EBZ掘進(jìn)機(jī)截割部設(shè)計

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1、 EBZ160掘進(jìn)機(jī)截割部設(shè)計 摘 要 懸臂式掘進(jìn)機(jī)是為煤礦綜采及高檔普采工作面采掘巷道的機(jī)械設(shè)備，它結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好機(jī)身矮、重心低、操作簡單、檢修方便。本次設(shè)計主要是懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)是有伸縮式和固定式兩種，按照它的截割頭的分布可以分為橫軸式和縱軸式兩種。我所設(shè)計的掘進(jìn)機(jī)截割部是縱軸式帶伸縮的形式?？v軸式與橫軸式相比，主要有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計方便，便于安裝和調(diào)試。在截割過程中，橫軸式可以進(jìn)行上下左右擺動截割，方便靈活。帶伸縮的截割臂，在解決掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)面窄的問題上發(fā)揮了很大作用，掘進(jìn)機(jī)截割部帶伸縮，加大了截割部的長度，從而加大了截割頭所經(jīng)過的截割面，提高了

2、掘進(jìn)效率。我的設(shè)計中動力源是電動機(jī)，通過聯(lián)軸器傳動，由減速器進(jìn)行減速，最后輸出轉(zhuǎn)速為40r/min。本設(shè)計中主要的傳動結(jié)構(gòu)為三級行星齒輪減速器，它包含了一級直齒輪傳動和兩級行星齒輪傳動，輸入和輸出都采用花鍵聯(lián)結(jié)。本設(shè)計中介紹了EBZ160型掘進(jìn)機(jī)的檢修及維護(hù)保養(yǎng)。 關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī) ；截割部 ；齒輪減速器 ；帶伸縮 Abstract The cantilever mechanical boring machine is picks and upscale Pu for the coal

3、mine synthesis picks the working surface to excavate the tunnel the mechanical device, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. This design mainly is the cantilever mechanical boring machine cuttin

4、g organization, the cantilever mechanical boring machine cutting organization has extension and the stationary two kinds, may divide into the abscissa axis type and the ordinate axis type two kinds according to its cutting head distribution. I design mechanical boring machine cutting department is t

5、he form which the ordinate axis type belt expands and contracts. The ordinate axis type and the abscissa axis type compare, mainly has the structure to be simple, the design is convenient, is advantageous for the installment and the debugging. About the cutting process, the abscissa axis type may ca

6、rry on about swings cutting, facilitates nimbly. The belt expands and contracts the cutting arm, played the very major role in the solution mechanical boring machine tunneling surface narrow question, the mechanical boring machine cutting department belt expanded and contracted, has increased the cu

7、tting department length, thus has enlarged the cutting surface which a cutting institute passed through, enhanced the tunneling efficiency. In my design the power supply is an electric motor, through the shaft coupling transmission, carries on by the reduction gear decelerates, the final output rota

8、tional speed is 40r/min. The design of the three-tier structure as the main transmission planetary gear reducer, which includes level straight gear transmission planetary gear transmission and levels, import and export are used spline up. The design introduced EBZ160 type boring machine overhaul and

9、 maintenance. Key word: Mechanical boring machine; Cutting department; Speed reducer gear; Belt expansion and contraction. 目錄 1. 掘進(jìn)機(jī)的概述 1 1.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)簡介 1 1.2現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的趨勢 1.3 國外掘進(jìn)設(shè)備及綜掘技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1.4我國內(nèi)掘進(jìn)設(shè)備的發(fā)展及存在的問題 1.4.1 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的科研成果 1.4.2 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展展望

10、 1.4.3 我國掘進(jìn)機(jī)目前存在的問題 1.5懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基本組成與技術(shù)特點(diǎn) 1.5.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基本組成 1.5.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)特點(diǎn) 2.EBZ160掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計 9 2.1 任務(wù)說明 9 2.1.1 題目 9 2.1.2 課題概況 9 2.1.3具體要求 9 2.1.4 畢業(yè)設(shè)計工作量 9 2.1.5 完成時間 9 2.1.6 提交內(nèi)容 9 2.2 主要性能 9 2.3 主要特點(diǎn) 10 2.4 主要技術(shù)參數(shù) 10 2.5方案的確定 11 2.5.1 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 11 2.5.2裝載

11、機(jī)構(gòu)的型式選擇 12 2.6工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 13 2.7除塵裝置的型式選擇 14 2.8高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù) 14 3. EBZ160掘進(jìn)機(jī)截割部的設(shè)計 17 3.1行星傳動概述 17 3.2 傳動原理圖 17 3.3 第一級直齒輪傳動設(shè)計計算 18 3.3.1.總傳動比計算 18 3.3.2選擇電動機(jī) 18 3.3.3根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 18 3.3.4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 21 3.4高速級行星齒輪的設(shè)計計算 22 3.4.1傳動比分配 22 3.4.2選擇材料 23 3.4.3轉(zhuǎn)距計算 23 3.4.4參數(shù)的選取和計算 23 3.4.5

12、初步計算齒輪模數(shù)m和中心距a 25 3.4.6變位系數(shù)的計算 26 3.4.7齒輪幾何尺寸的計算 27 3.4.8行星齒輪嚙合要素的計算 28 3.4.9行星齒輪裝配條件的驗算 29 3.4.10行星齒輪傳動效率計算 30 3.4.11行星齒輪強(qiáng)度的計算 30 3.5高速級行星齒輪設(shè)計及校核 35 3.5.1配齒計算 35 3.5.2初步計算齒輪模數(shù)m和中心距a 36 3.5.3變位系數(shù)的計算 37 3.5.4齒輪幾何尺寸的計算 38 3.5.5行星齒輪嚙合要素的計算 39 3.5.6行星齒輪裝配條件的驗算 40 3.5.7行星齒輪傳動效率計算 41 3.5.8行

13、星齒輪強(qiáng)度的計算 41 3.6軸的計算校核 45 3.6.1主要已知參數(shù) 45 3.6.2軸上力的計算 45 3.6.3計算軸的最小直徑 46 3.6.4 花鍵聯(lián)軸器的選擇 46 3.6.5花鍵聯(lián)結(jié)強(qiáng)度校核 46 3.6.6軸的強(qiáng)度校核 47 3.6.7軸承壽命計算 48 4. 檢修及維護(hù)保養(yǎng) 50 4.1機(jī)器的檢修 50 4.2機(jī)器維護(hù)和保養(yǎng) 53 4.2.1機(jī)器的日常維護(hù)保養(yǎng) 54 4.2.2機(jī)器的定期維護(hù)保養(yǎng) 55 4.2.3潤滑 56 4.2.4電氣 60 4.3機(jī)器常見故障的原因及處理方法 61 總結(jié) 67 參考文獻(xiàn) 68 英文翻譯 68 致

14、 謝 76 1. 掘進(jìn)機(jī)的概述 1.1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)簡介 懸臂式掘進(jìn)機(jī)是煤礦井下巷道綜掘法的主要設(shè)備，它集開挖、裝碴和自動行走于一體，操縱方便，對復(fù)雜地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，便于支護(hù)，用于煤和半煤巖層的掘進(jìn)因此在采礦工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 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)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。 1.2 現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的趨勢 分析國內(nèi)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)近期產(chǎn)品，可知現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢是；改善切割技術(shù)、提高對硬巖切割能力、采用現(xiàn)代控制技術(shù)、實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和遙控操作、

15、研制掘錨機(jī)組，是巷道快速掘進(jìn)的發(fā)展方向。 一、提高對硬巖切割能力 從國內(nèi)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品發(fā)展過程可以看出，早期產(chǎn)品是適應(yīng)切割煤和軟巖的輕型設(shè)備。70年代后期、人們在機(jī)械和液壓兩方面做了大量研究工作，出現(xiàn)了切割半煤巖的中重型設(shè)備，近期多數(shù)掘進(jìn)機(jī)可切割巖石強(qiáng)度達(dá)70—100MPa，德國普拉待公司研制的E200型重型掘進(jìn)機(jī)。機(jī)重達(dá)110噸，可切割巖石強(qiáng)度為70—124MPa，最大達(dá)206MPa?？梢娫黾訖C(jī)重、加大切割功率，改進(jìn)切割技術(shù)，是提高硬巖切割能力的必然發(fā)展趨勢。目前重型掘進(jìn)機(jī)的切割功率多為132～00KW。超重型機(jī)都在200KW以上。 為了是適應(yīng)切割硬巖，在增加機(jī)器自重的同時，新機(jī)型

16、都實行緊湊化設(shè)計，努力降低機(jī)器高度，減少機(jī)器振動，提高工作穩(wěn)定性。如奧地利AM65型和德國ET110型，機(jī)高都低于1.5m，并采用寬履帶，減少對地比壓，增強(qiáng)爬坡能力。在機(jī)身前、后部位裝設(shè)油缸式穩(wěn)定器，使機(jī)器切割硬巖時牢固定位，減輕振動。 機(jī)器重型化并不是唯一提高切割硬巖途徑，研究新的切割技術(shù)，不斷完善和提高已有技術(shù)，使之達(dá)到最佳切割水平，也是重要內(nèi)容。 高壓術(shù)射流破巖是一項新的切割技術(shù)，早在70年代，就由美國人移植到懸臂式掘進(jìn)機(jī)上作為輔助切割，利用高壓水射流的沖擊、侵蝕效應(yīng)、水楔劈裂作用。達(dá)到提高破巖能力之目的。1983年英國采礦研究院與美國能源部合作，用70 MPa水壓作井下試驗，證明在

17、提高切割巖石能力、降低刀具損耗、減少粉塵生成量、消滅切割火花等方面有明顯的效果。據(jù)英國、德國、美國等大量實驗研究。一般認(rèn)為當(dāng)切割頭上用10～20 MPa 高壓水射流可顯著減低粉塵、抑制火花，用35～70 MPa水射流可以提高切割效率、降低截齒消耗，用150～180 MPa時才有助切效果，200 MPa以上的水射流可以在硬巖中高效鉆孔。這也就形成現(xiàn)今高壓水射流助切和切割的基本概念。但是，采用高壓水射流技術(shù)，待別是水壓在100 MPa以上，其元件和系統(tǒng)研制難度極大，能量消耗大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用十分昂貴。德國試驗室試驗表明，在乎均切割功率120 KW時，加上200 MPa水射流，可切割抗拉強(qiáng)度8。3N

18、／mm2、耐磨系數(shù)達(dá)2。2N／mm的巖石，而高壓水的動力需要350 KW。因此簡化結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)助切和經(jīng)濟(jì)效果的統(tǒng)一，是學(xué)者和專家門研究的重要課題，也是高壓水射流在掘進(jìn)機(jī)上應(yīng)用的難題。 二、發(fā)展自動控制技術(shù) 懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動控制技術(shù)是國外80年代以來重點(diǎn)主攻目標(biāo)之一。包含以下內(nèi)容： 推進(jìn)方向控制； 斷面輪廓尺寸控制； 切割功率自動調(diào)節(jié)控制； 機(jī)器運(yùn)行狀況監(jiān)測和故障診斷； 離機(jī)遙控操作技術(shù)。 德國艾柯夫公司研制的微機(jī)輪廓和導(dǎo)向及機(jī)器運(yùn)行狀況監(jiān)測系統(tǒng)，其持點(diǎn)是用激光導(dǎo)向。由掘進(jìn)機(jī)后面巷道頂部懸掛一個激光發(fā)生器，用棱柱水晶體將激光束分裂為兩個互相垂直面，激光接收器有三條攝像晶體管線，可在

19、600 mm寬的激光束面上捕捉激射光，井將信號輸入計算機(jī)進(jìn)行處理，控制掘進(jìn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)位置的平行偏差和推進(jìn)方向上的角度偏差。這套系統(tǒng)于1983年開始在ET—160和ET—110掘進(jìn)機(jī)上使用。 斷面控制是采用微機(jī)技術(shù)，精確控制掘進(jìn)斷面輪廓尺才。避免超挖，減少充填量。提高巷道質(zhì)量?；驹硎抢们懈畋畚恢脗鞲衅?，取得信號輸入計算機(jī)處理，然后發(fā)出指令，控制切割臂液壓回轉(zhuǎn)、升降油缸，將切割斷面輪廓和切割頭位置同時顯示在屏幕上，然后打印出數(shù)據(jù)。這種程序可實現(xiàn)自動操作和半自動操作。奧地利阿爾卑尼公司的AMCS斷面輪廓與方向控制不用計算機(jī)。采用光電傳感器和邏輯電路，利用三維比例顯示器，顯示切割頭在巷道中位置，相

20、應(yīng)同步跟蹤動作，當(dāng)切割頭截齒接觸巷道斷面邊緣時，即發(fā)出聲響信號，然后由人工操作控制，這是一種比較簡單實用，沒有反饋功能的非閉環(huán)控制系統(tǒng)。已在AM75、AM65掘進(jìn)機(jī)上使用。 日本三并三他公司研制了切割功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，美國礦業(yè)局移植機(jī)器人技術(shù)，研制具有視覺和某些智力功能的導(dǎo)向系統(tǒng)等。機(jī)器正常運(yùn)行監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)是任何掘進(jìn)機(jī)都需要的，對重型機(jī)更是必需的。掘進(jìn)機(jī)的監(jiān)控程序，可早期鑒別技術(shù)故障，必要時發(fā)出指令停止運(yùn)轉(zhuǎn)。主要功能是對各電機(jī)負(fù)荷電流和溫升的顯示檢測及示警保護(hù)；液壓系統(tǒng)的油壓、油溫、泊位、污染及過濾裝置工況檢測及保護(hù)；高壓水和冷卻水系統(tǒng)的檢測與保護(hù)等。這些保護(hù)系統(tǒng)只要有足夠的傳感器和傳

21、感裝置。需要監(jiān)測那個部位時，只需提供可安裝的位置就可實現(xiàn)。重要的是從必要性和可靠性角度設(shè)計選取。 總之，控制技術(shù)發(fā)展日新月異，為實現(xiàn)并下懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動控制、遙控開辟廣闊前景。 三、發(fā)展掘進(jìn)機(jī)組，實現(xiàn)巷道快速掘進(jìn) 80年代以來，綜采機(jī)械化裝備發(fā)展很快，單產(chǎn)效率迅速提高，美國、英國、德國等先進(jìn)產(chǎn)煤國家，不斷涌現(xiàn)日產(chǎn)萬噸、2萬噸甚至3萬噸高產(chǎn)高效工作面。要求采區(qū)巷道快速掘進(jìn)，保持后退開采正常接續(xù)，目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)效率不能滿足快速掘進(jìn)要求，必需研制一種新型高效快速掘進(jìn)設(shè)備。 用連續(xù)采煤機(jī)開掘煤巷，由于它具有橫向長滾筒、全寬巷道上下擺動割煤、裝運(yùn)能力大、結(jié)構(gòu)牢固、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)能力比一般

22、懸臂式掘進(jìn)機(jī)要高。但由于沒有解決頂板支護(hù)機(jī)械化問題，仍需掘進(jìn)幾米。停下來用其它方式支護(hù)頂板，因而并沒有真正“連續(xù)”。用連續(xù)采煤機(jī)開掘巷道的作業(yè)方式，其效率還不能滿足日產(chǎn)幾萬噸綜采工作面快速回采要求。原因就是不連續(xù)的間斷作業(yè)影響巷道掘進(jìn)速度。 多年來人們一直希望有一種真正連續(xù)掘進(jìn)的機(jī)器，既能快速掘進(jìn)割煤，又能同時支護(hù)頂板和側(cè)板，掘進(jìn)與文護(hù)平行作業(yè)，一次成巷。于是出現(xiàn)了“掘錨機(jī)組”的新機(jī)型，作為與高產(chǎn)高效工作面的配套設(shè)備，是一種理想作業(yè)方式，具有很好的發(fā)展前景，令人矚目。 目前這種“掘進(jìn)機(jī)組”已有幾個國家研制成功、并投入使用。如美國JOY公司的12CM30和12CM20B；奧地利Vost A1

23、Pine公司的ABM20型；英國AnJerson GrouP公司的KBⅡ型。這些機(jī)器在一般中等地質(zhì)條件下，沿煤層單巷掘進(jìn)速度可達(dá)4～6m／h，每天掘進(jìn)80～120 m。真正實現(xiàn)了快速掘進(jìn)。 1.3國外掘進(jìn)設(shè)備及綜掘技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1949年第一臺懸臂式掘進(jìn)機(jī)在匈牙利問世，經(jīng)過幾十年不斷改進(jìn)、發(fā)展的歷程。現(xiàn)在世界上掘進(jìn)機(jī)使用已超過幾千臺。有10多個國家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計研究和制造。主要國家是：奧地利、英國德國、日本、前蘇聯(lián)等。 (1)半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)普遍推廣 隨著開采深度的加大及薄煤層開采的需要，切割煤巖的硬度及半煤巖巷道的掘進(jìn)量增長，已研制的EBJ-132, EBH

24、-132, EBJ-160等幾種掘進(jìn)機(jī)能夠勝任半煤巖巷道掘進(jìn)。半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)適用機(jī)型重量約45-90 t.切割巖石抗壓強(qiáng)度不大于80MPa為宜。EBJ-160在切割局部硬巖時，出現(xiàn)強(qiáng)烈振動，應(yīng)以60-70t重的機(jī)型為主，可以使機(jī)器的振動減輕，機(jī)器零件壽命延長，總體經(jīng)濟(jì)效果好。 (2)機(jī)器的可靠性高 以先進(jìn)的制造技術(shù)為基礎(chǔ)，從原材料質(zhì)量到零部件的加工精度都能嚴(yán)格控制，又有優(yōu)越的國際協(xié)作條件，選購?fù)赓復(fù)鈪f(xié)件的范圍寬廣。有效的保證了主機(jī)的質(zhì)量水平。此外，今年來廣泛的采用了可靠性技術(shù)，其突出表現(xiàn)為簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、采用將額設(shè)計。在齒輪傳動、機(jī)械聯(lián)接及液壓傳動方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)，有的地方以嵌裝式結(jié)構(gòu)

25、代替螺栓組結(jié)構(gòu)。既簡化了結(jié)構(gòu)，又大大提高了可靠性。 (3)采用機(jī)電一體化技術(shù) 國外新型掘進(jìn)機(jī)均配各有完善的工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。從而可早期發(fā)現(xiàn)故障，快速排出故障，大大減少停機(jī)時間。有些重型掘進(jìn)機(jī)還可配置自動控制系統(tǒng)，可以使機(jī)器的生產(chǎn)率提高30%左右，還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn)，避免由于人工操作不當(dāng)引起的尖峰負(fù)荷，從而延長機(jī)器的使用壽命約20%。 1.4 我國內(nèi)掘進(jìn)設(shè)備的發(fā)展及存在的問題 1.4.1 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的科研成果 目前，我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)已躍上了一個新的臺階，總體水平已接近國外同行。在產(chǎn)品的開發(fā)方面，掘進(jìn)機(jī)的切割功率從30kW提高到160kW，機(jī)重從13t上升到

26、53t，切割對象從煤擴(kuò)展到半煤巖，并逐步形成了煤及半煤巖掘進(jìn)兩大系列、十多個品種。尤其是在“八五”后期至“九五”初期研制成功的EBJ系列半煤巖掘進(jìn)機(jī)，其技術(shù)性能達(dá)到并部分超過了某些進(jìn)口的同類產(chǎn)品，具有良好的性能價格比。代表我國煤巷掘進(jìn)機(jī)設(shè)計水平的主要機(jī)型有:上海分院研制的ELMA一40型、ELMB一55型、ELMS一75型系列、EBJ一100型等掘進(jìn)機(jī)，太原分院研制的EMA一30M、EL一90型、EBJ一110型、EBJ一65/48型等掘進(jìn)機(jī)和唐山分院研制的EBZ-75型掘進(jìn)機(jī)。其中上海分院研制的ELMB一75型系列掘進(jìn)機(jī)與引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的AM一50型,5100型掘進(jìn)機(jī)已逐漸成為我國煤巷掘進(jìn)設(shè)備

27、的主力機(jī)型。 1.4.2 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展展望 (1)產(chǎn)品開發(fā)的適用性 我國地域遼闊，地質(zhì)條件差異顯著，井型類別眾多，開采工藝不一。因此，綜掘設(shè)備的研制也可以從三個方面著手。 （一）是在現(xiàn)有懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行變異設(shè)計或二次開發(fā)，使其在適應(yīng)性、功能性上得到延展。 （二）是開發(fā)滿足高產(chǎn)高效礦井發(fā)展要求的快速綜合掘進(jìn)設(shè)備。 （三）是開發(fā)能滿足特殊地質(zhì)條件要求的綜合機(jī)械化掘進(jìn)設(shè)備。 (2)產(chǎn)品使用的可靠性 煤礦生產(chǎn)對機(jī)械設(shè)備的可靠性要求很高。高可靠性的具體體現(xiàn)是設(shè)備的高開機(jī)率。影響高開機(jī)率的重要因素之一就是設(shè)備的可靠性。因此，不管是舊機(jī)型的完善還是新機(jī)型的開發(fā)都要以可靠性

28、為前提。作為設(shè)計者應(yīng)從設(shè)計選型可靠性出發(fā)進(jìn)行設(shè)計，如容量裕度、等效壽命、元件通用等;作為制造者應(yīng)從加工工藝的可靠性出發(fā)進(jìn)行制造，如材料選擇、工藝措施等;作為使用者則應(yīng)從生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性出發(fā)指導(dǎo)生產(chǎn)，如合理配置、完善系統(tǒng)、文明生產(chǎn)等。通過三個環(huán)節(jié)的互相支撐達(dá)到提高整體可靠性的目的。 (3)產(chǎn)品與生產(chǎn)系統(tǒng)的配套性 巷道的綜合機(jī)械化掘進(jìn)是一項系統(tǒng)工程。只有生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)扰涮篆h(huán)境都正常運(yùn)轉(zhuǎn)才能保證掘進(jìn)作業(yè)的正常進(jìn)行。根據(jù)不同的資料統(tǒng)計，掘進(jìn)機(jī)在井下作業(yè)時正常掘進(jìn)、停機(jī)支護(hù)和運(yùn)輸系統(tǒng)影響所占的時間約各占總循環(huán)時間的30%。如果我們在綜掘系統(tǒng)配套方面進(jìn)一步開展一些有效的、合乎生產(chǎn)特點(diǎn)的研究工作，當(dāng)會對綜

29、掘生產(chǎn)有所裨益。因此，我們的開發(fā)工作還應(yīng)根據(jù)礦井掘進(jìn)工作面的工藝條件和工作對象，對適用不同綜掘設(shè)備的開拓掘進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行分類，找出典型，提出范例，供生產(chǎn)選擇。 1.4.3 我國掘進(jìn)機(jī)目前存在的問題 (1)目前我國研制的產(chǎn)品主要適用于煤巷掘進(jìn)，對于硬煤及半煤巖巷道適應(yīng)性差，機(jī)器振動過大，故障率高。 (2)國內(nèi)應(yīng)用最多的幾種機(jī)型，除切割硬度偏低之外，內(nèi)噴霧系統(tǒng)及防碰撞裝置實際上不起作用，許多電氣保護(hù)工作不可靠，普遍存在用戶甩保護(hù)現(xiàn)象，電控系統(tǒng)抗振性差。 (3)技術(shù)引進(jìn)缺少創(chuàng)新我國引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的機(jī)型生產(chǎn)多年改進(jìn)不大，尤其是不能結(jié)合我國制造，使用水平進(jìn)行改進(jìn)，逐漸暴露出許多缺點(diǎn)。 1.5懸臂式掘

30、進(jìn)機(jī)的基本組成與技術(shù)特點(diǎn) 1.5.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基本組成 懸臂式掘進(jìn)機(jī)一般由截割部、鏟板部、第一運(yùn)輸機(jī)、本體部、行走部、后支承、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)，護(hù)板部共11部分構(gòu)成。 1.5.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)特點(diǎn) 掘進(jìn)機(jī)法掘進(jìn)巷道與傳統(tǒng)的鉆爆法相比具有許多優(yōu)點(diǎn)： （1） 速度快、成本低。用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)巷道，可以使掘進(jìn)速度提高1～ 2倍，效率平均提高1～2倍，進(jìn)齒成本降低30％～50％。 （2） 安全性好。由于不需打眼放炮，圍巖不易被破壞，即有利于巷道支護(hù)，又可減少冒頂和瓦斯突出的危險，大大提高了工作面的安全性。 （3） 有利于回采工作面的準(zhǔn)備。 （4）

31、工程量小。利用鉆爆法，巷道超挖量可達(dá)20％，利用掘進(jìn)機(jī)法，巷道超挖量可小到5％，從而減少了支護(hù)作業(yè)的充填量，降低成本，提高速度。 （5） 改善了勞動條件，減少了工作人員。 2.EBZ200掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計 2.1 任務(wù)說明 2.1.1 題目 EBZ200型掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的研制 2.1.2 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)。截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)重要部件，主要由截割電動機(jī)、截割減速器、升降臂、工作臂、截割頭、內(nèi)噴霧送水裝置等組成。 2.1.3具體要求 1.截割機(jī)構(gòu)具有可伸縮性，伸縮量550mm； 2.截割減速器采用一級直齒輪和

32、兩級行星減速形式； 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1.75計算； 4.輸入、輸出聯(lián)軸節(jié)采用花鍵聯(lián)接； 2.1.4 畢業(yè)設(shè)計工作量 1.截割機(jī)構(gòu)總圖； 2.截割減速器結(jié)構(gòu)圖； 3.設(shè)計的理論基礎(chǔ)。 2.1.5 完成時間 2009年3月～2009年6月 2.1.6 提交內(nèi)容 1.截割機(jī)構(gòu)總圖； 2.截割減速器結(jié)構(gòu)圖及主要零件的圖紙； 3.設(shè)計計算說明書； 4.畢業(yè)設(shè)計論文一份。 2.2 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，

33、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。整機(jī)充分借鑒國外先進(jìn)機(jī)型的典型結(jié)構(gòu)及采用計算機(jī)輔助設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好；關(guān)鍵部件和動密封均采用高質(zhì)量進(jìn)口產(chǎn)品，保證整機(jī)性能可靠；機(jī)器重心前置設(shè)計，有利于搭接皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)后機(jī)器的平穩(wěn)作業(yè)。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。 2.3 主要特點(diǎn) 1、采用縱軸截割方式，便于打柱窩、修巷，截割功率大、適應(yīng)能力強(qiáng)、掘進(jìn)效率高；

34、 2、采用直徑適中的截割頭，單刀力大，截齒布置合理，破巖過斷層能力強(qiáng)，截割振動小，工作穩(wěn)定性好； 3、具有內(nèi)外噴霧功能，有效抑制粉塵； 4、采用俯角鏟板，有利于裝載和截割頭下切；兩種寬度的鏟板方便選擇；星輪馬達(dá)直接驅(qū)動替代機(jī)械傳動，減少故障的發(fā)生； 5、采用雙邊鏈輸送機(jī)，有利于大塊煤的輸送，傳動平穩(wěn)可靠； 6、液壓傳動系統(tǒng)采用變量泵系統(tǒng)、液控先導(dǎo)操作，工作穩(wěn)定，關(guān)鍵部件和密封均采用高質(zhì)量進(jìn)口產(chǎn)品，保證整機(jī)性能可靠。 7、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； 8、行走裝置采

35、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。有效提高工作效率；行走馬達(dá)與減速一體化結(jié)構(gòu)，質(zhì)量更加可靠。 2.4 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 5.1 m 行走速度（高/低）（m/min） 6.1/3.1 最大掘進(jìn)寬度（m） 6.5 履帶寬度（mm） 600 爬坡能力 ±16° 對地壓強(qiáng)（MPa） 0.14 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） 1.5 截割電機(jī)功率

36、（KW） 200 內(nèi)噴霧水壓（MPa） 4.0 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） 10.5X3.6X1.8 溜槽斷面尺寸（寬X高）（m） 0.65X0.35 整機(jī)重量（t） 56 2.5方案的確定 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。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，對于實現(xiàn)整機(jī)的

37、各項技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。 2.5.1 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。因懸臂截割式掘進(jìn)機(jī)機(jī)體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能實現(xiàn)選擇性截割，而且截割效果好，掘進(jìn)速度較高；所以，現(xiàn)在主要采用懸臂截割式，并已成為當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的一種基本型式。 按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種?？v軸式截割頭傳動方便、結(jié)構(gòu)緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。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

38、平整，故使用較多。缺點(diǎn)是由于縱軸式截割頭在橫向擺動截割時的反作用力不通過機(jī)器中心，與懸臂形成的力矩使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。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。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。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。由于截深較小，截割與裝載情況較好?？v向截割時，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是傳動裝置較復(fù)雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便；因為截割頭較長對掘進(jìn)斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側(cè)壁。這種掘進(jìn)機(jī)多使用拋物線或半球形截割頭。 由于工作機(jī)構(gòu)的載荷變化范圍大、驅(qū)動功率

39、大、過堅硬巖石時短期過載運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊載荷、振動較大，要求其傳動裝置體積小，最好能調(diào)速?？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。雖然液壓傳動具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于對沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時過載，一般選擇過載能力較大的電動機(jī)驅(qū)動。 2.5.2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)?。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機(jī)體后面的轉(zhuǎn)載機(jī)上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉(zhuǎn)向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結(jié)構(gòu)復(fù)

40、雜。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。同時，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。 (2)螺旋式。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)。由于頭體形狀的缺點(diǎn)，這種機(jī)構(gòu)目前使用很少。 (3)耙爪式。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)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應(yīng)用很普遍。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。 (4)星輪式。該種機(jī)

41、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。 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)計成耙爪與星輪可互換的裝載機(jī)構(gòu)。 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。但考慮工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動為好。 2.4.3　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)。輸送機(jī)構(gòu)可采用聯(lián)合驅(qū)動方式，即將電動機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī)靠近機(jī)身一側(cè)，在驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)同時，間接地以輸送機(jī)構(gòu)機(jī)尾為主動軸帶動刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。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，

42、相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。 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)。這種驅(qū)動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點(diǎn)有所增加。 目前，這兩種輸送機(jī)構(gòu)均有采用，設(shè)計時應(yīng)酌情確定。一般常采用與裝載機(jī)構(gòu)相同的驅(qū)動方式。 2.4.4　轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的型式選擇 該掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)有兩種布置方式：①作為機(jī)器的一部分；②為機(jī)器的配套設(shè)備。目前，多采用膠帶輸送機(jī)。 膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)傳動方式有3種：①用液壓馬達(dá)直接或通過減速器驅(qū)動機(jī)尾主動卷筒；②由電動卷筒驅(qū)動

43、主動卷筒；③利用電動機(jī)通過減速器驅(qū)動主動卷筒。 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。 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)應(yīng)采用單機(jī)驅(qū)動，可選用電動機(jī)或液壓馬達(dá)。 2.6　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。 (1)邁步式。該種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結(jié)構(gòu)，使人員能自由進(jìn)出工作面，并可越過裝載機(jī)構(gòu)到達(dá)機(jī)器的后面。使用支撐裝置可起到掩護(hù)頂板、臨時支護(hù)的作用。但由于向前推進(jìn)時，支架反復(fù)交替地作

44、用于頂板，掘進(jìn)機(jī)對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機(jī)構(gòu)主要用于巖巷掘進(jìn)機(jī)，在煤巷、半煤巖巷中也有應(yīng)用。 (2)導(dǎo)軌式。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。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度。這種行走機(jī)構(gòu)主要用于沖擊式掘進(jìn)機(jī)。 (3)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(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)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重。 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)。由于其工作環(huán)境差，用電動機(jī)驅(qū)動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達(dá)驅(qū)動。 2.7除塵裝置的型式選擇 掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式

45、和抽出式兩種。 (1)噴霧式。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。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。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。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用壽命長。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。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對著截齒噴射。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。但噴嘴容易堵塞和損壞，供水管路復(fù)雜，活動聯(lián)接處密封較困難。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

46、來考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵。 (2)抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設(shè)計掘進(jìn)機(jī)時，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)條件來選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進(jìn)機(jī)移動，風(fēng)機(jī)的噪音很大，應(yīng)安裝消音裝置。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。近年來，除塵設(shè)備有向抽出式和噴霧式聯(lián)合并用方向發(fā)展的趨勢。 2.8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。但對于巖巷掘進(jìn)和隧道掘進(jìn)，一般其巖體f≥8(抗壓強(qiáng)度在80～100MPa以上)，掘進(jìn)機(jī)效率明顯降低，截齒消耗量大增，導(dǎo)致生產(chǎn)成本顯著提高。這時，應(yīng)考慮采用高壓水細(xì)射

47、流輔助切割技術(shù)。 該技術(shù)為利用20MPa以上、流量為4L/min左右的壓力水，自孔徑為0.4～1.0mm的噴嘴射出，對截齒的機(jī)械破碎起輔助作用。 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 ＜0.5 0.5～20 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。在掘進(jìn)機(jī)上安裝的高壓水細(xì)射流系統(tǒng)為：外來水經(jīng)過控制閥、濾水器進(jìn)入增壓器，壓力增高后的高壓水進(jìn)入懸臂端的旋轉(zhuǎn)密封，由截割頭上安

48、裝的數(shù)個噴嘴噴射出去。 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。 在掘進(jìn)機(jī)的截割頭上，噴嘴安裝位置有3種：①裝設(shè)在截齒前方。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；不存在巖粒回彈損壞噴嘴問題；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。②安裝在截齒上靠近齒尖處。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。缺點(diǎn)是需用專用的截

49、齒和齒座，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；噴嘴離煤巖體近，回彈的巖粒會加速噴嘴的損壞。③噴嘴裝在齒座上。當(dāng)截齒與煤巖體接觸才噴水的方式，齒不工作時不噴射，可節(jié)省水；除塵和撲滅火花的效果好。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。應(yīng)用高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù)，是擴(kuò)大掘進(jìn)機(jī)的使用范圍、提高掘進(jìn)速度的最佳途徑，但其系統(tǒng)形式、水壓和流量，及其零件的結(jié)構(gòu)尺寸要根據(jù)煤巖體性質(zhì)合理地確定。下圖為EBZ200型掘進(jìn)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)簡圖。 圖2.1 2 EBZ160掘進(jìn)機(jī)截割部的設(shè)計 3.1行星傳動概述 行星齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比

50、較，具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、體積小、噪聲小、傳動比大、壽命長、承載能力大、傳動平穩(wěn)、傳動效率高、 運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力強(qiáng)、工作可靠性高以及實現(xiàn)各種變速的復(fù)雜的運(yùn)動等優(yōu)點(diǎn)。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)。 行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率，而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動裝置上。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。因此，行星齒輪傳動在起重運(yùn)輸、工程機(jī)械、冶金礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀

51、器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門均獲得了日益廣泛的應(yīng)用。 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。 我所設(shè)計的EBZ160型掘進(jìn)機(jī)截割部分的減速裝置上采用的是行星減速系統(tǒng)。 3.2 傳動原理圖 圖3.1 a代表太陽輪，b代表內(nèi)齒輪，c代表行星輪 3.3 第一級直齒輪傳動設(shè)計計算 3.3.1.總傳動比計算 根據(jù)齒面硬度要求預(yù)選材料18CrNi4WA滲碳淬火 3.3.2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

52、電動機(jī)。 電動機(jī)型號——YB315L2-4 主要技術(shù)參數(shù)： 額定功率——200KW 同步轉(zhuǎn)速——1500 r/min 額定電壓——380V 滿載轉(zhuǎn)速——1475 r/min 輸出效率——94.5% 3.3.3根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 確定齒輪傳動精度等級：按估取圓周速度 根據(jù)圓周速度取精度等級為Ⅱ組6級精度 小輪分度圓直徑 選取齒寬系數(shù) 小齒輪齒數(shù)選取為： 大齒輪齒數(shù)選取為： 傳動比 齒輪齒數(shù)比 小齒輪轉(zhuǎn)距 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 預(yù)取動載荷系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù) 齒間載

53、荷分配系數(shù)根據(jù)來確定。 查相關(guān)資料得 則動載荷系數(shù)K的初值 彈性系數(shù) 預(yù)取模數(shù)m＝6 預(yù)取嚙合角可得傳動中心距變位系數(shù) 初算中心距 實際中心距 實際變位系數(shù)計算 計算實際變位角 得 計算傳動變位系數(shù)： 查相關(guān)資料得： 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。 圓周速度 m/s 修正 節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) 重合度系數(shù)根據(jù)來選取 許用接觸應(yīng)力 接觸疲勞極限應(yīng)力 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得壽命系數(shù) 取硬化系數(shù) 則許用接觸應(yīng)力 齒輪分度圓直徑的計算 齒輪模數(shù)的計算 小于6，則取m＝6可行

54、 實際分度圓直徑的計算 中心距的計算 齒寬b的計算 按小齒輪齒寬比大齒輪齒寬大5mm的原則得： 3.3.4齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)公式 計算： 查得： 齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 重合度系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 查得： 彎曲壽命系數(shù) 尺寸系數(shù) 安全系數(shù) 則 故 所以合格 3.4高速級行星齒輪的設(shè)計計算 3.4.1傳動比分配 （1）行星齒輪的總傳動比 式中 ——高速級直齒輪傳動傳動比 ——總傳動比 ——行星齒輪總傳動比 根據(jù)值，考慮實際情況和查表采用NGW型二級行星減速器。 （2）傳動比的分配

55、選取高低速兩級的齒輪材料相同，齒面硬度相同，則 齒寬系數(shù)比 由以上參數(shù)得A＝2，,B=1得E＝2 查得， 3.4.2選擇材料 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 ＝100 MPa＝1300 N/ 行星輪 ＝1300 MPa＝1300 N/ 查表取試驗齒輪根彎曲疲勞極限 太陽輪 ＝400 N/ 行星輪 ＝400×0.7 MPa＝280 N/（載荷對稱） 齒形為漸開線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級 選擇內(nèi)齒圈材料為38CrMoAL，調(diào)質(zhì)處理，硬度為2

56、62-302HBC 查表取試驗齒輪的接觸疲勞極限 查表試取試驗齒輪的彎曲疲勞極限 齒形的終加工為插齒，精度為7級 3.4.3轉(zhuǎn)距計算 高速級輸出轉(zhuǎn)矩 （N·m） 低速級輸出轉(zhuǎn)矩（N·m） 式中 ——高速級傳動效率，取=98% 式中 ——低速級傳動效率 取=98% 代入數(shù)據(jù) = 根據(jù)傳動比值的大小查表取：高速級 低速級 3.4.4參數(shù)的選取和計算 1.載荷不均勻系數(shù)的選取 低速級采用太陽輪浮動的均載機(jī)構(gòu)， 故，查表取 高速級采用太陽輪和行星架同時浮動的均載機(jī)構(gòu)， 故，查表取

57、 2.確定齒數(shù) （1）太陽輪齒數(shù)的確定 根據(jù)經(jīng)驗和設(shè)備能力及相關(guān)資料初取 （2）內(nèi)齒輪齒數(shù)的確定 根據(jù)2K-H(NGW)型行星齒輪傳動的傳動比公式 （3-1） （3-2） 式中——行星齒輪傳動的特性參數(shù)。 特性參數(shù)與給定的傳動比 有關(guān)。值必須合理地選取。值太大或太小都是不合理的。如果值太大，或許可能使得內(nèi)齒輪值很大；或使得中心輪 值很小。通常，內(nèi)齒輪的尺寸是受到減速器總體尺寸的限制。為了不過分地增大其外形尺寸，故值不能很大。另外，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。一般應(yīng)選取=3~

58、8。 由式（3-2）得出內(nèi)齒輪齒數(shù) 對內(nèi)齒輪齒數(shù)進(jìn)行圓整取 （3）行星輪齒數(shù)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。為保證中心論與行星架軸線重合條件下的正確嚙合，由中心輪和行星輪組成的各嚙合副的實際中心距必須相等，即同心條件。 設(shè)a-g嚙合副實際中心距，g-b嚙合副實際中心距，依據(jù)同心條件，各對相嚙合的齒輪的中心距相等。 即： = （3-3） 對于非變位、高度變位、等嚙合角度變位 中心距

59、 （3-4） 式中“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合 由式（3-3）和（3-4）得 （3-5） 如果為偶數(shù)，則可按公式（3-5）計算 即： （3-6） 由上面的式子所求得的值只適合用于非變位或高度變位的行星傳動。如果為奇數(shù)，即在采用角度變位的傳動中，則可按下面的公式計算 （3-7） 將數(shù)據(jù)代入公式（3-6）得 取 3.4.5初步計算齒輪模數(shù)m和中心距a 1.齒輪模數(shù)的確定 EBJ-1

60、20TP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)。減速器裝配在掘進(jìn)機(jī)的截割部。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。依據(jù)設(shè)計手冊及相關(guān)資料，行星齒輪傳動為閉式硬齒面齒輪傳動，主要失效形式為齒輪折斷，按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度公式計算齒輪的模數(shù)m 。 按照齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計公式確定起模數(shù) （3-8） 式中 ——算式系數(shù)，對于直齒輪傳動為12.1 對于斜齒輪傳動為11.5 —— 小齒輪承受的扭矩（N·mm) ——綜合系數(shù)； ——彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)； —— 齒輪寬度系數(shù)； —— 齒輪副中小齒輪齒數(shù)；

61、——試驗齒輪的彎曲疲勞極限（N/mm2） ——計算彎曲強(qiáng)度的使用系數(shù)； ——載荷作用于齒頂時的小齒輪齒形系數(shù)； 2K-H型傳動有兩個嚙合齒輪副：，。減速器傳動的轉(zhuǎn)矩主要由中心輪與行星輪嚙合傳遞。因此，我們在這里先按照齒輪副進(jìn)行模數(shù)的初算。 N·m （1） 選擇齒寬系數(shù)為 查相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以得到；=400N/mm2；齒形系數(shù)=2.39；=2.0；取接觸強(qiáng)度計算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)=1.15，由于，所；齒寬系數(shù)選0.5； 將上面得到的數(shù)據(jù)代入公式（3-8）得： 取模數(shù)為10 2. 齒輪副嚙合中心距的確定 所以未變位前中心距 mm 預(yù)取變位角 實

62、際中心距 3.4.6變位系數(shù)的計算 （1）a-g傳動 根據(jù)中心距的實際情況，采用角度變位 嚙合角 變位系數(shù)和 中心距變動系數(shù)y 分配變位系數(shù) 查表取 （2）g-b傳動 嚙合角 （3-9） 式中 mm 所以未變位前中心距 mm 預(yù)取變位角 實際中心距 把數(shù)據(jù)代入式（3-9）得 變位系數(shù)和 根據(jù)中心距的實際情況 =0.41 分配變位系數(shù) 由a-g變位系數(shù)分配可知 根據(jù)經(jīng)驗選?。?.58 中心距變動系數(shù)y=0.4 3.

63、4.7齒輪幾何尺寸的計算 分度圓直徑 （3-10） 齒頂圓直徑 （3-11） 齒根圓直徑 （3-12） 基圓直徑 （3-13） 式中“+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合 齒高系數(shù)： 太陽輪、行星輪齒高系數(shù)—— 內(nèi)齒輪齒高系數(shù)—— 頂隙系數(shù) 內(nèi)齒輪頂隙系數(shù)—— 將數(shù)據(jù)代入公式（3-10）、(3-11)、（3-12）、（3-13） (1

64、)中心輪的幾何尺寸 分度圓直徑 mm 齒頂圓直徑 mm 齒根圓直徑 mm 基圓直徑 mm (2)行星輪的幾何尺寸 分度圓直徑 mm 齒頂圓直徑 mm 齒根圓直徑 mm 基圓直徑 mm (3)內(nèi)齒輪的幾何尺寸 分度圓直徑 mm 齒頂圓直徑 mm 齒根圓直徑 mm 基圓直徑 mm 3.4

65、.8行星齒輪嚙合要素的計算 (1)a-g傳動端面重合度的計算 頂圓齒形曲率半徑 （3-14） 將數(shù)據(jù)代入公式（3-14）得 中心輪 行星輪 端面嚙合長度 （3-15） 式中：——端面節(jié)圓嚙合角，直齒圓柱齒輪==22° “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合 將數(shù)據(jù)代入公式（3-15）得 =45.29mm 端面重合度 式中：——螺旋角，直齒圓柱齒輪=0 ——端面壓力角，=0° 代入數(shù)據(jù)=1.44 〉1 符合要求 （2）g-b傳動端面重合

66、度的計算 頂圓齒形曲率半徑 將數(shù)據(jù)代入公式（3-14） 內(nèi)齒輪頂圓齒形曲率半徑=135 端面嚙合長度 （3-16） 式中：——端面節(jié)圓嚙合角，直齒圓柱齒輪==22° “+”用于外嚙合，“-”用于內(nèi)嚙合 將數(shù)據(jù)代入公式（3-15）得 =37.26 端面重合度 （3-17） 式中：——螺旋角，直齒圓柱齒輪=0 ——端面壓力角，=0° 代入數(shù)據(jù) =1.18〉1 符合要求 3.4.9行星齒輪裝配條件的驗算 （1）傳動比條件： 配齒利用此公式，故滿足要求 （2）鄰接條件： 上式轉(zhuǎn)換為： 代入數(shù)據(jù) ,滿足要求 （3）同心條件： = 配齒利用此公式，故滿足要求 （4）裝配條件：為整數(shù) 滿足要求 3.4.10行星齒輪傳動效率計算 由NGW型行星齒輪傳動原理可以知道，中心輪為主動件，行星架為從動件，故低速級行星齒輪傳動效率可采用下面的公式計算 （3-18） 嚙合損失系數(shù)為