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中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第92頁(yè) 第一章 概述部分 1.1掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望 1.1.1國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我們把全斷面掘進(jìn)機(jī)和自由斷面掘進(jìn)機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為巷道掘進(jìn)機(jī)。前者主要用于巖巷的全斷面鉆削式一次成巷掘進(jìn)；自由斷面掘進(jìn)機(jī)則由于其工作臂可以上下左右移動(dòng)而能自由改變掘進(jìn)斷面的形狀和大小。自由斷面掘進(jìn)機(jī)常用于煤巷掘進(jìn)．既可以用于綜合機(jī)械化工作面進(jìn)行全斷面巷道掘進(jìn)．也可應(yīng)用于打眼放炮工藝進(jìn)行機(jī)械化掘進(jìn)。 19世紀(jì)70年代，英國(guó)為修建海底隧道，生產(chǎn)制造了第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)，美國(guó)在20世紀(jì)30年代開(kāi)發(fā)了懸臂式掘進(jìn)機(jī)，并把此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于采礦業(yè)，此后英、德、日等十幾個(gè)國(guó)家相繼投入了大量的人力、物力、財(cái)力用于掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研制，經(jīng)過(guò)多年的不懈努力，現(xiàn)有20多家公司，先后研制了近百種機(jī)型。 目前，掘進(jìn)機(jī)技術(shù)在如下幾個(gè)方面有長(zhǎng)足進(jìn)步： (1)適用范圍在擴(kuò)大 (2)掘進(jìn)斷面在增加 (3)適應(yīng)坡度在提升 (4)截割能力在加強(qiáng) (5)多功能性在顯現(xiàn) (6)自控技術(shù)在提高 其中自由斷面的懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)從上世紀(jì)四十年代產(chǎn)生至今，已有五十多年的發(fā)展歷史，目前掘進(jìn)機(jī)的截割功率為100—408kw，機(jī)重24—160t，平均日掘進(jìn)進(jìn)尺7—8nl，最大掘進(jìn)能力達(dá)20—30m／d．目前，國(guó)內(nèi)煤礦用機(jī)型，中型機(jī)以AM一50、SIO0為代表，其截割功率為100kw，機(jī)重25t；重型機(jī)以EBH132(截割功率132kw、機(jī)重36t)、EBJ160(截割功率160kw、機(jī)重50t)為代表。掘進(jìn)機(jī)的截割頭有橫軸式和縱軸式兩種形式，橫軸式截割頭一般用于軟巖掘進(jìn)，縱軸式截割頭則多用于硬巖掘進(jìn)。截齒的選擇原來(lái)雖主要依靠經(jīng)驗(yàn)，但目前已可以通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試來(lái)準(zhǔn)確選擇。截齒在掘進(jìn)過(guò)程中破碎煤巖時(shí)，其上受到的應(yīng)力會(huì)部分轉(zhuǎn)化為能量，故研制新的刀頭合金材料一直是截齒的發(fā)展方向。截割速度是影響掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)能力和截齒壽命的重要參數(shù)。縱軸式截割頭的截割速度低于橫軸式截割頭的截割速度，目前掘進(jìn)機(jī)的截割速度多為2．5—3．5m／s。實(shí)踐證明，低速截割具有截深大、巖屑粗、粉塵生成量少、齒尖溫度低、磨損量小、裝機(jī)功率利用率高等優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)，低速截割也相應(yīng)降低了掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)能力。國(guó)外已有公司進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，以確定截割速度與掘進(jìn)能力的關(guān)系。水力掘進(jìn)的出現(xiàn)開(kāi)辟了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的新天地，它具有諸多其他機(jī)械掘進(jìn)所不及的優(yōu)點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)正在研發(fā)，一旦成熟，市場(chǎng)廣闊。 追溯我國(guó)使用巷道掘進(jìn)機(jī)的歷史，是從上世紀(jì)50年代初使用前蘇聯(lián)生產(chǎn)的J_IK一2M，J_IK2—1型煤巷掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始的，之后又應(yīng)用并仿制了J1K一3型掘進(jìn)機(jī)；60年代我國(guó)開(kāi)始自行研制巷道掘進(jìn)機(jī)，相繼研制出了“反修I型”，“反修Ⅱ型”和“開(kāi)馬”型掘進(jìn)機(jī)，機(jī)重大都在10t左右，適用于f<4的斷面為4—9．6的煤巷掘進(jìn)。從1972年一1985年間，我國(guó)煤炭科研院所與煤機(jī)廠和礦務(wù)局共同設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)研制了EMS-30以及EMS-55等機(jī)型。到80年代中期，我國(guó)分別從英國(guó)、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)、德國(guó)、匈牙利等國(guó)家引進(jìn)了16種、近200臺(tái)掘進(jìn)設(shè)備，對(duì)我國(guó)煤礦使用掘進(jìn)機(jī)起到了推動(dòng)作用?！捌呶濉逼陂g，在煤礦采掘設(shè)備“一條龍”項(xiàng)目引進(jìn)中，又引進(jìn)了奧地利阿爾卑尼公司的Anll一50、日本三井三池公司的s100—41型掘進(jìn)機(jī)制造技術(shù)和先進(jìn)的加工設(shè)備，使我國(guó)形成了批量生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的能力，基本上結(jié)束了中、小型掘進(jìn)機(jī)依賴(lài)進(jìn)口的局面?！鞍宋濉?、“九五”期間，我國(guó)開(kāi)始重型掘進(jìn)機(jī)的研制工作，“十五”期間進(jìn)入快速發(fā)展階段。目前有輕、中、重機(jī)型EBE55、EBE75、EBE90、S100、AM一50、EBE110、EBEl20、EBE132、S150J／H、S200M、EBE160等，其中EBE160型是國(guó)內(nèi)研制的重型掘進(jìn)機(jī)，S2OOM是引進(jìn)日本，進(jìn)而國(guó)產(chǎn)化的重型機(jī)。近幾年，隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)呈快速增長(zhǎng)。2000年市場(chǎng)投入總量為51臺(tái)、2001年103臺(tái)、2002年126臺(tái)、2003年236臺(tái)，到2004年將超過(guò) 400臺(tái)。佳木斯煤機(jī)公司處于行業(yè)領(lǐng)先地位，淮南煤機(jī)廠、南京晨光機(jī)器廠等均為我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的研制生產(chǎn)和不斷發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。盡管我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研制工作起步并不晚，“七五”期間也曾取得過(guò)較好的成果，可是在發(fā)展過(guò)程中，現(xiàn)有產(chǎn)品與國(guó)際相比尚有很大差距。 (1)從產(chǎn)品生產(chǎn)和使用方面看，國(guó)產(chǎn)的s100比日本晚6年，聯(lián)合研制的EBE160比英國(guó)LH130晚13年 (2)性能、規(guī)格相近的機(jī)型與國(guó)外相比晚8—20年。 (3)從制造總數(shù)上看，截止2005年2月我國(guó)制造的掘進(jìn)機(jī)近1150臺(tái)，僅相當(dāng)英國(guó)、德國(guó)、奧地利上世紀(jì)80年代的生產(chǎn)水平。 (4)從機(jī)掘巷道比重看，與前蘇聯(lián)、英國(guó)、德國(guó)平均相差近20年。 (5)從裝機(jī)綜合技術(shù)水平看，我國(guó)僅相當(dāng)于國(guó)外20世紀(jì)80年代初期水平。為此，我國(guó)要提高制造廠及配套廠的設(shè)備精度和加工能力、原材料質(zhì)量、加工技術(shù)及管理水平，適時(shí)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)自主開(kāi)發(fā)能力，盡快縮短我國(guó)與先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)國(guó)家的技術(shù)差距，并使我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)械化裝備提高到一個(gè)新的水平。 1.1.2掘進(jìn)機(jī)發(fā)展前景展望 從目前國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，具有廣闊的發(fā)展前景，在我國(guó)除用于煤礦巷道掘進(jìn)外，掘進(jìn)機(jī)正進(jìn)入鐵路、城市地鐵隧道的掘進(jìn)以及公路建設(shè)等行業(yè)。其發(fā)展趨勢(shì)有如下3項(xiàng)： (1)重型掘進(jìn)機(jī)。如$220、AM75等機(jī)型，隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要，必然成為礦山的主力機(jī)型。另外，隨著環(huán)保意識(shí)的強(qiáng)化，勞動(dòng)力成本的提高，機(jī)械化掘進(jìn)是一種必然發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景更為看好。 (2)矮機(jī)身中型掘進(jìn)機(jī)。隨著我國(guó)煤炭采掘業(yè)的不斷發(fā)展，中厚煤層將逐步減少，煤礦巷道必然趨于薄煤層、半煤巖巷道，如山東、貴州等地。因此，有一定的破巖能力，機(jī)身矮、功率大的機(jī)型會(huì)成為今后市場(chǎng)的搶手機(jī)型。 (3)輔助功能多的機(jī)型。 ①在掘進(jìn)機(jī)上搭載濕式除塵系統(tǒng)或其它除塵方式。這是改善作業(yè)環(huán)境，清除肺矽病途徑之一。 ②掘進(jìn)機(jī)具有錨桿支護(hù)機(jī)等功能，若該項(xiàng)技術(shù)成熟，必將受到高度重視和開(kāi)發(fā)研制。 ③遙控技術(shù)、截割軌跡顯示與紅外線(xiàn)定位系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)程遙控。 ④故障自診斷功能更完備，并能實(shí)現(xiàn)輔助作業(yè)。 ⑤連掘機(jī)組。實(shí)現(xiàn)房柱式采掘。 1.2懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分 懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要有橫軸式掘進(jìn)機(jī)和縱軸式掘進(jìn)機(jī)。它們的主要組成部件相同，只是截割頭的布置不同。懸臂式掘進(jìn)機(jī)由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成 一、 切割機(jī)構(gòu) 切割機(jī)構(gòu)由切割頭、齒輪箱、電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成，具有破碎煤巖功能的機(jī)構(gòu)。 二、裝運(yùn)機(jī)構(gòu) 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)由裝載部和刮板輸送機(jī)組成。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)形式較多。如星輪式、鏈輪鏈條式、蟹爪式等，過(guò)去比較多的是運(yùn)用蟹爪式，現(xiàn)在隨著液壓的廣泛運(yùn)用，開(kāi)始大規(guī)模運(yùn)用液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的機(jī)構(gòu)了。 三、行走機(jī)構(gòu) 掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)主要由履帶部分、減速器和動(dòng)力輸入裝置（液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)）。 四、液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)由統(tǒng)一的泵站給分布在各個(gè)地方的液壓缸，液壓泵供液壓油，設(shè)計(jì)中要照顧不同液壓部件的壓力。 五、電氣系統(tǒng) 電器系統(tǒng)是電動(dòng)機(jī)和控制掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)的電信號(hào)控制器等電器元件，在井下工作的時(shí)候要注意它的防爆處理，選用的電動(dòng)機(jī)、電器元件必須符合井下的防爆標(biāo)準(zhǔn)。 六、除塵噴霧系統(tǒng) 除塵噴霧系統(tǒng)內(nèi)噴霧回路、外噴霧回路及冷卻水回路組成。 1.3 EBJ─120TP型掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介 圖1-1 EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī) 1.3.1 EBJ─120TP概述 一、產(chǎn)品特點(diǎn) EBJ─120TP型掘進(jìn)機(jī)由煤炭科學(xué)總院分院設(shè)計(jì)制造。該機(jī)為懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，適應(yīng)巷道斷面9～18m2、坡度±16。、可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度≤60MP的煤巖，屬于中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)。該機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機(jī)身矮、重心低、操作簡(jiǎn)單、檢修方便。 二、主要用途、適應(yīng)范圍 EBJ─120TP型懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)服務(wù)的機(jī)械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類(lèi)似的其它礦山及工程巷道的掘進(jìn)。該機(jī)可經(jīng)濟(jì)切割高度3.75m,可掘任意斷面形狀的巷道，適應(yīng)巷道±16。。該機(jī)后配套轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮式帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，以利于機(jī)器效能的發(fā)揮。 三、產(chǎn)品型號(hào)、名稱(chēng)及外型 產(chǎn)品型號(hào)、名稱(chēng)為EBJ─120TP型懸臂式掘進(jìn)機(jī)外型參見(jiàn)圖1-2 四、型號(hào)的組成及其代表的意義 圖1-2掘進(jìn)機(jī)外形 1.3.2 EBJ─120TP主要技術(shù)參數(shù) 一、總體參數(shù) 機(jī) 長(zhǎng) 8.6m 機(jī) 寬 2～2.2m 機(jī) 高 1.55m 地 隙 250mm 截割臥底深度 240mm 接地比壓 0.14MPa 機(jī) 重 35t 總 功 率 190kW 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖單向抗壓強(qiáng)度 ≤60MPa 可掘巷道斷面 9～18m2 最大可掘高度 3.75m 最大可掘?qū)挾? 5.0m 適應(yīng)巷道坡度 ±16。 機(jī)器供電電壓 660/1140V 二、截割部 電動(dòng)機(jī) 型 號(hào) YBUS3—120 功 率 120kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 截割頭 轉(zhuǎn) 速 55r/min 截 齒 鎬形 最大擺動(dòng)角 上 42。 下 31。 左右各39。 三、裝載部 裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤(pán) 裝運(yùn)能力 180m3/h 鏟板寬度 2.5m/2.8m 鏟板臥底深度 250mm 鏟板抬起 360mm 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速 30r/min 四、刮板輸送機(jī) 運(yùn)輸形式 邊雙鏈刮板 槽 寬 510mm 龍門(mén)寬度 350mm 鏈 速 0.93m/s 錨鏈規(guī)格 18×64mm 張緊形式 黃油缸張緊 五、行走部 行走形式 履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)) 行走速度 工作3m/min，調(diào)動(dòng)6m/min 接地長(zhǎng)度 2.5m 制動(dòng)形式 摩擦離合器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 黃油缸張緊 六、液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力： 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 裝載回路 14MPa 輸送機(jī)回路 14MPa 轉(zhuǎn)載機(jī)回路 14MPa 錨桿鉆機(jī)回路 ≤10MPa 系統(tǒng)總流量 450L/min 泵站電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào) YB250M—4 功 率 55kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 63/50/40ml/r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r 錨桿泵站電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào) YB160L—4 功 率 15kW 轉(zhuǎn) 速 1470r/min 錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32/32ml/r 油箱： 有效容積 610L 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量： 8個(gè) 七、噴霧冷卻系統(tǒng) 滅塵形式 內(nèi)噴霧、外噴霧 供水壓力 3MPa 外噴霧壓力 1.5MPa 流 量 63L/min 冷卻部件 切割電動(dòng)機(jī)、油箱 八、電器系統(tǒng) 供電電壓 660/1140V 總 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型 控 制 箱 本質(zhì)安全型 1.4履帶式掘進(jìn)機(jī)在半煤巖工作條件下應(yīng)用設(shè)計(jì)要求 懸臂式掘進(jìn)機(jī)由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。其基本結(jié)構(gòu)形式為：切割機(jī)構(gòu)分為縱軸式和橫軸式；行走機(jī)構(gòu)為履帶式；裝運(yùn)機(jī)構(gòu)為耙爪式接中間刮板輸送機(jī)。掘進(jìn)機(jī)應(yīng)設(shè)有支護(hù)用的托梁裝置，行走機(jī)構(gòu)和裝運(yùn)機(jī)構(gòu)均能正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的管件、閥類(lèi)等布置合理，安裝可靠，整機(jī)各部件皮符合解體拆裝下井運(yùn)輸要求。 設(shè)計(jì)、試驗(yàn)要求：切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)齒輪箱的傳動(dòng)零件，其強(qiáng)度安全系數(shù)不小于2。刮板鏈的靜強(qiáng)度安全系數(shù)的選擇不應(yīng)小于4.0．圓環(huán)鏈的拉伸強(qiáng)度指標(biāo)為C級(jí)。齒輪箱的耐久性試驗(yàn)，在額定載荷和轉(zhuǎn)速下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)．切割和裝運(yùn)齒輪箱不少于1000 h，行走齒輪稻正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)不得少于400 h。受動(dòng)載荷大的聯(lián)接螺拴，應(yīng)有可靠的防松裝置。履帶接地長(zhǎng)度相中心距之比．一般不大于1．6，履帶公稱(chēng)接地比壓不大于0.14MP，對(duì)軟底板要有適應(yīng)性，履帶上如果有支重輪每個(gè)支重輪應(yīng)能承受50％的整機(jī)重量。內(nèi)噴霧系統(tǒng)額定壓力不低于3MPa，外噴霧系統(tǒng)額定壓力不低于1．5MPa。要求掘進(jìn)機(jī)實(shí)測(cè)重心與設(shè)計(jì)重心在縱、橫兩方向上的誤差不大于25mm。實(shí)測(cè)重量誤差不大于設(shè)計(jì)重量的5％。 在安全保護(hù)方面要求：掘進(jìn)機(jī)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和使用，應(yīng)符合含有瓦斯、煤塵或其他爆炸性混合氣體中作業(yè)要求、符合《煤礦安全規(guī)程》以及《煤礦井下1140 v電氣設(shè)備安全技術(shù)和運(yùn)行的暫行規(guī)定》。所有電氣設(shè)備均應(yīng)取得防爆檢驗(yàn)合格證，掘進(jìn)機(jī)設(shè)有啟動(dòng)報(bào)警裝置，啟動(dòng)前必須發(fā)出警報(bào)，掘進(jìn)機(jī)必須裝有前后照明燈。掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)中應(yīng)設(shè)有制動(dòng)系統(tǒng)和必要的防滑保護(hù)裝置，切割機(jī)構(gòu)和裝運(yùn)機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有過(guò)載保護(hù)裝置，還應(yīng)有切割臂與鏟板的防干涉裝置。油泵和切割機(jī)構(gòu)之間、轉(zhuǎn)載機(jī)和裝運(yùn)機(jī)構(gòu)之間的開(kāi)、停順序，在電控系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有閉鎖裝置。液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有過(guò)濾裝置，還應(yīng)設(shè)壓力、油溫、油位顯示或保護(hù)裝置。電控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)緊急切斷和閉鋇裝置，在司機(jī)座另一側(cè)，還應(yīng)裝有緊急停止按鈕。內(nèi)外噴霧系統(tǒng)中要裝設(shè)過(guò)濾保護(hù)裝置。 使用性能要求：掘進(jìn)機(jī)各部件運(yùn)轉(zhuǎn)乎穩(wěn)，懇臂擺動(dòng)靈活，在規(guī)定煤巖特性條件下進(jìn)行切割時(shí)，截齒損耗宰正常，切割頭上裁齒排列合理、更換方便，同一類(lèi)截齒應(yīng)具有互換性。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)及履帶機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件、齒輪箱必須有可靠性高、壽命長(zhǎng)的防水密封。履帶的牽引力應(yīng)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)坡度上工作和轉(zhuǎn)向要求．中間刮板輸送機(jī)鏈條應(yīng)具有可伸縮調(diào)整裝置，刮板鏈與鏈輪正常嚙合，不得出現(xiàn)跳鏈、掉鏈、卡鏈現(xiàn)象。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)耙爪下平面與鏟板之間有間隙，不得接觸摩擦。各操作手柄、按鈕、族鈕、動(dòng)作靈活、可靠、方便。齒輪箱在運(yùn)轉(zhuǎn)中各密封端蓋、出軸密封、箱體結(jié)合面等處均不得有滲漏現(xiàn)象。齒輪箱、液壓系統(tǒng)和軸承等．必須按設(shè)計(jì)要求注入規(guī)定牌號(hào)的潤(rùn)滑油和油脂，不得滲合使用。掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)，各齒輪箱最高溫度不得超過(guò)95℃，液壓油箱中的油溫不應(yīng)超過(guò)70℃．掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時(shí)，司機(jī)座位處空氣中粉塵濃度應(yīng)＜10mg／m3，司機(jī)處綜合噪聲值不大于90dB(A)。掘進(jìn)機(jī)除手柄、按鈕、滑道等表面外，均應(yīng)采取防銹措施。 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1掘進(jìn)機(jī)總體結(jié)構(gòu)布置 機(jī)器的總體布置．關(guān)系到整機(jī)的性能、質(zhì)量和整機(jī)的合理性。也關(guān)系到操作方便、工作安全和工作效率。因此，總體布置是總體設(shè)計(jì)中極為重要的內(nèi)容。 (1)切割機(jī)構(gòu)由懸臂和回轉(zhuǎn)臺(tái)組成，位于機(jī)器前上部，懸臂能上下、左右回轉(zhuǎn)； (2)裝載鏟板是在機(jī)器下部前方，后接中間刮板運(yùn)輸機(jī)，兩者組成裝運(yùn)機(jī)構(gòu)，貫穿掘進(jìn)機(jī)的縱向軸線(xiàn)； (3)考慮掘進(jìn)機(jī)的橫向穩(wěn)定平衡，主要部件按掘進(jìn)機(jī)縱向平面對(duì)稱(chēng)布置，電控箱、液壓裝置分別裝在運(yùn)輸機(jī)兩側(cè)； (4)為保證作業(yè)的穩(wěn)定性，履帶位于機(jī)器的下部?jī)蓚?cè)，前有落地鏟板，后有穩(wěn)定器支撐，整個(gè)機(jī)器的重心在履帶接地面積的形心面積范圍內(nèi)； (5)為了保護(hù)司機(jī)安全，同時(shí)又便于觀察、操作，將司機(jī)位置在機(jī)器后部右側(cè)； (6)由于掘進(jìn)機(jī)是地下巷道作業(yè)，所以整個(gè)機(jī)器呈長(zhǎng)條形，而且機(jī)身越矮機(jī)器越穩(wěn)定。 2.2掘進(jìn)機(jī)各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1截割部 截割部又稱(chēng)工作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要又截割電機(jī)、叉形架、二級(jí)行星減速器、懸臂段、截割頭組成。 圖2-1截割部 截割部為二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。由120kW水冷電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，進(jìn)齒輪連軸節(jié)傳至二級(jí)行星減速器，經(jīng)過(guò)懸臂段主軸，將動(dòng)力傳給截割頭，從而達(dá)到破碎煤巖的目的。 2.2.2裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖2-2，主要由鏟板及左右對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)裝置組成，通過(guò)低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤(pán)向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目的。本次設(shè)計(jì)采用的是2.5m寬的鏟板。 圖2-2裝載部 裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過(guò)一對(duì)銷(xiāo)軸和鏟板的左右升降油缸鉸接于主機(jī)架上，在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷(xiāo)軸上下擺動(dòng)。當(dāng)機(jī)器截割煤巖時(shí)，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機(jī)器的截割穩(wěn)定行。 2.2.3刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-3，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等組成。 圖2-3刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)位于機(jī)器中部，前端與主機(jī)架和鏟板鉸接，后部托在機(jī)架上。機(jī)架在該處設(shè)有可拆裝的墊片，根據(jù)需要，刮板輸送機(jī)后部可墊高，增加刮板輸送機(jī)的卸載高度。 刮板輸送機(jī)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，刮板鏈條的張緊是通過(guò)在輸送機(jī)尾部的張緊脂油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2.2.4行走部 行走部的設(shè)計(jì)見(jiàn)第三章的介紹 2.2.5機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái) 機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的骨架，它承受來(lái)自截割、行走和裝載的各種載荷。機(jī)器中的各個(gè)部件均用螺栓、銷(xiāo)軸及止口與機(jī)架聯(lián)接，機(jī)架為組焊件。結(jié)構(gòu)如圖2-4 回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于支承，聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)臺(tái)座在機(jī)架上，通過(guò)大型回轉(zhuǎn)軸承用于止口、36個(gè)高強(qiáng)度螺栓與機(jī)架相聯(lián)。工作時(shí)，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)水平擺動(dòng)。截割機(jī)構(gòu)的升降是通過(guò)回轉(zhuǎn)臺(tái)支座上左、右耳軸鉸接相連的兩個(gè)升降油缸實(shí)現(xiàn)的。 1——十字構(gòu)件；2——盤(pán)形支座；3——圓盤(pán)止推軸承；4——球面滾子軸承；5——漲套連軸器；6——回轉(zhuǎn)齒輪；7——切割臂基座；8——升降油缸；9——支承法蘭；10——水平回轉(zhuǎn)油缸；11——齒條；12——長(zhǎng)軸 圖2-4 回轉(zhuǎn)臺(tái) 2.2.6液壓系統(tǒng) 本機(jī)除截割頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，其余各部分采用液壓傳動(dòng)。系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖2-5 圖2-5 液壓系統(tǒng)圖 2.2.7電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由前級(jí)饋電開(kāi)關(guān)、KXJ250/1140EB型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)機(jī)用電控箱、CZD14/8型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱、XEFB—36/150隔爆型蜂鳴器、DGY—60/36型隔爆照明燈、LA810—1型隔爆急停按鈕、KDD2000型瓦斯斷電儀以及驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的防爆電動(dòng)機(jī)和連接電纜組成。 第三章 行走部設(shè)計(jì) 3.1行走部設(shè)計(jì)要求 履帶行走部是懸臂式掘進(jìn)機(jī)整機(jī)的支承座，用來(lái)支承掘進(jìn)機(jī)的自重、承受切割機(jī)構(gòu)在工作過(guò)程中所產(chǎn)生的力，并完成掘進(jìn)機(jī)在切割、裝運(yùn)及調(diào)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)。履帶行走機(jī)構(gòu)包括左右行走機(jī)構(gòu)、并以掘進(jìn)機(jī)縱向中心線(xiàn)左右對(duì)稱(chēng)。履帶行走機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶架、支重輪、履帶鏈及驅(qū)動(dòng)裝置等部件。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與驅(qū)動(dòng)輪相嚙合的履帶有移動(dòng)的趨勢(shì)。但是，因?yàn)槁膸路种c底板間的附著力大于驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支重輪的滾動(dòng)阻力，所以履帶不產(chǎn)生滑動(dòng)，而輪子卻沿著鋪設(shè)的滾道滾動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整臺(tái)掘進(jìn)機(jī)行走。掘進(jìn)機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎方式一般有2種：① 一側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)，另一側(cè)履帶制動(dòng)；②兩側(cè)履帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)，但方向相反?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)將支重輪作成和機(jī)架一體的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且在井下的環(huán)境中它比支重輪可靠性能更高。由于沒(méi)有了支重輪，所以履帶的磨損比較嚴(yán)重，要采用更好的耐磨合金鋼。 掘進(jìn)機(jī)部在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)。它承受切割機(jī)構(gòu)的反力、傾覆力矩及動(dòng)載荷。腰帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)正常運(yùn)行、通過(guò)性能和工作穩(wěn)定性具有重要作用。 履帶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：具有良好的爬坡性能和靈活的轉(zhuǎn)向性能； 兩條履帶分別驅(qū)動(dòng)，其動(dòng)力可選用液壓馬達(dá)或電動(dòng)機(jī)；履帶應(yīng)有較小的接近角和離去角。以減少其運(yùn)行阻力；要注意合理設(shè)計(jì)整機(jī)重心位置。使履帶不出現(xiàn)零比壓現(xiàn)象；履帶應(yīng)有可靠的制動(dòng)裝置，以保證機(jī)器在設(shè)計(jì)的最大坡度工作不會(huì)下滑。 3.2設(shè)計(jì)布置傳動(dòng)方案 參照EBJ-120TP型掘進(jìn)機(jī)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)布置，分別驅(qū)動(dòng)。各由10個(gè)高強(qiáng)螺栓與機(jī)架相聯(lián)。左右履帶行走機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)經(jīng)一級(jí)圓柱齒輪和3K行星齒輪傳動(dòng)減速后將動(dòng)力傳給主動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。本次的設(shè)計(jì)采用的是直聯(lián)高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比比較大。對(duì)減速的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。現(xiàn)在以左行走機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明其結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)。左行走機(jī)構(gòu)由導(dǎo)向張緊裝置，左履帶架，履帶鏈，左行走減速器，液壓馬達(dá)，摩擦片式制動(dòng)器等組成。摩擦片式制動(dòng)器為彈簧常閉式，當(dāng)機(jī)器行走時(shí)，泵站向行走液壓馬達(dá)供油的同時(shí)，向摩擦片式制動(dòng)器提供壓力油推動(dòng)活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動(dòng)器解除制動(dòng)。 由于空間和安裝方式的限制，本次減速器的設(shè)計(jì)采用一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)和3k（Ⅱ）型行星傳動(dòng)。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)第四章 3.3行走部各部分的具體設(shè)計(jì) 3.3.1履帶的設(shè)計(jì) 1）接地長(zhǎng)度的計(jì)算確定 （3-1） 式中 p——掘進(jìn)機(jī)的平均接地比壓； /MPa； G——掘進(jìn)機(jī)整機(jī)的重力；/N； B——履帶板寬度；/mm； L——履帶接地長(zhǎng)度；/mm 平均接地比壓主要是根據(jù)底板巖石條件選取，對(duì)于遇水軟化的底板，取較小值，對(duì)于底板較硬，遇水不軟化的底板取較大值。在設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，推薦平均接地比壓p≤0．14 MPa。 掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)質(zhì)量為35噸，履帶的寬度選擇為500 mm。 根據(jù)公式（3-1），可以得出： 圖3-1履帶板 2） 選取履帶板的節(jié)距 選取履帶板（如圖3-1）的節(jié)距， 整體式履帶板基本尺寸應(yīng)符合下表（3-1）的規(guī)定。 表（3-1） 單位mm 3.3.2液壓馬達(dá)及電機(jī)選擇 1）單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)牽引力的計(jì)算確定。 履帶行走機(jī)構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿(mǎn)足掘進(jìn)機(jī)在最大設(shè)計(jì)坡度上作業(yè)、爬坡和在水平路面上轉(zhuǎn)彎等工況的要求，最大牽引力應(yīng)小于在水平路面履帶的附著力。一般情況下，履帶行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎不與掘進(jìn)機(jī)作業(yè)、爬坡同時(shí)進(jìn)行，而掘進(jìn)機(jī)在水平地面轉(zhuǎn)彎時(shí)，單側(cè)履帶的牽引力為最大，故單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力的計(jì)算以平地轉(zhuǎn)彎時(shí)的牽引力為計(jì)算的依據(jù)。 （3-2） 其中 （3-3） 式中 T1——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力，kN； R1——單側(cè)履帶對(duì)地面的滾動(dòng)阻力，kN； f——履帶與地面之間滾動(dòng)阻力因數(shù)，0.08～0.1； μ——履帶與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力因數(shù)，0.8～1.0； n——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶行走機(jī)構(gòu)接地形心的縱向偏心距離，mm； G1——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)承受的掘進(jìn)機(jī)的重力，kN。 B———左右兩條履帶的中心距，mm。 f取0.1，由公式（3-3）： μ取0.9，n取440mm，B取150mm,代入公式（3-2）： 表3-2 附著系數(shù)數(shù)值 根據(jù)單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力心須大于或等于各阻力之和，但應(yīng)小于或等于單側(cè)履帶與地面之間的附著力。，由表（3-2）得附著系數(shù)值選取0.7。 符合。 2） 單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)輸入功率的計(jì)算確定 （3-4） 式中 P——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的輸入功率，kW； V——履帶行走機(jī)構(gòu)工作時(shí)的行走速度，m／s； η1——履帶鏈的傳動(dòng)效率。有支重輪時(shí)取0．89～0．92，無(wú)支重輪時(shí)取0．71～0．74； η2——驅(qū)動(dòng)裝置減速器的傳動(dòng)效率，％。 在最大速度的情況下計(jì)算，V=6m/min=0.1m/s，η1取0.9，η2取0.75，根據(jù)公式（3-4）： 3）液壓馬達(dá)選型 基本型號(hào): MFB29 幾何排量/(mL/r): 61.6 最高轉(zhuǎn)速/(r/min): 2400 最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速/(r/min): 50 最高工作壓力/MPa: 20.7 最大輸出轉(zhuǎn)矩/N·m: 178 重量/kg: 29 4）泵站電機(jī)的功率選擇 行走需要電動(dòng)機(jī)的功率為Pn Pn=2P/ηv1ηv2ηj （3-5） 式中 P——單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)的輸入功率，kW； ηv1——液壓馬達(dá)的效率，%； ηv2——液壓泵的效率，%； ηj——功率傳輸?shù)膿p失，%； ηv1、ηv1取0.9，ηj取0.95,根據(jù)公式（3-5）： 電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YB250M—4，功率為55kW,轉(zhuǎn)動(dòng)速度為1470r/min。 3.3.3鏈輪的設(shè)計(jì) 鏈輪的節(jié)距已確定。齒數(shù)就要決定鏈輪的直徑大小。安裝在后驅(qū)動(dòng)架上就會(huì)影響到接地角和離去角，把原有設(shè)計(jì)的8個(gè)齒改成9齒，減小了接地角。使行走部前進(jìn)與后退時(shí)的受力不均的確點(diǎn)減輕。 （3-6） （3-7） （3-8） 式中 ——分度圓直徑，mm； ——鏈輪的齒數(shù)； ——齒頂圓直徑，mm； ——齒根圓直徑，mm； ——兩個(gè)履帶的厚度，mm。 將z=9，p=160帶入（3-6）、（3-7）、（3-8）三個(gè)公式： 圓整為，，。 3.3.4履帶架及導(dǎo)向輪和張緊裝置 1）履帶架的地板長(zhǎng)度要能保證15～16個(gè)履帶板和地面接觸，在這個(gè)設(shè)計(jì)中履帶架是承擔(dān)了負(fù)重輪的功能的。履帶架要保證導(dǎo)向輪和傳動(dòng)鏈輪的安裝以及保證履帶能在上面運(yùn)動(dòng)。履帶架見(jiàn)圖3-2。 圖3-2履帶架 2）導(dǎo)向輪是用來(lái)保證掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)彎的一種裝置，張緊裝置是用來(lái)調(diào)整履帶的松緊程度的，其設(shè)計(jì)如圖3-3 圖3-3 導(dǎo)向張緊裝置 第四章 減速器設(shè)計(jì) 4.1減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)及傳動(dòng)比分配 考慮到該減速器用于行走機(jī)構(gòu)上。由于懸臂式的安裝方式，和狹窄的安裝空間的限制。在體積上有所限制。再除掉馬達(dá)占用的空間，留給減速器的空間比較小。減速器采用的：一級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)和3K（Ⅱ）型行星傳動(dòng)。恰好解決了安裝方式和安裝空間的問(wèn)題。傳動(dòng)示意圖如下圖4-1 圖4-1 傳動(dòng)示意圖 1）液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的計(jì)算 在高速行走的時(shí)候，液壓馬達(dá)由兩個(gè)63液壓泵提供液壓油分別驅(qū)動(dòng)左右行走部的液壓馬達(dá)，液壓泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和泵站電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相同。 （4-1） ，，帶入（4-1） 液壓馬達(dá)有 （4-2） ，帶入（4-2） 2）鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的計(jì)算 計(jì)算掘進(jìn)機(jī)調(diào)動(dòng)速度時(shí)的鏈輪轉(zhuǎn)速 （4-3） 式中 V——機(jī)器的調(diào)動(dòng)速度，m/min； z——鏈輪的齒數(shù)； p——履帶節(jié)距，mm。 將，，帶入公式（4-3），則得 3）減速比計(jì)算 減速比計(jì)算公式為： （4-4） 由前面可以知道，，帶入公式（4-4），則得 所以減速器的總傳動(dòng)比要為292.3。 4.2一級(jí)圓柱直齒輪的設(shè)計(jì) 4.2.1各齒數(shù)選擇 分配傳動(dòng)比 一級(jí)傳動(dòng)兩齒輪齒數(shù)分別是23、50 4.2.2模數(shù)選擇 1) 選擇齒輪材料 大、小齒輪均選用35CrMo 表面淬火 2）按齒面彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 ①齒輪精度等級(jí) 首先估算 （4-5） 精度等級(jí)確定為7級(jí) ②確定計(jì)算負(fù)載 一級(jí)圓柱齒輪副名義轉(zhuǎn)矩按下面公式計(jì)算。 （4-6） 將，代入公式（4-6）得名義轉(zhuǎn)矩： ③確定模數(shù) 按照齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)公式確定起模數(shù)； （4-7） 式中 ——算式系數(shù)，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)為12.6，斜齒輪傳動(dòng)為11.5； ——小齒輪承受的扭矩，N·mm； ——載荷系數(shù)； ——齒輪寬度系數(shù)； ——齒輪副中小齒輪齒數(shù)； ——試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，N/mm2； ——載荷作用于齒頂時(shí)的小齒輪齒形系數(shù)； ——外齒輪應(yīng)力修正系數(shù)； 查相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以得到 =12.6；=146N·m；=1.5；=0.4 =23；=440 N/mm2；=2.7；=1.56 代入公式（4-7）計(jì)算 由于用于工作條件惡劣的環(huán)境，取模數(shù) 4.2.3幾何尺寸計(jì)算 該配對(duì)齒輪幾何尺寸一覽表： 表4-1 項(xiàng)目 計(jì)算公式 分度圓d/mm 92 200 齒頂圓da/mm 100 208 齒根圓df/mm 82 190 中心距a/mm 146 齒寬b/mm 45 40 其中：＝1，＝0.25； 4.2.4嚙合要素的驗(yàn)算 一級(jí)齒輪傳動(dòng)的重合度； 查外嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)重合度圖表；得 ；； ； 4.2.5齒輪彎曲強(qiáng)度校核 對(duì)于用在掘進(jìn)機(jī)行走部的減速器短期間斷工作特點(diǎn)，齒輪只需要校核齒根彎曲強(qiáng)度，按下列公式驗(yàn)算 （4-8） （4-9） 式中 ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的使用系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的動(dòng)載荷系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù)； ——齒根應(yīng)力的基本值，N/mm2,大小齒輪應(yīng)分別確定； ——載荷作用于齒頂時(shí)的齒形系數(shù)； ——載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)； ——工作齒寬，mm；如果大小齒輪寬度不同時(shí)，寬齒輪的計(jì)算工作齒寬不應(yīng)大于窄輪齒寬在加上一個(gè)模數(shù)mn； ——模數(shù)，mm； 許用齒根應(yīng)力可按下式計(jì)算，對(duì)大小齒輪要分別確定 （4-10） 式中 ——試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限，N/mm2； ——試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的壽命系數(shù)； ——相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的尺寸系數(shù)； ——相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。 1）名義切向力Ft 前面我們已經(jīng)得到 2）相關(guān)系數(shù) a.使用系數(shù) 使用系數(shù)按中等沖擊取 b.動(dòng)載荷系數(shù) 先要計(jì)算a輪相對(duì)于轉(zhuǎn)臂的速度，可由下式得到 （4-11） 式中 ——小齒輪的分度圓直徑，mm； ——小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，r/min； 將mm，(r/min)代入公式（4-11） 齒輪為7級(jí)精度，即精度系數(shù)C=7；查圖得： c.齒向載荷分布系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù)可按下式計(jì)算 （4-12） (4-13) 則得 d.齒間載荷分配系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù)查表可得=1.1 e.齒形系數(shù) 齒形系數(shù)由圖可得， f.應(yīng)力修正系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù)由圖可得, g.重合度系數(shù) 重合度系數(shù)可按下面的公式計(jì)算 （4-14） 取=1.5，代入（4-14），則得 h.螺旋角系數(shù) 螺旋角系數(shù)查相關(guān)圖為=1 i.齒寬b 尺寬 3）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力 4）計(jì)算彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)S (4-15) 已經(jīng)知道=440 N/mm2（參考[13]171～174頁(yè)） 應(yīng)力系數(shù)，按給定的區(qū)域圖取時(shí)，取=2。 壽命系數(shù) 根據(jù)要求，減速器的壽命為t=4000 h，可得 由下式計(jì)算 齒根圓角敏感系數(shù)查得為=1 相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)按照下式計(jì)算 （4-16） 取齒根表面微觀不平度Rz=12.5μm，代入式（4-16），可得 尺寸系數(shù) =1.05-0.01m=1.05-0.01×5=1 將上面的所得的數(shù)據(jù)代入公式（4-15），則得 安全系數(shù)、均滿(mǎn)足較高可靠度時(shí)最小安全系數(shù)的要求。這對(duì)齒輪彎曲強(qiáng)度校驗(yàn)合格。 4.3第二級(jí)3K(Ⅱ)型行星齒輪減速器的設(shè)計(jì) 已知：行星傳動(dòng)的輸入功率。 輸入轉(zhuǎn)速 分配給3k（Ⅱ）行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比： 4.3.1配齒計(jì)算部分 根據(jù)3k（Ⅱ）行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比公式： （4-17） 再根據(jù)其裝配條件，即保證各行星輪能勻稱(chēng)裝入時(shí)，中心輪a、e和b之間的條件： （4-18） （4-19） 式中。 由公式（4-17）可知，要傳動(dòng)比值比較大，而且結(jié)構(gòu)緊湊，就盡量使與的差值取小些，但從滿(mǎn)足裝配條件看，與最小差值應(yīng)滿(mǎn)足： （4-20） 將代入傳動(dòng)比公式（4-17），經(jīng)整理化簡(jiǎn)后可得齒數(shù)的一元二次方程 （4-21） 則可結(jié)得 （4-22） 則由公式（4-20）可求得，即 （4-23） 如果為偶數(shù)，則可按下式計(jì)算，即 如果為奇數(shù)，即在采用角度變位的行星傳動(dòng)中，則可按下面的公式計(jì)算 （4-24） 一般選取行星輪數(shù)，再取太陽(yáng)輪a的齒數(shù)=15。 則由公式（4-22）得=69，再由公式（4-23）得=72，因?yàn)?為奇數(shù)72-15=57，再由公式（4-24）得=28 驗(yàn)算傳動(dòng)比，允許其傳動(dòng)誤差為 （4-25） 式中 ； ； 。 3k（Ⅱ）型傳動(dòng)的各齒輪的齒數(shù)列表如下 15 69 72 28 帶入公式（4-17） 傳動(dòng)比。得完全符合傳動(dòng)要求。 引入一級(jí)直齒圓柱齒輪累計(jì)傳動(dòng)誤差計(jì)算如下： 實(shí)際上的速度誤差非常小，合乎要求。 4.3.2初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 齒輪材料和熱處理的選擇： 中心輪a和行星輪c采用20CrMnTi，滲碳淬火。齒面硬度58～62HRC取。和中心輪a和行星輪c的加工精度7級(jí)； 內(nèi)齒輪b和c均采用20CrNi3，齒面滲碳淬火，硬度 HRC=56～62 ，，內(nèi)齒輪b和e的加工精度7級(jí)。 按照齒根彎曲強(qiáng)度條件的設(shè)計(jì)公式確定模數(shù)； （4-26） 式中 ——算式系數(shù)，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)為12.1 ——小齒輪承受的扭矩，N·mm； ——綜合系數(shù)； ——彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)； ——齒輪寬度系數(shù)； ——齒輪副中小齒輪齒數(shù)； ——試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，N/mm2； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的使用系數(shù)； ——載荷作用于齒頂時(shí)的小齒輪齒形系數(shù)； 3K（Ⅱ）型傳動(dòng)有三個(gè)嚙合齒輪副：，，。 先按照高速級(jí)齒輪副進(jìn)行模數(shù)的初算。 將，代入公式（4-6） 又有 查相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以得到； =340 N/mm2； 齒形系數(shù)=2.67； 綜合系數(shù)=1.8； 取接觸強(qiáng)度計(jì)算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)=1.2，由公式，所以； 齒寬系數(shù)選； 將上面得到的數(shù)據(jù)代入公式（4-26），可以得到： 取模數(shù)為m=4mm。 4.3.3嚙合參數(shù)計(jì)算 該行星減速器具有三個(gè)嚙合齒輪副：，，各齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距為： mm mm mm 由此可見(jiàn)，三個(gè)齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距均不相等，且有。＞＞因此，該行星齒輪傳動(dòng)不能滿(mǎn)足非變位的同心條件。為了使該行星傳動(dòng)既能滿(mǎn)足給定的傳動(dòng)比i=134.4的要求,又能滿(mǎn)足嚙合傳動(dòng)的同心條件，即應(yīng)使各齒輪副的嚙合中心距相等，則必須對(duì)該3Z(Ⅱ)型行星傳動(dòng)進(jìn)行角度變位。 根據(jù)各標(biāo)推中心距之間的關(guān)系＞＞現(xiàn)選取其嚙合中心距為==88mm作為各齒輪副的公用中心距值。 已知 和，，及壓力角，計(jì)算該3Z(Ⅱ)型行星傳動(dòng)角度坐位的嚙合參數(shù)。 計(jì)算公式： (4-27) (4-28) (4-29) (4-30) 項(xiàng)目 a-c b-c e-c 中心距變?yōu)橄禂?shù) 嚙合角 變位系數(shù)和 齒頂高變位系數(shù) 重合度 注：公式中“”號(hào)，外嚙合取“+”，內(nèi)嚙合取“-” 具體計(jì)算過(guò)程：確定各齒輪的變位系數(shù)x。 1) a-c 齒輪副 在a-c 齒輪副中，由于中心輪a的齒數(shù)；和中心距。由此可知，該齒輪副的變位目的是避免小齒輪a產(chǎn)生根切、湊合中心距和改善嚙合性能。其變?yōu)槲环绞綉?yīng)采用角度變位的正傳動(dòng)．即 當(dāng)齒頂高系數(shù)，壓力角時(shí)，避免根切的最小變位系數(shù)為 按下面公式可求得中心輪a的變位系數(shù)為 按下面公式可得行星輪c的變位系數(shù)為 2)b-c齒輪副 在b-c齒輪副中：，和。據(jù)此可知，該齒輪副的變位目的是為廣湊合中心距和改善嚙合性能。故其變位方式也應(yīng)采用角度變位的正傳動(dòng)，即 。 現(xiàn)己知其變位系數(shù)和=1.8377，＝0.2645，則可得內(nèi)齒輪b的坐位系數(shù)為=+=1.8377+0.2645=2.1022。 3)e-c齒輪副 在e-c齒輪副中，，和由此可知，該齒輪副的變位目的是為了改善嚙合性能和修復(fù)嚙合齒輪副。故其變位方式應(yīng)采用高度變位，即，。則可得內(nèi)齒輪e的變位系數(shù)為 4.3.4幾何尺寸計(jì)算 對(duì)于該3k（Ⅱ）型行星齒輪傳動(dòng)可按下表中的計(jì)算公式進(jìn)行其幾何尺寸的計(jì)算。各齒輪副的幾何尺寸的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 項(xiàng)目 計(jì)算公式 a-c b-c e-c 變位系數(shù) 分度圓直徑 基圓直徑 節(jié)圓直徑 齒頂圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 齒根圓直徑 外嚙合 內(nèi)嚙合 用插齒刀加工； ① 注：1.表內(nèi)的公式中，為插齒刀的齒頂圓直徑；為插齒刀與被加工齒輪之間的中心距。 2.表中的徑向間徑，其中， 3. ① 用插齒刀加工內(nèi)齒輪，其齒根圓直徑的計(jì)算。 已知模數(shù)，插齒刀齒數(shù)，齒頂高系數(shù) ，變位系數(shù)（中等磨損程度)。齒根圓直徑按下式汁算，即 (4-31) 式中 ——插齒刀的齒頂圓直徑； ——插齒刀與被加工內(nèi)齒輪的中心距。 內(nèi)齒輪采用插齒加工，現(xiàn)對(duì)內(nèi)嚙合齒輪副b—c和e—c分別計(jì)算如下： 1）b-c內(nèi)嚙合齒輪副（，）。 查表得 加工中心距為 （mm） 按公式計(jì)算內(nèi)齒輪b齒根圓直徑為 2）e-c內(nèi)嚙合齒輪副（，）。 仿上面計(jì)算， 查表得：。 加工中心距為 （mm） 按公式計(jì)算內(nèi)齒輪e齒根圓直徑為 （mm） 4.3.5裝配條件的驗(yàn)算 對(duì)于所設(shè)計(jì)的上述行星齒輪傳動(dòng)應(yīng)滿(mǎn)足如下的裝配條件。 1)鄰接條件 按下公式驗(yàn)算其鄰接條件，即 將已知的、、值代入上式，則得 (mm) 即滿(mǎn)足鄰接條件。 2)同心條件 按以下公式驗(yàn)算該3k(Ⅱ)型行星傳動(dòng)的同心條件，即 (4-32) 各齒輪副的嚙合角為、和；且知、、和代人上式，即得 則滿(mǎn)足同心條件。 3） 安裝條件 按下面公式驗(yàn)算其安裝條件，即得 所以，滿(mǎn)足其安裝條件。 4.3.6傳動(dòng)效率的計(jì)算（附整體減速器效率計(jì)算） 由幾何尺寸計(jì)算結(jié)果可知，內(nèi)齒輪b的節(jié)圓直徑大于內(nèi)齒輪的節(jié)圓直徑，故該3k(Ⅱ)型行星傳動(dòng)的傳動(dòng)效率認(rèn)可采用下面公式進(jìn)行汁算，即 (4-33) 已知， 其嚙合損失系數(shù) (4-34) 和按照下列公式計(jì)算。 (4-35) (4-36) 取輪齒的嚙合摩擦因數(shù)，且將、、和代入上式，可得 即有 所以，其傳動(dòng)效率為 引入第一級(jí)直齒圓柱齒輪，總的傳動(dòng)效率 可見(jiàn)，該減速器的傳動(dòng)效率較高，可以滿(mǎn)足短期間斷工作方式的使用要求。 4.3.7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)3k(Ⅱ)型行星傳動(dòng)的工作待點(diǎn)、傳遞功率的大小和轉(zhuǎn)速的高低等情況，對(duì)其進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先應(yīng)確定中心輪(太陽(yáng)輪)a的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗闹睆捷^?。裕? 輪a應(yīng)該采用齒輪軸的結(jié)構(gòu)型式；即將中心輪a與輸入鉑連成一個(gè)整體。且按該行星傳動(dòng)的輸入功率P和轉(zhuǎn)速n初步估算輸入軸的直徑，同時(shí)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了便于軸上零件的裝拆，通常將軸制成階梯形?？傊?，在滿(mǎn)足使用要求的情況下，軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡(jiǎn)單，以便于加工制造。 內(nèi)齒輪b采用了彈性銷(xiāo)的均載機(jī)構(gòu)進(jìn)行浮功。通過(guò)其彈性銷(xiāo)把內(nèi)齒輪b與箱體內(nèi)壁連接起來(lái)，從而可以將其固定。內(nèi)內(nèi)齒輪e采用了通過(guò)漸開(kāi)線(xiàn)花鍵聯(lián)接輸出軸。 行星輪采用了中空的結(jié)構(gòu)，齒寬b應(yīng)當(dāng)比較大；以便保證該行星輪c與中心輪a的嚙合良好．同時(shí)還應(yīng)保證其與內(nèi)齒輪b和c相嚙合。在每個(gè)行星輪的內(nèi)孔中，穿入一根軸。而行星輪中空軸在安裝到轉(zhuǎn)臂h的側(cè)板上之后，還采用了擋圈進(jìn)行限位，進(jìn)而軸向固定c齒輪 出于該3k型行星傳動(dòng)的行星架h個(gè)承受外力矩，也不是行星傳動(dòng)的輸入或輸出構(gòu)件；而且還具有＝3個(gè)行星輪。因此．其轉(zhuǎn)臂x采用了雙側(cè)板整體式的結(jié)構(gòu)型式 結(jié)構(gòu)如圖4-2所示 圖4-2 行星架 轉(zhuǎn)臂h可以采用兩個(gè)調(diào)心滾子軸承，支承在中心輪a的軸上。中心輪a齒輪軸通過(guò)向心軸承，一端支承在輸出軸的內(nèi)孔中，另一端支承在箱體上。 轉(zhuǎn)臂h上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線(xiàn)的中心距極限偏差可按公式計(jì)算。現(xiàn)已知嚙合中心距＝88mm，則得 （mm） 取 各行星輪軸孔的相對(duì)偏差可按公式計(jì)算，即 （mm） 取 轉(zhuǎn)臂x的偏心誤差約為孔距相對(duì)偏差的的1/2，即 在對(duì)所設(shè)計(jì)的行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了其嚙合參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算，驗(yàn)算其裝配條件，且進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后，便可以繪制該行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，如下 圖4-3 行星輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖 4.3.8齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 出于該3k（Ⅱ）型行星齒輪傳動(dòng)具有短期間斷的工作特點(diǎn)，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、外廓尺寸小和傳動(dòng)比大的特點(diǎn)。針對(duì)其工作特點(diǎn)，只需按其齒根彎曲應(yīng)力的強(qiáng)度條件公式進(jìn)行校核計(jì)算，即 （4-37） （4-38） （4-39） 式中 ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的使用系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的動(dòng)載荷系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的齒間載荷分配系數(shù)； ——齒根應(yīng)力的基本值，N/mm2,大小齒輪應(yīng)分別確定； ——載荷作用于齒頂時(shí)的齒形系數(shù)； ——載荷作用于齒頂時(shí)的應(yīng)力修正系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)； ——計(jì)算彎曲強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)； ——彎曲強(qiáng)度的行星齒輪間載荷不均勻系數(shù) ——工作齒寬，mm；如果大小齒輪寬度不同時(shí)，寬齒輪的計(jì)算工作齒寬不應(yīng)大于窄輪齒寬在加上一個(gè)模數(shù)mn；