【文章內(nèi)容簡介】 少冒頂和瓦斯突出、減少超挖量、改善勞動條件、提高生產(chǎn)的安全性。 掘進機的分類 掘進機根據(jù)所掘進的斷面的形狀，分為全斷面掘進機 和部分?jǐn)嗝婢蜻M機。全斷面掘進機適用于直徑為 ~10m的全巖巷道、巖石單軸抗壓強度為 50~350MPa的硬巖巷道，可一次截割出所需斷面且斷面形狀多為圓形，主要用于工程涵洞及隧道的巖石掘進。 部分?jǐn)嗝婢蜻M機一般適用于單軸抗壓強度小于 60MPa 的煤巷、煤巖巷、軟巖水平巷道，但大功率掘進機也可用于單軸抗壓強度達 200MPa 的硬巖巷道。部分?jǐn)嗝婢蜻M機一次僅能截割一部分?jǐn)嗝?，需要工作機構(gòu)多次擺動、逐次截割才能掘出所需斷面，斷面形狀可以是矩形、梯形、拱形等多種形狀。部分?jǐn)嗝婢蜻M機截割工作機構(gòu)的刀具作用在巷道局部斷面上 ，靠截割工作機構(gòu)的擺動，依次破落所掘進斷面的煤巖，從而掘出所需斷面的形狀，實現(xiàn)整個斷面的掘進。部分?jǐn)嗝婢蜻M機按工作機構(gòu)可分為沖擊式掘進機、連續(xù)采煤機和圓盤滾刀式掘進機、懸臂式掘進機四種。其中懸臂式掘進機在煤礦中使用普遍。 懸臂式掘進機按截割頭的布置可分為縱軸式（如 ELMB 型）和橫軸式（如EBH132 型）兩種；按掘進對象可分為煤巷懸臂式掘進機和全巖巷懸臂式掘進機和煤 – 巖懸臂式掘進機三種；按機器的的驅(qū)動形式可分為電力驅(qū)動和電 液驅(qū)動兩種。 影響掘進機性能的因素 設(shè)計、加工與制造 (1)整機操作的穩(wěn)定性。 掘進機的操作穩(wěn)定性對其工作效率、工作安全性具有很大的影響。一些研究人員論述了有關(guān)掘進機的操作穩(wěn)定性的重要意義， 同時還對橫軸型與縱軸型掘進機進行了比較分析，認(rèn)為縱軸型掘進機對自身的重量內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 利用不充分，因此同橫軸型掘進機比較而言，縱軸型掘進機要實現(xiàn)相同的穩(wěn)定性，重量需要增加約 20a／ hi2]。在掘進機作業(yè)時，可能發(fā)生側(cè)翻、后翻、沿垂直軸線旋轉(zhuǎn)、履帶打滑等失穩(wěn)現(xiàn)象。增加機身重量可以改善掘進機作業(yè)的穩(wěn)定性，但是這樣做一方面會增加成本，另一方面使掘進機在潮濕低洼的環(huán)境下，容易出現(xiàn)下陷。 0． Acaroglu， H． Ergint： ]對掘進機的穩(wěn)定性進行了分析，不僅給出了穩(wěn)定性的力學(xué)方程，同時還闡述了穩(wěn)定性對機器性能的影響。據(jù)統(tǒng)計，在工作過程中因機器在空間位置上不夠穩(wěn)定造成的停機達 26％，因電機崩潰造成的停機占20％嘲。掘進機的整機穩(wěn)定性直接影響其他執(zhí)行機構(gòu)的正常運轉(zhuǎn)，因此增強掘進機的整機穩(wěn)定性，對于提高掘進機的機械性能、增強其工作效率，減少故障都具有重要意義。 (2)行 星輪裝載機構(gòu)動作協(xié)調(diào)性。裝載機構(gòu)是掘進機的主要工作機構(gòu)之一，其作用是將截割機構(gòu)破落下來的煤巖收集、耙裝至中間輸送機。裝載能力的大小取決于裝載機構(gòu)參數(shù)的選擇，它直 接決定了整機的生產(chǎn)能力。因此不斷改進和完善掘進機裝載機構(gòu)，是提高掘進機整機性能的前提。當(dāng)星輪轉(zhuǎn)速與輸送機鏈速不相匹配，如果星輪轉(zhuǎn)速較大，耙進的煤輸送機不能及時運走，造成堆積；如果輸送機鏈速較大，輸送煤不充分，會降低機器效率。 (3)截割頭、截齒的綜合因素。截齒是掘進機的關(guān)鍵部件，其材料、制造工藝對掘進機的性能會產(chǎn)生較大的影響。隨著掘進機應(yīng)用范圍的擴展，對截齒硬度、疲勞強度的要求有增大趨勢。目前國產(chǎn)掘進機截齒體材多為硬質(zhì)合金，35CrMnSiA，其缺點是脆性大。由于掘進機作業(yè)巖層地質(zhì)條件的復(fù)雜性，要求截齒具有 較高硬度、良好的耐沖擊性、抗磨性，從而保障掘進機在截割富含石英的巖石時具有穩(wěn)定的工作能力。 不僅截齒的材質(zhì)十分重要，而且截齒的形狀、截割頭的排列方式，對于掘進機的性能影響也不容忽視。由于鎬形截齒具有良好的自銳性、耐沖擊性而得到廣泛應(yīng)用。截割頭的排列方式直接影響著整機的平穩(wěn)性和工作效率。張鑫在研究中發(fā)現(xiàn)，通過截齒排列參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，可以使截割頭載荷波動的變差系數(shù)減小到O． 06 以下，提高了掘進機的工作可靠性。 (4)掘進機的功率。我國目前使用的掘進機功率普遍較小，一般不超過 160 kW。而發(fā)達國家的掘進機功率普遍 在 200— 300 kW，最高接近 500 kW。功率偏內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 小，不利于截割更堅硬的巖石和提高作業(yè)效率，因此我國需要加強大功率掘進機的開發(fā)。為了較好地發(fā)揮掘進機的性能，必須留有一定的儲備功率。從目前掘進機發(fā)展趨勢來看，大功率的掘進機，如 $2 AM75 等機型必然成為礦山的主力機型。 (5)其他因素。影響掘進機性能的因素還包括 掘進機的控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、行走系統(tǒng)等的可靠程度。工程實踐證明，這些系統(tǒng)性能穩(wěn)定，安全可靠，為掘進機的長期無故障運行提供了重要 保障。 除以上因素外，影響掘進機性能的地質(zhì)環(huán)境因素還有 許多，作用機理相當(dāng)復(fù)雜，還有待進一步研究。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 第二章 機械傳動裝置的總體設(shè)計 齒輪傳動的特點 齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達 200m/s。 齒輪傳動的主要特點有： 1)效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達９９％。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高１％，也有很大的經(jīng)濟性意義。 2)結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 3)工 作可靠、壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。 4)傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不公外界雜物 級易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。如汽車、機床、般空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要場合。 在此 EBH90掘進機行走部行星減速器中，由于閉式齒輪傳動封閉性能較好，機械效率也較大，所以我們采用閉式齒輪傳動。 確定 EBH90 掘進機行走部行星減速器傳動方 案 行走機構(gòu)是掘進機行走的執(zhí)行機構(gòu) , 也是整機聯(lián)接支撐的基礎(chǔ)。采用兩履內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 帶分別由液壓馬達傳動的結(jié)構(gòu)形式 , 它由左右減速器、左右張緊裝置、左右履帶架、履帶、驅(qū)動輪、后支撐及導(dǎo)軌組成。 方案一：左右減速器為一級直齒、一級蝸輪副和一級行星傳動所組成的三級減速器。 方案二：左右減速器為三級直齒、一級行星傳動所組成的四級減速器。 經(jīng)比較方案一其傳動缺點是 : 傳動效率低 , 不能及時有效的完成工作 。 易發(fā)熱 , 若不及時散熱 , 會引起箱體內(nèi)油溫升高 , 潤滑失效 , 導(dǎo)致輪齒磨損的 加劇 , 甚至出現(xiàn)膠合 。 蝸輪蝸 桿設(shè)計要求高 , 成本高 , 實際使用蝸桿易折斷 , 馬達易損 , 耽誤生產(chǎn)。方案二相對于方案一的優(yōu)點 : 其傳動效率相對較高 , 能及時有效地傳遞能量 。 直齒輪加工制造簡單 , 制造成本相對較低 。 檢修較蝸輪結(jié)構(gòu)容易且避免了蝸桿、馬達易損的特點。根據(jù)已知條件：長期不間斷，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動比大，傳動效率高 故選方案二傳動較為合適，其傳動簡圖如圖 11 圖 EBH90 掘進機行走部行星減速器傳動方案 傳動裝置總傳動比的計算及傳動比分配 選擇油馬達 本結(jié)構(gòu)處需要無級調(diào)速，速度的調(diào)節(jié)范圍要求很大，而且占地又小，需要結(jié)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 構(gòu)緊湊的原動機，故選油馬達。根據(jù)性能要求：制動力矩 540Nm，轉(zhuǎn)速 486r/min,輸入扭矩 Nm.。故選擇斜軸式軸向柱塞馬達。其型號為 A2F107W2P2。此馬達為定量馬達，它采用雙金屬缸體，球面配油結(jié)構(gòu)，具有壓力高、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)速高、耐沖擊、壽命長等特點，而且輸出軸能承受一定的徑向載荷，適合于工程機械及冶金、礦山、起重、運輸、船舶等機械的開式或閉式液壓系統(tǒng)。該種馬達由于容積效率高，往往作為大扭矩行星減速 器馬達，也可以作測速馬達用。 A2F107W2P2 斜軸式軸向柱塞馬達。馬達壓力參數(shù) 最高壓力 40Mpa 額定壓力 35 Mpa ，功率為 表 21 （ 技術(shù)參數(shù) ） 總重量（ t） 馬達功率（ kw） 掘金機行走速度（ m/min） 馬達轉(zhuǎn)速（ｒ /ｍｉｎ） 486 參素計算 按經(jīng)驗公式：驅(qū)動輪直徑） 4 s85~75Dq G）（? =336~380mm 為 了 滿 足 結(jié) 構(gòu) 的 布 置 ， 取 Dq=350mm ， 所 以 驅(qū) 動 輪 的 轉(zhuǎn) 速m in/ rDl ?? π 總傳動比的確定 油馬達確定后，根據(jù)油馬達的滿載轉(zhuǎn)速 mn 及工作機的轉(zhuǎn)速 ln 計算傳動裝置的總傳動比 i =486/=傳動比的分配原則： （齒面接觸強度大致相等）。 。 ，潤 滑最為簡便。 傳動比分配 按上述原則，本設(shè)計初分配行星齒輪傳動比 3214 iii ii 總? =，初分配圓柱齒輪總傳動比為 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 初分配三級圓柱齒輪傳動比為 321 ??? ， 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算 各傳動軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸 m i n/4 8 61 rnn m ?? Ⅱ軸 m i n/ rinn ??? Ⅲ軸 m i n/ rinn ??? Ⅳ軸 min/ rinn ??? 太陽輪軸 54 3 / m inn n r?? 履帶驅(qū)動輪軸 6 2 8 . 5 24 . 6 / m in6 . 2nr?? 各傳動軸功率 Ⅰ軸與馬達直接以液壓摩擦制動器相連，查閱相關(guān)手冊知其效率如下式中，所以有： Ⅰ軸 kwP 151 ? Ⅱ軸 kwPP ????? ? Ⅲ軸 3 2 23 P k w?? ? ? ? ? ? Ⅳ軸 4 3 34 P k w?? ? ? ? ? ? 太陽輪軸 5 4 4 5 1 3 .7 0 0 .9 9 1 3 .5 6P P k w?? ? ? ? ? 履帶驅(qū)動輪軸 6 5 5 6 1 3 .5 6 0 .9 8 1 3 .2 9P P k w?? ? ? ? ? 各傳動軸扭矩 Ⅰ軸 NmPT 15955 0n955 0111 ???? 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 Ⅱ軸 NmiTT ????? ? Ⅲ軸 3 2 2 2 3 7 4 3 .3 7 2 .6 0 0 .9 7 1 8 7 4 .7 7T T i?? ? ? ? ? Nm Ⅳ軸 4 3 3 187 458 T i?? ? ? ? ? Nm 太陽輪軸 5 4 45 4 5 8 2 .6 9 0 .9 9 4 5 3 6 .8 7TT ?? ? ? ? Nm 履帶驅(qū)動輪軸 6 5 4 5 6 4 5 3 6 .8 7 6 .2 0 .9 8 2 7 5 6 6 .0T T i ?? ? ? ? ? 根據(jù)以上計算列出本傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)數(shù)據(jù)表，見下表： 表 傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)數(shù)據(jù)表 參數(shù) 軸號 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 太陽輪軸 履帶驅(qū)動輪軸 轉(zhuǎn)速 n/（ r/min） 486 功率P/kW 轉(zhuǎn)矩 T/（ N m） 傳動比 i 1 效率η 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 12 第三章 傳動零件設(shè)計計算 齒輪設(shè)計計算 圓柱齒輪傳動部分第一級齒輪設(shè)計計算 1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1） 如傳動系統(tǒng)簡圖所示，選用直齒圓柱齒輪傳動。 2）根據(jù)設(shè)計要求，選用 6 精度（ GB 10095– 88）。 3）材料選擇。小齒輪材料為 S16MnCr，其硬度 56~62HBC。大齒輪的材料為 S16MnCr，其硬度 56~62HBC。 4）選小齒輪的齒數(shù) 。，大齒輪齒數(shù) 21 ???? 由設(shè)計計算公式進行試算，即 3 2HEd1t1 )][ Z( 1 ?? uuKT ?? 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù) ?tK 。 計算小齒輪傳遞的扭矩。 51151 15954