1、本科毕业论文（20 届）横轴掘进机悬臂方案设计及截割减速器设计HORIZONTAL ROADHEADER CANTILEVER DESIGN AND CUTTING REDUCER DESIGN所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）I摘要煤炭是我国的主要能源，在能源消费结构中煤炭占 70%，预计到 2020 年煤炭需求量将增至 45 至 50 亿吨。在今后相当长的时间内，国内以煤炭为主的能源格局将不会改变。掘进机械是煤炭机械化生产的重要设备，其技术特性和工作质量关系到煤炭工业的发展和进步。本次设计悬臂式掘进机是以大断面和
2、中型断面半煤岩巷道掘进为主，保全全煤巷掘进的需要。因而，该机型应具有截割功率大、适应性好、稳定性好、构造紧凑、喷雾的效果明显、调动灵敏，方便、易于拆装、操作及维修护理简单等特点，能经济地截割单向抗压强度80MPa 的煤岩，适应巷道坡度16。本设计的设计要求为 1）可截割硬度70MPa； 2）适用巷道断面 20m2；3）截割头伸缩量400mm；4）理论截割生产率70m3/h。根据以上的设计要求和特点对悬臂工作结构和截割减速器进行设计和对一些重要部件的参数进行确定。并根据煤岩的截割阻抗等工作因素和掘进机的工作效率对动力元件和传动元件进行设计和校核。关键词：掘进机;悬臂式; 机械化;减速器辽宁工程技
3、术大学毕业设计（论文）IIAbstractCoal is the main energy sources in the energy consumption structure, coal accounts for 70% of 2020 demand for coal will increase 4500-5000 milion tons. In the future for a long time, domestic coal-based energy structure will not change. Tunneling machinery and equipment is an im
4、portant coal mechanized production, its technical characteristics and quality of the work related to the coal industrys development and progress. The design of the Road header is large and medium-sized semi-coal rock tunnel excavation section, taking into account the needs of coal roadway driving. T
5、herefore, the model should have cutting power, adaptability, good stability, compact structure, good spray effect, mobilizing flexible and easy installation, operation and maintenance and simple, can be economically cutting unidirectional compression 80MPa strength of coal and rock, to adapt to the
6、roadway slope 16. The design of the design requirements of 1) cutting hardness 70MPa; 2) applies roadway 20m2; 3) the amount of the cutting head Telescopic 400mm; 4) the theory of cutting productivity 70m3 / h. According to the above design requirements and features the work of the cantilever struct
7、ure and cutting gear unit design and some of the important parts of the parameters were determined. And according to the efficiency of coal and rock cutting impedance job factors and boring machine power components and transmission components for the design and verification.Keywords: roadheader,;can
8、tilevered; mechanization,;reducer辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录前言 .11 悬臂工作机构的结构方案设计 .21.1 掘进机机型的选择 .21.2 结构的确定 .31.2.1 截割头 .41.2.2 悬臂机构 .51.3 主要设计参数的确定及校核 .61.3.1 截割头技术参数的确定 .61.3.2 截齿的相关参数设计 .81.3.3 悬臂的长度和摆角 .91.3.4 悬臂可掘进断面参数的校核 .101.4 电动机的选择 .111.4.1 截割部对电动机的要求 .111.4.2 截割电动机型号的确定 .111.5 传动系统的确定 .121.5.1 工作机构
9、的传动特点 .121.5.2 传动形式及元件应遵循的原则 .121.5.3 传动系统的确定与元件的选择 .132 截割减速器设计 .142.1 减速比的确定 .142.1.1 总传动比的计算 .14辽宁工程技术大学毕业设计（论文）2.1.2 各轴的转速、功率、扭矩 .142.2 齿轮的设计计算及其校核 .152.2.1 一级传动齿轮的设计及算及校核 .152.2.2 二级齿轮的设计计算及校核 .172.2.3 三级齿轮的设计计算及校核 .232.2.4 四级齿轮的设计计算及校核 .282.3 轴的设计计算及其校核 .322.3.1 输出轴的设计计算 .322.3.2 I 轴的设计计算及校核 .
10、382.3.3 II 轴的设计计算及校核 .422.3.4 III 轴的设计计算及校核 .472.3.5 输入轴的设计计算及校核 .512.4 滚动轴承的选择及其寿命验算 .552.4.1 输出轴轴承 .552.4.2 输入轴轴承 .562.4.3 I 轴轴承的选择及寿命计算 .572.4.4 II 轴轴承的选择及寿命验算 .582.4.5 III 轴轴承的选择及寿命验算 .593 键和联轴器的选择和计算 .613.1 输入轴轴键的选择 .613.2 I 轴键的选择和计算 .613.2.1 高速齿轮处 .61辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3.2.2 低速齿轮处 .613.3 II 轴键的选择
11、和计算 .623.3.1 高速齿轮处 .623.3.2 低速齿轮处 .623.4 III 轴键的选择 .623.5 低速轴键的选择 .633.6 联轴器的选择计算 .634 减速器的润滑及密封形式选择 .644.1 减速器的润滑 .644.2 密封方式 .645 经济技术分析 .656 总结 .66致谢 .67参考文献 .68附录 A.69附录 B.80辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1前言早在上个世纪的 30 年代，一些西方国家便开始了对掘进煤矿巷道的机械设备进行研制，二战之后，许多国家开始大规模发展经济，因此对煤矿等资源的需量日益增加，这便促进了掘进机械的发展。匈牙利早在 1948 年开始
12、研制 F 系列的煤巷掘进机以满足当时的“房柱式”开采的需要。第二年对第一代掘进机进行了改进，研制成功了最早的悬臂式掘进机。在 20 世纪 50 年代对之前的 F 系列的掘进机进行了很大的改动，新型的掘进机运用了履带行走机构，为了改善该掘进机的装载效率采用了铲板和星轮装载机构。为提高运载能力，运用刮板运输机转运物料，这种新型的掘进机就是现代悬臂式掘进机的雏形。随后，经过德国、前苏联、日本、英国、等国家的改进，掘进机械逐渐去向成熟并形成系列化。我国掘进机的发展可以按发展历程分为三大阶段：1）引进外国先进的掘进机，学习他们的先进技术；2）发展阶段，对引进的掘进机进行改进；3）自主研发，目前我国的掘进
13、机日趋成熟，技术水平已经接近了世界领先水平，自主研发的掘进机受到许多外国企业的青睐。本毕业设计的课题是考虑煤炭是我国最主要的能源，提高煤炭的产量对我国的经济发展有很大的帮助。而掘进机是采煤过程中不可缺少的大型机械设备，为提高煤炭的产量有很大的帮助。随着社会的发展，掘进机在建筑行业发展也起到了很大的作用，尤其在隧道的施工方面。 本次设计的横轴式悬臂掘进机主要由截割机构、回转机构、转载机构、行走机构、电控箱、液压系统、喷雾降尘系统等 8 大部分组成。工作时，由动力元件提供动力，电控箱和液压系统进行控制掘进机的移动。通过动力元件控制回转机构旋转以调整截割机构截割的位置，截割机构截割媒岩，截下的媒岩通
14、过转运机构运走。本次的组要设计任务为横轴式掘进机悬臂工作机构和截割减速器设计。考虑本设计的工作参数，首先对悬臂进行结构方案进行设计，并确定主要的技术参数。选取合适的动力元件，确定传动形式并对减速器内的零件进行计算并校核。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）21 悬臂工作机构的结构方案设计悬臂是截割头和机身的连接部分，内部有减速器和传动装置。在工作时，动力装置通过内部的减速器和传动装置让截割头可以正常平稳的工作，同时还可以通过液压缸等控制悬臂进行上下和左右的摆动让截割头工作更加便捷。1.1 掘进机机型的选择根据本次毕业设计的题目要求和参数确定，对横轴式掘进机的悬臂工作机构及其内部的减速器进行设计。所
15、设计出的悬臂及其减速器要满足给定的工作条件参数。按照设计的要求和目的，机型选择中型。基本参数应当符合表格 1-1 的规定。 表 1-1 掘进机型式的基本参数Table 1-1 tunneling model of the basic parameters of the formula机型技术参数 单位特轻 轻 中 重 超重切割煤岩最大单向抗拉强度 Mpa 40 40 60 80 100煤 m/min 0.6 0.8 生产能力 煤夹矸 m/min 0.35 0.4 0.5 0.6 0.6切割机构功率 kw 50 75 90200 150 200最大坡度（绝对值） （ ） 16 16 16 16
16、16巷道断面 kw 512 616 720 828 1032机重（不包括转载机） t 20 25 50 80 80辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3图 1-1 掘进机的典型机构Figure 1-1 Typical agency Road header1 一切割悬臂，2 一回转台，3 一装载铲板，4 一转载机，5 一履带行走机机，6 一 电 控 箱 ， 7 一 中 间 输 送 机 ， 8 一 液 压 装 置 。1.2 结构的确定 横轴式横轴掘进机截割头的轴线与悬臂垂直。工作时先进行掏槽截割，掏槽进给力来自行走机构，最大掏槽深度为截割头直径的 2/3。掏槽时，截割头需做短幅摆动。由于进给力来自于行
17、走履带，所以行走机构需要较大的驱动力。且需频繁开动，磨损加剧。因为截割反力使机器产生向后的推力以及作用在截割头上向上的分力可被机器的重力所平衡，所以不会产生颠覆，机器工作时的稳定性较好。横轴式截割头的一般近似为双半球形。横轴式截割头上多安装镐行截齿，并且截齿成螺旋线型排列，齿尖的运动方向和煤的下落方向相同，便于将切下的煤岩运送到铲板上及时运走，装载效率高；由于截齿较多，且不被煤岩体所包埋，因而产尘量较多。截割机构是掘进机工作过程中截割煤岩的执行机构，主要由电动机、框架、减速箱和左右截割头组成通过悬臂与回转台连接，具有破碎煤岩功能的机构。横轴截割部简图如下：辽宁工程技术大学毕业设计（论文）4图
18、1-2 截 割 机 构Figure 1-1 Cutting mechanisml 一 截 割 头 ， 2 一 截 割 悬 臂纵轴式纵轴式掘进机的特点是截割头的轴线与悬臂轴线共线，目前在国内外的产品有很多，而且使用广泛。纵轴式掘进机的截割电机为水冷电动机，有热敏保护；截割头可以伸缩，能平整巷道、挖柱窝和水沟；采用后支撑装置，提高了机器工作的稳定性；转载机构和装载机构都采用低速大扭矩液压马达直接驱动，传动系统简单，故障环节少；行走机构也采用液压马达驱动，履带由油缸张紧；刮板链的张紧采用弹簧与油缸组合的张紧装置；在液压系统中液压锚杆钻机留有液压接口。该机除了各种电器保护装置外，还设有瓦斯报警断电仪和煤矿低浓度甲烷传感器。该机截割效率高，机器稳定性好，操作与维护方便，运行安全可靠。图 1-3 截 割 机 构Figure 1-1 Cutting mechanisml 一 截 割 头 ， 2 一 截 割 悬 臂根据以上横、纵轴掘进机的特点综合考虑，选取横轴掘进机，对横轴式悬臂及其截割减速器进行设计。1.2.1 截割头
