【正文】 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是考慮到煤炭是我國(guó)最主要的能源，提高煤炭產(chǎn)量有利于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而掘進(jìn)機(jī)主要由截割、行走、裝運(yùn)、裝載四大機(jī)構(gòu)和液壓、水路、電氣三代系統(tǒng)組成。掘進(jìn)機(jī)分為橫軸式和縱軸式兩種，本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是研究橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割部對(duì)煤炭產(chǎn)量的影響。本文在詳述國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)一些關(guān)鍵部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。重點(diǎn)是橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割頭工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)及受力分析、截割齒工作過(guò)程中得運(yùn)動(dòng)及受力分析。除此之外，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核也很重要。本文設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)是橫軸式的，此次所做工作主要是關(guān)于截割頭、截割部、回轉(zhuǎn)臺(tái)等的設(shè)計(jì)。其中截割部是用于安裝減速器；截割部后用于安裝減速器電機(jī)；回轉(zhuǎn)臺(tái)用于控制截割頭的上下擺動(dòng)及左右回轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；橫軸式；截割頭；回轉(zhuǎn)臺(tái)AbstractThe graduation design topic is given to the coal is China39。s main energy, improve coal output is beneficial to the economic development of our country. The roadheader is mainly posed of cutting, walking, shipment, loading four mechanism and hydraulic, water, electric three generation system. The roadheader is divided into two kinds, they are horizontal and vertical . The main task of this design is to study the influence of the horizontal roadheader cutting to coal yield.This paper details the heading machine on the basis of the studies at home and abroad. In this paper , I design the horizontal roadheader cutting mechanism, and calculate some key parts of the design. The focus of design is the analysis of horizontal roadheader cutting head on motion and force,。Another focus of design is the analysis of cutting tooth on the motion and force . .Besides, the design and check of rotary mechanism is also very importantIn this paper ,the design of roadheader is horizontal, the work is mainly on the design of cutting head, cutting, rotary table and so on. The cutting part is used to install a speed reducer。 the cutting part for installing reducer motor。 rotary table is used to control the cutting head to sway and rotary .Keywords: roadheader ；horizontal；cutting head；rotary table目 錄摘要 IAbstract II1. 緒 論 1 1 2 5 72. 橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì) 1 1 1 3 8 13 183. 掘進(jìn)機(jī)的三維建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 19 19 24 27 304. 端蓋數(shù)控加工 31 31 32 415. 齒輪軸ANSYS分析 42 42 46參考文獻(xiàn) 47致謝 48附錄一 49附錄二 74811. 緒 論:我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭也是我國(guó)最主要的能源，是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。現(xiàn)在煤炭的采掘基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，生產(chǎn)效率也大大提高。煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)輸、提升的機(jī)械化，其中采掘包括采煤和掘進(jìn)巷道。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，采煤機(jī)是現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。20世紀(jì)70年代我國(guó)主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來(lái)滿足發(fā)展需要，現(xiàn)今，國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)幾乎占領(lǐng)我國(guó)的整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)。依靠科技進(jìn)步，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國(guó)煤炭科技發(fā)展的主攻方向，我國(guó)的采煤機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了自主研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)化，系列化階段。目前，各主要產(chǎn)煤國(guó)家已基本上實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)械化。衡量一個(gè)國(guó)家采煤機(jī)械化水平的指標(biāo)是采煤機(jī)械化程度和綜采機(jī)械化程度。所以設(shè)計(jì)一個(gè)好的掘進(jìn)機(jī)對(duì)采煤機(jī)械化的發(fā)展有重要作用，而掘進(jìn)機(jī)的截割部又是掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，因此要進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)截割部的設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割部進(jìn)行改進(jìn)。然而，由于橫軸式掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜, 截割過(guò)程載荷多變 , 致使機(jī)器工作振動(dòng)比較大, 而實(shí)際計(jì)算其動(dòng)態(tài)過(guò)程又非常的困難。所以, 從理論上研究掘進(jìn)機(jī)的性能, 以及在此基礎(chǔ)上探討改進(jìn)其動(dòng)態(tài)特性方面的進(jìn)展十分緩慢。通過(guò)橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割部的研究，旨在滿足工程精度要求的前提下, 建立該型掘進(jìn)機(jī)橫向截割時(shí)的動(dòng)力學(xué)模型,并利用此模型進(jìn)行分析和探討, 研究橫軸式掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)行為, 為定性地研究掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能提供理論、方法。并以此理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出能夠提高掘進(jìn)機(jī)挖掘效率的掘進(jìn)機(jī)截割部。因此掘進(jìn)機(jī)截割部的研究設(shè)計(jì)對(duì)于掘進(jìn)機(jī)的研究有著很大的意義，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展有著重要影響。 國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)掘進(jìn)機(jī)是具有截割、裝載煤巖，并能自己行走，具有噴霧降塵等功能，以機(jī)械方式破落煤巖的掘進(jìn)設(shè)備，有的還具有支護(hù)功能。根據(jù)所掘斷面的形狀分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)[1]。以下是國(guó)內(nèi)外的一些研究：世界上第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)1949年在匈牙利問(wèn)世[2]，經(jīng)過(guò)幾十年不斷改進(jìn)、發(fā)展的歷程。現(xiàn)在世界上掘進(jìn)機(jī)使用已超過(guò)幾千臺(tái)。有10多個(gè)國(guó)家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)研究和制造。主要國(guó)家是：奧地利、英國(guó)德國(guó)、日本、前蘇聯(lián)等。 國(guó)外概況及發(fā)展趨勢(shì)(1) 掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品概況國(guó)外掘進(jìn)機(jī)設(shè)備可分為兩類[3]: 一類是歐洲國(guó)家普遍使用的掘進(jìn)機(jī) ,它適應(yīng)范圍廣 ,但掘進(jìn)、 支護(hù)不能平行作業(yè) ,掘進(jìn)效率低 ,開機(jī)率低 。 另一類是以美國(guó)和澳大利亞為代表的連續(xù)采煤機(jī)和掘錨綜合機(jī)組 ,兩者均可實(shí)現(xiàn)煤巷的快速掘進(jìn) ,開機(jī)率較高 ,掘進(jìn)效率高 ,后者是在前者的基礎(chǔ)上 ,在機(jī)上安裝錨桿鉆機(jī),使連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車合二為一,到 80 年代末發(fā)展成掘裝錨平行作業(yè)的新型設(shè)備。它較好地解決了掘進(jìn)、裝運(yùn)和錨桿支護(hù)的平行作業(yè) ,其不足是只適應(yīng)于煤巷掘進(jìn) ,機(jī)型龐大 ,適應(yīng)范圍小。生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的主要公司有奧地利阿爾卑尼公司、英國(guó)多斯科、安德森、 艾姆科公司、德國(guó)扎爾吉特、艾柯夫、保拉特、維斯特伐利亞公司、日本三井三池公司和前蘇聯(lián)。目前已經(jīng)形成完整的系列 ,主要有奧地利的 AM 系列 ,德國(guó)的 E、ET 、STM 系列 ,日本的MRH系列。連續(xù)采煤機(jī)主要有美國(guó)久益公司的CM 系列 ,朗艾道公司的CM系列、杰弗利公司及英國(guó) BJD公司。采掘錨機(jī)組主要有奧地利阿爾卑尼公司的ABM20 型、ABM30 型、美國(guó)久益公司的JSS型、 。(2) 技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì)英國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國(guó) ,掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于煤巖單軸抗壓強(qiáng)度 ≤ 100MPa 的采準(zhǔn)巷道掘進(jìn) ,并擴(kuò)大到巖巷掘進(jìn)。 據(jù) 1996 年資料表明 ,俄羅斯綜掘程度為 48%, 英國(guó)綜掘程度達(dá) 86%, 德國(guó)因深部開采 ,巷道斷面大 ,半煤巖比例大 ,巖石硬度高 ,限制了掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用 ,使用掘進(jìn)機(jī)僅 160 臺(tái) ,綜掘程度為 37% (1992 年資料) 。由于掘進(jìn)機(jī)可靠性好 ,掘進(jìn)機(jī)開機(jī)率(機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間與規(guī)定生產(chǎn)時(shí)間之百分比)已達(dá) 30% ～50% 。新型掘進(jìn)機(jī)可截割硬度100MPa 半煤巷和中等硬度的巖巷。部分重型機(jī)不移位截割斷面達(dá) 35～42, 可掘斷面形狀除拱形、梯形、矩形外 , 有的機(jī)器配掩護(hù)筒可掘圓形斷面 ,多數(shù)機(jī)型能在縱向 177。16176。坡上可靠工作 ,橫向傾斜一般可達(dá) 8176。現(xiàn)在中型掘進(jìn)機(jī)已日趨完善 ,其代表機(jī)型有英國(guó)多斯科公司的 LH1300型 ,德國(guó)保拉特公司的E200 型、奧地利阿爾卑尼公司的 AM75 型、日本三井三池公司的 S220 型等 ,其切割功率在 132～220kW 、機(jī)重 50～70t, 經(jīng)濟(jì)切割巖石硬度80MPa,近期德國(guó)在研究開發(fā)切割功率達(dá) 300kW、機(jī)重在100t以上 ,經(jīng)濟(jì)切割硬度達(dá)100MPa 的巖石掘進(jìn)機(jī)。部分機(jī)型截割速度已降至 1m/s以下 , 截割牽引速度采用負(fù)載反饋調(diào)節(jié) ,以適應(yīng)不同巖石硬度。一些機(jī)型除設(shè)有后支撐外,還在履帶前后安裝了卡抓式液壓支配扎腳機(jī)構(gòu),以便在切割巖石時(shí)錨固定位。機(jī)電一體化趨勢(shì)明顯,新型掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、電機(jī)功率自控調(diào)節(jié)、 截割路徑循環(huán)程控、離機(jī)遙控操作、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控以及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷。部分掘進(jìn)機(jī)采用 PLC 控制 ,實(shí)現(xiàn)回路循回檢測(cè)。研究探索新的截割技術(shù) , 如高壓水射流掘進(jìn)機(jī)的采用 。沖擊振動(dòng)式截割機(jī)具的研究。以ABM20 型為代表的掘錨綜合機(jī)組可較好地解決掘進(jìn)和支護(hù)平行作業(yè)問(wèn)題 , 在澳大利亞煤巷掘進(jìn)時(shí) ,。1995 年阿爾卑尼公司又推出 ABM30 型掘錨綜合機(jī)組 , 其生產(chǎn)能力和整機(jī)水平 ,又進(jìn)一步提高。為充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)效能 , 各國(guó)都十分重視綜掘作業(yè)線配套設(shè)備的研究。為縮短支護(hù)時(shí)間 , 在中等穩(wěn)定頂板條件下 , 常用機(jī)載錨桿鉆機(jī)支護(hù) 。 為使掘進(jìn)機(jī)與支護(hù)平行作業(yè) , 運(yùn)用超前液壓支架或自帶盾牌掩護(hù)支架 , 但使用效果都不理想。在后配套運(yùn)輸方面 , 通常采用橋式帶式轉(zhuǎn)載機(jī) , 后配帶式輸送機(jī) ,有條件時(shí)設(shè)置活動(dòng)煤倉(cāng)。 掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的 4 個(gè)階段縱觀世界上掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展歷程 , 可以將機(jī)型劃分 4 個(gè)階段。40 年代中末期到 60 年代中期是第一代機(jī)型發(fā)展時(shí)期 , 在這個(gè)階段掘進(jìn)機(jī)從無(wú)到有,形成了集切割、裝運(yùn)和行走為一體的結(jié)構(gòu)雛形,其特征主要是用于軟煤巷道掘進(jìn) ,機(jī)重15t左右。第二代機(jī)型發(fā)展使用時(shí)期是從60年代中期到70 年代末期 , 這一階段是煤巷掘進(jìn)機(jī)蓬勃發(fā)展時(shí)期 ,掘進(jìn)機(jī)得到了大量應(yīng)用。其特征是:煤巷掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)范圍擴(kuò)大 ,部分大斷面機(jī)型有過(guò)斷層、切割?yuàn)A巖的能力 ,切割硬度 60MPa 以下 ,機(jī)重大部分在 20～40t 左右。第三代機(jī)型發(fā)展使用時(shí)期是從70年代末到 80年代末期 ,其特征是 : 半煤巖掘進(jìn)機(jī)開始成熟 ,煤巷掘進(jìn)功能齊全 , 可靠性大幅度提高。重型機(jī)大批涌現(xiàn) ,機(jī)重 50t 左右。80 年代后期至今 , 處于發(fā)展中的第四代機(jī)型特征為 : 重型機(jī)機(jī)重進(jìn)一步增加 , 一般在 70t 以上 , 切割硬度 100MPa 以上 , 功能更加完善 , 采用高新技術(shù)、 計(jì)算機(jī)自控裝置較成熟 ,掘進(jìn)機(jī)正向巖巷進(jìn)軍。煤巷掘進(jìn)出現(xiàn)了切割支護(hù)平行作業(yè)的掘錨綜合機(jī)組 ,掘裝錨平行作業(yè) ,掘進(jìn)速度大幅提高。 我國(guó)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段 第一階段: 60年代初期到 70年代末, 這一階段主要是以引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)為主, 也定型生產(chǎn)了幾種機(jī)型, 在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化、 吸收, 為我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的第二階段的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。這一階段掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是: 使用范圍越來(lái)越廣,切割能力逐步提高, 有切割?yuàn)A巖和過(guò)斷層的能力。第二階段: 70年代末到 80年代末, 這一階段,我國(guó)與國(guó)外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步地實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化[4], 其典型的代表是與奧地利、 日本合作生產(chǎn)的AM50型及 S100型, 其后, 我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī), 其典型代表是EMA30型及EBJ100型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是: 可靠性較高, 已能適應(yīng)我國(guó)煤巷掘進(jìn)的需要。 半煤巖巷的掘進(jìn)技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)?shù)乃健?出現(xiàn)了重型機(jī)。第三階段: 由 80年代末至今, 重型機(jī)型大批出現(xiàn), 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已相當(dāng)先進(jìn), 可以根據(jù)礦井生產(chǎn)的不同要求實(shí)現(xiàn)部分個(gè)性化設(shè)計(jì),這一階段的代表機(jī)型較多, 主要有 EBJ型、EL 型及EBH 型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是: 設(shè)計(jì)水平較為先進(jìn), 可靠性大幅提高。 功能更加完善。 功率更大。 一些高新技術(shù)已用于機(jī)組的自動(dòng)化控制并逐步發(fā)展全巖巷的掘進(jìn)。經(jīng)過(guò)三階段的發(fā)展, 我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、 使用進(jìn)入了一個(gè)較高的水平, 已跨入了國(guó)際先進(jìn)行列, 可與國(guó)外的懸臂式掘進(jìn)機(jī)媲美。 橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀截割頭是掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的核心部件， 其性能的好壞直接影響掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)性能及工作質(zhì)量。評(píng)價(jià)截割頭性能的參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、截割比能耗、截割硬度 f 數(shù)、截割載荷波動(dòng)系數(shù)、截齒使用壽命、落料塊度或粉塵率等等。截割頭是掘進(jìn)機(jī)上最復(fù)雜的部件，截齒是截割頭直接作用于礦巖的零件，對(duì)截割頭及截齒的設(shè)計(jì)需要考慮重多參數(shù)，從整體上，包括截割頭形狀參數(shù)、尺寸參數(shù)、截割頭的擺動(dòng)速度、自轉(zhuǎn)速度等，從局部上，包括截齒的形狀、尺寸、材料、齒座的形式以及截齒在截割頭上的排布形式、空間角度關(guān)系等；另外還需要考慮截齒的空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)、截割參數(shù)、截割受力情況及截割頭的整體受力情況等。這些參數(shù)不僅復(fù)雜，而且往往又是相互聯(lián)系相互制約的，因此，截割頭的設(shè)計(jì)從來(lái)就是懸臂掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的最難點(diǎn)。 多年來(lái)， 國(guó)外許多國(guó)家都非常重視掘進(jìn)機(jī)的截割基礎(chǔ)理論研究， 前蘇聯(lián)通過(guò)大量試驗(yàn)分析，從截割過(guò)程中截齒及工作機(jī)構(gòu)