【正文】 the cutting department length, thus has enlarged the cutting surface which a cutting institute passed through, enhanced the tunneling efficiency. In my design the power supply is an electric motor, through the shaft coupling transmission, carries on by the reduction gear decelerates, the final output rotational speed is 40r/min. The design of the threetier structure as the main transmission plaary gear reducer, which includes level straight gear transmission plaary gear transmission and levels, import and export are used spline up. The design introduced EBZ200 type boring machine overhaul and maintenance. Key word: Mechanical boring machine。帶伸縮的截割臂，在解決掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)面窄 的問題上發(fā)揮了很大作用，掘進(jìn)機(jī)截割部帶伸縮，加大了截 割部的長度，從而加大了截割頭所經(jīng)過的截割面，提高了掘進(jìn)效率。本次設(shè)計(jì)主要是懸臂式掘進(jìn)機(jī)的 截割 機(jī)構(gòu)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的 截割 機(jī)構(gòu)是 有伸縮式和固定式兩種，按照它的截割頭的分布可以分為橫軸式和縱軸式兩種。我所設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)截割部是縱軸式帶伸縮的形式。 我的設(shè)計(jì)中動力源是電動機(jī)，通過聯(lián)軸器傳動，由減速器進(jìn)行減速，最后輸出轉(zhuǎn)速為 40r/min。 Cutting department。 它們的主要組成部件相同，只是截割頭的布置不同。 有 10 多個國家 、 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。 EBJ160在切割局部硬巖時，出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，應(yīng)以 6070t重的機(jī)型為主，可以使機(jī)器的振動減輕，機(jī)器零件壽命延長，總體經(jīng)濟(jì)效果好。在齒輪傳動、機(jī)械聯(lián)接及液壓傳動方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)，有的地方以嵌裝式結(jié)構(gòu)代替螺栓組結(jié)構(gòu)。有些重型掘進(jìn)機(jī) 還可配置自動控制系統(tǒng)，可以使機(jī)器的生產(chǎn)率提高 30%左右，還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù) 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 載平穩(wěn)，避免由于人工操作不當(dāng)引起的尖峰負(fù)荷，從而延長機(jī)器的使用 壽命約 20%。 1979年開始 ,我國 從英國 、 奧地利 、 日本 、 前蘇聯(lián) 、 德國 、 美國等國家大規(guī)模的引進(jìn)設(shè)備 ， 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) ， 截至 1985 年共引進(jìn) 16 個品種 188 臺 ， 對我國煤礦掘進(jìn)煤和半煤巖巷道起到重要作用。其主要原因是我國基礎(chǔ)研究不夠；設(shè)計(jì)水平不高；缺少創(chuàng)新意識；沒有掌握現(xiàn)代掘進(jìn) 機(jī) 設(shè)計(jì)理論與方法。 一、 提高對 硬 巖切割能力 從國內(nèi)外懸臂式掘進(jìn) 機(jī) 產(chǎn)品發(fā)展過程可以看出 ， 早期產(chǎn)品是適應(yīng)切割煤和軟巖的輕型設(shè)備 。目前重型掘進(jìn)機(jī) 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 的切割功率多為 132～ 00KW。 在機(jī)身前 、 后部位裝設(shè)油缸式穩(wěn)定器 ， 使機(jī)器切割硬巖時 牢 固定位 ， 減輕振動。 1983 年英國采礦研究院與美國能源部合作 ， 用 70 MPa 水壓作井下試驗(yàn) ， 證明在提高切割巖石能力 、 降低刀具損耗 、 減少粉塵生成量 、 消滅切割火花等方面有明顯的效果。但是 ，采用高壓水射流技術(shù) ， 待別是水壓在 100 MPa 以上 ， 其元件和系統(tǒng)研制難度極大 ， 能量消耗大 、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 費(fèi)用十分昂貴。因此簡化結(jié)構(gòu) 、實(shí)現(xiàn)助切和經(jīng)濟(jì)效果的統(tǒng)一 ， 是學(xué)者和專家門研究的重要課題 ， 也是高壓水射流在掘進(jìn)機(jī)上應(yīng)用的難題。由掘進(jìn)機(jī)后面巷道頂部懸掛一 個 激光發(fā)生器 ， 用棱柱水晶體將激光束分裂為兩個互相垂直面 ， 激光接收器有三條攝像晶體管線 ， 可在 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 600 mm 寬的激光束面上捕捉激射光 ，井將信號輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，控制掘進(jìn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)位置的平 行偏差和推進(jìn)方向上的角度偏差。 提高巷道質(zhì)量。 采用光電傳感器和邏輯電路 ， 利用三維比例顯示器 ， 顯示切割頭在巷道中位置 ， 相應(yīng)同步跟蹤動作 ， 當(dāng)切割頭截齒接觸巷道斷面邊緣時 ，即發(fā)出聲響信號 ， 然后由人工操作控制 ， 這是一種比較簡單實(shí)用 ， 沒有反饋功能的非 閉環(huán)控制系統(tǒng)。掘進(jìn)機(jī)的監(jiān)控程序 ， 可早期鑒別技術(shù)故障 ， 必要時發(fā)出指令停止運(yùn)轉(zhuǎn)。重要的是從必要性和可靠性角度設(shè)計(jì)選取。 用連續(xù)采煤機(jī)開掘煤巷 ， 由于它具有橫向長滾筒 、 全寬巷道上下擺動割煤 、 裝運(yùn)能力 大 、 結(jié)構(gòu)牢固 、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn) ， 生產(chǎn)能力比一般懸臂式掘進(jìn)機(jī)要高。原因就是不連續(xù)的間斷作業(yè)影響巷道掘進(jìn)速度。如美國 JOY公司的 12CM30 和 12CM20B；奧地利 Vost A1Pine 公司的 ABM20 型；英國AnJerson GrouP 公司的 KBⅡ 型。在產(chǎn)品的開發(fā)方面，掘進(jìn)機(jī)的切割功率從 30kW 提高到 160kW，機(jī)重從 13t 上升到 53t，切割對象從煤擴(kuò)展到半煤巖，并逐步形成了煤及半煤巖掘進(jìn)兩大系列、十多個品種。 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展展望 (1)產(chǎn)品開發(fā)的適用性 我國地域遼闊，地質(zhì)條件差異顯著，井型類別眾多，開采工藝不一 。 （ 三 ） 是開發(fā)能滿足特殊地質(zhì)條件要求的綜合機(jī)械化掘進(jìn) 設(shè)備。因此，不管是舊機(jī)型的完善還是新機(jī)型的開發(fā)都要以可靠性為前提。通過三個環(huán)節(jié)的互相支撐達(dá)到提高整體可靠性的目的。如果我們在綜掘系統(tǒng)配套方面進(jìn)一步開展一些有效的、合乎生產(chǎn)特點(diǎn)的研究工作，當(dāng)會對綜掘生產(chǎn)有所裨益。 (3)技術(shù)引進(jìn)缺少創(chuàng)新我國引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的機(jī)型生產(chǎn)多年改進(jìn)不大，尤其是不能結(jié)合我國制造，使用水平進(jìn)行改進(jìn)，逐漸暴露出許多缺點(diǎn)。但由于其新技術(shù)的含量較大，如何立足于現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)， 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 盡快地開發(fā)出適合我國煤礦實(shí)際工況條件的掘錨聯(lián)合機(jī)組，解決采掘工 作面接替緊張、采掘失調(diào)等難題，滿足國內(nèi)的迫切需求，填補(bǔ)我國在這方面的研究空白，是實(shí)現(xiàn)“十五”懸臂式掘機(jī)主機(jī)技術(shù)飛躍的首要任務(wù)。 (3)沖擊振動掘進(jìn)機(jī) 沖擊振動掘進(jìn)機(jī)是一種利用慣性原理，通過在普通的懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)部分增加一激振部件，利用一定頻率和振幅的沖擊來改善截割效果，以提高掘進(jìn)機(jī)的切割硬度的新技術(shù)。 可 滿足不同的運(yùn)輸要求，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸設(shè)備的配套使用，是實(shí)現(xiàn)“十五”懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套運(yùn)輸技術(shù)高效的主要任務(wù)。 (3)配套機(jī)載除塵技術(shù) 機(jī)載除塵技術(shù)是懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套技術(shù)的重要一環(huán)，成為掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展的另一關(guān)鍵。具有環(huán)保價(jià)值的機(jī)載除塵產(chǎn)品 “ ”是專門為懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)除塵、掘進(jìn)同步作的國內(nèi)外唯一采用液壓驅(qū)動的機(jī)載除塵設(shè)備。尤其對煤礦井下而言，利用的有效空間不足，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)備性能帶來一定的影響。 (2)工況監(jiān)控技術(shù) 掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)控技術(shù)包括掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)測、故障診斷兩方面。 (3)負(fù)載反饋調(diào)速技術(shù) 切割牽引速度是懸臂式掘進(jìn)機(jī)的一個重要工 況參數(shù)，合理的切割牽引速度不僅與掘進(jìn)機(jī)自身參數(shù)有關(guān)，還和煤巖硬度、鉆人深度和切削厚度有關(guān)，負(fù)載反饋調(diào)速技術(shù)就是利用節(jié)流調(diào)速、變量泵一負(fù)反饋無級調(diào)速和定量泵一分流合流有級調(diào)速等方式，合理調(diào)整切割牽引速度。截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)重要部件，主要由截割電動機(jī)、截割減速器、升降臂、工作臂、截割頭、內(nèi)噴霧送水裝置等組成。整機(jī)充分借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的典型結(jié)構(gòu)及采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 好；關(guān)鍵部件和動密封均采用高質(zhì)量進(jìn)口產(chǎn)品，保證整機(jī)性能可靠；機(jī)器重心前置設(shè)計(jì)，有利于搭接皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)后機(jī)器的平穩(wěn)作業(yè)。有效提高工作效率；行走馬達(dá)與減速一體化結(jié)構(gòu)，質(zhì)量更加可靠。因此，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)型式，對于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義?？v軸式截割頭傳動方便、結(jié)構(gòu)緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。缺點(diǎn)是傳動裝置較復(fù)雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便；因?yàn)榻馗铑^較長對掘進(jìn)斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側(cè)壁。雖然液壓傳動具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于對沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時過載，一般選擇過載能力較大的電動機(jī)驅(qū)動。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。是橫軸式掘進(jìn)機(jī)上使用的一種裝載機(jī)構(gòu)，它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機(jī)構(gòu)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應(yīng)用很普遍。 通常，應(yīng)選擇耙爪式裝載機(jī)構(gòu)，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機(jī)構(gòu)，也可設(shè)計(jì)成耙爪與星輪可互換的裝載機(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)可采用聯(lián)合驅(qū)動方式，即將電動機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī)靠近機(jī)身一側(cè)，在驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)同時，間接地以輸送機(jī)構(gòu)機(jī)尾為主動軸帶動刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。這種驅(qū)動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動互不影響。 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的型式選擇 該掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)有兩種布置方式： ① 作為機(jī)器的一部分； ② 為機(jī)器的配套設(shè)備。 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)應(yīng)采用單機(jī)驅(qū)動，可選用電動機(jī)或液壓馬達(dá)。采用框架結(jié)構(gòu)，使人員能自由進(jìn)出工作面，并可越過裝載機(jī)構(gòu)到達(dá)機(jī)器的后面。將掘進(jìn)機(jī)用導(dǎo)軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達(dá)到?jīng)_擊破碎巖 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 石的目的。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。由于其工作環(huán)境差，用電動機(jī)驅(qū)動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達(dá)驅(qū)動。這種除塵方式有以下兩種： ① 外噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對著截齒噴射。 (2)抽出式。由于 集塵器跟隨掘進(jìn)機(jī)移動，風(fēng)機(jī)的噪音很大，應(yīng)安裝消音裝置。但對于巖巷掘進(jìn)和隧道掘進(jìn)，一般其巖體 f≥8( 抗壓強(qiáng)度在 80～ 100MPa 以上 )，掘進(jìn)機(jī)效率明顯降低，截齒消耗量大增，導(dǎo)致生產(chǎn)成本顯著提高。在掘進(jìn)機(jī)上安裝的高壓水細(xì)射流系統(tǒng)為：外來水經(jīng)過控制閥、濾水器進(jìn)入增壓器，壓力增高后的高壓水進(jìn)入懸臂端的旋轉(zhuǎn)密封，由截割頭上安裝的 數(shù)個噴嘴噴射出去。 ② 安裝在截齒上靠近齒尖處。當(dāng)截齒與煤巖體接觸才噴水的方式，齒不工作時不噴射，可節(jié)省水；除塵和撲滅火花的效果好。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 第三章 截割部的設(shè)計(jì)及計(jì)算 行星傳動概述 行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有 結(jié)構(gòu)緊湊 、 質(zhì)量小、體積小、 噪聲小、 傳動比大 、 壽命長、 承載能力大 、 傳動平穩(wěn) 、 傳動效率高 、 運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力強(qiáng) 、 工作可靠性高以及實(shí)現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動 等優(yōu)點(diǎn) 。因此，行星齒輪傳動在起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門均獲得了日益廣泛的應(yīng)用。 電動機(jī)型號 —— YB315L24 主要技術(shù)參數(shù)： 額定功率 —— 200KW 同步轉(zhuǎn)速 —— 1500 r/min 額定電壓 —— 380V 滿載轉(zhuǎn)速 —— 1475 r/min 輸出效率 —— % 確定齒輪傳動精度等級：按 3 11t n/ ）＝（ν ? 估取圓周速度 KWP 2 0 0m in/r1 4 7 5n 1 ?，＝ sm/12t ?ν 根據(jù)圓周速度取精度等級為Ⅱ組 6級精度 小輪分度圓直徑 ? ?3 2d11 u 1u2 ???????? ?????HEH ZZZKTd σ＋Ψ ? 選取齒寬系數(shù) ＝Ψ 小齒輪齒數(shù)選取為： 301?Z 大齒輪齒數(shù)選取為： 702?Z 傳動比 ??? ZZi 中國礦業(yè)大學(xué) 202