1、本科毕业论文（20 届）横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 II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
2、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AbstractMachine is a kind of more advanced tunneling of the equipment. Walking by the crawler, roller, chain wheel, guide wheel, driving wheel, tensioning device, the planetary gear reducer, hydraulic motor and cr
3、awler frame parts. According to the machine walking and walking speed reducer of the principle for preliminary design. On this basis, through the analysis of this subject and some related books and literature consult, further study of walking machine design and walking speed reducer design principle
4、. Design should focus lies in the design of the department the crawler walking mechanism of walking and walking speed reducer planetary transmission design. First in this paper, the general structure of the crawler walking mechanism of walking, overall design simple narrative, second gear reducer fo
5、r detailed design, including the selection of planetary gear reducer, calculation and checking. By studying the walking walking machine and the basic principle of gear reducer, won a large number of relevant design machine walking and walking speed reducer of the point. Key words：Heading machine; Tr
6、avel Mechanism; Reducer目录1 绪 论 .11.1 掘进机的国内外研究 .11.1.1 我国的掘进机发展概述 .11.1.2 国外掘进机的研究概况 .11.2 我国煤矿机械化综采水平的发展趋势 .11.2.1 我国煤矿行业在“十五”、“十一五”期间的总体发展概述 .11.2.2 我国部分断面悬臂式掘进机的发展趋势 .21.3 我国煤矿主力机型简介 .21.4 横轴掘进机行走机构特点 .32 行走机构的总体方案设计 .52.1 传动方案的确定 .52.2 履带行走装置的确定 .52.3 履带行走装置参数的确定 .62.3.1 行走机构设计所需已知参数 .62.3.2 驱动轮
7、直径的计算 .72.3.3 履带的接地长度计算 .72.3.4.履带节距 .72.3.5 支重轮直径和轮距 .82.3.6 托轮的个数 .82.3.7 平衡梁的布置 .82.3.8 链轮的设计 .82.3.9 行走功率计算 .93 行走机构结构的设计计算 .103.1 行走机构驱动形式的选择和计算 .103.1.1 行走机构的原理 .103.1.2 行走机构驱动类型分析 .103.1.3 行走系统压力计算 .103.1.4 行走动力马达的计算 .113.1.5 轴 1 的输入转速和输入转矩的计算 .113.2 行走减速器的设计 .123.2.1 行走减速器初始设计参数 .123.2.2 减速器
8、的基本动力参数计算 .123.2.3 第一级齿轮结构参数设计 .133.2.4 第二级齿轮结构参数设计 .173.3 轴的结构设计 .203.3.1 I 轴设计 .203.3.2 轴的设计 .223.3.3 轴的设计 .243.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 .263.4.1 轴承的校核 .263.5 行星轮减速器的设计 .283.5.1 确定行星轮个数 .283.5.2 齿数选择 .293.6 行星轮减速器齿轮的设计 .303.6.1 强度校核 .343.7 普通平键联接的选择和验算 .36结 论 .37致 谢 74参 考 文 献 .75附录 A 译文 .76附录 B 外文文献 .76辽宁工
9、程技术大学毕业设计（论文）111 绪 论悬臂式掘进机是煤矿井下巷道施工的主要掘进设备，根据截割头与截割臂的结构形式，掘进机可分为两类：纵轴式掘进机和横轴式掘进机。纵轴式掘进机是一种部分断面隧道掘进机，在工作时，它的截割臂可以上下及左右自由摆动，能截割任意断面形状的隧道，并且可以前进、倒退及转向，截割下来的石碴由装碴和输送机构送到机器尾部，装到有轨小车或自卸汽车上运送到洞外，纵轴式掘进机主要由截割装置、截割臂、回转台及输送装置等组成。横轴式掘进机主要由截割头、工作臂、装碴铲板、回转台、驾驶室、中间输送机、行走机构、液压系统、电气系统和喷雾降尘系统等组成，横轴式掘进机在工作时，其截割臂可以作上下及
10、左右摆动，由于横轴式掘进机在工作中良好的截割性能、整机调运灵活及可截割不同巷道面等优点，故在煤矿及隧道等工程中得到了广泛的应用。1.1 掘进机的国内外研究1.1.1 我国的掘进机发展概述我国悬臂式掘进机的发展是从引进奥地利 Alpine Equipment Corporation 公司有AM 系列掘进机技术开始的,并于二十世纪八十年代中期开始批量生产,随后佳木斯煤矿机械厂也从日本三井公司引进了 S 系列掘进机。当时主要的生产厂家有淮南煤矿机械厂、佳木斯煤矿机械厂和南京晨光集团。内蒙古北方重工业集团有限公司（以下简称北方重工）于八十年代末期，同唐山煤科院合作并开发、研制了 EBZ75 型半煤岩横
11、轴式截割头悬臂式掘进机，而此时的合作是由唐山煤科分院提供设计资料，由北方重工进行生产，当时我国的掘进机的生产领域只能说是刚刚起步，对掘进机的理论研究处于空白阶段。进入二十世纪九十年代中期，北方重工开始与唐山煤科院进行实际意义上的共同开发、研制、生产掘进机，推选出了 EBZ90 型半煤岩横轴式截割头悬臂式掘进机。我国掘进机的研究开发和应用经历了两个阶段：第一阶段是由开始封闭式研制阶段走向引进消化使用和研制阶段，这是一个认识上的飞跃，它使我国的掘进机使用和研制技术提高到一定的水平，避免了不少弯路，如 AM-50、S100 机型的引进；第二阶段是由国外机型移植仿制阶段向自立开创、系列设计发展的突破阶
12、段，如 EBJ-120TP、EBH-120、EBZ-160HN 中重型机型的成功研发，使我国掘进机研究制造水平和综采机械化水平均迈上了新的台阶。由此开始了我国掘进机技术的自主发展。目前国内煤矿用机型，中型机以 AM-50、S100、EBH-120、EBJ-120TP 为代表，其截割功率为 100120 kW，机重 2530 t；重型机以 EBH132 (截割功率 132 kW、机重 36 t)、 EBZ-160HN (截割功率 160kW、机重 50 t ) 为代表，已初步形成系列，基本满足国内市场的需要。到 2004 年横轴式掘进机行走机构方案设计及其减速器设计22底为止，我国已累计生产、销
13、售掘进机达 550 余台，主要用于煤矿井下的巷道掘进作业。其中北方重工生产销售半煤岩横截割头悬臂式掘进机的数量达 140 余台。由西安科技大学毛开友教授与俄罗斯图拉国立大学及南京晨光机器厂三方合作，试制出了国内第一台振动式掘进机样机，并于 1997 年十月进行地面试验获得成功。1998年 3 月下井进行工业试验，结果令人欣喜。煤炭科学研究总院太原分院和佳木斯煤矿机械厂联合研制的 EBJ-160 型掘进机是我国独立研制开发的重型掘进机，各项性能均达到国际先进水平。1.1.2 国外掘进机的研究概况国外掘进设备可分为两类：一类是欧洲国家普遍使用的悬臂式掘进机，它适应范围广，但掘进、支护不能平行作业，
14、掘进效率低；另一类是以美国和澳大利亚为代表的连续采煤机和掘锚机组，可实现煤巷的快速掘进，掘进效率高。随着掘进机使用范围的日益增大，对其截割能力的要求也不断提高。在提高掘进机的截割能力方面，利用振动截割技术无疑是一种新型而有效的方法，国外学者对此作了一定的研究。早在五十年代，前苏联就试制了振动冲击式掘进机的样机，试验结果表明，利用此方法提高了生产效率及降低比能耗。1990 年，俄罗斯图拉工学院开始研制惯性冲击式掘进机，并在一些掘进机上进行试验，结果证明在提高破岩能力、提高生产效率及降低比能耗的同时机器运行仍平稳。对于截割法，其破碎只能有效地用于 f56 的低磨蚀性岩石，但当岩石坚硬度大时，截齿磨
15、损严重，寿命短。而冲击法可应用于任意坚硬的岩石，但是，功率大的振动器结构复杂。因此，采用截割与冲击相结合的破碎方法更为有效，生产效率更高。科罗拉多州矿业大学 EMI 实验室已经开发出一种刀具，叫做小圆盘切割器，用以改善掘进机和其它挖掘装置截割头的硬岩截割能力。在标准横截割头上的实验表明，这种小圆盘切割器不仅可以提高掘进机挖掘硬岩的能力，而且还可以减少截割头的更换及维修，对提高掘进机硬岩可经济截割能力大有前途。高压水射流助切技术于 20 世纪 70 年代在美国应用到悬臂式掘进机上，作为辅助式切割。它采用高达 200MPa 的高压水射流冲击煤岩，以达到切割煤岩的目的。由于技术原因，这项技术还在发展
16、之中，一旦成熟，将极大提高切割煤岩的效率。1.2 我国煤矿机械化综采水平的发展趋势1.2.1 我国煤矿行业在“十五”、“十一五”期间的总体发展概述在我国，煤矿非机械化采煤占 60以上，大中型矿井生产设备老化，小型矿井生产技术装备水平极低，煤矿用人多，效率低。乡镇煤矿生产工艺落后，破坏和浪费现象十分严重。到“十五”末期，煤矿生产技术和装备水平进一步改善，安全生产可靠性明显增强。大型煤矿采掘机械化程度达到 90以上，中型煤矿达到 60以上，小型煤矿机械化、半机械化开始起步。根据煤炭行业“十一五”发展规划的相关内容，“十一五”期间，我辽宁工程技术大学毕业设计（论文）33国将新建煤矿规模 3 亿吨左右
17、，其中投产 2 亿吨，结转“十二五”1 亿吨。此外，国家将在“十一五”期间，对煤炭行业的工业结构进行调整，大力整合、改造、关闭小煤矿，同时适度加快大型煤炭基地的建设，开工一批现代化大型煤矿，置换落后的生产能力，通过新建和老井技术改造，全国将建成 300 处高产高效矿井，而高产高效矿井产量将占到全国总产量的 50左右。根据发展目标，“十一五”期间，煤炭工业的生产技术水平明显提高，其中，大、中型煤矿采煤机械化程度分别达到 95%和 80%以上，小型煤矿机械化、半机械化程度达到 30%以上。 根据我国国民经济“十五”和“十一五”期间发展速度为 7.5%左右预测，对电力、冶金、建材、化工、民用生活等消
18、费预测分析，我国煤炭需求量 2007 年估计可达到 16亿吨，2010 年估计可达到 18 亿吨。根据上述我国对煤炭消费的预测，以及国家要求发展大、中型高产高效煤矿和淘汰落后煤矿的原则，我国已规划并着手建设国有煤矿 182 处，其中：新建 126 处，扩建 56 处。若考虑到新建和改扩建等因素，则 2010 年仅高产高效综采设备需求将超过 200 套。为了能使煤炭生产和建设适应国民经济发展要求，煤炭行业规划发展目标指出，“十一五”期间，煤炭行业大型煤炭基地建设要取得重大进展，煤炭采掘机械化程度要有明显提高。目标还指出，“十一五”期间，煤炭行业现代企业制度需要进一步得到完善，大型煤炭企业集团基本
19、形成，到 2010 年形成 56 个亿吨级生产能力的特大型企业集团，56 个 5000 万吨级生产能力的大型企业，产量将占到全国煤炭总产量的 60%左右。1.2.2 我国部分断面悬臂式掘进机的发展趋势随着我国煤炭工业的发展完善,近年来煤巷、半煤岩掘进机产品出现多年来少有的热度，也就是人们常说的供需两旺的局面，这也极大的刺激了煤巷、半煤岩掘进机的发展。同时，随着掘进机市场的不断升温，国内一些企业也纷纷加入到掘进机的研究与制造行业里，如湖南三一重装集团。国外进口的一些性能先进的掘进机的引进，也进一步加快了掘进机的发展及整体水平的提高。目前国内研制的煤巷掘进机和半煤岩掘进机向着全液压驱动的方向发展的
20、趋势非常明显，这主要是由于越来越多的国外著名液压元件制造企业纷纷进入到中国市场，同时，国内液压元件生产企业生产的液压元件质量越来越好所导致的必然结果。这样一来。使得掘进机的设计及控制变得简单的实用，由于机械传动的减少使得维护和检修变得简便。同样，电器元件性能可靠性的提高也使得控制变得简单实用。1.3 我国煤矿主力机型简介我国综采机械的发展经历了从引起外国整机到消化吸收并自主研发之路。在这个过程中，我国的掘进机经历了从单一机型到多种机型、从轻型机到重型机的发展历程。如表一所示，目前我国煤矿广泛使用的主要机型有以下几种。横轴式掘进机行走机构方案设计及其减速器设计441）AM50、S100 型掘进机
21、AM50、S100 型悬臂式掘进机是 20 世纪 80 年代我国以技贸合作方式引进生产的中硬煤层巷道掘进机。设备集切割、装运和行走为一体，采用了多种新结构、新技术，具备切割夹矸的能力，截割功率均为 100kw，截割断面积 818 ，机重约2m20t，AM50、S100 型掘进机为纵向切割头，切割面积较小，但单刀切割力较大，能切割较硬的岩石，适应多种地质条件。这 2 种机型都有体积小、质量轻，安装移动灵活等特点。其配套设备为 QZP160 型转载机、SSJ600 型可伸缩带式输送机，实现国产化后已在全国累计推广 200 多台。AM50、S100 型掘进机均为国外上世纪 70 年代的产品，设备功率
22、小，机身轻、破岩能力低及电控装备可靠性差，仅适合条件较好的煤或半煤岩巷道中使用。2）纵轴型半煤岩巷道掘进机EBJ160 型半煤岩巷道掘进机是国家“八五”科技攻关重点项目产品。该机采用多种先进的结构设计，整体布置合理，工作可靠，具有生产能力大，切割硬度高，调动速度快、工作稳定性好、截齿消耗低等特点，其整机综合指标达到 90 年代先进水平。EBJ160 型重型掘进机不但适用于煤和半煤岩综采工作面巷道掘进，也适用于类似条件下的工程隧道掘进。目前该机已经批量生产，并出口俄罗斯，同时也在河南、四川等铁路隧道工程上推广使用。3）横轴掘进机针对 AM50，S100 型掘进机在使用中暴露出的截割能力小，稳定性
23、和工作可靠性较差等问题，我国自行研制开发了 EBH132，EBH120TP 型掘进机。这些新产品具有以下技术特点：机身矮、重心低、结构紧凑、可靠性高、操作简单、维护方便，适合于中等断面巷道掘进；采用小直径截割头，单刀切割力大，截齿布置合理，破岩过断能力强，切割振动小，工作稳定性好；液压、电气系统功能先进，可靠性好。目前 EBH132 型掘进机已推广应用 20 多台，EBH120TP 型掘进机已应用 30 多台，使用效果良好。1.4 横轴掘进机行走机构特点行走机构是掘进机的执行机构，也是整体连接支承的基础，用于驱动悬臂式掘进机前进、后退和转弯，并能在掘进作业时使机器向前推进。EBH-132 型掘进机的两条履带分别由 A2F160W2P2 液压马达驱动，它由左右减速器、左右涨紧装置、左右履带架、驱动轮、后支承及导轨组成。行走机构传动系统如图 1-1 所示。
