合结构，相应采煤机行走系统能满足大采高、大功率场合对大牵引力的需要，同时还能保持较高的可靠性和对行走轨迹水平弯曲的适应性。
Claims (10)
1.一种高承载采煤机行走系统，包括相互啮合的行走轮和销排，其特征在于：所述行走轮设有双排轮齿，双排轮齿的结构参数相同、相位一致，所述销排设有双排齿槽，双排齿槽的结构参数相同、相位一致，所述轮齿与齿槽按排对应啮合，所述轮齿的齿面在齿宽方向上为外凸表面，相应地，所述齿槽的槽壁在齿宽方向上为内凹表面，所述行走轮和销排在任一轮齿齿廓曲线的各个啮合位置的法向截面上均呈相互凹凸嵌合的状态。
2.如权利要求1所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：所述行走轮采用直齿轮，相啮合的单排轮齿和齿槽在各自齿宽方向上对称。
3.如权利要求2所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均呈外凸形状，所述轮廓为一条外凸的曲线，或者所述轮廓的中间段为直线、两边段为圆弧。
4.如权利要求3所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：当所述轮廓为一条外凸的曲线时，所述曲线为圆弧或椭圆上的一段曲线。
5.如权利要求4所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：所述曲线为圆弧，且所述轮齿的齿面在各个啮合位置的法向截面上的轮廓所对应的圆弧的半径均相等，记为R1，所述齿槽的槽壁在各个啮合位置的法向截面上的轮廓均为内凹的圆弧，且圆弧的半径均相等，记为R2，R1<R2。
6.如权利要求5所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：R1与R2的比值在0.85-0.98之间。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：相同相位的一对齿槽之间相连通，连通处在相应的一对齿槽的同侧槽壁之间形成台阶。
8.如权利要求7所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：所述销排有若干节，沿工作面长度方向依次排列布设形成行走轮的轨道。
9.如权利要求7所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：单节销排上单排设有4-8个齿槽。
10.如权利要求7所述的高承载采煤机行走系统，其特征在于：所述行走轮为大模数行走轮。
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