1、本科毕业论文（20 届）纵轴式掘进机行走机构方案设计及其减速器设计所在学院 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 I摘 要现在掘进机是机、电、液、光技术的综合，行走机构是掘进机非常重要的部件之一，行走机构的性能对整机的性能起着决定性的影响。本文主要介绍了国内外掘进机的发展现状，在原有掘进机的成熟技术基础上，根据掘进机的实际工作环境对掘进机行走机构的各个部件进行了合理的结构设计。文章介绍了履带式掘进机的行走驱动形式的特点，并且对行走机构驱动形式进行了分析，选取了合理的动力元件；对掘进机的传动形式的分析选择和计算；主要针对掘进机行走机构的减速器进行了合理的结构设计和
2、计算。目前，掘进机的种类和样式很多，但其行走机构基本形式相近。所以，此次设计的掘进机行走机构，虽然是给定参数的，但具有普遍的实用性。关键词： 掘进机； 行走机构； 减速器辽宁工程技术大学毕业设计（论文）AbstractNow TBM mechanical integrates the electrical，the fluid, the light and the technology. The walking is one of an important component of the TBM. Its performance plays a decisive impact for the
3、performance of the system.This paper describes the boring machine in China and abroad with the status of the original excavation machines based on mature technology, According to TBM of the actual working environment of tunneling machine running the various components of a sound structural design. T
4、his paper introduces the operating characteristics of the crawler TBM-driven form and analyses the walking-driven form ; devices the TBM walking tension, uses spring tension device replace of its tank Tension to finish Tension function; choice and calculation the transmission forms of the TBM; mainl
5、y aims at the reducer of the digging machine running for a reasonable structure design and calculation.Keywords： TBM; Walking; Reducer辽宁工程技术大学毕业设计（论文）目录1 绪 论 .11.1 选题的意义 .11.2 国内外掘进机的发展现状 .11.3 掘进机行走机构的工作原理和特点 .21.4 掘进机行走机构的组成和功能 .22 行走机构方案的确定 .42.1 履带行走机构的组成 .42.2 履带行走装置参数的确定 .52.2.1 行走机构设计所需已知参数 .
6、52.2.2 驱动轮直径的计算 .62.2.3 履带的接地长度计算 .62.2.4 履带节距 .62.2.5 支重轮直径和轮距 .72.2.6 平衡梁的布置 .72.2.7 行走功率计算 .73 行走减速器的设计计算 .93.1 驱动形式的选择和计算 .93.1.1 工作原理 .93.1.2 驱动类型 .9辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3.1.3 驱动轮所需扭矩的计算 .103.1.4 输入转矩和转速的计算 .103.1.5 选取液压马达 .103.2 行走减速器初始参数 .113.2.1 主要设计参数和传动系统的确定 .113.2.2 传动装置的运动及动力参数计算 .123.3 圆柱齿轮的
7、设计计算 .133.3.1 一级圆柱齿轮的设计计算 .133.3.2 二级圆柱齿轮的设计计算 .183.3.3 三级圆柱齿轮的设计计算 .243.3.4 四级圆柱齿轮的设计计算 .303.4 行星齿轮的设计计算 .303.4.1 行星齿轮高速级设计计算 .323.4.2 行星齿轮低速级设计计算 .423.5 轴的设计计算及校核 .473.5.1 设计计算 .473.5.2 强度校核 .483.6 行星齿轮轴和轴承的设计 .583.6.1 输入轴的设计计算 .58辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3.6.2 轴的强度校核 .603.6.3 输出轴的设计计算和校核 .613.6.4 轴的强度校核 .
8、653.6.5 轴承的选择和校核 .673.7 圆柱齿轮轴承的选择及其寿命验算 .683.7.1 轴 5 轴承的选择及计算 .683.7.2 轴 3 轴承的选择及计算 .703.7.3 其余轴承的选择及计算 .713.8 普通平键联接的选择和验算 .713.8.1 轴 1 上齿轮 1 键的选择 .713.8.2 轴 2 上齿轮 2 键的选择 .713.8.3 轴 3 上齿轮 4 键的选择与验算 .713.8.4 轴 5 上齿轮 7 键的选择与验算 .723.9 润滑及密封形式选择 .72结 论 .73致 谢 .74参 考 文 献 .75附录 A 译文 .76附录 B 外文文献 .82辽宁工程技
9、术大学毕业设计（论文）11 绪 论1.1 选题的意义随着工业的飞速发展，对能源需求不断增大，煤炭一直是我国的主要能源来源，只有采煤机械化和综合机械化的不断的提高，才能满足国民经济对能源的需求。根据我国煤炭生产的现状，提高煤矿日产量和机械化程度，必须提高掘进、采煤、运输的机械化水平。这就要求加快井下掘进速度，以达到采掘平衡。掘进机是掘进的重要环节之一，国内外的生产实践以证实，只有实现掘进机械化、改善掘进机行走机构的结构才能满足这一要求。 1本次设计是对掘进机的行走机构结构设计。行走机构的性能对整机的性能起决定性的影响。行走机构的功用是把整机支撑在地面上，传递和承载路面作用于接地装置的各种力或力矩
10、，并吸收震动与缓冲和冲击以保证底盘的正常行使，以及整机的前进、后退、转弯等各项运动。它的性能、结构的可靠性将影响整机的工作性能。因此，研制新型的高效巷道掘进机的行走机构对于提高其整机性能具有重要意义，这也对一个产煤国家的矿山机械化程度的高低有着重要的意义。1.2 国内外掘进机的发展现状六十年代以来，掘进机以成为各主要产煤国家不可缺少的设备，各国竟相制造掘进机，发展很快。英国 1960 年引进 IIK-3 型掘进机，在此基础上研制生产了多斯科 MK2 型和 MK2A 型及安德逊-马弗公司生产的 RH 型掘进机。日本在引进苏联、英国掘进机基础上，改进研制成 MRH 系列掘进机，西德六十年代制成甲虫
11、型掘进机及 EV 型掘进机等。 目前，我国掘进机生产有了较快的发展。已具备研制开发切割功率 200kW，适应断面 33m2，经济切割硬度8 的中重型掘进机能力 ，基本上解决了半煤岩巷的掘进装备问题。“十五”后期重型掘进机的使用在国内大中型煤矿得到快速的推广重型掘进机机重小于 80 t，以 EBZl60TY、EBZ220、EBZ200、EBZ200H 等机型为主。重型掘进机实现了双速截割技术、恒功率变量液压技术以及 PLC 模拟量控制技术等多项关键技术的创新。这些关键技术的解决，极大地推动了国内重型掘进机研制技术的发展。随后，国内陆续推出了多种型号的重型掘进机基本实现了重型掘进机的国产化。辽宁工
12、程技术大学毕业设计（论文）2与国际先进水平相比，国内掘进机在破岩能力、适应性及可靠性方面还存在一定差距，尤其在重型掘进机方面表现最为突出。重型国产掘进机与国外先进设备的差距，除总体性能偏低外，在基础研究方面也比较薄弱，适合我国煤矿地质条件的截割、装运及行走部载荷谱没有建立，没有完整的设计理论依据，计算机动态仿真等方面尚处于起步阶段。在原部件可靠性、自动控制技术、截割技术、除尘系统等核心技术方面有较大差距。无论是国内还是国外掘进机的发展都有着很大的发展，但其行走机构的形式、工作原理其本相同。 1.3 掘进机行走机构的工作原理和特点行走机构工作原理是液压马达依靠液压泵送来的高压油旋转，液压马达通过
13、与其联接的减速机构减速得到低转速大扭矩，液压马达、减速机构和链轮做成一个整体，液压马达的转动带动驱动轮（链轮）旋转，链轮的轮齿和履带的链轨销咬合，从而实现掘进机在履带上爬行。掘进机具有机身矮、功率大、适应大倾角、硬岩能力强、灭尘效果好等特点。主要适用于煤巷、半煤岩巷以及软岩巷道掘进，也可适用类似条件的工程隧道施工，能够实现连续切割、装载、运输作业。掘进机行走机构担负着掘进机的切割臂在无伸缩的情况下钻进截割的进给运动，以及整机的前进、后退、转弯等各种运动，它的性能、结构的可靠性将影响整机的工作性能。还有支撑机体并将液压马达传到驱动轮上的扭矩转变为机械行驶和进行作业所需的牵引力。1.4 掘进机行走
14、机构的组成和功能掘进机的行走机构主要有轨道式和履带式，由于轨道式受到轨道的限制，现在已很少采用。现代掘进机都采用履带式，其行走机构是由履带架、履带、驱动链轮、张紧轮、支重轮和张紧装置等组成。行走机构组成布置见图 11。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3图 11 行走机构组成布置Figure 1 - 1 walking mechanism layout辽宁工程技术大学毕业设计（论文）42 行走机构方案的确定2.1 履带行走机构的组成1)履带架履带架在整机中起着支撑与连接的作用，是不可忽视的一个部分，履带架设计的好坏将直接关系着整机的质量与美观。因此，在设计中即要考虑到其强度的问题，又要考虑其美观
15、与使用性的问题。履带架总体采用箱型梁结构，铸焊结合。由于支撑引导轮处结构复杂，受力较大，因而采用铸造件，其它部分采用焊接结构；为了提高箱型的强度和刚度，在其受力较大处采用较厚板材并增设筋板；另外，履带架与主机架通过螺栓刚性联结，为了防止螺栓在机器行走中承受剪力，在履带架前后两端增加了挡板 2。2)履带掘进机都采用履带行走机构,它支撑机器的自重和牵引转载机行走.当履带作业时,它承受切割机构的反力、倾覆力矩及动载荷.履带机构的设计对整机正常运、行通过性能和工作稳定性能具有重要的意义。履带的设计要求：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，其驱动力可选用液压马达或电动机；履带应有较小的
16、接近角和离去角，以减少起运动阻力；要注意合理设计整机重心位置，使履带不出现零比压现象；履带应有可靠的自动装置，以保证机器在设计的最大坡度上工作不会下滑。履带的结构有组合式和整体式两种。组合式履带由履带板、链轨节、履带销和销套所组成；整体式履带的履带板之间用销子连接。履带板是履带总成的重要组成部分，对履带板的要求：各节履带板之间应可靠的连接；履带板和驱动轮的啮合要可靠；履带板与地面应有足够的附着力；履带板要硬度高、耐磨损、耐冲击。履带板分为平底、刺式、单筋、双筋和三筋。平底履带板没有履刺，适合在硬质地面上行走，在恶劣工况下附着力小且要人工去除留在凹槽中的淤泥。刺式履带板，履刺越高，切入土壤越深，土壤的抗剪切能力越能充分利用，发挥的驱动力就
