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摘要
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是對(duì)S100掘進(jìn)機(jī)截割部減速器進(jìn)行設(shè)計(jì),提高減速器性能，只使用齒輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比，保證掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的尺寸適應(yīng)掘進(jìn)工作的要求。首先對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行概述，介紹國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，再通過(guò)對(duì)傳動(dòng)比的分配，以及齒輪、軸、軸承的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)齒輪、軸、軸承進(jìn)行校核，最后簡(jiǎn)單說(shuō)明了掘進(jìn)機(jī)的安全和維護(hù)。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，了解到S100掘進(jìn)機(jī)截割能力大，機(jī)體穩(wěn)定性好，運(yùn)行安全可靠等有點(diǎn)，還對(duì)其主要技術(shù)特性，各機(jī)構(gòu)組成，機(jī)械傳動(dòng)有了一定的認(rèn)識(shí)。并對(duì)國(guó)內(nèi)外的掘進(jìn)機(jī)發(fā)展有了一定了解，對(duì)以后的工作有了很大的幫助
關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī) 行星減速器 太陽(yáng)輪 行星輪
Abstract
The design objective is to S100 boring machine cutting department of reducer design and improve performance reducer, use only the drive to achieve the transmission ratio to ensure that boring machine cutting the size adapt to the requirements of tunneling work. First of all the boring machine overview on the state of development at home and abroad, through the re-transmission ratio of distribution, as well as gear, shaft, bearing the calculation method and the check of the gear, shaft, bearings,a simple description of the final boring machine safety and maintenance.
Through this design, that S100 boring machine cutting capacity, the body stable, safe and reliable operation, and so a bit, but also itsmain technical characteristics of the various bodies, mechanical transmission to a certain awareness. I know the development of a certain understanding and the boring machine at home and abroad ,it will give me a great help of work in the future work .
Key words: Cantilevered boring machine Planetary reducer Sun gear Planetary gear
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒 論 3
1.1 掘進(jìn)機(jī)的作用 3
1.2國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展情況 3
1.2.1國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展情況 3
1.2.2國(guó)外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展情況 3
1.2.3我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研制存在的問(wèn)題 3
1.2.4掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3研究的意義 3
第2章 S100型掘進(jìn)機(jī)減速器的方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力裝置的選擇 3
2.1 S100型掘進(jìn)機(jī)功率的傳動(dòng)和截割功率的輸出 3
2.2 S100型掘進(jìn)機(jī)減速器對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 3
2.3電動(dòng)機(jī)的選擇 3
2.4方案分析 3
第3章 S100型掘進(jìn)機(jī)截割部的傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3
3.1 行星減速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
3.1.1 行星減速器齒輪傳動(dòng)比的分配 3
3.1.2 行星減速器齒輪高速級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 3
3.1.3 行星減速器齒輪低速級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 3
3.2 行星減速器輸入輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
3.2.1 行星減速器輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
3.2.2行星減速器輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3
3.3 行星減速器用軸承的校核 3
3.3.1 行星減速器齒輪用軸承的選擇和校核 3
3.3.2行星減速器輸入輸出軸用軸承的選擇 3
第4章 日常檢查及安全維護(hù) 3
4.1日常檢查 3
4.2安全維護(hù) 3
結(jié)論 3
致謝 3
參考文獻(xiàn) 3
附錄1 3
附錄2 3
48
第1章 緒 論
1.1 掘進(jìn)機(jī)的作用
掘進(jìn)機(jī)是全斷面開(kāi)挖隧洞的專(zhuān)用設(shè)備，它利用大直徑轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)上的刀具對(duì)巖石的擠壓、滾切作用來(lái)破碎巖石。美國(guó)羅賓斯公司在1952年開(kāi)始生產(chǎn)第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī)。70年代以后，掘進(jìn)機(jī)有了較快的發(fā)展。開(kāi)挖直徑范圍為1.8-11.5m。在中硬巖中,用掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖80-100 大斷面隧洞，平均掘進(jìn)速度為每月350-400m。美國(guó)芝加哥衛(wèi)生管理區(qū)隧洞和蓄水庫(kù)工程，在石灰?guī)r中開(kāi)挖直徑9.8m的隧洞，最高月進(jìn)尺可達(dá)750m。美國(guó)奧索引水隧洞直徑3.09m,在頁(yè)巖中開(kāi)挖，最高月進(jìn)尺達(dá)2088m。隧洞掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖比鉆爆法掘進(jìn)速度快，用工少，施工安全，開(kāi)挖面平整，造價(jià)低，但機(jī)體龐大，運(yùn)輸不便，只能適用于長(zhǎng)洞的開(kāi)挖，并且本機(jī)直徑不能調(diào)整，對(duì)地質(zhì)條件及巖性變化的適應(yīng)性差，使用有局限性。
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。1985年，中國(guó)引進(jìn)日本三井三池公司S100掘進(jìn)77院進(jìn)行技術(shù)鑒定，轉(zhuǎn)為批量生產(chǎn)，并在1990年獲得國(guó)家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品金獎(jiǎng)，,2003年4月根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)對(duì)原S100進(jìn)行技術(shù)改造，同年生產(chǎn)出新型S100掘進(jìn)機(jī)—S100A。S100A具有連續(xù)切割，裝載，運(yùn)輸?shù)裙δ堋＝馗铑^可以伸縮，伸縮行程510mm；裝載部采用低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)弧齒三齒星輪方式，第一運(yùn)輸機(jī)采用低速大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)雙邊刮板鏈運(yùn)輸方式；行走部采用馬達(dá)加減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，履帶采用套筒滾子鏈，履帶與履帶架之間有支重輪；具有內(nèi)、外噴霧除塵系統(tǒng)；有提高機(jī)器穩(wěn)定性的支撐裝置；電器系統(tǒng)保護(hù)功能齊全，截割電機(jī)為雙電機(jī),可實(shí)現(xiàn)雙電壓供電等特點(diǎn)。
懸臂式掘進(jìn)機(jī)廣泛用于礦山井下巷道掘進(jìn)、交通和水下隧道掘進(jìn)以及其他工程的洞穴開(kāi)掘.在全國(guó)煤礦中,巷道掘進(jìn)量年均600萬(wàn)m,其中機(jī)掘約占400萬(wàn)m.金屬礦、化工礦山巷道掘進(jìn)量年均100萬(wàn)m,機(jī)掘量為零.到2025年,約有13 000-18 000萬(wàn)m的掘進(jìn)工程量.
EBJ-160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)（圖1-1）是中國(guó)自行研制的功率最大、生產(chǎn)能力最高的煤、半煤巖巷道掘進(jìn)機(jī)，對(duì)推動(dòng)煤礦綜合機(jī)械化掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。該機(jī)具有以下突出特點(diǎn)：
1．整機(jī)采用低矮型緊湊結(jié)構(gòu)，總體設(shè)計(jì)合理，構(gòu)思先進(jìn)；
2．截割能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定性好，工作振動(dòng)小，可截割硬度高；
3．截割、行走、裝運(yùn)傳動(dòng)系統(tǒng)承載能力大，工作可靠性高，結(jié)構(gòu)尺寸小，傳動(dòng)平穩(wěn)有力；
4．液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，性能可靠，維護(hù)檢修方便；
5．電機(jī)及電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)，防潮抗震能力強(qiáng)，功能齊全，故障率低，操作方便；
6．截割頭強(qiáng)度高，耐磨性好，截齒消耗。該機(jī)在總體結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)能力，技術(shù)性能和工作可靠性等方面全面完成攻關(guān)項(xiàng)目指標(biāo)，達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平，完全可以替代進(jìn)口機(jī)型。
技術(shù)指標(biāo)：
1．截割斷面9-24m；
2．經(jīng)濟(jì)截割硬度≤f8，最大截割硬度f(wàn)13-f14；
3．總功率80kW，截割功率160kW；
4．爬坡能力＜16；
5．外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)10.95m×2.7(3.5)m×1.5m：
6．總重量約60噸(不含配重)。當(dāng)前，中國(guó)煤礦采掘機(jī)械化比例失調(diào)矛盾十分突出，隨著礦井開(kāi)采深度的加大，難采煤層比例也將逐年增加，在采掘巷道中半煤巖巷比例達(dá)25％，年掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)16O0公里以上目前大量半煤巷巷道仍然采用人工炮掘作業(yè)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度極大，工作環(huán)境惡劣，單頭月進(jìn)尺僅達(dá)100米左右。該機(jī)型的推廣使用將極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，單頭月進(jìn)尺可達(dá)300米以上，并可改善勞動(dòng)環(huán)境。重型掘進(jìn)機(jī)還可在大斷面煤巷掘進(jìn)中使用，生產(chǎn)能力比現(xiàn)有輕型機(jī)提高近一倍。到2000年，全國(guó)建成115對(duì)高產(chǎn)高效礦井，涌現(xiàn)出200個(gè)左右高產(chǎn)隊(duì)組，為保證高產(chǎn)工作面的接續(xù)生產(chǎn)，需要重型掘進(jìn)裝備幾十套以上。EBJ-160重型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平，價(jià)格約為其35％-40％，具有良好的推廣應(yīng)用前景。該機(jī)由具有較高技術(shù)水平的科研院設(shè)計(jì)，大型煤機(jī)企業(yè)制造，已經(jīng)具備一定的批量生產(chǎn)能力，并已取得4-5臺(tái)的訂貨合同或意向合同，能在較短的時(shí)間形成規(guī)模化生產(chǎn)效果。對(duì)現(xiàn)有畸形不斷完善改進(jìn)，并做好售后服務(wù)工作，保證該機(jī)在生產(chǎn)中發(fā)揮出應(yīng)有的生產(chǎn)能力。
圖1-1 EBJ-160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)
1.2國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展情況
1.2.1國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展情況
我國(guó)于1962年開(kāi)始掘進(jìn)機(jī)的研制工作,最初是仿前蘇聯(lián)產(chǎn)品,機(jī)身輕,功率小,性能差,未廣泛應(yīng)用.20世紀(jì)60年代初期到70年代末,這一階段主要是以引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)為主,也定型生產(chǎn)了幾種機(jī)型,在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化、吸收,為我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的第二階段的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ).這一階段掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是:使用范圍越來(lái)越廣,切割能力逐步提高,有切割?yuàn)A巖和過(guò)斷層的能力.
由20世紀(jì)80年代末至今,重型機(jī)型大批出現(xiàn),懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已相當(dāng)先進(jìn),可以根據(jù)礦井生產(chǎn)的不同要求實(shí)現(xiàn)部分個(gè)性化設(shè)計(jì),這一階段的代機(jī)型較多,主要有EBJ型、EL型及EBH型.這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是:設(shè)計(jì)水平較為先進(jìn),可靠性大幅提高,功能更加完善,功率更大,一些高新技術(shù)已用于機(jī)組的自動(dòng)化控制并逐步發(fā)展到全巖巷的掘進(jìn).經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用進(jìn)入了一個(gè)較高的水平,已跨入了國(guó)際先進(jìn)行列,可與國(guó)外的懸臂式掘進(jìn)機(jī)媲美.由于縱軸式掘進(jìn)機(jī)工作中良好的截割性能,整機(jī)調(diào)用靈活和可截割不同巷道斷面的優(yōu)點(diǎn),在鐵道、公路、橋梁、煤礦、金屬礦以及隧道工程中得到廣泛的應(yīng)用,僅全國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦就有各種類(lèi)型掘進(jìn)機(jī)400多臺(tái).
目前,我國(guó)懸臂掘進(jìn)機(jī)技術(shù)已經(jīng)躍上了一個(gè)新的臺(tái)階,總體水平接近國(guó)外同行.取得的成績(jī)主要有:
1.相繼開(kāi)發(fā)出三種重型掘進(jìn)機(jī),它們是EBJ-160型,EBJ-160H型和EBH-132型,其中EBJ-160型掘進(jìn)機(jī)獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),它的研制成功使我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)研究與制造水平邁上了一個(gè)新臺(tái)階,標(biāo)志著我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研制開(kāi)發(fā)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列,使國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)可截割抗壓強(qiáng)度80 MPa的巖石,使用范圍不斷擴(kuò)大,目前已推廣到鐵路、公路、水利建設(shè)等部門(mén),并出口俄羅斯.
2.完成了硬巖截齒的研究,研制出“三高”硬質(zhì)合金刀頭和新的截齒制造工藝,使我國(guó)的硬巖截齒達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平.
3.對(duì)高壓水射流輔助截割技術(shù)和慣性沖擊輔助截割技術(shù)進(jìn)行了探索和嘗試,并研制成功了ELMB-75C型振動(dòng)式掘進(jìn)機(jī),現(xiàn)已批量生產(chǎn).
4.將可編程控制器(PLC)成功應(yīng)用到部分掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)中,在電控系統(tǒng)的保護(hù)插件及故障診斷等方面取得了一定的成績(jī).
1.2.2國(guó)外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展情況
在全世界范圍內(nèi),自第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)的幾十年,新的理論和新技術(shù)被應(yīng)用到掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和使用之中,使礦山掘進(jìn)機(jī)械有了巨大的進(jìn)步.勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕,生產(chǎn)效率得到大幅度提高.
目前,國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的型式趨于系列化和多樣化.截割頭的功率50-400 kW,機(jī)重最輕的有十幾噸,最重的可達(dá)160 t.國(guó)外新型掘進(jìn)機(jī)均配備有完善的工況監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng),從而可早期發(fā)現(xiàn)故障,快速排除故障,大大減少停機(jī)時(shí)間.有些重型掘進(jìn)機(jī)還可配置自動(dòng)控制系統(tǒng),可以使機(jī)器的生產(chǎn)率提高30%左右,還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn),避免由于人工操作不當(dāng)引起的尖峰負(fù)荷,從而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命約20%.此外,一些發(fā)達(dá)國(guó)家的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng),除完成常規(guī)的控制以外,還具有遙控、程控功能,增設(shè)掘進(jìn)斷面自動(dòng)控制和掘進(jìn)定向功能,使掘進(jìn)機(jī)按預(yù)定方案作業(yè),大大提高了其自動(dòng)化程度和掘進(jìn)效率.
總的看來(lái),近些年來(lái)國(guó)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展與研究情況主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.切割功率能力穩(wěn)定提高,機(jī)器的可靠性高.據(jù)報(bào)道,日本成功地使用TM60K型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)全巖巷引水隧道,截割抗壓強(qiáng)度高達(dá)170-200 MPa的巖石,目前最大的WAV408型掘進(jìn)機(jī)重達(dá)160 t,切割功率可達(dá)408 kW,定位切割斷面面積可達(dá)87.5 m2.以先進(jìn)的制造技術(shù)為基礎(chǔ),從原材料質(zhì)量到零部件的加工精度都能進(jìn)行嚴(yán)格的控制,又有優(yōu)越的國(guó)際協(xié)作條件,選購(gòu)?fù)赓?gòu)范圍寬廣,有效地保證了主機(jī)的質(zhì)量水平.此外,近年來(lái)廣泛采用了可靠性技術(shù),其突出表現(xiàn)為簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu),在齒輪傳動(dòng)、機(jī)械聯(lián)接及液壓傳動(dòng)方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng),有的地方以嵌裝式結(jié)構(gòu)代替螺栓組結(jié)構(gòu),既簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu),又大大提高了整機(jī)的可
靠性.
2.配套設(shè)備多樣化.為充分發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)效能,各國(guó)都十分重視綜掘作業(yè)線(xiàn)配套設(shè)備的研究.為縮短支護(hù)時(shí)間,在中間穩(wěn)定頂板條件下,常用機(jī)載錨桿鉆機(jī)支護(hù);為使掘進(jìn)機(jī)與支護(hù)平行作業(yè),運(yùn)用超前液壓支架或自帶盾牌掩護(hù)支架.在后配套運(yùn)輸方面,通常采用橋式、帶式轉(zhuǎn)載機(jī),后配帶式輸送機(jī),有條件時(shí)設(shè)置活動(dòng)煤倉(cāng).
3.采用機(jī)電一體化技術(shù).國(guó)外新型掘進(jìn)機(jī)均配有完善的工況檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng),從而可以在早期發(fā)現(xiàn)機(jī)器故障,并快速排除故障,大大縮短了機(jī)器的停機(jī)時(shí)間,生產(chǎn)率相應(yīng)大幅度提高;這樣還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn),避免由于人工操作不當(dāng)而引起的系統(tǒng)載荷,從而延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命.部分新型掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、截割路線(xiàn)循環(huán)程序控制、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控.
4.研究探索新的截割技術(shù),如高壓水射流掘進(jìn)機(jī)的研制、沖擊振動(dòng)式截割機(jī)具的研制等.
1.2.3我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研制存在的問(wèn)題
盡管我國(guó)掘進(jìn)機(jī)研制工作起步并不晚,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.性能、規(guī)格相近的機(jī)型與國(guó)外相比晚8~20年,機(jī)掘巷道比重與國(guó)外平均差近20年,制造總數(shù)和裝機(jī)綜合技術(shù)水平僅相當(dāng)于英國(guó)、德國(guó)、奧地利20世紀(jì)80年代的水平.雖然我國(guó)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展速度很快,并且技術(shù)成熟,但隨著煤礦生產(chǎn)工藝的改進(jìn),高產(chǎn)、高效礦井的建設(shè),它已不能滿(mǎn)足需要,主要表現(xiàn)在以下幾方面:
1.錨桿支護(hù)的成功推廣應(yīng)用提高了巷道支護(hù)的可靠性,目前存在掘進(jìn)、支護(hù)不能同步作業(yè),據(jù)統(tǒng)計(jì),巷道支護(hù)約占用40%-50%的掘進(jìn)作業(yè)時(shí)間,這就使得掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)機(jī)率大大降低,不能有效提高掘進(jìn)速度.
2.現(xiàn)有機(jī)型偏向于中、重型,雖然有些掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)了矮型化設(shè)計(jì),但整體尺寸仍不能有效縮減,對(duì)低矮巷道的適應(yīng)性還較差.
3.內(nèi)噴霧除塵系統(tǒng)使用的可靠性和適應(yīng)性較差,而外置機(jī)載除塵系統(tǒng)還比較困難.
4.使用元部件的可靠性還不高,不能適應(yīng)截割硬煤巖產(chǎn)生的震動(dòng)及井下惡劣的工作條件.
5.對(duì)于提高截割效率方面的設(shè)計(jì)和設(shè)備配套還不完善.
6.電子元器件的選型面窄、電子保護(hù)插件的可靠性不高.電控技術(shù)還不能適應(yīng)通用性、靈活性、可擴(kuò)展性、準(zhǔn)確性及響應(yīng)速度快速的需要.
1.2.4掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)
綜觀(guān)國(guó)內(nèi)和國(guó)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展情況,各國(guó)都在技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新,未來(lái)的發(fā)展趨向如下:
1.重型化、大功率.隨著采煤機(jī)械化程度的提高和巷道斷面的不斷擴(kuò)大,掘進(jìn)機(jī)面對(duì)越來(lái)越硬和研磨性更強(qiáng)的巖石,單向抗壓強(qiáng)度超過(guò)170 MPa.因此,開(kāi)發(fā)研制高功率、大質(zhì)量的重型硬巖掘進(jìn)機(jī)尤為迫切.目前,國(guó)外許多重型掘進(jìn)機(jī)截割功率達(dá)到200-300 kW,最高可達(dá)500 kW.而我國(guó)重型掘進(jìn)機(jī)尚處于發(fā)展階段,截割功率目前已達(dá)200 kW.越來(lái)越高的截割功率雖然可提供給截割頭巨大的截割力,但使機(jī)器的振動(dòng)進(jìn)一步加劇,對(duì)生產(chǎn)率、機(jī)器的壽命和日常保養(yǎng)都將產(chǎn)生不利影響.隨之而來(lái)的是機(jī)器的重量將越來(lái)越大,以增加穩(wěn)定性.
2.掘、鉆、錨一體化.研制集掘、鉆、錨為一體的采掘錨綜合機(jī)組,以實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的同時(shí)又能打眼安裝錨桿,支護(hù)頂板、側(cè)幫,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè),解決掘進(jìn)機(jī)利用率低的問(wèn)題.因此,掘、鉆、錨一體化是實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn),滿(mǎn)足高產(chǎn)、高效工作面發(fā)展需要的重要技術(shù)途徑.
3.噴霧降塵設(shè)備隨機(jī)化.目前,掘進(jìn)機(jī)大多設(shè)有內(nèi)、外噴霧裝置,但對(duì)呼吸性粉塵降塵效果差,噴嘴堵塞嚴(yán)重.因此,對(duì)現(xiàn)有機(jī)型設(shè)置機(jī)載降塵設(shè)備,強(qiáng)化外噴霧使用效果,將會(huì)使掘進(jìn)機(jī)在工作時(shí)的粉塵濃度大大降低.
4.智能化、自動(dòng)化.配置激光導(dǎo)向系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷面控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng),以降低對(duì)操作人員的反應(yīng)要求,提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力.
5.矮型化.在加大機(jī)重、截割功率和提高截割硬度的前提下,注重發(fā)展機(jī)身較低的機(jī)型,以易于井下運(yùn)輸和適用于掘進(jìn)中、小斷面巷道,同時(shí)也為配置其他輔助備(錨桿安裝機(jī)、輔助工作平臺(tái)等)帶來(lái)了方便.
6.附件化.保留必要的截、裝、運(yùn)、行主要組成功能,將降塵、輔助支護(hù)等裝置以附件形式出現(xiàn).這樣,可根據(jù)需要選擇裝配各種附加件,給設(shè)計(jì)、制造、使用都帶來(lái)方便.
7.裝載運(yùn)輸裝置亦采用可伸縮型結(jié)構(gòu),保證機(jī)器的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性.液壓系統(tǒng)逐步趨于完善、可靠.
1.3研究的意義
隨著社會(huì)的進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國(guó)家對(duì)煤礦工作環(huán)境的日益重視,對(duì)煤礦裝備需求量和先進(jìn)性也在增加,掘進(jìn)機(jī)的需求量日益增大,掘進(jìn)機(jī)的質(zhì)量要求也逐漸增高,能獨(dú)立設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)出截割能力大,機(jī)體穩(wěn)定性好,粉塵少,操作與維護(hù)方便,運(yùn)行安全可靠的掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)能力的標(biāo)志,在煤礦裝備中,掘進(jìn)機(jī)是國(guó)家重點(diǎn)推廣產(chǎn)品,同時(shí),還可在鐵路,公路,上下水道等隧道工程中有廣泛的應(yīng)用。
第2章 S100型掘進(jìn)機(jī)減速器的方案設(shè)計(jì)和動(dòng)力裝置的選擇
2.1 S100型掘進(jìn)機(jī)功率的傳動(dòng)和截割功率的輸出
S100懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割臂主要包括伸縮部、減速器、伸縮油缸和電動(dòng)機(jī)組成。電動(dòng)機(jī)、減速器和伸縮部軸向通過(guò)螺栓組連接，伸縮油缸兩端分別與電動(dòng)機(jī)殼體和伸縮部鉸接。在電動(dòng)機(jī)后端留有與本體部連接的鉸接孔，在減速器上要留有與本體部升降油缸連接的鉸接孔。伸縮部前端是與炮頭連接，采用花鍵傳動(dòng)功率，螺栓固定的方式，把炮頭部與截割臂組成整體。
功率的傳動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)輸出的功率，通過(guò)減速器減速后，傳遞到伸縮部，通過(guò)伸縮部的花鍵與炮頭的連接，將截割功率輸出。
2.2 S100型掘進(jìn)機(jī)減速器對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求
S100懸臂式掘進(jìn)機(jī)是一種主要應(yīng)用于煤炭行業(yè)的，所以在對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求中以防爆為首先考慮的因素。并且掘進(jìn)機(jī)的截割電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，多是空載起動(dòng)，但遇到軟巖或夾石時(shí)，會(huì)有較大的阻力矩，因此要求電動(dòng)機(jī)有較大的最大轉(zhuǎn)矩，當(dāng)遇到截割阻力矩較大的情況時(shí)，轉(zhuǎn)為低速操作。而且S100的截割電動(dòng)機(jī)是構(gòu)成截割臂的一部分，除須符合的有關(guān)規(guī)定外，其外形機(jī)殼結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度、連接方式、冷卻方法以及防塵防水程度都必須適應(yīng)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)的要求。
2.3電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)艾克霍夫公司實(shí)驗(yàn)資料對(duì)于的煤巖，取，利用能耗法比能耗的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)估算截割功率。
式中—比能耗；
—截割頭擺動(dòng)速度；
L—截割深度；
D—截割頭平均直徑。
通過(guò)計(jì)算得知電動(dòng)機(jī)的功率選用，選用掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)。
表2-1 電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)
型號(hào)
功率
(kW)
額定電壓V
轉(zhuǎn)速
r/min
效率
%
功率因數(shù)
額定轉(zhuǎn)矩
冷卻方式
工作制
絕緣等級(jí)
重量
kg
DEBD-100/60-4/8S
100/60
660
1470/735
92/87
0.88/0.62
2.0/1.8
外殼水冷
S2
H
1930
2.4方案分析
方案如圖2-1所示為，為使得受載均勻, 高速級(jí)行星架懸浮, 低速級(jí)太陽(yáng)輪懸浮。由于輸入軸轉(zhuǎn)速較低, 一般小于1500rpm , 振動(dòng)主要在行星架懸浮的高速級(jí), 因此把低速級(jí)當(dāng)成高速級(jí)的外部負(fù)載。
圖2-1
設(shè)計(jì)行星傳動(dòng)時(shí)，正確選擇結(jié)構(gòu)布置的意義遠(yuǎn)比審計(jì)普通定軸傳動(dòng)的大。結(jié)構(gòu)布置選擇不當(dāng)時(shí)，不但可能喪失在外廓尺寸和重量方面的優(yōu)點(diǎn)甚至可能得到不利于使用的傳動(dòng)。此方案更適合掘進(jìn)機(jī)工作的要求，所以用該方案作為本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)方案
第3章 S100型掘進(jìn)機(jī)截割部的傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
3.1 行星減速器齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 行星減速器齒輪傳動(dòng)比的分配
考慮到掘進(jìn)機(jī)的工作條件選用NGW型行星齒輪減速器，它具有效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳動(dòng)功率范圍大而且軸向尺寸小等特點(diǎn)。減速器使用直齒輪，高速軸與電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)功率。轉(zhuǎn)速；低速軸轉(zhuǎn)速。
1.總傳動(dòng)比
2.各級(jí)傳動(dòng)比
用角標(biāo)表示高速級(jí)參數(shù)，表示低速級(jí)參數(shù)。設(shè)高速級(jí)與低速級(jí)外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則
取，，，，，，
所以
式中—中間變量；
—行星輪數(shù)目；
—分度圓的齒寬系數(shù)：
—齒面工作硬化系數(shù)；
—載荷分布系數(shù)；
—接觸強(qiáng)度的載荷系數(shù)。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]得
3.1.2 行星減速器齒輪高速級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核
1.計(jì)算
查表3-1選擇行星輪數(shù)目，取，由于距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限較遠(yuǎn)，所以可以不檢驗(yàn)鄰接條件。
確定各輪齒數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]行星輪傳動(dòng)中配齒公式進(jìn)行計(jì)算。
所以
式中—行星輪高速級(jí)減速比；
—行星輪高速級(jí)中心輪齒數(shù)；
—行星齒輪齒數(shù)組合中高速級(jí)行星輪齒數(shù)；
—行星輪高速級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù)；
—行星輪高速級(jí)行星輪齒數(shù)。
表3-1 行星輪數(shù)目與傳動(dòng)比的關(guān)系
行星輪數(shù)目
傳動(dòng)比范圍
3
2.1～13.7
4
2.1～6.5
5
2.1～4.7
采用不等角變位，可取或35
若取，則，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]可查出適用的預(yù)計(jì)嚙合角在、到、的范圍內(nèi)；若取，則，預(yù)計(jì)適用嚙合角在、到、的范圍內(nèi)。
為提高傳動(dòng)承載能力，宜取，但齒數(shù)間有公因數(shù)，故取，預(yù)取。
2.按接觸強(qiáng)度初算傳動(dòng)的中心距和模數(shù)
輸入轉(zhuǎn)矩
式中—電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩；
—電動(dòng)機(jī)功率；
—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
設(shè)載荷不均勻系數(shù)
在一對(duì)傳動(dòng)中，中心輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
式中—中心輪轉(zhuǎn)矩；
—載荷不均勻系數(shù)。
齒數(shù)比
中心輪和行星輪的材料用滲碳淬火，齒面硬度（中心輪）和（行星輪）
取齒寬系數(shù)，載荷系數(shù)
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]中齒面強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算中心距：
式中—鋼對(duì)鋼配對(duì)的齒輪副常系數(shù)；
—齒數(shù)比；
—載荷系數(shù)；
—齒寬系數(shù)；
—許用接觸應(yīng)力。
模數(shù)
取
則傳動(dòng)的未變位時(shí)的中心距
按預(yù)取嚙合角，可得傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù)
則中心距
取實(shí)際中心距（圓整值）
3.計(jì)算傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角
所以
4.計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)
用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]校核，，，在許用區(qū)內(nèi)，可用。
用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]分配變位系數(shù)，得
5.計(jì)算傳動(dòng)的中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角
傳動(dòng)的未變位是的中心距：
則
所以
6.計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)
因?yàn)?
所以
7.幾何尺寸計(jì)算
幾何尺寸計(jì)算公式由表3-2，計(jì)算各個(gè)齒輪分度圓直徑：
式中—分別是中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的分度圓直徑；
—分別是中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的齒數(shù)。
計(jì)算各個(gè)齒輪齒頂高
齒頂高變位系數(shù)
計(jì)算傳動(dòng)時(shí)中心輪和行星輪齒頂高，取齒頂高系數(shù)
計(jì)算傳動(dòng)時(shí)中心輪和行星輪齒頂高
由于在行星傳動(dòng)中，行星輪主要與中心輪嚙合，而與內(nèi)齒輪的嚙合精度不要求太高，所以選
表3-2 齒輪傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算
項(xiàng)目
代號(hào)
計(jì)算公式及說(shuō)明
直齒輪（外嚙合、內(nèi)嚙合）
分度圓直徑
齒頂高變動(dòng)系數(shù)
齒頂高
齒根高
齒高
齒頂圓直徑
外嚙合
內(nèi)嚙合
齒根圓直徑
計(jì)算各個(gè)齒輪的齒根高
齒根系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值
各個(gè)齒輪的齒頂圓直徑
各個(gè)齒輪的齒根圓直徑
計(jì)算齒輪的齒寬寬度
齒寬系數(shù)
圓整后?。?
8.驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度
（1）中心輪齒面接觸強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，， ，，，
接觸應(yīng)力基本值
式中—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)；
—彈性系數(shù)；
—重合度系數(shù)；
—螺旋角系數(shù)；
—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力。
齒面接觸應(yīng)力
式中—齒輪單對(duì)齒嚙合系數(shù)；
—使用系數(shù)；
—?jiǎng)虞d系數(shù)；
—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)；
—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)。
強(qiáng)度條件可知齒面接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
（2）中心輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，，，，，，，
齒根應(yīng)力基本值
式中—復(fù)合齒形系數(shù)；
—螺旋角系數(shù)。
齒根應(yīng)力
式中—使用系數(shù)；
—?jiǎng)虞d系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)。
齒輪的彎曲極限應(yīng)力
式中—試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限；
—試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)；
—相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)；
—相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)。
許用齒根應(yīng)力
式中—彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。
強(qiáng)度條件可知齒根彎曲強(qiáng)度也滿(mǎn)足要求。
（3）行星輪齒面接觸強(qiáng)度校核
同中心輪，齒面接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足。
（4）行星輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，，，，，，，
齒根應(yīng)力基本值
齒根應(yīng)力
齒輪的彎曲極限應(yīng)力
許用齒根應(yīng)力
強(qiáng)度條件可知齒根彎曲強(qiáng)度也滿(mǎn)足要求。
9.根據(jù)接觸強(qiáng)度計(jì)算確定內(nèi)齒輪材料
根據(jù)，選用，進(jìn)行表面淬火和氮化，表面硬度達(dá)
即可。
10.驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度
傳動(dòng)為內(nèi)嚙合，由于NGW 型行星齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取決于外嚙合，故傳動(dòng)的校核可以省略。
3.1.3 行星減速器齒輪低速級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)算和校核
1.配齒計(jì)算
由表3-1，取，由于距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限較遠(yuǎn)，所以可以不檢驗(yàn)鄰接條件。
確定各輪齒數(shù)，按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]行星輪傳動(dòng)中配齒公式進(jìn)行計(jì)算。
所以
式中—行星輪低速級(jí)減速比；
—行星輪低速級(jí)中心輪齒數(shù)；
—行星齒輪齒數(shù)組合中低速級(jí)行星輪齒數(shù)；
—行星輪低速級(jí)內(nèi)齒輪齒數(shù)；
—行星輪低速級(jí)行星輪齒數(shù)。
采用不等角變位，可取或30
若取，則，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]可查出適用的預(yù)計(jì)嚙合角在、到、的范圍內(nèi)；若取，則，預(yù)計(jì)適用嚙合角在、。
為提高傳動(dòng)承載能力，宜取，且與公因數(shù)相符，預(yù)取。
2.按接觸強(qiáng)度初算傳動(dòng)的中心距和模數(shù)
確定低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)速
式中—電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)速；
—高速級(jí)減速比。
確定低速級(jí)輸入功率
式中—電動(dòng)機(jī)輸入功率；
—型行星齒輪傳動(dòng)效率；
輸入轉(zhuǎn)矩
式中—低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)矩；
—低速級(jí)輸入功率；
—低速級(jí)輸入轉(zhuǎn)速。
設(shè)載荷不均勻系數(shù)
在一對(duì)傳動(dòng)中，中心輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
式中—中心輪轉(zhuǎn)矩；
—載荷不均勻系數(shù)。
齒數(shù)比
中心輪和行星輪的材料用滲碳淬火，齒面硬度（中心輪）和（行星輪）
取齒寬系數(shù)，載荷系數(shù)
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]齒面強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算中心距
式中—鋼對(duì)鋼配對(duì)的齒輪副常系數(shù)；
—齒數(shù)比；
—載荷系數(shù)；
—齒寬系數(shù)；
—許用接觸應(yīng)力。
模數(shù)
取
則傳動(dòng)的未變位時(shí)的中心距：
按預(yù)取嚙合角，可得傳動(dòng)中心距變動(dòng)系數(shù)
則中心距
取實(shí)際中心距（圓整值）
3.計(jì)算傳動(dòng)的實(shí)際中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角
所以
4.計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)
用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]校核，，，在許用區(qū)內(nèi)，可用。
用《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（單行本機(jī)械傳動(dòng)）[15]分配變位系數(shù)，得
5.計(jì)算傳動(dòng)的中心距變動(dòng)系數(shù)和嚙合角
傳動(dòng)的未變位是的中心距：
則
所以
6.計(jì)算傳動(dòng)的變位系數(shù)
因?yàn)?
所以
7.幾何尺寸計(jì)算
由表4-2計(jì)算各個(gè)齒輪分度圓直徑
式中—分別是中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的分度圓直徑；
—分別是中心輪、內(nèi)齒輪和行星輪的齒數(shù)。
計(jì)算各個(gè)齒輪齒頂高
齒頂高變位系數(shù)
計(jì)算傳動(dòng)時(shí)中心輪和行星輪齒頂高，取齒頂高系數(shù)
計(jì)算傳動(dòng)時(shí)中心輪和行星輪齒頂高
由于在行星傳動(dòng)中，行星輪主要與中心輪嚙合，而與內(nèi)齒輪的嚙合精度不要求太高，所以選
計(jì)算各個(gè)齒輪的齒根高
齒根系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值
各個(gè)齒輪的齒頂圓直徑
各個(gè)齒輪的齒根圓直徑
計(jì)算齒輪的齒寬寬度
齒寬系數(shù)
圓整后??；
8.驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度
（1）中心輪齒面接觸強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，， ，，，
接觸應(yīng)力基本值
式中—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)；
—彈性系數(shù)；
—重合度系數(shù)；
—螺旋角系數(shù)；
—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力。
齒面接觸應(yīng)力
式中—齒輪單對(duì)齒嚙合系數(shù)；
—使用系數(shù)；
—?jiǎng)虞d系數(shù)；
—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)；
—接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)。
強(qiáng)度條件可知齒面接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
（2）中心輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，，，，，，，
齒根應(yīng)力基本值
式中—復(fù)合齒形系數(shù)；
—螺旋角系數(shù)。
齒根應(yīng)力
式中—使用系數(shù)；
—?jiǎng)虞d系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的齒間載荷分配系數(shù)。
齒輪的彎曲極限應(yīng)力
式中—試驗(yàn)齒輪的齒根彎曲疲勞極限；
—試驗(yàn)齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)；
—相對(duì)齒根圓角敏感系數(shù)；
—相對(duì)齒根表面狀況系數(shù)；
—彎曲強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)。
許用齒根應(yīng)力
式中—彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)。
強(qiáng)度條件可知齒根彎曲強(qiáng)度也滿(mǎn)足要求。
（3）行星輪齒面接觸強(qiáng)度校核
同中心輪，齒面接觸強(qiáng)度滿(mǎn)足。
行星輪齒根彎曲強(qiáng)度校核
校核用參數(shù)如下：，，，，，，，，，，，，，，，，
齒根應(yīng)力基本值
齒根應(yīng)力
齒輪的彎曲極限應(yīng)力
許用齒根應(yīng)力
強(qiáng)度條件可知齒根彎曲強(qiáng)度也滿(mǎn)足要求。
9.根據(jù)接觸強(qiáng)度計(jì)算確定內(nèi)齒輪材料
根據(jù)，選用，進(jìn)行表面淬火和氮化，表面硬度達(dá)
即可。
由于所算的內(nèi)齒輪，在分別計(jì)算的高速級(jí)和低速級(jí)中分度圓直徑和齒低高直徑相同，而齒頂高也接近相同，在考慮到內(nèi)齒輪的作用下，可以把高速級(jí)和低速級(jí)的內(nèi)齒輪做成一個(gè)整體，對(duì)整個(gè)減速器的影響可以忽略。同時(shí)可以簡(jiǎn)化加工數(shù)量和安裝過(guò)程，同時(shí)可以更好的保證減速器的同心性。
10.驗(yàn)算傳動(dòng)的齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度
傳動(dòng)為內(nèi)嚙合，由于NGW 型行星齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取決于外嚙合，故傳動(dòng)的校核可以省略。
3.2 行星減速器輸入輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1 行星減速器輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.求輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
由于電動(dòng)機(jī)輸出軸通過(guò)花鍵套與減速器的輸入軸聯(lián)接，所損失的功率可以忽略不記，那么可以得
、
所以
2.初步確定軸的最小直徑
先按估算軸最小直徑公式初步估算輸入軸的最小直徑。選取軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]取于是得
輸入軸的輸入端是用花鍵與花鍵套聯(lián)接，根據(jù)矩形花鍵公稱(chēng)尺寸選用，，，。
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）擬定軸上零件的裝配方案
輸入軸、軸用套筒、軸承、軸用套筒、軸承端蓋依次從軸的左端向右端安裝。而零件定位是以減速器箱體、軸用套筒以及軸承端蓋等來(lái)保證的。零件的周向定位是通過(guò)花鍵，按花鍵軸小徑定心。如圖 3-1 所示
圖3-1 輸入軸裝配方案
（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
根據(jù)圖4-1，由軸的受力，選取型滾動(dòng)軸承一對(duì)反裝。為了便于安裝選取軸承處的直徑，其寬度，兩個(gè)軸用套處采用相同直徑，套筒和軸承的總寬度為。齒輪處分度圓直徑和齒寬在行星輪高速級(jí)中已經(jīng)確定?；ㄦI處長(zhǎng)度在考慮定心的情況下取。
4.求作用在齒輪上的力
由于減速器高速級(jí)的中心輪與減速器的輸入軸，是一個(gè)整體齒輪軸那么因已知高速級(jí)中心輪的分度圓直徑為
單個(gè)行星輪作用在中心輪上時(shí)
式中—齒輪的圓周力；
—行星輪數(shù)目。
式中—齒輪的徑向力。
單個(gè)行星輪，作用在中心輪軸上的力，
當(dāng)三個(gè)行星輪一同作用在中心輪軸上的總力及轉(zhuǎn)矩，，
圓周力，徑向力的方向如圖 3-2 所示
圖3-2 輸入軸受力圖
5.求支反力
通過(guò)對(duì)軸上中心齒輪的力分析后，可以看到中心輪在工作過(guò)程中，由于行星輪的緣故，在方向上中心輪所受到的力的和為零。而花鍵聯(lián)接處同樣是只有轉(zhuǎn)矩輸入，并且在不考慮到自重和零件在制造、安裝誤差所產(chǎn)生的力，那么輸入軸只受到轉(zhuǎn)矩。
6.作轉(zhuǎn)矩圖（圖3-3）
圖3-3輸入軸轉(zhuǎn)矩圖
3.2.2行星減速器輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
1.求輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
在經(jīng)過(guò)二級(jí)行星減速器后功率為
式中—輸入軸的功率；
—型行星齒輪傳動(dòng)效率；
經(jīng)過(guò)二級(jí)行星減速器后輸出轉(zhuǎn)速為
所以
2.初步確定軸的最小直徑
先按估算軸最小直徑公式初步估算輸入軸的最小直徑。選取軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]取。
輸入軸的輸出端是用花鍵與花鍵套聯(lián)接，根據(jù)矩形花鍵公稱(chēng)尺寸選用，，，。
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）擬定軸上零件的裝配方案
輸入軸、軸用套筒、軸承、孔用擋圈依次從軸的左端向右端安裝，軸承、軸用套筒、軸承端蓋依次從軸的右端向左端安裝。而零件定位是以減速器箱體、軸用套筒以及軸承端蓋等來(lái)保證的。零件的周向定位是通過(guò)花鍵，按花鍵軸小徑定心。如圖3-4所示
（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
根據(jù)圖 所示，由軸的受力，選取型滾動(dòng)軸承一對(duì)反裝。為了便于安裝選取軸承處的直徑，其寬度，兩個(gè)軸用套處采用相同直徑，套筒和軸承的總寬度為。齒輪處分度圓直徑?；ㄦI處長(zhǎng)度在考慮定心的情況下取。
圖3-4 輸出軸裝配方案
4.求作用在齒輪上的力
在整個(gè)行星輪系中，中心輪、行星輪、行星架以及內(nèi)齒輪，它們?cè)趥鲃?dòng)過(guò)程中載荷均衡，每個(gè)元件的圓周力和徑向力都相互抵消。所以輸出軸在不考慮自重和零件在制造、安裝誤差所產(chǎn)生的力，那么輸出軸只受到轉(zhuǎn)矩。這樣與輸入軸一樣只作軸的轉(zhuǎn)矩圖
5.作轉(zhuǎn)矩圖（圖3-5）
圖3-5 輸出軸轉(zhuǎn)矩圖
3.3 行星減速器用軸承的校核
3.3.1 行星減速器齒輪用軸承的選擇和校核
1.一級(jí)行星輪用軸承的選擇和校核
（1）軸承的選擇
由于行星輪在整個(gè)傳動(dòng)中，行星輪只受較大的徑向載荷，在軸向不受載荷，但是在浮動(dòng)時(shí)行星輪有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)。所以根據(jù)常用的滾動(dòng)軸承性能和特點(diǎn)，一級(jí)行星輪用軸承選用圓柱滾子軸承。它的基本尺寸和數(shù)據(jù)如下：
表3-3 圓柱滾子軸承的技術(shù)參數(shù)
基本尺寸
基本額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
重量
脂
油
65
120
31
78.5
142
180
4500
5600
1.48
表3-4NGW型各元件受力計(jì)算公式
項(xiàng)目
中心輪A
行星輪C
行星架X
內(nèi)齒輪B
切向力
徑向力
單個(gè)行星輪，作用
在軸上或行星輪軸
上的力
各行星輪作用在軸
上的總力及轉(zhuǎn)矩
對(duì)行星輪軸的轉(zhuǎn)矩
注: 1.表中公式適用于行星輪數(shù)目的直齒或人字齒輪行星傳動(dòng)。
2.式中為法向壓力角，為分度圓上的螺旋角，為中心輪分度圓半徑。
3.轉(zhuǎn)矩單位為；長(zhǎng)度單位為；力的單位為。
（2）軸承的校核
求軸承受到的徑向載荷
首先求一級(jí)行星輪的由表3-6 可得，
由上面四個(gè)公式可得：且有
因?yàn)檩S承沒(méi)有受到軸向力，所以軸向力
求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
因?yàn)樗杂伞稒C(jī)械設(shè)計(jì)》[8]查得
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)沖擊載荷，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]查得
則
（3）驗(yàn)算軸承壽命
軸承的預(yù)期計(jì)算壽命
行星輪的轉(zhuǎn)速
故所選用軸承可滿(mǎn)足壽命要求。
2.二級(jí)行星輪用軸承的選擇和校核
（1）軸承的選擇
由于行星輪在整個(gè)傳動(dòng)中，行星輪只受較大的徑向載荷，在軸向不受載荷，但是在浮動(dòng)時(shí)行星輪有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)，由于二級(jí)行星輪為滿(mǎn)足自身強(qiáng)度和行星架軸強(qiáng)度，所以在選用軸承時(shí)要考慮軸承的厚度，所以根據(jù)常用的滾動(dòng)軸承性能和特點(diǎn)，二級(jí)行星輪用軸承選用雙列圓柱滾子軸承。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、剛性大、承載能力大、受載后變形小等特點(diǎn)，最主要的是它的厚度小?；境叽绾蛿?shù)據(jù)如下：
表3-5 雙列圓柱滾子軸承技術(shù)參數(shù)
基本尺寸
基本額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
重量
脂
油
65
100
26
61.3
56.3
5000
6300
0.74
（2）軸承的校核
求軸承受到的徑向載荷
首先求二級(jí)行星輪的。由表4-6可得
由上面四個(gè)公式可得：且有
因?yàn)檩S承沒(méi)有受到軸向力，所以軸向力
求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷
因?yàn)樗杂伞稒C(jī)械設(shè)計(jì)》[8]查得
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)沖擊載荷，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》[8]查得。
則
（3）驗(yàn)算軸承壽命
軸承的預(yù)期計(jì)算壽命
行星輪的轉(zhuǎn)速
故所選用軸承可滿(mǎn)足壽命要求。
3.3.2行星減速器輸入輸出軸用軸承的選擇
1.行星減速器輸入軸用軸承的選擇
軸承的選擇
在電動(dòng)機(jī)將功率通過(guò)花鍵傳遞給輸入軸的過(guò)程中，除了徑向力之外還受到一定的軸向載荷，而軸向載荷是雙向的，所以采用兩對(duì)軸承反裝。同時(shí)因?yàn)槭禽斎胼S，轉(zhuǎn)速也較高。通過(guò)這些特點(diǎn)，行星減速器輸入軸用軸承選用角接觸球軸承。它的基本尺寸和數(shù)據(jù)如下：
表3-6 角接觸球軸承技術(shù)參數(shù)
基本尺寸
基本額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
重量
脂
油
55
90
18
37.2
30.5
6000
8000
0.83
2.行星減速器輸出軸用軸承的選擇
軸承的選擇
同行星減速器輸出軸相似的是，輸入軸在把扭矩傳遞出去的方式，也是通過(guò)花鍵，當(dāng)然輸出軸所受到的力與輸入軸的相同，就是除徑向力之外還受到一定的軸向載荷，所以采用兩對(duì)軸承反裝。行星減速器輸出軸用軸承選用角接觸球軸承?；境叽绾蛿?shù)據(jù)如下：
表3-7 角接觸球軸承技術(shù)參數(shù)
基本尺寸
基本額定載荷
極限轉(zhuǎn)速
重量
脂
油
150
225
35
160
155
2800
3200
4.83
第4章 日常檢查及安全維護(hù)
4.1日常檢查
1.檢查有無(wú)異常震動(dòng)和音響。
2.通過(guò)油位計(jì)檢查油量。
3.檢查有無(wú)異常溫升現(xiàn)象。
4.螺栓類(lèi)有無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。
4.2安全維護(hù)
1.當(dāng)對(duì)電器設(shè)備及機(jī)械部分進(jìn)行維護(hù)、修理時(shí)必須切斷電源，再不帶電的狀態(tài)下進(jìn)行工作。
2.對(duì)于有泥土和煤泥沉積的部位要定期清除。
3.防止雜物混入液壓油內(nèi)。
4.維修電器系統(tǒng)，在欲打開(kāi)防爆接觸面時(shí)必須事先將外部的灰塵、煤泥清掃干凈。
結(jié)論
通過(guò)本次對(duì)S100型進(jìn)機(jī)截割部減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓我了解到了S100型掘進(jìn)機(jī)的部件結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)，是我大學(xué)四年來(lái)學(xué)習(xí)的一次展現(xiàn)，在本次設(shè)中，把平時(shí)所學(xué)綜合運(yùn)用，使我們的學(xué)識(shí)不再是紙上談兵，有了理論結(jié)合實(shí)踐的機(jī)會(huì)，也見(jiàn)識(shí)到了我們所學(xué)的知識(shí)在生活、工業(yè)等方面的重要性。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中熟練地掌握了掘進(jìn)機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)、原理和功能，了解了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。掌握了S100型掘進(jìn)機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，并在設(shè)計(jì)中針對(duì)每個(gè)問(wèn)題做了適當(dāng)?shù)慕鉀Q。掘進(jìn)機(jī)的出現(xiàn)意味著現(xiàn)代化掘進(jìn)工作邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。
本次設(shè)計(jì)首先做的就是加強(qiáng)對(duì)S100型掘進(jìn)機(jī)的認(rèn)識(shí)和了解，通過(guò)學(xué)校圖書(shū)館，網(wǎng)絡(luò)和畢業(yè)實(shí)習(xí)從各個(gè)方面深入了解S100型掘進(jìn)機(jī)，然后根據(jù)任務(wù)書(shū)對(duì)S100型掘進(jìn)機(jī)所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，選型，繪圖。最終完成了S100型掘進(jìn)機(jī)的整體設(shè)計(jì)。
同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也看到了自己很多的缺點(diǎn)和不足，有些是學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)的漏洞，有些是由于自己的大意造成的不足，但是對(duì)于即將離校走向工作崗位的我們來(lái)說(shuō)，這些缺點(diǎn)和不足都將是致命的，我們還將進(jìn)一步的充實(shí)自己，爭(zhēng)取在自己的工作崗位上成為一顆行業(yè)的新星，以此來(lái)報(bào)答學(xué)校四年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。
致謝
經(jīng)過(guò)三個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師桂老師平日里工作繁多，在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)他早出晚歸，我知道您這么忙是希望我們能順利的通過(guò)畢業(yè)答辯，在這里我想衷心的說(shuō)一聲桂老師您辛苦了，您的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，正是因?yàn)橛辛四銈兊慕虒?dǎo)，為我們打下機(jī)械專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。感謝母校佳木斯大學(xué)對(duì)我的栽培及機(jī)械工程學(xué)院老師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)。
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附錄1
全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)分類(lèi)及其應(yīng)用范圍
第1章 簡(jiǎn)介
隧道掘進(jìn)機(jī)的使用要追溯到19世紀(jì)。 在1851年，美國(guó)工程師CharlesWilson發(fā)明了一臺(tái)開(kāi)挖隧道機(jī)，通常被認(rèn)為用于巖石的連續(xù)鉆孔。實(shí)際上，當(dāng)James S.Robbins重新設(shè)計(jì)了一個(gè)用于隧道的掘進(jìn)機(jī)后隧道掘進(jìn)機(jī)才被接受。自從1950年中期以來(lái)，隧道掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)展。
隧道掘進(jìn)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)隧道鉆孔可以用于任何的巖石和地面。目前,隧道掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械化及自動(dòng)化水平得到了很大提高,隧道掘進(jìn)機(jī)可以開(kāi)挖不同的地質(zhì)條件下各種形狀的隧道。隧道掘進(jìn)機(jī)的類(lèi)型也越來(lái)越多,根據(jù)隧道工程場(chǎng)地所處的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件,工程的使用特性及環(huán)境的限制,不同類(lèi)型的隧道掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)理需要進(jìn)一步的理解并依此進(jìn)行分類(lèi),以便選擇合適的隧道掘進(jìn)機(jī)。
第2章 典型隧道掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)行機(jī)理
2.1 無(wú)屏蔽的隧道掘進(jìn)機(jī)
無(wú)屏蔽的隧道掘進(jìn)機(jī)的刀頭配備切削刀(盤(pán))。 轉(zhuǎn)動(dòng)的刀架按壓盤(pán)利用高壓鉆隧道面。 盤(pán)在隧道面滾動(dòng)，造成巖石的破碎。 被挖掘的巖石，通常被稱(chēng)為芯片，由鏟斗(在刀架的開(kāi)頭)并且通過(guò)在傳輸系統(tǒng)上的料斗被運(yùn)輸，傳輸系統(tǒng)可以將材料運(yùn)輸?shù)酵獠炕蚶?chē)的裝貨場(chǎng)。
隧道掘進(jìn)機(jī)配備了手爪系統(tǒng)，它徑向擴(kuò)展隧道液壓缸推動(dòng)刀架對(duì)隧道面鉆孔導(dǎo)致隧道的另一段可以被挖掘。一段完成后，挖掘中斷和機(jī)器被復(fù)位。附加的支持系統(tǒng)在復(fù)位周期期間穩(wěn)定隧道掘進(jìn)機(jī)。
2.2 單盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)
單盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)配備一個(gè)開(kāi)放的擋板。裝備開(kāi)放盾。 開(kāi)挖隧道機(jī)，沒(méi)有一個(gè)封閉系統(tǒng)補(bǔ)償工作面上的壓力，被稱(chēng)為開(kāi)放屏蔽。 切割輪子配有硬巖圓盤(pán)，在工作面和它里面的切口處轉(zhuǎn)動(dòng)。 切口處的影響導(dǎo)致巖石的大部分?jǐn)嗔选Ｎ挥谠趫A盤(pán)之后的鏟斗將巖石運(yùn)送到切口輪子之后。 然后輸送設(shè)備運(yùn)送挖掘物料到隧道外。
單屏蔽掘進(jìn)機(jī)的推力由液壓千斤頂違反混凝土襯砌提供。在鉆孔期間，當(dāng)機(jī)器停止和液壓千斤頂收回時(shí)，混凝土的環(huán)節(jié)被組裝在屏蔽尾部，然后被推到的現(xiàn)場(chǎng)。然后該液壓千斤頂再次推動(dòng)安裝的盤(pán)和下一個(gè)鉆孔周期開(kāi)始。
2.3雙盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī)
雙盾構(gòu)的刀架和廢土起重系統(tǒng)與單屏蔽的相同。 此種機(jī)器的主要的優(yōu)勢(shì)是混凝土的襯砌部分可以安裝在后方擋板的尾部，前擋板是鉆孔的方向。 在鉆孔期間在二屏蔽之間的擠撞的區(qū)域擴(kuò)展，但是依然是閉合避免從外邊的巖石塌落。 如果環(huán)的部分沒(méi)有困難被豎立，這可以被完成，所需時(shí)間與機(jī)器推進(jìn)長(zhǎng)度為一環(huán)所需時(shí)間相同。 來(lái)自刀架和前屏蔽推進(jìn)系統(tǒng)的鉆孔，軸向力和扭矩反應(yīng)由設(shè)置在后方的擋板觸發(fā)。當(dāng)鉆孔周期和環(huán)架設(shè)完成時(shí)，后方擋板通過(guò)關(guān)閉擠撞的部分被收回向前面擋板。 萬(wàn)一機(jī)器穿過(guò)非常壞地面條件的區(qū)域， 不能提供足夠的夾持反應(yīng)為機(jī)推力，機(jī)器的進(jìn)展被停止，當(dāng)環(huán)部分是安裝在尾部擋板時(shí)，就像一個(gè)傳統(tǒng)的單屏蔽。這個(gè)環(huán)的部分連同所有這些集背后提供切削推力反應(yīng)透過(guò)中，小