掘进机行走机构的结构设计

1、毕业设计任务书学生姓名：任务下达日期：年月日设计开题日期：年月日设计开始日期：年月日中期检查日期：年月日设计完成日期：年月日一、设计题目：掘进机行走机构的结构设计二、设计的主要内容：说明书：1、中英文摘要、中英文目录；2、掘进机行走部方案比较；3、掘进机行走部的总体结构设计4、减速器的结构设计与计算；5、相关零部件选择及校核。图纸：1、行走部总装配图A0张；2、行走部减速器A0张；3、主要零部件图（手绘图1张）。四、设计目标：设计参数：机重40000kg,行走速度6.6m/min,行走部接地长度440cm,行走部接地宽度59.5cm.综合运用知识，多种方案比较，确定方案，满足设计参数要求。指导

2、教师：院（系）主管领导：年月日开题报告题目掘进机行走机构设计来源工程实际1、研究目的和意义掘进机采用履带行走机构，它支撑机器的自重和牵引转载机行走，当掘进作业时，它承受切割机构的反力、倾覆力矩和动载荷。行走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。通过对掘进机行走结构进行结构研究分析，借鉴国内外先进技术，结合煤矿生产实际,使其满足煤矿高产高效生产的需要。悬臂式掘进机行走机构是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高。2、国内外发展情况（文献综述）（1）国内掘进机发展概况与现状我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。第一阶段：60年代初期到70年

3、代末，这一阶段主要是以引进国外掘进机为主，也定型生产了几种机型，在引进的同时进行消化吸收，主要以切割煤的轻机型为主1。主要以当时煤炭科学研究总院太原分院研制的1型2型和3型为代表，为我国悬臂式掘进机的第一阶段的发展打下了良好的技术基础。这一阶段掘进机的主要特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低、适应与煤巷掘进2。第二阶段：70年代末到90年代初，为消化吸收阶段。这一阶段我国不但从英国、奥地利等国引进掘进机进行消化吸收，同时还与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步地实现了国产化，其典型的代表是与奥地利、日本合作生产的AM50型及S100-41型，其后，我国自行设计制造了几种悬臂式掘进机，

4、其典型代表是EMA-30型及EBJ-100型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：可靠性较高,已能适应我国煤巷掘进的需要；半煤岩巷的掘进技术已达到相当的水平；出现了重型机，中型掘进机型号日趋齐全。第三阶段：由90年代初至今，为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型机型大批出现，悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进，并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力，这一阶段的代表机型较多，主要有EBJ型、EL型及EBH型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：设计水平较为先进，可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展全岩巷的掘进。经过三阶段的发展，我国

5、悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平，已跨入了国际先进行列，可与国外的悬臂式掘进机媲美。国外掘进机发展概况与现状早在上世纪30年代，德国、前苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研究。40年代生产了世界上第一台悬臂式掘进机，50年代初现代掘进机雏形出现，代表就是匈牙利研制的采用履带行走机构的F4型悬臂式掘进机，这种机型除采用横轴截割方式和调动灵活的履带行走机构外，还采用了铲板和星轮转载机构，并采用了刮板运输机转运物料。二十世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采和加工利用技术迅速发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采与掘进装备，广

6、泛应用计算机技术实现了矿井生产过程自动化，实现了矿井的高产高效和集约化生产。美、澳、英、德等国家研制开发了机电一体化、自动化新型采掘设备。这些设采用微机监测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进技术，在增加传动功率、提高生产能力的同时，设备功能内涵发生重大突破，并在计算机控制技术支持下实现了煤矿生产过程的自动化控制。综采成套设备的生产能力已经达到3000t/h以上,在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产51OMt，出现了“一矿一面、一个采区、一条生产线”的高效集约化生产模式。发达采煤国家已经实现了从普通综采机械化生产向高产高效集约化生产的过渡10。3、研究/设计的目标：设计参数：机重4000

7、0kg,行走速度6.6m/min,行走部接地长度440cm,行走部接地宽度59.5cm.综合运用知识，多种方案比较，确定方案。完成A0号图纸3张。其中1张图必须徒手画。设计说明书一份。行走机构通常采用履带形式，履带行走机构是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。4、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：1、设计方法查阅相关资料，拟订设计方案方案图1所示：图11导向轮；2涨紧装置；3履带架；4.支重轮；5履带链；6.驱动装置掘进机行走部的动力源是液压马达，液压马达经过减速器将运动传递给驱动轮，

8、驱动轮通过轮齿与履带相啮合，而履带通过履带板与地相接触，为了增加履带与地面的摩擦，用支重轮将机身的重量加在履带上。张紧轮的作用是张紧履带，以及导向。2、计算、实验方法和步骤（1）行走部的结构分析与确定；（2）行走部的设计计算（履带参数计算和液压马达的选择）；（3）行走部减速器结构设计方案的拟定；（4）行走部总装配图、行走部各零件图、组件图的确定；5、方案的可行性分析：掘进机采用履带式行走机构，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，履带有较小的接近角和离去角以减小其运行阻力，合理的设计整机重心位置，使履带不出现零比压现象。履带设有可靠的制动装置以保证机器在设计的最大坡度上工作不会

9、下滑。6、该设计的创新之处由于采用了二级行星齿轮减速器用很少的齿轮就能实现大的传动比，大大简化了结构，降低了成本，同时由于采用合理的减速比，使其能在满足承载能力的前提下占用空间小，效率高，机器机动性能好等优点，使掘进机更适应井下掘进工作。7、设计产品的主要用途和应用领域：掘进机适用于煤巷、半煤岩巷的巷道掘进，也可在铁路、公路、水利工程等隧道中使用。8、时间进程第5周：确定具体方案，写开题报告及实习总结;第6周：对设计的主要结构进行计算；第7周：各零部件结构设计计算；第8周：总体草图的绘制；第9周：总图及部件图的绘制；第10周：总图及部件图的绘制；第11周：总图及部件图的绘制；第12周：总图及部

10、件图的绘制；第13周：整理说明书；第14周：对论文及图纸进行修改；第15周：准备毕业设计答辩。9、参考文献毛君，吴常田，谢苗浅谈悬臂式掘进机的发展及趋势J.中国工程机械学报,2002.2:37王运敏主编中国采矿设备手册M.科学技术出版社，2007.9:1425马跃谈我国悬臂式掘进机的发展及趋势M.煤,2006.2:137吴翠艳,黄世功.悬臂式掘进机发展与展望J.水力采煤与管道运输，1997.3:12李建英等.臂式掘进机在我国铁路隧道施工中的应用前景J.铁道建筑技术，2001.2:6汪昌龄，韩崎.我国掘进机发展分析M.煤矿机械，1997.2:94-102煤炭科学研究院太原分院编国外掘进机M.煤炭

11、工业出版社,1982:35宁仲良等.悬臂式掘进机巷道自动成形控制初探J.煤矿机电，2004.1:7陶驰东.采掘机械M.北京：煤炭工业出版社，1993.4:1-2李春海掘进机履带式行走机构的研究J.科学之友2008.3:16徐灏主编机械设计手册第四册M.机械工业出版社.1993.8黄口恒.悬臂掘进机M北京：中国矿业大学出版社，1996江耕华，陈启松等主编.机械传动设计手册M.煤炭工业出版社，1990.10从晓霞，付宇.论齿轮传动的发展J河南职业技术师范学院学报，1999.4摘要掘进机是一种较先进的井下掘进设备。行走机构由履带、支重轮、托链轮、引导轮、驱动轮、张紧装置、行星齿轮减速器、液压马达和履

12、带架等部分组成。按照掘进机行走部及行走减速器的工作原理进行初步设计。在此基础上通过对此题目的分析以及对一些相关书籍和文献的查阅，进一步研究掘进机行走部的设计及行走减速器的设计原理。设计重点应在于行走部的履带行走机构设计及行走减速器的行星传动设计。首先阐述行走部的履带行走机构的一般结构，简易的叙述总体方案设计，其次对减速器进行细致的设计，包括行星减速器的选择、计算、校核。通过研究掘进机行走部及行走减速器的基本原理，获得了大量有关设计掘进机行走部及行走减速器的要领。关键词：掘进机；行走机构；减速器IIAbstractBoringmachineisamoreadvancedundergroundbo

13、ringequipment.Travelagenciesfromthetrack,supportingwheels,askedsprocket,guidewheel,drivingwheel,tensioningdevice,planetarygearreducer,hydraulicmotorsandtrackaircraftcomponents.Inaccordancewiththedrivingandwalkingtowalkingpartreducerpreliminarydesignworks.Basedonthisanalysisandthroughthistopicanumber

14、ofbooksanddocumentsonaccess,furtherdrivingtowalkingpartofthedesignandrunninggearreducerdesignprinciples.DesignshouldfocusonrunningtheDepartmentofDesignandcrawlerrunninggearreducerplanetarytransmissiondesign.First,theDepartmentsettowalkthegeneralstructureofcrawler,asimpledescriptionoftheoverallprogra

15、mdesign,followedbyacarefuldesignofthereducer,planetaryreducerselection,calculationandcheck.Departmentofwalkingthroughthetunnelboringmachineandthebasicprinciplesofrunningreducertoobtainalotofwalkingpartofthedesigndrivingandwalkingreduceressentials.Keywords：Boringmachine;Travelagencies;Reducer目录TOC o

16、1-5 h z摘要IXAbstractII HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1问题的提出1 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2国内外发展状况1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 悬臂式掘进机行走机构的发展特点3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 悬臂式掘进机行走机构的发展趋势4 HYPERLI

17、NK l bookmark16 o Current Document 第2章方案论证5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 驱动方式的分析6液压驱动6电驱动6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 传动方式分析与选择6 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 第3章掘进机总体结构设计9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 3.1行走部的工作要求9 HYPERLINK l bookmark26 o Current

18、 Document 掘进机行走部的组成及行走原理9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.2.1掘进机行走部的组成9 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.2.2掘进机的行走原理10 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.3行走机构的型式选择11 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 行走型式的选择11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 行走机构的设计

19、计算11履带节距的计算113.4.2履带牵引力的计算12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 行走机构各种阻力计算13 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 驱动轮各主要参数的确定14 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 行走机构液压马达的选择15 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 重轮的设计计算17 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 张紧装置18 HYP

20、ERLINK l bookmark52 o Current Document 第4章行走减速器的设计计算19 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.1行走减速器方案的确定19 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 4.1.1输出轴的转速计算19 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 传动比的分配20 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 4.1.3圆柱齿轮传动部分的计算21 HYPERLINK l bookm

21、ark66 o Current Document 一级圆柱齿轮传动圆柱齿轮的设计计算22 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数22 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 按齿面强度设计23 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 4.2.3根据弯曲强度设计26 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 几何尺寸计算28 HYPERLINK l bookmark88 o Current

22、 Document 行星齿轮传动的设计计算说明29 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 4.3.1行星齿轮传动的概述29 HYPERLINK l bookmark92 o Current Document 4.3.2行星齿轮传动方式的选择29 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 传动比的分配30 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 4.3.4高速级计算31 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 4.3.5

23、低速级计算34 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 4.4轴的设计计算38 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 4.4.1轴的概述38 HYPERLINK l bookmark114 o Current Document 轴材料的选择38 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 4.4.3各轴的计算39 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 4.4.4轴的校核41 HYPERLINK l bookmar

24、k124 o Current Document 4.5轴承的选择42 HYPERLINK l bookmark126 o Current Document 4.5.1滚动轴承类型的选择42 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 4.5.2润滑与密封43 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 4.5.3滚动轴承的校核计算44 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 4.6键的选用45 HYPERLINK l bookmark132 o Current Do

25、cument 4.6.1键的选择45 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document 4.6.2键的校核46 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 结论48 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 致谢49参考文献50CONTENTSAbstract.ITOC o 1-5 h zChapter1Introduction1Overviewandissuesraised1Domesticandinternationaldevelopment1Roadheaderwal

26、kingcharacteristiesofthedevelopmentagencie3Roadheadertrendwalkingmechanism4Chapter2Demonstration.5Analysisofdrivingmode.6Hydraulicdrive6Electricdrive.6Transmissionmodeandselect6Chapter3Theoverallstructuraldesignoftunnelboringmachine9Thedepartmentrequirementsfortheworktowalk9Compositionofthedepartmen

27、tofboringmachinerunning.andwalkingprinciple.9Departmentofthecompositionoftheboringmachinerunning.9PrinciplestowalkTBM10TypeSelectiontravelagencies.11Choosethetypeofwalking.11Designandcalculationoftravelagencies.11Calculationoftrackpitch.11Calculationoftractiontrack.12TOC o 1-5 h zCalculationoftravel

28、organizationsofvariousresistanc13Determinationofmainparametersdrivingwheel14Thechoiceofrunninggearhydraulicmotor.15Designandcalculationofroller17Tensioningdevice.18Chapter4DesignandCalculationofwalkingspeedreducer.19Programtodeterminewalkingspeedreducer19Calculationoftheoutputshaftrotationalspeed19C

29、alculationofgeartransmissionpart21Acylindricalgeardesignandcalculation22Theseleallocationoftransmissionratioctedgeartype,precisiongrade,materialandnumberofteeth22Designofaccordingtotoothsurfacestrength23Accordingtothedesignbendingstrengthof.26Calculationofthegeometricdimensionsof28Calculationofplane

30、tarygeardesigndescription.29Overviewplanetarygear29Planetarygeartransmissiontothechoice29Theallocationoftransmissionratio30Calculationofhigh-level31Calculationoflow-level34Shaftdesigncalculation.38Overviewofshaft38Shaftmaterialselection.38Thecalculationoftheshaft.39Checkofshaft.41Bearingselection.42

31、Bearingtypeselection42Lubricationengineering43Checkcalculationofbearing44Selectionofkey45Keyselection45Checkingkey.46Conclusion48Thanks49References.50 第1章绪论1.1问题的提出掘进机采用履带行走机构，它支撑机器的自重和牵引转载机行走，当掘进作业时，它承受切割机构的反力、倾覆力矩和动载荷。行走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。通过对掘进机行走结构进行结构研究分析,借鉴国内外先进技术,结合煤矿生产实际,使其满足煤矿高产高效

32、生产的需要。悬臂式掘进机行走机构是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高1。随着采煤技术的发展、煤矿生产规模的扩大，我国大型煤矿井下大都开始采用全煤巷布置开采方式，此外采煤工作面的推进速度也越来越快，因而使得煤矿井下煤巷掘进工作量大幅度增大，因而对掘进机的工作效率提出了较高的要求，客观上要求掘进机的工作性能要好，掘进作业的推进速度要快。但是,我国掘进机与国外掘进机相比较,在技术性能和可靠性等方面还有相当大的差距,需要加快掘进机的整机研究、设计和生产,迎头赶上国际先进水平。鉴于此，我们必须加大对掘进机的研究。掘进机是具有截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾除

33、尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。主要结构包括工作机构、装载机构、输送机构、行走机构和转载机构,根据所掘断面的形状分为全断面掘进机和部分断面掘进机2。前者适用于直径一般为2.510M的全岩巷道、岩石单轴抗压强度50350MPa的硬岩巷道，可一次截割出所需断面，且断面形状多为圆形，主要用于工程涵洞几隧道的岩石掘进；后者一般适用于单轴抗压强度小于60MPa的煤、煤岩、软岩水平巷道，但大功率掘进机也可用于单轴抗压强度达200MPa的硬岩巷道，一次仅能截割断面一部分，需要工作机构多次摆动，逐次截割才能掘进所需断面，断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状，在煤矿生产中普遍使用

34、悬臂式掘进机3。1.2国内外发展状况国内掘进机发展概况与现状我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。第一阶段：60年代初期到70年代末,这一阶段主要是以引进国外掘进机为主,也定型生产了几种机型,在引进的同时进行消化吸收,主要以切割煤的轻机型为主4。主要以当时煤炭科学研究总院太远分院研制的1型2型和3型为代表，为我国悬臂式掘进机第二阶段的发展打下了良好的技术基础。这一阶段掘进机的主要特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低，适应煤巷掘进5。第二阶段：70年代末到90年代初,为消化吸收阶段。这一阶段我国不但从英国、奥地利等国引进掘进机进行消化吸收，同时还与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并

35、逐步地实现了国产化，其典型的代表是与奥地利、日本合作生产的AM50型及S100-41型,其后,我国自行设计制造了几种悬臂式掘进机,其典型代表是EMA-30型及EBJ-100型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：可靠性较高,已能适应我国煤巷掘进的需要；半煤岩巷的掘进技术已达到相当的水平；出现了重型机，中型掘进机型号日趋齐全6。第三阶段：由90年代初至今,为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型机型大批出现,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进,并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力,这一阶段的代表机型较多,主要有EBJ型、EL型及EBH型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：设计水

36、平较为先进,可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展全岩巷的掘进7,8。经过三阶段的发展,我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平,已跨入了国际先进行列,可与国外的悬臂式掘进机媲美。国外掘进机发展概况与现状早在上世纪30年代，德国、前苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研究。40年代生产了世界上第一台悬臂式掘进机，50年代初现代掘进机雏形出现，代表就是匈牙利研制的采用履带行走机构的F4型悬臂式掘进机，这种机型除采用横轴截割方式和调动灵活的铲板和星轮转载机构，并采用了刮板运输机转运物料。二十世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开

37、采和加工利用技术迅速发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采与掘进装备，广泛应用计算机技术实现了矿井生产过程的自动化，实现了矿井的高产高效和集约化生产。美、澳、英、德等国家研制开发了机电一体化、自动化新型采掘设备。这些设备采用微机监测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进技术，在增加传动功率、提高生产能力的同时，设备功能内涵发生重大突破，并在计算机控制技术支持下实现了煤矿生产过程的自动化控制。综采成套设备的生产能力已经达到3000t/h以上，在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产51OMt，出现了“一矿一面、一个采区、一条生产线”的高效集约化生产模式。

38、发达采煤国家已经实现了从普通综采机械化生产向高产高效集约化生产的过渡9,10。悬臂式掘进机行走机构的发展特点悬臂式掘进机行走机构的发展是紧紧围绕着我国矿井生产的实际条件、现场的需要及设计、制造的工艺水平而不断进行的，其发展主要有以下几个特点。驱动功率的不断提高为适应更大范围的工作要求，悬臂式掘进机的驱动功率不断增大,由最初的100kW以下的轻型机型增加到现在的中型机型的132-200kW,重型机型可达200kW以上。在行走方面的发展方向（1）液压发展方向早期的悬臂式掘进机的行走部的传动绝大多数采用液压方式，这是因为液压传动具有控制简单，易于实现自动化，工作简便省力，可以方便实现过载保护;易于实

39、现无级调速，调速范围大，液压马达与电机相比质量轻、体积小等优点，可以满足装载、行走的要求。而那时的电气设备在使用可靠性、元器件的质量及性能上都较低，且元器件体积较大，不易实现上述的要求制约了它的发展，液压传动成为这一时其主流发展方向11。（2）电动发展方向液压传动方式虽然发展较快，但由于煤矿井下工作条件恶劣，粉尘大、空气潮湿、油脂极易被污染，对油脂污染很敏感的液压件易损坏，液压件成本高、故障诊断困难等原因而使其发展应用减缓，这一时期的电子技术的高速发展为电动发展提供了有利条件，大容量集成化、变频调速、PLC控制等一些新技术不断应用到掘进机的设计制造上，使得监控、监测的自动化程度极大提高。电子产

40、品质量高、体积小、功能齐全的优势使电动发展加速，成为另一主要发展方向。液压与电动都有优、缺点，但随着科技的进步，它们的缺点在不断地被弥补、改进，目前悬臂式掘进机在电、液两方面发展速度很快，在行走方面都采用液压传动的如EBJ-160SH型等，也有全部采用电动方式的如AM-50型等，大多数的机型还是采用电液混合方式，总之这两种方式互相取长补短，在今后很长一段时一间内将共同并存、相互融汇12。悬臂式掘进机行走机构的发展趋势更加全面的功能与完善的前后配套为适合各种条件要求以及加快掘进速度，悬臂式掘进机将会逐步发展掘锚一体化、适应各种断面、适应坡度范围更大的行走机构，并会完善前后配套的转载、装运等设备，

41、实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。提高元部件的可靠性和寿命现在新机型行走机构的关键元部件大都选用国外的知名品牌，这虽然可提高整机的性能，但使得国产机型在元部件的配置上高低不一、质量不等，为使用、维护和更新机型带来了许多困难，随着我国在掘进机元部件研究上的突破，这种状况会很快改变。个性化开发机型煤矿在开采过程中会碰到各种不同的生产条件，如煤层变化、水、瓦斯、煤岩硬度不一等，这些特殊的情况必然要求机组具有不同的功能和整体参数的合理匹配，今后的机型将会根据不同的要求进行不同的性能配置，实现设计和制造个性化和多元化12。第2章方案论证方案I:采用液压马达驱动一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿

42、轮传动如图2-1所示图2-1方案I方案II：采用电动机驱动直齿圆柱齿轮及一级行星齿轮传动如图2-2所示图2-2方案II驱动方式的分析液压驱动液压驱动行走机构的特点是：统一了动力源，液压马达体积小，驱动机构便于合理布置，适合与行走部的频繁启动。目前，掘进机行走机构液压驱动形式通常又分为中，高速马达带减速器驱动和低速液压马达直接驱动三种形式。1.高速马达减速器驱动这种驱动形式的马达多采用齿轮马达。其优点是：结构简单，工作可靠抗污染性强，价格低廉等。但它最大的缺点是运转一段时间后，其内部摩擦副磨损严重，间隙增大，效率很快下降，而且与之配套的减速器要求传动比要大，结构也相应复杂，所以这种形式应用极少。

43、2.中速马达减速器驱动这种驱动形式的马达多采用柱塞马达。中速马达具有体积小，效率高，寿命长，售价低等特点，且减速器的机构形式国内外以趋于系列化，因此这种驱动形式应用很多。低速液压马达直接驱动该驱动形式的马达输出轴直接带动主链轮，从而达到驱动履带的目的。马达大都采用多作用内曲线径向柱塞式液压马达。其特点是：结构形式简单成本低、传动扭矩大、低速稳定性好、启动效率高。但马达体积大，难以保证地隙，制动装置不易处理，只适合与中、小型掘进机。2.1.2电驱动行走机构采用电驱动的特点是：启动力矩大、效率高、维修简单、运行可靠。液压驱动由于液压元件制造精度要求较高，加工工艺复杂，维修较困难，使用当中“跑、冒、

44、滴、漏”现象屡有发生，增加了液压用油量，而采用电驱动可明显降低材料消耗量。但电驱动形式结构庞大，电动机易潮湿，且频繁启动增加了电动机及其供电系统的故障率。传动方式分析与选择根据国内外以往掘进机设计的经验来看，行走机构的传动形式大多数都为行星齿轮传动，与定轴传动相比,行星齿轮传动具有体积小、质量轻、承载能力大和效率高等优点。行星齿轮传动机构的常用类型有2K-H型、3K型、K-H-V型。其中2K-H型加工装配工艺较简单,传动功率范围不受限制,在采掘机械传动系统中应用最为广泛。其传动比范围为2.8-12.5,传动效率可达0.79-0.99。传动原理采用2KH(NGW)型负号机构的行星齿轮传动，当高速

45、轴由液压马达驱动时,便带动太阳轮回转,于是带动行星轮转动,由于内齿圈固定不动,便驱动行星架作输出运动，行星轮在行星架上既作自转又作公转的行星传动，就以此同样的结构组成两级、三级或多级的串联行星齿轮传动。组成由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架所组成。以啮合方式命名为NGW型(其中N为内啮合、G公用齿轮、W外啮合)。以基本构件命名，即为2K-H型行星齿轮传动。所谓基本构件，在行星齿轮传动的各构件中，凡是轴线与定轴线重合，且承受外力矩的构件称为基本构件。因此传动是由两个中心轮2K和行星架H等三个基本构件组成，因而称为2K-H型行星齿轮传动。23451.行星轮2.内齿圈3.行星轮架4.太阳轮5.输入轴6

46、.输出轴图2-3行星齿轮结构原理通过以上的各种分析，综合掘进机的性能要求及工作环境，此次设计的掘进机行走机构采用方案I即：选用液压驱动，一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿轮传动组合而成（见图2-1）,其特点是运用了太阳轮浮动均载机构,使多个行星轮受力均衡,同时还可以通过调节螺杆与弹簧来改变太阳轮的轴向位置,操纵太阳轮与行星轮的离合,以便实现掘进机的快速拖拽。第3章掘进机总体结构设计行走部的工作要求作为大型掘进机的行走部，本次设计的要求是实现掘进机的既定参数机重（t）40履带行走速度（m/min）6.6行走部接地长度（cm）440行走部接地宽度（cm）59.5掘进机行走部的组成及行走原理3.2.1掘进

47、机行走部的组成一般巷道掘进机的行走部主要是由履带组、履带架、履带护板、驱动轮、底盘压板、底盘盖板、张紧轮组、张紧轮托架、张紧座、侧盖板、液压马达、行走减速器，以及各种联接件组成。其示意图如下图3-1：1.张紧轮组2.张紧座3.张紧轮托架4.底盘盖板5.侧盖板6.底盘压板7.履带组8.履带架9.履带护板10.液压马达11.行走减速器12.驱动轮图3-1掘进机行走部组成示意图掘进机的行走原理如图3-2所示，掘进机行走部的动力源是液压马达4，液压马达经过减速器3将运动传递给驱动轮2，驱动轮通过轮齿与履带6相啮合，而履带通过履带板与地相接触，为了增加履带与地面的摩擦，用支重轮将机身的重量加在履带上。张

48、紧轮1的作用是张紧履带，以及导向。1.张紧轮2.驱动轮3.减速器4.液压马达5.支重轮6.履带组图3-2掘进机行走部行走机构的型式选择3.3.1行走型式的选择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。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

49、高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。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8。掘进机大多数都采用履带行走机构，其优点是接地压比小，对巷道底板适应性强，牵引力和爬坡能力大，调节灵活。在传动方式上有液压传动和机械传动两种9。本设计采用的是履带式结构，因为其机身重量比较大，工作阻力比较大需要大功率的行走机构配合其在煤巷中的掘进行走。行走机构的设计计算3.4.1履带节距的计算t（17.523）3：G0式中：G为机器自重，400kN。2 因此t0=23x3400二169.5mm根据国家煤

50、炭行业标准MT/T5791996中相关规定及节距范围，选择标准节距为t=173mm的履带。3.4.2履带牵引力的计算每条履带的驱动力GLy7B2(kN)式中：f履带滚动阻力系数，煤底板取0.08G机器重量,400000N；y转向阻力系数，煤底板取0.6；L一履带接地长度,4400m；e机器重心的纵向偏移距离，L4.4o73e=0.73m66B履带接地宽度，595mm。带入公式得F=込x0.08+4X105X4400X%24x5953.4.3履带功率计算f2x730丫.4400丿每条履带的功率FVN=K(kW)12式中：K工作条件恶劣补偿系数，一般取1.2耳一行走减速器效率，为0.97；1耳一履

51、带传动效率，取为0.92；2=367.4kN V履带行走速度6.6m/min。带入公式得3674X104X660.97x0.92x1.2=54.3kW3.4.4接地公称比压式中：P亠2LbG机器重量400000N；L一行走部接地长度440cm；b一行走部接地宽度59.5cm。G400000P=2Lb=2x440 x59.5=皿3.4.5接地最大比压Pmax=(1+T)160cm；式中：B两履带中心距n履带纵向偏心距60cm。PG6n4000006x60P=(1+)=(1+)=5.17N/cm2max2LBL2x160 x440440行走机构各种阻力计算掘进机在平巷行走阻力R=Gxp式中：A滑动

52、阻力系数对煤底板和碎石底板取0.85则R=Gxp=400000 x0.85=340000N掘进机在爬450坡时的阻力R0R0=GpCosQ+GSinQ=400000 x0.85xcos450+400000 xsin450=523259N掘进机静止在斜坡上时的下滑力RxR=GSin3=400000 xsin45=282843Nx掘进机在斜坡上时的下正压力RyR=GCos6=400000 xcos45=282843Ny驱动轮各主要参数的确定1.驱动齿数Z卷绕在驱动轮上履带板数目Z，增加，使履带运动速度均匀性好，铰链磨擦损失减少，使驱动轮直径增大，引起底盘高度及重量增加。一般Z，在1215之间，可为

53、整数，也可以为0.5的倍数。为增加驱动轮的使用寿命，一般Z二2Z，当齿数为偶数时，驱动轮上有一半不参加啮合，待齿面磨损严重后，拆下重装，使未参加啮合的齿开始工作，以增加使用寿命。当齿数为奇数时，则驱动轮上各齿轮流与节销啮合同样可增加使用寿命。可选取齿数为2310。2.驱动轮节圆半径1732sin2sin180。=320.37mm,取r=320mmk233.驱动轮的齿形设计按齿面形状，驱动轮齿形可分为凸形，直线形和凹形三种。对驱动轮齿形的要求为：（1）使履带节销顺利地进入和退出啮合，减少接触面的冲击力；（2）齿面接触应力应小，以减少磨损；（3）履带节距因磨擦而增大时，履带节销与驱动轮齿仍能保持工

54、作，不致脱链。驱动轮齿的工作面是履带节销和齿面接触面的部位，为减少接触应力，工作面最好是凹形。当履带节距随磨损而增大时，节销将沿齿面向上爬，为保证此时仍能啮合，轮齿应有一定的高度。节圆直径D=2r=640mmkk齿谷半径r=0.585d=0.585x55=32.175mm式中d节销（销套）直径，为55mm。根圆直径D二Dd二64-032.17560gk二58.2bd顶圆直径D-D+(0.30.4)d=640+0.3x55=656.5mmek齿谷距离S二2.r52.5$2.1754.驱动轮强度计算：式中：b挤压应力，MPa；cG机器重量，400000N；b齿宽，b=82mm，与履带槽宽一样；d销

55、套直径，55mm；L许用挤压应力，t=1200MPa。ccIIb二58.2二58.2x；400000二550.9MPavL=1200MPacbd82x55c经过比较驱动轮能够满足设计要求。行走机构液压马达的选择输出扭矩计算FD0-2innqqn式中：F每台液压马达分担的最大牵引力,450.9kN；D0行走机构的驱动轮直径，656mm；iq液压马达输出轴至齿轮的总传动比，柱塞初选传动比iq=45q液压马达输出轴至齿轮的总传动效率，取为0.92；n牵引机构啮合的效率，取为0.967。则马达的输出转矩,带入公式得T=36.74%14%0.656=3010.1Nm2x45x0.92x0.967液压马达

56、排量计算V二竺mApqm式中：W二pi-p2液压马达的有效工作压力，MPa；pi液压马达进口压力，Mpa；取pi=15MPa；P2液压马达出口压力，Mpa；取p2=1MPa；nm液压马达的机械效率，一般柱塞液压马达为0.90.95，取nm=0.9；带入数值得：V=2%3.14%3010.1=1500.2ml/rm14x0.9根据Vm，T，Ap上述要求选择XM-F1500-1型液压马达。查阅有关资料，XM-F1500-1型液压马达的技术参数如下，见表3-1。表3-1液压马达技术参数型号排量ml/r额定压力Mpa峰值压力Mpa额定扭矩Nm额定转矩r/min最咼转速r/min最大功率kW重量kgXM

57、-F1500-115002025357725032087180液压马达最大实际转速1000vin=qmax兀D01000 x6.6x453.14x500二189.2r/min根据液压马达的实际输出扭矩确定实际压差Ap。A2兀TAp=V耳mm二14MPa2x3.14x3010.11500.2x0.93.8重轮的设计计算目前国内外履带工程机械支重轮结构形式主要有直轴式和凸肩式两种，直轴式结构简单，零件少，工艺性好，但承受轴向力稍差；凸肩式能承受较大的轴向力和冲击载荷，但结构较前者复杂。本设计采用的直轴式。由四轮一带统图可以选择支重轮的参数如下：支重轮凸缘工作宽度b=200mm,支重轮轴长300mm

58、，允许制造0.5mm误差，与履带接触轮宽82mm，支重轮直径180mm，支重轮个数10个，其安装尺寸见参考资料101.支重轮强度计算为减少支重轮的磨损，轮缘对履带的接触应力按下式计算：Gb=43.4cbRnr式中：b轮缘对履带的接触应力,MPa；cb支重轮轮缘工作宽度，b=200mmR支重轮半径，R=180mm；rrn支重轮个数，10；L许用接触应力，L=2.3MPa。cc=43.4x|400V200 x180 x10=1.45MPa3t1上上1（HE）2it398卩g1dOH设取的是标准圆柱齿轮，则Z（区域系数）在直齿轮a=20。时取2.5。H则d2.32上1（上）2139卩GdH式中：K载

59、荷系数；tT小齿轮传递转矩；19齿宽系数；dZ材料弹性影响系数；Eg齿轮接触疲劳强度。H1.确定公式内各计算数值（1）K=KKKKtAVa卩K使用系数，可取K二1.2517；AAK动载系数，取K=1.1517；VVK齿间载荷分配系数，可选K二1.217。aaK齿向载荷系数,K=1.15+0.182+0.31x10-3b，试取K二1.1517TOC o 1-5 h zP0dP则K=KKKK=1.25x1.15x1.2x1.15=1.98tAVa0计算小齿轮传递转矩P86.13T=95.5x105x-1=95.5x105x=32.9x105Nm1n2501选0=114d查得材料的弹性影响系数Z=1

60、89.8MPa1214E按齿面硬度查得小齿轮接触疲劳极限b=600MPa14lim1(6)计算应力循环次数设掘进机工作寿命为15年(每年按300算)两班制，则N=60njL=60 x250 x1x(2x8x300 x15)=1.08x10911k=2.16x108(7)查得接触疲劳寿命系数K=0.88,K=0.9417HN1HN2(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,则b=KHbi=)1.8x60=0528MPaTOC o 1-5 h zH1Sb=hnH-ii=)2.94(55=0517MPaH2S2.计算(1)试计算小齿轮分度圆直径d,代入b中较小值1tHd2.323,