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横轴履带式半煤岩掘进机设计【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 横轴履带式半煤岩掘进机设计图纸横轴履带式半煤岩掘进机

资源描述：

横轴履带式半煤岩掘进机设计

71页 25000字数+说明书+任务书+6张CAD图纸【详情如下】

任务书摘要.doc

减速器.dwg

封面.doc

总装图.dwg

截割部.dwg

斜齿轮.dwg

横轴履带式半煤岩掘进机设计说明书.doc

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锥齿轮.dwg

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1 前言1

1.1设计背景和目的：1

1.2 掘进机发展概括：1

1.3 掘进机技术发展趋势2

1.4 我国掘进机发展中所要解决的主要问题4

1.5 掘进机主要机构介绍5

1.5.1工作机构的型式选择5

1.5.2 装载机构的型式选择5

1.5.3 输送机构的型式选择6

1.5.4 转载机构的型式选择6

1.5.5 行走机构的型式选择7

1.5.6除尘装置的型式选择7

1.5.7 高压水细射流辅助切割技术8

1.6 本掘进机主要特点：8

2 设计任务及相关参数9

3 总体设计9

3.1 概述9

3.1.1 特点：9

3.1.2主要用途、适用范围：9

3. 2 主要技术参数10

3. 3 主要结构和工作原理12

3.3.1 截割部12

3.3.2 装载部14

3.3.3 刮板输送机14

3.3.4 行走部15

3.3.5 机架和回转台15

3.4 液压系统18

3.4.1 油缸回路18

3.4.2行走回路19

3.4.3装载回路19

3.4.4输送机回路19

3.4.5转载机回路19

3.4.6锚杆钻机回路20

3.4.7油箱补油回路20

3.4.8 几种主要液压元件的选型设计20

3.5内、外喷雾冷却除尘系统22

4 润滑23

5截割部总体结构设计23

5.1电动机的选型24

5.1.1电机参数：24

5.1.2电机外形图：24

5.2截割头的结构设计24

5.3截割部减速器传动机构设计25

5.3.1传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配：25

5.3.2传动系统的运动和动力参数：26

5.3.3第一级锥齿轮传动计算：27

5.3.4第二级斜齿轮传动计算：32

5.3.5第三级齿轮传动计算：36

5.4轴的设计计算：41

5.5轴承的校核：44

5.6键的校核：45

5.7 减速器箱体的设计46

5.8 掘进部后支撑架的设计47

6 电气部分47

6.1、系统的组成47

6.2系统的结构48

6.3电控箱的主要技术参数50

6.4 工作原理51

6.4.1、主回路部分51

6.4.2、电源部分52

6.4.3、控制单元52

6.4.4、保护单元53

7 掘进机的安装和调整53

7.1 机器的拆卸和搬运53

7.2掘进机的井下组装54

7.3机器的井下调试55

7.4机器的调整55

8 掘进机的检修和维护保养57

8.1机器的日常维护和保养57

8.2机器的定期维护和保养58

8.3机器的润滑59

附录：60

总结65

设计任务及相关参数

履带式半煤岩掘进机设计

主要参考参数和要求：

机身长：8~8.5m 宽：2~2.2m

高：1.5~1.55m 卧底深度：245mm

装机功率：250KW 截割功率：160KW

经济截割煤岩硬度：≤60MPa

可掘巷道断面：18~20m2

最大可掘高度：3.75~4m

最大可掘宽度：5m

龙门高度：350~400mm 刮板速度：0.9~1.0m/s

运输形式：边双链履带宽度：2×250mm

行走速度：3m/min（工作） 6m/min（调动）

额定电压：1140/660v

1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计；

2、完成横轴式截割部总体结构设计；

3、截割部减速器三级圆锥圆柱齿轮传动机构设计；

4、主要部件、组件、零件图设计；

5、编写完成整机设计计算说明书,中英文翻译,可有专题论述.

1 前言

　　　本次毕业设计的掘进机可经济截割的煤岩单向抗压强度60MPa，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：

　　　当前，我国煤矿由于一井一面采煤方法的普遍采用，其开采速度大大加快，因而带来采掘机械化比例失调的矛盾更加突出。

　　　特别是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，我国大部分局、矿使用的几种主要机型多是上世纪六、七十年代设计的，这些老产品设计陈旧过时、元部件可靠性差、开机率低、维护量大，而且机重偏轻、截割功率较小、过断层和截割岩石的能力差，仅适合在煤巷中使用。

因此急待开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机，来解决掘进机更新换代的问题，缓解采掘比例失调的紧张局面。

1.2 掘进机发展概括：

　　　悬臂式掘进机发展至今大致经历了以下四个阶段:

第一阶段:40年代末期到60年代中期,悬臂式掘进机从无到有,逐渐发展成能将截割、装运、行走等功能集于一体的联合机组，并在煤巷掘进中应用获得成功。在这个阶段应用的机组为第一代机型，其特点是机器重量在15t左右，截割功率30kw左右，主要用于软煤巷道掘进，代表机型有原苏联的和匈牙利的等。

　　　第二阶段：60年代中期到70年代末期，这个阶段煤巷掘进机发展迅速，机器的性能不断提高，大量掘进机被用于煤巷掘进中。这个阶段的机型为第二代机型，其特点是：煤巷掘进技术性能日趋完善成熟，适用范围扩大，部分截割功率大的机型有过断层和截割夹矸的能力，可截割硬度f<6的煤岩，机重在20~40t左右，截割功率在55~100kw左右，代表型有RH25、AM-50、MRH-S100-41、-2等。

第三阶段：70年代末期到80年代后期，掘进机适用范围进一步扩大，半煤岩重型掘进机不断涌现，技术逐渐成熟。煤巷掘进机的功能齐全，可靠性大幅度提高。这个阶段机型为第三代机型，其特点是：机器重量增大，一般在50t左右，截割功率150~200kw左右，可截割硬度f=8~10的煤岩，代表机型有AM-75、LH-1300、E169、E134、、S125-24等。

第四阶段：80年代后期到现在，掘进机技术性能仍在继续发展，计算机控制、正常运行监控、故障诊断及其他高新技术逐渐被采用。这个阶段的机型为第四代机型，其特点是机器重量进一步增加，一般在70t左右，截割功率也在增大，一般都在200kw以上，可截割硬度在f>10的煤岩，其代表机型有AM-85、AM-105、E200、E250、S200-50等。

我国悬臂式掘进机的研制从1965年引进前苏联型掘进机开始并由设计、制造、使用单位共同参与生产了一些小型掘进机，用于煤巷掘进，但发展不快。从1979年开始，我国大量从英国、德国、奥地利、日本、前苏联、匈牙利等国引进掘进机，品种约20多种，数量超过200台，对我国煤矿巷道机械化掘进起到了推动和促进作用。自70年代中期以来，我国先后研制出EL-90、EMS-75、EBJ-110、ELMB-75B、EZ-75、EBJ-132、EBH-132等机型；另外，从引进的掘进机中经过筛选，引进技术，分别生产出AM-50、S-100型掘进机，其中有些机型已批量生产，在煤矿中推广使用。目前，我国已形成了掘进机研究、设计、制造、使用骨干队伍，为掘进机的进一步发展创造了有利条件。

1.3 掘进机技术发展趋势

悬臂式掘进机工作条件恶劣，工作场地狭窄，外形尺寸受到严格限制，机器结构也比较复杂，涉及机械、电气、液压、材质、工艺、冷却、除尘等一系列技术领域。随着高产高效日产万吨以上综采工作面的出现，要求掘进速度必须大大加快，掘进机的性能更加完善。当前悬臂式部分断面掘进机技术发展有以下一些特点，并面临连续采煤机的挑战。

⑴ 不断扩大适用范围，具有在复杂条件下正常工作的性能。国外新型掘进机的截割功率及重量都在增加，截割能力不断提高，截割硬度可达100MPa以上，不仅可截割硬煤、半煤岩、还可在钾矿、盐矿及隧洞等工程中应用。部分重型掘进机在不移位的情况下，截割断面可达35~42，所掘断面形状除拱形、梯形、矩形外，有的机型配上掩护盾还可掘圆形断面。另外，掘进机的爬坡能力也在提高，多数都在纵向±16°的破上可靠地工作；履带也有加宽趋势，在机器加重后，不会过于增大对巷道底板比压，以扩大适用范围。

⑵ 进一步提高可靠性。掘进机的工作对象主要是煤岩及部分矿物，工作时振动冲击都很大，因此要求其在井下能长期连续工作。例如，英国对截割减速箱设计寿命制定的标准是50000h，并通过试验进行严格考核。在液压、电气元部件的选用上，要进行严格筛选，许多重要及关键元件都选用世界名牌产品，而且在性能参数方面都具有比较的安全储备，一般常是实际工作工况参数的2倍。在制造时，所选用的是优质材料，其强度等性能都很好，另外在设计过程中，尽量采用独立部件或组件，便于拆装检修。

⑶ 提高机电一体化程度。现代掘进机采用新型实用技术，使掘进机的性能更加完善。

⑷ 探索新的截割技术。70年代初，美国将高压水细射流引入悬臂式掘进机，作为辅助截割，即在截齿为主要截割的同时，充分利用高压水射流撞击、侵蚀、液压楔等作用，达到破碎坚硬岩石的目的。德国在实验室做过试验，在水压为150~180MPa时，就有辅助切割作用，并用压力为200MPa的高压水射流（动力为350kw）配合平均截割功率120kw的截割头，就有截割坚硬的岩石。这种岩石如果用截割功率470kw的重型掘进机截割，则很不经济，甚至无法截割。但用高压水射流，尤其当其压力大于200MPa以上时，其元件研制的难度很大，回转密封等问题也不易解决，研制费用也很高，因而近几年发展不快。另外，俄罗斯图拉工业技术大学帕烈湟尔等教授研制出冲击扭矩截割技术，其工作原理是在原掘进机截割头传动系统变动不大的基础上，加了一套冲击扭矩加载机构，使截割头在正常截割的同时，又得到每分钟3000次的冲击扭矩，通过截齿作用到煤岩上。根据俄罗斯改装的Ⅰ∏ＫＣ样机试验的结果，改装后的掘进机能掘f=7~8的煤岩，生产率提高30%~35%

内容简介：: 中国矿业大学毕业设计任务书学院应用技术学院专业年级机自04-2 学生姓名张晋枝任务下达日期：2008 年 01 月 10 日毕业设计日期 08 年 3 月 16 日至 08 年 6 月 16 日毕业设计题目：横轴履带式半煤岩掘进机设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：主要内容：横轴履带式半煤岩掘进机设计主要参数和要求:机身长: 88.5m 宽：22.2m 高: 1.51.55m卧底深度：245m 装机功率：250kw 截割功率：160kw经济截割煤岩硬度：60MPa；可掘巷道断面：1820m2最大可掘高度：3.754m；最大可掘宽度：5m龙门高度：350400mm 刮板速度：0.91.0m/s运输形式：边双链履带宽度：2250mm行走速度：3m/min(工作)6m/min(调动) 额定电压：1140/660v1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计；2、完成横轴式截割部总体设计；3、截割部减速器三级圆锥圆柱齿轮传动机构设计；4、主要部件、组件、零件图设计；5、编写完成整机设计计算说明书、中英文翻译，可有专题论述。院长签字：指导教师签字：摘要本设计的主要目的是：掌握一般机械产品设计的方法及规律；掌握横轴式截割部的设计步骤。本设计内容为履带式半煤岩掘进机设计。在此，主要进行了掘进机的整体功能设计和掘进部的结构设计。在整体设计中，本设计主要对掘进机的装载系统、物料输送系统、行走系统、液压系统，以及机架和回转台等主要系统和部件进行功能设计，确定其主要的功能参数。本设计对掘进部进行了详细的设计、计算。本掘进机采用横轴式掘进部。在设计中，主要对掘进部中的支撑架，掘进部的减速器等进行了详细的设计、计算；对掘进头进行了功能设计。本掘进部设计的主要特点是：（1）用三级齿轮传动加惰轮的方式增加了掘进部的长度，满足了掘进部的长度要求，并且避免了最后一级齿轮因直径过大而和掘进头产生干涉。（2）第一级使用锥齿轮传动，满足了横轴式掘进部需要改变传动方向的要求。此外，本设计还对半煤岩掘进机的特点和发展概况进行了简单介绍，对掘进机拆运安装和调整，掘进机的井下组装以及掘进机的检修和维护保养作了简单介绍。关键词：掘进机；截割部；减速器 ABSTRACTThe main purposes for this design are as follows: to know how to design a digging machine ;to master the way to design the crossing axis digging part of the digging machine.The thing of this design is a digging machine which is used to cut coal and movd by chain，this design mainly about the function of all of the parts of the machine and the structure of the digging part. In the design of of the whole machine ,this article is main about the taking system ,the carring system ,the walking system ,the liquid system and the the machine structure and so on .This article mainly talk about the structure of the digging part ,this digging part is a crossing axis digging part.In this article ,the structure of the sustain shelf and the the speed reducing machinery are carefully designed.the characteristic of the digging part are as follows: (1) Three couple of gears are used in the speed reducing machinery to add the lengh of the digging part and because this way of design ,the intervention of the gear and the digging head can be avoid.(2) The cone gears are used in the first couple of the gears,it fulfil the need of the aspect changing of the digging part.Furthermore the article also talks about the digging machines earmark and the history of the digging machine ,and this article also talks about the dismantling and fixing of the machine,the checking and repairing of the machine.Keywords：digging machine ; digging part ; speed reducing machinery.编号：（）字号本科生毕业设计横轴履带式半煤岩掘进机设计张晋枝 21040268机械工程及自动化04-2 机自04-2题目：姓名：学号：班级：二八年六月第 0 页目录1 1 前言前言 .11.1 设计背景和目的：.11.2 掘进机发展概括： .11.3 掘进机技术发展趋势 .21.4 我国掘进机发展中所要解决的主要问题 .41.5 掘进机主要机构介绍 .51.5.11.5.1 工作机构的型式选择工作机构的型式选择.5 51.5.21.5.2 装载机构的型式选择装载机构的型式选择 .5 51.5.31.5.3 输送机构的型式选择输送机构的型式选择 .6 61.5.41.5.4 转载机构的型式选择转载机构的型式选择 .6 61.5.51.5.5 行走机构的型式选择行走机构的型式选择 .7 71.5.61.5.6 除尘装置的型式选择除尘装置的型式选择.7 71.5.71.5.7 高压水细射流辅助切割技术高压水细射流辅助切割技术 .8 81.6 本掘进机主要特点： .82 2 设计任务及相关参数设计任务及相关参数 .9 93 3 总体设计总体设计 .9 93.1 概述 .93.1.13.1.1 特点：特点： .9 93.1.23.1.2 主要用途、适用范围：主要用途、适用范围：.9 93. 2 主要技术参数 .103. 3 主要结构和工作原理 .123.3.13.3.1 截割部截割部 .12123.3.23.3.2 装载部装载部 .14143.3.33.3.3 刮板输送机刮板输送机 .14143.3.43.3.4 行走部行走部 .15153.3.53.3.5 机架和回转台机架和回转台 .15153.4 液压系统 .183.4.13.4.1 油缸回路油缸回路 .18183.4.23.4.2 行走回路行走回路.19193.4.33.4.3 装载回路装载回路.1919第 1 页3.4.43.4.4 输送机回路输送机回路.19193.4.53.4.5 转载机回路转载机回路.19193.4.63.4.6 锚杆钻机回路锚杆钻机回路.20203.4.73.4.7 油箱补油回路油箱补油回路.20203.4.83.4.8 几种主要液压元件的选型设计几种主要液压元件的选型设计 .20203.53.5 内、外喷雾冷却除尘系统内、外喷雾冷却除尘系统.22224 4 润滑润滑 .23235 5 截割部总体结构设计截割部总体结构设计 .23235.1 电动机的选型.245.1.15.1.1 电机参数：电机参数：.24245.1.25.1.2 电机外形图：电机外形图：.24245.2 截割头的结构设计.245.3 截割部减速器传动机构设计.255.3.15.3.1 传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配：传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配：.25255.3.25.3.2 传动系统的运动和动力参数：传动系统的运动和动力参数：.26265.3.35.3.3 第一级锥齿轮传动计算：第一级锥齿轮传动计算：.27275.3.45.3.4 第二级斜齿轮传动计算：第二级斜齿轮传动计算：.32325.3.55.3.5 第三级齿轮传动计算：第三级齿轮传动计算：.36365.4 轴的设计计算：.415.5 轴承的校核：.445.6 键的校核：.455.7 减速器箱体的设计 .465.8 掘进部后支撑架的设计 .476 6 电气部分电气部分 .47476.1、系统的组成 .476.2 系统的结构.486.3 电控箱的主要技术参数.506.46.4 工作原理 .516.4.16.4.1、主回路部分主回路部分 .51516.4.26.4.2、电源部分、电源部分 .52526.4.36.4.3、控制单元、控制单元 .52526.4.46.4.4、保护单元、保护单元 .5353第 2 页7 7 掘进机的安装和调整掘进机的安装和调整 .53537.1 机器的拆卸和搬运 .537.2 掘进机的井下组装.547.3 机器的井下调试.557.4 机器的调整.558 8 掘进机的检修和维护保养掘进机的检修和维护保养 .57578.1 机器的日常维护和保养.578.2 机器的定期维护和保养.588.3 机器的润滑.59 附录：附录： .6060总结总结 .6565致致谢谢 .9292第 0 页1 1 前前言言本次毕业设计的掘进机可经济截割的煤岩单向抗压强度60MPa，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：当前，我国煤矿由于一井一面采煤方法的普遍采用，其开采速度大大加快，因而带来采掘机械化比例失调的矛盾更加突出。特别是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，我国大部分局、矿使用的几种主要机型多是上世纪六、七十年代设计的，这些老产品设计陈旧过时、元部件可靠性差、开机率低、维护量大，而且机重偏轻、截割功率较小、过断层和截割岩石的能力差，仅适合在煤巷中使用。因此急待开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机，来解决掘进机更新换代的问题，缓解采掘比例失调的紧张局面。1.2 掘进机发展概括：悬臂式掘进机发展至今大致经历了以下四个阶段:第一阶段:40 年代末期到 60 年代中期,悬臂式掘进机从无到有,逐渐发展成能将截割、装运、行走等功能集于一体的联合机组，并在煤巷掘进中应用获得成功。在这个阶段应用的机组为第一代机型，其特点是机器重量在 15t左右，截割功率 30kw 左右，主要用于软煤巷道掘进，代表机型有原苏联的和匈牙利的等。35F第二阶段：60 年代中期到 70 年代末期，这个阶段煤巷掘进机发展迅速，机器的性能不断提高，大量掘进机被用于煤巷掘进中。这个阶段的机型为第二代机型，其特点是：煤巷掘进技术性能日趋完善成熟，适用范围扩大，部分截割功率大的机型有过断层和截割夹矸的能力，可截割硬度 f10 的煤岩，其代表机型有 AM-85、AM-105、E200、E250、S200-50 等。我国悬臂式掘进机的研制从 1965 年引进前苏联型掘进机开始3并由设计、制造、使用单位共同参与生产了一些小型掘进机，用于煤巷掘进，但发展不快。从 1979 年开始，我国大量从英国、德国、奥地利、日本、前苏联、匈牙利等国引进掘进机，品种约 20 多种，数量超过 200 台，对我国煤矿巷道机械化掘进起到了推动和促进作用。自 70 年代中期以来，我国先后研制出 EL-90、EMS-75、EBJ-110、ELMB-75B、EZ-75、EBJ-132、EBH-132 等机型；另外，从引进的掘进机中经过筛选，引进技术，分别生产出 AM-50、S-100 型掘进机，其中有些机型已批量生产，在煤矿中推广使用。目前，我国已形成了掘进机研究、设计、制造、使用骨干队伍，为掘进机的进一步发展创造了有利条件。1.3 掘进机技术发展趋势悬臂式掘进机工作条件恶劣，工作场地狭窄，外形尺寸受到严格限制，机器结构也比较复杂，涉及机械、电气、液压、材质、工艺、冷却、除尘等一系列技术领域。随着高产高效日产万吨以上综采工作面的出现，要求掘进速度必须大大加快，掘进机的性能更加完善。当前悬臂式部分断面掘进机技术发展有以下一些特点，并面临连续采煤机的挑战。不断扩大适用范围，具有在复杂条件下正常工作的性能。国外新型掘进机的截割功率及重量都在增加，截割能力不断提高，截割硬度可达100MPa 以上，不仅可截割硬煤、半煤岩、还可在钾矿、盐矿及隧洞等工程中应用。部分重型掘进机在不移位的情况下，截割断面可达 3542，2m所掘断面形状除拱形、梯形、矩形外，有的机型配上掩护盾还可掘圆形断面。另外，掘进机的爬坡能力也在提高，多数都在纵向16的破上可靠地工作；履带也有加宽趋势，在机器加重后，不会过于增大对巷道底板比压，以扩大适用范围。第 2 页进一步提高可靠性。掘进机的工作对象主要是煤岩及部分矿物，工作时振动冲击都很大，因此要求其在井下能长期连续工作。例如，英国对截割减速箱设计寿命制定的标准是 50000h，并通过试验进行严格考核。在液压、电气元部件的选用上，要进行严格筛选，许多重要及关键元件都选用世界名牌产品，而且在性能参数方面都具有比较的安全储备，一般常是实际工作工况参数的 2 倍。在制造时，所选用的是优质材料，其强度等性能都很好，另外在设计过程中，尽量采用独立部件或组件，便于拆装检修。提高机电一体化程度。现代掘进机采用新型实用技术，使掘进机的性能更加完善。探索新的截割技术。70 年代初，美国将高压水细射流引入悬臂式掘进机，作为辅助截割，即在截齿为主要截割的同时，充分利用高压水射流撞击、侵蚀、液压楔等作用，达到破碎坚硬岩石的目的。德国在实验室做过试验，在水压为 150180MPa 时，就有辅助切割作用，并用压力为200MPa 的高压水射流（动力为 350kw）配合平均截割功率 120kw 的截割头，就有截割坚硬的岩石。这种岩石如果用截割功率 470kw 的重型掘进机截割，则很不经济，甚至无法截割。但用高压水射流，尤其当其压力大于200MPa 以上时，其元件研制的难度很大，回转密封等问题也不易解决，研制费用也很高，因而近几年发展不快。另外，俄罗斯图拉工业技术大学帕烈湟尔等教授研制出冲击扭矩截割技术，其工作原理是在原掘进机截割头传动系统变动不大的基础上，加了一套冲击扭矩加载机构，使截割头在正常截割的同时，又得到每分钟 3000 次的冲击扭矩，通过截齿作用到煤岩上。根据俄罗斯改装的样机试验的结果，改装后的掘进机能掘f=78 的煤岩，生产率提高 30%35%。提高掘进机综合配合能力。当前掘进机利用率低，没有充分发挥作用，在很大程度上与综合配套能力低、配套不完善有关。掘进系统中的主要配套环节，包括支护、转载、运输、供电、供水、通风、降尘等。其中，支护与辅助运输工作量最大，占时间最多，若不解决好这两个环节中存在的问题，掘进机的潜力约有一半不能发挥。为了缩短支护时间，当顶板中等稳定时，常用机载锚杆钻机打锚杆支护；而顶板条件差时，掘进一架棚距后必须紧跟着架一架棚子或打一排锚杆，严格控制空顶距，截割与支护不能平行作业。国外用单轨吊运送支护材料，用各种机械扳手拧螺母，而国内多用人工，有时用掘进机上的托梁器协助架棚。为了实现掘进与支护平行作业，运用超前液压支架或主机自带盾牌式掩护支护，但使用效果均不理想，所以直至现在解决迎头临时支护设备仍是各国研制的主要目标。第 3 页在辅助运输方面，国外主要运用单轨吊或无极绳卡轨车。在煤岩运输方面，通常采用桥式转载机，后配带式输送机，有条件的还设置了活动煤仓。目前转载机只转载煤岩外运，功能比较单一，正在研制自移式转载机，功能将增加。通风除尘方面，在巷道内或主机上设置干式布袋除尘装置，配合内外喷雾综合防尘。英国用空气幕隔离方式，保护工作面的操作人员。国内采用伸缩风筒实现抽出式通风。供电方面，英国有一种线路电压补偿器，可解决供电距离在 3km 以内起动电压下降过大的问题，另外应提高掘进电压等级，逐步实现 1140v 供电。1.4 我国掘进机发展中所要解决的主要问题虽然我国掘进机的发展取得了一些非常大的成就，但我国掘进机的发展还存在一些主要的问题需要解决。1) 提高掘进机的装机功率，以使掘进机的效率和适应性更大。2) 解决机器的调向和纠偏的控制问题。3) 设计新型结构的交叉轴承，以提高掘进机关键部位的可靠性和使用寿命。4) 传动机构的研制，应采用质量轻、结构紧凑、效率高的行星摆线减速机构，或其它的新型齿轮传动。5) 采用新的控制系统和保护系统，保证机器工作的准确、灵活、安全和可靠。6) 研制新型结构，要适应井下拆装、运搬、前进、后退灵活的要求，便于操作使用。7) 可适应复杂地质条件，考虑配备液压掩护支撑板，锚杆钻孔和超前钻孔等设备，便于支护，以保证安全作业和防止机组下沉。8) 机组用于井下，应考虑电器防爆和尽量不采用气割，电焊等措施。9) 进一步改进湿式集尘器，以解决除尘、集尘以及刀具的合理冷却等问题。10) 研究新的转载出碴和后配套运输设备，保证高速掘进的排碴输送。总之，为了提高岩巷掘进的机械化水平，必须努力在破岩理论和截割阻力计算方面，以及采用滚压式，冲击式的工作原理方面，进行深入的研究和探索，加强实验和测试工作；努力搞好液压、电气元件的研制工作，设计制造出适合我国岩巷情况的巷道掘进机，第 4 页1.5 掘进机主要机构介绍半煤岩掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除的联合机组。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。1.5.11.5.1 工作机构的型式选择工作机构的型式选择半煤岩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。横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。这种掘进机截齿的截割方向比较合理，破落煤岩较省力，排屑较方便。由于截深较小，截割与装载情况较好。纵向截割时，稳定性较好。缺点是传动装置较复杂，在切入工作面时需左右摆动，不如纵轴式工作机构使用方便；因为截割头较长对掘进断面形状有限制，难以获得较平整的侧壁。这种掘进机多使用抛物线或半球形截割头。由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载运转、有冲击载荷、振动较大，要求其传动装置体积小，最好能调速。考虑掘进机工作时，截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩，而且要能上下左右摆动，以掘出整个断面，掘进机工作机构一般都采用单机驱动。虽然液压传动具有体积小、调速方便等优点，但由于对冲击载荷很敏感，元件不能承受较大的短时过载，一般选择过载能力较大的电动机驱动。第 5 页1.5.21.5.2 装载机构的型式选择装载机构的型式选择半煤岩掘进机的装载机构有 4 种:单双环形刮板链式。单环形是利用一组环形刮板链直接将煤岩装到机体后面的转载机上。双环形是由两排并列、转向相反的刮板链组成。若刮板链能左右张开或收拢，就能调节装载宽度，但结构复杂。环形刮板链式装载机构制造筒单，但由于单向装载，在装载边易形成煤岩堆积，从而会造成卡链和断链。同时，由于刮板链易磨损，功率消耗大，使用效果较差。螺旋式。是横轴式掘进机上使用的一种装载机构，它利用左右两个截割头上旋向相反的螺旋叶片将煤岩向中间推入输送机构。由于头体形状的缺点，这种机构目前使用很少。(3)耙爪式。是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运输机构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好，目前应用很普遍。但这种装载机构宽度受限制，为扩大装载宽度，可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆动，或设计成双耙爪机构，以扩大装载范围。 (4)星轮式。该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠，但装大块物料的能力较差。通常，应选择耙爪式装载机构，但考虑装载宽度问题，可选择双耙爪机构，也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。装载机构可以采用电动机驱动，也可用液压马达驱动。但考虑工作环境潮湿、有泥水，选用液压马达驱动为好。 1.5.31.5.3 输送机构的型式选择输送机构的型式选择半煤岩掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式，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，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。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。由于该位置空间较小布置较困难。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。目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式.1.5.41.5.4 转载机构的型式选择转载机构的型式选择该掘进机的转载机构有两种布置方式：作为机器的一部分；为机器的配套设备。目前，多采用胶带输送机。胶带转载机构传动方式有 3 种：第 6 页用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；由电动卷筒驱动主动卷筒；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。1.5.51.5.5 行走机构的型式选择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。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。(1) 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。(2) 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。目前，半煤岩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。1.5.61.5.6 除尘装置的型式选择除尘装置的型式选择掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。(1) 喷雾式。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：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；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。第 7 页(2) 抽出式。常用的吸尘装置是集尘器。设计掘进机时，应根据掘进机的技术条件来选集尘器。为提高除尘效果，可采用两级净化除尘。由于集尘器跟随掘进机移动，风机的噪音很大，应安装消音装置。抽出式除尘装置灭尘效果好，但因设备增多，使工作面空间减小。近年来，除尘设备有向抽出式和喷雾式联合并用方向发展的趋势。1.5.71.5.7 高压水细射流辅助切割技术高压水细射流辅助切割技术对于全煤巷或很软的岩巷，利用掘进机掘进，效率高、成本低。但对于岩巷掘进和隧道掘进，一般其岩体 f8(抗压强度在 80100MPa 以上)，掘进机效率明显降低，截齿消耗量大增，导致生产成本显著提高。这时，应考虑采用高压水细射流辅助切割技术。该技术为利用 20MPa 以上、流量为 4L/min 左右的压力水，自孔径为0.41.0mm 的喷嘴射出，对截齿的机械破碎起辅助作用。掘进机截割头上喷出的压力水按压力高低分级，见附表所示。附表辅助切割压力水分级 MPa项目低压中压中高压高压超高压水压0.50.52020140140400 4001.6 本掘进机主要特点：1 机身矮，结构紧凑，可靠性高，适用于中等断面巷道掘进； 2 采用小直径截割头，单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强、切割震动小、工作稳定性好； 3 星轮装载机构采用液压马达直接驱动，取消了减速器，提高了装载机构的可靠性； 4 采用无支重轮履带行走机构，性能可靠，维护量小； 5 采用“三高”硬质合金和新工艺生产的截齿，截齿强度高，耐磨，损耗小； 6 液压系统采用自动加油系统全封闭油箱，确保了油液清洁度，增加了液压系统的可靠性 7 设有独立的锚杆钻机及加油泵站，为两台锚杆钻机提供动力，方便油箱加油，避免了加油时的污染； 8 电器系统采用了可编程控制器(PLC)作为主控制器，保护功能强，具有工况检测和故障诊断功能。 9 设置了独立的液压锚杆钻机动力源，可以同时驱动两台锚杆钻机，省去了锚杆钻机自身配置的动力源。第 8 页2 2 设计任务及相关参数设计任务及相关参数履带式半煤岩掘进机设计主要参考参数和要求：机身长：88.5m 宽：22.2m高：1.51.55m 卧底深度：245mm装机功率：250KW 截割功率：160KW经济截割煤岩硬度：60MPa可掘巷道断面：1820m2 最大可掘高度：3.754m最大可掘宽度：5m龙门高度：350400mm 刮板速度：0.91.0m/s运输形式：边双链履带宽度：2250mm行走速度：3m/min（工作） 6m/min（调动）额定电压：1140/660v1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计；2、完成横轴式截割部总体结构设计；3、截割部减速器三级圆锥圆柱齿轮传动机构设计；4、主要部件、组件、零件图设计；5、编写完成整机设计计算说明书,中英文翻译,可有专题论述.3 3 总体设计总体设计3.1 概述3.1.13.1.1 特点：特点：本次设计的机型为悬臂式半煤岩掘进机，适应巷道断面 918m 、坡度16、可经济切割单向抗压强度60MPa 的煤岩，属中型悬臂式掘进机。该机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。3.1.23.1.2 主要用途、适用范围：主要用途、适用范围：该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。该机可经济切割单向抗压强度60MPa 的煤岩，第 9 页可掘巷道最大宽度(定位时)5m，最大高度 3.75m，可掘任意断面形状的巷道，适应巷道坡度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。3. 2 主要技术参数1 总体参数机长： 10.371m机宽： 3.364m机高: 1.899m截割卧底深度： 250mm总功率： 250kW可经济截割煤岩硬度： 60MPa可掘巷道断面： 1820m2 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： 660/1140V2 截割部电动机：型号： YB315L1-4 功率： 160KW 转速： 1481r/min截割头：转速： 74.6r/min 截齿：镐形最大摆动角度：上： 42 下： 31 左右各 393 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 250mm铲板抬起 360mm转盘转速 30r/min4刮板输送机第 10 页运输形式边双链刮板槽宽 510mm龙门高度 390mm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 2.46m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 10MPa 锚杆钻机回路 10MPa系统总流量： 450 L/min泵站电动机：型号 YB250M-4 功率 55kW 转速 1470 r/min泵站三联齿轮泵流量 50/50/40ml/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 1470 r/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喷雾冷却系统第 11 页灭尘形式内喷雾、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电气系统供电电压 660/1140V总功率 250kW隔爆形式隔爆兼本质安全型控制箱隔爆型3. 3 主要结构和工作原理掘进机主要由截割部、装载部、刮板输送机、行走部、机架和回转台、液压系统、水系统及电气系统等部分组成，参见图 1.图 1 整机系统图第 12 页1-截割部 2-装载部 3-刮板输送机 4-机架和回转台5-履带行走部 6-油箱 7-操作台 8-泵站 9-电控箱 10-护板3.3.13.3.1 截割部截割部截割部又称工作机构，结构如图 2 所示，主要由截割电机、叉形架、三级圆锥圆柱齿轮传动减速器、回转台和回转机构、截割头、喷雾降尘装置、起梁装置组成。截割部为三级圆锥圆柱齿轮传动减速器，输入轴经弹性联轴器与电动机输出轴连接，电动机输出轴通过涨套联轴器与左右截割头连接。掘进机截割减速器如图 3 所示。整个截割部通过一个叉形框架、两个销轴铰接于回转台上。借助安装于截割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装于回转台与机架之间的两个回转油缸，来实现整个截割部的升、降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。图 2 截割机构第 13 页1-截割头 2-叉型架 3-三级圆锥圆柱减速器4-弹性联轴节 5-截割电机 6-电机护板图 3 三级圆锥圆柱齿轮减速器3.3.23.3.2 装载部装载部装载部结构如图 4 所示，主要由铲板及左右对称的驱动装置组成，通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪转盘向内转动，从而达到装载煤岩的目的。装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板左右升降油缸铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上、下摆动,可向上抬起360mm，向下卧底 250mm。当机器截割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的截割稳定性。3.3.33.3.3 刮板输送机刮板输送机刮板输送机结构如图 5 所示，主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等（改向轮组装在装载部上）组成。刮板输送机位于机器中部，前端与主机架和铲板铰接，后部托在机架上。机架在该处设有可拆装的垫块，根据需要，刮板输送机后部可垫高，增加刮第 14 页板输送机的卸载高度。刮板输送机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧是通过在输送机尾部的张紧油缸来实现的。图 4 装载部1-铲板体 2-刮板输送机改向链轮组 3-三爪转盘 4-驱动装置图 5 刮板输送机1-机前部 2-机后部 3-边双链刮板 4-张紧装置 5-驱动装置 6-液压马达第 15 页3.3.43.3.4 行走部行走部本次设计的掘进机采用履带式行走机构。左、右履带行走机构对称布置，分别驱动。各由 10 个高强度螺栓（M302、10.9 级）与机架相联。左、右履带行走机构各由液压马达经三级园柱齿轮和二级行星齿轮传动减速后，将动力传给主动链轮，驱动履带运动。现以左行走机构为例，说明其结构组成及传动系统。如图 6、图 7 所示，左行走机构主要由导向张紧装置、左履带架、履带链、左行走减速器、液压马达、摩擦片式制动器等组成。摩擦片式制动器为弹簧常闭式，当机器行走时，泵站向行走液压马达供油的同时，向摩擦片式制动器提供压力油推动活塞，压缩弹簧，使摩擦片式制动器解除制动。本机工作行走速度为 3m/min，调动行走速度为 6m/min。通过使用黄油枪向安装在导向张紧装置油缸上的注油嘴注入油脂，来完成履带链的张紧（油缸张紧行程 120mm），调整完毕后，装入适量垫板及一块锁板，拧松注油嘴螺塞，泄除油缸内压力后再拧紧该螺塞，使张紧油缸活塞不承受张紧力。3.3.53.3.5 机架和回转台机架和回转台机架是整个机器的骨架，其结构如图 8 所示。它承受着来自截割、行走和装载的各种载荷。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架联接，机架为组焊件。回转台主要用于支承、联接并实现切割机构的升降和回转运动。结构如图 8 所示。回转台座在机架上，通过大型回转轴承用止口、36 个高强度螺栓与机架相联。工作时，在回转油缸的作用下，带动切割机构水平摆动。第 16 页截割机构的升降是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降油缸实现的。左、右后支撑腿是各通过后支撑油缸及销轴分别与后机架连接，它的作用有四：1、切割时使用，以增加机器的稳定性；2、窝机时使用，以便履带下垫板自救；3、履带链断链及张紧时使用，以便操作；4、抬起机器后部，以增加卧底深度。图 6 左履带行走机构1-导向张紧装置 2-履带架 3-履带链 4-行走减速器 5-行走液压马达 6-摩擦片式制动器第 17 页图 7 左行走减速器图 8 掘进机机架1-回转台 2-前机架 3-后机架 4-后支撑腿 5-转载机连接板第 18 页3.4 液压系统本机除截割头的旋转运动外，其余各部分均采用液压传动。系统主泵站由一台 55kW 的电动机通过同步齿轮箱驱动一台双联齿轮泵和一台三联齿轮泵（转向相反），同时分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路、皮带转载机回路供压力油，主系统由五个独立的开式系统组成。该机还设有液压锚杆钻机泵站，可同时为二台锚杆钻机提供压力油，另外系统还设置了文丘里管补油系统为油箱补油，避免了补油时对油箱的污染。液压系统原理如图 9 所示。图 9 液压系统原理图第 19 页3.4.13.4.1 油缸回路油缸回路油缸回路采用双联齿轮泵的后泵（40 泵）通过四联多路换向阀分别向 4组油缸（截割升降、回转、铲板升降、支撑油缸）供压力油。油缸回路工作压力由四联多路换向阀阀体内自带的溢流阀调定，调定的工作压力为6MPa。截割机构升降、铲板升降和后支撑各两个油缸，它们各自两活塞腔并接，两活塞杆腔并接。而截割机构两个回转油缸为一个油缸的活塞腔与另一油缸的活塞杆腔并接。为使截割头、支撑油缸能在任何位置上锁定，不致因换向阀及管路的漏损而改变其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止截割头、铲板下降过速，使其下降平稳，故在各回路中装有平衡阀。3.4.23.4.2 行走回路行走回路行走回路由双联齿轮泵的前泵（63 泵）向两个液压马达供油，驱动机器行走。行走速度为 3m/min；当装载转盘不运转时，供装载回路的 50 泵自动并入行走回路，此时的两个齿轮泵（63 泵和 50 泵）同时向行走马达供油，实现快速行走，其行走速度为 6m/min。系统工作压力为 16MPa。回路工作压力由装在两联多路换向阀阀体内的溢流阀调定。注意：根据该机器液压系统的特点，行走回路的工作压力调定时，必须先将装载转盘开动。快速行走时，由于并入了装载回路的 50 泵，其系统工作压力为 14Mpa。通过操作多路换向阀手柄来控制行走马达的正、反转，实现机器的前进、后退和转弯。注意：机器要转弯时，最好同时操作两片换向阀（即使一片阀的手柄处于前进位置，另一片阀手柄处于后退位置）。除非特殊情况，尽量第 20 页不要操作一片换向阀来实现机器转弯。防滑制动是用行走减速器上的摩擦制动器来实现。制动器的开启由液压控制，其开启压力为 3MPa。制动油缸的油压力由多路换向阀控制。行走回路不工作时，制动器处于闭锁状态。3.4.33.4.3 装载回路装载回路装载回路由三联齿轮泵的前泵（50 泵），通过一个齿轮分流器分别向2个液压马达供油, 用一个手动换向阀控制马达的正、反转。该系统的工作压力为 14Mpa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。齿轮分流器内的两个溢流阀的调定压力均为 16MPa。该阀的压力是通过专用的液压实验台调定的。注意：该溢流阀的调定压力在机器出厂时已经调节好，在机器使用过程中不允许调节压力。3.4.43.4.4 输送机回路输送机回路输送机回路由三联齿轮泵的中泵（50 泵）向一个（或两个）液压马达供油，用一个手动换向阀控制马达的正、反转。系统工作压力为 14MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。3.4.53.4.5 转载机回路转载机回路转载机回路由三联齿轮泵的后泵（40 泵）向转载马达供油，通过一手动换向阀控制马达的正反转。系统工作压力为 10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。3.4.63.4.6 锚杆钻机回路锚杆钻机回路锚杆钻机回路由一台 15kW 电机驱动一台双联齿轮泵，通过二个手动换向阀可同时向两台液压锚杆钻机供油。系统工作压力为 10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。3.4.73.4.7 油箱补油回路油箱补油回路油箱补油回路由两个截止阀、文丘里管和接头等辅助元件组成，为油箱加补液压油。如图 10 所示，补油系统并接在锚杆钻机回路的回油管路上（若掘进机不为锚杆钻机提供油源，则补油系统并接在运输回路或转载机回路的回油管路上）。当需要向油箱补油时，截止阀关闭，截止阀开启，第 21 页油液经过文丘里管时，在 A 口产生负压，通过插入油筒 5 内的吸油管吸入，将油补入油箱。在补油系统不工作时，务必将截止阀关闭，截止阀开启。图 10 补油回路原理图1- 换向阀 2-截止阀 3-截止阀 4-文丘里管5-装油容器 6-油箱 7-锚杆电机 8-双联齿轮泵3.4.83.4.8 几种主要液压元件的选型设计几种主要液压元件的选型设计(1) 吸油过滤器为了保护油泵及其它液压元件，避免吸入污染杂质，有效地控制液压系统污染，提高液压系统的清洁度，在油泵的吸油口处设置了两个吸油过滤器，该过滤器为精过滤。当更换、清洁滤芯或维修系统时，只需旋开滤油器端盖(清洗盖)，抽出滤芯，此时自封阀就会自动关闭，隔绝油箱油路，使油箱内油液不会向外流出。这样使清洗、更换滤芯及维修系统变得非常方便。另外，第 22 页当滤芯被污染物堵塞时，设在滤芯上部的油路旁通阀就自动开启，以避免油泵出现吸空等故障，提高液压系统的可靠性。2)回油过滤器为了使流回油箱的油液保持清洁，在液压系统中设置了两个回油过滤器，该过滤器为粗过滤，位于油箱的上部。当滤芯被污染物堵塞或系统液温过低，流量脉动等因素造成进出油口压差为 0.35MPa 时，压差发讯装置便弹出，发出讯号，此时应及时更换滤芯或提高油液温度。更换滤芯时，只需旋开滤油器滤盖(清洗盖)即可更换滤芯或向油箱加油。若未能及时停机更换滤芯时，则设在滤芯下部的旁通阀就会自动开启工作(旁通阀开启压力为0.4MPa，以保护系统。(3)四联手动换向阀四联手动换向阀，主要由进油阀、多路换向阀、回油阀三部分组成。进油阀有压力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之间装有阀组总溢流阀。换向阀部分是由阀体和滑阀组成，滑阀的机能均为 Y 型，阀体为并联型，因此，既可以分别操作又可以同时操作，当同时操作时工作速度减慢。当滑阀处于中位时，油泵通过阀组卸荷。为了防止工作腔的压力油向 P 腔倒流，设置了单向阀。(4)油缸本次设计中机器有四组油缸，共八根。截割机构升降油缸、回转油缸、铲板升降油缸和后支撑油缸各两根，结构形式均相同，其中铲板升降油缸和后支撑油缸通用。(5)油箱本液压系统采用封闭式油箱(见图 11)，采用 N68 号抗磨液压油。油箱采用二级过滤，设置了两个吸油过滤器和两个回油过滤器，有效地控制了第 23 页油液的污染，并采用文丘里管补油，进一步降低了油液的污染。油箱上还配有液位液温计，当液位低于工作油位或油温超过规定值（70）时，应停机加油或降温。油箱冷却器采用了热交换量较大的板翅式散热器，总热交换量达 40000kcal/h，以保障系统正常油温和粘度的要求。图 11 油箱1- 吸油过滤器 2-冷却器 3-油箱体 4-液位液温计 5-回油过滤器(6) 六点压力表按操纵台标牌表明的位置接好油管。旋转压力表表盘，其指针所指的位置即为标牌表明的回路的工作压力。3.5内、外喷雾冷却除尘系统内、外喷雾冷却除尘系统本系统主要用于灭尘、冷却掘进机切割电机及油箱，提高工作面能见度，改善工作环境，内、外喷雾冷却除尘系统如图 12 所示。水从井下输水管通过过滤器粗过滤后进入总进液球阀，一路经减压阀第 24 页减压至 1.5MPa 后，冷却油箱和切割电机，再引至前面雾状喷嘴架处喷出。另一路不经减压阀的高压水，引至悬臂段上的内喷雾系统的雾状喷嘴喷出，当没有内喷雾时，此路水引至叉形架前方左右两边的加强型外喷雾处的线型喷嘴喷出。内喷雾配水装置安装在悬臂段内，8 个线型喷嘴分别安装在截割头的齿座之间；外喷雾喷雾架固定在悬臂筒法兰上，安装有 10 个雾状喷嘴；加强型外喷雾的喷雾架固定在叉形架前端，安装有 8 个线型喷嘴。图 12 水系统原理图1-Y 型过滤器 2-球阀 3-减压器 4-耐震压力表5-油箱冷却器 6-球阀 7-雾状喷嘴 8-线型喷嘴图4 4 润滑润滑正确的润滑可以防止磨损、防止生锈和减少发热，如经常检查机器的润滑状况，就可以在机器发生故障之前发现一些问题。比如，水晶状的油表示可能有水，乳状或泡沫状的油表示有空气；黑色的油脂意味着可能已经开始氧化或出现污染。润滑周期因使用条件的差异而有所不同。始终要使用推第 25 页荐的润滑油来进行润滑，并且在规定的时间间隔内进行检查和更换，否则，就无法给机器以保障，因而导致过度磨损以及非正常停机检修。润滑油的更换：在最初开始运转的三百小时左右，应更换润滑油。由于在此时间内，齿轮及轴承完成了跑合，随之产生了少量的磨损。初始换油后，相隔 1500 小时或者 6 个月内必须更换一次。当更换新润滑油时，清洗掉齿轮箱体底部附着的沉淀物后再加入新油。5 5 截割部总体结构设计截割部总体结构设计截割机构是掘进机的主要工作机构，它主要由电动机、叉形架、减速器、截割头等组成。电动机经联轴器驱动减速器，将动力传给截割头，通过截割头转动而达到破碎煤岩的目的。5.1 电动机的选型5.1.15.1.1 电机参数：电机参数：由设计要求可知，截割头的电机功率要求为 160 千瓦，且工作环境为井下，因此应选择防爆电动机。查机械设计实用手册表 10-5-3 选用YB315L1-4 型电动机。额定转速为 1481 转。电机额定电流 289.1A，额定效率 94.5，功率因素 cos=0.89，重量 1240 千克。第 26 页5.1.25.1.2 电机外形图：电机外形图：5.2 截割头的结构设计作为新一代的煤巷掘进设备，要求掘进机具有生产效率高、截割块度大、截割比能耗低的特点，在使用上能替代 20 世纪 80 年代末的 AM-50 煤巷掘进机，因此，截割头的设计尤为关键。影响截割效果的因素很多，有运动参数和几何参数两方面。其中运动参数主要表现在截割头横向摆动速度和转速。增加横向摆动速度可提高生产率，增大截割块度，降低截割比能耗，但却使截割头载荷加大，所需截割功率增加；而提高转速能降低截割头载荷，但又使粉尘量增加，截割效率降低。合理确定截割头的工作参数是保证截割头高效工作的关键之一。经综合考虑，本次设计掘进机截割头的横向摆动速度为 10m/min，截割头转速为 74r/min。第 27 页另一方面，截割头的几何参数是截割头设计的又一关键。截割头的几何参数包括截割头的形状、长度、直径及锥角等。为了使截割头钻进容易，保证在钻进过程中有较多截齿参加工作，要求截割头钻孔轮廓为扩散形。纵轴式掘进机的截割头形状大致为柱形、锥形和球头与锥形的复合体，本次设计的掘进机采用球头与锥形的复合体形式；截割头长度与煤巷特征和截割的循环速度有关，太长或太短对截割头的使用均不利，本次设计掘进机截割头长度设计为 973mm；截割头的直径决定掘进机的生产率和截齿的截割能力，与巷道断面大小有关，在截割头功率和转速一定的条件下，不合理的直径会使每把截齿的截割能力降低，甚至无法正常工作，本次设计掘进机截割头最大直径设计为 1056mm；截割头锥角的大小与钻进效果、巷道表面光滑性及截齿的工况有关，锥角太大，截割头两端截齿截割力相差悬殊，大端截齿因过载很快磨损，而小端截齿未被充分利用，本次设计掘进机截割头锥角为 15 度。达到设计要求。5.3 截割部减速器传动机构设计传动方案的拟定根据工作机的要求，传动装置将原动机的动力和运动传递给工作机。实际表明，传动装置设计得合理与否，对整部装置的性能，成本以及整体尺寸都有很大影响。因此，合理地设计传动装置是整部机器设计工作中的重要环节，即合理地拟定传动方案又是保证传动装置设计质量的基础。本次设计要求使用三级圆锥圆柱齿轮传动减速器，此减速器的优点：传动比较大，适用于载荷较平稳的场合，要求轴具有较大的刚度。圆锥齿轮传动承载能力高、传动平稳、工作可靠、噪声及振动小。5.3.15.3.1 传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配：传动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配：通过查阅有关资料，截割头的转速范围为 7080r/min，为了便于计算按以下方法分配传动比：高速级传动比 i1=2 中速级传动比 i2=4低速级传动中增加一个惰轮，惰轮与主动轮的传动比：4 . 331i惰轮与从动轮的传动比：低速级的传动比：62. 032i1 . 232313iii第 28 页截割头转速：min/6 .7485.191481rinnpj总传动比电机转速齿轮传动效率: 弹性联轴器效率:98. 0199. 02 调心滚子轴承: 圆柱滚子轴承:98. 0398. 04 涨套联轴器效率:15 总传动效率:89. 054223415.3.25.3.2 传动系统的运动和动力参数：传动系统的运动和动力参数：从减速器的高速轴开始各轴命名为轴、轴、轴、轴、轴。1）各轴转速计算：第轴转速 r/min1481nn 第轴转速 r/min5 .7402/1481/1inn 第轴转速 r/min125.1854/5 .7402inn 第轴转速 r/min28.464/125.18531inn 第轴转速 r/min6 .7462. 0/28.4632inn2）各轴功率计算：第轴转速 kw160pp 第轴转速 kw1 .14998. 099. 098. 016033321pp 第轴转速 kw5 .13798. 098. 01 .149222321pp 第轴转速 kw4 .12998. 098. 05 .1372321pp 第轴转速 kw4 .11998. 098. 04 .129222321pp第 29 页3) 各轴扭矩计算：第轴转速 )(7 .1031148116095509550mNnpT第轴转速 )(9 .19225 .7401 .14995509550mNnpT 第轴转速 )(2 .7093125.1855 .13795509550mNnpT 第轴转速 )(03.2670228.464 .12995509550mNnpT 第轴转速 )( 1 .152856 .744 .11995509550mNnpT5.3.35.3.3 第一级锥齿轮传动计算：第一级锥齿轮传动计算：由于锥齿轮的大端齿顶圆直径过大，锥齿轮会与相邻的轴发生干涉，所以这一级的传动比不能过大，取传动比为 2 较为适合。1、齿数选择：查手册当 i1=2 时，Z1=17,Z=34。2、材料和选择大齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC，小齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC。Hlim=1300N/mm2,FE=700N/mm2， 3、初步设计按手册中锥齿轮接触强度设计公式，d1321.1951HPuKT式中：齿数比 u=Z2/Z1=34/17=2载荷系数 K=1.22，取 K=1.5齿轮扭矩mNnPT/1 .1031148116095509550111齿轮的接触强度极限 ,安全系数2lim/1300mmNH1limHS齿轮的许用接触强度2limlim/130011300mmNSHHHP第 30 页齿轮分度圆直径 d1mm3 .150130021 .10315 . 11951.195132321HPuKT齿轮大端模数=d1/Z1=150.3/17=8.8mm 取=9emem4、几何尺寸的计算齿形角 20na齿顶高系数 1ah顶隙系数 25. 0c小齿轮分锥角 56.263417arctanarctan211ZZ大齿轮分锥角 44.631734arctanarctan122ZZ大端分度圆直径 d1=Z1=917=153mmem d2=Z2=934=306mmem外锥距 mmdRe09.17156.26sin2153sin211齿宽系数 R=0.3齿宽 b=RRe=0.3171.09 =51.3mm则 R=2999. 009.1713 .51eRb中点模数 65. 73 . 05 . 0195 . 01Remm变位系数 1 . 0)211 (39. 0211 . 012 05. 01t05. 012tt中点螺旋角 30m中点分度圆直径 dm1=Z1=7.6517=130.05mmm dm2=Z2=7.6534=260.1 mmm第 31 页大端齿顶高 9 . 991 . 0111eaemh大端齿根高 4 .1091 . 025. 0111efemch全齿高 3 .20925. 022emch齿根角 61. 309.1714 .10arctanarctan21efeffRh顶锥角 17.3061. 356.26111fa 05.6761. 344.63222fa根锥角 95.2261. 356.26111ff 83.5961. 344.63222ff大端齿顶圆直径 1 .16956.26cos9 . 92153cos2111aeahdd05.31444.63cos9 . 92306cos2222aeahdd冠顶距 98.14856.26sin9 . 92306sin2121aekhdA 44.6844.63sin9 . 92153sin2212aekhdA大端分度圆齿厚: 2 .1505. 020tan1 . 0229tan22111tems9 .152 .1514. 39 . 911smse大端分度弦齿高 29. 9153456.26cos2 .1594cos2112111dshhaea 07. 9306444.63cos9 .1594cos2222222dshhaea当量齿数 mmzzv1956.26cos17cos111第 32 页 mmzzv7644.63cos34cos222端面重合度 tantantantan212211vavvavvazz 77.31121920cos19arccos22cosarccos1111avvvahZZ 71.23127620cos76arccos22cosarccos2222avvvahZZ 7 . 1tantantantan212211vavvavvazz5、齿面接触疲劳强度的校核：由机械手册的计算公式为： =HKEHmHHVAtZZZZZubduKKKKF85. 012Hp中点分度圆上的切向力 1585705.1301 .10312000200011mtdTF使用系数查表的 85. 1AK动载系数由七级精度和中点节线速度 1 .1010006014815 .13010006011ndvmm查图 16-4-28 的18. 1vK由表 16-4-28 取,有效工作齿宽,按式 16-4-225. 1eHKbbe85. 0齿向载荷分布系数 875. 125. 15 . 15 . 1eHHKK端面载荷系数有表 16-4-mmNbFbFtet/1003093 .51/15857/29 的, 1 . 1HK节点区域系数 5 . 2HZ第 33 页弹性系数 2/8 .189mmNZE876. 034vaZ螺旋角系数 130coscosmZ锥齿轮系数 8 . 0KZ计算接触应力 =H22/8 .121985. 01mmNZZZZZubduKKKKFKEHmHHVAt许用接触应力 = HpWXLVRNTHHZZZZSlimlim试验齿轮的接触疲劳极限: 2lim/1300mmNH安全系数1limHS寿命系数: ,长期工作,取为无限寿命设计1NTZ润滑油膜影响系数: 95. 0LVRZ工作硬化系数: 1WZ尺寸系数: ，1XZ许用接触应力值: =,安全通过.HpHWXLVRNTHHmmNZZZZS2limlim/12356、齿根弯曲疲劳强度效核：计算公式：=FFPFSnFFVAtYYbmKKKKF，85. 1AK18. 1vK875. 1HFKK1 . 1HFKKNFt15857第 34 页复合齿型系数： 74. 41FsY52. 42FsY 重合度系数： 69. 0Y 齿根弯曲应力：= 1F21/595mmNYYbmKKKKFFSnFFVAt =2F22/567mmNYYbmKKKKFFSnFFVAt 许用弯曲应力：STRrelTrelTXNTFFFPYYYYYSminlim 齿根弯曲极限应力值： 21lim/450mmNF22lim/425mmNF 寿命系数：,长期工作,取为无限寿命设计1NTY 相对齿根圆角敏感系数： 1relTY 相对齿根表面状况系数：1RrelTY 尺寸系数：1XY 最小安全系数： 4 . 1limFS 应力修正系数：2STY 许用弯曲应力值：2min1lim1/9 .642mmNYYYYYSSTRrelTrelTXNTFFFP 2min2lim2/1 .607mmNYYYYYSSTRrelTrelTXNTFFFP 齿根弯曲强度效核结果：11FPF 通过22FPF5.3.45.3.4 第二级斜齿轮传动计算：第二级斜齿轮传动计算： 1、齿轮材料的选择：第 35 页由于尺寸较小，所以选用合金钢硬齿面齿轮，小齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC，大齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC。大小齿的渗硬层厚度为 1.2mm,齿轮的疲劳极限应力按中等质量计算， 22lim1lim/460mmNFF22lim1lim/1500mmNHH2、按齿接触疲劳强度初步确定中心距，并初选主要参数：按 16233 321) 1(476uKTuaHPa式中小齿轮传递的转矩：mNnPT/9 .19225 .7401 .14995509550221载荷系数 K：考虑齿轮非对称轴承布置，有轻微的冲击，取 K=2齿宽系数 R=0.4齿数比 4 iu最小安全系数： 1 . 1limHS许用接触应力：= HpMPaSHH6 .13631 . 11500limlim中心距 mmuKTuaHPa4 .285) 1(476321圆整为标准中心距 a=300mm按经验公式，mmamn61 . 2300)02. 0007. 0()02. 0007. 0(取标准模数 mmmn5初取则 12mmumazn4 .23) 14(512cos3002) 1(cos21取 231z9242312uzz精求螺旋角：958. 03002)9223(52)(cos21azzmn所以6 .16第 36 页 mmmmnt22. 5958. 05cos mmzmdt04.1202322. 511 齿宽 b=Ra=0.4300 =120mm3、效核齿面接触疲劳强度：按表 16-2-34 =HZZZubduKKKKFEHHHVAt1) 1( 分度圆上的圆周力 NdTFt7 .3203704.1209 .19222000200011使用系数查表的 85. 1AK动载系数由 8-7-7 级精度和中点节线速度 smndvm/65. 41000605 .74004.12010006011 1100)(122121uuvZKFKbKKtAv查表的 9 .231K0087. 02K代入得06. 1vK齿向载荷分布系数 34. 11023. 0)(18. 012. 1321bdbKH齿间载荷分布系数按查表 16-2-2/9 .493120/7 .3203785. 1/mmNbFKtA42 的, 1 . 1HK节点区域系数 45. 2HZ弹性系数 2/8 .189mmNZE第 37 页接触强度计算的重合度及螺旋角：当量齿数：mmzzv2 .266 .16cos23cos3311 mmzzv6 .1046 .16cos92cos322求当量齿轮的端面重合度：按，21aava6 .162 .261vz查图 16-2-10 可得，所以6 .1042vz78. 01a83. 02a61. 183. 078. 0va按，查图 16-2-11，纵向重合度245/120/mbm6 .1665. 0按，，查图 16-2-16，61. 1va65. 06 .1682. 0z将以上各数代入齿面接触应力计算的： =H212/9 .10801mmNZZZubduKKKKFEHHHVAt计算安全系数 HXWLVRNHHZZZZSlim式中：寿命系数，先计算应力循环次数：NTZ 9111078. 1400005 .74016060tjnNL 8221044. 440000125.18516060tjnNL允许有一定量的点蚀，查图得生命系数 94. 01NTZ03. 12NTZ润滑油膜影响系数工作硬化系数1LVRZ1WZ尺寸系数: ，1XZ第 38 页将上数代入安全系数的计算公式的：3 . 11lim1HXWLVRNTHHZZZZS 4 . 12lim2HXWLVRNTHHZZZZS按表 16-2-46，，故安全。1 . 1limHSlimHHSS4、齿根弯曲疲劳强度效核：计算公式：=FFPFSnFFVAtYYbmKKKKF，85. 1AK06. 1vK34. 1HFKK1 . 1HFKKNFt7 .32037 复合齿型系数： 18. 41FsY95. 32FsY 重合度系数： 69. 0Y 齿根弯曲应力：= 1F21/2 .445mmNYYbmKKKKFFSnFFVAt =2F22/7 .420mmNYYbmKKKKFFSnFFVAt计算安全系数 FXRrelTrelTNTFFYYYYSlim 寿命系数：,121NTNTYY 相对齿根圆角敏感系数： 1relTY 相对齿根表面状况系数：03. 1RrelTY 尺寸系数：1XY 将上数代入安全系数的计算公式的：06. 111lim1FXRrelTrelTNTFFYYYYS 13. 122lim2FXRrelTrelTNTFFYYYYS第 39 页由表查最小安全系数：，故安全。4 . 1limFSlimFFSS5、尺寸参数： 5m231z922z4u6 .16 04.1201d24.48022. 5922d a=300 1202 bb1301021 bb 04.1368204.120211aahdd 24.4928224.480222aahdd 04.10025. 18204.120211ffhdd 24.46025. 18224.480222ffhdd5.3.5第三级齿轮传动计算：a. 主动轮与惰轮的设计：4 . 331i主动轮的转速为 min/125.1858/1481/148121ri in1、齿轮材料的选择：由于尺寸较小，所以选用合金钢硬齿面齿轮，小齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC，大齿轮选用 20CrMnMo,渗碳淬火，齿面强度 5662HRC。大小齿的渗硬层厚度为 1.2mm,齿轮的疲劳极限应力按中等质量计算， 22lim1lim/460mmNFF22lim1lim/1500mmNHH2、齿面接触强度计算：确定齿轮 7-6-6 级精度等级，按估计齿宽中点分度圆上的圆周速度smnPnv/35. 3)022. 0013. 0(3111m/s。查表取：41v 小轮大端分度圆由式：1d 3211)(12HHEdZZZuuKTd第 40 页计算：齿宽系数按齿轮相对轴承为非对称布置：d=1.2d 小轮齿数在推荐值中选： 1Z4020171z惰轮齿数 2Z58174 . 312ZiZ 齿数比 u4 . 3 iu 传动比误差在范围内，合格uu/uu/%5 小轮转矩 1T mNnPT.2 .7093/1055. 9161 载荷系数 KKKKKKVA 使用系数查表得：AK85. 1AK 动载荷系数查得： VK12. 1vK 齿向载荷分布系数K07. 1K 齿间载荷分布系数由推荐值 K2 . 10 . 11K 02. 2KKKKKVA 材料弹性系数查表得： EZ2/8 .189mmNZE 节点区域系数查表得： HZ45. 2HZ重合度系数 Z87. 0Z第 41 页计算许用接触应力: HWNHHSZZlim式中：寿命系数，先计算应力循环次数：nZ 8111044. 440000125.18516060hLjnN8221011. 14000028.4616060hLjnN查图得: 03. 11vZ05. 12vZ工作硬化系数1WZ最小安全系数: 1 . 1limHS代入计算的: 1405lim1lim1HWvHHSZZ1432lim2lim2HWvHHSZZ故：的值为：1d mmd1574 . 314 . 32 . 1102 .709302. 22)140587. 045. 28 .189(3321齿轮模数m 圆整：m=102 . 9/11Zdm 小轮分度圆直径: 170171011Zmd 标准中心矩：a a mmZZm3752)5817(102)(21 齿宽 b b= = 1921572 . 11dd大轮齿宽1922 bb 小轮齿宽 202)105(21 bb第 42 页 3.齿根弯曲疲劳强度校核计算：由式211FaSaFFYYYmbdKT 齿形系数查表得：aFY小轮 92. 21aFY大轮 20. 22aFY应力修正系数查表得:aSY小轮 53. 11aSY大轮 75. 12aSY 重合度：a 64. 1)tan(tan)tan(tan212211aaZaaZaaa重合度系数 Y 71. 064. 1/75. 025. 0/75. 025. 0Y 许用弯曲应力值： XNFFFYYSminlim 尺寸系数：22lim1lim/460mmNFF1XY 寿命系数：,121NTNTYY最小安全系数： 2 . 1limFS计算许用应力为： 383minlimXNFFFYYS 所以： 1017013471. 053. 192. 2102 .790345. 2231F第 43 页 12/7 .184FmmN1068012471. 075. 12 . 2790320045. 222F 安全通过22/7 .145FmmN4.齿轮的其他主要尺寸计算大轮分度圆直径:2d 580581022Zmd 根圆直径：fd= = 1fd1451025. 1217021fhd = =2fd5 .55425. 11025 .57922fhd 顶圆直径：ad 190102170211aahdd 5 .5991025 .579222aahddb. 第三级中从动轮设计：惰轮与从动轮的传动比： m=1062. 032i从动轮的齿数：齿宽：365862. 0232ZiZ202b从动轮的分度圆直径：4204210Zmd从动轮的顶圆直径：4401024202aahdd从动轮的根圆直：= =1fd3951025. 124202fhd第 44 页5.4 轴的设计计算：1)、选择轴的材料：、选择轴的材料：选用 20CrMnMo,渗碳淬火，热处理后轴的强度 5662HRC,由手册得b=1080N/mm2,s=835N/mm2,-1=480N/mm2,-1=300N/mm2, 0=98N/mm2, -1=100N/mm2, +1=216N/mm22)、作用在轴上(图示 1)的圆周向力和径向力,轴向力的大小：tDFrDFaDF=2T1/d1=21922900/120.04=32038NtDF=tana/cos=32038tan20o/cos16.6o=12168NrDFtDFNFFtDaD95516 .16tan32038tan圆锥齿轮所受的圆周力和径向力,轴向力的大小:tCFrCFaCF=2T1/dm=21922900/260.1=14786NtCF=tanacos=14786tan20o*cos63.44o=2406NrCFtCFNFFtCaC1322644.63sin14786sin3)、确定轴的最小直径：初估轴的最小直径，取 A=118 可得第 45 页mmnpAd2.715.7401.14911803.103.13311min mmd80min轴段 1: 此轴段用于安装一对调心滚子轴承,取 L1=60mm,d1=80mm轴段 2：此轴段为安装齿轮，取 L2=135mm,d2=136mm轴段 3：此轴段的设计是为了安装锥齿轮的，取 L3=52mm,d3=141mm轴段 4:连接锥齿轮和斜齿轮, L4=160mm d4=90mm。轴段 5: 安装轴齿轮, 取 L5=135mm,d5=136mm。轴段 6: 此轴段用于安装一对调心滚子轴承,取 L6=60mm,d6=80mm4)、轴的强度校核根据轴的计算作出轴的弯距图、扭矩图和当量弯矩图，如下页图求支反力：水平面： NdFFdFFRadrdmacrcBH101320724011821182)240118( 10775rdBHrcAHFRFR垂直面： NFFRtdtcBV2678207240118118)240118( 19930tdBVtcAVFRFR合成支反力: NRRRAVAHA2265622 NRRRBVBHB286322b.求弯矩 MH和 MV 水平面 C 点： mNRMBHCH.7 .209207 mNdFMMmacCHCH.8 .17192 D 点： mNRMAHDH.5 .1271118 mNdFMMadDHDH.8 .184421 垂直面 mNRMAVDV7 .251118第 46 页 mNRMBVCV3 .554207c、在 C、D 截面上的最大合成弯矩 M:mNMMMCVCHC6 .5923 .5547 .2092222mNMMMDVDHD4 .26737 .2515 .12712222扭矩 T T=1922900Nmm当量弯矩 McaNmmTMMDca291173219229006 . 0267340022221NmmTMMCca129703219229006 . 059260022222d、通过观察，发现 C、D 两个截面最威胁，校核 C.D 点的强度：合格20232/98/2 . 51361 . 01297032mmNmmNWMcaC合格其他轴20231/98/4 .101411 . 02911732mmNmmNWMcaD的校核都满足安全要求.第 47 页MDVMCVMDHMDHMCHTXMXXMFtcFtdRBVRAVBCDARBHRAHFacFrcFrdFadBCDAFacFrcFtcFtdFadFrdBCDA受力分析图如下：5.5 轴承的校核：齿轮轴两端的轴承选用的是调心滚子轴承，代号为：21316C,其额定载荷： kNCor332kNCr425基本额定寿命的公式为：)(10pcL-失效率 10的基本额定寿命10LC-基本额定动载荷P当量动载荷第 48 页-寿命系数，对滚子轴承 3/10轴承 1.2 受轴的载荷，工作中有轻微冲击:a、轴承支反力：水平支反力 RH1=1013N，RH2=-10775 N 垂直支反力 RV1=2678N，RV2=-19930N 合成支反力 NRRRVH2863267810132221211 NRRRVH2265619930107752222222a.轴承所受的轴向载荷： NFr226561NFFFadaca36751 NFr28632NFFFadaca36752b. 轴承的当量动载荷：(1)、因,查表的 X0.67，Y=1.8423. 016. 022656/3675/eFFra NYFXFParr21942367584. 167. 022656111(2). 因,查表的 X0.67，Y=4.423. 02 . 12863/3675/eFFra NYFXFParr1808836754 . 467. 02863222c.轴承寿命：由手册查得 fp=1.2 ft=1 hhPfCfnLrprth4000094649219422 . 142500015 .740601000000601033161hhPfCfnLrprth40000168947180882 . 142500015 .740601000000601033262轴承 1.2 合格，但需要定时更换。5.6 键的校核：挤压强度校核：轴的材料一般为钢，而轮毂材料可能是钢或铸铁，当载荷性质为轻微冲击时，钢的许用挤压应力p=130N/mm2，假设载荷在键的工作面上均匀分布的，此时键的强条件是第 49 页MPalKdTpp1023式中：T传递的扭矩 N.m K键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h,h 为键高，mm L键的工作长度，mm 圆头平键（A 键） l=L-b,L 为键的公称长度，mm，b 为键的宽度，mm d轴的直径，mm 许用挤压应力，mpa，键的材料一般采用 45 钢，查文献4表p6-1 取=130mpap代入上式得：mpampapp1301231079120102 .709323由上计算可知：键的选用满足强度要求。5.7 减速器箱体的设计本减速器箱体的设计，既要考虑到齿轮，轴承等安装的方便，又要考虑到箱体铸造的工艺性，本减速器箱体采用单箱造型结构，为方便轮的安装，在其顶部设置了两个箱盖，起设计简图如图 3-12 所示。第 50 页图 3-12 减速器箱体的结构简图5.8 掘进部后支撑架的设计后支撑架的作用主要是起支撑和回转掘进部等作用，其设计简图如图 3-15 所示第 51 页图 3-15 支撑架简图 6 电气部分电气部分6.1、系统的组成电气系统由前级馈电开关、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本质安全型掘进机用电控箱、CZD24/8 型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱、XEFB-127(36)/150 隔爆型蜂鸣器、DGY35/48(36)B(B) 矿用隔爆型机车照明灯、BZA1-5/127-2 型矿用隔爆型控制按钮、KDD2000 型瓦斯断电仪以及驱动掘进机各工作机构的防爆电动机和连接电缆组成。电气设备明细表见表 1-1，驱动掘进机各工作机构电动机特征列于表 1-2。本次设计的掘进机电控设备为 KXJ250/1140EB 型隔爆兼本质安全型掘进机用电控箱（以下简称电控箱）、CZD24/8 型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱（以下简称操作箱），符合我国的煤矿安全规程、防爆规程和有关规程、标准的规定，适用于具有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井中，控制掘进机切割电机、油泵电机、备用电机及锚杆电机的运转，并对电机及有关线路进行保护。6.2 系统的结构电控箱隔爆外壳由主腔和接线腔两个独立的隔爆部分组成。第 52 页主腔面板装有隔离开关操作手把（手把有通、断两个位置）、急停按钮（SB1）、电压表视窗和显示器视窗；主腔中门板装有控制器、继电器、显示器、电压表；主腔后壁装有各回路接触器、阻容吸收器、互感器；主腔顶板装有熔断器；右底板装有主变压器、隔离变压器和电源部分的熔断器等；左底板装有保护器（JB）和五个接头座；主腔和接线腔之间的连接板上装有九星盘和接线端子。电控箱门与箱体为螺栓紧固，并设有回转铰链。电控箱箱体通过减震器和主机连接。操作箱为矿用隔爆型。操作箱分为二个通过接线端子相互连接的独立腔体，上边为进出线腔，下边为主腔。进出线腔内设有接线端子和内接地端子。主腔门上装有转换开关、控制按钮等。表表 1-1 电气设备明细表电气设备明细表序号名称数量型号生产厂家1电控箱1KXJ250/1140EB煤科院太原分院2操作箱1CZD24/8煤科院太原第 53 页分院3隔爆型蜂鸣器1XEFB-127(36)/150天津煤矿专用设备厂4矿用隔爆型控制按钮1BZA1-5/127-2佳木斯煤机厂5矿用隔爆型机车照明灯3DGY35/48(36)B(B)沈阳第三防爆灯厂6瓦斯断电仪1KDD2000淄博7切割电机1YBUS3-120抚顺煤矿电机厂8油泵电机1YB250M-4抚顺煤矿电机厂9锚杆电机1YB160L-4南阳防爆集团有限公司10备用电机1选用选用表 1-2 电动机技术特征表机构名称电机特征切割电机油泵电机锚杆电机备用电机型号YBUS2-120YB250M-4YB160L-4选用额定功率（kW）12055157.5kW /11kW额定电压（V）660/1140660/1140660/1140660/1140额定电流（A）133/7759.0/34.117.4/10.1功率因素0.850.86效率（%）9298第 54 页6.3电控箱的主要技术参数电控箱的主要技术参数额定电压： V 主回路： AC：1140/660控制回路：AC：220、36 DC：24额定电流：A 250额定频率：Hz 50主回路数：4 660/1140V 电压下各回路的额定电流大小为：切割回路：130/75A；油泵回路：59.0/34.1A；锚杆回路：17.4/10.1A；备用回路：4.5/7.7A（7.5kW） 6.6/11.3A（11kW）。机载功率：kW 190注：a、1140/660 表明该电气系统为双电压供电系统（既可以用在 1140V 也可以用在 660V 电压等级下，但两种电压换用时需要重新整定电控系统。 b、7.5kW/11kW 表明该电气系统所配备用电机可以为双功率（既可以是 7.5kW 也可以是 11kW，但两种功率电机换用时需要整定电控系统第 55 页 c、机载功率 190kW 表明该机装设的电机总功率。 d、配装备用电机应与电控箱电压和功率相符，并选用防爆电机。6.46.4 工作原理电气系统在原理上可以分为四个部分：主回路部分、电源部分、保护单元和控制部分。6.4.1、主回路部分主回路部分明确了系统的主体结构，我们采用了隔离开关作为电控箱主回路电源的开关，在主回路中设有两组熔断器，用于短路保护，别为：切割电机回路 FU1FU3 (400A)；油泵电机及其它回路 FU4FU6(250A)。在控制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接触器，并加装了阻容吸收装置，用于吸收真空接触器断开时电动机产生的高压；在备用回路和锚杆泵站回路采用了空气接触器（由于它的功率较低）。以上四个回路中设有检测主回路电流的电流互感器 TA1TA9(备用和锚杆回路公用互感器) 来完成保护电路的信号采集，每回路三个。在附录图 2 中主回路原理图中明确的指明了接触器线圈和自保接点的线号及控制继电器的接点。第 56 页另外，如果采用本机 SA1 对其前级开关进行远程控制，那么在电控箱上的急停按钮 SB1 和操作箱上的急停按钮 SB2 都可以停止前级馈电开关，实现电源的远程控制，SB3 只能够停本机操作。6.4.2、电源部分电源部分是有一台主变压器、一台隔离变压器和控制熔断器 FU7FU13 组成。主变压器有五个电压范围的输入抽头：660V、726V、1050V、1140V、1250V。当井下电压不稳定时，可以随着电压的变化来调整变压器的抽头，来保证输出电压的稳定，进而保证控制回路的可靠性。隔离变压器（21 号线和 22 号线）为保护设备 JB 和控制单元提供 180V 电源，由 SB1 来控制。36V（6 号线和 7 号线）为照明灯、蜂鸣器和瓦斯断电仪提供电源。220V（17 号线和 18 号线）为接触器线圈提供电源。继电器的线圈电源由保护器 JB 内部模块（27 号线和 28 号线）供 24V 直流电源。熔断器 FU7FU13 的位置见附录图 3 所示。6.4.3、控制单元控制单元由四部分组成，主要控制部件为西门子 PLC-CPU226；另外，包括三扩展单元。在附录图 4 主控单元中，可以很明确的显示出系统的启动和停止的控制接点、各保护接点的输入接点以及相应的输出接点，同时也第 57 页表示出了显示器（TD200）和控制器的接口；由于输入为模拟信号，所以又增添了模拟量扩展模块（3 个模块），其接线情况如附录图 5 所示。TD200 为两行中文液晶显示器，可以显示整个系统的运行状态和故障情况，如果在多项故障同时出现的情况下，显示器的右下角出现闪动的光标提示。本系统采用 PLC 作为主控元件，从而在软件上实现了各机构电机的逻辑控制和保护中断功能。6.4.4、保护单元保护单元由综合保护器 JB 组成。各机构电动机的漏电闭锁、36V 漏电以及切割电机的过热保护由 JB 来实现，同时 JB 还提供互感器的电源。保护单元通过对主回路和控制回路的运行状态进行信号的采集，经过电子电路的处理，将系统的状态反映到控制单元，达到实时监控系统并及时故障中断系统运行。保护单元主要为保护设备和工作人员的人身安全而设置。保护单元接线情况如附录图 6 所示。保护器正常时，（PLC 相对应的输入点灯亮），保护动作时 TD200 显示其动作情况（相对应的 PLC 输入点灯灭）。第 58 页7 7 掘进机的安装和调整掘进机的安装和调整7.1 机器的拆卸和搬运掘进机的重量及体积较大，下井前应根据井下的实际装运条件，视机器的具体结构，重量和尺寸，最小限度地将其分解成若干部分，以便运输，起重和安装。本机从设计和制造的角度，已经考虑到向井下运输时的分解情况。掘进机拆卸及井下运输的注意事项：（1）拆装前，必须在地面对所有的操作方式进行试运转，确认运转正常。（2）拆卸人员应根据随机技术文件熟悉机器的结构，详细了解各部位联系关系，并准备好起重运输设备和工具，确保拆卸安全。（3）根据所要通过的巷道的断面尺寸，决定其设备的分解程度。（4）机器各部件下井的运输顺序尽量与井下安装顺序相一致，避免频繁搬运。（5）对于液压系统及配管部分，必须采取防尘措施。（6）所有未涂油漆的加工面，特别是连接表面下井前应涂上润滑脂；拆后形成的外露联接表面应包扎保护以防碰坏。（7）小零件应与相应的分解部分一起运送。（8）下井前，应在地面仔细检查各部件，发现问题要及时处理。（9）应充分考虑到用平板车运送时，其平板车承重能力，运送中的窜动，以及用钢丝绳固定时防止设备损坏及划伤。（10）为了保证电气元件可靠的工作，电控箱运输时必须装设在掘进机的减震器上。7.2 掘进机的井下组装安装前做好准备工作：应根据机器的最大尺寸和部件的最大重量准备一个安装场地，该场地要求平整，坚实，巷道中铺轨，供电，照明，通风，支护良好，在安装巷道的中顶部装设满足要求的起吊设备，在安装巷道的一端安装绞车，二个千斤顶及其它必要的安装工具。安装前应擦洗干净零件的各个联接表面，认真检查机器的零部件，如有损坏应在安装前修复。将掘进机组件按照井下装配顺序表依次进行安装：第 59 页a. 用枕木先将前，后机架垫高 400mm，并连接到一起，保证联接螺栓锁紧扭矩达到要求值b. 分别将左，右履带行走机构与机架联接在一起，应使用千斤顶使下止口顶实，联接螺栓紧固力矩要达到要求值c. 安装装载部及起升降油缸；d. 安装刮板机及刮板链；e. 安装油箱；f. 安装电控箱；g. 安装截割机构及升降油缸；h. 安装液压操纵台；i. 安装液压泵站及锚杆机泵站；j. 铺设液压管路及电缆k. 安装护板；l. 按要求润滑各部位m. 对机器进行调试，调整；n. 试车。注意：1）空转中应随时注意检查各部分有无异常的声响，检查减速器和油箱的温升情况；2）检查各减速器对口面和伸出轴处是否漏油；3）试运转的初始阶段，应注意把空气从液压系统中排出，检查液压系统是否漏油；4）油箱及各个减速器的油位是否符合要求；5）各部件的动作是否灵活可靠。在上述各种情况符合设计要求后，则可进行正常工作。掘进机装配注意事项：（1）液压系统和供水系统各管路和接头必须擦试干净后方可安装；（2）安装各联接螺栓和销轴时，螺栓和销轴上应涂少量油脂，防止锈蚀后无法拆卸；个联接螺栓应按规定的拧紧力矩进行紧固，参照螺栓紧固力矩表（3）安装完毕按注油要求加润滑油和液压油；（4）安装完毕后必须严格检查螺栓是否拧紧，油管，水管联接是否正确；检查刮板输送机链轮组，应保证链轮组件对中；刮板链的松紧程度要合适；第 60 页（5）安装完毕后，对电控箱的主要部位进行一次检查；7.3 机器的井下调试掘进机在安装完毕后，必须对各部件的运行作必要的调试，主要调试的内容如下：（1）查电机电缆端子连接的正确性（2）查液压系统安装的正确性（3）检查喷雾，冷却系统安装的正确性 7.4 机器的调整机器总装和使用过程中，需要对行走部履带链松紧，中间刮板输送机刮板链的松紧及液压系统的压力，供水系统的压力作经常检查，发现与要求不符时应及时做适当的调整，调整方法如下。（1）行走部履带链的张紧行走部履带链的松紧调节采用脂油缸张紧装置。具体方法是：1将铲板和后支撑腿落底并撑起机器，使两侧履带机构悬空；2使用黄油枪向张紧油缸（张紧行程 120mm）压入润滑脂当下链距履带架底版悬垂量为 35mm 时为宜，（最大不得65mm,否则应拆除一块履带板）3然后在张紧油缸活塞杆上装入适量垫板及一块锁板锁紧，并用螺钉将锁板固定；4拧松油嘴下的活塞，泄掉油缸内的压力后再拧紧螺塞；5抬起铲板及后支撑腿，使机器落地。（2）刮板输送机刮板链的张紧输送机刮板链的张紧是通过安装在输送机机尾部的张紧油缸来调整。刮板链条应有一定的垂度，垂度太大，刮板有可能在链道内，有时还会发生跳，卡链现象；垂度太小将增加链条张力和运送阻力，加剧零部件的磨损，降低使用寿命。具体调整方法是：1操作铲板升降油缸手柄，使铲板紧贴底版；2使用黄油枪向张紧油缸注油嘴压住油脂（张紧行程 120mm）,并均等调整左右张紧油缸，使传动链轮回链最大下垂度不大于 70mm,张紧度应保证铲板摆动时，链轮仍能正确啮合，平稳运转；3然后在张紧油缸活塞杆上装入适量垫板；4 拧紧螺塞，泄掉油缸内的压力后，再拧紧该螺塞，使张紧油缸活塞第 61 页不承受张紧力；5当张紧油缸调整不能得到预想的效果时，可取掉两根链条的两个环再调至正常的张紧程度。（3）液压系统各回路压力的调整 a 油缸回路工作压力为 16Mpa。其调节方法为：操作四联多路换向阀中任意一片换向阀，使其相应的油缸动作到极限位置（注意：不要松开手柄），此时，慢慢调节溢流阀的调压螺钉，同时观看压力表，使该回路的工作压力达到规定值后锁紧调压螺钉，松开手柄。 b 行走回路工作压力为 16Mpa。回路工作压力由装在两联多路换向阀阀体内的溢流阀调定。注意

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