1、本科毕业论文（20 届）掘进机装载机构及装载减速器设计DESIGN MECHANICAL BORING MACHINE CHARGING GEAR AND LOADING REDUCTION GEAR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 毕业设计（论文）共 56 页（其中：外文文献及译文 13 页） 图纸共 3 张 摘要本设计内容包括横轴式掘进机装载机构结构方案、总体布置、传动系统、设计参数进行处理分析以及进行设计。并对装载机构减速器进行设计和计算。通过这次设计使自己对掘进机的装载机构、驱动装置、组成原理、减速器等有更深入的了解。在本次的设计过程当中，
2、利用所学的理论方法和专业知识，把课本知识运用到实际生产中。更重要的是，这个设计学习的过程会使我受益颇多，期间所掌握和发现的问题与理论，都对我将来的学习生活产生难以衡量的重要意义，对我将来要从事的行业大有裨益。关键词：横轴式掘进机；装载机构；减速器辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1AbstractA shearer is a tunneling and tunnel construction of important facilities, it has cutting, loading, transport, independent transportation, dust performan
3、ce. Depending on the shape and size of sub-section of the dig, some TBM and TBM; the nature of the object based on cutting division, coal roadheader, semi coal and rock roadheader roadheader three kinds, according to the cutting head arrangement division, part of the TBM divided Longitudinal and roa
4、dheader.The design includes the structure of the program roadheader loading mechanism, the general layout, transmission, analysis and design parameters were determined. Loading mechanism and the gear unit design and calculation. The aim is that by the design of the TBM own loading mechanism, consist
5、ing of a deeper understanding of the principles. During the design process, I will try to be familiar with the loading mechanism and gearbox design, the use of theory learned and expertise, the textbook knowledge into actual production. More importantly, this design will make the learning process I
6、learned a lot, possession and found problems during and theory, both for my future learning lives difficult to measure the importance of the trades Im gonna be a great benefit.Keywords: roadheader；loading mechanism； reducer横轴式掘进机装载机构及减速器设计2目录1 绪论 .11.1 掘进机的发展历程 .11.2 我国掘进机发展历程 .21.3 掘进机的技术发展的趋势 .22
7、装载机构的选型设计 .32.2 星轮装载机构 .52.3 星轮得技术参数确定 .62.4 星轮转速确定 .72.5 铲板的结构设计 .92.6 装载机构功率确定 .103 装载机构减速器的设计 .113.1 驱动装置选择 .113.2 传动装置的动力参数和运动计算 .113.2.1 传动比分配 .113.2.2 选择齿轮齿数 .123.2.3 各轴功率、转速和转矩的计算 .123.3 齿轮部分设计 .133.3.1 第一级齿轮传动计算 .133.3.2 第二级齿轮传动计算 .173.4 轴及轴承设计计算 .243.4.1 第一级传动高速轴设计及强度校核 .24辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3
8、3.4.2 第一级传动轴承的寿命计算 .283.4.3 第一级传动低速轴的设计及强度的校核 .293.4.4 第一级传动轴承的寿命计算 .333.4.5 第二级传动轴的设计及强度校核 .343.4.6 第二级传动轴承的寿命计算 .384 结论 .40致谢 .41参考文献 .42附录 A 译文 .43附录 B 外文文献 .48横轴式掘进机装载机构及减速器设计41 绪论1.1 掘进机的发展历程早在上世纪 30 年代，英国、美国等就着手了煤矿大型掘进机的研制，但巷道掘进逐渐变成广泛工业性应用还是在 1945 年之后。1948 年，匈牙利开始研制 F 系列煤巷掘进机。当时是为了适应“ 房柱式”开采的需
9、要。1949 年生产的 F2 型掘进机，是世界上的第一台悬臂式掘进机，不过当时还未能实现悬臂式掘进机的全部主要功能。1951 年匈牙利研制了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装载机构，并采用了刮板运输机转运物料。这种机型已经具备了现代悬臂式掘进机的雏形。F 系列掘进进是目前悬臂式横轴掘进机的原始机型。1971 年奥地利 ALPINE 公司在匈牙利 F 系列掘进机上就行了升级，研制了 AM-50 型掘进机，并在此基础上 RICKHOFF 公司自行研制出 EV-II 型掘进机，并在此基础上发展成为 EVA 系列掘进机。
10、1973 年 WESTFALIA 公司研制成功了 WAV-170 和 WAV-200 型掘进机。F 系列、 AM 系列和 WAV 系列掘进机均采用的是横轴截割机构。1956 年前苏联设计了第一台纵轴 IIK-3 型掘进机。 IIK-3 型钻孔机是目前掘进机选择的重要参考原型。 1940 年至 1964 年，英国从前苏联引进了 IIK-3 型掘进机进行工业性试验，并开始掘进机的升级换代。 1963 年 DOSCO 在 IIK-3 型上，通过改变切割头选秀权安排和更换电气系统，发展至今已成为 MK-II 型和 MK-IIA 型掘进机，并逐步发展成DOSCO 系列掘进机。 1968 年，这家德国公司
11、在引进 EV-100 型掘进机的研究和开发的基础上开发了 DOSCO 艾克福掘进机。后来，这家德国公司又开发出了 PAURAT ET 系列掘进机，使纵轴掘进机逐步形成系列。 1966 年，日本 Mitsui Miike 机械制造公司在英国和苏联 IIK-3 型 DOSCO 型的基础上重新设计研发， S 系列掘进机的研制成功。到了 20 世纪 70 年代末，S 系列掘进机已逐步形成一系列的产品。经过半个多世纪的发展，外国掘进机主要生产国：英国，德国，俄罗斯，奥地利，日本等国家，生产的掘进机已广泛应用于硬度不到 8f 的半煤岩巷到岩巷。重机不移位3542m 截面切割面，大部分机型可以在纵向，横向斜
12、坡 80 的地方工作，切断电源在2132300kW ，机器重量在 20100t 的，割岩石硬度F12. 的部分掘进机切割速度的已减少到 1m/s 或是更小，使用的拉伸速度负载反馈调整，以适应各种硬度; 除了一些机型，具有支柱，以便在切割岩石时锚固定位。机电一体化已成为掘进机发展趋势,新推出的掘进机辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5可以实现推进方向和断面监控、电动机功率自动调节、离机遥控操作以及故障诊断,部分掘进机实现 PLC 控制,实现回路循环检测。1.2 我国掘进机发展历程掘进机的发展分为三个阶段。上世纪 60 年代初至 70 年代末的第一阶段，这一阶段主要是引进国外掘进机，主要是在引进的同
13、时，我们的技术人员开始尝试着消化和吸收，但研究水平低，主要以轻型设备为主。我国主要是在中国煤科院太原分院研制的 I 型，II型，III 型，由此形成第一代掘进机。这个时期中国掘进机的发展为我国第二阶段掘进机的研制奠定了良好的技术基础。这个时期该产品的主要特点是重量轻，体积小，切削能力弱以及只有较低的技术含量，适用于煤矿巷道驾驶。上世纪 19701980 年间为消化吸收阶段。这一阶段分别从英国、奥地利、日本、前苏联、美国、德国、匈牙利等国家引进了 16 种、近 200 台掘进设备，对我国煤矿使用掘进机起到了推动作用，在这段时间，国内的厂商开始接触国外的技术并且进行了联合研制。同时由太原分院研制的
14、 EM1-30 型、EL-90 型和 EL-110 型掘进机分别在佳木斯煤机厂和淮南煤机厂投入小批量生产。在煤矿采掘设备“一条龙” 项目引进中，又引进了奥地利阿尔卑尼公司的 AM50、日本 Mitsui Miike 公司的 S100-41 型掘进机制造技术和先进的加工设备，使我国形成了批量生产掘进机的能力，基本上结束了中、小型掘进机依赖进口的局面。这一期间我国横轴式掘进机的主要特点是工作稳定，已能适应我国煤矿的巷道掘进，中型掘进机型号日趋齐全。90 年代初至今为自主研发阶段。这一阶段发展日趋成熟的是中型悬臂式掘进机，重型掘进机大批出现，悬臂式掘进机的设计与加工制造水平已相当先进，并且具备了根据
15、矿井条件实现个性化设计的能力。这一时期形成了多个系列的产品，主要有煤炭科学研究总院太原分院研制的 EBJ(Z)系列、佳木斯煤机厂生产的 S 系列、煤炭科学研究总院上海分院设计的 EBJ 系列等型掘进机。1.3 掘进机的技术发展的趋势掘进机的发展经历了由小到大、由单一到多样化的过程，现在已形成轻型的、中型、重型 3 个系列。掘进机正向以下几个方面发展。(1)增强截割能力。为了实现较强的截割能力，现在掘进机截割功率不断增大，截割速度逐渐减低。现在中重型的悬臂式掘进机工作截割功率 120300kW，个别机型达到横轴式掘进机装载机构及减速器设计6400kW。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7截割头转速
16、一般为 2050r/min，截割速度 12m/s，部分机型降低到 1m/s 以下。经济截割硬度 100120MPa，最大可达 140MPa。(2)提高工作得可靠性。由于地质条件地复杂多变，使掘进机得工作时承受交变的冲击载荷，且磨损和腐蚀严重。而井下的环境恶劣，空间狭小，检修不便，因此要求通过完善的设计、高质量的制造及合理的使用和良好的保护来提高其可靠性。(3)采用紧凑化设计，降低重心，提高工作得稳定性。由于掘进机悬臂过长，使得截割反力较大，不利于机器稳定工作。针对这个问题，应采用紧凑化设计，努力降低机器重心，并在机器的后部或两侧增设油缸稳定装置，以提高机器得工作环境稳定性。(4)增强对各种复杂
17、地质条件的适应性。悬臂式得掘进机普遍采用履带行走装置，以减小接地比压；通过增大驱动功率，以增强牵引力和爬坡能力，从而提高对各种底板、工况的适应性。(5)研究新型刀具和新型截割技术：为增强截割能力、提高刀具得使用寿命，应努力改进刀具的结构，采用新材料，研究新的破岩方法。(6)发展自动控制技术。截割断面监视和控制技术和控制技术的开发和应用。采用该技术将实现掘进工作面切割截情况较直观、全面的观察和了解，并能对断面截割精度和巷道质量进行控制。基本解决了掘进机械操作人员在截割过程中离开迎头，安全、准确操纵的问题和提高巷道质量、生产效率的问题。该技术包括随设备水平姿态识别、调整；切割轨迹记录和显示；断面边
18、界设定；断面成形控制；前进方向指示和引导；偏离方向和截割超限报警等几个方面的内容。该技术的进一步发展将实现掘进机的自动掘进。（7）发展掘锚机组，实现快速掘进。目前，影响悬臂式得掘进机掘进速度的主要因素就是支护时间过长。掘进同事支护不能同步作业，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率。掘锚机组是一种新型、高效、快速的掘进设备，是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景，悬臂式得掘进机技术的发展除取决于实际生产需求外，还受国家基础工业水平得技术可行性的影响。随着工业技术水平的提高和悬臂式掘进机技术开发方面的经验的积累，各种新技术和新成果也在逐步应用于悬臂式掘进机上。2 装载机构的选型设计2.1 耙爪式工
19、作机构的型式耙爪装载机构,是一种连续作业的双臂式装载机构,具有一对对称布置在运输机受料口两横轴式掘进机装载机构及减速器设计8侧的曲柄摇杆如图一所示。四连杆机构中的曲柄,就是图中圆盘,圆盘上铰接点就是曲柄与连杆的铰接点,在铰接点以外的连杆悬臂段就是耙爪。图 2-1 曲柄摇杆机构Figure 2-1 crank-rocker mechanism当动力经减速器传给曲柄时,则圆盘上的 B 点就绕圆盘的轴心作圆运动,摇杆 CD 就绕固定铰接点 D 作往复摆动,连杆悬臂段的端点(耙尖)就作图中所示的曲线轨迹运动。耙尖为按图中箭头所示方向,由点 运动到 ,再由点 返回到由点 到这段行程耙爪的工作1E22E1
20、行程,由点 到点 ,则是耙爪的空行程或返回行程。两耙爪的运动相位差为 ,当一个耙2E1 80爪在耙取铲板上的岩渣时,另一个耙爪处于返回行程。因此左右耙爪交替地耙取,使装载工作连续地进行。图 2-1（a）所示机构的缺点是岩块可能卡在连杆和摇杆下面而挤坏。但这种结构最简单。如果把曲柄摇杆机构的连杆扩大成能包容滚子 D 的弧形滑槽,其圆弧半径等于摇杆的长度如图 2-1（b）,则把（a）图中曲柄摇杆机构变为图（ b）曲柄导杆机构了,两者都能完成相同的运动轨迹。在这种结构的基础上,也可以把滑槽做成直的,而把连杆做成弯曲的,以改善滑槽的加工工艺性。在曲柄摇杆机构的基础上,把连杆扩大成可以罩住摇杆的壳体,也可以达到较好的效果,但是连杆尺寸比较大,不适用于小型装载机。煤巷掘进机上采用的双耙爪机构如图 2-2,是在连杆上设置主副两个耙爪。由于它们的运动轨迹互相衔接,装载效果比较好。如果铲台前缘为锥形图 2-2（b）可以减少铲台的插入阻力。
