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EBJ-120TP 型履帶式掘進(jìn)機(jī) 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本次設(shè)計(jì)參照了太原煤科院研制生產(chǎn)的 EBJ-120TP 型掘進(jìn)機(jī)，這是一種中型懸臂式 掘進(jìn)機(jī)，主要用于中型煤巷及半煤巖巷的掘進(jìn)作業(yè)。它結(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。我的設(shè)計(jì)主要針對(duì)掘進(jìn)機(jī)的行走部進(jìn)行結(jié)構(gòu)及液夜系統(tǒng) 相關(guān)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用履帶式行走部，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由液壓馬達(dá)提供，利用液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方 向變化實(shí)現(xiàn)行走部前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向。在行走部傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，采用高速直聯(lián)液壓馬達(dá)接 一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)再接 3K(Ⅱ)型行星傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)制動(dòng)器并將它和液壓馬達(dá) 聯(lián)結(jié)，制動(dòng)器內(nèi)圈懸浮,既起到制動(dòng)功能又起聯(lián)軸器作用，源頭制動(dòng)使制動(dòng)性能更可靠。 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)：用制動(dòng)器替代了聯(lián)軸器。減速器安裝時(shí)左右兩側(cè)的減速器對(duì)調(diào) 180 度 錯(cuò)開(kāi)布置。充分利用空間，使結(jié)構(gòu)緊湊。 掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。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(duì)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。 關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī) 行走部 行星減速器 制動(dòng)器 行星齒輪 EBJ-120TP type crawler type boring machine Walking mechanism design and hydraulic system design ABSTRACT This design References the EBJ-120TP tunneling machine which is designed by Coal Science Research Institute in Taiyuan. It is one kind of medium cantilever tunneling machine which is mainly used in the medium coal lane and the half coal crag lane digging the tunnels, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. My design mainly aims at the tunneling machine’s walks-organization. I try to carry on the design of its structure and transmission.It uses marching walks organization, the actuation power provides by the oil motor, using the change of the oil motor’s rotation direction to make the walks-organization advance, retrocede, and turn. In the transmission design of the walks organization, using High-speed hydraulic motor to connect a pair of cylindrical Gear then connect a 3 K (II) type planetary gear, and uses the brake to link hydraulic motors Brake Inner Ring suspended can brake and link, and the source of more reliable braking performance. The innovation in designing: Use braking instead of coupling; when reducer is installed ,at each side of the reducer reversed 180 degrees staggered layout. Make full use of space and compact structure. Keywords：Cantilever tunneling machine Walks-organization Planet reduction gear Brake Planetary gear 目錄 摘要 ...................................................................II ABSTRACT..............................................................III 第一章 概述 .............................................................1 第一節(jié) 掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 .......................................1 第二節(jié) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分 .......................................3 第三節(jié) EBJ─120TP 型掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介 ..........................................4 第四節(jié) 履帶式掘進(jìn)機(jī)在半煤巖工作條件下應(yīng)用設(shè)計(jì)要求 .......................9 第二章 總體方案設(shè)計(jì) ....................................................11 第一節(jié) 掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)布置 ..............................................11 第二節(jié) 掘進(jìn)機(jī)各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................11 第三章 行走部設(shè)計(jì) ......................................................16 第一節(jié) 行走部設(shè)計(jì)要求 ..................................................16 第二節(jié) 設(shè)計(jì)布置傳動(dòng)方案 ................................................16 第三節(jié) 行走部各部分的具體設(shè)計(jì) ..........................................17 第四章 行走部減速器設(shè)計(jì) ................................................23 第一節(jié) 行走部減速器總體設(shè)計(jì) ............................................23 第二節(jié) 一級(jí)圓柱直齒輪的設(shè)計(jì) ............................................25 第三節(jié) 第二級(jí) 3K(Ⅱ)型行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) .............................31 第四節(jié) 減速器其它零件校核 ..............................................51 第五章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) ....................................................65 第一節(jié) 液壓系統(tǒng)各回路介紹 ..............................................65 第二節(jié) 幾種主要液壓元件的選型設(shè)計(jì) ......................................68 第三節(jié) 內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng) ..........................................69 第四節(jié) 潤(rùn)滑 ............................................................70 結(jié)論 ...................................................................71 參考文獻(xiàn) ...............................................................72 外文資料 ...............................................................73 中文譯文 ...............................................................75 致謝 ...................................................................76 0 第一章 概述 第一節(jié) 掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 一、國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我們把全斷面掘進(jìn)機(jī)和自由斷面掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱為巷道掘進(jìn)機(jī)。前者主要用于巖巷的全 斷面鉆削式一次成巷掘進(jìn)；自由斷面掘進(jìn)機(jī)則由于其工作臂可以上下左右移動(dòng)而能自由 改變掘進(jìn)斷面的形狀和大小。自由斷面掘進(jìn)機(jī)常用于煤巷掘進(jìn)．既可以用于綜合機(jī)械化 工作面進(jìn)行全斷面巷道掘進(jìn)．也可應(yīng)用于打眼放炮工藝進(jìn)行機(jī)械化掘進(jìn)。 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(kāi)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、德、日等十幾個(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(kāi)發(fā)和研制，經(jīng)過(guò)多年的不懈 努力，現(xiàn)有 20 多家公司，先后研制了近百種機(jī)型。 目前，掘進(jìn)機(jī)技術(shù)在如下幾個(gè)方面有長(zhǎng)足進(jìn)步： (1)適用范圍在擴(kuò)大 (2)掘進(jìn)斷面在增加 (3)適應(yīng)坡度在提升 (4)截割能力在加強(qiáng) (5)多功能性在顯現(xiàn) (6)自控技術(shù)在提高 其中自由斷面的懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)從上世紀(jì)四十年代產(chǎn)生至今，已有五十多年的發(fā) 展歷史，目前掘進(jìn)機(jī)的截割功率為 100—408kw，機(jī)重 24—160t，平均日掘進(jìn)進(jìn)尺 7— 8nl，最大掘進(jìn)能力達(dá) 20—30m／d．目前，國(guó)內(nèi)煤礦用機(jī)型，中型機(jī)以 AM 一 50、SIO0 為代表，其截割功率為 100kw，機(jī)重 25t；重型機(jī)以 EBH132(截割功率 132kw、機(jī)重 36t)、 EBJ160(截割功率 160kw、機(jī)重 50t)為代表。掘進(jìn)機(jī)的截割頭有橫軸式和縱軸式兩種形式， 橫軸式截割頭一般用于軟巖掘進(jìn)，縱軸式截割頭則多用于硬巖掘進(jìn)。截齒的選擇原來(lái)雖 主要依靠經(jīng)驗(yàn)，但目前已可以通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試來(lái)準(zhǔn)確選擇。截齒在掘進(jìn)過(guò)程中破碎煤巖 1 時(shí)，其上受到的應(yīng)力會(huì)部分轉(zhuǎn)化為能量，故研制新的刀頭合金材料一直是截齒的發(fā)展方 向。截割速度是影響掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)能力和截齒壽命的重要參數(shù)?？v軸式截割頭的截割速度 低于橫軸式截割頭的截割速度，目前掘進(jìn)機(jī)的截割速度多為 2．5—3．5m／s。實(shí)踐證明， 低速截割具有截深大、巖屑粗、粉塵生成量少、齒尖溫度低、磨損量小、裝機(jī)功率利用 率高等優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)，低速截割也相應(yīng)降低了掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)能力。國(guó)外已有公司進(jìn)行臺(tái) 架試驗(yàn)，以確定截割速度與掘進(jìn)能力的關(guān)系。水力掘進(jìn)的出現(xiàn)開(kāi)辟了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)發(fā) 展的新天地，它具有諸多其他機(jī)械掘進(jìn)所不及的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)正在研發(fā)，一旦成熟， 市場(chǎng)廣闊。 追溯我國(guó)使用巷道掘進(jìn)機(jī)的歷史，是從上世紀(jì)50年代初使用前蘇聯(lián)生產(chǎn)的J_IK一 2M，J_IK2—1型煤巷掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始的，之后又應(yīng)用并仿制了J1K一3型掘進(jìn)機(jī)；60年代我國(guó) 開(kāi)始自行研制巷道掘進(jìn)機(jī)，相繼研制出了“反修I型” ， “反修Ⅱ型”和“開(kāi)馬”型掘進(jìn)機(jī)， 機(jī)重大都在10t左右，適用于f<4的斷面為4—9．6的煤巷掘進(jìn)。從1972年一1985年間，我 國(guó)煤炭科研院所與煤機(jī)廠和礦務(wù)局共同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研制了EMS-30以及EMS-55等機(jī)型。到80 年代中期，我國(guó)分別從英國(guó)、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、匈牙利等國(guó)家引進(jìn) 了16種、近200臺(tái)掘進(jìn)設(shè)備，對(duì)我國(guó)煤礦使用掘進(jìn)機(jī)起到了推動(dòng)作用。 “七五”期間，在 煤礦采掘設(shè)備“一條龍”項(xiàng)目引進(jìn)中，又引進(jìn)了奧地利阿爾卑尼公司的Anll一50、日本 三井三池公司的s100—41型掘進(jìn)機(jī)制造技術(shù)和先進(jìn)的加工設(shè)備，使我國(guó)形成了批量生產(chǎn) 掘進(jìn)機(jī)的能力，基本上結(jié)束了中、小型掘進(jìn)機(jī)依賴進(jìn)口的局面。 “八五” 、 “九五”期間， 我國(guó)開(kāi)始重型掘進(jìn)機(jī)的研制工作， “十五”期間進(jìn)入快速發(fā)展階段。目前有輕、中、重機(jī) 型EBE55、EBE75、EBE90、S100、AM一 50、EBE110、EBEl20、EBE132、S150J／H、S200M、EBE160等，其中EBE160型是國(guó)內(nèi)研制 的重型掘進(jìn)機(jī)，S2OOM是引進(jìn)日本，進(jìn)而國(guó)產(chǎn)化的重型機(jī)。近幾年，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展， 國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)呈快速增長(zhǎng)。2000年市場(chǎng)投入總量為51臺(tái)、2001年103臺(tái)、2002年126臺(tái)、 2003年236臺(tái)，到2004年將超過(guò) 400臺(tái)。佳木斯煤機(jī)公司處于行業(yè)領(lǐng)先地位，淮南煤機(jī)廠、 南京晨光機(jī)器廠等均為我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的研制生產(chǎn)和不斷發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。盡管我國(guó)掘進(jìn)機(jī) 研制工作起步并不晚，“七五”期間也曾取得過(guò)較好的成果，可是在發(fā)展過(guò)程中，現(xiàn)有 產(chǎn)品與國(guó)際相比尚有很大差距。 (1)從產(chǎn)品生產(chǎn)和使用方面看，國(guó)產(chǎn)的s100比日本晚6年，聯(lián)合研制的EBE160比英國(guó) LH130晚13年 (2)性能、規(guī)格相近的機(jī)型與國(guó)外相比晚8—20年。 2 (3)從制造總數(shù)上看，截止2005年2月我國(guó)制造的掘進(jìn)機(jī)近1150臺(tái)，僅相當(dāng)英國(guó)、德 國(guó)、奧地利上世紀(jì)80年代的生產(chǎn)水平。 (4)從機(jī)掘巷道比重看，與前蘇聯(lián)、英國(guó)、德國(guó)平均相差近20年。 (5)從裝機(jī)綜合技術(shù)水平看，我國(guó)僅相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 80 年代初期水平。為此，我 國(guó)要提高制造廠及配套廠的設(shè)備精度和加工能力、原材料質(zhì)量、加工技術(shù)及管理水平， 適時(shí)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)能力，盡快縮短我國(guó)與先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)生 產(chǎn)國(guó)家的技術(shù)差距，并使我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)械化裝備提高到一個(gè)新的水平。 二、掘進(jìn)機(jī)發(fā)展前景展望 從目前國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，具有廣闊的發(fā)展前景，在我國(guó)除用于煤礦巷道掘 進(jìn)外，掘進(jìn)機(jī)正進(jìn)入鐵路、城市地鐵隧道的掘進(jìn)以及公路建設(shè)等行業(yè)。其發(fā)展趨勢(shì)有如 下 3 項(xiàng)： (1)重型掘進(jìn)機(jī)。如$220、AM75 等機(jī)型，隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要，必然成為礦 山的主力機(jī)型。另外，隨著環(huán)保意識(shí)的強(qiáng)化，勞動(dòng)力成本的提高，機(jī)械化掘進(jìn)是一種必 然發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景更為看好。 (2)矮機(jī)身中型掘進(jìn)機(jī)。隨著我國(guó)煤炭采掘業(yè)的不斷發(fā)展，中厚煤層將逐步減少，煤 礦巷道必然趨于薄煤層、半煤巖巷道，如山東、貴州等地。因此，有一定的破巖能力， 機(jī)身矮、功率大的機(jī)型會(huì)成為今后市場(chǎng)的搶手機(jī)型。 (3)輔助功能多的機(jī)型。 ①在掘進(jìn)機(jī)上搭載濕式除塵系統(tǒng)或其它除塵方式。這是改善作業(yè)環(huán)境，清除肺矽 病途徑之一。 ②掘進(jìn)機(jī)具有錨桿支護(hù)機(jī)等功能，若該項(xiàng)技術(shù)成熟，必將受到高度重視和開(kāi)發(fā)研 制。 ③遙控技術(shù)、截割軌跡顯示與紅外線定位系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)程遙控。 ④故障自診斷功能更完備，并能實(shí)現(xiàn)輔助作業(yè)。 ⑤連掘機(jī)組。實(shí)現(xiàn)房柱式采掘。 第二節(jié) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分 懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要有橫軸式掘進(jìn)機(jī)和縱軸式掘進(jìn)機(jī)。它們的主要組成部件相同，只 是截割頭的布置不同。懸臂式掘進(jìn)機(jī)由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電 3 氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。 一、切割機(jī)構(gòu) 切割機(jī)構(gòu)由切割頭、齒輪箱、電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成，具有破碎煤巖功能的機(jī)構(gòu)。 二、裝運(yùn)機(jī)構(gòu) 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)由裝載部和刮板輸送機(jī)組成。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)形式較多。如星輪式、鏈輪鏈條式、蟹爪式等，過(guò)去比較多 的是運(yùn)用蟹爪式，現(xiàn)在隨著液壓的廣泛運(yùn)用，開(kāi)始大規(guī)模運(yùn)用液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的 機(jī)構(gòu)了。 三、行走機(jī)構(gòu) 掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)主要由履帶部分、減速器和動(dòng)力輸入裝置（液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)） 。 四、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)由統(tǒng)一的泵站給分布在各個(gè)地方的液壓缸，液壓泵供液壓油，設(shè)計(jì)中要照 顧不同液壓部件的壓力。 五、電氣系統(tǒng) 電器系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)和控制掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)控制器等電器元件，在井下工作的 時(shí)候要注意它的防爆處理，選用的電動(dòng)機(jī)、電器元件必須符合井下的防爆標(biāo)準(zhǔn)。 六、除塵噴霧系統(tǒng) 除塵噴霧系統(tǒng)內(nèi)噴霧回路、外噴霧回路及冷卻水回路組成。 第三節(jié) EBJ─120TP 型掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介 4 圖 1-1 EBJ-120TP 型掘進(jìn)機(jī) 一、EBJ─120TP 產(chǎn)品特點(diǎn) EBJ─120TP 型掘進(jìn)機(jī)由煤炭科學(xué)總院分院設(shè)計(jì)制造。該機(jī)為懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)， 適應(yīng)巷道斷面 9～18m2、坡度±16。 、可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度≤60MP 的煤巖，屬于中型 懸臂式掘進(jìn)機(jī)。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。 二、EBJ─120TP 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。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷 道的掘進(jìn)。該機(jī)可經(jīng)濟(jì)切割高度 3.75m,可掘任意斷面形狀的巷道，適應(yīng)巷道±16 。 。該機(jī) 后配套轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮式帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，以 利于機(jī)器效能的發(fā)揮。 三、EBJ─120TP 產(chǎn)品型號(hào)、名稱及外型 產(chǎn)品型號(hào)、名稱為 EBJ─120TP 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)外型參見(jiàn)圖 1-2 四、型號(hào)的組成及其代表的意義 5 圖 1-2 掘進(jìn)機(jī)外形 五、EBJ─120TP 主要技術(shù)參數(shù) 1、總體參數(shù) 機(jī) 長(zhǎng) 8.6m 機(jī) 寬 2～2.2m 6 機(jī) 高 1.55m 地 隙 250mm 截割臥底深度 240mm 接地比壓 0.14MPa 機(jī) 重 35t 總 功 率 190kW 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖單向抗壓強(qiáng)度 ≤60MPa 可掘巷道斷面 9～18m 2 最大可掘高度 3.75m 最大可掘?qū)挾? 5.0m 適應(yīng)巷道坡度 ±16 。 機(jī)器供電電壓 660/1140V 2、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 。 下 31 。 左右各 39。 3、裝載部 裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤(pán) 裝運(yùn)能力 180m 3/h 鏟板寬度 2.5m/2.8m 鏟板臥底深度 250mm 鏟板抬起 360mm 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速 30r/min 4、刮板輸送機(jī) 運(yùn)輸形式 邊雙鏈刮板 7 槽 寬 510mm 龍門(mén)寬度 350mm 鏈 速 0.93m/s 錨鏈規(guī)格 18×64mm 張緊形式 黃油缸張緊 5、行走部 行走形式 履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)) 行走速度 工作 3m/min，調(diào)動(dòng) 6m/min 接地長(zhǎng)度 2.5m 制動(dòng)形式 摩擦離合器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 黃油缸張緊 6、液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力： 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 裝載回路 14MPa 輸送機(jī)回路 14MPa 轉(zhuǎn)載機(jī)回路 14MPa 錨桿鉆機(jī)回路 ≤10MPa 系統(tǒng)總流量 450L/min 泵站電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào) YB250M—4 功 率 55kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 63/50/40ml/r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r 錨桿泵站電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào) YB160L—4 功 率 15kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32/32ml/r 油箱： 有效容積 610L 8 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量： 8 個(gè) 7、噴霧冷卻系統(tǒng) 滅塵形式 內(nèi)噴霧、外噴霧 供水壓力 3MPa 外噴霧壓力 1.5MPa 流 量 63L/min 冷卻部件 切割電動(dòng)機(jī)、油箱 8、電器系統(tǒng) 供電電壓 660/1140V 總 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型 控 制 箱 本質(zhì)安全型 第四節(jié) 履帶式掘進(jìn)機(jī)在半煤巖工作條件下應(yīng)用設(shè)計(jì)要求 懸臂式掘進(jìn)機(jī)由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧 系統(tǒng)等組成。其基本結(jié)構(gòu)形式為：切割機(jī)構(gòu)分為縱軸式和橫軸式；行走機(jī)構(gòu)為履帶式； 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)為耙爪式接中間刮板輸送機(jī)。掘進(jìn)機(jī)應(yīng)設(shè)有支護(hù)用的托梁裝置，行走機(jī)構(gòu)和裝 運(yùn)機(jī)構(gòu)均能正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的管件、閥類等布置合理，安裝可靠， 整機(jī)各部件皮符合解體拆裝下井運(yùn)輸要求。 設(shè)計(jì)、試驗(yàn)要求：切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)齒輪箱的傳動(dòng)零件，其強(qiáng)度安全 系數(shù)不小于 2。刮板鏈的靜強(qiáng)度安全系數(shù)的選擇不應(yīng)小于 4.0．圓環(huán)鏈的拉伸強(qiáng)度指標(biāo)為 C 級(jí)。齒輪箱的耐久性試驗(yàn)，在額定載荷和轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)．切割和裝運(yùn)齒輪箱不少于 1000 h，行走齒輪稻正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)不得少于 400 h。受動(dòng)載荷大的聯(lián)接螺拴，應(yīng)有可靠 的防松裝置。履帶接地長(zhǎng)度相中心距之比．一般不大于 1．6，履帶公稱接地比壓不大于 0.14MP，對(duì)軟底板要有適應(yīng)性，履帶上如果有支重輪每個(gè)支重輪應(yīng)能承受 50％的整機(jī)重 量。內(nèi)噴霧系統(tǒng)額定壓力不低于 3MPa，外噴霧系統(tǒng)額定壓力不低于 1．5MPa。要求掘進(jìn) 機(jī)實(shí)測(cè)重心與設(shè)計(jì)重心在縱、橫兩方向上的誤差不大于 25mm。實(shí)測(cè)重量誤差不大于設(shè)計(jì) 重量的 5％。 9 在安全保護(hù)方面要求：掘進(jìn)機(jī)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和使用，應(yīng)符合含有瓦斯、煤 塵或其他爆炸性混合氣體中作業(yè)要求、符合《煤礦安全規(guī)程》以及《煤礦井下 1140 v 電 氣設(shè)備安全技術(shù)和運(yùn)行的暫行規(guī)定》 。所有電氣設(shè)備均應(yīng)取得防爆檢驗(yàn)合格證，掘進(jìn)機(jī)設(shè) 有啟動(dòng)報(bào)警裝置，啟動(dòng)前必須發(fā)出警報(bào)，掘進(jìn)機(jī)必須裝有前后照明燈。掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu) 中應(yīng)設(shè)有制動(dòng)系統(tǒng)和必要的防滑保護(hù)裝置，切割機(jī)構(gòu)和裝運(yùn)機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有過(guò)載 保護(hù)裝置，還應(yīng)有切割臂與鏟板的防干涉裝置。油泵和切割機(jī)構(gòu)之間、轉(zhuǎn)載機(jī)和裝運(yùn)機(jī) 構(gòu)之間的開(kāi)、停順序，在電控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有閉鎖裝置。液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有過(guò)濾裝置，還應(yīng) 設(shè)壓力、油溫、油位顯示或保護(hù)裝置。電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)緊急切斷和閉鋇裝置，在司機(jī)座另 一側(cè)，還應(yīng)裝有緊急停止按鈕。內(nèi)外噴霧系統(tǒng)中要裝設(shè)過(guò)濾保護(hù)裝置。 使用性能要求：掘進(jìn)機(jī)各部件運(yùn)轉(zhuǎn)乎穩(wěn)，懇臂擺動(dòng)靈活，在規(guī)定煤巖特性條件下進(jìn) 行切割時(shí)，截齒損耗宰正常，切割頭上裁齒排列合理、更換方便，同一類截齒應(yīng)具有互 換性。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)及履帶機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件、齒輪箱必須有可靠性高、壽命長(zhǎng)的防水密封。 履帶的牽引力應(yīng)能滿足設(shè)計(jì)坡度上工作和轉(zhuǎn)向要求．中間刮板輸送機(jī)鏈條應(yīng)具有可伸縮 調(diào)整裝置，刮板鏈與鏈輪正常嚙合，不得出現(xiàn)跳鏈、掉鏈、卡鏈現(xiàn)象。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)耙爪下 平面與鏟板之間有間隙，不得接觸摩擦。各操作手柄、按鈕、族鈕、動(dòng)作靈活、可靠、 方便。齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)中各密封端蓋、出軸密封、箱體結(jié)合面等處均不得有滲漏現(xiàn)象。齒 輪箱、液壓系統(tǒng)和軸承等．必須按設(shè)計(jì)要求注入規(guī)定牌號(hào)的潤(rùn)滑油和油脂，不得滲合使 用。掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)，各齒輪箱最高溫度不得超過(guò) 95℃，液壓油箱中的油溫不應(yīng)超過(guò) 70℃．掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)，司機(jī)座位處空氣中粉塵濃度應(yīng)＜10mg／m3，司機(jī)處綜合噪聲值不 大于 90dB(A)。掘進(jìn)機(jī)除手柄、按鈕、滑道等表面外，均應(yīng)采取防銹措施。 10 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 第一節(jié) 掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)布置 機(jī)器的總體布置．關(guān)系到整機(jī)的性能、質(zhì)量和整機(jī)的合理性。也關(guān)系到操作方便、 工作安全和工作效率。因此，總體布置是總體設(shè)計(jì)中極為重要的內(nèi)容。 (1)切割機(jī)構(gòu)由懸臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)組成，位于機(jī)器前上部，懸臂能上下、左右回轉(zhuǎn)； (2)裝載鏟板是在機(jī)器下部前方，后接中間刮板運(yùn)輸機(jī)，兩者組成裝運(yùn)機(jī)構(gòu)，貫穿掘 進(jìn)機(jī)的縱向軸線； (3)考慮掘進(jìn)機(jī)的橫向穩(wěn)定平衡，主要部件按掘進(jìn)機(jī)縱向平面對(duì)稱布置，電控箱、液 壓裝置分別裝在運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)； (4)為保證作業(yè)的穩(wěn)定性，履帶位于機(jī)器的下部?jī)蓚?cè)，前有落地鏟板，后有穩(wěn)定器支 撐，整個(gè)機(jī)器的重心在履帶接地面積的形心面積范圍內(nèi)； (5)為了保護(hù)司機(jī)安全，同時(shí)又便于觀察、操作，將司機(jī)位置在機(jī)器后部右側(cè)； (6)由于掘進(jìn)機(jī)是地下巷道作業(yè)，所以整個(gè)機(jī)器呈長(zhǎng)條形，而且機(jī)身越矮機(jī)器越穩(wěn)定。 第二節(jié) 掘進(jìn)機(jī)各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、截割部 截割部又稱工作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，主要又截割電機(jī)、叉形架、二級(jí)行星減 速器、懸臂段、截割頭組成。 11 圖 2-1 截割部 截割部為二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。由 120kW 水冷電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，進(jìn)齒輪連軸節(jié)傳至二 級(jí)行星減速器，經(jīng)過(guò)懸臂段主軸，將動(dòng)力傳給截割頭，從而達(dá)到破碎煤巖的目的。 二、裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖 2-2，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(pán)向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目的。本次設(shè)計(jì)采用的是 2.5m 寬的鏟板。 12 圖 2-2 裝載部 裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過(guò)一對(duì)銷軸和鏟板的左右升降油缸鉸接于主機(jī)架上， 在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷軸上下擺動(dòng)。當(dāng)機(jī)器截割煤巖時(shí)，應(yīng)使鏟板前端緊貼底 板，以增加機(jī)器的截割穩(wěn)定行。 三、刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2-3，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙鏈刮板、張緊 裝置和脫鏈器等組成。 圖 2-3 刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)位于機(jī)器中部，前端與主機(jī)架和鏟板鉸接，后部托在機(jī)架上。機(jī)架在該 處設(shè)有可拆裝的墊片，根據(jù)需要，刮板輸送機(jī)后部可墊高，增加刮板輸送機(jī)的卸載高度。 13 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 部的張緊脂油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 四、行走部 行走部的設(shè)計(jì)見(jiàn)第三章的介紹 五、機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái) 機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的骨架，它承受來(lái)自截割、行走和裝載的各種載荷。機(jī)器中的各個(gè) 部件均用螺栓、銷軸及止口與機(jī)架聯(lián)接，機(jī)架為組焊件。結(jié)構(gòu)如圖 2-4 回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于支承，聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)臺(tái)座在機(jī)架上， 通過(guò)大型回轉(zhuǎn)軸承用于止口、36 個(gè)高強(qiáng)度螺栓與機(jī)架相聯(lián)。工作時(shí)，在回轉(zhuǎn)油缸的作用 下，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)水平擺動(dòng)。截割機(jī)構(gòu)的升降是通過(guò)回轉(zhuǎn)臺(tái)支座上左、右耳軸鉸接相連 的兩個(gè)升降油缸實(shí)現(xiàn)的。 1——十字構(gòu)件；2——盤(pán)形支座；3——圓盤(pán)止推軸承；4——球面滾子軸承；5—— 漲套連軸器； 6——回轉(zhuǎn)齒輪；7——切割臂基座； 8——升降油缸；9——支承法蘭；10 ——水平回轉(zhuǎn)油缸；11—— 齒條；12——長(zhǎng)軸 圖 2-4 回轉(zhuǎn)臺(tái) 14 六、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的介紹詳見(jiàn)第五章。 七、電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由前級(jí)饋電開(kāi)關(guān)、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)機(jī)用電控箱、 CZD14/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱、XEFB—36/150 隔爆型蜂鳴器、DGY— 60/36 型隔爆照明燈、LA810—1 型隔爆急停按鈕、KDD2000 型瓦斯斷電儀以及驅(qū)動(dòng)掘進(jìn) 機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的防爆電動(dòng)機(jī)和連接電纜組成。 15 第三章 行走部設(shè)計(jì) 第一節(jié) 行走部設(shè)計(jì)要求 履帶行走部是懸臂式掘進(jìn)機(jī)整機(jī)的支承座，用來(lái)支承掘進(jìn)機(jī)的自重、承受切割機(jī)構(gòu) 在工作過(guò)程中所產(chǎn)生的力，并完成掘進(jìn)機(jī)在切割、裝運(yùn)及調(diào)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)。履帶行走機(jī)構(gòu) 包括左右行走機(jī)構(gòu)、并以掘進(jìn)機(jī)縱向中心線左右對(duì)稱。履帶行走機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向輪、張緊 裝置、履帶架、支重輪、履帶鏈及驅(qū)動(dòng)裝置等部件。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與驅(qū)動(dòng)輪相嚙合 的履帶有移動(dòng)的趨勢(shì)。但是，因?yàn)槁膸路种c底板間的附著力大于驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和 支重輪的滾動(dòng)阻力，所以履帶不產(chǎn)生滑動(dòng)，而輪子卻沿著鋪設(shè)的滾道滾動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整 臺(tái)掘進(jìn)機(jī)行走。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?，F(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。由于沒(méi)有了支重 輪，所以履帶的磨損比較嚴(yán)重，要采用更好的耐磨合金鋼。 掘進(jìn)機(jī)部在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)。它承受切割機(jī)構(gòu)的反力、傾覆力矩及動(dòng)載荷。腰帶機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)正常運(yùn)行、通過(guò)性能和工作穩(wěn)定性具有重要作用。 履帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：具有良好的爬坡性能和靈活的轉(zhuǎn)向性能； 兩條履帶分別驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)力可選用液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)；履帶應(yīng)有較小的接近角和離 去角。以減少其運(yùn)行阻力；要注意合理設(shè)計(jì)整機(jī)重心位置。使履帶不出現(xiàn)零比壓現(xiàn)象； 履帶應(yīng)有可靠的制動(dòng)裝置，以保證機(jī)器在設(shè)計(jì)的最大坡度工作不會(huì)下滑。 第二節(jié) 設(shè)計(jì)布置傳動(dòng)方案 參照 EBJ-120TP 型掘進(jìn)機(jī)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置，分 別驅(qū)動(dòng)。各由 10 個(gè)高強(qiáng)螺栓與機(jī)架相聯(lián)。左右履帶行走機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)經(jīng)一級(jí)圓柱齒輪 和 3K 行星齒輪傳動(dòng)減速后將動(dòng)力傳給主動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。本次的設(shè)計(jì)采用的是直 聯(lián)高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比比較大。對(duì)減速的設(shè)計(jì)提出了更高的要求?，F(xiàn)在以左行走 16 機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)。左行走機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向張緊裝置，左履帶架，履帶鏈，左 行走減速器，液壓馬達(dá)，摩擦片式制動(dòng)器等組成。摩擦片式制動(dòng)器為彈簧常閉式，當(dāng)機(jī) 器行走時(shí)，泵站向行走液壓馬達(dá)供油的同時(shí)，向摩擦片式制動(dòng)器提供壓力油推動(dòng)活塞， 壓縮彈簧，使摩擦片式制動(dòng)器解除制動(dòng)。 由于空間和安裝方式的限制，本次減速器的設(shè)計(jì)采用一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)和 3k（Ⅱ）型行星傳動(dòng)。 第三節(jié) 行走部各部分的具體設(shè)計(jì) 一、履帶的設(shè)計(jì) 1）接地長(zhǎng)度的計(jì)算確定 （3-1）LB Gp2? 式中 p——掘進(jìn)機(jī)的平均接地比壓；/MPa G——掘進(jìn)機(jī)整機(jī)的重力；/N B——履帶板寬度；/mm L——履帶接地長(zhǎng)度；/mm 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。在設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，推薦平均接地比壓 p≤0．14 MPa。 掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)質(zhì)量為 35 噸，履帶的寬度選擇為 500 mm。 根據(jù)公式（3-1） ，可以得出： m.pBGL24501502893???? 17 圖 3-1 履帶板 2） 選取履帶板的節(jié)距 選取履帶板（如圖 3-1）的節(jié)距 ，p=160 m 整體式履帶板基本尺寸應(yīng)符合下表（3-1）的規(guī)定。 表（3-1） 單位mm 二、液壓馬達(dá)及電機(jī)選擇 1）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。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)。 （3-2） 214??????????LnBGuRT 其中 （3-3）f1 式中 T1——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力，kN； 18 R1——單側(cè)履帶對(duì)地面的滾動(dòng)阻力，kN； f——履帶與地面之間滾動(dòng)阻力因數(shù)，0.08～0.1； μ——履帶與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力因數(shù)，0.8～1.0； n——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶行走機(jī)構(gòu)接地形心的縱向偏心距離，mm； G1——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)承受的掘進(jìn)機(jī)的重力，kN。 B——左右兩條履帶的中心距，mm。 f 取 0.1，由公式（3-3）： kN./.R1570289351??? μ 取 0.9，n 取 440mm，B 取 150mm,代入公式（3-2）： kT 425041504.28.9315.7 2???????????? 表 3-2 附著系數(shù)數(shù)值 根據(jù)單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力心須大于或等于各阻力之和，但應(yīng)小于或等于單側(cè) 履帶與地面之間的附著力。 ，由表（3-2 ）得附著系數(shù)值選取 0.7。?1GT?kN..0527893?? 符合 。11T? 2） 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)輸入功率的計(jì)算確定 （3-4）21? VTP? 19 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； η1——履帶鏈的傳動(dòng)效率。有支重輪時(shí)取 0．89～0．92，無(wú)支重輪時(shí)取 0．71～0．74； η2——驅(qū)動(dòng)裝置減速器的傳動(dòng)效率，％。 在最大速度的情況下計(jì)算，V=6m/min=0.1m/s，η1 取 0.9，η2 取 0.75，根據(jù)公式 （3-4）： 1204.1.758.TVPkW??? 3）液壓馬達(dá)選型 基本型號(hào): MFB29 幾何排量/(mL/r): 61.6 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: 20.7 最大輸出轉(zhuǎn)矩/N·m: 178 重量/kg: 29 4）泵站電機(jī)的功率選擇 行走需要電動(dòng)機(jī)的功率為 Pn (3-5)jvnP???21 式中 P——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的輸入功率，kW； ——液壓馬達(dá)的效率，%；1v ——液壓泵的效率， %；2? ——功率傳輸?shù)膿p失， %；j 、 取 0.9， 取 0.95,根據(jù)公式（3-5）：1v2j8.7/09.548nPkW???? 20 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 YB250M—4，功率為 55kW,轉(zhuǎn)動(dòng)速度為 1470r/min。 三、鏈輪的設(shè)計(jì) 鏈輪的節(jié)距已確定。齒數(shù)就要決定鏈輪的直徑大小。安裝在后驅(qū)動(dòng)架上就會(huì)影響到 接地角和離去角，把原有設(shè)計(jì)的 8 個(gè)齒改成 9 齒，減小了接地角。使行走部前進(jìn)與后退 時(shí)的受力不均的確點(diǎn)減輕。 （3-6）zsinpd180? （3-7）???????cot.a54 （3-8）1df?? 式中 ——分度圓直徑， mm；d ——鏈輪的齒數(shù)；z ——齒頂圓直徑，mm；a ——齒根圓直徑，mm；fd ——兩個(gè)履帶的厚度，mm。1 將 z=9，p=160 帶入（3-6） 、 （3-7） 、 （3-8）三個(gè)公式：16047.8sin9dm?10.5cot930a?????????467.8.fdm? 圓整為 ， ， 。468dm?5amf 四、履帶架及導(dǎo)向輪和張緊裝置 1）履帶架的地板長(zhǎng)度要能保證 15～16 個(gè)履帶板和地面接觸，在這個(gè)設(shè)計(jì)中履帶架 是承擔(dān)了負(fù)重輪的功能的。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)。履帶架見(jiàn)圖 3-2。 21 圖 3-2 履帶架 2）導(dǎo)向輪是用來(lái)保證掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)彎的一種裝置，張緊裝置是用來(lái)調(diào)整履帶的松緊程度 的，其設(shè)計(jì)如圖 3-3 圖 3-3 導(dǎo)向張緊裝置 22 第四章 行走部減速器設(shè)計(jì) 第一節(jié) 行走部減速器總體設(shè)計(jì) 考慮到該減速器用于行走機(jī)構(gòu)上。由于懸臂式的安裝方式，和狹窄的安裝空間的限 制。在體積上有所限制。再除掉馬達(dá)占用的空間，留給減速器的空間比較小。減速器采 用的：一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)和 3K（Ⅱ）型行星傳動(dòng)。恰好解決了安裝方式和安裝空間的 問(wèn)題。傳動(dòng)示意圖如下圖 4-1。 圖 4-1 傳動(dòng)示意圖 1）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的計(jì)算 在高速行走的時(shí)候，液壓馬達(dá)由兩個(gè) 63 液壓泵提供液壓油分別驅(qū)動(dòng)左右行走部的液 壓馬達(dá)，液壓泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和泵站電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同。 63QnV???泵 泵 ， ， 帶入上式/mlrＶ min/r1470?90.?一? 23 一ni? 147063.98/minQl??泵 液壓馬達(dá)有 一一Q? （4-馬 達(dá) 馬 達(dá)馬 達(dá)馬 達(dá) Vn??? 2） 帶入（4-2）rmlV/6.1?馬 達(dá) 9.0馬 達(dá)? in/218.8349n??馬 達(dá) 2）鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的計(jì)算 計(jì)算掘進(jìn)機(jī)調(diào)動(dòng)速度 時(shí)的鏈輪轉(zhuǎn)速i/6V? （4-zpvn10?鏈 輪 3） 式中 V——機(jī)器的調(diào)動(dòng)速度，m/min； z——鏈輪的齒數(shù)； p——履帶節(jié)距，mm 將 ， ， 帶入公式（4-3 ） ，則得min/6?一9z?160p4.167/minr??鏈 輪 3）減速比計(jì)算 減速比計(jì)算公式為： （4-4） 由前面可以知道 ， ，帶入公式（4-4） ，則得128/minr馬 達(dá) 4.167/minr鏈 輪2893.? 所以減速器的總傳動(dòng)比要為 292.3。 24 第二節(jié) 一級(jí)圓柱直齒輪的設(shè)計(jì) 一、各齒輪齒數(shù)和模數(shù)的選擇 分配傳動(dòng)比 12.7i? 一級(jí)傳動(dòng)兩齒輪齒數(shù)分別是 23、50 1) 選擇齒輪材料 大、小齒輪均選用 35CrMo 表面淬火 2）按齒面彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 ①齒輪精度等級(jí) 首先估算 tv （4-5） 310.2t pvn??38.70.26/1tvms 精度等級(jí)確定為 7 級(jí) ②確定計(jì)算負(fù)載 一級(jí)圓柱齒輪副名義轉(zhuǎn)矩按下面公式計(jì)算。 （4-6）n P.T61059?? 將 ， 代入公式（4-6）得名義轉(zhuǎn)矩：18.7aPKw?128/minanr?658.7.12.460pN?: ③確定模數(shù) 按照齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)公式確定起模數(shù) ；m 25 （4-7） 132limASaFmdTKYz??? 式中 ——算式系數(shù)，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)為 12.6，斜齒輪傳動(dòng)為 11.5；mA ——小齒輪承受的扭矩，N·mm；T ——載荷系數(shù)；AK ——齒輪寬度系數(shù)；d? ——齒輪副中小齒輪齒數(shù)；1z ——試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，N/mm 2；limF? ——載荷作用于齒頂時(shí)的小齒輪齒形系數(shù)；1aY ——外齒輪應(yīng)力修正系數(shù)；S 查相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以得到 =12.6； =146N·m； =1.5； =0.4mATAKd? =23； =440 N/mm2； =2.7； =1.561zliF?1FaY1Sa 代入公式（4-7）計(jì)算 32.5146.7520.7m??? 由于用于工作條件惡劣的環(huán)境，取模數(shù) m=4 二、幾何尺寸計(jì)算 該配對(duì)齒輪幾何尺寸一覽表： 表 4-1 項(xiàng)目 計(jì)算公式 1 z=23m250z 分度圓 d/mm dmz?92 200 齒頂圓 da/mm *2()aahxy???100 208 26 齒根圓 df/mm *2()fadmhcx???82 190 中心距 a/mm 12/z146 齒寬 b/mm b??45 40 其中： ＝1 ， ＝0.25 ；*ahc 三、嚙合要素的驗(yàn)算 一級(jí)齒輪傳動(dòng)的重合度 ；12? 查外嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)重合度圖表；得 ； ；10.73??2.8 ；201.53?? 四、齒輪彎曲強(qiáng)度校核 對(duì)于用在掘進(jìn)機(jī)行走部的減速器短期間斷工作特點(diǎn)，齒輪只需要校核齒根彎曲強(qiáng)度， 按下列公式驗(yàn)算 （4-8）FPpFVAFK??????0 （4-9） ??YbmSant10 式中 ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的使用系數(shù)；AK ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的動(dòng)載荷系數(shù)；V ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)；?F ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù)；?K ——齒根應(yīng)力的基本值，N/mm 2,大小齒輪應(yīng)分別確定；0F? ——載荷作用于齒頂時(shí)的齒形系數(shù)；aY ——載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)；S ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)；? 27 ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)；?Y ——工作齒寬，mm；如果大小齒輪寬度不同時(shí)，寬齒輪的計(jì)算工作齒寬不應(yīng)b 大于窄輪齒寬在加上一個(gè)模數(shù) mn； ——模數(shù)，mm；nm 許用齒根應(yīng)力 可按下式計(jì)算，對(duì)大小齒輪要分別確定FP? （4-10） XRrelTrllimFNTSli YY??? 式中 ——試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限，N/mm 2；limF ——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)；STY ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)；N ——相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)；relT? ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)；XY ——相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)；RrelT ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。limFS 1）名義切向力 Ft 前面我們已經(jīng)得到 6518.790.21.46pTnNm??:22.403199taFNd? 2）相關(guān)系數(shù) a.使用系數(shù) AK 使用系數(shù)按中等沖擊取 51.A? b.動(dòng)載荷系數(shù) V 先要計(jì)算 a 輪相對(duì)于轉(zhuǎn)臂的速度，可由下式得到 28 （4-11） 160dnv??? 式中 ——小齒輪的分度圓直徑，mm；1d ——小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，r/min；n 將 mm， (r/min)代入公式（4-11）192?1813.492185./6060dnv ms???? 齒輪為 7 級(jí)精度，即精度系數(shù) C=7；查圖得： .VK c.齒向載荷分布系數(shù) ?FK 齒向載荷分布系數(shù) 可按下式計(jì)算 （4-12）() NFHK?? (4-13) ??2/0.7841bhN?1.70..2.95HK???? 則得 0.7841269FK?? d.齒間載荷分配系數(shù) ?F 齒間載荷分配系數(shù) 查表可得 =1.1?F e.齒形系數(shù) FaY 齒形系數(shù) 由圖可得 ，12.7Fa?2.3FaY f.應(yīng)力修正系數(shù) S 應(yīng)力修正系數(shù) 由圖可得 ,aY1.56Sa21.7Sa? g.重合度系數(shù) ? 重合度系數(shù) 可按下面的公式計(jì)算 29 （4-14） 0.75.2nY???? 取 =1.5，代入（4-14） ，則得n?? 7501250...Y??? h.螺旋角系數(shù) ?Y 螺旋角系數(shù) 查相關(guān)圖為 =1? i.齒寬 b 尺寬 =40m 3）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 F???11239.7560.1.561.9402.8/taSAVFpnYKbNm???????????221 239.70.51.6.91401/tFFaSAVFpnYKbNm????????? 4）計(jì)算彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù) S (4-15) limFSTNrelTRlXYY??? 已經(jīng)知道 =440 N/mm2（參考[13]171～174 頁(yè)）limF? 應(yīng)力系數(shù) ，按給定的 區(qū)域圖取 時(shí)，取 =2。STYlimF?limFSTY 壽命系數(shù) N 根據(jù)要求，減速器的壽命為 t=4000 h，可得 30 816012840.9210LNnt????2/.734 由下式計(jì)算NTY 0.26183913.9NTY?????????0.26286.4T 齒根圓角敏感系數(shù) 查得為 =1relTY?rel? 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù) 按照下式計(jì)算Rrl （4-16）?? 105296741.zRrelTR..Y??? 取齒根表面微觀不平度 Rz=12.5μm，代入式（4-16） ，可得 8010.... .relT ?? 尺寸系數(shù) =1.05-0.01m=1.05-0.01×5=1XY 將上面的所得的數(shù)據(jù)代入公式（4-15） ，則得1402.9130.818.5S???1402.9610.8.S??? 安全系數(shù) 、 均滿足較高可靠度時(shí)最小安全系數(shù) 的要求。這對(duì)齒輪彎曲1S2 min2FS? 強(qiáng)度校驗(yàn)合格。 第三節(jié) 第二級(jí) 3K(Ⅱ)型行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 已知：行星傳動(dòng)的輸入功率。 31 318.709.17.4Pkw??? 輸入轉(zhuǎn)速 2560/minnr 分配給 3k（Ⅱ）行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比：560134..7pi? 一、配齒計(jì)算部分 根據(jù) 3k（Ⅱ）行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式： （4-17） 1bbbeapaeabeZzi?????????? 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： （4-18）pbanCz1?? （4-19）e2 式中 。為 正 整 數(shù)、行 星 輪 數(shù) 目 ； 21—Cnp 由公式（4-17）可知，要傳動(dòng)比 值比較大，而且結(jié)構(gòu)緊湊，就盡量使 與 的差baei bze 值取小些，但從滿足裝配條件看， 與 最小差值應(yīng)滿足： bz （4-20）ebpzn??? 將 代入傳動(dòng)比 公式（4-17） ，經(jīng)整理化簡(jiǎn)后可得齒數(shù) 的一元二次方程ebpzn??pi bz （4-21）?? 210bapbpapznziz? 則可結(jié)得 （4-22） ??2142bapapapzzizn? ????? ?? ? 則由公式（4-20）可求得 ，即e （4-23）ebpzn? 如果 為偶數(shù)，則 可按下式計(jì)算，即eaz?cz 32 12eacz?? 如果 為奇數(shù)，即在采用角度變位的行星傳動(dòng)中，則 可按下面的公式計(jì)算beaz? cz （4-24） 0.52eaxz? 一般選取行星輪數(shù) ，再取太陽(yáng)輪 a 的齒數(shù) =15。3?pna 則由公式（4-22）得 =69，再由公式（4-23）得 =72，因?yàn)?- 為奇數(shù) 72-bz ezeza 15=57，再由公式（4-24）得 =28c 驗(yàn)算傳動(dòng)比，允許其傳動(dòng)誤差為 （4-25） ppii???? 式中 ；一—ip ； 。042.～.ip 一一? 3k（Ⅱ）型傳動(dòng)的各齒輪的齒數(shù)列表如下 azbzezcz 15 69 72 28 帶入公式（4-17） 75134.692baei??? 傳動(dòng)比 。得 完全符合傳動(dòng)要求。baepi?0pii?? 引入一級(jí)直齒圓柱齒輪累計(jì)傳動(dòng)誤差計(jì)算如下： 128/minnr馬 達(dá) 1289.34.67ni??馬 達(dá)鏈 輪150' 3./minpii r? 33 29..310%.4????? 實(shí)際上的速度誤差非常小，合