机械毕业设计（论文）-纵轴掘进机总体方案设计及行走系统设计【全套图纸】 .doc

辽宁工程技术大学毕业设计引 言纵轴式巷道掘进机是一种综合掘进设备，集切割、行走、装运、喷雾灭尘于一体，包含多种机构，具有多重功能。悬臂式掘进机作业线主要由主机与后配套设备组成。主机把岩石切割破落下来，转运机构把破碎的岩渣转运至机器尾部卸下，由后配套转载机、运输机运走。悬臂式掘进机的切割臂可以上下、左右自由摆动，能切割任意形状的巷道断面，切割出的表面精确、平整，便于支护。履带式行走机构使机器调动灵活，便于转弯、爬坡，对复杂地质条件适应性强。该系列掘进机主要用于采煤准备巷道的掘进，适用于掘进破碎煤岩硬度f 4-12，断面6-50m2的煤或半煤岩巷道，也可用于其他巷道施工，断面形状任意。一般来说，这类悬臂式掘进机的重量为20120t，最大切割功率已达300kw，能切割岩石的最大单向抗压强度可达170mpa。 全套图纸，加153893706掘进机的发展现状，我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。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,为我国悬臂式掘进机的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:使用范围越来越广,切割能力逐步提高,有切割夹岩和过断层的能力。第二阶段: 70年代末到80年代末,这一阶段,我国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am50型及s100型,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ema-30型及ebj-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。第三阶段:由80年代末至今,重型机型大批出。现在,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进,可以根据矿井生产的不同要求实现部分个性化设计,这一阶段的代表机型较多,主要有ebj 型、el 型及ebh型。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。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。1 纵轴式掘进机的总体设计总体设计是机械产品设计过程中的重要内容和主要环节，它是在方案设计之后紧接着进行的设计工作。悬臂纵轴式掘进机（以下简称掘进机）的总体设计对整机性能的优劣起着决定性的作用，并决定了各总成、系统、各部件之间的协调性，统一性和匹配关系，从而获得总体的高端性能和较好的技术经济效益。掘进机的总体设计，主要包括以下内容：1） 据设计任务书选择机型及各部件结构型式。2） 定整机的主要技术性能参数，包括尺寸参数、重量参数、运动参数和技术经济指标。3） 按照总体设计的性能要求，确定整机系统的组成及它们之间的匹配性以及各个部件的主要技术参数。4） 进行必要的总体计算，并绘制传动、液压、电控系统图等。部分断面掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除尘的联合机组。它既可用于煤矿井下, 也可用于金属矿山以及其他隧道施工。掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此, 根据掘进机的用途、作业情况及制造条件, 合理选择机型, 并正确确定各部结构型式, 对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。1.1 工作机构的型式选择部分断面掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。因悬臂截割式掘进机机体灵活、体积较小, 可截出各种形状和断面的巷道, 并能实现选择性截割, 而且截割效果好, 掘进速度较高; 所以, 现在主要采用悬臂截割式, 并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式。按截割头的布置方式, 分为纵轴和横轴式两种。纵轴式截割头传动方便、结构紧凑,能截出任意形状的断面, 易于获得较为平整的断面, 有利于采用内伸缩悬臂, 可挖柱窝或水沟。截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆柱形, 由于后两种截割头利于钻进, 并使截割表面较平整, 故使用较多。缺点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心, 与悬臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动, 故稳定性较差。因此, 在煤巷掘进时, 需加大机身重量或装设辅助支撑装置。1.2 装载机构的型式选择铲板部有双环形刮板链式，螺旋式装载式，蟹爪式装载式，星轮式等。由于星轮式装载式结构简单，工作可靠，外尺寸小，因此根据方案设计应该选择星轮式装载方式。1.3 输送机构的型式选择部分断面掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构采用独立的驱动方式, 即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端, 通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单, 和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多, 故障点有所增加。1.4 转载机构的型式选择部分断面掘进机械化掘进工作面的作业线配套方式有很多种，目前, 多采用胶带输送机。胶带转载机构传动方式有3种： 1）用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒; 2）由电动卷筒驱动主动卷筒; 3）利用电动机通过减速器驱动主动卷筒。为使卸载端作上下、左右摆动,一般将转载机构机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动,达到摆角要求；同时, 通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作, 以达到卸载的调高范围。转载机构应采用单机驱动, 可选用电动机或液压马达。1.5 行走机构的型式选择该种掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。该机构采用履带式行走方式，因为其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。目前, 部分断面掘进机通常采用履带式行走机构。由于其工作环境差, 用电动机驱动易受潮烧毁, 最好选用液压马达驱动（详见行走机构的设计）。1.6 除尘装置的型式选择由于掘进机连续地破落煤岩，使工作面粉尘飞扬，这不公影响工人的身体健康，也关系到安全生产。单靠通风已不能将空气含尘量降到标准范围以下，因此采用除尘措施。喷雾式除尘装置是指用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散、雾化, 使粉尘附在雾状水珠表面沉降下来, 达到灭尘效果。这种除尘方式有以下两种: 1）外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴, 向截割头喷射压力水, 将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远, 粉尘容易扩散，除尘效果较差；2）内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置, 压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近, 除尘效果好, 耗水量少, 冲淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏, 供水管路复杂, 活动联接处密封较困难。为提高除尘效果, 一般采用内外喷雾相结合的办法, 并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑, 将冷却水由喷嘴喷出降尘。2 总体布置2.1 总体布置的内容总体布置的内容包括以下几个方面：1）确定各部件在整机上的位置，并对外形尺寸提出要求；2）确定各部件、部件与整机之间的连接方式；3）佑算整机重量及重心位置，并对各件的重量提出要求；4）布置各操纵机构、司机座位等；5）审核各运动件的运动空间，排除可能发生的运动干涉。2.2 总体布置的原则总体布置时，要考虑以下几条原则：1）保证整机的稳定性； 2）结构紧凑，并有较高的传动效率；3）便于操作和维修，工作安全可靠； 4）外形平整美观。2.3 具体要求在掘进机总体布置时，需注意以下问题：1）工作机构减速器进、出轴昼同轴线；2）悬臂和铲板的心尺寸关系相适应，既有利于装载，又要避免截割头截割铲板；3）悬臂的水平和垂直摆动中心的位置可以重合，也可以不重合。从增加机器的稳定性看，摆动中心的高度应尽量降低。在保证悬臂摆动不与其它机构干涉的条件下，摆动中心的位置应尽量靠后，但必须保证中心在机器的纵向对称平面内；4）总体设计时，其重心的位置仅需估算纵向座标x值：式中：各部（组）件的重力；各部（组）件重心座标。当各主要部件设计出来之后。应进行校核，不满足要求时需进行调整，使重心位于履带中心稍偏前且小于范围内（l为履带接地长度）。此外，还要求重心位置在截割机构回转台中心线之后，而且重心高度越低越好，以提高机器作业时的稳定性；5）总体布置应考虑左右两侧重量对称并照顾工作习惯及方便操作。司机座一般设在机身左侧、且位于机身后部，座椅高度应保证司机的视线，使其能很好地操纵机器，截割出规则的巷道。6）操纵台的位置要适当，应保证司机操纵方便、省略。仪表显示装置的位置要便于司机观察，又不分散司机正常操作的注意力。3 传动形式及动力元件的选择3.1 传动形式及元件选择应遵循的原则1）技术先进性：能够改善机器性能，提高生产率；2）经济合理性：传动系统尽量简单、元件少，易加工，价格低，维修容易，使用寿命长；3）工作可靠性：传动系统的可靠性表现为元件的使用寿命，因此也是对元件质量的要求；4）适应性：元件应适应传动系统的载荷、工况及环境等条件的要求。3.2 各机构对传动系统的要求及传动型式的选择掘进机的截割、装载、运输、行走等机构一般均为分别传动，各部件受力状态及工作条件不同，因而对传动型式有不同的要求。工作机构要求有较大的短时过载能力，而油马达对冲击负荷很敏感，过负荷能力低，影响截割头正常连续运转。所以，掘进机的工作机构宜采用电动机为动力的机械传动型式。应利用体积小、功率大、过负荷能力强的专用电动机，并配备可靠的电气保护装置。根据工作机构结构紧凑的特点，通常工作机构的减速器设在悬臂内，成为悬臂的组成部分。截割头调整方式一般采用配换挂轮的方法，变速机构力求简单。耙装机构传动装置的特点是：减速器需装在尺寸有限的铲板下部，因而设计空间较小，工作条件恶劣，减速器经常浸泡在煤岩泥水中，卡料时易过载。耙装、输送机构若采用齿轮油马达传动，由于尺寸小、重量轻，可使二者分别传动，从而减化传动装置，便于在铲板下布置，便于设计密封效果好的机械密封或将减速器与铲板分离，同时可实现过载自动保护。履带行走机构的驱动方式有电动机驱动和油马达驱动两种方式。分别通过机械减速装置或直接由油马达带动履带的主动链轮运转。机械传动的履带行走机构，一般是将电动机装于两条履带减速器后部，制动装置采用机械液压制动方式。这种传动方式传动可靠性高，电动机价格低，维修容易，但不能调速，减速箱体积大；巷道淋水大时，电动机易受潮而烧毁。履带行走机构采用液压传动型式，系统简单、性能较好、技术先进。液压传动的行走机构中，在液压马达型式选择及调整方式设计方面，有不同的方案。采用低速大扭矩马达驱动，其特点是传动系统简单，尺寸小、重量轻，能够实现无级调整及过开车自动保护。但液压马达传动复杂、制造费用高，维护较难。采用齿轮油马达，容积效率高，耐冲击性能好，维修容易，造价较低，一台10kw左右齿轮马达的价格只有同功率径向柱塞油马达的1/10；尺寸小、重量轻。一台10kw左右齿轮油马达的重量，仅为同功率低速大扭矩马达的1/18，为电动机重量的1/13。采用齿轮油马达后，减速器尺寸较低速大马达的大，但较电动式的小。因此可方便地将马达、减速器、液压制动阀、紧链装置等安装于履带架中间。这种方式在技术性能上优于机械传动，在经济上优于低速大扭矩油马达传动。因此具有独特的特点。行走机构的调速方式有两种，一种是采用变量泵，如ev100型机。另一种是采用分流或并流的调整方案，即在机器快速调动时，停止向装载马达供，仅向行走马达供油，使掘进机具有两种行走速度。4 总体参数的确定掘进机的总体参数，是指主要性能参数。它表示了掘进机特性的指标。掘进机的总体参数有：机重、外形尺寸、可掘断面、生产率、截深、摆动速度、截割力等。4.1 机型大小掘进机的发展方向是定型化、系列化、并向“大断面”、“高硬度”发展。掘进机的性能、外形、结构和重量应能很好适应煤岩的性质和巷道的尺寸。所以确定掘进机的机型是掘进机设计中首当其冲的一环。定型化就是根据煤矿地质条件和矿井掘进工艺确定基本机型。根据我国“六五”期间的适用经验和自行研制的成果，新建立的三种机型如表所示。表中第一型以掘进煤巷为主，它的特点应突出经济、灵活、方便，在截割巷道断面尺寸方面有较大的适应性。第二型以掘进半煤岩巷为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不宜过于笨重和庞大，在适用时有较大的覆盖面。第三性是具有较高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。所以，在设计掘进机时应根据给定原始条件符合确定机型大小。如表4-1。表4-1 掘进机机型选型表基本机型主要参数第一型第二型第三型掘进断面()6148201024截割岩石硬度(f)44668截割功率(kw)557575110110160机器重量（t）1625254040754.2 机器外形尺寸由于掘进机在井下作业，受巷道断面和空间的约束，其大小对机器的适用范围有直接影响，因此，掘进机的外形尺寸有严格的限制。机器的高度越低越好，但由于离地面最小间隙和龙门高度的要求，机器不可能太低，一般小断面掘进机应在1.7m以下，大断面掘进机应低于2m。考虑掘进机应有通过弯道的能力，所以机器的固定不封的长度应控制在7m左右。机器的宽度要求与想到宽度相适应，机器两侧距巷道两壁应保持适应的距离，以便于人员的功过和材料的搬运。目前掘进机的外形尺寸（长宽高），一般为61.61.682.22m(不含转载机长度)。4.3 机器可掘断面机器的规格和重量主要取决于巷道断面的大小。设计掘进机时，应把满足巷道断面的要求作为一个主要依据，要满足下列关系：机器可掘最小断面是指掘进机可进行正常作业的最小巷道断面。机器可掘进最大断面为掘进机丁点截割（机器在巷道中间不动）时，能够截割出的最大想大断面。悬臂式掘进机掘进断面的大小，取决于悬臂的长度和回转角度，其截割头顶端的运动轨迹为一球面，由于水平回转半径在各个高度位置是变化的，故掘进断面的实际极限形状为弧线等腰梯形。设掘进机工作时处于巷道的中央位置，若不考虑截割头的具体结构尺寸，则掘进断面。可近视计算如下：最大宽度（当悬臂在水平位置摆动时）： 上部宽度（当悬臂在上极限位置左右摆动时）： 下部宽度（当悬臂在下部位置左右摆动时）： 上摆高度： 下摆高度： 卧底深度： 巷道高度：可掘最大断面：式中 l-截割头前端至悬臂垂直回转中心的距离； a-垂直回转中心至水平回转中心的距离； -水平回转时，悬臂的摆角； -垂直回转的上摆角； -截割到巷道底平面时，垂直回转的下摆角； -卧底时，悬臂垂直回转的最大摆角，可根据卧底深度来定，一般可取h=100300mm.实际上，由于掘进机断面多为梯形或拱形，所以实际得到的有效断面积较上述计算值小。此时，也应按上述关系和实际要求的断面形状与大小来确定、和h.4.4 生产率掘进机的生产率包括截割生产率、装载生产率和运输生产率，他们之间存在一定的关系。4.4.1 截割生产率截割生产率即机器的生产率，它又分为有理论生产率、技术生产率和实际生产率。掘进机的理论生产率为：或=式中 -掘进机理论生产率，/h；-掘进机理论生产率，t/b;-煤岩松散系数，一般取=1.5；a-截割头的横街面积，；-截割头横向摆动速度，m/min;-煤岩的容重，t/.技术生产率是指掘进机在给定条件下连续工作一小时获得的最大生产率，按下式确定: 或 若用进尺速度表示，则为 式中:q-技术生产率，/hq-技术生产率，/h-进尺速度，m/ha-截割头沿工作面移动所破碎煤岩的厚度，m；e-截割头载入工作面的深度，m；s-巷道的毛断面积；-掘进机工作不连续系数，即掘进纯截割时间与总循环时间 的比值。=式中 t-因更换截齿或掘进机调动等原因使掘进机停歇的时间,min; k-可靠性系数，一般取k=0.90.8； l-每个工作循环的工作机构行程，m按式子计算： 式中 -巷道顶宽；，m; -巷道底宽，m; d-截割头直径，m；h-巷道高度，m.实际生产率是指掘进机在一般工作时间内的实际平均生产率。要考虑司机操纵机构和工作面实际请据造成的一些不可避免的时间损失等。4.4.2 装载生产率a 理论生产率理论生产率即装载机的设计生产能力，是指在耙爪完全耙满的理想情况下，机器连续作业一小时的装载能力。其计算式为：=60znv式中 -机器理论生产率，/h； z-耙爪数，z=2； n-每个耙爪每分钟的工作循环次数； v-每个耙爪每次耙取物料的理想体积，； 式中 b-承载板前沿宽度，m;a-耙爪耙取深度，即耙爪前端耙取段轨迹和返回轨迹之间的距离，其值可取曲柄长度1.71.8倍计算，m; h-被耙取物料层的平均高度。对块状物料，h可取耙爪高度的2倍计算；对细粒物料，h等于耙爪高度,m。b 技术生产率 技术生产率是指在理论生产率的基础上考虑了耙满程度和装载难易程度时，机器连续作业一小时的装提能力。其计算式为： 式中 -技术生产率，为/h； -理想耙取体积的充满系数，一般取=0.65； -耙取难度系数，如下表4-2表4-2 耙取难度系数表平均块度（mm）1002002003003004000.830.600.38c 实际生产率实际生产率是考虑了司机操作水平和调车、维修与交接班等时间损失，机器在一个工作班内，平均作业一小时的实际装载能力。其计算式为：式中 -机器实际生产率，/h； -时间利用系数，可通过实测取值，一般，=0.60.9。此外，蟹爪式装载机的生产率还与行走装置的推进速度、转载运输机的转载能力等有关。4.4.3 中间输送机生产率中间输送机的最大生产能力为：=60f式中 -生产率，/h；-装满系数。依使用条件，如输送机倾角、煤岩硬度、块度、温度及溜槽结构定，一般去=0.950.9； -链速，m/min; f-输送机断面，由下式确定:式中 b-输送机槽宽，m； h-输送机有效高度，m; -货载堆积角，即高于槽帮煤岩的安息角。4.4.4 转载机生产率胶带式转载机的输送能力按一下公式计算：式中 -胶带输送能力，/h； k- 断面系数； -带速，m/min; c-倾角系数； b-带宽，m;掘进机的设计以截割生产率为主要依据，而装载、输送、转载的生产能力应稍高于截割生产率，要满足一下关系： 过高或过低都会影响设备的协调工作。5 掘进机的通过性掘进机的通过性是指机器通过弯道、各种底板和障碍物的能力，是掘进机重要的使用性能之一。5.1 离地最小间隙掘进机在井下行走，应具有通过枕木、轨道等障碍的能力。离地最小间隙由下式确定：式中 离地最小间隙，cm;两条履带中心距离，cm；一般，掘进机的离地最小间隙y=150300mm.5.2 可通过巷道最小半径可通过巷道最小半径是掘进机可以转弯的最小弯道半径，它表示掘进机通过弯曲巷道的能力。该值大小与机器各部长度及铰点位置有关。设计掘进机时，控制制固定部分长度的目的就是为了保证机器对弯道的通过性能。通常，掘进机可通过巷道的最小半径为610m。5.3 适应巷道坡度部分断面掘进机工作的巷道一般是有坡度的。适应巷道是指掘进机在上山或下山能正常工作的巷道最大坡度。它反映了掘进机爬越上、下山的能力，是掘进机的一个重要使用性能。设计掘进机时，适应巷道坡度一般不应不小于，通常为，如果巷道坡度较大，需采取相应措施，如行走减速器第级采用具有自锁作用的蜗轮蜗杆传动。可防止机器在上、下山掘进自溜下滑,或设有辅助牵引装置,或装有制动器。5.4 适应底板比压巷道底板的性质决定着掘进机的运行工况，是设计掘进机的履带行走机构的一个依据。为保证能正常运行和工作，掘进机应适应底的比压。对于遇水软化的底板，履带的接地比压p应不大于kpa，即p49kpa；对于不太软的底板，p137kpa；而对于煤岩底板。p167189kpa。通常，部分断面掘进机的接地比压p=100130kpa，有些重型掘进机的接比压偏大些。5.5 小结掘进机的总体设计是掘进机设计工程中技术设计的一个组成部分。它的设计关键是总体性能参数的合理选择，各个系统和总成的优化设计水平，特别是截割机构的切割技术显得尤为重要。本文所述掘进机的总体设计仍然是以传统设计为基础，在动力学、运动学、受力计算等方面应广泛应用现代设计方法，同时，应广泛学习国际上这方面的新设计方法为我所用，提高我们的设计水平，积累我们的设计经验，搞出安全、可靠、性能优良的高端产品。6 纵轴煤岩掘进机行走部设计6.1 行走机构类型的选择掘进机的行走机构有迈步式、导轨式、履带式等。（见图6-1） （a） (b)(c)图6-1 行走机构型式迈步式行走机构（图a）是用液压迈步装置来工作的，采用的框架结构，使人员能自由地进入工作面，并可超过装载机构到机器的后面，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，使掘进机对顶板的稳定性要求较高，局恨性较大，所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机。导轨式行走机构(图 b)所示，这种行走机构，要求导轨具有较高的强高。一般都应用于冲击式掘进机。冲击式掘进机为了躲开底板，将掘进机用导轨吊在巷道顶板上，以冲击振动破碎岩石，而用用这种导轨行走机构。履带式行走机构（图c）适用于底板不平或松软的条件，不需要修路铺轨。具有牵引能力大，机动性好、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。目前大多数掘进机都采用这种行走机构。根据工作条件和目前形势行走部选择履带式行走机构。6.2 履带行走机构设计6.2.1 行走机构的组成及作用行走机构是掘进机的重要组成部分，对整机中起着支撑.连接与行走的作用，因此对行走机构的设计极为重要。履带式行走机构的功用是支撑机体并将液压马达传到驱动轮上的扭转变为机械行驶和进行作业所需的牵引力履带式行走机构通常是由履带架、履带、驱动链轮、支重轮、托链轮、引导轮和引紧机构等零部件组成。6.2.2 履带行走机构的技术参数已知：机重m=40t，行走速度v=9m/min=0.15m/s，允许履带最大接地比压。6.2.3 各部分尺寸的确定1） 履带的行走机构尺寸参数确定 由 则履带的最大接触面积为： （6-1）履带宽度由验公计算： mm （6-2）为了不因接地比压过小浪费材料取b=650mm2） 左右履带中心距b=(3.54.5)b=(3.54.5)650=22752925mm （6-3）取b=2500mm3） 单侧履带接地长度 l(1.62.2)b=(1.62.2)2500=40005500mm取l=3700mm （6-4）4） 履带平均接比压 在设计中，履带的接地比压不允许出现三角形分布状况，不得在履带接地长度出现零比压，掘进机重心位置应在履带接地的断面核心之内。 粘着重量 。 (6-5) 5） 履带节距 按经验公式计算mm取t=280mm6） 单侧履带牵引力 履带行走机构的最小牵引力应满足掘进机在最大设计坡度上作业，爬坡和在水平路面上转弯等工况的要求，最大牵引力应小于在水平路面履带的附着力。一般情况，履带行走机构转弯不与掘进机作业，爬坡同时进行，而掘进机原地转弯时，单边履带的牵引力为最大，单边履带行走机构的牵引力的计算以此力为依据。 （6-6） 式中：f滚动阻力系数 0.081.0 取f=1.0 转向阻力系数 0.081.0取 f.为了减轻打滑程度取最大值 n掘进机重心与行走机构接地形心得纵向偏心距n=500mm 所以=153kn7） 行走机构的实际功率行走机构得的行走速度.u=9=0.15粘着重量g=40t推力f= g=0.25200009.8=49000n （6-7）kw （6-8）8）驱动轮采用后轮驱动，掘进机使用重量为(kg)，则驱动轮直径(mm)经验公式： (6-9)取=1100kg，=460mm9）履带节距缩小履带节距(mm)可以减少行驶速度的不均匀性；增大节距，可以改善接地比压的分布。一般取节距，m2（kg）为转载机的有效重量。取节距=120mm。10) 支重轮直径和轮距一般有滚动结构和滑动结构，由于掘进机质量很大，所以选择有支重轮的滚动结构。对于滚动结构的履带,在行驶过程中,由于履带链节距tk 与支重轮中心距a 不相等而会引起履带的波动运动,为了比压波动不要太大，所以应使履带链节距和支重轮中心距之差尽可能小。当主要在岩石和硬土面上工作时，采用少支点式支重轴，履带在支点轮之间有弯曲变形，接地比压分布不均匀。采用少支点式时，支重轴时取2t，支重轮直径。 （6-10） 2280560mm =mm由支重轮的国际标准可知：材料为40，表面进行硬化处理hrc4555。 =200mm =300mm mm6.2.4 履带机构公称接地比压的计算与确定公称接地比压由下式计算:式中:公称接地比压,mpa; 履带机构所属掘进机的重量,n; 单边履带机构的履带链宽度, mm; 单边履带机构的接地长度, mm.履带机构的公称接地比压为0.14mpa.6.2.5 履带机构的行走速度一般设计有工作和调动两种速度.工作速度一般为25m/min,调动速度一般为1015m/min.能实现快速调动和慢速作业的需要,行走机构用液压马达驱动,实现010m/min的无级调速。工作速度为05m/min。6.2.6 履带架的设计履带架在整机中起着支撑与连接的作用，是不可忽视的一个部分，履带架设计的好坏将直接关系着整机的质量与美观。因此，在设计中既要考虑到其强度的问题，又要考虑到其美观与使用性的问题。履带架总体采用箱型梁结构，铸焊结合。由于支撑引导轮处结构较复杂，受力较大，因而采用铸造件，其它部分采用焊接结构；为了提高箱型梁的强度和刚度，在其受力较大处采用较厚板材并增设筋板；另外，履带架与主机架通过螺栓刚性联结，为了防止螺栓在机器行走中承受剪力，在履带架前后两端增加了挡块。其结构简图如图 6-2 所示。图6-2 履带架简图6.2.7 履带板的设计1) 形式的选择悬臂式掘进机履带板有两种结构形式：一种是组合式，另一种是整体式 重型掘进机由于受到井下作业空间的限制，机器趋于矮型化，这就要求履带板厚度尺寸不宜过大，适合选用整体式履带板。这种形式的履带板的特点是尺寸紧凑、零件组成少、制造方便、拆装容易。2) 材料的选择坦克及工程机械用履带板大多仍沿用zgmnl3，这种材质水韧处理后，本身强度、硬度并不高，它的最大特点是冷作硬化，在受到冲击和剧烈摩擦后，表面硬度有大幅度提高。而掘进机由于行走速度低，冷作硬化条件不具备，使用这种材料就失去其优势，必须选择另一种材质。经过调研，最终选择材料为32crmob调质处理。这种材料在冶炼时加人微量元素b，能有效地细化晶粒，热处理后金相组织致密，强韧性好履带板材质的s、p含量偏高，会增加钢的回火脆性及冷脆敏感性，直接影响履带板的强度 采用3t 碱式电炉炼钢，严格控制材质的s、p含量，测试表明s、p含量均在0.03 以下。每炉可连续浇注80块履带板，提高了材料化学成分的稳定性。3) 形状和尺寸的选择：整体式履带板经过计算:履带板宽度b=520mm。按照规定（根据b）：履带板节距p=120mm。按照规定（并满足减速输出轴的对心）：履带板厚度a=55mm。按照规定（并满足强度）选择：履带板轴销直径d=26mm。同时，驱动轮和履带的啮合方式主要有节销式和节齿式两种，节销式应用最广，选择节销式。驱动轮齿形有凹轮，直齿轮，凸齿齿形三种，前两种应用很多，根据具体情况选直齿轮式。6.2.8 张紧装置的设计在掘进机履带行走机构中 ,张紧缓冲装置是一个很重要的部件。它使履带链保持在一定张力范围内工作 ,能防止履带脱链 ,延长履带的使用寿命。张紧缓冲装置主要参数的确定对履带行走机构的设计具有重要意义。一般履带张紧缓冲装置放置在掘进机行走机构的前部 ,如图6-3所示。1.导向轮 2.履带 3.缓冲装置 4.支重轮 5.张紧油缸 6.驱动轮图6-3 履带张紧装置它主要由张紧油缸和缓冲弹簧两部分组成。履带行走机构前部是导向轮 ,导向轮可以前后滑动 ,张紧油缸和缓冲弹簧支撑着导向轮 ,通过油缸的伸缩和履带的作用力前后移动导向轮 ,使履带张紧或弛。缓冲弹簧在履带链受到载荷冲击时 ,能使导向轮向后缩一段距离 ,以减少冲击 ,起到缓冲作用。在履带行走机构的设计中，选择合适的拉紧装置，确定合理的布置位置，是 保证履带行走机构正常运转、启动和制动时履带在驱动轮上不打滑的必要条件。一般情况下，拉紧装置应布置在履带张力最小出。6.2.9 驱动轮的校核齿轮材料采用45号钢调质处理1）初算驱动轮齿宽b模数m （6-11） 载荷不均匀系数一般取=2使用系数=1齿轮载荷分布系数=2寿命系数取=0.4 =2.8已知d=750mm，则取m=50，z=15，计算出b3mm，取b=40mm。2） 校核齿侧挤压应力，以确定b和z 内齿套用直齿 （6-12）式中： h齿轮接触径向高度用齿高代替 mm齿轮挤压应力通过，则确定d=750mm，b=40mm，z=15。6.3 行走机构的功率确定与张紧油缸的设计计算6.3.1 行走机构功率确定单边履带行走机构牵引力的计算确定，由煤炭行业标准mt/t910-2002悬臂式掘进机履带行走机构设计导则确定。履带行走机构的最小牵引力应满足掘进机在最大设计坡度上作业、爬坡和在水平路面上转弯等工况的要求，最大牵引力应小于在水平路面履带的附着力。一般情况下，履带行走机构转弯不与掘进机作业、爬坡同时进行，而掘进机原地转弯时，单边履带的牵引力为最大，单边履带行走机构的牵引力的计算以此力为依据：式中： 单边履带行走机构的牵引力，kn；单边履带对地面的滚动阻力，kn；掘进机整机的重力，kn；单边履带行走机构承受掘进机的重量，kn；单边履带行走机构的接地长度，mm；两条履带的中心距，mm；掘进机重心与履带行走机构接地形心的纵向偏心距离，mm；履带与地面之间滚动阻力系数，取值范围，0.080.10；履带与地面之间的转向阻力系数，取值范围，0.81.0。一般情况下，、按较大值选取。单边履带行走机构输入功率的计算确定 式中: 单边履带行走机构的输入功率，kw； 履带行走机构工作时的行走速度，m/s； 履带链的传动效率； 驱动装置减速器的传动效率。取值范围，有支重轮时取0.890.92，无支重轮时取0.710.74。kw6.3.2 履带对地面附着力校核计算单边履带行走机构的牵引力必须大于或等于各阻力之和，但应小于或等于单边履带与地面之间的附着力。 kn 附着系数值应根据表6-1选取：表6-1 附着系数值地面（或地板）状况地面（或地板）状况铺石路面0.50.8干粘土土地面1.0稍湿的碴子地面0.81.0干砂土硬地面1.1泥泞的底板0.2水泥地面0.95砂、页岩底板0.650.7煤底板0.60.7张紧装置预张力的计算确定：公式中符号见图(6-2)符号示意。履带链单位长度的重力，kn/mm。1-导向轮 2-驱动轮图6-2 符号示意 6.4 马达参数选取马达的型号参数如下表6-2： 表6-2 马达的型号参数元件名称型号排量排 量(ml/r)压力(mpa)转速（r/min）效率(%)输出转矩(n.m)重量(kg)配套用制动器型号额定最高最低最高容积总效率径向柱塞液压马达nhm175a175202510100009809252627控制马达的旋转速度在230r/min左右。则马达所需要的流量约为：6.5 张紧油缸的计算选择油缸张紧的力为:各负载计算如下表6-3 表6-3 负载计算工况计算公式液压缸负载液压缸驱动力升降摆动工作96.0106.7(1)初选系统工作压力参照目前实际运用情况，初选定系统工作压力为16mpa。(2)确定液压缸型式及规格回路上取背压，根据工作情况和要求，确定宽径比0.30.40.50.550.620.71.11.21.331.461.612= cm 取规范标准d=100mm，由，d=0.62d=62mm取标准值，杆径d=63 mm两腔实际有效面积cm2，cm27 整机受力与稳定性分析7.1 掘进机受力分析掘进机工作时，纵向截割（上下摆动截割）时受力如图7-1a所示。此时，截割头受到向上、向下截割阻力，大小与截割头纵向截割的进给力相等，方向相反；横向截割（水平摆动截割）时，受力如图7-1b所示。此时，截割头受到横向截割阻力，大小与横向进给力相等，方向相反；轴向钻进时，受力如图7-1c所示。此时，截割头受到推进阻力