悬臂式半煤岩掘进机总体及截割部设计【7张CAD图纸和毕业论文】【答辩通过】

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1前言4

1.1设计背景和目的4

1.2   国外岩石隧道掘进机法的发展历史4

1.3    中国岩石隧道掘进机法历史的概况6

1.4 岩石隧道掘进机的现状7

1.5  国际掘进机，盾构机发展趋势9

1.5.1  岩石隧道掘进机的分类10

1.5.2掘进机分类11

1.6  EBZ-125XK型掘进机简介12

1.6.1 产品特点12

1.6.2 主要用途、适用范围13

1.6.3 产品型号、名称及外形13

1.6.4型号的组成及其代表意义14

2总体设计14

2.1总体参数14

2.1.1 截割都15

2.2掘进机各组成部分基本结构设计15

2.2.1截割部15

2.2.2装载部17

2.3刮板输送机17

2.4  行走部18

2.5机架和回转台19

2.6液压系统20

2.7电气系统22

3 截割机构设计22

3.1 截割头22

3.2 截割减速器23

3.3 电动机23

3.4 悬臂伸缩装置24

3.5 回转台25

4 减速器设计和校核25

4.1减速机构概述25

4.2 2K-H减速器高速级齿轮设计25

4.2.1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定25

4.2.2减速器原理图26

4.2.3 确定各主要参数26

4.2.4 几何尺寸计算29

4.2.5齿轮啮合要素计算30

4.2.6齿轮强度验算30

4.2.7行星轮啮合强度验算35

5 .2K-H减速器低速级速级齿轮设计43

5.1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定43

5.2 确定各主要参数43

5.3 计算几何尺寸45

5.4 齿轮强度验算46

5.5 减速器其他零件校核46

5.5.1 输入轴校核46

5.5.2 轴承校核50

5.5.3 键的校核51

6. 掘进机的检修及维护保养53

6.1 机器的日常维护保养53

6.2机器的定期维护保养54

6.3润滑54

6.4液压系统用油56

6.5电气57

7. 机器常见故障原因及处理方法57

7.1截割部57

7.2装运部57

8安全保护60

9  安全保护61

9．1 安装与检查61

9.2维护、修理与故障排除62

9.3包装及保管62

参考文献63

英文原文64

中文译文73

致  谢80

1前言

　　　此次设计的悬臂式掘进机主要是为煤矿综采及高档普采工作面采掘巷道掘进服务的机械设备。主要适用于煤及半煤岩巷的掘进，也适用于条件类似的其它矿山及工程巷道的掘进。

1.1设计背景和目的

　　　随着煤炭工业的发展。目前我国的矿井设计逐渐采用一井一面布置的采煤方法，其开采强度提高，推进速度增快，从而带来采掘机械化比例失调，采掘矛盾日益彰显。另外对于一些开采年限较长的矿井，易采的中厚煤层资源日益减少，而薄煤层的开采比例逐年增加，在全部采准巷道中,半煤岩巷的比例已经达到25%，但这些巷道中的90%仍旧采用着传统的炮掘作业，劳动强度大，安全性差。目前，我国大部分煤矿使用的主要机型多是二十世纪六、七十年代设计的，这些原有的设计理念逐渐陈旧、零部件可靠性较差、开机率低、维护量大，而且机重偏轻、截割功率小、过断层和截割岩石的能力差，不能适应较复杂煤层的要求。

　　　因此开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机已经成为当务之急，用于解决掘进机更新换代的问题，缓解采掘矛盾的紧张局面

1.2   国外岩石隧道掘进机法的发展历史

　　　1852年，蒸汽机驱动的岩石隧道掘进机（RTM）隧道掘进机(TBM)，在花岗岩中试用，未获成功。以后的三十年中，设计试制了各式各样的掘进机共13台，均有所进步。

　　　从1884～1926年间，一些国家又先后设计制造了21台掘进机之后，因受当时技术条件的限制。直至本世纪的40年代末至50年代初。欧美及日本各工业发达国家又继续研究设计制造和使用掘进机，找寻出在隧道快速掘进中更好的机械。并在实际使用中获得了较为理想的效果。

　　　目前世界上著名的五大掘进机制造厂商是美国的罗宾斯公司（Robbins）和贾瓦公司（Jarva）、德国的沃斯公司（Wirth）和德马克公司（Dcmag）、瑞典的阿拉斯·科普河公司（Atlas．Copco）,都是50年代和60年代开始研制和生产掘进机的。由于产品质量好，受到用户的青睬，到目前为止世界范围使用的掘进机已超过450台，掘进总长度在2500km以上，其中美国罗宾斯各型掘进机约163多台。

　　罗宾斯掘进机制造厂最早于1947年研制和生产的原始型掘进机是在煤层中使用的，但后来也用在页岩中开挖隧道。在这两台掘进机上，第一次使用了盘形刀具作为对岩体破碎工具并得到较好的效果。

　　1953年，制造了一台直径为7．85m全断面隧道掘进机（full face tunnel boring machine），是利用回转刀盘开挖（同时破碎及掘进）隧道的整个断面的专用机械总称。

　　　1955年，又为某坝的工程建设，连续制造了三台直径为2．44m罗宾斯掘进机，该机第一次得到了开挖中硬和硬岩的实践经验。

　　1956年该厂制造的直径为3．28m掘进机机型为131型，开挖围岩的性质是中硬岩及硬岩，该机进行了又一次尝试和考验。经这次尝试和考验的结果证明是成功的，而且它是硬岩隧道掘进机发展中的一个重要转折点。

　　到了1960年，岩石掘进机的发展又进入新的阶段，又开发制造了罗宾斯161型掘进机。这是第一台创纪录(6天中掘进了229m）的罗宾斯掘进机。这台机器也是第一次使用了有永久性密封及机油润滑轴承的盘形滚刀。这台机器目前仍为现有掘进机中最大的一台掘进机，并已保持了石方开挖吨位的记录。

　　 盾构式隧道掘进是罗宾斯341型，直径为10．3m，仅次于罗莫斯371型，机重550t，它是为开挖地下铁道制造的。341型掘进机的设计原理与目前一般岩石隧道掘进机采用的原理有根本的区别。它第一次在隧道开挖施工中采用了局部气压原理。

　　第17台罗宾斯掘进机是121型，命名为“阿索梯”掘进机，是在工程中所使用三台连续创造纪录的掘进机中的一台。

　　　第22台罗宾斯掘进机的产生是掘进机制造工艺方面的又一重要阶段。这台直径为5．5m的181型掘进机是为白松铜矿制造的，它将施工掘进坚硬的沉积岩层。这台机器运到矿山工地，等到隧道定线工作完成(1968年）后即用来掘削铜矿的大块砂岩层

　　132型掘进机最近在国外某地评始使用，将通过恶劣的破碎断层到坚硬岩层掘进施工一条直径3．96m的下水道。这台机器的顶盖（或盾壳系统）的设计具有最可靠的保护作用，并且允许在靠近开挖面处于盾壳的保护下安装隧道支撑盾壳制成三块，用液压操纵。这样机器就可以在硬岩中转向而不致于卡位。

　　　第25及26号机目前上在制造中，其中一台直径为2．44m的掘进机提供塔斯码尼亚水电工程建造压力隧道用。另一台直径为3.66m的掘进机提供外国的供水隧道施工用。

1.3    中国岩石隧道掘进机法历史的概况

　　中国全断面岩石掘进机研究开发于1964年开始这方面工作。1965年，掘进机的研制列入国家重点科研项目，当时的水电部抽调技术力量，以上海勘测设计院机械设计室为主，集中在上海水工机械厂进行现场设计，1966年就生产出中国第一台直径为3.5m的全断面岩石掘进机。

　　1969年由广州市机电工业局制造了一台直径为4m的掘进机，通过（广西桂林）试验单位进行试验性工程的实践。

　　 在1970年期间，由萍乡矿务局的机修厂生产制造了直径为2.6m掘进机应用于萍乡青山矿的巷道掘进施工。与此同时的西安煤矿机械厂也试制了一台直径为3．5m的掘进机被铜川矿务局作工业性试验和应用。

　　1971年试制的掘进机直径分别为2．5m、5．5m、3．8m和5．9m。。掘进碰到岩石类型白云质石灰岩、矽质石灰岩、花岗片麻岩和石灰岩。其中最高月进尺123m。

　　1981年SJ—58型隧道掘进机经过优化设计和精心制造。同年11日25日投入了引滦入唐工程中古人庄隧道应用性掘进施工。该工程于1983年3月15日隧道掘进贯通，这是中国第一条用掘进机施工的中型断面隧道，引起了国内地下工程界的关注。

　　1985年，在广西隆林天生桥水电站的水工隧道修建过程中，中国引进了美国罗宾斯公司掘进机，这是中国第一条采用大断面的岩石掘进机施工的隧道。

　　1991年，30A隧道（水磨沟隧道），以采用套筒式（铰接盾构型）岩石掘进机(TBM）施工方案。掘进机直径5．53m，隧道砼衬砌直径4．8m，采用预制的装配式结构。该机是由美国罗宾斯制造厂生产的188-227型(TBM）其使用寿命，可达掘进40～45km的隧道。

1.4 岩石隧道掘进机的现状

　　 目前世界上著名的掘进机制造厂家最负盛名是美国的罗宾斯公司和贾瓦公司。这几家公司都是50、60年代开始研制和生产掘进机的。由于产品质量好，受到用户的青睐，而工厂也就生气勃勃地发展起来。

　　加拿大基纳矿的Falconbridge母公司与美国的Boretec公司及加拿大的Brown Boveri Howden公司组成一个联合体，旨在设计制造和试验一台硬岩掘进机，于1988年联邦政府提供了部分资金来实施该项计划。

　　在上述发展趋势中更值得一提是英吉利海峡隧道的贯通运行，标志着掘进机法施工技术的最高水平。隧道全长48．5km，海底段长37.5km，隧道最深处在海平面下100m。这条隧道全部采用掘进机法施工技术。掘进机在地层深处又要承受10个大气压的水压力，同时又要单向作长距离21．2km推进，并且掘进机推进速度必须达到月进尺1000m的速度才能在2年左右完成。因此掘进机的构造先进性及其配套设备的可靠性，耐久性均须采用高标准、高质量、高技术设计和制造，同时在材质方面必须要耐磨耗及耐腐蚀的材料。所以该隧道的建成标志着掘进机法施工技术的最新水平，也是融合了英美法日德等国家掘进机法施工技术于一体的最高成就。

　　　中国全断面岩石掘进机研究开发和制造是从60年代中期开始的到目前为止，已生产了14台，直径为2．5至5．8m的岩石掘进机，先后在很多隧道工程的施工中使用。这些隧道用全断面岩石掘进机掘进施工基本上都处于工业性试验阶段。国产机型累计总掘进长度约12.038km．总之，全断面岩石掘进机已趋成熟并有所发展。对岩石掘进机制造和施工隧道工程也积累了可贵的经验。但和国外先进国家相比，中国全断面岩石掘进机还有很大差距。掘进速度相差两点五倍左右，机械性能、隧道施工适应性、配套设备、设计制造施工操作、机械设备维修保养、施工管理等都应有待于深入探索和研究。

　　引进全断面岩石掘进机施工，推动中国隧道的快速掘进的又一个施工实例是甘肃省引大（大通河）入秦（秦王川）大型跨流域灌溉工程，也是世界银行贷款建设项目。按世界银行采购指南进行国际竞争性招标。　掘进机经过30A隧道的施工实践，归纳有以下几点：①施工安全，②施工速度远远超过其他施工方法；③施工质量好，使围岩始终处于稳定状态。④长隧道施工综合造价低；⑤该机的机械化程度高，施工方便，用的劳动力极少，减轻工人劳动强度，便于施工管理。

   迄今为止，中国岩石掘进机（包括引进掘进机）施工掘进总长度31．39km。可以预见，随着中国国民经济建设的发展，国家的能源、交通、冶金矿山、煤炭工业也需要相应地进行大规模建设。这些工程大都有相应的隧道（洞）或巷道，都需要钻爆法和掘进机去开挖施工。

　　近年来，先进的全断面掘进机(TBM）在地下工程中愈来愈显示其功能的优越性。尤其是套简式盾构型岩石掘进机以及相配套的工艺装备，在隧道施工作（如开挖、出渣、衬砌灌浆等平行作业）实现一次成洞，有效地利用隧道空间，使施工作业达到安全、高效和快速施工的目的。因此，应大力发展掘进机法修建施工隧道，不仅促进中国隧道（洞）或巷道的快速掘进，而且具有战略性意义。

　　综上所述是岩石隧道掘进机的现状。

　　　TBM1172ZH/TS掘进机在用完后也很可能被放弃。这台掘进机是为了台湾挖掘施工一条高速公路隧道而专门制造的。它在装上船后被运往亚洲的中国台湾省的工地后，在那里重新组装起来。工作时掘进机的刀盘每分钟转动5次，掘进机刀盘上的盘形滚刀把岩石切割（或破碎），以达到破岩开挖隧道的目的。掘进机像甲壳虫设有前后地层支撑器又称撑靴和推进油缸，产生推进力给予掘削刀盘上刀具进行旋转切割和挤压破碎岩石而向前移动。每小时向前推进最快速度是4.5m，进度取决于岩石的性质。该台掘进机一天24小时都工作，剥离物必须用三辆货运列车运走。

1.5  国际掘进机，盾构机发展趋势

　　　国际掘进机、盾构机发展趋势是向大、小两头发展

   　掘进机、盾构机技术水平的提高与工业发展和地下工程的实际需要密切相关。西方国家在实现工业化的过程中，逐渐掌握了设计和制造技术，而科学技术的进步和大量地下工程投入建设，使得这些技术日臻成熟。

　　　西方国家的企业，在长期从实践到理论、再从理论到实践的反复探索过程中，逐渐形成了一套针对本国地质条件的设备设计理论、模拟试验方法和系统的经验数据，同时也形成了安装和调试的系统技术。汪建业说，现在国外企业已经做到了可以根据不同的地质情况设计出不同的掘进机或盾构机。

   　目前，国际上能够设计制造掘进机或盾构机的企业主要有：美国的罗宾斯公司、德国的海瑞克公司、维尔特公司，日本三菱公司。这些企业都能生产大型装备，最大工作断面达11米。

   　掘进机在做“大”的同时，也在向“小”的方向发展。在“极限制造”概念的指导下，上世纪80年代以来，微型掘进机技术在一些发达国家普遍得到应用。用这种办法，不再需要在地面上安装“拉锁”，一切工作都在地下进行，包括在水下、桥下、建筑物下开挖、铺设、更换各种管道。近年来，西方国家的许多城市通过相关法律，不允许在市内采用明挖方法，从而进一步促进了微型掘进机技术的发展。

　　　据介绍，日本企业设计制造小型盾构机水平最高。他们甚至有成熟的塑料管形成技术，可以做到在掘进的同时，完成制造和埋设地下管线。