【正文】 查齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限圖，取 2lim 1000 N /m mH? ? ；查齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限圖，取 2lim 500N /mmF? ? 。 行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 已知條件 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、工作環(huán)境差、沖擊較大。該減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （ 1） 行星齒輪傳動(dòng)采用 3K型傳動(dòng)形式，而以前的傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)圓柱齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。有支重輪時(shí)取 0． 89～ 0． 92，無(wú)支重輪時(shí)取 0． 71～0． 74； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 2? —— 驅(qū)動(dòng)裝置減速器的傳動(dòng)效率，％。 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)牽引力的計(jì)算確定 履帶行走機(jī)構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿足掘進(jìn)機(jī)在最大設(shè)計(jì)坡度上作業(yè)、爬坡和在水平路面上轉(zhuǎn)彎等工況的要求，最大牽引力應(yīng)小于在水平路面履帶的附著力。履帶架見圖 31。 平均接地比壓主要是根據(jù)底板巖石條件選取，對(duì)于遇水軟化的底板，取較小值，對(duì)于底板較硬，遇水不軟化的底板取較大值。各由 10 個(gè)高強(qiáng)螺栓與機(jī)架相聯(lián)。掘進(jìn)機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎 方式一般有 2 種：① 一側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)，另一側(cè)履帶制動(dòng)；②兩側(cè)履帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)，但方向相反。初始換油后，相隔 1500 小時(shí) 或者 6個(gè)月內(nèi)必須更換一次。更換濾芯時(shí)，只需旋開濾油器濾蓋 (清洗蓋 )即可更換濾芯或向油箱加油。 （ 6） 液壓系統(tǒng) 1） 本機(jī)除截割頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，其余各部分采用液壓傳動(dòng)。刮板輸送機(jī)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，刮板鏈條的張緊是通過(guò)在輸送機(jī)尾部的張緊油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 （ 2）裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖 22，主要由鏟板及左右對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)裝置組成，通過(guò)低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目的。由于集塵器跟隨掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，風(fēng)機(jī)的噪音很大，應(yīng)安裝消音裝置。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對(duì)著截齒噴射。由于其工作環(huán)境差，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)易受潮燒毀，最好選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。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)_擊破碎巖石的目的。轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)應(yīng)采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)，可選用電 動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。輸送機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器的一端，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差。 (2)螺旋式?？紤]掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，截割頭不僅要具有一定的轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速以截割煤巖，而且要能上下左右擺動(dòng)，以掘出整個(gè)斷面，掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)一般都采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)。因此，在煤巷掘進(jìn)時(shí)，需加大機(jī)身重量或裝設(shè)輔助支撐裝置。 （ 6）噴霧降塵系統(tǒng) 為降低掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵而裝備的設(shè)施，有噴霧降塵系統(tǒng)兩種形式。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)截割頭旋轉(zhuǎn)，利用裝在截割頭上的截齒破碎煤巖。 16。該機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機(jī)身矮、重心低、操作簡(jiǎn)單、檢修方便。因此，為了保證掘進(jìn)機(jī)的正常行走，行走機(jī)構(gòu)必須具有足夠的牽引力。但隨著我國(guó)煤炭采掘業(yè)的不斷發(fā)展，中厚煤層將逐漸減少，煤礦巷道必然趨于薄煤層，極薄煤層。 （ 3） 向重型化方向發(fā)展。尤其是近年來(lái)，我國(guó)相繼開發(fā)了以 EPJ120TP 型掘進(jìn)機(jī)為代表的替代機(jī)型，在整 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 體技術(shù)性能方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。有代表性的機(jī)型有英國(guó)的 LH1300、 LH1400；奧地利的 AM7 ATM10AHM105 和日本的 S200、 S2 S300、 S350。各國(guó)大力研發(fā)各類掘進(jìn)設(shè)備。 掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展 國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展 19 世紀(jì) 70 年代，英國(guó)為修建海底隧道，生產(chǎn)制造了第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，美國(guó)在 20 世紀(jì)30年代開發(fā)了懸臂式掘進(jìn)機(jī)，并把此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于采礦業(yè)，此后英國(guó)、德國(guó)、日本等十幾個(gè)國(guó)家相繼投入了大量的人力、物力、財(cái)力用于掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的開發(fā)和研制，先后研制了近百種機(jī)型。目前也有把連續(xù)采煤機(jī)代替掘進(jìn)機(jī)作為巷道掘進(jìn)的，它主要針對(duì)半煤巖巷道和軟巖巷道的掘進(jìn)截割硬度 f≤ 6?；灸軌驖M足國(guó)內(nèi)半煤巖掘進(jìn)機(jī)市場(chǎng)額需求。將掘進(jìn)機(jī)用于鐵路、城市地鐵隧道和公路建設(shè)等行業(yè)。因此，機(jī)身矮、窄型掘進(jìn)機(jī)將大有市場(chǎng)。 研究掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的意義 掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)是一個(gè)非常重要的部件，它既是驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)行走、調(diào)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)又是整臺(tái)掘進(jìn)機(jī)的連接和支撐的基礎(chǔ)。 二、主要用途、適應(yīng)范圍 EBJ─ 120TP 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)服務(wù)的機(jī)械設(shè)備。 機(jī)器供電電壓 660/1140V 二、截割部 電動(dòng)機(jī) 型 號(hào) YBUS3— 120 功 率 120kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 截割頭 轉(zhuǎn) 速 55r/min 截 齒 鎬形 最大擺動(dòng)角 上 42。截割頭縱向推進(jìn)力由行走履帶（或伸縮懸臂的推進(jìn)液壓缸）提供。噴霧降塵系統(tǒng)由內(nèi)、外噴霧裝置組成，用以向工作面噴射水霧，達(dá)到降塵的目的。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。雖然液壓傳動(dòng)具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于對(duì)沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時(shí)過(guò)載，一般選擇過(guò)載能力較大的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 。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(gè)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)。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)。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。 行走機(jī)構(gòu) 掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式幾種。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度 。 除塵裝置 掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設(shè)備增多，使工作面空間減小。裝載部安裝于機(jī)器的前端。 （ 4） 行走部 行走部設(shè)計(jì)見下一節(jié) （ 5） 機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái) 機(jī)架結(jié)構(gòu)如圖 24。系統(tǒng)原理圖見圖 25。若未能及時(shí)停機(jī)更換濾芯時(shí)，則設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會(huì)自動(dòng)開啟工作 (旁通閥開啟壓力為 0． 4MPa，以保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)更換新潤(rùn)滑油時(shí)，清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油。現(xiàn)在設(shè)計(jì)將支重輪作成和機(jī)架一體的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在井下的環(huán)境中它比支重輪可靠性能更高。 EPJ120TP 型掘進(jìn)機(jī)行走部減速器傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)圓柱齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，體積較大，占用空間較多，效率低 ，給整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)備性能帶來(lái)一定的影響。在設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，推薦平均接地比壓 p≤ 0． 14 MPa。 圖 31 履帶架 履帶鏈輪的設(shè)計(jì) 根據(jù)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)，由于此掘進(jìn)機(jī)鏈的節(jié)距比較大，鏈輪的齒數(shù)不能過(guò)多；但為了減小接地角，使之減輕掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)和后退時(shí)受力不均的缺點(diǎn)，綜合考慮選擇鏈輪齒數(shù) Z=9。一般情況下，履帶行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎不與掘進(jìn)機(jī)作業(yè)、爬坡同時(shí)進(jìn)行，而掘進(jìn)機(jī)在水平地面轉(zhuǎn)彎時(shí)，單側(cè)履帶的牽引力為最大，故單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力的計(jì)算以平地轉(zhuǎn)彎時(shí)的牽引力為計(jì)算的依據(jù)。 按最大速度的情況計(jì)算： V=6m/min， 1? 取 ， 2? 取 ， 根據(jù)公式 （ 39） ， 1 0 8 6 6 0 1 9 .50 .7 4 0 .7 5P k W????? 液壓馬達(dá)、液壓泵與電機(jī)型號(hào)的選擇 （ 1）液壓馬達(dá)的型號(hào)選擇 暫定減速器的總傳動(dòng)比為 i=290 驅(qū)動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)矩 1 /2M Td?鏈 （ 310） 將 1 108T kN? ， 468mmd? 帶入（ 310）得： 1 0 8 4 6 8= = 2 5 2 7 2 N m2M ?鏈 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩 2/MM M i?? 鏈 （ 311） 將以上結(jié)果帶入（ 311）的 25272= 1 1 6 N m2 9 0 0 .7 5MM ?? 則選擇液壓馬達(dá)的型號(hào)為 MFB29，其性能參數(shù)： 幾何排量 (mL/r)： 最高轉(zhuǎn)速 (r/min)： 2400 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 (r/min)： 50 最高工作壓力 MPa： 最大輸出轉(zhuǎn)矩 N178。 相比之下，新的傳動(dòng)系統(tǒng)減少了傳動(dòng)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)更加緊湊，體積更小，傳動(dòng)效率更高。 行星傳動(dòng)的輸入功率： 1 1 9 .5 0 .9 8 0 .9 8 0 .9 8 0 .9 9 1 8 .2 k wP ? ? ? ? ? ? 輸入轉(zhuǎn)速： 1 1218r/m innn??馬 達(dá) 傳動(dòng)比： 292pii?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 配齒計(jì)算 根據(jù) 3k行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式： 111bb beap a eb a e beZzzZiiZ z z zZ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? （ 45） 再根據(jù)其裝配條件，即保證各行星輪能勻稱裝入時(shí)，中心輪 a、 e和 b之間的條件： pba nCzz 1?? （ 46） pea nCzz 2?? （ 47） 式中 為正整數(shù)、行星輪數(shù)目； 21 CC—n p 由公式（ 45）可知，要傳動(dòng)比 baei 值比較大，而且結(jié)構(gòu)緊湊，就盡量使 bz 與 ez 的差值取小些，但從滿足裝配條件看， bz 與 ez 最小差值應(yīng)滿足： e b pz z n? ?? （ 48） 將 e b pz z n??代入傳動(dòng)比 pi 公式（ 45），經(jīng)整理化簡(jiǎn)后可得齒數(shù) bz 的一元二次方程 ? ? ? ?2 10b a p b p a pz z n z i z n? ? ? ? ? （ 49） 則 ? ? ? ? ? ?21 412b a p a p p a pz z n z n i z n??? ? ? ? ? ????? （ 410） 則由公式（ 48）可求得 ez ，即 e b pz z n?? （ 411） 如果 eazz? 為偶數(shù)，則 cz 可按下式 計(jì)算，即 12eac zzz ??? 如果 be azz? 為奇數(shù)，即在采用角度變位的行星傳動(dòng)中，則 cz 可按下面的公式計(jì)算 zzz ??? （ 412） 一般選取行星輪數(shù) 3?pn ，再取太陽(yáng)輪 a的齒數(shù) az =16。 內(nèi)齒輪b和 e的加工精度 7級(jí)。中心輪 a 和行星輪 c的加工精度 為 6級(jí)； 內(nèi)齒輪 b 和 e 均采用 42SiMn，表面 淬火，硬度 45～ 55HRC 。 將 6m/min?Ｖ ， 9z? ， 160a? 帶入公式（ 43） 1 0 0 0 6 4 .1 7 r /m in9 1 6 0n ????鏈 輪 （ 3）總傳動(dòng)比 ni n? 馬 達(dá)鏈 輪 （ 44） 將 1218r/minn ?馬 達(dá) ， r/minn ?鏈 輪 ，帶入公式（ 44） 1218 ?? 則行走部減速器的總傳動(dòng)比 為 292。通過(guò)液壓馬達(dá)將動(dòng)力傳遞給減速器的輸入軸，再由行星齒輪減速器的輸出軸輸出，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)履帶行走機(jī)構(gòu)。 表（ 32） 附著系數(shù)值 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)輸入功率的計(jì)算確定 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的輸入功率 1 1 2/P TV ??? （ 39） 式中 P—— 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的輸入功率， kW； V—— 履帶行走機(jī)構(gòu)工作時(shí)的行走速度， m／ s； 1? —— 履帶鏈的傳動(dòng)效率。下圖為導(dǎo)向張緊裝置。履帶架要保證導(dǎo)向輪和傳動(dòng)鏈輪的安裝以及保證履帶能在上面運(yùn)動(dòng)。 行走機(jī)構(gòu)基本參數(shù)設(shè)計(jì)