【正文】 下工作 。掘進(jìn)機(jī)工況監(jiān)測技術(shù)的研究，是實現(xiàn)“懸臂式掘進(jìn)機(jī)智能化的主要方 面。有效地減少功率損耗，降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱，延長液壓元部件使用壽命，使掘進(jìn)機(jī)能可靠地工作。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 第二章 .EBZ200掘進(jìn)機(jī) 總體方案設(shè)計 任務(wù)說明 題目 EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的研制 課題概況 本課題是 我公司 正在研制的課題之一，主要用于公司的主導(dǎo)產(chǎn)品 EBZ200型掘進(jìn)機(jī)。 具體要求 ，伸縮量 550mm； ； 3 .截割減速器按 200Kw 設(shè)計，截割頭轉(zhuǎn)速按 40r/min，截割頭線速度為3m/s，工況系數(shù)按 計算； 、輸出聯(lián)軸節(jié)采用花鍵聯(lián)接； 畢 業(yè)設(shè)計工作量 ； ； 。 主要性能 EBZ200掘進(jìn)機(jī)是一種掘進(jìn)效率高、截割功率適中的中重型掘進(jìn)設(shè)備，該機(jī)集截割、裝運(yùn)、行走、操作等功能為一體，適用于任意形狀斷面的煤巷、半煤巖及軟巖巷道掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它礦山巷道及工程隧道中使用；截割巖石最大抗壓強(qiáng)度可達(dá) 80MPa，可提供錨桿泵站動力接口。該機(jī)內(nèi)外噴霧齊全，可有效抑制截割產(chǎn)生的粉塵和火花，能有效地滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求； 故障自診斷液晶顯示，手動與遙控兩種選擇，使該產(chǎn)品設(shè)計更具先進(jìn)性 。 采用 1140V電壓等級，電氣系統(tǒng)采用進(jìn)口專用控制器控制防護(hù)等級 IP67，并配有中文液晶顯示屏，能實時反映機(jī)器工況，各項保護(hù)和顯示功 能齊全，性能可靠； 行走裝置采用流行的整體鏈板傳動，高壓油脂缸配墊片式鏈輪漲緊型式，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)操作方便，故障率低；行走采用無極變速方式，實現(xiàn)速度隨機(jī)性。 主要技術(shù)參數(shù) 項目 技術(shù)參數(shù) 項目 技術(shù)參數(shù) 最大掘進(jìn)高度 m 行走速度（高 /低）（ m/min） 最大掘進(jìn)寬度（ m） 履帶寬度（ mm） 600 爬坡能力 177。 對地壓強(qiáng)（ MPa） 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 最大截割硬度（ MPa） ≤80 油泵電機(jī)功率（ KW） 90 臥底深度（ mm） 300 外噴霧水壓（ MPa） 截割電機(jī)功率（ KW） 200 內(nèi)噴霧水壓（ MPa） 截割頭轉(zhuǎn)速（ rpm） 46/23 水量（ L/min） 100 裝載形式 六齒星輪式 供電電壓（ V） 1140 輸送機(jī)形式 雙邊鏈刮板式 總功率（ KW） 305(不含二運(yùn) ) 運(yùn)輸機(jī)鏈速（ m/min） 54 最大外形尺寸（長 X 寬X 高）（ m） .8 溜槽斷面尺寸（寬X 高）（ m） 整機(jī)重量（ t） 56 掘進(jìn)機(jī)的總體方案 設(shè)計對于整機(jī)的性能起著決定性的作用。 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有截鏈?zhǔn)?、圓盤銑削式和懸臂截割式等。 按截割頭的布置方式，分為縱軸 和橫軸式兩種。截割頭的形狀有圓柱形、圓錐形和圓錐加圓柱形，由于后兩種截割頭利于鉆進(jìn)，并使截割表面較平整，故使用較多。因此，在煤巷掘進(jìn)時，需加大機(jī)身重量或裝設(shè)輔助支撐裝置。這種掘進(jìn)機(jī)截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較 省力，排屑較方便?？v向截割時，穩(wěn)定性較好。這種掘進(jìn)機(jī)多使用拋物線或半球形截割頭?？紤]掘進(jìn)機(jī)工作時，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，以掘出整個斷面，掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)一般都采用單機(jī) 驅(qū)動。 裝載機(jī)構(gòu)的型式選擇 部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)有 4 種： (1)單雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?。雙環(huán)形是由兩排并列、轉(zhuǎn)向相反的刮板鏈組成。環(huán)形刮板鏈?zhǔn)窖b載機(jī)構(gòu)制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會造成卡鏈和斷鏈。 (2)螺旋式。由于頭體形狀的缺點(diǎn)，這種機(jī)構(gòu)目前使用很少。是利用一對交替動作的耙爪來不斷地耙取物料并裝入轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。但這種裝載機(jī)構(gòu)寬度受限制，為擴(kuò)大裝載寬度，可使鏟板連同整個耙爪機(jī)構(gòu)一起水平擺動，或設(shè)計成雙耙爪機(jī)構(gòu)，以擴(kuò)大裝載范圍。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡單、強(qiáng)度高、工作可靠，但裝大塊物料的能 力較差。 裝載機(jī)構(gòu)可以采用電動機(jī)驅(qū)動，也可用液壓馬達(dá)驅(qū)動。 輸送機(jī)構(gòu)的型式選擇 部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)多采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。這樣傳動系統(tǒng)中元件少、機(jī)構(gòu)比較簡單，但 裝載與輸送機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動相牽連，相互影響大。 輸送機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的驅(qū)動方式，即將電動機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器的一端，通過減速裝置驅(qū)動輸送機(jī)構(gòu)。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點(diǎn)有所增加。一般常采用與裝載機(jī)構(gòu)相同的驅(qū)動方式。目前，多采 用膠帶輸送機(jī)。 為使卸載端作上下、左右擺動，一般將轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部的回轉(zhuǎn)臺托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉(zhuǎn)臺中心擺動，達(dá)到擺角要求；同時，通過升降液壓缸使其繞機(jī)尾鉸接中心作升降動作，以達(dá)到卸載的調(diào)高范圍。 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 該種掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式幾種。該 種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來工作的。使用支撐裝置可起到掩護(hù)頂板、臨時支護(hù)的作用。 (2)導(dǎo)軌式。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度。 (3)履帶式。具有牽 引能力大，機(jī)動性能好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。 目前，部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)通常采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。 除塵裝置的型式選擇 掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來，達(dá)到滅塵效果。是在工作機(jī)構(gòu)的懸臂上裝設(shè)噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。由于噴嘴距粉塵源較遠(yuǎn)，粉塵容易擴(kuò)散，除塵效果較差； ② 內(nèi)噴霧降塵。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。為提高除塵效果，一般采用內(nèi)外噴霧相結(jié)合的辦法，并且和截割電機(jī)、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結(jié)合起來考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵。常用的吸塵裝置是集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級凈化除塵。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。 高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù) 對于全煤巷或很軟的巖巷，利用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，效率高、成本低。這時，應(yīng)考慮采用高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù)。 掘進(jìn)機(jī)截割頭上噴出的壓力水按壓力高低分級 ： 輔助切割壓力水分級 （ MPa） 項目 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 水壓 ＜ ～ 20 20～ 140 140～ 400 ＞ 400 經(jīng)驗表明，對煤輔助切割作用的最低壓力約 40MPa，對巖石的最低水壓為70MPa 左右。 器由液壓油驅(qū)動，可提供 70MPa 以上的壓力水，旋轉(zhuǎn)密封裝置裝在截割頭轉(zhuǎn)軸處，保證截割頭處的水壓和水量，噴嘴的直徑根據(jù)水壓和流量選取。優(yōu)點(diǎn)是截齒和齒座為通常型，成本低；噴嘴安裝位置不受限制，可選用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴；更換截齒或噴嘴互不影響，便于維修；不存在巖?；貜棑p壞噴嘴問題；但噴嘴因水束流程遠(yuǎn)，打擊巖石的力較小，能耗高、水耗大，破巖效率不佳。優(yōu)點(diǎn)是冷水通過齒座和齒身對截齒的冷卻效果好，可延長截 齒壽命；噴嘴靠近煤巖體，破巖效果好；除塵和撲滅火的效果也很好。 ③ 噴嘴裝在齒座上。缺點(diǎn)是在截割軟煤時不射流；水射流破巖作用滯后于齒尖的切割作用；齒和齒座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，事故多，維修量大。 下圖為 EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)簡圖。 由于在各種類型的行星齒輪傳動中均有效地利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理地采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它可以用作減速、增速和變速傳動，運(yùn)動的合成和分解，以及其特殊的應(yīng)用中 ， 這些功用對于現(xiàn)代機(jī)械傳動的發(fā)展有著較重要的意義。 將普通傳動改為行星傳動，可保證使重量降低 ， 有可能利用普通傳動所不宜于采用或不能采用的設(shè)計 (因齒輪尺寸較大 )來提高承載能力。 傳動原理圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 圖 a 代表太陽輪， b 代表內(nèi)齒輪， c 代表行星輪 第一級直齒輪傳動設(shè)計計算 3 6 . 8 7 54 0 r / m in＝1 4 7 5 r / m inn＝ni 輸 出輸 入總 ??? 根據(jù)齒面硬度要求預(yù)選材料 18CrNi4WA 滲碳淬火 a1300lim MPH ?σ 選擇 電動機(jī) EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)是工作在礦井下用于中型斷面煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，故選取 YB 系列隔爆型三相異步電動機(jī)。 21r＝＝＝＝ εε ??????? ?????? ?????????? ???????? ??? ?? ZZ 查相關(guān)資料得 ??K 則動載荷系數(shù) K 的初值 ＝＝ ???K 彈性系數(shù) ＝EZ 預(yù)取模數(shù) m＝ 6 預(yù)取嚙合角 ?39。 ?? 可得傳動中心距變位系數(shù) ? ? ? ? o s 20c o s7030211c o sc o s21 39。21 ????????? ??????????? ????? ????ZZy 初算中心距 ? ? ? ? mmZZma 31570306212121 ????????? 實際中心距 mmmmymaa 39。 ????? m aay 計算實際變位角 ?20c os3 173 15c osc os39。 ???? ?? aa得 ?39。21 ?? ????????? ? ?? in vin vin vin vZZ ? ??? 查相關(guān)資料 得： 121 ??????? ???? 由于都是正變位，變位系數(shù)在綜合性能較好段，所以變位系數(shù)合理。 （ 2）傳動比的分配 選取高低速兩級的齒輪材料相同，齒面硬度相同，則 lim 1 lim 2 1300HH M P a???? 齒寬系數(shù)比 /1CI CIIKK? 3pI pIInn?? 2212VI H I NVI I NK K ZK K Z???? ??? 2221/1WWZZ? 由以上參數(shù)得 A＝ 2， 3E AB? ,B=1 得 E＝ 2 查得 1 5i? ， 2 1 2 1 1 5 .8 2 6 5 3 .1 6 5i i i? ? ? 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 選擇太陽輪和行星輪的 材料為 18CrNi4WA，滲碳淬火，齒面硬度為 58～62HRC 查表 取試驗齒輪齒面接觸疲勞極限 太陽輪 limH? ＝ 100 MPa＝ 1300 N/ 2mm 行星 輪 limH? ＝ 1300 MPa＝ 1300 N/ 2mm 查表 取試驗齒輪根彎曲疲勞極限 太陽輪 Flim? ＝ 400 N/ 2mm 行星輪 Flim? ＝ 400179。 m） 119 5 5 0 9 5 5 0 2 0 0 2 . 3 3 0 . 9 8 / 1 4 7 5 2 9 5 3aT P i n?? ? ? ? ? ? ? 低速級輸出轉(zhuǎn)矩（ N178。 特性參數(shù) p 與 給 定的傳動比 2i 有關(guān)。 p 值太大或太小都是不合理的。通常， 內(nèi)齒輪的尺寸是受到減速器總體尺寸的限制。另外 ， p 值接近于 1 也是不允許的， 因 為這樣會使得行星輪的尺 寸太小。 由式（ 32）得出內(nèi)齒輪齒數(shù) ? ? ? ?2 1 3 . 1 3 5 1 1 3 7 7 8 . 9 9 8 7b a az p z i z? ? ? ? ? ? ? 對內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整取 79bz ? （ 3）行星輪齒數(shù) gz 的確定 行星傳動裝置的特點(diǎn)為輸入軸與輸出軸是同軸線的，即各中心論的軸線與行星架的軸線是重合。 設(shè) ag嚙合副實際中心距 39。gba ，依據(jù)同心條件，各對相嚙合的齒輪的中心距相等。aga = 39。如果 ab zz ? 為奇數(shù)，即在采用角度變位的傳動中，則 gz 可按下面的公式 計算 zzz ??? （ 37） 將數(shù)據(jù)代入公式（ 36）得 79 37 212gz ??? 取 21gz ? 初步計算齒輪模數(shù) m和中心距 a EBJ120TP 型掘進(jìn)機(jī)是工作在礦井下用于中型斷面煤及半煤巖巷的掘進(jìn)。根據(jù)實際工況，該減速器是在重載、低速的情況進(jìn)行工作。 按照齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計公式確定起模數(shù) m 3 21 11 limFd FaFPFAm z YKKKTKm ?? ?? （ 38） 式中 mK —— 算式系數(shù)，對于直齒輪傳動為 對于斜齒輪傳動為 1T —— 小齒輪承受的扭矩（ N178。減速器傳動的轉(zhuǎn)矩主要由中心輪與行星輪嚙合傳遞。 中國礦業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 11 317