掘进机行走机构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 掘进 机是一种较 先进的井下掘进 设备。 行走 机构 由履带、支重轮、托链轮、 引导 轮、驱动轮、 张紧装置、行星齿轮 减速器、液压马达和履带架等部分组成。 按照掘进机行走部及行走减速器的工作原理进行初步设计。在此基础上通过对此题目的分析以及对一些相关书籍和文献的查阅，进一步研究掘进机行走部的设计及行走减速器的设计原理。设计重点应在于行走部的履带行走机构设计及行走减速器的行星传动设计。 首先 阐述行走部的履带行走机构的一般结构，简易的叙述总体方案设计 ，其次 对减速器进行细致的设计，包括行星减速器的选择、计算 、校核。 通过研究掘进机行走部及行走减速器的基本原理，获得了大量有关设计掘进机行走部及行走减速器的要领。 关键词 ： 掘进机 ； 行走机构 ； 减速器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a In to on a of on to of on to of a of by a of of of to a of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘 要 . I . 1 章 绪论 . 1 问题的提出 . 1 国内外发展状况 . 1 悬臂式掘进机行走机构的发展特点 . 3 悬臂式掘进机行走机构的发展趋势 . 4 第 2 章 方案论证 . 5 驱动方式的分析 . 6 压驱动 . 6 驱动 . 6 传动方式分析与选择 . 6 第 3 章 掘进机总体结构设计 . 9 行走部的工作要求 . 9 掘进机行走部的组成及行走原理 . 9 掘进机行走部的组成 . 9 掘进机的行走原理 . 10 行走机构的型式选择 . 11 行走型式的选择 . 11 行走机构的设计计算 . 11 履带节距的计算 . 11 履带牵引力的计算 . 12 行走机构各种阻力计算 . 13 驱动轮各主要参数的确定 . 14 行走机构液压马达的选择 . 15 重轮的设计计算 . 17 张紧装置 . 18 第 4 章 行走减速器的设计计算 . 19 行走减速器方案的确定 . 19 输出轴的转速计算 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 传动比的分配 . 20 圆柱齿轮传动部分的计算 . 21 一级圆柱齿轮传动圆柱齿轮的设计计算 . 22 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 . 22 按齿面强度设计 . 23 根据弯曲强度设计 . 26 几何尺寸计算 . 28 行星齿轮传动的设计计算说明 . 29 行星齿轮传动的概述 . 29 行星齿轮传动方式的选择 . 29 传动比的分配 . 30 高速级计算 . 31 低速级计算 . 34 轴的设计计算 . 38 轴的概述 . 38 轴材料的选择 . 38 各轴的计算 . 39 轴的校核 . 41 轴承的选择 . 42 滚动轴承类型的选择 . 42 润滑与密封 . 43 滚动轴承的校核计算 . 44 键的选用 . 45 键的选择 . 45 键的校核 . 46 结论 . 48 致谢 . 49 参考文献 . 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 1 . 1 . 1 of . 3 . 4 . 5 of . . 6 . 6 . 6 . 6 of 9 . 9 of of . . . 9 of of 9 to . 10 . of of . of . of . of of . .of . . 14 of . 15 of . . 17 . 18 of . 19 to . . 19 of .买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of . A . of of of to . 23 to . . 26 of .of . 29 . 29 to . . 29 of of . 3 1 of . . . . . 38 of . 38 . . 38 of . 39 of . . 41 . . . . . 43 of . . 44 of . 45 . 45 . 46 . 48 . 49 . 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 绪论 问题的提出 掘进机采用履带行走机构，它支撑机器的自重和牵引转载机行走，当掘进作业时，它承受切割机构的反力、倾覆力矩和动载荷。行走机构的设计对整机正常运行、通过性能和工作稳定性具有重要作用。 通过 对 掘进机 行走 结构进行结构 研究分析 ,借鉴国内外先进技术 ,结合煤矿生产实际 ,使其满足煤矿高产高效生产的需要。 悬臂式掘进机行走机构是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高 1。 随着采煤技术的发展、煤矿生产规模的扩大，我国大型煤矿井下大都开始采用全煤巷布置开采方式，此外采煤工作面的推进速度也 越来越快，因而使得煤矿井下煤巷掘进工作量大幅度增大，因而 对掘进机的工作效率提出了较高的要求，客观上要求掘进机的工作性能要好，掘进作业的推进速度要快。但是 ,我国掘进机与国外掘进机相比较 ,在技术性能和可靠性等方 面还有相当大的差距 ,需要加快掘进机的整机研究、设计和生产 ,迎头赶上国际先进水平。鉴于此，我们必须加大对掘进机的研究。 掘进机是具有截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾除尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。主要结构包括工作机构、装载机构、输送机构、行走机构和转载机构 ,根据所掘断面的形状分为全断面掘进机和部分断面掘进机 2。前者适用于直径一般为 0石单轴抗压强度 50350硬岩巷道，可一次截割出所需断面，且断面形状多为圆形，主要用于工程涵洞几隧道 的岩石掘进；后者一般适用于单轴抗压强度小于 60煤、煤 岩、软岩水平巷道，但大功率掘进机也可用于单轴抗压强度达 200硬岩巷道，一次仅能截割断面一部分，需要工作机构多次摆动，逐次截割才能掘进所需断面，断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状，在煤矿 生产中 普遍使用悬臂式掘进机 3。 国内外发展状况 国内掘进机发展概况与现状 我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 第一阶段： 60 年代初期到 70 年代末 ,这一阶段主要是以引进国外掘进机为主 ,也定型生产了几种机型 ,在引进的同时进行消化 吸收 ,主要以切割煤的轻机型为主 4。主要以当时煤炭科学研究总院太远分院研制的 1 型 2 型和 3 型为代表， 为我国悬臂式掘进机 第二阶段的发展打下了良好的技术基础。这一阶段掘进机的主要特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低，适应煤巷掘进 5。 第二阶段 ： 70 年代末到 90 年代初 ,为消化吸收阶段 。 这一阶段我国不但从英国、奥地利等国引进掘进机进行消化吸收，同时还与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步地实现了国产化，其典型的代表是与奥地利、日本合作生产的 及 ,其后 ,我国自行设计制造了几种悬 臂式掘进机 ,其典型代表是 30 型及 100 型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是 ： 可靠性较高 ,已能适应我国煤巷掘进的需要；半煤岩巷的掘进技术已达到相当的水平；出现了重型机，中型掘进机型号日趋齐全 6。 第三阶段 ： 由 90 年代初至今 ,为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型机型大批出现 ,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进 ,并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力 , 这一阶段的代表机型较多 ,主要有 、 及 。这一阶段悬臂式掘进机的特点是 ： 设计水平较为先 进 ,可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展全岩巷的掘进 7,8。 经过三阶段的发展 ,我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平 ,已跨入了国际先进行列 ,可与国外的悬臂式掘进机媲美。 国外掘进机发展概况与现状 早在上世纪 30 年代，德国、前苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研究。 40 年代生产了世界上第一台悬臂式掘进机， 50 年代初现代掘进机雏形出现，代表就是匈牙利研制的采用履带行走机构的 悬臂式掘进机，这种机型除采用横轴截割方式和调动灵 活的铲板和星轮转载机构，并采用了刮板运输机转运物料。 二十世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采和加工利用技术迅速发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采与掘进装备，广泛应用计算机技术实现了矿井生产过程的自动化，实现了矿井的高产高效和集约化生产。 美、澳、英、德等国家研制开发了机电一体化、自动化新型采掘设备。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 这些设备采用微机监测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进技术，在增加传动功率、提高生产能力的同时，设备功能内涵发生重大突破，并在计算机控制技术支持下实现了 煤矿生产过程的自动化控制。综采成套设备的生产能力已经达到 3000t/h 以上，在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产 5 10现了 “一矿一面、一个采区、一条生产线 ”的高效集约化生产模式。发达采煤国家已经实现了从普通综采机械化生产向高产高效集约化生产的过渡 9,10。 悬臂式掘进机行走机构的发展特点 悬臂式掘进机 行走机构 的发展是紧紧围绕着我国矿井生产的实际条件、现场的需要及设计、制造的 工 艺水平而不断进行的，其发展主要有以下几个特点。 1. 驱动功率的不断提高 为适应更大范围的工作要求，悬臂 式掘进机的驱动功率不断增大 ,由最初的 100 下的轻型机型增加到现在的中型机型的 132型机型可达 200上 。 2. 在行走方面的发展方向 （ 1） 液压发展方向 早期的悬臂式掘进机的行走 部 的传动绝大多数采用液压方式，这是因为液压传动具有控制简单，易 于 实现自动化 ， 工 作简便省力，可以方便实现过载保护 ;易于实现无级调速，调速范围大 ， 液压马达与电机相比质量轻、体积小等优点，可以满足装载、行走的要求。而那时的电气设备在使用可靠性、元器件的质量及性能上 都较低，且元器件体积较大，不易实现上述的 要求制约了它的发展， 液压传动成为这一时其主流发展方向 11。 （ 2） 电动发展方向 液压传动方式虽然发展较快，但由于煤矿井下工作条件恶劣，粉尘大、空气潮湿、 油脂极易被污染，对油脂污染很敏感的液压件易损坏 ， 液压件成本高、故障诊断困难等原因而使其发展应用减缓，这一时期的电子技术的高速发展为电动发展提供了有利条件，大容量集成化、变频调速、 制等一些新技术不断应用到掘进机的设计制造上，使得监控、监测的自动化程度极大提高。电子产品质量高、体积小、功能齐全的优势使电动发展加速，成为另一主要发展方向。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 液压与电 动都有优、缺点，但随着科技的进步，它们的缺点在不断地被弥补、改进，目前悬臂式掘进机在电、液两方面发展速度很快，在 行走 方面都采用液压传动的如 H 型等，也有全部采用电动方式的如 多数的机型还是采用电液混合方式，总之这两种方式互相取长补短，在今后很长一段时一间内将共同并存、相互融汇 12。 悬臂式掘进机 行走机构 的发展趋势 1. 更加全面的功能与完善的前后配套 为适合各种条件要求以及加快掘进速度 ，悬臂式掘进机将会逐步发展掘锚一体化 、适应各种断 面 、适应坡度范围更 大 的 行走机构 ，并会完善前后配套的转载、装运等设备，实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。 2. 提高元部件的可靠性和寿命 现在新机型行走机构的关键元 部件大都选用国外的知名品牌，这虽然可提高整机的性能，但使得国产机型在 元 部件的配置上高低不一、质量不等，为使用、维护 和更新机型带来了许多困难，随着我国在掘进机元 部件研究上的突破，这种状况会很快改变。 3. 个性化开发机型 煤矿在开采过程中会碰到各种不同的生产条件，如煤层变化、水、 瓦斯 、煤岩硬度不一等，这些特殊的情况必然要求机组具有不同的功能和整体参数的合理匹配，今后的机型将会根据不同的要求进行 不同的性能配置，实现设计和制 造个性化和多元 化 12。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 方案论证 方案：采用液压马达驱动 一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿轮传动如图2示 图 2方案 方案：采用电动机驱动 直齿圆柱齿轮及一级行星齿轮传动如图 2示 图 2方案 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 驱动方式的分析 液 压驱动 液压驱动行走机构的特点是：统一了动力源，液压马达体积小，驱动机构便于合理布置，适合与行走部的频繁启动。目前，掘进机行走机构液压驱动形式通常又分为中，高速马达带减速器驱动和低速液压马达直接驱动三种形式。 1. 高速马达 减 速器 驱动 这种驱动形式的马达多采用齿轮马达。其优点是：结构简单，工作可靠，抗污染性强，价格低廉等。但它最大的缺点是运转一段时间后，其内部摩擦副磨损严重，间隙增大，效率很快下降，而且与之配套的减速器要求传动比要大，结构也相应复杂，所以这种形式应用极少。 2. 中速马达 减速器 驱动 这种驱动形式的马达多采用柱塞马达。中速马达具有体积小，效率高，寿命长，售价低等特点，且减速器的机构形式国内外以趋于系列化，因此这种驱动形式应用很多。 3. 低速液压马达直接驱动 该驱动形式的马达输出轴直接带动主链轮，从而达到驱动履带的目的。马达大都采用多作用内曲线径向柱塞式液压马达。其特点是：结构形式简单、成本低、传动扭矩大、低速稳定性好、启动效率高。但马达体积大，难以保证地隙，制动装置不易处理，只适合与中、小型掘进机。 电驱动 行走机构采用电驱动的特点是：启动力矩大、效率高、维修简单、运行可靠。液压驱动由于液压元件制造精度要求较高，加工工艺复杂，维修较困难，使用当中“跑、冒、滴、漏”现象屡有发生，增加了液压用油量，而采用电驱动可明显降低材料消耗量。但电驱动形式结构庞大，电动机易潮湿，且频繁启动增加了电动机及其供电系统的故障率。 传动方式分析与选择 根据国内外以往掘进机设计的经验来看，行走机构的传动形式大多数都买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 为行星齿轮传动，与定轴传动相比 ,行星齿轮传动具有体积小、质量轻、承载能力 大和效率高等优点。行星齿轮传动机构的常用类型有 2、 3K 型、。其中 2加工装配工艺较简单 ,传动功率范围不受限制 ,在采掘机械传动系统中应用最为广泛。其传动比范围为 1. 传动原理 采用 2KH(负号机构的行星齿轮传动 ,当高速轴由液压马达 驱动时 ,便带动太阳轮回转 ,于是带动行星轮转动 ,由于内齿圈固定不动 ,便驱动行星架作输出运动 ,行星轮在行星架上既作自转又作公转的行星传动 ,就以此同样的结构组成两级、三级或多级的串联行星齿轮传动。 2. 组成 由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架所组成。以啮合方式命名为 其中 N 为内啮合、 G 公用齿轮、 W 外啮合 )。以基本构件命名 ,即为2行星齿轮传动。所谓基本构件 ,在行星齿轮传动的各构件中 ,凡是轴线与定轴线重合 ,且承受外力矩的构件称为基本构件。因此传动是由两个中心轮 2K 和行星架 H 等三个基本构件组成 ,因而称为 2行星齿轮传动。 图 2行星齿轮结构原理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 通过以上的各种分析，综合掘进机的性能要求及工作环境，此次设计的掘进机行走机构 采用方案即： 选用液压驱动，一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿轮传动组合而成（见图 2,其特点是运用了太阳轮浮动均载机构 ,使多个行星轮受力均衡 ,同时还可以通过调节螺杆与弹簧来改变太阳轮的轴向位置 ,操纵太阳轮与行星轮的离合 ,以便实现掘进机的快速拖拽。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第 3 章 掘进机总体结构设计 行走部的工作要求 作为大型掘进机的行走部，本次设计的要求是实现掘进机的既定参数： 机重 （ t） 40 履带行走速度（ m/走部接地长度（ 440 行走部接地宽度 ( 掘 进机行走部的组成 及行走原理 掘进机行走部的组成 一般巷道掘进机的行走部主要是由履带组、履带架、履带护板、驱动轮、底 盘压板、底盘盖板、张紧轮组、张紧轮托架、张紧 座、侧盖板、液 压马达、行走减速器，以及各种联接件组成。其示意图如下图 3 1. 张紧轮组 2. 张紧座 3. 张紧轮托架 4. 底盘盖板 5. 侧盖板 6. 底盘压板 7. 履带组 8. 履带架 9. 履带护板 10. 液压马达 11. 行走减速器 12. 驱动轮 图 3掘进机行走部组成示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 掘进机的行走原理 如图 3示，掘进机行走部的动力源是液压马达 4，液压马达经过减速器 3 将运动传递给驱动轮 2，驱动轮通过轮齿与履带 6 相啮合，而履带通过履带板与地相接触，为了增加履带与地面的摩擦，用支重轮将机身的重量加在履带上。张紧轮 1 的作用是张紧履带，以及导向。 马达 图 3掘进机行走部 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 行走机构的型式选择 行走型式的选择 掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。 1. 迈步式 该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。采用框架结构 ， 使人员能自由进出工作面 ， 并可越过装载机构到达机器的后面。使用支撑装置可起到掩护顶板、临时支护的作用。但由于向前推进时 ， 支架反复交替地作用于顶板 , 掘进机对顶板的稳定性要求较高 ， 局限性较大 ， 所以这种行走机构主要用于岩巷掘 进机 , 在煤巷、半煤岩巷中也有应用。 2. 导轨式 将掘进机用导轨吊在巷道顶板上 ， 躲开底板 ， 达到冲击破碎岩石的目的。这就要求导轨具有较高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。 3. 履带式 适用于底板不平或松软的条件 ， 不需修路铺轨。具有牵引能力大 ， 机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。但其结构复杂、零部件磨损较严重 8。 掘进机大多数都采用履带行走机构，其优点是接地压比小，对巷道底板适应性强，牵引力和爬坡能力大，调节灵活。在传动方式上有液压传动和机械传动两种 9。 本设计 采用的是 履带式结构，因为其机身重量比较大，工作阻力比较大，需要大功率的行走机构配合其在煤巷中的掘进行走。 行走机构的设计计算 履带节距的计算 30 (1 7 2 3 ) 式中 ： G 为机器自重， 400 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 因此 据国家煤炭行业标准 579 1996 中相关规定及节距范围，选择标准节距为 t 173履带。 履带牵引力的计算 每条履带的驱动力 F = 22214 ( 式中 ： f 履带滚动阻力系数，煤底板取 G 机器重 量 ,400000N； 转向阻力系数，煤底板取 L 履带接地长度 ,4400m； e 机器重心的纵向偏移距离 ， e =6L= m B 履带接地宽度， 595 带入公式得 F = 255 履带功率计算 每条履带的功率 N = （ 式中 ： K 工作条件恶劣补偿系数，一般取 1 行走减速器效率，为 2 履带传动效率，取为 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 V 履带行走速度 带入公式得 N = 接地公称比压 式中 ： G 机器重量 400000N； L 行走部接地长度 440 b 行走部接地宽度 000002 )61(2 式中 ： B 两履带中心距 160 n 履带纵向偏心距 60 40 6061(4401602 400000)61(2 L 行走机构 各种阻力 计算 1. 掘进机在平巷行走阻力 R= G 式中： 滑动阻力系数 对煤底板和碎石底板取 R= G =40000040000N 2. 掘进机在爬 450 坡时的阻力 0= =40000000000523259N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 3. 掘进机静止在斜坡上时的下滑力 x=00000=282843N 4