《EBZ160掘進機截割部設計畢業(yè)設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《EBZ160掘進機截割部設計畢業(yè)設計（76頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 EBZ160掘進機截割部設計 摘 要 懸臂式掘進機是為煤礦綜采及高檔普采工作面采掘巷道的機械設備，它結構緊湊、適應性好機身矮、重心低、操作簡單、檢修方便。本次設計主要是懸臂式掘進機的截割機構，懸臂式掘進機的截割機構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。我所設計的掘進機截割部是縱軸式帶伸縮的形式?？v軸式與橫軸式相比，主要有結構簡單，設計方便，便于安裝和調試。在截割過程中，橫軸式可以進行上下左右擺動截割，方便靈活。帶伸縮的截割臂，在解決掘進機掘進面窄的問題上發(fā)揮了很大作用，掘進機截割部帶伸縮，加大了截割部的長度，從而加大了截割頭所經過的截割

2、面，提高了掘進效率。我的設計中動力源是電動機，通過聯軸器傳動，由減速器進行減速，最后輸出轉速為40r/min。本設計中主要的傳動結構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結。本設計中介紹了EBZ160型掘進機的檢修及維護保養(yǎng)。 關鍵詞：掘進機 ；截割部 ；齒輪減速器 ；帶伸縮 Abstract The cantilever mechanical boring machine is picks and upscale Pu for the

3、coal 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 c

4、utting 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

5、 is the 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 m

6、ay carry 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 t

7、he cutting 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

8、 rotational 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 overhau

9、l and maintenance. Key word: Mechanical boring machine; Cutting department; Speed reducer gear; Belt expansion and contraction. 目錄 1. 掘進機的概述 1 1.1 懸臂式掘進機簡介 1 1.2現代掘進機發(fā)展的趨勢 1.3 國外掘進設備及綜掘技術發(fā)展現狀 1.4我國內掘進設備的發(fā)展及存在的問題 1.4.1 我國懸臂式掘進機的科研成果 1.4.2 我國懸臂式掘進機技術發(fā)展展望

10、 1.4.3 我國掘進機目前存在的問題 1.5懸臂式掘進機的基本組成與技術特點 1.5.1懸臂式掘進機的基本組成 1.5.1懸臂式掘進機技術特點 2.EBZ160掘進機總體方案設計 9 2.1 任務說明 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)設計工作量 9 2.1.5 完成時間 9 2.1.6 提交內容 9 2.2 主要性能 9 2.3 主要特點 10 2.4 主要技術參數 10 2.5方案的確定 11 2.5.1 工作機構的型式選擇 11 2.

11、5.2裝載機構的型式選擇 12 2.6工作機構的型式選擇 13 2.7除塵裝置的型式選擇 14 2.8高壓水細射流輔助切割技術 14 3. EBZ160掘進機截割部的設計 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計計算 18 3.3.1.總傳動比計算 18 3.3.2選擇電動機 18 3.3.3根據齒面接觸疲勞強度設計計算 18 3.3.4齒根彎曲疲勞強度校核 21 3.4高速級行星齒輪的設計計算 22 3.4.1傳動比分配 22 3.4.2選擇材料 23 3.4.3轉距計算 23 3.4.4參數的選取和計算 23

12、3.4.5初步計算齒輪模數m和中心距a 25 3.4.6變位系數的計算 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行星齒輪強度的計算 30 3.5高速級行星齒輪設計及校核 35 3.5.1配齒計算 35 3.5.2初步計算齒輪模數m和中心距a 36 3.5.3變位系數的計算 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

13、.5.8行星齒輪強度的計算 41 3.6軸的計算校核 45 3.6.1主要已知參數 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 花鍵聯軸器的選擇 46 3.6.5花鍵聯結強度校核 46 3.6.6軸的強度校核 47 3.6.7軸承壽命計算 48 4. 檢修及維護保養(yǎng) 50 4.1機器的檢修 50 4.2機器維護和保養(yǎng) 53 4.2.1機器的日常維護保養(yǎng) 54 4.2.2機器的定期維護保養(yǎng) 55 4.2.3潤滑 56 4.2.4電氣 60 4.3機器常見故障的原因及處理方法 61 總結 67 參考文獻 68 英文翻譯 6

14、8 致 謝 76 1. 掘進機的概述 1.1 懸臂式掘進機簡介 懸臂式掘進機是煤礦井下巷道綜掘法的主要設備，它集開挖、裝碴和自動行走于一體，操縱方便，對復雜地質適應性強，便于支護，用于煤和半煤巖層的掘進因此在采礦工程中得到了越來越廣泛的應用。 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、裝運機構、行走機構、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。 1.2 現代掘進機發(fā)展的趨勢 分析國內外懸臂式掘進機近期產品，可知現代掘進機技術發(fā)展趨勢是；改善切割技術、提高對硬巖切割能力、采用現代控制技術、實現遠程控

15、制和遙控操作、研制掘錨機組，是巷道快速掘進的發(fā)展方向。 一、提高對硬巖切割能力 從國內外懸臂式掘進機產品發(fā)展過程可以看出，早期產品是適應切割煤和軟巖的輕型設備。70年代后期、人們在機械和液壓兩方面做了大量研究工作，出現了切割半煤巖的中重型設備，近期多數掘進機可切割巖石強度達70—100MPa，德國普拉待公司研制的E200型重型掘進機。機重達110噸，可切割巖石強度為70—124MPa，最大達206MPa。可見增加機重、加大切割功率，改進切割技術，是提高硬巖切割能力的必然發(fā)展趨勢。目前重型掘進機的切割功率多為132～00KW。超重型機都在200KW以上。 為了是適應切割硬巖，在增加機器自重

16、的同時，新機型都實行緊湊化設計，努力降低機器高度，減少機器振動，提高工作穩(wěn)定性。如奧地利AM65型和德國ET110型，機高都低于1.5m，并采用寬履帶，減少對地比壓，增強爬坡能力。在機身前、后部位裝設油缸式穩(wěn)定器，使機器切割硬巖時牢固定位，減輕振動。 機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，不斷完善和提高已有技術，使之達到最佳切割水平，也是重要內容。 高壓術射流破巖是一項新的切割技術，早在70年代，就由美國人移植到懸臂式掘進機上作為輔助切割，利用高壓水射流的沖擊、侵蝕效應、水楔劈裂作用。達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

17、下試驗，證明在提高切割巖石能力、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。據英國、德國、美國等大量實驗研究。一般認為當切割頭上用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，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、結構復雜、費用十分昂貴。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

18、拉強度8。3N／mm2、耐磨系數達2。2N／mm的巖石，而高壓水的動力需要350 KW。因此簡化結構、實現助切和經濟效果的統(tǒng)一，是學者和專家門研究的重要課題，也是高壓水射流在掘進機上應用的難題。 二、發(fā)展自動控制技術 懸臂式掘進機自動控制技術是國外80年代以來重點主攻目標之一。包含以下內容： 推進方向控制； 斷面輪廓尺寸控制； 切割功率自動調節(jié)控制； 機器運行狀況監(jiān)測和故障診斷； 離機遙控操作技術。 德國艾柯夫公司研制的微機輪廓和導向及機器運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)，其持點是用激光導向。由掘進機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

19、晶體管線，可在600 mm寬的激光束面上捕捉激射光，井將信號輸入計算機進行處理，控制掘進機標準位置的平行偏差和推進方向上的角度偏差。這套系統(tǒng)于1983年開始在ET—160和ET—110掘進機上使用。 斷面控制是采用微機技術，精確控制掘進斷面輪廓尺才。避免超挖，減少充填量。提高巷道質量?；驹硎抢们懈畋畚恢脗鞲衅?，取得信號輸入計算機處理，然后發(fā)出指令，控制切割臂液壓回轉、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，然后打印出數據。這種程序可實現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。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

20、巷道中位置，相應同步跟蹤動作，當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掘進機上使用。 日本三并三他公司研制了切割功率自動調節(jié)系統(tǒng)，美國礦業(yè)局移植機器人技術，研制具有視覺和某些智力功能的導向系統(tǒng)等。機器正常運行監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)是任何掘進機都需要的，對重型機更是必需的。掘進機的監(jiān)控程序，可早期鑒別技術故障，必要時發(fā)出指令停止運轉。主要功能是對各電機負荷電流和溫升的顯示檢測及示警保護；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；高壓水和冷卻水系統(tǒng)的檢測與保護等。這些保護系統(tǒng)只要有足

21、夠的傳感器和傳感裝置。需要監(jiān)測那個部位時，只需提供可安裝的位置就可實現。重要的是從必要性和可靠性角度設計選取。 總之，控制技術發(fā)展日新月異，為實現并下懸臂式掘進機自動控制、遙控開辟廣闊前景。 三、發(fā)展掘進機組，實現巷道快速掘進 80年代以來，綜采機械化裝備發(fā)展很快，單產效率迅速提高，美國、英國、德國等先進產煤國家，不斷涌現日產萬噸、2萬噸甚至3萬噸高產高效工作面。要求采區(qū)巷道快速掘進，保持后退開采正常接續(xù)，目前懸臂式掘進機效率不能滿足快速掘進要求，必需研制一種新型高效快速掘進設備。 用連續(xù)采煤機開掘煤巷，由于它具有橫向長滾筒、全寬巷道上下擺動割煤、裝運能力大、結構牢固、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，

22、生產能力比一般懸臂式掘進機要高。但由于沒有解決頂板支護機械化問題，仍需掘進幾米。停下來用其它方式支護頂板，因而并沒有真正“連續(xù)”。用連續(xù)采煤機開掘巷道的作業(yè)方式，其效率還不能滿足日產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)影響巷道掘進速度。 多年來人們一直希望有一種真正連續(xù)掘進的機器，既能快速掘進割煤，又能同時支護頂板和側板，掘進與文護平行作業(yè)，一次成巷。于是出現了“掘錨機組”的新機型，作為與高產高效工作面的配套設備，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“掘進機組”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

23、Vost A1Pine公司的ABM20型；英國AnJerson GrouP公司的KBⅡ型。這些機器在一般中等地質條件下，沿煤層單巷掘進速度可達4～6m／h，每天掘進80～120 m。真正實現了快速掘進。 1.3國外掘進設備及綜掘技術發(fā)展現狀 1949年第一臺懸臂式掘進機在匈牙利問世，經過幾十年不斷改進、發(fā)展的歷程?，F在世界上掘進機使用已超過幾千臺。有10多個國家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進機設計研究和制造。主要國家是：奧地利、英國德國、日本、前蘇聯等。 (1)半煤巖巷道掘進機普遍推廣 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量增長，已研制的EBJ-1

24、32, EBH-132, EBJ-160等幾種掘進機能夠勝任半煤巖巷道掘進。半煤巖巷道掘進機適用機型重量約45-90 t.切割巖石抗壓強度不大于80MPa為宜。EBJ-160在切割局部硬巖時，出現強烈振動，應以60-70t重的機型為主，可以使機器的振動減輕，機器零件壽命延長，總體經濟效果好。 (2)機器的可靠性高 以先進的制造技術為基礎，從原材料質量到零部件的加工精度都能嚴格控制，又有優(yōu)越的國際協(xié)作條件，選購外購外協(xié)件的范圍寬廣。有效的保證了主機的質量水平。此外，今年來廣泛的采用了可靠性技術，其突出表現為簡化機械結構、采用將額設計。在齒輪傳動、機械聯接及液壓傳動方面盡量減少串聯系統(tǒng)，有的地

25、方以嵌裝式結構代替螺栓組結構。既簡化了結構，又大大提高了可靠性。 (3)采用機電一體化技術 國外新型掘進機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)現故障，快速排出故障，大大減少停機時間。有些重型掘進機還可配置自動控制系統(tǒng)，可以使機器的生產率提高30%左右，還可以保證切割機構的負載平穩(wěn)，避免由于人工操作不當引起的尖峰負荷，從而延長機器的使用壽命約20%。 1.4 我國內掘進設備的發(fā)展及存在的問題 1.4.1 我國懸臂式掘進機的科研成果 目前，我國懸臂式掘進機技術已躍上了一個新的臺階，總體水平已接近國外同行。在產品的開發(fā)方面，掘進機的切割功率從30kW提高到160kW，機重

26、從13t上升到53t，切割對象從煤擴展到半煤巖，并逐步形成了煤及半煤巖掘進兩大系列、十多個品種。尤其是在“八五”后期至“九五”初期研制成功的EBJ系列半煤巖掘進機，其技術性能達到并部分超過了某些進口的同類產品，具有良好的性能價格比。代表我國煤巷掘進機設計水平的主要機型有:上海分院研制的ELMA一40型、ELMB一55型、ELMS一75型系列、EBJ一100型等掘進機，太原分院研制的EMA一30M、EL一90型、EBJ一110型、EBJ一65/48型等掘進機和唐山分院研制的EBZ-75型掘進機。其中上海分院研制的ELMB一75型系列掘進機與引進技術生產的AM一50型,5100型掘進機已逐漸成為我

27、國煤巷掘進設備的主力機型。 1.4.2 我國懸臂式掘進機技術發(fā)展展望 (1)產品開發(fā)的適用性 我國地域遼闊，地質條件差異顯著，井型類別眾多，開采工藝不一。因此，綜掘設備的研制也可以從三個方面著手。 （一）是在現有懸臂式掘進機的基礎上進行變異設計或二次開發(fā)，使其在適應性、功能性上得到延展。 （二）是開發(fā)滿足高產高效礦井發(fā)展要求的快速綜合掘進設備。 （三）是開發(fā)能滿足特殊地質條件要求的綜合機械化掘進設備。 (2)產品使用的可靠性 煤礦生產對機械設備的可靠性要求很高。高可靠性的具體體現是設備的高開機率。影響高開機率的重要因素之一就是設備的可靠性。因此，不管是舊機型的完善還是新機型的開

28、發(fā)都要以可靠性為前提。作為設計者應從設計選型可靠性出發(fā)進行設計，如容量裕度、等效壽命、元件通用等;作為制造者應從加工工藝的可靠性出發(fā)進行制造，如材料選擇、工藝措施等;作為使用者則應從生產系統(tǒng)的可靠性出發(fā)指導生產，如合理配置、完善系統(tǒng)、文明生產等。通過三個環(huán)節(jié)的互相支撐達到提高整體可靠性的目的。 (3)產品與生產系統(tǒng)的配套性 巷道的綜合機械化掘進是一項系統(tǒng)工程。只有生產、運輸等配套環(huán)境都正常運轉才能保證掘進作業(yè)的正常進行。根據不同的資料統(tǒng)計，掘進機在井下作業(yè)時正常掘進、停機支護和運輸系統(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)配套方面進一步開展一些有效的、合乎生產特點的研究

29、工作，當會對綜掘生產有所裨益。因此，我們的開發(fā)工作還應根據礦井掘進工作面的工藝條件和工作對象，對適用不同綜掘設備的開拓掘進系統(tǒng)進行分類，找出典型，提出范例，供生產選擇。 1.4.3 我國掘進機目前存在的問題 (1)目前我國研制的產品主要適用于煤巷掘進，對于硬煤及半煤巖巷道適應性差，機器振動過大，故障率高。 (2)國內應用最多的幾種機型，除切割硬度偏低之外，內噴霧系統(tǒng)及防碰撞裝置實際上不起作用，許多電氣保護工作不可靠，普遍存在用戶甩保護現象，電控系統(tǒng)抗振性差。 (3)技術引進缺少創(chuàng)新我國引進技術生產的機型生產多年改進不大，尤其是不能結合我國制造，使用水平進行改進，逐漸暴露出許多缺點。

30、1.5懸臂式掘進機的基本組成與技術特點 1.5.1懸臂式掘進機的基本組成 懸臂式掘進機一般由截割部、鏟板部、第一運輸機、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)，護板部共11部分構成。 1.5.2懸臂式掘進機技術特點 掘進機法掘進巷道與傳統(tǒng)的鉆爆法相比具有許多優(yōu)點： （1） 速度快、成本低。用掘進機掘進巷道，可以使掘進速度提高1～ 2倍，效率平均提高1～2倍，進齒成本降低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，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備

31、。 （4） 工程量小。利用鉆爆法，巷道超挖量可達20％，利用掘進機法，巷道超挖量可小到5％，從而減少了支護作業(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掘進機總體方案設計 2.1 任務說明 2.1.1 題目 EBZ200型掘進機截割機構的研制 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產品EBZ200型掘進機。截割機構是掘進機重要部件，主要由截割電動機、截割減速器、升降臂、工作臂、截割頭、內噴霧送水裝置等組成。 2.1.3具體要求 1.截割機構具有可伸縮性，伸縮量550mm； 2.截割減速器采

32、用一級直齒輪和兩級行星減速形式； 3 .截割減速器按200Kw設計，截割頭轉速按40r/min，截割頭線速度為3m/s，工況系數按1.75計算； 4.輸入、輸出聯軸節(jié)采用花鍵聯接； 2.1.4 畢業(yè)設計工作量 1.截割機構總圖； 2.截割減速器結構圖； 3.設計的理論基礎。 2.1.5 完成時間 2009年3月～2009年6月 2.1.6 提交內容 1.截割機構總圖； 2.截割減速器結構圖及主要零件的圖紙； 3.設計計算說明書； 4.畢業(yè)設計論文一份。 2.2 主要性能 EBZ200掘進機是一種掘進效率高、截割功率適中的中重型掘進設備，該機集截割、裝運、行走、操作

33、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，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度可達80MPa，可提供錨桿泵站動力接口。整機充分借鑒國外先進機型的典型結構及采用計算機輔助設計，結構緊湊，穩(wěn)定性好；關鍵部件和動密封均采用高質量進口產品，保證整機性能可靠；機器重心前置設計，有利于搭接皮帶轉載機后機器的平穩(wěn)作業(yè)。該機內外噴霧齊全，可有效抑制截割產生的粉塵和火花，能有效地滿足煤礦安全生產的要求；故障自診斷液晶顯示，手動與遙控兩種選擇，使該產品設計更具先進性。 2.3 主要特點 1、采用縱軸截割方式，便于打柱窩、修巷，截割功率大、適應能力強、

34、掘進效率高； 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，截割振動小，工作穩(wěn)定性好； 3、具有內外噴霧功能，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；星輪馬達直接驅動替代機械傳動，減少故障的發(fā)生； 5、采用雙邊鏈輸送機，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)、液控先導操作，工作穩(wěn)定，關鍵部件和密封均采用高質量進口產品，保證整機性能可靠。 7、采用1140V電壓等級，電氣系統(tǒng)采用進口專用控制器控制防護等級IP67，并配有中文液晶顯示屏，能實時反映機器工況，各項保護和顯示功能齊全，性能可靠；

35、8、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，結構簡單，維護操作方便，故障率低；行走采用無極變速方式，實現速度隨機性。有效提高工作效率；行走馬達與減速一體化結構，質量更加可靠。 2.4 主要技術參數 項目 技術參數 項目 技術參數 最大掘進高度 5.1 m 行走速度（高/低）（m/min） 6.1/3.1 最大掘進寬度（m） 6.5 履帶寬度（mm） 600 爬坡能力 16 對地壓強（MPa） 0.14 最大截割硬度（MPa） ≤80 油泵電機功率（KW） 90 臥底深度（mm） 300 外噴霧水壓（MPa） 1.5 截

36、割電機功率（KW） 200 內噴霧水壓（MPa） 4.0 截割頭轉速（rpm） 46/23 水量（L/min） 100 裝載形式 六齒星輪式 供電電壓（V） 1140 輸送機形式 雙邊鏈刮板式 總功率（KW） 305(不含二運) 運輸機鏈速（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 整機重量（t） 56 2.5方案的確定 掘進機的總體方案設計對于整機的性能起著決定性的作用。因此，根據掘進機的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機型，并正確確定各部結構型式，對于

37、實現整機的各項技術指標、保證機器的工作性能具有重要意義。 2.5.1 工作機構的型式選擇 部分斷面掘進機的工作機構有截鏈式、圓盤銑削式和懸臂截割式等。因懸臂截割式掘進機機體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能實現選擇性截割，而且截割效果好，掘進速度較高；所以，現在主要采用懸臂截割式，并已成為當前掘進機工作機構的一種基本型式。 按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種。縱軸式截割頭傳動方便、結構緊湊，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，并使

38、截割表面較平整，故使用較多。缺點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器中心，與懸臂形成的力矩使掘進機產生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進時，需加大機身重量或裝設輔助支撐裝置。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。這種掘進機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。缺點是傳動裝置較復雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機構使用方便；因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側壁。這種掘進機多使用拋物線或半球形截割頭。 由于工作機構的載荷變化范圍大

39、、驅動功率大、過堅硬巖石時短期過載運轉、有沖擊載荷、振動較大，要求其傳動裝置體積小，最好能調速。考慮掘進機工作時，截割頭不僅要具有一定的轉矩和轉速以截割煤巖，而且要能上下左右擺動，以掘出整個斷面，掘進機工作機構一般都采用單機驅動。雖然液壓傳動具有體積小、調速方便等優(yōu)點，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驅動。 2.5.2裝載機構的型式選擇 部分斷面掘進機的裝載機構有4種： (1)單雙環(huán)形刮板鏈式。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體后面的轉載機上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調節(jié)裝載寬度

40、，但結構復雜。環(huán)形刮板鏈式裝載機構制造筒單，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。是橫軸式掘進機上使用的一種裝載機構，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構。由于頭體形狀的缺點，這種機構目前使用很少。 (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載運輸機構。這種方式結構簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應用很普遍。但這種裝載機構寬度受限制，為擴大裝載寬度，可使鏟板連同整個耙爪機構一起水平擺動，或設計成雙耙爪機構，以擴大裝載范圍。 (4)星輪

41、式。該種機構比耙爪式簡單、強度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差。 通常，應選擇耙爪式裝載機構，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機構，也可設計成耙爪與星輪可互換的裝載機構。 裝載機構可以采用電動機驅動，也可用液壓馬達驅動。但考慮工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓馬達驅動為好。 2.4.3　輸送機構的型式選擇 部分斷面掘進機多采用刮板鏈式輸送機構。輸送機構可采用聯合驅動方式，即將電動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側，在驅動裝載機構同時，間接地以輸送機構機尾為主動軸帶動刮板輸送機構工作。這樣傳動系統(tǒng)中元件少、機構比較簡單，但裝載與輸送機構二者運

42、動相牽連，相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。 輸送機構采用獨立的驅動方式，即將電動機或液壓馬達布置在遠離機器的一端，通過減速裝置驅動輸送機構。這種驅動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機構的運動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點有所增加。 目前，這兩種輸送機構均有采用，設計時應酌情確定。一般常采用與裝載機構相同的驅動方式。 2.4.4　轉載機構的型式選擇 該掘進機的轉載機構有兩種布置方式：①作為機器的一部分；②為機器的配套設備。目前，多采用膠帶輸送機。 膠帶轉載機構傳動方式有3種：①用液壓馬達直接或通過減速器驅動機尾主動卷筒；②由電

43、動卷筒驅動主動卷筒；③利用電動機通過減速器驅動主動卷筒。 為使卸載端作上下、左右擺動，一般將轉載機構機尾安裝在掘進機尾部的回轉臺托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉臺中心擺動，達到擺角要求；同時，通過升降液壓缸使其繞機尾鉸接中心作升降動作，以達到卸載的調高范圍。 轉載機構應采用單機驅動，可選用電動機或液壓馬達。 2.6　工作機構的型式選擇 該種掘進機的行走機構有邁步式、導軌式和履帶式幾種。 (1)邁步式。該種行走機構是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結構，使人員能自由進出工作面，并可越過裝載機構到達機器的后面。使用支撐裝置可起到掩護頂板、臨時支護的作用。但由于向前推進時，支架反

44、復交替地作用于頂板，掘進機對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機構主要用于巖巷掘進機，在煤巷、半煤巖巷中也有應用。 (2)導軌式。將掘進機用導軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達到沖擊破碎巖石的目的。這就要求導軌具有較高的強度。這種行走機構主要用于沖擊式掘進機。 (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，機動性能好、工作可靠、調動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。但其結構復雜、零部件磨損較嚴重。 目前，部分斷面掘進機通常采用履帶式行走機構。由于其工作環(huán)境差，用電動機驅動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達驅動。 2.7除塵裝置的型式選擇 掘進機的除塵方

45、式有噴霧式和抽出式兩種。 (1)噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來，達到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。是在工作機構的懸臂上裝設噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結構簡單、工作可靠、使用壽命長。由于噴嘴距粉塵源較遠，粉塵容易擴散，除塵效果較差；②內噴霧降塵。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，供水管路復雜，活動聯接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內外噴霧相結合的辦法，并且和截割電機、液壓系統(tǒng)的冷卻

46、要求結合起來考慮，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。設計掘進機時，應根據掘進機的技術條件來選集塵器。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機移動，風機的噪音很大，應安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設備增多，使工作面空間減小。近年來，除塵設備有向抽出式和噴霧式聯合并用方向發(fā)展的趨勢。 2.8高壓水細射流輔助切割技術 對于全煤巷或很軟的巖巷，利用掘進機掘進，效率高、成本低。但對于巖巷掘進和隧道掘進，一般其巖體f≥8(抗壓強度在80～100MPa以上)，掘進機效率明顯降低，截齒消耗量大增，導致生產成本顯著提高。這時，應考慮采用

47、高壓水細射流輔助切割技術。 該技術為利用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，對截齒的機械破碎起輔助作用。 掘進機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。在掘進機上安裝的高壓水細射流系統(tǒng)為：外來水經過控制閥、濾水器進入增壓器，壓力增高后的高壓水進入懸臂端的旋轉密封，由

48、截割頭上安裝的數個噴嘴噴射出去。 器由液壓油驅動，可提供70MPa以上的壓力水，旋轉密封裝置裝在截割頭轉軸處，保證截割頭處的水壓和水量，噴嘴的直徑根據水壓和流量選取。 在掘進機的截割頭上，噴嘴安裝位置有3種：①裝設在截齒前方。優(yōu)點是截齒和齒座為通常型，成本低；噴嘴安裝位置不受限制，可選用標準噴嘴；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，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。缺點是需

49、用專用的截齒和齒座，其結構復雜，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；齒和齒座結構復雜，制造成本高，事故多，維修量大。應用高壓水細射流輔助切割技術，是擴大掘進機的使用范圍、提高掘進速度的最佳途徑，但其系統(tǒng)形式、水壓和流量，及其零件的結構尺寸要根據煤巖體性質合理地確定。下圖為EBZ200型掘進機的總體結構簡圖。 圖2.1 2 EBZ160掘進機截割部的設計 3.1行星傳動概述 行星齒輪傳動與普通定軸齒

50、輪傳動相比較，具有結構緊湊、質量小、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、 運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力強、工作可靠性高以及實現各種變速的復雜的運動等優(yōu)點。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嚙合，才使得其具有了上述的許多獨特的優(yōu)點。 行星齒輪傳動不僅適用于高速、大功率，而且可用于低速、大轉矩的機械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其特殊的應用中，這些功用對于現代機械傳動的發(fā)展有著較重要的意義。因此，行星齒輪傳動在起重運輸、工程機械、冶金礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)

51、療器械、儀器儀表、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計(因齒輪尺寸較大)來提高承載能力。 我所設計的EBZ160型掘進機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代表內齒輪，c代表行星輪 3.3 第一級直齒輪傳動設計計算 3.3.1.總傳動比計算 根據齒面硬度要求預選材料18CrNi4WA滲碳淬火 3.3.2選擇電動機 EBZ200型掘進機是工作在礦井下用于中型斷面煤及半煤巖巷的掘進，故選取YB系列隔爆

52、型三相異步電動機。 電動機型號——YB315L2-4 主要技術參數： 額定功率——200KW 同步轉速——1500 r/min 額定電壓——380V 滿載轉速——1475 r/min 輸出效率——94.5% 3.3.3根據齒面接觸疲勞強度設計計算 確定齒輪傳動精度等級：按估取圓周速度 根據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 小齒輪齒數選取為： 大齒輪齒數選取為： 傳動比 齒輪齒數比 小齒輪轉距 載荷系數 使用系數 預取動載荷系數 齒向載荷分布系數

53、 齒間載荷分配系數根據來確定。 查相關資料得 則動載荷系數K的初值 彈性系數 預取模數m＝6 預取嚙合角可得傳動中心距變位系數 初算中心距 實際中心距 實際變位系數計算 計算實際變位角 得 計算傳動變位系數： 查相關資料得： 由于都是正變位，變位系數在綜合性能較好段，所以變位系數合理。 圓周速度 m/s 修正 節(jié)點影響系數 重合度系數根據來選取 許用接觸應力 接觸疲勞極限應力 應力循環(huán)次數 根據應力循環(huán)次數查得壽命系數 取硬化系數 則許用接觸應力 齒輪分度圓直徑的計算 齒輪模數的計算 小于6，則取m

54、＝6可行 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齒根彎曲疲勞強度校核 根據公式 計算： 查得： 齒形系數 應力修正系數 重合度系數 許用彎曲應力 查得： 彎曲壽命系數 尺寸系數 安全系數 則 故 所以合格 3.4高速級行星齒輪的設計計算 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

55、的分配 選取高低速兩級的齒輪材料相同，齒面硬度相同，則 齒寬系數比 由以上參數得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 ＝4000.7 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 選擇內齒圈材料為38CrMoAL，調質處理，

56、硬度為262-302HBC 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轉距計算 高速級輸出轉矩 （Nm） 低速級輸出轉矩（Nm） 式中 ——高速級傳動效率，取=98% 式中 ——低速級傳動效率 取=98% 代入數據 = 根據傳動比值的大小查表?。焊咚偌? 低速級 3.4.4參數的選取和計算 1.載荷不均勻系數的選取 低速級采用太陽輪浮動的均載機構， 故，查表取 高速級采用太陽輪和行星架同時浮動的均載機構， 故，查表取

57、 2.確定齒數 （1）太陽輪齒數的確定 根據經驗和設備能力及相關資料初取 （2）內齒輪齒數的確定 根據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。 特性參數與給定的傳動比 有關。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，或許可能使得內齒輪值很大；或使得中心輪 值很小。通常，內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。一般應選取=

58、3~8。 由式（3-2）得出內齒輪齒數 對內齒輪齒數進行圓整取 （3）行星輪齒數的確定 行星傳動裝置的特點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a-g嚙合副實際中心距，g-b嚙合副實際中心距，依據同心條件，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，“-”用于內嚙合 由式（3-3）和（3-4）得 （3-5） 如果為偶數，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，即在采用角度變位的傳動中，則可按下面的公式計算 （3-7） 將數據代入公式（3-6）得 取 3.4.5初步計算齒輪模數m和中心距a 1.齒輪模數的確定 EBJ

60、-120TP型掘進機是工作在礦井下用于中型斷面煤及半煤巖巷的掘進。減速器裝配在掘進機的截割部。根據實際工況，該減速器是在重載、低速的情況進行工作。依據設計手冊及相關資料，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度公式計算齒輪的模數m 。 按照齒根彎曲強度條件的設計公式確定起模數 （3-8） 式中 ——算式系數，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（Nmm) ——綜合系數； ——彎曲強度的行星輪間載荷分布不均勻系數； —— 齒輪寬度系數； —— 齒輪副中小齒輪齒數；

61、 ——試驗齒輪的彎曲疲勞極限（N/mm2） ——計算彎曲強度的使用系數； ——載荷作用于齒頂時的小齒輪齒形系數； 2K-H型傳動有兩個嚙合齒輪副：，。減速器傳動的轉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行模數的初算。 Nm （1） 選擇齒寬系數為 查相關的數據，可以得到；=400N/mm2；齒形系數=2.39；=2.0；取接觸強度計算的行星輪間載荷分布不均勻系數=1.15，由于，所；齒寬系數選0.5； 將上面得到的數據代入公式（3-8）得： 取模數為10 2. 齒輪副嚙合中心距的確定 所以未變位前中心距 mm 預取變位角 實

62、際中心距 3.4.6變位系數的計算 （1）a-g傳動 根據中心距的實際情況，采用角度變位 嚙合角 變位系數和 中心距變動系數y 分配變位系數 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 預取變位角 實際中心距 把數據代入式（3-9）得 變位系數和 根據中心距的實際情況 =0.41 分配變位系數 由a-g變位系數分配可知 根據經驗選?。?.58 中心距變動系數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，“-”用于內嚙合 齒高系數： 太陽輪、行星輪齒高系數—— 內齒輪齒高系數—— 頂隙系數 內齒輪頂隙系數—— 將數據代入公式（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） 將數據代入公式（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，“-”用于內嚙合 將數據代入公式（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 代入數據=1.44 〉1 符合要求 （2）g-b傳動端面重合度的

66、計算 頂圓齒形曲率半徑 將數據代入公式（3-14） 內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，“-”用于內嚙合 將數據代入公式（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 代入數據 =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： 上式轉換為： 代入數據 ,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 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） 嚙合損失系數為