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摘 要 懸臂式掘進機是一種能夠完成截割、裝載、轉(zhuǎn)載煤巖，并能自己行走，具有噴霧滅塵等功能的巷道掘進聯(lián)合機組，懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M機在煤礦地下巷道施工中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技的進步和人民生活水平的不斷提高，要求巷道施工向安全、優(yōu)質(zhì)、高效、無人化方向發(fā)展，加強掘進機向智能化方向發(fā)展是一個大的趨勢，未來的礦山機械將全面裝備融合電子化、自動化、機器人化為一體的機電一體化技術(shù)。 EBZ-125XK型掘進機是一種中型懸臂式掘進機，主要用于中型煤巷及半煤巖巷的掘進作業(yè)。它結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機身矮、重心低、操作簡單、檢修方便。本設(shè)計主要針對掘進機的整機進行方案設(shè)計，對行走部進行結(jié)構(gòu)及傳動等相關(guān)設(shè)計。EBZ-125XK型掘進機采用履帶式行走部，驅(qū)動動力由液壓馬達提供，利用液壓馬達轉(zhuǎn)動方向變化實現(xiàn)行走部前進、后退和轉(zhuǎn)向。 關(guān)鍵詞：懸臂式掘進機 ；行走部 ；行星減速器 ABSTRACT Intelligent cantilever tunneling machine automatically forming adaptive power control constant cantilever boring machine (boom-type road header) is a cutting to complete, loading, reproduced coal and rock, and can walk on its own. spray dust with the function of the roadway combined unit. cantilevered part of TBM in coal mine underground roadway construction has been widely used, Along with the constant development of the socio-economic, scientific and technological progress and the people's living standard continues to improve, request to the roadway construction safety, quality, efficiency, unmanned direction, TBM to strengthen the intelligent direction of development is a general trend, the future of mining machinery and equipment will be fully integrated electronic, automation, robotics integration into the electrical and mechanical integration technology. The EBZ-125XK tunneling machine 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. This design mainly aims at the tunneling machine’s entire machine to carry on the plan design and aims at walks-organization to carry on the design of its structure and transmission and so on. EBZ-125XK tunneling machine 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. Keywords：Cantilever tunneling machine; Walks-organization; Planet reduction gear 2 目 錄 摘要 1 ABSTRACT 1 前 言 2 第一章 概述部分 3 1.1 掘進機的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 3 1.1.1 國內(nèi)外掘進機的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.1.2 現(xiàn)代掘進機發(fā)展趨勢 5 1.2 懸臂式掘進機的主要組成部分 5 1.3 EBZ-125XK型掘進機簡介 6 1.3.1 EBZ-125XK概述 6 1.3.2 EBZ-125XK主要技術(shù)參數(shù) 8 1.4 履帶式掘進機在半煤巖工作條件下應(yīng)用設(shè)計要求 10 第二章 總體方案設(shè)計 12 2.1 掘進機總體結(jié)構(gòu)布置 12 2.2 掘進機各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 2.2.1 截割部 12 2.2.2 裝載部 13 2.2.3 刮板輸送機 14 2.2.4 行走部 14 2.2.5 機架和回轉(zhuǎn)臺 14 2.2.7 液壓系統(tǒng) 15 2.2.6 電氣系統(tǒng) 16 第三章 行走部設(shè)計 17 3.1 行走部概述 17 3.2 行走部設(shè)計要求 17 3.3 設(shè)計布置傳動方案 18 3.4 行走部各部分的具體設(shè)計 18 3.4.1 履帶的設(shè)計 18 3.4.2 液壓馬達及泵站電機的選擇 20 3.4.4 鏈輪的設(shè)計 22 3.4.5 履帶架及導(dǎo)向輪和張緊裝置 23 第四章 減速器設(shè)計 25 4.1 減速機構(gòu)傳動方案設(shè)計及傳動比分配 25 4.2 一級圓柱直齒輪的設(shè)計 26 4.2.1 各齒數(shù)選擇 26 4.2.2 模數(shù)選擇 27 4.2.3 幾何尺寸計算 28 4.2.4 按齒面接觸疲勞強度驗算 29 4.3 第二級3K(Ⅱ)型行星齒輪減速器的設(shè)計 32 4.3.1 配齒計算部分 32 4.3.2 初步計算齒輪的主要參數(shù) 34 4.3.3 嚙合參數(shù)計算 35 4.3.5 裝配條件的驗算 38 4.3.6 傳動效率的計算（附整體減速器效率計算） 39 4.3.7 結(jié)構(gòu)設(shè)計 40 4.3.8 齒輪強度驗算 42 4.4 減速器其它零件校核 50 4.4.1 減速器軸設(shè)計及校核 50 4.4.2 減速器軸承校核。 61 4.4.3 減速器鍵校核 62 第五章 裝機事項與檢修及檢修 65 5.1 搬運、安裝和調(diào)整 65 5.1.1 機器的拆卸和搬運 65 5.1.2 機器組裝及注意事項 65 5.1.3 機器的調(diào)整 66 5.2 機器檢修 66 5.3 機器維護和保養(yǎng) 70 5.3.1 機器日常維護保養(yǎng) 70 5.3.2 機器定期維護保養(yǎng) 70 5.3.3 潤滑 70 結(jié) 論 73 參考文獻 74 英文文獻 75 中文譯文 81 致 謝 85 前 言 畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在大學(xué)期間的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，是在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識來分析和解決具有一定復(fù)雜程度的實際問題的一個實踐過程；是提高學(xué)生觀察事物，獲取信息，理解和表述事物能力及分析，解決實際問題能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)；是培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)經(jīng)濟分析能力，獨立工作能力，與人合作能力，創(chuàng)新能力及養(yǎng)成理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)和提高工程實踐能力的重要途徑；是學(xué)生走向社會之前對其自身綜合素質(zhì)與能力的全面檢驗。 在進行畢業(yè)設(shè)計過程中，要全面地運用、鞏固和深化所學(xué)理論知識，獨立地完成調(diào)查研究，查閱并收集有關(guān)的參考文獻和資料；獨立地進行設(shè)計方案的選定，進行各種設(shè)計和計算，創(chuàng)造性的完成畢業(yè)設(shè)計規(guī)定的全部任務(wù)。 在設(shè)計過程中，我比較系統(tǒng)的了解了EBZ125XK型掘進機的設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)。在整個設(shè)計過程中，我們還要利用CAD畫圖，WPS等各種學(xué)習(xí)軟件，使我們所學(xué)知識更加系統(tǒng)化，條理化，使我們很好的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。 在設(shè)計過程中，我得到了指導(dǎo)老師的精心指點和同學(xué)們的大力幫忙，在此表示衷心感謝。但是由于時間緊迫，加之本人能力有限，掘進機設(shè)計資料比較的少，缺點和錯誤在所難免，希望各位老師給予批評和指正，為我以后在工作崗位上能夠更好的完成工作任務(wù)，打下良好的基礎(chǔ)。 第一章 概述部分 1.1 掘進機的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 1.1.1 國內(nèi)外掘進機的發(fā)展現(xiàn)狀 我們把全斷面掘進機和自由斷面掘進機統(tǒng)稱為巷道掘進機。前者主要用于巖巷的全斷面鉆削式一次成巷掘進；自由斷面掘進機則由于其工作臂可以上下左右移動而能自由改變掘進斷面的形狀和大小。自由斷面掘進機常用于煤巷掘進．既可以用于綜合機械化工作面進行全斷面巷道掘進．也可應(yīng)用于打眼放炮工藝進行機械化掘進。 19世紀(jì)70年代，英國為修建海底隧道，生產(chǎn)制造了第一臺掘進機，美國在20世紀(jì)30年代開發(fā)了懸臂式掘進機，并把此項技術(shù)應(yīng)用于采礦業(yè)，此后英、德、日等十幾個國家相繼投入了大量的人力、物力、財力用于掘進機技術(shù)的開發(fā)和研制，經(jīng)過多年的不懈努力，現(xiàn)有20多家公司，先后研制了近百種機型。 目前，掘進機技術(shù)在如下幾個方面有長足進步： (1)適用范圍在擴大 (2)掘進斷面在增加 (3)適應(yīng)坡度在提升 (4)截割能力在加強 (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機從上世紀(jì)四十年代產(chǎn)生至今，已有五十多年的發(fā)展歷史，目前掘進機的截割功率為100—408kw，機重24—160t，平均日掘進進尺7—8nl，最大掘進能力達20—30m／d．目前，國內(nèi)煤礦用機型，中型機以AM一50、SIO0為代表，其截割功率為100kw，機重25t；重型機以EBH132(截割功率132kw、機重36t)、EBJ160(截割功率160kw、機重50t)為代表。掘進機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，縱軸式截割頭則多用于硬巖掘進。截齒的選擇原來雖主要依靠經(jīng)驗，但目前已可以通過試驗臺測試來準(zhǔn)確選擇。截齒在掘進過程中破碎煤巖時，其上受到的應(yīng)力會部分轉(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機掘進能力和截齒壽命的重要參數(shù)。縱軸式截割頭的截割速度低于橫軸式截割頭的截割速度，目前掘進機的截割速度多為2．5—3．5m／s。實踐證明，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、裝機功率利用率高等優(yōu)點；但同時，低速截割也相應(yīng)降低了掘進機的掘進能力。國外已有公司進行臺架試驗，以確定截割速度與掘進能力的關(guān)系。水力掘進的出現(xiàn)開辟了掘進機掘進技術(shù)發(fā)展的新天地，它具有諸多其他機械掘進所不及的優(yōu)點。這項技術(shù)正在研發(fā)，一旦成熟，市場廣闊。 追溯我國使用巷道掘進機的歷史，是從上世紀(jì)50年代初使用前蘇聯(lián)生產(chǎn)的JIK一2M，JIK2—1型煤巷掘進機開始的，之后又應(yīng)用并仿制了J1K一3型掘進機；60年代我國開始自行研制巷道掘進機，相繼研制出了“反修I型”，“反修Ⅱ型”和“開馬”型掘進機，機重大都在10t左右，適用于f<4的斷面為4—9．6的煤巷掘進。從1972年一1985年間，我國煤炭科研院所與煤機廠和礦務(wù)局共同設(shè)計開發(fā)研制了EMS-30以及EMS-55等機型。到80年代中期，我國分別從英國、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、美國、德國、匈牙利等國家引進了16種、近200臺掘進設(shè)備，對我國煤礦使用掘進機起到了推動作用?！捌呶濉逼陂g，在煤礦采掘設(shè)備“一條龍”項目引進中，又引進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型掘進機制造技術(shù)和先進的加工設(shè)備，使我國形成了批量生產(chǎn)掘進機的能力，基本上結(jié)束了中、小型掘進機依賴進口的局面?！鞍宋濉?、“九五”期間，我國開始重型掘進機的研制工作，“十五”期間進入快速發(fā)展階段。目前有輕、中、重機型EBE55、EBE75、EBE90、S100、AM一50、EBE110、EBEl20、EBE132、S150J／H、S200M、EBE160等，其中EBE160型是國內(nèi)研制的重型掘進機，S2OOM是引進日本，進而國產(chǎn)化的重型機。近幾年，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)掘進機呈快速增長。2000年市場投入總量為51臺、2001年103臺、2002年126臺、2003年236臺，到2004年將超過 400臺。佳木斯煤機公司處于行業(yè)領(lǐng)先地位，淮南煤機廠、南京晨光機器廠等均為我國掘進機的研制生產(chǎn)和不斷發(fā)展作出了貢獻。盡管我國掘進機研制工作起步并不晚，“七五”期間也曾取得過較好的成果，可是在發(fā)展過程中，現(xiàn)有產(chǎn)品與國際相比尚有很大差距。 (1)從產(chǎn)品生產(chǎn)和使用方面看，國產(chǎn)的s100比日本晚6年，聯(lián)合研制的EBE160比英國LH130晚13年 (2)性能、規(guī)格相近的機型與國外相比晚8—20年。 (3)從制造總數(shù)上看，截止2005年2月我國制造的掘進機近1150臺，僅相當(dāng)英國、德國、奧地利上世紀(jì)80年代的生產(chǎn)水平。 (4)從機掘巷道比重看，與前蘇聯(lián)、英國、德國平均相差近20年。 (5)從裝機綜合技術(shù)水平看，我國僅相當(dāng)于國外20世紀(jì)80年代初期水平。為此，我國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，適時引進先進技術(shù)，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加強自主開發(fā)能力，盡快縮短我國與先進掘進機生產(chǎn)國家的技術(shù)差距，并使我國煤礦掘進機械化裝備提高到一個新的水平。 1.1.2 現(xiàn)代掘進機發(fā)展趨勢 懸臂式掘進機的發(fā)展是緊緊圍繞著我國礦井生產(chǎn)的實際條件、現(xiàn)場需要及設(shè)計、制造的工藝水平而不斷進行的，其發(fā)展主要有以下幾個特點：1、截割功率不斷提高。為適應(yīng)更大范圍的截割條件，懸臂式掘進機的截割功率不斷增大，由最初的100kw以下的輕型機增加到現(xiàn)在的中型機型的132kw1~200kw，重型機型可達200kw以上。 2、在行走裝載截割驅(qū)動方面的完善。以往的液壓與電動驅(qū)動都有缺點，但隨著科技的進步，它們的據(jù)點在不斷地被彌補，改進，目前懸臂式掘進機在電、液兩方面發(fā)展速度很快，在裝載，行走，截割等方面大多數(shù)的機型還是采用電、液混合方式，總之兩種方式互相取長補短，在今后很長一段時間內(nèi)將共同并存，相互融合。 3、電控系統(tǒng)的完善。早期掘進機的控制、操作回路一般都通過操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或把手開關(guān)來控制傳統(tǒng)的交流中繼電器電路，進而通過繼電器來對主回路交流接觸器的二次控制。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，操作回路逐漸以本安型的先導(dǎo)回路來替代隔爆型主令箱，這也是適應(yīng)各類保護傳感器的應(yīng)用和選型的需要。 4、截割效率的提高。截割效率是懸臂式掘進機性能優(yōu)劣的一個重要衡量參數(shù)，縱軸式截割頭的優(yōu)點是截割較深，截割效率高，缺點是穩(wěn)定性差，裝運效果差。橫軸式截割頭的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，裝載效果好，缺點是在進刀時其截割方向幾乎與其推進方向重合，所以必須給予較大的推進力，這就需要相應(yīng)增加街功率，切割時粉塵大再加上其內(nèi)噴霧布置比較復(fù)雜，滅塵效果不好。 5、機組穩(wěn)定性的提高并實現(xiàn)矮型化以適應(yīng)小斷面巷道掘進。提高機組穩(wěn)定性的有效方法有兩種：增加機組重量和降低機組高度。新機型的重量都較過去有很大的增加，并且為適應(yīng)巖巷的掘進也必須增加自重。在增加自重的同時，新機型在設(shè)計上還盡量簡化和緊湊化，降低機組高度。這可以增加穩(wěn)定性，也是為了適應(yīng)低矮巷道的掘進。 目前，懸臂式掘進機技術(shù)的發(fā)展方向有以下幾點：大功率化、重型化、系列化、智能化和自動化。 1.2 懸臂式掘進機的主要組成部分 懸臂式掘進機主要有橫軸式掘進機和縱軸式掘進機。它們的主要組成部件相同，只是截割頭的布置不同。懸臂式掘進機由切割機構(gòu)、裝運機構(gòu)、行走機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成 一、 切割機構(gòu) 切割機構(gòu)由切割頭、齒輪箱、電動機、回轉(zhuǎn)臺等組成，具有破碎煤巖功能的機構(gòu)。 二、裝運機構(gòu) 裝運機構(gòu)由裝載部和刮板輸送機組成。 懸臂式掘進機裝載機構(gòu)形式較多。如星輪式、鏈輪鏈條式、蟹爪式等，過去比較多的是運用蟹爪式，現(xiàn)在隨著液壓的廣泛運用，開始大規(guī)模運用液壓馬達直接帶動轉(zhuǎn)盤的機構(gòu)了。 三、行走機構(gòu) 掘進機的行走機構(gòu)主要由履帶部分、減速器和動力輸入裝置（液壓馬達或電動機）。 履帶式——適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機動性能好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應(yīng)性好等優(yōu)點。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重。 履帶式掘進機的行走機構(gòu)主要由履帶部分、減速器和動力輸入裝置（液壓馬達或電動機）和張緊裝置組成。 履帶機構(gòu)設(shè)計要求：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，其動力可選用液壓馬達或電動機；履帶應(yīng)有較小的接近角和離去角。以減少其運行阻力；要注意合理設(shè)計整機重心位置。使履帶不出現(xiàn)零比壓現(xiàn)象；履帶應(yīng)有可靠的制動裝置，以保證機器在設(shè)計的最大坡度工作不會下滑。 四、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)由統(tǒng)一的泵站給分布在各個地方的液壓缸，液壓泵供液壓油，設(shè)計中要照顧不同液壓部件的壓力。 五、電氣系統(tǒng) 電器系統(tǒng)是電動機和控制掘進機的運動的電信號控制器等電器元件，在井下工作的時候要注意它的防爆處理，選用的電動機、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。 1.3 EBZ-125XK型掘進機簡介 1.3.1 EBZ-125XK概述 （1）、產(chǎn)品特點 EBZ-125XK是西安煤礦機械廠與科研院校合作開發(fā)的中型懸臂式掘進機。該機主要特點是：1）結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機身矮、重心低、操作簡單、檢修方便；2）炮頭采用具有36把鎬型截齒、齒座呈螺旋線形排布的球微錐形截割頭；3）有低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動的第一運輸機；4）有星輪與低速大扭矩馬達連接成一體的弧形三齒星輪裝料裝置；5）有馬達+減速機構(gòu)形式的行走部；6）有滑動式行走結(jié)構(gòu)上用的耐磨板；7）有為液壓錨桿鉆機及二運輸機留的液壓接口；8）電氣系統(tǒng)有失壓、短路、過載、溫度、瓦斯斷電等保護功能。 （2）、產(chǎn)品型號、名稱及外型 產(chǎn)品型號、名稱為EBZ-125XK型懸臂式掘進機外型參見圖1.1 1-截割部 2-裝載部 3-刮板輸送機 4-機架和回轉(zhuǎn)臺 5-履帶行走部 6-油箱 7-操作臺 8-泵站 9-電控箱 10-護板總成 圖1.1 EBZ-125XK型掘進機 （3）、主要用途、適應(yīng)范圍 EBZ-125XK型懸臂式掘進機主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采掘巷道掘進服務(wù)的機械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道的掘進。該機可經(jīng)濟切割單向抗壓強度≤60MPa的煤巖，可掘巷道最大寬度(定位時)5m，最大高度3.75m，可掘任意斷面形狀的巷道，適應(yīng)巷道坡度±160。該機后配套轉(zhuǎn)載運輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機和可伸縮式帶式輸送機，實現(xiàn)連續(xù)運輸，以利于機器效能的發(fā)揮。 （4）﹑型號的組成及其代表意義 E B Z 125 XK 設(shè)計代號 截割機構(gòu)功率（KW） 縱軸式截割機構(gòu) 懸臂式掘進機 掘進設(shè)備 1.3.2 EBZ-125XK主要技術(shù)參數(shù) 一、總體參數(shù) 機 長 8.6m 機 寬 2.1m 機 高 1.55m 地 隙 250mm 截割臥底深度 240mm 接地比壓 0.14MPa 機 重 35t 總 功 率 190kW 可經(jīng)濟截割煤巖單向抗壓強度 ≤60MPa 可掘巷道斷面 9～18m2 最大可掘高度 3.75m 最大可掘?qū)挾? 5.0m 適應(yīng)巷道坡度 ±16。 機器供電電壓 660/1140V 二、截割部 電動機 型 號 YBUS3—120 功 率 120kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 截割頭 轉(zhuǎn) 速 55r/min 截 齒 鎬形 最大擺動角 上 42。 下 31。 左右各39。 三、裝載部 裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤 裝運能力 180m3/h 鏟板寬度 2.5m/2.8m 鏟板臥底深度 250mm 鏟板抬起 360mm 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 30r/min 四、刮板輸送機 運輸形式 邊雙鏈刮板 槽 寬 510mm 龍門寬度 350mm 鏈 速 0.93m/s 錨鏈規(guī)格 18×64mm 張緊形式 黃油缸張緊 五、行走部 行走形式 履帶式(液壓馬達分別驅(qū)動) 行走速度 工作3m/min，調(diào)動6m/min 接地長度 2.5m 制動形式 摩擦離合器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 黃油缸張緊 六、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 輸送機回路 14MPa 轉(zhuǎn)載機回路 14MPa 錨桿鉆機回路 ≤10MPa 系統(tǒng)總流量 450L/min 泵站電動機： 型 號 YB250M—4 功 率 55kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 63/40/40ml/r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r 錨桿泵站電動機： 型 號 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 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量： 8個 七、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 切割電動機、油箱 八、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 1.4 履帶式掘進機在半煤巖工作條件下應(yīng)用設(shè)計要求 懸臂式掘進機其基本結(jié)構(gòu)形式為：切割機構(gòu)分為縱軸式和橫軸式；行走機構(gòu)為履帶式；裝運機構(gòu)為耙爪式接中間刮板輸送機。掘進機應(yīng)設(shè)有支護用的托梁裝置，行走機構(gòu)和裝運機構(gòu)均能正、反向轉(zhuǎn)動，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，整機各部件皮符合解體拆裝下井運輸要求。 在安全保護方面要求：掘進機電氣設(shè)備的設(shè)計、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)和運行的暫行規(guī)定》。所有電氣設(shè)備均應(yīng)取得防爆檢驗合格證，掘進機設(shè)有啟動報警裝置，啟動前必須發(fā)出警報，掘進機必須裝有前后照明燈。掘進機行走機構(gòu)中應(yīng)設(shè)有制動系統(tǒng)和必要的防滑保護裝置，切割機構(gòu)和裝運機構(gòu)傳統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有過載保護裝置，還應(yīng)有切割臂與鏟板的防干涉裝置。油泵和切割機構(gòu)之間、轉(zhuǎn)載機和裝運機構(gòu)之間的開、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)有過濾裝置，還應(yīng)設(shè)壓力、油溫、油位顯示或保護裝置。電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)緊急切斷和閉鋇裝置，在司機座另一側(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)過濾保護裝置。 使用性能要求：掘進機各部件運轉(zhuǎn)乎穩(wěn)，懇臂擺動靈活，在規(guī)定煤巖特性條件下進行切割時，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。裝運機構(gòu)及履帶機構(gòu)的傳動部件、齒輪箱必須有可靠性高、壽命長的防水密封。履帶的牽引力應(yīng)能滿足設(shè)計坡度上工作和轉(zhuǎn)向要求．中間刮板輸送機鏈條應(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。裝運機構(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、動作靈活、可靠、方便。齒輪箱在運轉(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)計要求注入規(guī)定牌號的潤滑油和油脂，不得滲合使用。掘進機作業(yè)時，各齒輪箱最高溫度不得超過95℃，液壓油箱中的油溫不應(yīng)超過70℃．掘進機作業(yè)時，司機座位處空氣中粉塵濃度應(yīng)＜10mg／m3，司機處綜合噪聲值不大于90dB(A)。掘進機除手柄、按鈕、滑道等表面外，均應(yīng)采取防銹措施。 第二章 總體方案設(shè)計 2.1 掘進機總體結(jié)構(gòu)布置 機器的總體布置．關(guān)系到整機的性能、質(zhì)量和整機的合理性。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)計中極為重要的內(nèi)容。 (1)切割機構(gòu)由懸臂和回轉(zhuǎn)臺組成，位于機器前上部，懸臂能上下、左右回轉(zhuǎn)； (2)裝載鏟板是在機器下部前方，后接中間刮板運輸機，兩者組成裝運機構(gòu)，貫穿掘進機的縱向軸線； (3)考慮掘進機的橫向穩(wěn)定平衡，主要部件按掘進機縱向平面對稱布置，電控箱、液壓裝置分別裝在運輸機兩側(cè)； (4)為保證作業(yè)的穩(wěn)定性，履帶位于機器的下部兩側(cè)，前有落地鏟板，后有穩(wěn)定器支撐，整個機器的重心在履帶接地面積的形心面積范圍內(nèi)； (5)為了保護司機安全，同時又便于觀察、操作，將司機位置在機器后部右側(cè)； (6)由于掘進機是地下巷道作業(yè)，所以整個機器呈長條形，而且機身越矮機器越穩(wěn)定。 2.2 掘進機各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.2.1 截割部 截割部又稱工作機構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要又截割電機、叉形架、二級行星減速器、懸臂段、截割頭組成。 截割部為二級行星齒輪傳動。由120kW水冷電動機輸入動力，進齒輪連軸節(jié)傳至二級行星減速器，經(jīng)過懸臂段主軸，將動力傳給截割頭，從而達到破碎煤巖的目的。 1-截割頭 2-懸臂段 3-二級行星減速器 4-齒輪聯(lián)軸節(jié) 5-叉形架 6-截割電機 7-電機護板 圖2-1截割部 2.2.2 裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖2-2，主要由鏟板及左右對稱的驅(qū)動裝置組成，通過低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動三爪轉(zhuǎn)盤向內(nèi)轉(zhuǎn)動，從而達到裝載煤巖的目的。本次設(shè)計采用的是2.5m寬的鏟板。 1-鏟板體 2-改向鏈輪組 3-轉(zhuǎn)盤 4-驅(qū)動裝置 圖2-2裝載部 裝載部安裝于機器的前端。通過一對銷軸和鏟板的左右升降油缸鉸接于主機架上，在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷軸上下擺動。當(dāng)機器截割煤巖時，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機器的截割穩(wěn)定行。 2.2.3 刮板輸送機 刮板輸送機結(jié)構(gòu)如圖2-3，主要由機前部、機后部、驅(qū)動裝置、邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等組成。 1-機前部 2-機后部 3-邊雙鏈刮板 4-張緊裝置 5-驅(qū)動裝置 6-液壓馬達 圖2-3刮板輸送機 刮板輸送機位于機器中部，前端與主機架和鏟板鉸接，后部托在機架上。機架在該處設(shè)有可拆裝的墊片，根據(jù)需要，刮板輸送機后部可墊高，增加刮板輸送機的卸載高度。 刮板輸送機采用低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動，刮板鏈條的張緊是通過在輸送機尾部的張緊脂油缸來實現(xiàn)的。 2.2.4 行走部 行走部的設(shè)計見第三章的介紹 2.2.5 機架和回轉(zhuǎn)臺 機架是整個機器的骨架，它承受來自截割、行走和裝載的各種載荷。機器中的各個部件均用螺栓、銷軸及止口與機架聯(lián)接，機架為組焊件。結(jié)構(gòu)如圖2-4 回轉(zhuǎn)臺主要用于支承，聯(lián)接并實現(xiàn)切割機構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)臺座在機架上，通過大型回轉(zhuǎn)軸承用于止口、36個高強度螺栓與機架相聯(lián)。工作時，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動切割機構(gòu)水平擺動。截割機構(gòu)的升降是通過回轉(zhuǎn)臺支座上左、右耳軸鉸接相連的兩個升降油缸實現(xiàn)的。 ] 1-回轉(zhuǎn)臺 2-前機架 3-后機架 4-后支撐腿 5-轉(zhuǎn)載機連接板 圖2-4 2.2.7 液壓系統(tǒng) 本機除截割頭的旋轉(zhuǎn)運動外，其余各部分采用液壓傳動。系統(tǒng)原理圖見圖2-5 2.2.6 電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由前級饋電開關(guān)、KXJ250/1140EB型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進機用電控箱、CZD14/8型礦用隔爆型掘進機電控箱用操作箱、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)動掘進機各工作機構(gòu)的防爆電動機和連接電纜組成。 第三章 行走部設(shè)計 3.1 行走部概述 掘進機的行走機構(gòu)主要由履帶部分、減速器和動力輸入裝置（液壓馬達或電動機）和張緊裝置組成。其功能是支撐體并將傳動機構(gòu)輸入的旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)矩變成掘進機在地面上的移動和牽引力，他可以使機器實現(xiàn)推進、調(diào)用、轉(zhuǎn)彎等。 掘進機行走機構(gòu)的工作原理：液壓馬達依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn)，與其聯(lián)接的減速機構(gòu)減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達、減速機構(gòu)和鏈輪做成一個整體，液壓馬達的轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動輪（鏈輪）的旋轉(zhuǎn)，鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合，從而實現(xiàn)掘進機在履帶上爬行。同時導(dǎo)向輪起到導(dǎo)向作用，導(dǎo)向輪和張緊油缸一起作用對履帶的松緊進行調(diào)節(jié)，支重輪起到對機身的支撐作用，拖輪主要是支撐履帶，在設(shè)計和裝配過程中，必須保證驅(qū)動輪、引導(dǎo)輪、支重輪、拖輪四輪一線，懸臂式巷道掘進機的行走機構(gòu)，需要滿足驅(qū)動機體前進、后退以及左右轉(zhuǎn)彎調(diào)動的工作要求，所以履帶式行走機構(gòu)的左、右履帶裝置都采用分別單獨驅(qū)動的傳動方式。掘進機行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的交流與否來實現(xiàn)的。掘進機前進、后退時，左右液壓馬達同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運轉(zhuǎn)。當(dāng)掘進機要轉(zhuǎn)彎時，可以單獨驅(qū)動轉(zhuǎn)彎方向的另外一側(cè)液壓馬達，而使轉(zhuǎn)彎一側(cè)的液壓馬達停止運轉(zhuǎn)，或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動左右液壓馬達的方法使機體急轉(zhuǎn)彎。 3.2 行走部設(shè)計要求 履帶行走部是懸臂式掘進機整機的支承座，用來支承掘進機的自重、承受切割機構(gòu)在工作過程中所產(chǎn)生的力，并完成掘進機在切割、裝運及調(diào)動時的移動。履帶行走機構(gòu)包括左右行走機構(gòu)、并以掘進機縱向中心線左右對稱。履帶行走機構(gòu)包括導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶架、支重輪、履帶鏈及驅(qū)動裝置等部件。當(dāng)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時，與驅(qū)動輪相嚙合的履帶有移動的趨勢。但是，因為履帶下分支與底板間的附著力大于驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪和支重輪的滾動阻力，所以履帶不產(chǎn)生滑動，而輪子卻沿著鋪設(shè)的滾道滾動，從而驅(qū)動整臺掘進機行走。掘進機履帶行走機構(gòu)的轉(zhuǎn)彎方式一般有2種：① 一側(cè)履帶驅(qū)動，另一側(cè)履帶制動；②兩側(cè)履帶同時驅(qū)動，但方向相反。現(xiàn)在設(shè)計將支重輪作成和機架一體的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)簡單，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。 掘進機部在掘進作業(yè)時。它承受切割機構(gòu)的反力、傾覆力矩及動載荷。腰帶機構(gòu)的設(shè)計對整機正常運行、通過性能和工作穩(wěn)定性具有重要作用。 履帶機構(gòu)設(shè)計要求：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，其動力可選用液壓馬達或電動機；履帶應(yīng)有較小的接近角和離去角。以減少其運行阻力；要注意合理設(shè)計整機重心位置。使履帶不出現(xiàn)零比壓現(xiàn)象；履帶應(yīng)有可靠的制動裝置，以保證機器在設(shè)計的最大坡度工作不會下滑。 3.3 設(shè)計布置傳動方案 參照EBZ-125XK型掘進機采用履帶式行走機構(gòu)。左、右履帶行走機構(gòu)對稱布置，分別驅(qū)動。各由10個高強度螺栓(M30×2、10.9級)與機架相聯(lián)。左右履帶行走機構(gòu)由液壓馬達經(jīng)一級圓柱齒輪和3K行星齒輪傳動減速后將動力傳給主動鏈輪，驅(qū)動履帶運動。本次的設(shè)計采用的是直聯(lián)高速液壓馬達驅(qū)動，傳動比比較大。對減速的設(shè)計提出了更高的要求?，F(xiàn)在以左行走機構(gòu)為例說明其結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)。左行走機構(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，摩擦片式制動器等組成。摩擦片式制動器為彈簧常閉式，當(dāng)機器行走時，泵站向行走液壓馬達供油的同時，向摩擦片式制動器提供壓力油推動活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動器解除制動。 由于空間和安裝方式的限制，本次減速器的設(shè)計采用一級圓柱直齒輪傳動和3k（Ⅱ）型行星傳動。具體設(shè)計見第四章 3.4 行走部各部分的具體設(shè)計 3.4.1 履帶的設(shè)計 1）接地長度的計算確定 （3-1） 式中 p——掘進機的平均接地比壓； /MPa； G——掘進機整機的重力；/N； B——履帶板寬度；/mm； L——履帶接地長度；/mm 設(shè)計中，履帶的接地比壓不允許出現(xiàn)三角形分布狀況，不得不在履帶接地長度上出現(xiàn)零比壓，掘進機重心位置應(yīng)在履帶接地的斷面核心之內(nèi)。 平均接地比壓主要是根據(jù)底板巖石條件選取，對于遇水軟化的底板，取較小值，對于底板較硬，遇水不軟化的底板取較大值。在設(shè)計掘進機時，推薦平均接地比壓p≤0．14 MPa。本處參照EBZ-125XK型懸臂式掘進機選取0.14MPa。 掘進機的整機質(zhì)量為35噸，履帶的寬度選擇為500 mm。（已知） 根據(jù)公式（3-1），可以得出： 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， 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 所以 接地履帶距離選2500 mm，也就是大約有15-16個履帶在和地接觸。 3.4.2 液壓馬達及泵站電機的選擇 1）單側(cè)履帶行走機構(gòu)牽引力的計算確定。 履帶行走機構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿足掘進機在最大設(shè)計坡度上作業(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，履帶行走機構(gòu)轉(zhuǎn)彎不與掘進機作業(yè)、爬坡同時進行，而掘進機在水平地面轉(zhuǎn)彎時，單側(cè)履帶的牽引力為最大，故單側(cè)履帶行走機構(gòu)的牽引力的計算以平地轉(zhuǎn)彎時的牽引力為計算的依據(jù)。 （3-2） 其中 （3-3） 式中 T1——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的牽引力，kN； R1——單側(cè)履帶對地面的滾動阻力，kN； f——履帶與地面之間滾動阻力因數(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——掘進機重心與履帶行走機構(gòu)接地形心的縱向偏心距離，mm； G1——單側(cè)履帶行走機構(gòu)承受的掘進機的重力，kN。 B———左右兩條履帶的中心距，mm。 f取0.1，由公式（3-3）： μ取0.9，n取440mm，B取150mm,代入公式（3-2）： 表3-2 附著系數(shù)數(shù)值 根據(jù)單側(cè)履帶行走機構(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。 符合。 2） 單側(cè)履帶行走機構(gòu)輸入功率的計算確定 （3-4） 式中 P——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的輸入功率，kW； V——履帶行走機構(gòu)工作時的行走速度，m／s； η1——履帶鏈的傳動效率。有支重輪時取0．89～0．92，無支重輪時取0．71～0．74； η2——驅(qū)動裝置減速器的傳動效率，0.75％。 在最大速度的情況下計算，V=6m/min=0.1m/s,η1取0.74,η2取0.75，根據(jù)公式（3-4）： 3）液壓馬達選型 基本型號: MFB29-20 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）泵站電機的功率選擇 行走需要電動機的功率為Pn Pn=2P/ηv1ηv2ηj （3-5） 式中 P——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的輸入功率，kW； ηv1——液壓馬達的效率，%； ηv2——液壓泵的效率，%； ηj——功率傳輸?shù)膿p失，%； ηv1、ηv1取0.9，ηj取0.95,根據(jù)公式（3-5）： 電動機型號為YB250M—4，功率為55kW,轉(zhuǎn)動速度為1470r/min。 3.4.4 鏈輪的設(shè)計 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)動架上就會影響到接地角和離去角，把原有設(shè)計的8個齒改成9齒，減小了接地角。使行走部前進與后退時的受力不均的確點減輕。 （3-6） （3-7） （3-8） 式中 ——分度圓直徑，mm； ——鏈輪的齒數(shù)； ——齒頂圓直徑，mm； ——齒根圓直徑，mm； ——兩個履帶的厚度，mm。 將z=9，p=160帶入（3-6）、（3-7）、（3-8）三個公式： 圓整為，，。 3.4.5 履帶架及導(dǎo)向輪和張緊裝置 1）履帶架的地板長度要能保證15～16個履帶板和地面接觸，在這個設(shè)計中履帶架是承擔(dān)了負重輪的功能的。履帶架要保證導(dǎo)向輪和傳動鏈輪的安裝以及保證履帶能在上面運動。履帶架見圖3-2。 圖3-2 2)導(dǎo)向輪是用來保證掘進機轉(zhuǎn)彎的一種裝置，張緊裝置是用來調(diào)整履帶的松緊程度的，其設(shè)計如圖3-3 導(dǎo)向張緊裝置 如圖3-3 1-導(dǎo)向張緊裝置 2-張緊油缸活塞桿 3-墊板 4-注油嘴 5-六方接頭 6-鎖板 7-履帶架 8-履帶鏈 第四章 減速器設(shè)計 4.1 減速機構(gòu)傳動方案設(shè)計及傳動比分配 考慮到該減速器用于行走機構(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。再除掉馬達占用的空間，留給減速器的空間比較小。減速器采用的：一級圓柱直齒輪傳動和3K（Ⅱ）型行星傳動。恰好解決了安裝方式和安裝空間的問題。傳動示意圖如下圖4-1 圖4-1 傳動示意圖 1）液壓馬達的轉(zhuǎn)動速度的計算 在高速行走的時候，液壓馬達由兩個63液壓泵提供液壓油分別驅(qū)動左右行走部的液壓馬達，液壓泵的轉(zhuǎn)動速度和泵站電動機的轉(zhuǎn)動速度相同。 （4-1） ，，帶入（4-1） 液壓馬達有 （4-2） ，帶入（4-2） 2）鏈輪的轉(zhuǎn)動速度的計算 計算掘進機調(diào)動速度時的鏈輪轉(zhuǎn)速 （4-3） 式中 V——機器的調(diào)動速度，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 3）減速比計算 減速比計算公式為： （4-4） 由前面可以知道，，帶入公式（4-4），則得 所以減速器的總傳動比要為292.3。 4.2 一級圓柱直齒輪的設(shè)計 4.2.1 各齒數(shù)選擇 分配傳動比 一級傳動兩齒輪齒數(shù)分別是23、50 4.2.2 模數(shù)選擇 1) 選擇齒輪材料 大、小齒輪均選用35CrMo 表面淬火 ， 齒面硬度58～62HRC 取，。 2）按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算 ①齒輪精度等級 首先估算 （4-5） 精度等級確定為7級 ②確定計算負載 一級圓柱齒輪副名義轉(zhuǎn)矩按下面公式計算。 （4-6） 將，代入公式（4-6）得名義轉(zhuǎn)矩： ③確定模數(shù) 按照齒根彎曲強度條件的設(shè)計公式確定起模數(shù)； （4-7） 式中 ——算式系數(shù)，對于直齒輪傳動為12.6，斜齒輪傳動為11.5； ——小齒輪承受的扭矩，N·mm； ——載荷系數(shù)； ——齒輪寬度系數(shù)； ——齒輪副中小齒輪齒數(shù)； ——試驗齒輪的彎曲疲勞極限，N/mm2； ——載荷作用于齒頂時的小齒輪齒形系數(shù)； ——外齒輪應(yīng)力修正系數(shù)； 查文獻[1]第九章表數(shù)據(jù)，可以得到 =12.6；=146N·m；=1.5；=0.4