EBZ160掘进机截割部设计毕业设计

EBZ160掘进机截割部设计摘 要悬臂式掘进机是为煤矿综采及高档普采工作面采掘巷道的机械设备，它结构紧凑、适应性好机身矮、重心低、操作简单、检修方便。本次设计主要是悬臂式掘进机的截割机构，悬臂式掘进机的截割机构是有伸缩式和固定式两种，按照它的截割头的分布可以分为横轴式和纵轴式两种。我所设计的掘进机截割部是纵轴式带伸缩的形式。纵轴式与横轴式相比，主要有结构简单，设计方便，便于安装和调试。在截割过程中，横轴式可以进行上下左右摆动截割，方便灵活。带伸缩的截割臂，在解决掘进机掘进面窄的问题上发挥了很大作用，掘进机截割部带伸缩，加大了截割部的长度，从而加大了截割头所经过的截割面，提高了掘进效率。我的设计中动力源是电动机，通过联轴器传动，由减速器进行减速，最后输出转速为40r/min。本设计中主要的传动结构为三级行星齿轮减速器，它包含了一级直齿轮传动和两级行星齿轮传动，输入和输出都采用花键联结。本设计中介绍了EBZ160型掘进机的检修及维护保养。关键词：掘进机 ；截割部 ；齿轮减速器 ；带伸缩 Abstract The cantilever mechanical boring machine is picks and upscale Pu for the coal mine synthesis picks the working surface to excavate the tunnel the mechanical device, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. This design mainly is the cantilever mechanical boring machine cutting organization, the cantilever mechanical boring machine cutting organization has extension and the stationary two kinds, may divide into the abscissa axis type and the ordinate axis type two kinds according to its cutting head distribution. I design mechanical boring machine cutting department is the form which the ordinate axis type belt expands and contracts. The ordinate axis type and the abscissa axis type compare, mainly has the structure to be simple, the design is convenient, is advantageous for the installment and the debugging. About the cutting process, the abscissa axis type may carry on about swings cutting, facilitates nimbly. The belt expands and contracts the cutting arm, played the very major role in the solution mechanical boring machine tunneling surface narrow question, the mechanical boring machine cutting department belt expanded and contracted, has increased the cutting department length, thus has enlarged the cutting surface which a cutting institute passed through, enhanced the tunneling efficiency. In my design the power supply is an electric motor, through the shaft coupling transmission, carries on by the reduction gear decelerates, the final output rotational speed is 40r/min. The design of the three-tier structure as the main transmission planetary gear reducer, which includes level straight gear transmission planetary gear transmission and levels, import and export are used spline up. The design introduced EBZ160 type boring machine overhaul and maintenance.Key word: Mechanical boring machine; Cutting department; Speed reducer gear; Belt expansion and contraction.目录1. 掘进机的概述11.1 悬臂式掘进机简介1 1.2现代掘进机发展的趋势 1.3 国外掘进设备及综掘技术发展现状 1.4我国内掘进设备的发展及存在的问题 1.4.1 我国悬臂式掘进机的科研成果 1.4.2 我国悬臂式掘进机技术发展展望 1.4.3 我国掘进机目前存在的问题 1.5悬臂式掘进机的基本组成与技术特点 1.5.1悬臂式掘进机的基本组成 1.5.1悬臂式掘进机技术特点2.EBZ160掘进机总体方案设计92.1 任务说明92.1.1 题目92.1.2 课题概况92.1.3具体要求92.1.4 毕业设计工作量92.1.5 完成时间92.1.6 提交内容92.2 主要性能92.3 主要特点102.4 主要技术参数102.5方案的确定112.5.1 工作机构的型式选择112.5.2装载机构的型式选择122.6工作机构的型式选择132.7除尘装置的型式选择142.8高压水细射流辅助切割技术143. EBZ160掘进机截割部的设计173.1行星传动概述173.2 传动原理图173.3 第一级直齿轮传动设计计算183.3.1.总传动比计算183.3.2选择电动机183.3.3根据齿面接触疲劳强度设计计算183.3.4齿根弯曲疲劳强度校核213.4高速级行星齿轮的设计计算223.4.1传动比分配223.4.2选择材料233.4.3转距计算233.4.4参数的选取和计算233.4.5初步计算齿轮模数m和中心距a253.4.6变位系数的计算263.4.7齿轮几何尺寸的计算273.4.8行星齿轮啮合要素的计算283.4.9行星齿轮装配条件的验算293.4.10行星齿轮传动效率计算303.4.11行星齿轮强度的计算303.5高速级行星齿轮设计及校核353.5.1配齿计算353.5.2初步计算齿轮模数m和中心距a363.5.3变位系数的计算373.5.4齿轮几何尺寸的计算383.5.5行星齿轮啮合要素的计算393.5.6行星齿轮装配条件的验算403.5.7行星齿轮传动效率计算413.5.8行星齿轮强度的计算413.6轴的计算校核453.6.1主要已知参数453.6.2轴上力的计算453.6.3计算轴的最小直径463.6.4 花键联轴器的选择463.6.5花键联结强度校核463.6.6轴的强度校核473.6.7轴承寿命计算484. 检修及维护保养504.1机器的检修504.2机器维护和保养534.2.1机器的日常维护保养544.2.2机器的定期维护保养554.2.3润滑564.2.4电气604.3机器常见故障的原因及处理方法61总结67参考文献68英文翻译68致 谢761. 掘进机的概述1.1 悬臂式掘进机简介悬臂式掘进机是煤矿井下巷道综掘法的主要设备，它集开挖、装碴和自动行走于一体，操纵方便，对复杂地质适应性强，便于支护，用于煤和半煤岩层的掘进因此在采矿工程中得到了越来越广泛的应用。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。1.2 现代掘进机发展的趋势分析国内外悬臂式掘进机近期产品，可知现代掘进机技术发展趋势是；改善切割技术、提高对硬岩切割能力、采用现代控制技术、实现远程控制和遥控操作、研制掘锚机组，是巷道快速掘进的发展方向。一、提高对硬岩切割能力从国内外悬臂式掘进机产品发展过程可以看出，早期产品是适应切割煤和软岩的轻型设备。70年代后期、人们在机械和液压两方面做了大量研究工作，出现了切割半煤岩的中重型设备，近期多数掘进机可切割岩石强度达70100MPa，德国普拉待公司研制的E200型重型掘进机。机重达110吨，可切割岩石强度为70124MPa，最大达206MPa。可见增加机重、加大切割功率，改进切割技术，是提高硬岩切割能力的必然发展趋势。目前重型掘进机的切割功率多为13200KW。超重型机都在200KW以上。为了是适应切割硬岩，在增加机器自重的同时，新机型都实行紧凑化设计，努力降低机器高度，减少机器振动，提高工作稳定性。如奥地利AM65型和德国ET110型，机高都低于1.5m，并采用宽履带，减少对地比压，增强爬坡能力。在机身前、后部位装设油缸式稳定器，使机器切割硬岩时牢固定位，减轻振动。机器重型化并不是唯一提高切割硬岩途径，研究新的切割技术，不断完善和提高已有技术，使之达到最佳切割水平，也是重要内容。高压术射流破岩是一项新的切割技术，早在70年代，就由美国人移植到悬臂式掘进机上作为辅助切割，利用高压水射流的冲击、侵蚀效应、水楔劈裂作用。达到提高破岩能力之目的。1983年英国采矿研究院与美国能源部合作，用70 MPa水压作井下试验，证明在提高切割岩石能力、降低刀具损耗、减少粉尘生成量、消灭切割火花等方面有明显的效果。据英国、德国、美国等大量实验研究。一般认为当切割头上用1020 MPa 高压水射流可显著减低粉尘、抑制火花，用3570 MPa水射流可以提高切割效率、降低截齿消耗，用150180 MPa时才有助切效果，200 MPa以上的水射流可以在硬岩中高效钻孔。这也就形成现今高压水射流助切和切割的基本概念。但是，采用高压水射流技术，待别是水压在100 MPa以上，其元件和系统研制难度极大，能量消耗大、结构复杂、费用十分昂贵。德国试验室试验表明，在乎均切割功率120 KW时，加上200 MPa水射流，可切割抗拉强度8。3Nmm2、耐磨系数达2。2Nmm的岩石，而高压水的动力需要350 KW。因此简化结构、实现助切和经济效果的统一，是学者和专家门研究的重要课题，也是高压水射流在掘进机上应用的难题。二、发展自动控制技术悬臂式掘进机自动控制技术是国外80年代以来重点主攻目标之一。包含以下内容：推进方向控制；断面轮廓尺寸控制；切割功率自动调节控制；机器运行状况监测和故障诊断；离机遥控操作技术。德国艾柯夫公司研制的微机轮廓和导向及机器运行状况监测系统，其持点是用激光导向。由掘进机后面巷道顶部悬挂一个激光发生器，用棱柱水晶体将激光束分裂为两个互相垂直面，激光接收器有三条摄像晶体管线，可在600 mm宽的激光束面上捕捉激射光，井将信号输入计算机进行处理，控制掘进机标准位置的平行偏差和推进方向上的角度偏差。这套系统于1983年开始在ET160和ET110掘进机上使用。断面控制是采用微机技术，精确控制掘进断面轮廓尺才。避免超挖，减少充填量。提高巷道质量。基本原理是利用切割臂位置传感器，取得信号输入计算机处理，然后发出指令，控制切割臂液压回转、升降油缸，将切割断面轮廓和切割头位置同时显示在屏幕上，然后打印出数据。这种程序可实现自动操作和半自动操作。奥地利阿尔卑尼公司的AMCS断面轮廓与方向控制不用计算机。采用光电传感器和逻辑电路，利用三维比例显示器，显示切割头在巷道中位置，相应同步跟踪动作，当切割头截齿接触巷道断面边缘时，即发出声响信号，然后由人工操作控制，这是一种比较简单实用，没有反馈功能的非闭环控制系统。已在AM75、AM65掘进机上使用。日本三并三他公司研制了切割功率自动调节系统，美国矿业局移植机器人技术，研制具有视觉和某些智力功能的导向系统等。机器正常运行监控和故障诊断系统是任何掘进机都需要的，对重型机更是必需的。掘进机的监控程序，可早期鉴别技术故障，必要时发出指令停止运转。主要功能是对各电机负荷电流和温升的显示检测及示警保护；液压系统的油压、油温、泊位、污染及过滤装置工况检测及保护；高压水和冷却水系统的检测与保护等。这些保护系统只要有足够的传感器和传感装置。需要监测那个部位时，只需提供可安装的位置就可实现。重要的是从必要性和可靠性角度设计选取。总之，控制技术发展日新月异，为实现并下悬臂式掘进机自动控制、遥控开辟广阔前景。三、发展掘进机组，实现巷道快速掘进80年代以来，综采机械化装备发展很快，单产效率迅速提高，美国、英国、德国等先进产煤国家，不断涌现日产万吨、2万吨甚至3万吨高产高效工作面。要求采区巷道快速掘进，保持后退开采正常接续，目前悬臂式掘进机效率不能满足快速掘进要求，必需研制一种新型高效快速掘进设备。用连续采煤机开掘煤巷，由于它具有横向长滚筒、全宽巷道上下摆动割煤、装运能力大、结构牢固、稳定性好等优点，生产能力比一般悬臂式掘进机要高。但由于没有解决顶板支护机械化问题，仍需掘进几米。停下来用其它方式支护顶板，因而并没有真正“连续”。用连续采煤机开掘巷道的作业方式，其效率还不能满足日产几万吨综采工作面快速回采要求。原因就是不连续的间断作业影响巷道掘进速度。多年来人们一直希望有一种真正连续掘进的机器，既能快速掘进割煤，又能同时支护顶板和侧板，掘进与文护平行作业，一次成巷。于是出现了“掘锚机组”的新机型，作为与高产高效工作面的配套设备，是一种理想作业方式，具有很好的发展前景，令人瞩目。目前这种“掘进机组”已有几个国家研制成功、并投入使用。如美国JOY公司的12CM30和12CM20B；奥地利Vost A1Pine公司的ABM20型；英国AnJerson GrouP公司的KB型。这些机器在一般中等地质条件下，沿煤层单巷掘进速度可达46mh，每天掘进80120 m。真正实现了快速掘进。1.3国外掘进设备及综掘技术发展现状1949年第一台悬臂式掘进机在匈牙利问世，经过几十年不断改进、发展的历程。现在世界上掘进机使用已超过几千台。有10多个国家、20多家公司和厂商从事悬臂式掘进机设计研究和制造。主要国家是：奥地利、英国德国、日本、前苏联等。(1)半煤岩巷道掘进机普遍推广随着开采深度的加大及薄煤层开采的需要，切割煤岩的硬度及半煤岩巷道的掘进量增长，已研制的EBJ-132, EBH-132, EBJ-160等几种掘进机能够胜任半煤岩巷道掘进。半煤岩巷道掘进机适用机型重量约45-90 t.切割岩石抗压强度不大于80MPa为宜。EBJ-160在切割局部硬岩时，出现强烈振动，应以60-70t重的机型为主，可以使机器的振动减轻，机器零件寿命延长，总体经济效果好。(2)机器的可靠性高以先进的制造技术为基础，从原材料质量到零部件的加工精度都能严格控制，又有优越的国际协作条件，选购外购外协件的范围宽广。有效的保证了主机的质量水平。此外，今年来广泛的采用了可靠性技术，其突出表现为简化机械结构、采用将额设计。在齿轮传动、机械联接及液压传动方面尽量减少串联系统，有的地方以嵌装式结构代替螺栓组结构。既简化了结构，又大大提高了可靠性。(3)采用机电一体化技术国外新型掘进机均配各有完善的工况监测和故障诊断系统。从而可早期发现故障，快速排出故障，大大减少停机时间。有些重型掘进机还可配置自动控制系统，可以使机器的生产率提高30%左右，还可以保证切割机构的负载平稳，避免由于人工操作不当引起的尖峰负荷，从而延长机器的使用寿命约20%。1.4 我国内掘进设备的发展及存在的问题1.4.1 我国悬臂式掘进机的科研成果目前，我国悬臂式掘进机技术已跃上了一个新的台阶，总体水平已接近国外同行。在产品的开发方面，掘进机的切割功率从30kW提高到160kW，机重从13t上升到53t，切割对象从煤扩展到半煤岩，并逐步形成了煤及半煤岩掘进两大系列、十多个品种。尤其是在“八五”后期至“九五”初期研制成功的EBJ系列半煤岩掘进机，其技术性能达到并部分超过了某些进口的同类产品，具有良好的性能价格比。代表我国煤巷掘进机设计水平的主要机型有:上海分院研制的ELMA一40型、ELMB一55型、ELMS一75型系列、EBJ一100型等掘进机，太原分院研制的EMA一30M、EL一90型、EBJ一110型、EBJ一65/48型等掘进机和唐山分院研制的EBZ-75型掘进机。其中上海分院研制的ELMB一75型系列掘进机与引进技术生产的AM一50型,5100型掘进机已逐渐成为我国煤巷掘进设备的主力机型。1.4.2 我国悬臂式掘进机技术发展展望(1)产品开发的适用性我国地域辽阔，地质条件差异显著，井型类别众多，开采工艺不一。因此，综掘设备的研制也可以从三个方面着手。（一）是在现有悬臂式掘进机的基础上进行变异设计或二次开发，使其在适应性、功能性上得到延展。（二）是开发满足高产高效矿井发展要求的快速综合掘进设备。（三）是开发能满足特殊地质条件要求的综合机械化掘进设备。(2)产品使用的可靠性煤矿生产对机械设备的可靠性要求很高。高可靠性的具体体现是设备的高开机率。影响高开机率的重要因素之一就是设备的可靠性。因此，不管是旧机型的完善还是新机型的开发都要以可靠性为前提。作为设计者应从设计选型可靠性出发进行设计，如容量裕度、等效寿命、元件通用等;作为制造者应从加工工艺的可靠性出发进行制造，如材料选择、工艺措施等;作为使用者则应从生产系统的可靠性出发指导生产，如合理配置、完善系统、文明生产等。通过三个环节的互相支撑达到提高整体可靠性的目的。(3)产品与生产系统的配套性巷道的综合机械化掘进是一项系统工程。只有生产、运输等配套环境都正常运转才能保证掘进作业的正常进行。根据不同的资料统计，掘进机在井下作业时正常掘进、停机支护和运输系统影响所占的时间约各占总循环时间的30%。如果我们在综掘系统配套方面进一步开展一些有效的、合乎生产特点的研究工作，当会对综掘生产有所裨益。因此，我们的开发工作还应根据矿井掘进工作面的工艺条件和工作对象，对适用不同综掘设备的开拓掘进系统进行分类，找出典型，提出范例，供生产选择。1.4.3 我国掘进机目前存在的问题(1)目前我国研制的产品主要适用于煤巷掘进，对于硬煤及半煤岩巷道适应性差，机器振动过大，故障率高。(2)国内应用最多的几种机型，除切割硬度偏低之外，内喷雾系统及防碰撞装置实际上不起作用，许多电气保护工作不可靠，普遍存在用户甩保护现象，电控系统抗振性差。(3)技术引进缺少创新我国引进技术生产的机型生产多年改进不大，尤其是不能结合我国制造，使用水平进行改进，逐渐暴露出许多缺点。1.5悬臂式掘进机的基本组成与技术特点1.5.1悬臂式掘进机的基本组成悬臂式掘进机一般由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支承、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统，护板部共11部分构成。1.5.2悬臂式掘进机技术特点 掘进机法掘进巷道与传统的钻爆法相比具有许多优点：（1） 速度快、成本低。用掘进机掘进巷道，可以使掘进速度提高1 2倍，效率平均提高12倍，进齿成本降低3050。（2） 安全性好。由于不需打眼放炮，围岩不易被破坏，即有利于巷道支护，又可减少冒顶和瓦斯突出的危险，大大提高了工作面的安全性。（3） 有利于回采工作面的准备。（4） 工程量小。利用钻爆法，巷道超挖量可达20，利用掘进机法，巷道超挖量可小到5，从而减少了支护作业的充填量，降低成本，提高速度。（5） 改善了劳动条件，减少了工作人员。2.EBZ200掘进机总体方案设计2.1 任务说明2.1.1 题目EBZ200型掘进机截割机构的研制2.1.2 课题概况本课题是我公司正在研制的课题之一，主要用于公司的主导产品EBZ200型掘进机。截割机构是掘进机重要部件，主要由截割电动机、截割减速器、升降臂、工作臂、截割头、内喷雾送水装置等组成。2.1.3具体要求1.截割机构具有可伸缩性，伸缩量550mm；2.截割减速器采用一级直齿轮和两级行星减速形式；3 .截割减速器按200Kw设计，截割头转速按40r/min，截割头线速度为3m/s，工况系数按1.75计算；4.输入、输出联轴节采用花键联接；2.1.4 毕业设计工作量1.截割机构总图；2.截割减速器结构图；3.设计的理论基础。2.1.5 完成时间2009年3月2009年6月2.1.6 提交内容1.截割机构总图；2.截割减速器结构图及主要零件的图纸；3.设计计算说明书；4.毕业设计论文一份。2.2 主要性能EBZ200掘进机是一种掘进效率高、截割功率适中的中重型掘进设备，该机集截割、装运、行走、操作等功能为一体，适用于任意形状断面的煤巷、半煤岩及软岩巷道掘进，也适用于条件类似的其它矿山巷道及工程隧道中使用；截割岩石最大抗压强度可达80MPa，可提供锚杆泵站动力接口。整机充分借鉴国外先进机型的典型结构及采用计算机辅助设计，结构紧凑，稳定性好；关键部件和动密封均采用高质量进口产品，保证整机性能可靠；机器重心前置设计，有利于搭接皮带转载机后机器的平稳作业。该机内外喷雾齐全，可有效抑制截割产生的粉尘和火花，能有效地满足煤矿安全生产的要求；故障自诊断液晶显示，手动与遥控两种选择，使该产品设计更具先进性。2.3 主要特点1、采用纵轴截割方式，便于打柱窝、修巷，截割功率大、适应能力强、掘进效率高；2、采用直径适中的截割头，单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强，截割振动小，工作稳定性好；3、具有内外喷雾功能，有效抑制粉尘；4、采用俯角铲板，有利于装载和截割头下切；两种宽度的铲板方便选择；星轮马达直接驱动替代机械传动，减少故障的发生；5、采用双边链输送机，有利于大块煤的输送，传动平稳可靠；6、液压传动系统采用变量泵系统、液控先导操作，工作稳定，关键部件和密封均采用高质量进口产品，保证整机性能可靠。7、采用1140V电压等级，电气系统采用进口专用控制器控制防护等级IP67，并配有中文液晶显示屏，能实时反映机器工况，各项保护和显示功能齐全，性能可靠；8、行走装置采用流行的整体链板传动，高压油脂缸配垫片式链轮涨紧型式，结构简单，维护操作方便，故障率低；行走采用无极变速方式，实现速度随机性。有效提高工作效率；行走马达与减速一体化结构，质量更加可靠。2.4 主要技术参数项目技术参数项目技术参数最大掘进高度5.1 m行走速度（高/低）（m/min）6.1/3.1最大掘进宽度（m）6.5履带宽度（mm）600爬坡能力16对地压强（MPa）0.14最大截割硬度（MPa）80油泵电机功率（KW）90卧底深度（mm）300外喷雾水压（MPa）1.5截割电机功率（KW）200内喷雾水压（MPa）4.0截割头转速（rpm）46/23水量（L/min）100装载形式六齿星轮式供电电压（V）1140输送机形式双边链刮板式总功率（KW）305(不含二运)运输机链速（m/min）54最大外形尺寸（长X宽X高）（m）10.5X3.6X1.8溜槽断面尺寸（宽X高）（m）0.65X0.35整机重量（t）562.5方案的确定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。2.5.1 工作机构的型式选择 部分断面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。2.5.2装载机构的型式选择 部分断面掘进机的装载机构有4种： (1)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。 (2)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。 2.4.3输送机构的型式选择 部分断面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。 2.4.4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：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。2.6工作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。 (1)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。 (2)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。 (3)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，部分断面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。 2.7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。 (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。 2.8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： 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 0.5 0.520 20140 140400 400 经验表明，对煤辅助切割作用的最低压力约40MPa，对岩石的最低水压为70MPa左右。在掘进机上安装的高压水细射流系统为：外来水经过控制阀、滤水器进入增压器，压力增高后的高压水进入悬臂端的旋转密封，由截割头上安装的数个喷嘴喷射出去。 器由液压油驱动，可提供70MPa以上的压力水，旋转密封装置装在截割头转轴处，保证截割头处的水压和水量，喷嘴的直径根据水压和流量选取。 在掘进机的截割头上，喷嘴安装位置有3种：装设在截齿前方。优点是截齿和齿座为通常型，成本低；喷嘴安装位置不受限制，可选用标准喷嘴；更换截齿或喷嘴互不影响，便于维修；不存在岩粒回弹损坏喷嘴问题；但喷嘴因水束流程远，打击岩石的力较小，能耗高、水耗大，破岩效率不佳。安装在截齿上靠近齿尖处。优点是冷水通过齿座和齿身对截齿的冷却效果好，可延长截齿寿命；喷嘴靠近煤岩体，破岩效果好；除尘和扑灭火的效果也很好。缺点是需用专用的截齿和齿座，其结构复杂，制造成本高；喷嘴离煤岩体近，回弹的岩粒会加速喷嘴的损坏。喷嘴装在齿座上。当截齿与煤岩体接触才喷水的方式，齿不工作时不喷射，可节省水；除尘和扑灭火花的效果好。缺点是在截割软煤时不射流；水射流破岩作用滞后于齿尖的切割作用；齿和齿座结构复杂，制造成本高，事故多，维修量大。应用高压水细射流辅助切割技术，是扩大掘进机的使用范围、提高掘进速度的最佳途径，但其系统形式、水压和流量，及其零件的结构尺寸要根据煤岩体性质合理地确定。下图为EBZ200型掘进机的总体结构简图。图2.12 EBZ160掘进机截割部的设计3.1行星传动概述行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有结构紧凑、质量小、体积小、噪声小、传动比大、寿命长、承载能力大、传动平稳、传动效率高、 运动平稳、抗冲击和振动的能力强、工作可靠性高以及实现各种变速的复杂的运动等优点。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效地利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率，而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中，这些功用对于现代机械传动的发展有着较重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门均获得了日益广泛的应用。将普通传动改为行星传动，可保证使重量降低，有可能利用普通传动所不宜于采用或不能采用的设计(因齿轮尺寸较大)来提高承载能力。 我所设计的EBZ160型掘进机截割部分的减速装置上采用的是行星减速系统。3.2 传动原理图图3.1 a代表太阳轮，b代表内齿轮，c代表行星轮3.3 第一级直齿轮传动设计计算3.3.1.总传动比计算根据齿面硬度要求预选材料18CrNi4WA渗碳淬火3.3.2选择电动机EBZ200型掘进机是工作在矿井下用于中型断面煤及半煤岩巷的掘进，故选取YB系列隔爆型三相异步电动机。电动机型号YB315L2-4主要技术参数：额定功率200KW 同步转速1500 r/min 额定电压380V 满载转速1475 r/min 输出效率94.5%3.3.3根据齿面接触疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级：按估取圆周速度根据圆周速度取精度等级为组6级精度小轮分度圆直径选取齿宽系数小齿轮齿数选取为：大齿轮齿数选取为：传动比齿轮齿数比小齿轮转距载荷系数使用系数预取动载荷系数齿向载荷分布系数齿间载荷分配系数根据来确定。查相关资料得则动载荷系数K的初值弹性系数预取模数m6预取啮合角可得传动中心距变位系数初算中心距 实际中心距 实际变位系数计算 计算实际变位角 得计算传动变位系数：查相关资料得：由于都是正变位，变位系数在综合性能较好段，所以变位系数合理。圆周速度 m/s修正节点影响系数重合度系数根据来选取许用接触应力接触疲劳极限应力 应力循环次数 根据应力循环次数查得寿命系数 取硬化系数 则许用接触应力齿轮分度圆直径的计算 齿轮模数的计算 小于6，则取m6可行实际分度圆直径的计算中心距的计算 齿宽b的计算 按小齿轮齿宽比大齿轮齿宽大5mm的原则得：3.3.4齿根弯曲疲劳强度校核根据公式 计算：查得：齿形系数 应力修正系数 重合度系数 许用弯曲应力 查得：弯曲寿命系数 尺寸系数 安全系数 则故 所以合格3.4高速级行星齿轮的设计计算3.4.1传动比分配（1）行星齿轮的总传动比式中 高速级直齿轮传动传动比总传动比行星齿轮总传动比根据值，考虑实际情况和查表采用NGW型二级行星减速器。（2）传动比的分配选取高低速两级的齿轮材料相同，齿面硬度相同，则齿宽系数比 由以上参数得A2，,B=1得E2查得，3.4.2选择材料选择太阳轮和行星轮的材料为18CrNi4WA，渗碳淬火，齿面硬度为5862HRC查表取试验齿轮齿面接触疲劳极限太阳轮 100 MPa1300 N/行星轮 1300 MPa1300 N/查表取试验齿轮根弯曲疲劳极限太阳轮 400 N/ 行星轮 4000.7 MPa280 N/（载荷对称）齿形为渐开线直齿，最终加工为磨齿，精度为6级选择内齿圈材料为38CrMoAL，调质处理，硬度为262-302HBC查表取试验齿轮的接触疲劳极限 查表试取试验齿轮的弯曲疲劳极限齿形的终加工为插齿，精度为7级3.4.3转距计算高速级输出转矩 （Nm） 低速级输出转矩（Nm）式中 高速级传动效率，取=98%式中 低速级传动效率 取=98%代入数据 =根据传动比值的大小查表取：高速级 低速级 3.4.4参数的选取和计算1.载荷不均匀系数的选取低速级采用太阳轮浮动的均载机构，故，查表取 高速级采用太阳轮和行星架同时浮动的均载机构，故，查表取 2.确定齿数（1）太阳轮齿数的确定根据经验和设备能力及相关资料初取 （2）内齿轮齿数的确定根据2K-H(NGW)型行星齿轮传动的传动比公式 （3-1） （3-2）式中行星齿轮传动的特性参数。特性参数与给定的传动比 有关。值必须合理地选取。值太大或太小都是不合理的。如果值太大，或许可能使得内齿轮值很大；或使得中心轮 值很小。通常，内齿轮的尺寸是受到减速器总体尺寸的限制。为了不过分地增大其外形尺寸，故值不能很大。另外，值接近于1也是不允许的，因为这样会使得行星轮的尺寸太小。一般应选取=38。由式（3-2）得出内齿轮齿数 对内齿轮齿数进行圆整取 （3）行星轮齿数的确定行星传动装置的特点为输入轴与输出轴是同轴线的，即各中心论的轴线与行星架的轴线是重合。为保证中心论与行星架轴线重合条件下的正确啮合，由中心轮和行星轮组成的各啮合副的实际中心距必须相等，即同心条件。设a-g啮合副实际中心距，g-b啮合副实际中心距，依据同心条件，各对相啮合的齿轮的中心距相等。即： = （3-3）对于非变位、高度变位、等啮合角度变位中心距 （3-4）式中“+”用于外啮合，“-”用于内啮合由式（3-3）和（3-4）得 （3-5）如果为偶数，则可按公式（3-5）计算即： （3-6）由上面的式子所求得的值只适合用于非变位或高度变位的行星传动。如果为奇数，即在采用角度变位的传动中，则可按下面的公式计算 （3-7）将数据代入公式（3-6）得 取 3.4.5初步计算齿轮模数m和中心距a1.齿轮模数的确定EBJ-120TP型掘进机是工作在矿井下用于中型断面煤及半煤岩巷的掘进。减速器装配在掘进机的截割部。根据实际工况，该减速器是在重载、低速的情况进行工作。依据设计手册及相关资料，行星齿轮传动为闭式硬齿面齿轮传动，主要失效形式为齿轮折断，按照齿根弯曲疲劳强度公式计算齿轮的模数m 。按照齿根弯曲强度条件的设计公式确定起模数 （3-8）式中 算式系数，对于直齿轮传动为12.1对于斜齿轮传动为11.5 小齿轮承受的扭矩（Nmm)综合系数；弯曲强度的行星轮间载荷分布不均匀系数； 齿轮宽度系数； 齿轮副中小齿轮齿数；试验齿轮的弯曲疲劳极限（N/mm2）计算弯曲强度的使用系数；载荷作用于齿顶时的小齿轮齿形系数；2K-H型传动有两个啮合齿轮副：，。减速器传动的转矩主要由中心轮与行星轮啮合传递。因此，我们在这里先按照齿轮副进行模数的初算。 Nm（1） 选择齿宽系数为 查相关的数据，可以得到；=400N/mm2；齿形系数=2.39；=2.0；取接触强度计算的行星轮间载荷分布不均匀系数=1.15，由于，所；齿宽系数选0.5；将上面得到的数据代入公式（3-8）得：取模数为102. 齿轮副啮合中心距的确定 所以未变位前中心距 mm预取变位角实际中心距 3.4.6变位系数的计算（1）a-g传动根据中心距的实际情况，采用角度变位啮合角 变位系数和中心距变动系数y分配变位系数查表取 （2）g-b传动啮合角 （3-9）式中 mm所以未变位前中心距 mm预取变位角实际中心距 把数据代入式（3-9）得变位系数和根据中心距的实际情况=0.41分配变位系数由a-g变位系数分配可知根据经验选取0.58中心距变动系数y=0.43.4.7齿轮几何尺寸的计算分度圆直径 （3-10）齿顶圆直径 （3-11）齿根圆直径 （3-12）基圆直径 （3-13）式中“+”用于外啮合，“-”用于内啮合齿高系数：太阳轮、行星轮齿高系数内齿轮齿高系数顶隙系数内齿轮顶隙系数将数据代入公式（3-10）、(3-11)、（3-12）、（3-13）(1)中心轮的几何尺寸分度圆直径 mm齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm(2)行星轮的几何尺寸分度圆直径 mm 齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm (3)内齿轮的几何尺寸分度圆直径 mm 齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm3.4.8行星齿轮啮合要素的计算(1)a-g传动端面重合度的计算顶圆齿形曲率半径 （3-14）将数据代入公式（3-14）得 中心轮 行星轮 端面啮合长度 （3-15）式中：端面节圆啮合角，直齿圆柱齿轮=22“+”用于外啮合，“-”用于内啮合将数据代入公式（3-15）得 =45.29mm端面重合度式中：螺旋角，直齿圆柱齿轮=0端面压力角，=0代入数据=1.44 1 符合要求（2）g-b传动端面重合度的计算顶圆齿形曲率半径将数据代入公式（3-14）内齿轮顶圆齿形曲率半径=135端面啮合长度 （3-16）式中：端面节圆啮合角，直齿圆柱齿轮=22“+”用于外啮合，“-”用于内啮合将数据代入公式（3-15）得 =37.26端面重合度 （3-17）式中：螺旋角，直齿圆柱齿轮=0端面压力角，=0代入数据 =1.181 符合要求3.4.9行星齿轮装配条件的验算（1）传动比条件： 配齿利用此公式，故满足要求（2）邻接条件： 上式转换为：代入数据 ,满足要求（3）同心条件： = 配齿利用此公式，故满足要求（4）装配条件：为整数 满足要求3.4.10行星齿轮传动效率计算由NGW型行星齿轮传动原理可以知道，中心轮为主动件，行星架为从动件，故低速级行星齿轮传动效率可采用下面的公式计算 （3-18）啮合损失系数为