1、掘进机的总体和行走机构设计目 录第一章 概述 .11.1 国内外悬臂式掘进机发展历史和现状 .11.1.1 国外悬臂式掘进机发展历史和现状 .11.1.2 国内悬臂式掘进机发展历史和现状 .21.1.3 国内悬臂式掘进机目前存在问题 .21.2 悬臂式掘进机发展趋势 .21.3 悬臂式掘进机主要组成部分 .31.4 EBJ120TP 型掘进机简介 .41.4.1 EBJ120TP 概述 .41.4.2 EBJ120TP 主要技术参数 .5第二章 总体设计 .82.1 总体布置 .82.2 掘进机各组成部分基本结构设计 .82.2.1 截割部 .82.2.2 装载部 .92.2.3 刮板输送机
2、.102.2.4 行走部 .112.2.5 机架和回转台 .112.2.6 液压系统 .112.2.7 电气系统 .11第三章 行走部设计 .123.1 行走部设计原理 .123.2 行走部基本参数的确定 .123.3 履带的设计 .133.4 驱动元件的选择 .133.5 链轮设计 .153.6 行走架设计 .163.7 导向张紧装置设计 .17第四章 减速器设计和校核 .184.1 传动类型的选择 .184.2 传动比计算 .184.3 配齿计算 .194.4 齿轮模数选择 .224.5 齿轮几何尺寸和啮合参数计算 .234.6 传动效率计算 .254.7 齿轮强度校核 .264.7.1
3、齿轮材料热处理简介 .264.7.2 齿轮弯曲强度校核 .274.8 其它零件校核 .334.8.1 减速器轴校核 .334.8.2 轴承校核 .414.8.3 键校核 .42第五章 检修及维护保养 .455.1 机器检修 .455.2 机器维护和保养 .475.2.1 机器日常维护保养 .485.2.2 机器定期维护保养 .485.2.3 润滑 .495.2.4 电气 .535.3 机器常见故障原因及处理方法 .:53结 论 .58参考文献 .59英文原文 .60中文译文 .70致 谢 .80摘 要EBJ-120TP 型掘进机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
4、构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。本设计主要针对掘进机的整机进行方案设计，对行走部进行结构及传动等相关设计。EBJ-120TP 型掘进机采用履带式行走部，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，利用 3K()型行星减速器设计的一般原理，设计出适合行走部使用的 3K()型行星减速器，并将它和液压马达直接联结，简化了行走部的传动布置。本设计的创新点：在 3K()型行星减速器中增加了一对增速齿轮，提高制动轴的转速，减小制动转矩，使得采用较小体积的制动器实现有效地制动。结构上将制动器和液压马达平行布置在减速器的端面，充分利用空
5、间。设计中对 3K()型行星减速器进行了优化配齿，采用高度变位，并做了相应的校核，在保证需要的传动比的情况下，使设计的 3K()型行星减速器体积最小。关键词：悬臂式掘进机 ；行走部 ；行星减速器 ；制动器详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五 四 0 六ABSTRACTThe EBJ-120TP tunneling machine is one kind of medium cantilever tunneling machine which is mainly used in the medium coal lane and the half coal crag lane di
6、gging the tunnels, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. This design mainly aims at the tunneling machines entire machine to carry on the plan design and aims at walks-organization to carry on t
7、he design of its structure and transmission and so on. The EBJ-120TP tunneling machine 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 transmissi
8、on design of the walks organization, using general principle of the 3K() planet reduction gear, designing a new 3K() planet reduction gear which is suitable to the walks organization, and joining it and the oil motor directly, simplified the walks-organizations transmission. The innovation spot of t
9、his design: increase a pair of speed-up gear in the 3K() planet reduction gear, so it can enhance the rotational speed of the stalk and reduce the brake torque, causes to use a smaller volume brake realizing effectively to apply the brake. In Structure design, the brake and the oil motor parallel ar
10、e arranged in the reduction gears end surface, fully uses the space. In the design, I carried on optimizing the teeth of 3K() planet reduction gear and used highly dislodges, and has made the corresponding examination, in the needed velocity ratio, made the volume of the 3K() planet reduction gear i
11、s the smallest. Keywords：Cantilever tunneling machine; Walks-organization; Planet reduction gear; Brake第一章 概述1.1 国内外悬臂式掘进机发展历史和现状1.1.1 国外悬臂式掘进机发展历史和现状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。各国早期
12、研制的悬臂式掘进机都是以煤巷为作业对象。中期产品主要是用于截割各种煤岩的中型掘进机，机重一般在 25t 左右。可截割岩石硬度系数 f6、截割功率为50100kW。有代表性的机型有英国的 MKA-2400 型、奥地利的 AM-50 型、日本的 S1O0型掘进机。近期产品是主要以中硬岩和工程隧道为作业对象的重型、全岩巷道掘进机和掘锚机组，机重多在 40100 t，部分机型机重超过 100 t。可截割岩石硬度系数：纵轴可达 f=8lO，横轴可达 f=1014，截割功率为 150300 kW。比较有代表性的机型有英国的 LH-1300、LH-1400；奥地利的 AM75、ATM105、AHM105 和
13、日本的S200、S220、S300、S350 等机型以及奥钢联的掘锚机组等。目前，也有把连续采煤机代替掘进机作为巷道掘进的，它主要针对半煤岩巷道和软岩巷道的掘进，截割硬度 f6。1.1.2 国内悬臂式掘进机发展历史和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，为我国悬臂式掘进机的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：使用范围越来越广，切割能力逐步提高，有切割夹岩和过断层的能力。第二阶段：70 年代末到 80 年代末，这一阶段，我国与国外合
14、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。第三阶段：由 80 年代末至今，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，可以根据矿井生产的不同要求实现部分个性化设计，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
15、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，已跨入国际先进行列，可与国外的悬臂式掘进机相媲美。1.1.3 国内悬臂式掘进机目前存在问题悬臂式掘进机发展速度虽然很快，并且技术成熟，但随着煤矿生产工艺的改进，高产、高效矿井的建设，它已不能满足需要，主要表现在以下几方面。（1）锚杆支护的成功推广应用提高了巷道支护的可靠性，目前存在掘进、支护不能同步作业，据统计，巷道支护约占用 4050的掘进作业时间，这就使得掘进机的开机率大大降低，不能有效提高掘进速度。（2）现有机型偏向于中、重型，虽然有些掘
16、进机实现了矮型化设计，但整体尺寸仍不能有效缩减，对低矮巷道的适应性还较差。（3）内喷雾除尘系统使用可靠性和适应性较差，而外置机载除尘系统还比较困难。（4） 使用元部件的可靠性还不高，不能适应截割硬煤岩产生的震动及井下恶劣的工作条件。（5） 对于提高截割效率方面的设计和设备配套还不完善。（6） 电子元器件的选型面窄、电子保护插件的可靠性不高。电控技术还不能适应通用性、灵活性、可扩展性、准确性及响应速度快速的需要。1.2 悬臂式掘进机发展趋势1、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，提高截割效率，悬臂式掘进机将会逐步发展掘锚一体化、截割硬度更高、适应各种断面、适应坡度范
17、围更广的机型，并会完善前后配套的转载、装运等设备，实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。2、自动控制技术的发展悬臂式掘进机的自动控制包括截割断面轮廓尺寸的监控、机组运行状况的监测和故障的自动诊断、各种功率的自动调节、遥控操作等。要实现自动控制功能，在电控技术上必须将声控、光控、微机处理数据等先进技术融合在一起，实现电控技术整体先进、准确、可靠。3、提高元部件的可靠性和寿命现在新机型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。
18、4、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。1.3 悬臂式掘进机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。切割头装有截齿，用于破碎煤岩的部件。切割头是掘进机的工作机构，主要功能是
19、破碎和分离煤岩。通过对煤岩切割过程研究得知，影响切割效果的因素很多，从而使得切割头设计变得复杂和困难。在切割头的每一转中，如同时参加切削的各个截齿都从岩石带中切下同样大小体积的煤岩，达到每个刀齿受力相等、磨损相同、运动乎稳，这是切割头设计的最佳目标。尤其在切削硬岩中实现它更是当前国内外学者和专家潜心研究的课题。回转台实现切割机构水平摆动和支承装置。回转台是悬臂式掘进机主要组成部件之一，它联接左、有机架、支承切割臂，实现切割臂的升降和回转运动，并承受来自切割头的复杂交变的冲击载荷。回转台对整机工作效率、切割乎稳性有重要影响。回转台设计的基本要求成载能力大、惯性小、能量损耗少；运转平稳、具有足够的
20、强度和刚度；结构紧凑、回转角度小、重心降低；水平回转时，进给力变化较小。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。刮板输送机的目的是将切割下来的煤和岩石运出去，要保证在一定的时间中将切割下来的物料全部运转到后面的转载机构上。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） 。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
21、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。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。1.4 EBJ120TP 型掘进机简介1.4.1 EBJ120TP 概述一、产品特点EBJ120TP 型掘进机由煤炭科学总院分院设计制
22、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、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、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 1.1四、型号的组成及其代表的意义图 1.11.4.2 EBJ120TP 主要技术参数一、总体参数机 长 8.6m机 宽 2.1m
