毕业设计（论文）-纵轴式掘进机转运机构方案设计及其技术设计.doc

全套图纸加扣3012250582前言 随着回采工作面综合机械化程度的不断提高，要求巷道掘进速度随之加快，以保证采掘比例协调和矿井的高产稳产。 目前，巷道掘进有两种方法，分别是钻爆法和掘进机法。钻爆法首先要在工作面上钻出炮眼，然后在炮眼内装入炸药进行爆破，然后用装载机械把爆破下来的岩块装入矿车中运走。钻爆法是巷道掘进的传统技术，它不受煤、岩物理力学特性的限制，但其掘进速度较低。掘进机法没有钻眼爆破工序，直接用掘进机上的刀具破落工作面上的岩石，形成所需形状的巷道，并同时将破落下来的岩块装入矿车或运输机运走，实现了落、装、运一体化。显然，掘进机法比钻爆法掘进速度快、效率高、劳动强度低和安全性较好1。 为了保证掘进机的掘进速度，对其运输能力有一定要求，完成运输功能的是掘进机转运机构，转运机构是掘进机重要的工作机构，转运机构运输能力的大小直接决定着整机的生产能力，而其参数选择、结构设计是否合理直接影响整机的适应性和可靠性。1 概述巷道掘进机是一种能够完成截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾灭尘等功能的巷道掘进联合机组2，根据其不同的工作方式可将其分为全断面掘进机和部分断面掘进机。全断面掘进机能够一次性截割出所需要的断面，且断面形状大部分为圆形，主要被用于工程涵洞和隧道等岩石掘进；部分断面掘进机一次只能截割断面的一部分，它需要工作机构多次上下、左右摆动、移动，才能逐渐地截割掘出所需断面，其断面形状有矩形、梯形、拱形等形状。其中悬臂式断面掘进机的使用比较普遍。 1.1 国内外掘进机的发展、现状1.1.1国外掘进机的发展概况英国、前苏联、德国、美国等国在上个世纪的30年代，就已经开始了煤矿巷道用掘进机的研制工作，但其得到较广泛的工业性应用还是在第二次世界大战之后。1948年，匈牙利开始研制F系列煤巷掘进机。1949年生产的F2型掘进机，是世界上的第一台悬臂式掘进机，不过当时还未能实现悬臂式掘进机的全部功能。1951年匈牙利研制了采用履带行走机构的F4型悬臂式掘进机，这种机型除采用横轴截割方式和调动灵活的履带行走机构之外，还采用了铲板和星轮装载机构，并采用了刮板运输机转运物料。这种机型已经具备了现代悬臂式掘进机的雏形。F系列掘进机是目前悬臂式横轴掘进机的原始机型。目前国外的掘进机生产单位有：奥地利的奥钢联、德国的阿特拉斯普客-埃克霍夫掘进机技术公司，保拉特有限公司级维斯特法利亚吕恩公司等。这些公司的掘进机技术发展水平基本上代表着国外先进的悬臂式掘进机的技术现状。国外早期掘进机的控制。操作回路一般都通过操作安装在隔爆型主令箱上的按钮或手把开关来控制传统的交流中间继电器电路，进而通过继电器接点来对主回路交流接触器进行二次控制。近几十年来，体积小、功率低、可靠性高的光电耦合元件作为隔离和转换器件在本安型控制先导回路中得到了广泛额应用并取得了良好的效果，在实际应用中取得了良好的效果。经过半个多世纪的发展，目前，国外掘进机主要生产国有：英、德、俄罗斯、奥地利、日本等国，所生产的掘进机已被广泛用于硬度较低的半煤岩的采准巷道掘进，并扩大到岩巷。重型机不移位截割断面达3542m，多数机型能在纵向16、横向8的斜坡上可靠工作，截割功率在132300kW，机重在50100t，切割岩石硬度f为12。部分机型截割速度已降至1m/s以下，牵引速度采用负载反馈调节，以适应不同岩石硬度；一些机型除设有后支撑外，还在履带前后安装了卡爪式液压扎脚机构，以便在切割岩石时锚固定位。机电一体化已成为掘进机发展趋势，新推出的掘进机可以实现推进方向和断面监控、电动机功率自动调节、离机遥控操作及工况监测和故障诊断，部分掘进机实现PLC控制，实现回路循环检测。1.1.2国内掘进机的发展概况我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。悬臂式掘进机是集支撑、截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。现在国内的掘进机设计虽然说离国际先进的技术还有段距离，但是国内的技术水平已能基本满足国内的需求。大中型号的掘进机不断被创新。主要厂家石煤机、三一、佳木斯都以各自特点屹立国内市场。然而，国内目前岩巷施工仍以钻爆法为主，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于试验阶段，但国内煤炭生产逐步朝向高产、高效、安全方向发展，煤矿技术设备正在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展，新集能源股份公司、新汶矿业集团、淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国WAV300、奥地利AHM105、英国MK3型重型悬臂式掘进机。全岩巷重型悬臂式掘进机代表了岩巷掘进技术今后的发展方向。虽然三一重装前几年推出了国内第一台EBZ200H型硬岩掘进机，但国产重型掘进机与国外先进设备的差距除总体性能参数偏低外，在基础研究方面也比较薄弱。1.2掘进机技术的发展趋势掘进机的发展经历了由小到大、从单一到多样化的过程，现在已形成轻型、中型、重型3个系列。掘进机正向以下几个方面发展：1）增强截割能力。为了实现较强的截割能力，现代掘进机截割功率不断增大，截割速度逐渐降低。现代中重型悬臂式掘进机截割功率120300kW,个别机型达到400kw。截割头转速一般为2050r/min,截割速度12m/s，部分机型降低到1 m/s以下。经济截割硬度100120MPa,最大可达140 MPa。2）提高工作可靠性。由于地质条件复杂多变，使掘进机在工作时承受交变的冲击载荷，且磨损和腐蚀严重。而井下的环境恶劣，空间狭小，检修不便，因此要求通过完善的设计、高质量的制造及合理的使用和良好的维护来提高其可靠性。3）采用紧凑化设计，降低重心，提高工作稳定性。由于掘进机悬臂过长，使得截割反力较大，不利于机器稳定工作。针对这个问题，应采用紧凑化设计，努力降低机器的重心，并在机器的后部或两侧增设油缸稳定装置，以提高机器的工作稳定性。4）增强对各种复杂地质条件的适应性。悬臂式掘进机普遍采用履带行走装置，以减小接地比压；通过增大驱动功率，以增强牵引力和爬坡能力，从而提高对各种底板、工况的适应性。5）发展自动控制技术。截割断面监视和控制技术的开发和应用。采用该技术将实现掘进工作面切割情况较直观、全面的观察和了解，并能对断面切割精度和巷道质量进行控制。基本解决了掘进机械操作人员在截割过程中离开迎头，安全、准确操纵的问题和提高巷道质量、生产效率的问题。该技术包括随设备水平姿态识别、调整；切割轨迹记录和显示；断面边界设定；断面成形控制；前进方向指示和引导；偏离方向和切割超限报警等几个方面的内容。该技术的进一步发展将实现掘进机的自动掘进。6）研究新型刀具和新的截割技术。为增强截割能力、提高刀具的使用寿命，应努力改进刀具的结构，采用新材料，研究新的破岩方法。7）发展掘锚机组，实现快速掘进。目前，影响悬臂式掘进机掘进速度的主要因素就是支护时间过长。掘进、支护不能同步作业，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率。掘锚机组是一种新型、高效、快速的掘进设备，是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景。 8）向重型化方向发展。掘进机除用于煤矿巷道掘进外，正在进入铁路、城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。这就需要掘进机不仅能截割煤，也能截割岩石，并且是全岩的巷道。为了能真正截割全岩，在破岩方法和效率、减振、防尘以及运输上考虑解决方案，首先截割岩石要有较大的截割力，这样就必然要增加截割电动机的功率，电动机功率的增加其外形也会相应加大，这样会使整个掘进机的外形及机体重量随之增加。掘进机机体重量增加后会有更好的稳定性，机体的重力会平衡掉截割力。1.3掘进机的基本组成悬臂式掘进机要同时实现将煤岩从矿体分离、装载运出、并实现机器本身的行走调动和喷雾灭尘等功能。工作时，截割机构的截割头输出的扭矩和升降或回转液压缸的推、拉力共同转化为截齿的截割力并施于煤（岩）壁上，将煤（岩）从煤层或围岩的基体上破落。同时，装载机构不断地将破落下的煤（岩）装入中间刮板输送机转运至机后卸载。依靠臂杆带动截割头上、下、左、右，依次截割完巷置（或吸尘器），以减少空气中粉尘浓度。各个机构的动作和各个系统的控制均由司机在机器的操纵台上操纵。它主要由截割机构、装载机构、运输机构、机架及回转台、行走机构、液压系统、电气系统、冷却灭尘系统及机器的操作控制与保护等九部分组成3。1）截割机构：又称为工作机构，主要是由截割头、悬臂段、截割减速器以及截割电动机组成，部分悬臂式掘进机截割部还设有叉形架，用来保护截割电动机；2）装载机构：主要由铲板及左右对称的收集装置组成，装载机构位于机器前端的下方，其主要作用是将截割机构分离和破碎的物料集中装载到运输机构上去；3）运输机构：主要由机前部、机后部、驱动装置、刮板链、张紧装置、脱链器和改向轮等组成，运输机构可采用低速大扭矩液压马达直接驱动（或用电动机经减速器驱动），刮板链条的张紧通过在运输机尾部的张紧油缸来实现；4）机架和回转台：机架是整个机器的骨架，承受着来自截割、行走和装载的各种载荷；回转台主要用于实现切割机构的升降和回转运动，通过大型回转轴承止口和高强度螺栓支承、联接，是回转台座落在机架上；5）行走机构：现代掘进机多采用履带式行走机构。传统的履带行走机构通常由“四轮一带”即：驱动轮、改向轮、支重轮和托链轮四轮以及履带组成。但为了降低行走机构的高度，也有用耐磨框架代替支重轮和托链轮的；6）液压系统：主要由泵站、控制阀组、油缸、驱动马达及辅助液压元件组成，为掘进机提供压力油，驱动和控制各油缸及马达，是机器实现相应的动作，并进行液压保护；7）电气系统：向机器提供动力，驱动和控制机器中的所有电动机、电控装置、照明装置等，并可实现电气保护；8）除尘系统：由内外喷雾装置组成，用以向工作面喷雾，除去截割时产生的粉尘，还有冷却截割电动机和液压系统的功能。2 转运机构方案设计2.1 结构方案设计2.1.1 运输方式选择转运机构运输能力大小直接影响掘进机整机的工作效率，其运输方式可选刮板输送机运输或胶带输送机运输。 1）胶带输送机。胶带输送机是以胶带作为牵引机构和承载机构的一种连续运转的运输设备。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置组成。工作时，电动机带动主动滚筒转动，主动滚筒通过与胶带间的摩擦力带动胶带及货载一同运行，当胶带绕经端部卸载滚筒时进行卸载。它既可以运输碎散物料，也可进行成件物品的运输。胶带输送机可用于水平及倾斜运输，倾斜向上运输时，运送原煤时，允许倾角不大于20，运送煤块时，倾角小于18，向下运输时，倾角不大于15。胶带输送机一般分为以下几类：a.普通型胶带输送机b.绳架吊挂式胶带输送机c.可伸缩胶带输送机d.钢丝绳芯胶带输送机e.钢丝绳牵引胶带输送机胶带输送机的特点：a.优点 胶带输送机的运输能力大，工作阻力小，耗电量低，与刮板输送机相比，其耗电量为刮板输送机的20%30%；货载同胶带一起运动，对胶带的磨损小，货载破碎性小，工作噪声低；结构简单，铺设长度大，减少了转载次数，节省人员和设备。 b.缺点 胶带成本高，初期投资大；强度低，容易损坏，无法承受较大的冲击与摩擦；机身高，需要专门的装载设备；不能用于弯曲巷道。 2)刮板输送机 刮板输送机作为煤炭运输的主要运输设备，在煤炭生产中起着非常重要的作用。由于它结构简单、使用寿命长，运转可靠性高、节能高效、输送距离长、密封性能好且维修方便，在冶金、建材、化工、火电、矿山等行业里同样被广泛使用。 刮板输送机是一种有挠性牵引机构的连续运输机械。溜槽是煤炭的承载机构，其牵引推运机构是绕过机头链轮和机尾链轮（或滚筒）而进行循环运动的无极闭合的刮板链。起动电动机，经液力联轴器、减速器传动链轮而驱动刮板链连续运转，将装在溜槽中的煤炭推运到机头处卸载转运。刮板输送机适用于煤层倾角不超过25度的采煤工作面，但对于间作采煤机轨道与机组配合工作的刮板输送机，适用的煤层角度一般不超过10度。煤层倾角大时，要采用防滑措施。此外，在采煤工作面下顺槽和联络眼都可以使用刮板输送机运送煤炭。目前，采煤工作面多使用可弯曲刮板输送机，以适应机械化、综合机械化采煤的需要，与相应的采煤机、金属支架或自移式液压支架配套使用。 刮板输送机常用的分类方式有以下几种： a.按牵引的条数和布置方式，可分为单中链、边双联和中双链及三链型刮板输送机。 b.按溜槽的布置方式，可分为重叠式和并列式溜槽刮板输送机。 c.按溜槽的结构，可分为开底式和封底式溜槽刮板输送机。 d.按卸载方式，可分为端卸式和侧卸式刮板输送机。 e.按功率大小，可分为轻型（单电动机额定功率小于或等于40kw）、中型（大于40kw,小于等于90kw）和重型（大于90kw）刮板输送机。 刮板输送机的主要特点： a.优点 由于它机身低矮，可以弯曲，运输能力大，结构强度高，能适应采煤工作面较恶劣的工作条件，并可作为采煤机运行轨道，有时还作为移置液压支架的支点：在推移刮板输送机时，铲煤板可自动清扫机道浮煤；挡煤板后面有安全电缆、水管的槽架，并对电缆、水管起保护作用，推移输送机时，电缆、水管随着同时移动。 b.缺点运行阻力大，耗电量高，溜槽磨损严重；使用维护不当时易出现掉链、漂链、卡链、甚至断链等事故，影响正常运行。综上所述，本设计中掘进机主要用于巷道掘进工作，其输送的物料多为硬度较大、块度较大的煤岩，对输送机承受冲击与摩擦的能力要求较高，故转运机构选择刮板输送机，其位于掘进机中部，前端铰接于铲板上，后部托在机架上，其作用是将装载机构收集起来的物料运至机后的转载设备，由前溜槽、后溜槽、刮板链组件、张紧装置、驱动装置等几部分组成。2.1.2刮板输送机的结构形式选择 目前，掘进机中的刮板输送机主要有直输送机和尾部可摆动输送机两种形式。1）直输送机的形式如图2-1所示，这种形式的输送机的后配套设备为皮带转载机，其特点是结构简单，可靠性高。大多数掘进机都采用直输送机的形式。图2-1 直输送机FIG.2-1 straight conveyor 2） 尾部可摆动的输送机如图2-2所示,这种形式的输送机多用于短壁开采掘进机，适用于各种后配套设备，用于开采残采区的块段及回收煤柱，也适用于“三下” 采煤。但输送机尾部摆动时，刮板链的松紧程度变化较大，容易造成刮板链与链轮的啮合不好，出现跳链等故障。图2-2 尾部可摆动的输送机FIG.2- 2 the tail swinging conveyor综上所述，本设计选用结构简单，可靠性高的直输送机的形式。2.1.3刮板输送机的布置形式选择 刮板输送机的几种常用的布置形式，如图2-3。 图2-3 刮板输送机常用的几种布置形式a水平型 b倾斜型 c 倾斜水平型 FIG. 2- 3 scraper conveyor commonly used several kinds of decorate a form a.Horizontal b.Tilting type c.Inclined horizontal选择和确定刮板输送机的布置形式，应考虑以下几个方面：1)必须满足工艺要求。即应符合工艺提出的运输路线、输送量和需要在其上面完成的工业作业等要求。2)在满足工艺要求的前提下，应力求最简单的布置形式。布置形式越简单，输送机线路的转折越少，其运行阻力就越小，从而可降低制造成本，提高其使用的经济性。3)布置时，应充分考虑输送机与各有关专业工种的关系。如安设在地坑中的板式输送机，容易和土建、水道、通风及除尘等设施发生矛盾，故应综合研究各方面的情况，求得整机布置的合理性和经济性。 4)输送机在作倾斜输送时，不得超过允许的倾角范围。 综上所述，本设计中掘进机运输路线较短，可选用较简单的直线运输且输送机构前后部高度不同，故选用b倾斜型布置形式。2.1.4 驱动装置布置掘进机转运机构驱动方式主要有装-运联合驱动和转运机构单独驱动。装-运联合驱动即装载机构和转运机构共用驱动装置。即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧，由刮板输送机的尾轴作为装载机构减速器的输入轴，减速器输出轴驱动装载机构运动。刮板输送机由布置在刮板输送机后部的驱动装置直接驱动。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者运动相牵连，相互影响大。此种布置方式将驱动装置布置在刮板输送机后部，而刮板输送机后部空间比较狭小，高度较低，其结构较复杂，当发生故障时维修困难且平时检修也不方便。转运机构单独驱动一般将驱动装置布置在刮板输送机后部。即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端。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。转运机构与装载机构分别单独驱动，机械结构简单，检修维修方便。综上所述，本设计选用转运机构单独驱动，其驱动装置布置在刮板输送机前部。2.1.5 刮板链的布置 刮板链由链条和刮板组成，是刮板输送机的牵引构件，具有推移货载的功能。刮板链的型式分为中单链型、中双链型、边双链型和三链型几种，其中中双链型、边双链型在掘进机中应用较广。 中单链刮板的圆环链在刮板中间用U型螺栓连接，刮板两端在槽帮内运行，这种链子结构简单，整体弯曲性能好，与边双链相比链子无受力不均现象。与中双链相比结构更简单，不存在链子受力不均现象，且弯曲性能更好些。缺点是一股链子强度受到限制，不适用于功率较大的输送机，且刮板两端磨损后，稍有歪斜就易出槽。运行阻力比边双链稍高。图2-4 中单链式刮板链1-接链器；2-开口销；3-刮板；4-U形螺栓；5-自锁螺母；6-圆环链FIG. 2-4 single chain scraper chain1 - answer the chain;2 - split pin;3 - scraper;4 - U bolt;5 - self-locking nuts;6 - round link chain 中双链刮板上的两股链条中心距不大于槽宽的20%，刮板在机槽内起导向作用。刮板强度高，可以适用于重型和超重型刮板输送机。有链子受力较均匀，不易弯曲变形、打斜，受力均匀，运转平稳，很少出现脱链现象，弯曲性能较好等优点，使用效果较好。缺点是运行阻力较高，并且在煤质较硬，煤的块度大的情况下，运输效果不佳，不宜采用，主要适用于割煤工况，由刮板、矿用高强度圆环链、扁平接链环等组成。图2-5 中双链式刮板链1-卡链横梁；2-刮板；3-螺栓；4-螺母；5-圆环链；6-接链环FIG.2-5 in the double chain scraper chain1 - card chain beam;2 - scraper;3 - bolt;4 - nut;5 - ring chain;6 - connect link 边双链刮板上的链条位于刮板两端，链条和连接环在机槽内起导向作用。由刮板、矿用高强度圆环链、开口式连接环组件等组成。边双链型刮板输送机的两条圆环链在刮板两端用连接环与刮板连接，每节链条的长度就是刮板的间距，因此，链条都是短节。链条和连接环在槽帮钢的槽内运行，刮板的空间较大，能运输较大的煤块，这种链子的预张力较小，运行阻力小，适应性强，因此，得到广泛应用。缺点是两条链子受力不均，刮板易歪斜；刮板中间受力大，易弯曲；由于链环与连接环在槽帮内运行，空间受到限制，不能使用较大的圆环链，强度受到限制。图2-6 边双链式刮板链1-圆环链；2-连接环；3-刮板；4、5、6-螺栓、螺母、弹簧垫圈FIG. 2-6 double chain scraper chain1 - ring chain;2 - link;3 - scraper;4, 5, 6- bolt, nut, spring washer 综上所述，本设计中掘进机主要用于矿井下煤岩掘进，煤块较硬，块度较大，运输距离较短，故选用拉煤能力较强，运行阻力小，适应性强的边双链型刮板。2.1.6 溜槽的布置 掘进机转运机构中溜槽与综采工作面刮板输送机中溜槽有一定区别。 综采工作面刮板输送机中溜槽既是刮板输送机机身的主体，作为货载和刮板链的支撑机构，又是采煤机的运行轨道。煤和刮板链在溜槽中滑行，不仅工作阻力大，而且对溜槽的磨损严重；同时溜槽承受采煤机的全部重力，采煤机在槽帮上滑行对槽帮产生磨损。为此，要求溜槽要有足够的强度和刚度以及较高的耐磨性能。综采工作面刮板输送机中溜槽有中部槽、调节槽、连接槽（或过度槽）等类型。工作面刮板输送机溜槽靠采空侧安装挡煤板，以提高装载力；靠煤壁侧安装铲煤板，以清扫机道，便于输送机推向煤壁。挡煤板和铲煤板属于附件。1) 中部槽由槽帮钢和中板焊接而成。上槽为装运物料的承载槽，下槽有敞底和封底式两种。封底式可减小刮板链返程中的阻力，故可用于松软底板，但安装维修较为困难。2) 调节槽、过度槽调节槽与中部槽结构基本相同，用来调节刮板输送机的长度，以适应工作面长度的变化。过度槽用于机头架和机尾架与中部槽的过度或连接，使机头架、机尾架和中部槽连成整体。掘进机的中间刮板机输送机不同于工作面输送机，其输送长度短，不需要对接，也不需要段之间的互换性能；另一方面，输送机受力不大。本设计中溜槽分为前溜槽与后溜槽，前后溜槽用M24高强度螺栓联接，前后溜槽应尽量平直，以提高运输能力。为增强溜槽的耐磨性、强度以及使用寿命，前后溜槽中与刮板链组件相接触的链条挡板、托链板、中底板的材料均选用厚度为20mm的高强度耐磨钢板，使用寿命可提高2-3倍。2.1.7 张紧装置张紧装置的功能是调节刮板链的松紧程度，使其具有一定的预张紧张力，防止刮板链运行是发生松链或堆链现象，保证刮板链正常运转。紧链常用的方法是链轮反转式，其原理如图2-7所示，紧链时先把刮板链一端固定在机头架上，另一端绕经机头链轮，反向点动电动机或液压马达，待链条拉紧时立即用紧链器闸住链轮，拆除多余的链条，再接好刮板链。刮板链的张紧程度，以运转时机头下方下垂两个链环为宜。 图2-7 链轮反转紧链示意图FIG. 2-7 sprockets inversion tight chain diagram 目前应用的紧链方式有三种：一种是将刮板链一端固定在机头架上，另一端绕经机头链轮，用机头部的电动机使链轮反转，将链条拉紧；另一种方式与前一种基本相同，只是不用电动机反转紧链，而用专设的液压马达紧链；第三种是采用专用的液压缸紧链。第一种紧链方式的紧链器主要有以下几种：1）棘轮紧链器、2）摩擦轮紧链器、3）闸盘紧链器。1） 棘轮紧链器是总功率在150kW以下的刮板输送使用的一种紧链器。此种紧链是借棘爪插到棘轮槽上，而使棘轮只能向着一个方向转动，借此来完成刮板链的张紧。 棘轮紧链器操作方便、机构简单，主要用于轻型刮板输送机。因为较大功率的刮板输送机会使棘轮与插爪之间产生的压力过大，紧链过程不安全。2）摩擦轮紧链器又叫闸带紧链器，主要用于总功率在150220kW以下的刮板输送机的刮板链张紧。其结构如图2-8所示。紧链时的制动力是由闸带与制动轮之间的摩擦力而来，此种紧链方式是利用输送机动力部提供给链轮轴组的旋转力来张紧刮板链的。目测刮板链松紧适度时，用紧链器将动力部制动，是刮板处于静止张紧状态，等刮板链断开点重新连接后，松开闸带，使链条重新达到自由张紧。图2-8摩擦轮紧链器FIG. 2-8 friction wheel chain tensioner3） 闸盘紧链器主要用于总功率在220800kW以下的刮板输送机中。其主要由制动装置和闸盘组成如图2-9所示。与前两种紧链器不同，它的紧链过程不是独立完成的，是由闸盘紧链器和阻链器共同完成的。阻链器用来在紧链过程中卡阻刮板链，使其张紧。之后目测刮板链松紧适度断开点，闭合时松开被制动的闸盘，之后刮板链恢复自由张紧。图2-9 闸盘紧链器1-减速器一轴；2-夹钳式制动装置；3-闸盘；4-液力耦合器；5-连接罩；6-弹性联轴器FIG. 2-9 Brake disc chain tensioner1 - a reducer shaft;2 - clamp type brake;3 - brake disc;4 - hydraulic coupler;5 - the connection cover;6 - elastic coupling 第二种紧链方式使用的液压马达，安在联接筒上，减速箱一轴上装紧链齿轮。如图2-10所示。 液压马达紧链装置的液压系统装置的液压系统及机械传动系统。紧链时，将操作手把扳到起始位，惰轮将与主减速器一轴上的紧链齿轮与紧链减速器上的齿轮啮合。手动换向阀扳到紧链位置，压力液经梭阀进入液控腔，克服弹簧压力，时插爪从齿槽中脱出，与此同时液压马达供压力液，液压马达带动机头链轮反转紧链，紧链力的大小用溢流阀调节，有压力表上的读数经换算得到，紧链运转时，压力表上升到规定的压力值，即表明已达到了规定的紧链力。将手动换向阀扳到中间位置，马达停止，液控锁卸压，在弹簧作用下，插爪插入齿轮的齿槽。刮板链保持张紧状态。拆去多余的链段，接好链子后，将手动换向阀换到运转位置，液压马达带动接好的刮板链运转，紧链挂钩松开后，停止马达运转，卸载紧链挂钩，将操作手把扳到结束位，惰轮脱开紧链齿轮，关断截止阀，完成紧链操作。图2-10 液压马达紧链装置1-液压马达；2-齿轮箱；3-液控机械闭锁装置；4-惰轮；5-联接阀6-减速器输入轴；7-紧链齿轮FIG 2-10 hydraulic motor chain unit1 - hydraulic motor;2 - gear box;3 - hydraulic control mechanical locking device;4 - idler;5 - connecting valve 6 - reducer input shaft;7 - tight chain gear第三种紧链方式是使用单独的液压缸紧链器。这种紧链器是一个带增压缸的液压千斤顶装置，由泵站供给压力液，紧链时需要将它抬到紧链位置使用。上述各种紧链装置中：（1） 棘轮紧链器和摩擦紧链器结构简单，使用方便，单它们不能显示出链子张力的大小。其余三种都能显示和准确控制链子的张紧力。（2） 液压马达紧链装置的操作简单，安全性高。（3） 液压缸紧链器体积较小，可以在任意位置使用。 综上所述，使用电机或马达紧链的张紧装置体积较大且位置固定，故本设计选用弹簧和液压缸进行涨紧，其体积较小，位置灵活，使用方便，如图2-11.。图2-11液压缸张紧FIG. 2-11 The hydraulic cylinder tensioning2.2 参数确定原始参数是机械设计的依据，不论是结构形式的选择，还是理论分析计算，它都起着决定性的作用。毕业设计原始参数：适用巷道断面：23m,高2.4-4.5m，宽3.0-5.5m；卧底深度：250mm； 爬坡能力：16；溜槽断面：540mm（宽）x350mm(高）；龙门高度：420mm；理论运转能力：250m/h；设计长度：3700mm；牵引速度：0.96m/s。2.3 动力元件选择2.3.1 电动机与马达的比较动力元件一般可选电动机或液压马达。电动机由电能转化为机械能。电动机有以下优点：1)能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级； 2)电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求； 3)电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。运行可靠、价格低廉、结构牢固。 电动机有以下缺点： 1)输出扭矩比较小； 2)传动系统相对复杂，体积较大； 3)难于进行无级变速； 4)长时间使用精度下降； 5)不可连续长时间工作 否则易出故障缩减使用寿命。 液压马达由液压能转化为机械能。 1）易于获得较大的力或力矩 2）功率重量比大 3）易于实现往复运动 4）易于实现较大范围的无级变速 5）传递运动平稳 6）可实现快速而且无冲击的变速和换向 7）与机械传动相比易于布局和操纵 8）易于防止过载事故 9）自动润滑、元件寿命较长 10）易于实现标准化、系列化 液压传动有以下缺点： 1）易出现泄漏 2）油的粘度随温度变化，引起工作机构运动不稳定 3）空气渗入液压油后会引起爬行、振动、噪声 4）用矿物油作液压介质时，有燃烧危险应注意防火。 5）物油与空气接触会发生氧化，使油变质必须定期换油。 6）液压件的零件加工质量（几何精度、表面粗糙度等）要求较高。 本设计中掘进机转运机构为一刮板输送机，主要用于运送块度较大的煤岩，其运动速度较小，且需长时间连续工作。而液压马达主要应用于低速重载，同等扭矩或者输出功率下，液压马达的体积及重量相较电机要小的多，而且马达能够通过控制油液，轻易实现正反转，且液压传动系统简单，故障环节少，液压的反应快灵敏精度高寿命高。综上所述，本设计动力元件选用液压马达。2.3.2 液压马达的选择计算1） 运输能力计算 刮板输送机的输送能力，是指输送机每小时运送货载的质量。它取决于输送机每米长度上的货载的质量和链速。即： =3.6 (2-1) =3.6 (2-2)式中：刮板输送机的运输能力，t/h；q 每米长度货载质量，kg/m；A 溜槽物料运行时的断面积，m；物料的散碎密度，kg/m,对于煤kg/m，取900kg/m；刮板链牵引速度，m/s。因为刮板链本身占据一定的空间且运输角度有一定的影响，货载实际断面积比A小一点，计算时要乘以一个小于1的装满系数。故运输能力按式（2-3）计算， (2-3)式中： 装满系数，水平及向下运输时，=0.91；倾斜向上运输时=0.60.9（倾角15时，=0.6）。由式（2-3）有：t/h则其每米上货载为：kg/m2）刮板输送机的运行阻力计算运行阻力包括直线段运行阻力和曲线段运行阻力。a. 直线段阻力直线段运行阻力是指货载及刮板链在溜槽中运行时的阻力（摩擦阻力），以及倾斜运输时货载与刮板链的自重沿斜面的分力。图2-12 阻力计算简图FIG. 2-12 resistance calculation diagram运行阻力有重段阻力和空段阻力，如图2-12 所示。即： （2-4） （2-5）式中： 重段阻力，N； 空段阻力，N； g重力加速度，9.8m/; q每米长度货载质量，109kg/m； 刮板连每米质量，查4表5-1得，18.8kg/m； L输送机铺设长度，3.7m； 输送机铺设倾角，16； 货载及刮板链在溜槽内的阻力系数，见表2-1； -对于重段，向上运行取“+”，向下运行取“-”；对于空段，符号与重段相反。表2-1 煤及刮板链在溜槽中移动的阻力系数Table 2-1 coal and scraper chain moving drag coefficient in the chute阻力系数 单链 0.40.6 0.30.4 双链 0.60.8 0.30.4由式（2-4）和（2-5）有： b.曲线段运行阻力。曲线段运行阻力，是指刮板链绕过机头和机尾时的弯曲附加阻力和轴承阻力，以及水平弯曲时，刮板链在弯曲溜槽中运行时产生的附加阻力，对掘进机转运机构来说，曲线段运行阻力只有刮板链绕过机头和机尾时的弯曲附加阻力和轴承阻力。这部分阻力的计算十分繁琐，通常来讲，按照重段阻力W和空段阻力W之和的10%来计算。 c.总阻力和牵引力。总阻力是指直线段和曲线段运行阻力之和，其值为： (2-6)式中： 刮板输送机运行时的总阻力，N； 附加阻力系数，=1.1，输送机不弯曲时=1。 代入式（2-6）得：总阻力即为主动链轮的牵引力。3） 液压马达的确定a.所需轴功率计算 （2-7）式中： P 链轮轴所需的轴功率，kW; 主动链轮牵引力（总阻力），5764.8N； v 刮板链的运行速度，0.96m/s.由式（2-7）有：kw再考虑15%-20%的备用功率后，将其圆整为10kw.则马达扭矩为： （2-8）式中： n 链轮转速，由已知有，,r为链轮节圆半径，则n=73r/min 则：Nm由5得表2-2。表2-2 NHM型径向柱塞马达的性能参数Table 2-2 type NHM radial piston motor performance parameters型号排量mL/r压力 MPa额定转矩Nm转速范围r/min质量kg额定最高NHM1-1009625 3230015100020NHM1-12512620 2538015100020NHM1-16015920 2547215100020NHM2-10011325 3242010125027NHM2-15015925 3262010100027NHM2-17518020 2552610100027NHM3-17518125 326708100035NHM3-20020125 32800880035NHM3-300289 20 25864650035NHM6-40039725 321483563057.5NHM6-50049120 251463563057.5由表2-2选择液压马达型号为NHM6500,其参数见表2-3。表2-3 液压马达参数表Table 2-3 hydraulic motor parameter table型号排量mL/r压力 MPa额定转矩Nm转速范围r/min质量kg额定最高NHM650049120251463563057.52.4传动系统确定本设计中刮板输送机的传动系统是由液压马达直接驱动链轮轴旋转，从而带动刮板链的运转。传动系统简图如下：图2-13 传动系统简图FIG. 2-13 transmission system diagram3.转运机构技术设计3.1链轮的设计计算3.1.1 链轮齿数选择和圆环链的选择 为满足链轮强度要求，链轮材料选取45钢，链轮必须进行调制处理，调制硬度应达到HB260320，链窝和齿形表面须进行淬火处理，淬火硬度应达到HRC4555，淬火硬度层深度不低于3mm. 圆环链链轮的齿形结构和尺寸如图3.1所示,链轮的每一齿距内有两个链环.其中,平卧于齿轮间链窝里的称为平环;松卡在齿宽中间立槽内的称为立环.链窝的形状与链环的外形想适应,其长度应比链环略长; 立槽的宽度L,也比链环棒料的直径稍大. 链轮的齿廓为两段圆弧,顶部齿廓圆弧的半径为R1,根据齿廓圆弧的半径为R2.当圆环链的规格D*P和链轮齿数N选定后, 链轮的各部分几何尺寸可计算。图3.1 圆环链链轮的齿形结构简图FIG. 3.1 ring chain sprocket tooth structure diagram1) 基本参数 刮板输送机的链轮齿数一般为412齿，现选链轮齿数为7齿。 圆环链链环基本参数见表3.1。表3.1 圆环链的基本参数Table 3.1 Basic parameters of ring chain成品链环直边直径d节距p宽度圆弧半径r公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小内宽a最大外宽b公称尺寸极限偏差100.4400.5123415+20140.4500.5174822+20180.5640.6216028+20220.7860.9267434+20 由于链条在槽帮内运行，其大小受槽帮大小限制无法选择较大链条，但链条过小会使其强度太低，易断裂，故取圆环链的规格为18x64-C级，其最小内宽为21mm,最大外宽为60mm,圆弧半径为28mm。3.1.2 链轮的各部分几何尺寸计算 圆环链轮的几何尺寸和齿形计算中,一部分参数是由几何分析,结合工作要求而推导出的计算公式;另一部分是根据经验确定，见表3.2，表3.2 圆环链轮的几何尺寸和齿形计算公式表Table 3.2 ring chain wheel geometry size and calculation formula of tooth profile table名称符号计算公式链轮节距角链轮节圆直径D链轮顶圆直径链轮立环槽直径链轮立环槽宽度l齿跟圆弧半径R链窝长度L链窝平面圆弧半径RR的值为扁平连接链环圆弧部分的最大外圆半径链轮中心至链窝底平面的距离H短齿厚度W链窝中心距离A齿形圆弧半径R立环槽圆弧半径R短齿跟部圆弧半径R链窝间隙T限制W的最大值保证圆环链在链窝中得到足够的支撑开口式连接环和保证刮板在链窝中有足够的间隙计算过程如下： 1）链轮节距角 （3-1）式中： 链轮节距角； N链轮齿数，7齿。代入式（3-1）：= （3-2） 2）链轮节圆直径 （3-3）式中： D链轮节圆直径： p 圆环链链条节距，p=64mm； d 圆环链链条直径，d=18mm。代入式（3-3）：mm根据链条及链轮实际磨损情况，设计将链轮节圆直径略有增加，设计取链轮节圆直径=288mm。 3）链轮顶圆直径De=D0+2d （3-4）由式（3-4）有：mm 4）链轮立环的立槽直径 （3-5）式中： 链轮立环的立槽直径； 链条对应的