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EBZ-125XK型悬臂式掘进机的改进设计【说明书+CAD】

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EBZ 125 XK 悬臂 掘进机 改进 设计 说明书 CAD
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EBZ-125XK型悬臂式掘进机的改进设计【说明书+CAD】,EBZ,125,XK,悬臂,掘进机,改进,设计,说明书,CAD
内容简介:
湖南科技大学本科生毕业设计(论文) 目 录第一章 前言1 1.1 设计的背景和目的1 1.2 本次借鉴的掘进机简介1 1.2.1 产品特点1 1.2.2 主要用途1 1.2.3 型号的组成及其代表意义2第二章 总体设计3 2.1 总体参数3 2.1.1 截割头3 2.2 掘进机各组成部分基本结构设计3 2.2.1 截割部3 2.2.2 装载部5 2.3 刮板输送机6 2.4 行走部7 2.5 机架和回转台8 2.6 液压系统8 2.7 电气系统9第三章 截割机构的设计10 3.1 截割头10 3.2 截割减速器10 3.3 电动机11 3.4 悬臂伸缩装置11 3.5 回转台12第四章 减速器设计和校核13 4.1 减速机构概述13 4.2 2K-H减速器高速级齿轮设计13 4.2.1 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定13 4.2.2 减速器原理图14 4.2.3 确定个各主要参数14 4.2.4 几何尺寸计算17 4.2.5齿轮啮合要素计算28 4.2.6齿轮强度验算28 4.2.7行星轮啮合强度验算23第五章 2K-H减速器低速级齿轮设计32 5.1 齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定32 5.2 确定各主要参数32 5.3 计算几何尺寸34 5.4 齿轮强度验算35 5.5 减速器其他零件校核35 5.5.1 输入轴校核35 5.5.2 轴承校核38 5.5.3 键的校核39第六章 掘进机的检修及维护保养42 6.1 机器的日常维护保养42 6.2 机器的定期维护保养42 6.3 润滑42 6.4 液压系统用油43 6.5 液压系统用油44第七章 机器常见故障原因处理方法45 7.1 截割部45 7.2 装载部45第八章 安全保护47 8.1 安全与检查47 8.2 维护、修理与故障排除47参考文献49致谢50i第一章 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 本次设计借鉴的掘进机简介1.2.1 产品特点EBZ-125XK是西安煤矿机械厂与科研院校合作开发的中型悬臂式掘进机。该机主要特点是:1)结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便;2)炮头采用具有36把镐型截齿、齿座呈螺旋线形排布的球微锥形截割头;3)有低速大扭矩液压马达直接驱动的第一运输机;4)有星轮与低速大扭矩马达连接成一体的弧形三齿星轮装料装置;5)有马达+减速机构形式的行走部;6)有滑动式行走结构上用的耐磨板;7)有为液压锚杆钻机及二运输机留的液压接口;8)电气系统有失压、短路、过载、温度、瓦斯断电等保护功能。1.2.2 主要用途、适用范围 EBZ-125XK型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。该机可经济切割单向抗压强度60MPa的煤岩,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160。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。 1.2.3型号的组成及其代表意义 E B Z 125 XK 设计代号 截割机构功率(KW) 纵轴式截割机构 悬臂式掘进机 掘进设备第二章 总体设计 2.1总体参数机 长 8.6m机 宽 2.1m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可经济截割煤岩硬度 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 160机器供电电压 660l140V2.1.1 截割头 型号 YBU-125 电动机 功率 125kW 转速 1470 r/min截割头 转速 55 r/min截齿 镐形 上 420最大摆动角度 下 3l0 左右各 3902.2掘进机各组成部分基本结构设计2.2.1截割部截割部又称工作机构,结构如图2.1所示,主要由截割电机、叉形架、二级行星减速器、悬臂段、截割头组成。1- 截割头 2-悬臂段 3-二级行星减速4-齿轮联轴节 5-叉形架 6-截割电机 7-电机护板 图2.1 截割机构 截割部为二级行星齿轮传动。行星减速器结构如图2.2所示,由125kW的水冷电动机输入动力,经齿轮联轴节传至二级行星减速器,经悬臂段,将动力传给截割头,从而达到破碎煤岩的目的。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。 1-高速级内齿轮 2-输入轴 3-角接触球轴承 4-中心轮 5-轮轴 6-调心滚子轴承7-内六角螺钉 8-输出轴 9-油封图2.2 二级行星减速器2.2.2装载部装载机构包括装载部件和铲板两部分。掘进机的装载部件有双环形刮板链式、螺旋式、耙爪式和星轮式等几种,由于受煤岩块度大小等因素的影响,该执行元件受载荷冲击较大,工作环境恶劣。目前通常采用两种装载方式:即星轮式和蟹爪式。蟹爪式装载机构是普遍采用的一种型式,属于四连杆机构,其基本形式有曲柄、摇杆和曲柄导杆机构,左右两蟹爪以180的相位交替工作,两者尖端的运动轨迹为双腰形曲线。本次设计是采用的铲板。如图2.3所示:装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板的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。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行。 1-铲板体 2-三爪卡蟹盘 3-驱动装置 4-液压马达图2.3 装载部2.3刮板输送机刮板输送机结构如图2.2,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组成。是一种有挠性牵引机构的连续运输机械。1-边双链刮板 2-机前部 3-机后部 4-驱动装置 5-液压马达图2.4 刮板输送机结构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片,根据需要,刮板输送机后部可垫高,增加刮板输送机的卸载高度。刮板输送机适用于煤炭倾斜角不超过25的才没工作面,但对于以兼作采煤机运行轨道与机组配合的刮板输送机,当工作面倾斜角超过10时,要采取防滑措施,在采煤工作面的下顺和联络眼,也可以使用刮板输送机。2.4 行走部履带行走部是悬臂式掘进机整机的支承座,用来支承掘进机的自重、承受切割机构在工作过程中所产生的力,并完成掘进机在切割、装运及调动时的移动。履带行走机构包括左右行走机构、并以掘进机纵向中心线左右对称。履带行走机构包括导向轮、张紧装置、履带架、支重轮、履带链及驱动装置等部件。当驱动轮转动时,与驱动轮相啮合的履带有移动的趋势。但是,因为履带下分支与底板间的附着力大于驱动轮、导向轮和支重轮的滚动阻力,所以履带不产生滑动,而轮子却沿着铺设的滚道滚动,从而驱动整台掘进机行走。掘进机履带行走机构的转弯方式一般有2种: 一侧履带驱动,另一侧履带制动;两侧履带同时驱动,但方向相反。现在设计将支重轮作成和机架一体的结构,这样的结构简单,而且在井下的环境中它比支重轮可靠性能更高。由于没有了支重轮,所以履带的磨损比较严重,要采用更好的耐磨合金钢。掘进机部在掘进作业时。它承受切割机构的反力、倾覆力矩及动载荷。腰带机构的设计对整机正常运行、通过性能和工作稳定性具有重要作用。履带机构设计要求:具有良好的爬坡性能和灵活的转向性能;两条履带分别驱动,其动力可选用液压马达或电动机;履带应有较小的接近角和离去角。以减少其运行阻力;要注意合理设计整机重心位置。使履带不出现零比压现象;履带应有可靠的制动装置,以保证机器在设计的最大坡度工作不会下滑。其示意图见图2.5。图2.5履带行走机构2.5机架和回转台机架是整个机器的骨架,它承受来自截割、行走和装载的各种载荷。机器中的各个部件均用螺栓、销轴及止口与机架联接,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。回转台座在机架上,通过大型回转轴承用于止口、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。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2.6液压系统液压系统是由若干液压元件与管路组合起来能完成一定动作的整体。液压系统一般由动力机构、操纵机构、执行机构、辅助装置和液压油组成。动力机构,也就是通常说的主油泵,是把机械能传给液体,造成液体压力能的机构。操纵机构,是控制和调节液压油的压力、流量及方向,以满足机器的工作性能要求,并实现各种不同工作循环的机构。常用的液压元件是控制油液的流量、压力、流动方向的流量控制阀、压力控制阀及方向控制阀,以满足系统所要求的运动规律和运动参数。辅助装置,是为了改善液压系统的工作条件、确保液压系统正常工作所必须的辅助部件,包括过滤器、油箱、管路、蓄能器和冷却器等。执行机构,是把油液的压力能转化为机械运动能,输出到机器工作部件上去的机构。应用在巷道掘进机液压系统中的执行机构,可分为两类。一类是具有往复运动的液压缸,通过铰链连结组成摆缸机构;另一类是具有旋转运动的油马达,作为掘进机部分组件的动力源。采用这两类执行机构的液压系统,通常称为油泵-油缸系统和油泵-油马达系统。XK15型巷道掘进机借助于油泵-油缸系统,可实现截割机构的推进、升降和回转运动;装载机构铲板的升降和回转运动;转运机构卸载断的升降和回转运动;机体的支撑起重。巷道掘进机在井下存在大量煤尘、岩粉和污水的恶劣条件下工作;地质条件复杂多变;工作面的空间很小;掘进机的调动较困难;掘进工作的工序衔接对掘进效率影响很大,所有这些因素,都对巷道掘进机的工作适应性和可靠性提出了较高的要求。因此巷道掘进机的液压传动系统应满足以下主要要求:1、液压传动系统的工作可靠性要高。2、要有灵敏的过载保护装置,以防止掘进机和液压元件的损坏。3、要能适应负载变化大的特点,过载能力高。同时要易于无级调速。4、传递功率要大,结构紧凑,重量轻。5、控制方式简便集中,便于使用、维护和检修。掘进机液压系统图如图2.6所示: 图2.6掘进机液压系统2.7电气系统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、CZD14/8型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱、XEFB36/150隔爆型蜂鸣器、DGY60/36型隔爆照明灯、LA8101型隔爆急停按钮、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。第三章 截割机构设计3.1 截割头截割头是掘进机上直接切割破碎煤岩的旋转部件,其形状、尺寸和切齿的排列分布方式对掘进机的工作性能都有很大的影响。切割头主要由截割头体,旋转叶片和截齿座等组成。在截齿座里装有截齿,叶片(或头体)上焊有安装内喷雾嘴用的喷嘴座。截割头体有横轴式和纵轴式两种,本次设计的截割头体为纵轴式截割头体,如图3.1所示。图3.1 截割头纵轴式截割头(图3.1)的头体为组焊式结构,在头体上焊有截齿座和喷嘴座,头体内设有内喷雾水道,截割头通过键与减速器的输出轴相联结。截割头有球形、球柱形、球锥形和球锥柱形四种形式,本次设计的是球柱形球体直径为840mm,柱形352mm420mm420mm。截齿的分布方式为对截齿、截割头乃至整机的影响都比较大。纵轴式截割头的截齿均按螺旋线方式分布在头体上,螺旋线一般有2-3条。截距对截割效果有较大的影响,较大的截距可以增加单齿截割力,但截齿的磨损也会相应增大,因此两者应兼顾。在选择截距时,还应考虑到截割头上不同部位的截齿所受的负荷不同有所区别,力求个截齿的负荷均匀,以减小冲击载荷和截齿的磨损。掘进机所采用的截齿和采煤机一样有扁形和锥形两种。在截割硬岩时锥形截齿的寿命比扁形长,本次采用的是扁形(半煤岩)。3.2 截割减速器截割减速器的作用是将电动机的运动和动力传递到截割头上。由于截割头工作时应承受较大的冲击载荷,因此要求减速器的可靠性高,过载能力大;其箱体作为悬臂的一部分,应有较大的刚性;联结螺栓、螺钉应有可靠的防松装置。本次采用的传递形式为2K-H二级行星传动。如图2.2所示。3.3 电动机为实现较强的过载能力,适应复杂多变的截割载荷,并利用喷雾水加强冷却效果,悬臂式掘进机多采用防爆水冷式电动机来驱动截割头。根据所给设计要求(截割功率:125kW、额定电压:1140/660v)选用YBK2序列煤矿井下防爆电动机。机座号为315M。3.4 悬臂伸缩装置掘进机掘进时,截割头切入煤岩的方式一种是利用行走机构向前推进,使截割头切入,这种方式的截割头不能伸缩,结构比较简单,但行走机构移动频繁;另一种是截割头悬臂可以伸缩,一般利用液压缸的推力使截割头沿悬臂上的导轨移动,使截割头切入煤壁,履带不需要移动。有内伸缩和外伸缩两种,本次设计采用的是内伸缩形式。如图3.3所示。 图3.3 内伸缩式悬臂内伸缩悬臂主要由花键套、内外伸缩套、保护套、主轴等组成。截割减速器的输出轴上连接有内花键套,主轴右端开有花键槽,并插入花键套内。主轴左端通过花键和定位螺钉与截割头相连接,使减速器的输出轴驱动截割头旋转。保护套和内伸缩套同截割头相连接,但不随截割头转动。外伸缩套则和减速器箱体相连接。推进液压缸的前端和保护套相连接,后端和电动机相连接,并在其作用下,保护套带动截割头、主轴和内伸缩套相对于外伸缩套前后移动,实现悬臂的伸缩。这种悬臂结构尺寸小,移动部件的重量轻,移动阻力小,有利于机器的稳定。但需要较长的花键,加工较难,结构也比较复杂。3.5 回转台回转台是悬臂支撑机构中的主要部件,位于机器的中央。它连接左右履带架,支撑悬臂,实现悬臂的回转、升降运动,承受着复杂的交变冲击载荷。回转台同时也是一个将悬臂工作机构和其他机构(装载、行走机构)相连得连接部件,其机构是否合理,对机器的性能、可靠性、整体结构和高度尺寸有重大影响。对回转台有如下基本要求:1.承载能力大,耐冲击振动;2.惯性小,运动平稳,噪音低;3.机构紧凑,高度尺寸小4.回转力矩变化小第四章 减速器设计和校核4.1减速机构概述减速机构是用来让截割电机的速度减小,增大扭矩的,本次设计的截割机构的减速机构是采用直联电动机的方式,考虑到要采用有限的空间布置,就选用2K-H型减速器。该减速器如图4.1所示. 其结构特点是:内齿圈固定,太阳轮围绕中心轴旋转,行星轮围绕行星轮轴旋转,为2K-H传动。在机械传动中,它已经获得了较为广泛的应用。2K-H传动的传动比范围为,其传动效率为0.80.9。4.2 2K-H减速器高速级齿轮设计4.2.1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定太阳轮和行星轮材料为20CrNi2Mo,表面渗碳处理,表面硬度为57HRC。实验齿轮齿面接触疲劳强度为实验齿轮齿根弯曲疲劳极限:太阳轮行星轮齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿,精度等级为7级。内齿圈的材料为42CrMo,调质处理,硬度为262-302HBS实验齿轮的接触疲劳极限实验齿轮的弯曲疲劳极限齿形的最终加工为插齿精度等级为7级4.2.2减速器原理图 a-高速级太阳轮 b-高速级内齿轮 c-高速级行星轮a1-低速级太阳轮 b1-低速级级内齿轮 c1-低速级行星轮 图4.1 2K-H行星减速器传动示意图4.2.3 确定各主要参数(1) 高速级传动部减速器的总传动比 (4.1) 根据值,采用二级NGW型减速器(见图3.3)根据系列设计要求,令低速级传动比固定,且取,则高速级传动比 (4.2)(2) 行星轮数目 查表以及根据传动比,取(3) 载荷不均衡系数高速级采用太阳轮浮动和行星浮动的均载机构,取(4) 配齿计算太阳轮齿数: 取式中(整数)内齿圈齿数行星轮齿数齿轮模数和中心距a按照推荐公式计算太阳轮分度圆直径: (4.3) 式中 ; (4.4) 代入 (4.5) 模数 取 则 (4.6) (4.7)则取 a = 125 mm b = 65 mm(6) 计算变位系数 传动啮合角 因为 (4.8)所以变位系数和 (4.9)中心距变动系数 (4.10)齿顶降低系数 (4.11)分配变位系数:查设计手册, (4.12)传动啮合角因为 式中 代入 所以变位系数和中心距变动系数齿顶降低系数分配变位系数:因为 所以, 4.2.4 几何尺寸计算 分度圆直径 (4.13) 齿顶圆直径 (4.14) 齿根圆直径 (4.15) 基圆直径 (4.16) 齿顶高系数: 太阳轮、行星轮 内齿轮 顶隙系数: 太阳轮、行星轮 内齿轮代入上组计算公式计算如下:太阳轮 行星轮 内齿轮 4.2.5齿轮啮合要素计算传动端面重合度顶圆齿形曲率半径 (4.17) 4.2.6齿轮强度验算齿轮强度验算公式按第二版机械传动手册相关公式进行。传动太阳轮啮合强度验算 1、确定计算负荷名义转矩名义圆周力 (4.18)(1)应力循环系数 (4.19) (4.20)式中 太阳轮相对于行星轮的转速() (2)接触强度计算使用系数 根据对磨机使用的实测与分析,查表取动载系数 查表先计算传动精度,对于太阳轮, 故取齿轮载荷分布系数、 对于计算的齿轮查表得, 故取,而,故得小齿轮结构尺寸系数,所以 ,固按公式得 (4.21) (4.22)式中是由公差表差得7级精度齿轮的齿向误差。取 ,则计算啮合刚度:由于,所以,又, 算得则由公式算得 (4.23) (4.24)式中 齿间载荷分布系数、 由公式取,查表, 计算出故取 同样可以计算出节点处计算接触应力基本值 (4.25)式中 节点区域系数 (4.26)式中 直齿轮弹性系数,查表取 又有 螺旋系数,因,得到又有 则得到计算接触应力查表得到: 许用接触应力 (4.27)式中 因,取()-润滑油膜系数,查表取()=0.92,则有:接触强度计算安全系数 (4.28)(3)弯曲强度计算系数 ,这些在上面已经算出。 齿根应力基本值式中 前面已经给出,齿形系数按照如下公式计算其它系数: 则有:许用齿根应力 (4.29)式中 ,; ,; ,; ,; ,; ,。则有:弯曲强度计算安全系数4.2.7行星轮啮合强度验算(1)确定计算负荷名义矩 (4.30) 名义圆周力 (4.31)应力循环系数 (4.32) 其中 (2)接触强度计算使用系数 根据对磨机使用的实测与分析,查表取动载系数 查表先计算传动精度,对于太阳轮,,算得故取齿轮载荷分布系数、 对于计算的齿轮查表得, 故取,而,故得小齿轮结构尺寸系数,所以,查齿轮公差,则有固按公式得 式中是由公差表差得7级精度齿轮的齿向误差。取 ,则计算啮合刚度:对于内齿轮 ,又,,,算得则由公式算得式中齿间载荷分布系数、 由公式取,查表 计算出,故取 同样可以计算出节点处计算接触应力基本值式中 弹性系数,查表取 又有 螺旋角系数 , 因,得到又有 则得到 计算接触应力 查表得到: 许用接触应力式中 寿命系数,因 ,取()-润滑油膜系数,查表取( )=0.85,则有: (4.33)接触强度计算安全系数 (4.34)(3)弯曲强度计算系数 ,这些在上面已经算出。 齿根应力基本值式中 前面已经给出,齿形系数按照如下公式计算其它系数: 则有:许用齿根应力式中 ,; ,; ,; ,; ,; ,。则有:弯曲强度计算安全系数 c-g传动 此段仅列出相啮合的内齿轮啮合强度计算过程,行星轮的强度较高,故计算从略。(1)确定计算负荷名义转矩名义圆周力应力循环系数 式中 接触强度计算使用系数 根据对磨机使用的实测与分析,查表取动载系数 查表先计算传动精度,对于太阳轮,,算得 故取齿轮载荷分布系数、对于计算的齿轮查表得, 故取 ,而 ,故得小齿轮结构尺寸系数,所以,固按公式得 式中是由公差表差得7级精度齿轮的齿向误差。取 则计算啮合刚度 :由于,所以 ,又,,,算得则由公式算得 式中 齿间载荷分布系数 、 由公式取,查表 计算出 ,故取 同样可以计算出节点处计算接触应力基本值式中 节点区域系数式中 直齿轮,查表取 又有 螺旋角系数, 因,得到又有 则得到计算接触应力查表得到: 许用接触应力式中 寿命系数,因 ,取( )-润滑油膜系数,查表取( )=0.92,则有:接触强度计算安全系数 弯曲强度计算系数,这些在上面已经算出。 齿根应力基本值式中 前面已经给出,齿形系数按照如下公式计算其它系数:则有:许用齿根应力式中 ,; ,; ,; ,; ,; ,。则有:弯曲强度计算安全系数第五章 2K-H减速器低速级速级齿轮设计5.1齿轮材料、热处理工艺及制造工艺选定太阳轮和星星轮材料为20CrNi2Mo,表面渗碳处理,表面硬度为57HRC。实验齿轮齿面接触疲劳强度为实验齿轮齿根弯曲疲劳极限:太阳轮行星轮齿形为渐开线直齿。最终加工为磨齿,精度等级为7级。内齿圈的材料为42CrMo,调质处理,硬度为262-302HBS实验齿轮的接触疲劳极限实验齿轮的弯曲疲劳极限齿形的最终加工为插齿精度等级为7级5.2 确定各主要参数5.2.1主要参数(1) 低速级传动部 减速器的总传动比 根据值,采用二级NGW型减速器(见图2.3)根据系列设计要求,令低速级传动比固定,且取,则高速级传动比 (2) 行星轮数目 查表以及根据传动比,取(3) 载荷不均衡系数高速级采用太阳轮浮动和行星浮动的均载机构,取 (4) 配齿计算 太阳轮齿数,内齿圈齿数行星轮齿数取(5)模数和中心距a 取 m = 7 则取 a=128mm B=100mm(6) 计算变位系数 传动 啮合角因为 所以变位系数和中心距变动系数齿顶降低系数 分配变位系数:因为所以取则,传动啮合角因为 式中所以变位系数和中心距变动系数齿顶降低系数分配变位系数:查设计手册, 5.3 计算几何尺寸 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 基圆直径 齿顶高系数:太阳轮、行星轮- 内齿轮 顶隙系数:太阳轮、行星轮 内齿轮代入上组计算公式计算如下:太阳轮 行星轮 内齿轮 5.4 齿轮强度验算在选用同等条件的材料下,由于高速级的齿轮强度满足要求,固低速级也应满足强度要求,就不再校核。5.5 减速器其他零件校核5.5.1 输入轴校核(1). 计算作用在齿轮上的力转矩: 与输入轴上连接太阳轮分度圆直径 圆周力径向力: (2). 初步估计轴的直径 选取40Cr作为轴的材料,调质处理。 由公式, ,计算的最小轴径并加大3%以考虑花键槽的影响。 查表,取A=101 则有 (5.1) (3). 轴的设计(设计效果图见图5.1) 确定结构方案 左轴承从左端装入,靠轴承端盖固定,右轴承从右端装入靠弹簧卡圈固定,输入的转速通过花键连接输入。 确定各段轴径与长度 1段 根据圆整,并参考花键的型号选用内径为62毫米,外径为68毫米的花键,其长度为122mm。 2段 为轴承端盖安装轴,其轴肩比1段要高出10毫米左右,并参考轴承端盖的型号选,其长度比轴承端盖长10毫米左右,选。 3段 为方便轴承的拆装,且符合轴承内径标准,查设计手册选用7016AC号轴承,其长度比轴承宽多10多毫米。选。 4段 ,取 ,。 5段 该段直径 ,长度为轴承宽度 图5.1 输入轴段. 绘制轴的弯矩图和扭矩图 图5.2轴的受力图(4). 轴承受力图求轴承支反力 H水平面,根据图4.3受力状况 , V垂直面 , 求齿宽中点弯矩 H水平面 , V垂直面 , 合成弯矩 , 扭矩T 绘制 弯矩图与扭矩图按照弯扭合成强度校核轴的强度当量弯矩,取折合系数,则齿宽中点当量弯矩材料为40Cr,调质处理,查表得 ,其材料许用应力 。 由公式计算轴的许用应力为 固满足强度要求,设计合理。图5.3轴的弯矩图5.5.2 轴承校核(1)输入轴角接触球轴承校核本次设计选用的是轴承是7018AC, 相关数据有,。在已知预期寿命的情况下,可以用下面的计算公式计算轴承是不是满足要求 (5.2)式中 轴承应该具有的额定动载荷;载荷系数;温度系数;轴承内外圈相对转动速度;r/min温度系数;寿命指数,对球轴承,对滚子轴承,。在掘进机中截割部分减速器的寿命是4800小时,查表可以查出=1.00, =1.2。滚针轴承的当量动载荷P为Fr,前面已经算出来了径向力,选用较大的一个,取Fr=7094N,则有P=7094N.对于轴承内外圈相对转动速度=1470将前面的数据代入(4.45)可以看出,所以选用的轴承是合格的(2)输出轴上调心滚子轴承校核 前面在校核轴的时候已经知道轴不受径向力,所以这些调心滚子轴承只承受自重,所以没有必要进行计算了。它的主要作用是调整轴的一定的偏心。5.5.3 键的校核(1)输入轴上矩形花键校核矩形花键的齿数通常为偶数,所以在时间上使用8个齿,按连接处的轴径设计,最终的设计结果是 ,长度为135。并且整个矩形花键进行热处理。矩形花键的挤压强度计算公式如下面的式子 (5.3)式中 载荷分布不均匀系数,一般取;花键齿的个数;花键齿的工作高度,h=(D-d)/2, mm;花键的平均直径,=d+(D-d)/2,mm;键的工作长度,mm;许用挤压应力,N/mm2。前面已经知道 Nmm,矩形花键为,从中可以知道它的基本参数,将它们代入公式,则得:在使用和制造良好的情况下,=120140N/mm2,这样,所以这个花键的设计的合格的。(2)输出轴上矩形花键校核矩形花键的齿数通常为偶数,所以在时间上使用10个齿,按连接处的轴径设计,最终的设计结果是 ,长度为123。并且整个矩形花键进行热处理。矩形花键的挤压强度计算公式如下面的式子 式中 载荷分布不均匀系数,一般取;花键齿的个数;花键齿的工作高度,h=(D-d)/2, mm;花键的平均直径,=d+(D-d)/2,mm;键的工作长度,mm;许用挤压应力,N/mm2。转矩矩形花键为,从中可以知道它的基本参数,将它们代入式,则得:在使用和制造良好的情况下,=120140N/mm2,这样,所以这个花键的设计的合格的。第六章 掘进机的检修及维护保养减少机器停机时间的最重要因素是及时和规范的维护,维护好的机器工作可靠性高使用寿命长,操作也更有效。下列检查和步骤是针对一般条件的,恶劣的运行条件会增加需要维护的次数。如果需要修理或调整,应即刻进行,否则小问题能导致大的修理和停机。6.1 机器的日常维护保养(1)对需要每班润滑的部位加注相应牌号的润滑油;(2)检查油箱的油位,油量不足应及时补加液压油;油液如严重污染或变质,应及时更换。(3)检查各减速箱润滑油池内的润滑油是否充足、污染或变质,不足应及时添加,污染或变质应及时更换。并检查各减速箱有无异常振动、噪声和温升等现象,找出原因,及时排除;(4)检查液压系统及外喷雾冷却系统的工作压力是否正常,并及时调整;(5)检查液压系统及外喷雾冷却系统的管路、接头、阀和油缸等是否泄漏并及时排除;(6)检查油泵、油马达等有无异常噪音、温升和泄漏等并及时排除;(7)检查截割头截齿是否完整,齿座有无脱焊现象,喷雾喷嘴是否堵塞等,并及时更换或疏通;(8)检查各重要联接部位的螺栓,若有松动必须拧紧;(9)检查左右履带链条的松紧程度,并适时调整;(10)检查输送机刮板链的松紧程度,并及时调整;6.2机器的定期维护保养掘进机减速器的设计寿命,除行走减速箱为2000 小时外,截割二级行星减速器和泵站齿轮箱均为5000 小时,也就是连续工作一年半进行一次大修,中修一般在转移工作面时进行,小修在每日的维修班进行。机器正常使用过程中,必须严格按照润滑表 的规定注油或更换润滑油。表5 是机器各部分进行定期检查维修的内容。6.3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。注意事项:1. 不要充满,如果充满整个减速箱,将会造成过热和零件损坏;2. 不要太少,减速箱的润滑油位太低将会造成过热和零件故障,要周期性检查减速箱是否有泄露;3. 不要欠加油,遗漏或延长润滑周期都会造成过度磨损和零件过早。出现故障;4. 必须使用规定牌号的润滑油脂;序号 润滑点名称 润滑油名称 润滑周期1 悬臂段 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 2次/周2 截割减速器 N320中负荷工业齿轮油(GB5903-86) 更换1 次/半年3 所有油缸销轴 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/日4 截割升降销轴 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/日5 改向链轮组 N68机械油(GB443-84) 1次/月6 装载驱动装置 N68机械油(GB443-84) 1次/周7 铲板升降销轴 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/日8 导向张紧装置 N68机械油(GB443-84) 1次/月9 行走减速器链轮滑动轴承 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/月10 行走减速器 N320中负荷工业齿轮油(GB5903-86) 更换1 次/半年11 后支撑腿升降销轴 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/日12 刮板输送机驱动装置 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/周13 油泵齿轮箱 N100中负荷工业齿轮油(GB5903-86) 更换1 次/3 月14 回转台 3#通用锂基润滑脂(GB7324-87) 1次/周让所有的通气口和溢流口通畅并能正常起作用。6.4液压系统用油该掘进机液压系统采用N68 抗磨液压油(推荐使用矫马牌等名牌产品)。油箱加油方法:(1)取一条KJ-19(L=1000)的液压胶管,一头接在操纵台后面板补油口处,另一头放在补油油桶内;(2)关闭截止阀,开启截止阀,开动泵站,油液经过文丘里管时由于射流作用在补油管内产生负压,补油油桶内的油液在大气压的作用下,通过补油管补入油箱,因此补油桶必须透气;(3)加油至油标中间位置,停止加油,关闭截止阀,开启截止阀;(4)取掉油管,安装堵头。注意事项:(1)补油时,油箱内必须保有油泵正常吸油时的足够油量,否则,应打开回油过滤器向油箱内加入足量的油后再打开补油系统补油。(2)确保液压系统油液的清洁性;(3)按照规定,定期更换过滤器滤芯,当过滤器堵塞时及时更换;(4)机器工作前,观测油箱上液位液温计,油量不足时及时添加;(5)本机推荐使用的液压油不得与其它油种混合使用,否则会造成油质过早恶化;(6)机器工作时,油箱冷却器内有足够的冷却水通过,防止油温过高。6.5电气(1)定期清除各处的污垢、锈斑。并在各隔爆面及磁路系统接触面上涂上薄薄一不要层防锈油脂。隔爆面如有损伤,须严格按照GB1336-77防爆电气设备制造检验规程中有关隔爆面修补规定进行;(2)进行周期性检查,箱体外壳有无损伤,电缆在进出线装置中固定是否牢靠;(3)定期检查各开关手柄、按钮是否灵活、可靠,动静触头是否良好。接触器、中间断电器等电气元件是否正常;在触头损坏、污损或接触表面产生熔化的金属微粒时,可以用细锉清理,但不准用金钢砂布打磨;(4)出现故障时,依据显示排除故障;第七章 机器常见故障原因及处理方法7.1截割部(1) 截割头堵转或电机温升过高过负荷,截割部减速器或电动机内部损坏;减小截割头的切深或切厚,检修内部。(2) 截齿损耗量过大钻入深度过大,截割头移动速度太快;降低钻进速度,及时更换补齐截齿,保持截齿转动。截割部(3)截割振动过大截割岩石硬度60MPa;截齿磨损严重、缺齿;悬臂油缸铰轴处磨损严重;回转台紧固螺栓松动;减少钻进速度或截深;更换补齐截齿;更换铰轴套;紧固螺栓;铲板落底,使用后支撑。7.2装运部(1)刮板链不动链条太松,两边链条张紧后长短不等造成卡链,或煤岩异物卡链;调整紧链卡阻,检查液压系统及元件。(2)转盘转速快慢不均或不能移动分流器故障,液压系统及元件故障;(3)断链 链条节距不等;刮板链过松或过紧;链轮中卡住岩石或异物,链环过度磨损;拆检更换链条,正确调整张力,排除卡阻。行走部(1)驱动链轮不转液压系统故障;液压马达损坏;减速器内部损坏;制动器打不开;排除液压系统故障;检查减速器内部;流阀;(3)驱动链轮转动而履带跳链链条过松调整液压张紧油缸以得到合适的张力;(4)履带断链,履带板或销轴损坏,更换履带板或销轴。液压系统:(1)系统流量不足或系统压力不足油泵内部零件磨损严重,油泵效率下降或内部损坏;溢流阀工作不良;油位过低,油温过高。吸油过滤器或油管堵塞;油管破裂或接头漏油检查泵的性能更换损坏零件,调整溢流阀;油箱加油检查油温过高原因相应处理;更换过滤器。清理油箱;检查油管和接头。(2)系统温升过冷却供水不足;油箱内油量不足油污染严重;溢流阀封闭不严;回油过滤器脏;油泵有故障;检查冷却器,油箱加油或换油;清洗有关溢流阀及过滤器;检查油泵内部并更换有关零件;(3)系统各执行机构爬行有关部位润滑不良,摩擦阻力增大;空气吸入系统,压力脉动较大或系统压力过低;吸油口密封不严或油箱排气孔堵塞,油缸平衡阀背压过低;改变润滑情况,清除脏物;检查油箱油位并补加相同牌号的油液;检查溢流阀并调整压力值;排除系统内空气并更换密封件;检查吸油管及其卡箍液压系统元油泵:a.油泵吸不上油或流量不足;油温过低,油泵旋转方向不对;漏气,吸油滤油器堵塞;吸油管路进气,油泵损坏;提高油温更正油泵旋向;拧紧或更换吸油管卡箍、更换吸油管、清洗或更换吸油滤油器滤网;换泵;b.油泵压力上不去溢流阀调定压力不符合要求;压力表损坏或堵塞,油泵损坏;溢流阀故障调整溢流阀压力;更换或清洗压力表检修油泵;清洗检修溢流阀;c.产生噪音吸油管及吸油滤油器堵塞;油粘度过高;吸油管吸入空气;电动机、齿轮箱、油泵三者安装不当;清洗吸油管及吸油滤油器使吸油畅通,更换吸油管密封圈;更换同牌号的液压油,调整三者的安装位置。(4)严重发热轴向间隙过大或密封环损坏;引起内泄漏,压力太高;拆检,调整间隙及压力,更换密封环;液压系统元件溢流阀:压力上不去或达不到规定值调整弹簧变形,锁紧螺母松动,密封圈损坏;阀内阻尼孔有污物;更换调压弹簧;拧紧锁紧螺母;更换密封圈;清洗有关零件;(1)多路换向阀滑阀不能复位;定位装置不能复位复位、定位弹簧变形;定位套损坏;阀体与阀杆间隙内有污物挤塞;阀杆生锈;阀上操纵机构不灵活;联接螺栓拧得太紧,使阀体产生变形;更换定位、复位弹簧;清洗阀体内部;调整阀上操纵机构;重新拧紧联接螺栓;更换定位套;(2)外泄漏阀体两端形密封圈损坏;各阀体接触面间形密封圈损坏;联接各阀片的螺栓松动;更换形密封圈;拧紧螺栓;(3)滑阀在中立位置时工作机构明显下降阀体与滑阀间磨损间隙增大;滑阀位置不对中;锥形阀处磨损或被污物堵住;修复或更换阀芯;使滑阀位置保持中立;更换锥形阀或清除污物; (4)执行机构速度过低或压力上不去各阀间的泄漏大;滑阀行程不对;安全阀泄漏大或补油阀未复位;拧紧联接螺栓;或更换密封件,检查安全阀;油箱发热: 溢流阀长时溢流,油量不足,冷却水未接通;检查溢流阀是否失灵;加油;检查有无冷却水;滤油器不畅:油液污染严重,使用时间过长更换相同牌号的液压油;清洗或更换滤芯;第八章 安全保护81 安装与检查1、安装前,必须在地面仔细检查:如连接件是否松动;电气元件在运输过程中是否遭到损坏,发现问题要及时处理,并应检查是否具有出厂证明,否则不准使用。2、安装前,必须在地面对所有的操作方式进行试运转。3、在井下装卸、搬运过程中避免强烈振动,严禁翻滚,必须轻放。4、为了保证电气元件可靠的工作,电控箱必须装设在掘进机的减震器上。5、按图1 所示连接各设备,所用的电缆型号、规格见表3。连接时,根据电控箱接线腔接线图8 及操作箱接线图9 进行接线。6、安装后,对电控箱的主要部位再进行一次检查:(1)用手关合接触器几次,检查有无卡住现象;(2)进出电缆连接是否牢固和符合要求;(3)凡进线装置中未使用的孔,应当用压盘,钢质压板和橡胶垫圈可靠的密封;(4)箱体上
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