履带式掘进机的行走装置及液压系统设计.doc

履带式掘进机的行走装置及液压系统设计 摘要 本次设计参照了太原煤科院研制生产的EBJ-120TP型掘进机,这是一种中型悬臂式掘进机,主要用于中型煤巷及半煤岩巷的掘进作业。它结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。我的设计主要针对掘进机的行走部进行结构及液夜系统相关设计。设计中采用履带式行走部,驱动动力由液压马达提供,利用液压马达转动方向变化实现行走部前进、后退和转向。在行走部传动设计中,采用高速直联液压马达接一级圆柱直齿轮传动再接3K型行星传动的设计方案,通过制动器并将它和液压马达联结,制动器内圈悬浮,既起到制动功能又起联轴器作用,源头制动使制动性能更可靠。本设计的创新点:用制动器替代了联轴器。减速器安装时左右两侧的减速器对调180度错开布置。充分利用空间,使结构紧凑。 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。关键词:悬臂式掘进机 ;行走部 ;行星减速器 ;制动器 ; 行星齿轮ABSTRACT This design References the EBJ-120TP tunneling machine which is designed by Coal Science Research Institute in Taiyuan. It is one kind of medium cantilever tunneling machine which is mainly used in the medium coal lane and the half coal crag lane digging the tunnels, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. My design mainly aims at the tunneling machines walks-organization. I try to carry on the design of its structure and transmission.It uses marching walks organization, the actuation power provides by the oil motor, using the change of the oil motors rotation direction to make the walks-organization advance, retrocede, and turn. In the transmission design of the walks organization, using High-speed hydraulic motor to connect a pair of cylindrical Gear then connect a 3 K II type planetary gear, and uses the brake to link hydraulic motors Brake Inner Ring suspended can brake and link, and the source of more reliable braking performance. The innovation in designing: Use braking instead of coupling; when reducer is installed ,at each side of the reducer reversed 180 degrees staggered layout. Make full use of space and compact structure.Keywords:Cantilever tunneling machine; Walks-organization; Planet reduction gear; Brake, Planetary gear目录目录1摘要2ABSTRACT3第一章 概述41.1掘进机的发展现状与前景展望41.2悬臂式掘进机的主要组成部分71.3 EBJ120TP型掘进机简介91.4履带式掘进机在半煤岩工作条件下应用设计要求14第二章 总体方案设计172.1掘进机总体结构布置172.2掘进机各组成部分基本结构设计17第三章 行走部设计223.1行走部设计要求223.2设计布置传动方案223.3行走部各部分的具体设计23第四章 液压系统设计304.1液压系统各回路介绍304.2几种主要液压元件的选型设计334.3内、外喷雾冷却除尘系统354.4润滑36第五章 装机事项与检修及检修375.1搬运、安装和调整375.2机器检修38结论44参考文献45致谢46第一章 概述1.1掘进机的发展现状与前景展望 一、国内外掘进机的发展现状 我们把全断面掘进机和自由断面掘进机统称为巷道掘进机。前者主要用于岩巷的全断面钻削式一次成巷掘进;自由断面掘进机则由于其工作臂可以上下左右移动而能自由改变掘进断面的形状和大小。自由断面掘进机常用于煤巷掘进.既可以用于综合机械化工作面进行全断面巷道掘进.也可应用于打眼放炮工艺进行机械化掘进。 19世纪70年代,英国为修建海底隧道,生产制造了第一台掘进机,美国在20世纪30年代开发了悬臂式掘进机,并把此项技术应用于采矿业,此后英、德、日等十几个国家相继投入了大量的人力、物力、财力用于掘进机技术的开发和研制,经过多年的不懈努力,现有20多家公司,先后研制了近百种机型。 目前,掘进机技术在如下几个方面有长足进步: 1适用范围在扩大 2掘进断面在增加 3适应坡度在提升 4截割能力在加强 5多功能性在显现 6自控技术在提高 其中自由断面的悬臂式巷道掘进机从上世纪四十年代产生至今,已有五十多年的发展历史,目前掘进机的截割功率为100?408kw,机重24?160t,平均日掘进进尺7?8nl,最大掘进能力达20?30m/d.目前,国内煤矿用机型,中型机以AM一50、SIO0为代表,其截割功率为100kw,机重25t;重型机以EBH132截割功率132kw、机重36t、EBJ160截割功率160kw、机重50t为代表。掘进机的截割头有横轴式和纵轴式两种形式,横轴式截割头一般用于软岩掘进,纵轴式截割头则多用于硬岩掘进。截齿的选择原来虽主要依靠经验,但目前已可以通过试验台测试来准确选择。截齿在掘进过程中破碎煤岩时,其上受到的应力会部分转化为能量,故研制新的刀头合金材料一直是截齿的发展方向。截割速度是影响掘进机掘进能力和截齿寿命的重要参数。纵轴式截割头的截割速度低于横轴式截割头的截割速度,目前掘进机的截割速度多为2.5?3.5m/s。实践证明,低速截割具有截深大、岩屑粗、粉尘生成量少、齿尖温度低、磨损量小、装机功率利用率高等优点;但同时,低速截割也相应降低了掘进机的掘进能力。国外已有公司进行台架试验,以确定截割速度与掘进能力的关系。水力掘进的出现开辟了掘进机掘进技术发展的新天地,它具有诸多其他机械掘进所不及的优点。这项技术正在研发,一旦成熟,市场广阔。 追溯我国使用巷道掘进机的历史,是从上世纪50年代初使用前苏联生产的J_IK一2M,J_IK2?1型煤巷掘进机开始的,之后又应用并仿制了J1K一3型掘进机;60年代我国开始自行研制巷道掘进机,相继研制出了“反修I型”,“反修型”和“开马”型掘进机,机重大都在10t左右,适用于f4的断面为4?9.6的煤巷掘进。从1972年一1985年间,我国煤炭科研院所与煤机厂和矿务局共同设计开发研制了EMS-30以及EMS-55等机型。到80年代中期,我国分别从英国、奥地利、日本、前苏联、美国、德国、匈牙利等国家引进了16种、近200台掘进设备,对我国煤矿使用掘进机起到了推动作用。“七五”期间,在煤矿采掘设备“一条龙”项目引进中,又引进了奥地利阿尔卑尼公司的Anll一50、日本三井三池公司的s100?41型掘进机制造技术和先进的加工设备,使我国形成了批量生产掘进机的能力,基本上结束了中、小型掘进机依赖进口的局面。“八五”、“九五”期间,我国开始重型掘进机的研制工作,“十五”期间进入快速发展阶段。目前有轻、中、重机型EBE55、EBE75、EBE90、S100、AM一50、EBE110、EBEl20、EBE132、S150J/H、S200M、EBE160等,其中EBE160型是国内研制的重型掘进机,S2OOM是引进日本,进而国产化的重型机。近几年,随着煤炭工业的发展,国内掘进机呈快速增长。2000年市场投入总量为51台、2001年103台、2002年126台、2003年236台,到2004年将超过 400台。佳木斯煤机公司处于行业领先地位,淮南煤机厂、南京晨光机器厂等均为我国掘进机的研制生产和不断发展作出了贡献。尽管我国掘进机研制工作起步并不晚,“七五”期间也曾取得过较好的成果,可是在发展过程中,现有产品与国际相比尚有很大差距。 1从产品生产和使用方面看,国产的s100比日本晚6年,联合研制的EBE160比英国LH130晚13年 2性能、规格相近的机型与国外相比晚8?20年。 3从制造总数上看,截止2005年2月我国制造的掘进机近1150台,仅相当英国、德国、奥地利上世纪80年代的生产水平。 4从机掘巷道比重看,与前苏联、英国、德国平均相差近20年。 5从装机综合技术水平看,我国仅相当于国外20世纪80年代初期水平。为此,我国要提高制造厂及配套厂的设备精度和加工能力、原材料质量、加工技术及管理水平,适时引进先进技术,调整产品结构,加强自主开发能力,尽快缩短我国与先进掘进机生产国家的技术差距,并使我国煤矿掘进机械化装备提高到一个新的水平。 二、掘进机发展前景展望 从目前国内掘进机发展趋势来看,具有广阔的发展前景,在我国除用于煤矿巷道掘进外,掘进机正进入铁路、城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。其发展趋势有如下3项: 1重型掘进机。如$220、AM75等机型,随着高产高效矿井建设需要,必然成为矿山的主力机型。另外,随着环保意识的强化,劳动力成本的提高,机械化掘进是一种必然发展趋势,市场前景更为看好。 2矮机身中型掘进机。随着我国煤炭采掘业的不断发展,中厚煤层将逐步减少,煤矿巷道必然趋于薄煤层、半煤岩巷道,如山东、贵州等地。因此,有一定的破岩能力,机身矮、功率大的机型会成为今后市场的抢手机型。 3辅助功能多的机型。 在掘进机上搭载湿式除尘系统或其它除尘方式。这是改善作业环境,清除肺矽病途径之一。 掘进机具有锚杆支护机等功能,若该项技术成熟,必将受到高度重视和开发研制。 遥控技术、截割轨迹显示与红外线定位系统结合,实现机组远程遥控。 故障自诊断功能更完备,并能实现辅助作业。 连掘机组。实现房柱式采掘。1.2悬臂式掘进机的主要组成部分 悬臂式掘进机主要有横轴式掘进机和纵轴式掘进机。它们的主要组成部件相同,只是截割头的布置不同。悬臂式掘进机由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘喷雾系统等组成。 一、切割机构 切割机构由切割头、齿轮箱、电动机、回转台等组成,具有破碎煤岩功能的机构。 二、装运机构 装运机构由装载部和刮板输送机组成。 悬臂式掘进机装载机构形式较多。如星轮式、链轮链条式、蟹爪式等,过去比较多的是运用蟹爪式,现在随着液压的广泛运用,开始大规模运用液压马达直接带动转盘的机构了。 三、行走机构 掘进机的行走机构主要由履带部分、减速器和动力输入装置(液压马达或电动机)。 四、液压系统 液压系统由统一的泵站给分布在各个地方的液压缸,液压泵供液压油,设计中要照顾不同液压部件的压力。 五、电气系统 电器系统是电动机和控制掘进机的运动的电信号控制器等电器元件,在井下工作的时候要注意它的防爆处理,选用的电动机、电器元件必须符合井下的防爆标准。 六、除尘喷雾系统 除尘喷雾系统内喷雾回路、外喷雾回路及冷却水回路组成。1.3 EBJ120TP型掘进机简介 图1-1 EBJ-120TP型掘进机 一、EBJ120TP产品特点 EBJ120TP型掘进机由煤炭科学总院分院设计制造。该机为悬臂式部分断面掘进机,适应巷道断面918m2、坡度16。、可经济切割单向抗压强度60MP的煤岩,属于中型悬臂式掘进机。该机的主要特点是结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。 二、EBJ120TP主要用途、适应范围 EBJ120TP型悬臂式掘进机主要是为煤矿综采及高档普采工作面采准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。该机可经济切割高度3.75m,可掘任意断面形状的巷道,适应巷道16。该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机,实现连续运输,以利于机器效能的发挥。 三、EBJ120TP产品型号、名称及外型 产品型号、名称为EBJ120TP型悬臂式掘进机外型参见图1-2 四、型号的组成及其代表的意义图1-2掘进机外形五、EBJ120TP主要技术参数 1、总体参数 机 长8.6m 机 宽22.2m 机 高1.55m 地 隙250mm 截割卧底深度 240mm 接地比压0.14MPa 机 重35t 总 功 率190kW 可经济截割煤岩单向抗压强度60MPa 可掘巷道断面 918m2 最大可掘高度 3.75m 最大可掘宽度 5.0m 适应巷道坡度 16。 机器供电电压660/1140V 2、截割部 电动机 型 号 YBUS3?120 功 率 120kW 转 速 1470r/min 截割头 转 速 55r/min 截 齿 镐形 最大摆动角 上 42。 下 31。 左右各39。 3、装载部 装载形式 三爪转盘 装运能力 180m3/h 铲板宽度 2.5m/2.8m 铲板卧底深度 250mm 铲板抬起360mm 转盘转速30r/min 4、刮板输送机 运输形式 边双链刮板 槽 宽 510mm 龙门宽度 350mm 链 速 0.93m/s 锚链规格 1864mm 张紧形式 黄油缸张紧 5、行走部 行走形式 履带式液压马达分别驱动 行走速度 工作3m/min,调动6m/min 接地长度2.5m 制动形式 摩擦离合器 履带板宽度 500mm 张紧形式 黄油缸张紧 6、液压系统 系统额定压力: 油缸回路16MPa 行走回路16MPa 装载回路14MPa 输送机回路 14MPa 转载机回路 14MPa 锚杆钻机回路 10MPa 系统总流量 450L/min 泵站电动机:型 号YB250M?4 功 率55kW 转 速1470r/min 泵站三联齿轮泵流量63/50/40ml/r 泵站双联齿轮泵流量63/40ml/r 锚杆泵站电动机: 型 号 YB160L?4 功 率 15kW 转 速 1470r/min 锚杆泵站双联齿轮泵流量 32/32ml/r 油箱:有效容积 610L 冷却方式板翅式水冷却器 油缸数量: 8个 7、喷雾冷却系统 灭尘形式 内喷雾、外喷雾 供水压力 3MPa 外喷雾压力 1.5MPa 流 量 63L/min 冷却部件 切割电动机、油箱 8、电器系统 供电电压660/1140V 总 功 率190kW 隔爆形式 隔爆兼本质安全型 控 制 箱 本质安全型1.4履带式掘进机在半煤岩工作条件下应用设计要求 悬臂式掘进机由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘喷雾系统等组成。其基本结构形式为:切割机构分为纵轴式和横轴式;行走机构为履带式;装运机构为耙爪式接中间刮板输送机。掘进机应设有支护用的托梁装置,行走机构和装运机构均能正、反向转动,液压系统和除尘系统的管件、阀类等布置合理,安装可靠,整机各部件皮符合解体拆装下井运输要求。 设计、试验要求:切割机构、装运机构、行走机构齿轮箱的传动零件,其强度安全系数不小于2。刮板链的静强度安全系数的选择不应小于4.0.圆环链的拉伸强度指标为C级。齿轮箱的耐久性试验,在额定载荷和转速下连续运转.切割和装运齿轮箱不少于1000 h,行走齿轮稻正、反向运转不得少于400 h。受动载荷大的联接螺拴,应有可靠的防松装置。履带接地长度相中心距之比.一般不大于1.6,履带公称接地比压不大于0.14MP,对软底板要有适应性,履带上如果有支重轮每个支重轮应能承受50%的整机重量。内喷雾系统额定压力不低于3MPa,外喷雾系统额定压力不低于1.5MPa。要求掘进机实测重心与设计重心在纵、横两方向上的误差不大于25mm。实测重量误差不大于设计重量的5%。 在安全保护方面要求:掘进机电气设备的设计、制造和使用,应符合含有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体中作业要求、符合煤矿安全规程以及煤矿井下1140 v电气设备安全技术和运行的暂行规定。所有电气设备均应取得防爆检验合格证,掘进机设有启动报警装置,启动前必须发出警报,掘进机必须装有前后照明灯。掘进机行走机构中应设有制动系统和必要的防滑保护装置,切割机构和装运机构传统系统中应设有过载保护装置,还应有切割臂与铲板的防干涉装置。油泵和切割机构之间、转载机和装运机构之间的开、停顺序,在电控系统中应设有闭锁装置。液压系统应设有过滤装置,还应设压力、油温、油位显示或保护装置。电控系统应设紧急切断和闭钡装置,在司机座另一侧,还应装有紧急停止按钮。内外喷雾系统中要装设过滤保护装置。 使用性能要求:掘进机各部件运转乎稳,恳臂摆动灵活,在规定煤岩特性条件下进行切割时,截齿损耗宰正常,切割头上裁齿排列合理、更换方便,同一类截齿应具有互换性。装运机构及履带机构的传动部件、齿轮箱必须有可靠性高、寿命长的防水密封。履带的牵引力应能满足设计坡度上工作和转向要求.中间刮板输送机链条应具有可伸缩调整装置,刮板链与链轮正常啮合,不得出现跳链、掉链、卡链现象。装运机构耙爪下平面与铲板之间有间隙,不得接触摩擦。各操作手柄、按钮、族钮、动作灵活、可靠、方便。齿轮箱在运转中各密封端盖、出轴密封、箱体结合面等处均不得有渗漏现象。齿轮箱、液压系统和轴承等.必须按设计要求注入规定牌号的润滑油和油脂,不得渗合使用。掘进机作业时,各齿轮箱最高温度不得超过95,液压油箱中的油温不应超过70.掘进机作业时,司机座位处空气中粉尘浓度应因此,该行星齿轮传动不能满足非变位的同心条件。为了使该行星传动既能满足给定的传动比i134.4的要求,又能满足啮合传动的同心条件,即应使各齿轮副的啮合中心距相等,则必须对该3Z型行星传动进行角度变位。 根据各标推中心距之间的关系现选取其啮合中心距为88mm作为各齿轮副的公用中心距值。 已知 和,及压力角,计算该3Z型行星