掘进机行走机构的结构设计【含全套CAD图纸】

购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计任务书 学生姓名： 任务下达日期： 年 月 日 设计开题日期： 年 月 日 设计开始日期： 年 月 日 中期检查日期： 年 月 日 设计完成日期： 年 月 日 一、设计题目： 掘进机行走机构的结构设计 二、设计的主要内容： 说明书： 1、中英文摘要、中英文目录； 2、 掘进机行走部方案比较； 3、掘进机行走部的总体结构设计 4、 5、相关零部 件选择及校核。 图纸： 1、行走部总装配图 张； 2、行走部减速器 张； 3、主要零部件图（手绘图 1 张）。 四、设计目标： 设计参数：机重 40000走速度 走部接地长度 440走部接地宽度 种方案比较，确定方案，满足设计参数要求。 指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 本科毕业设计开题报告 题 目： 院 （系）： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计开题报告 题 目 掘进机行走机构设计 来源 工程实际 1、研究目的和意义 掘进机采用履带行走机构，它支撑机器的自重和牵引转载机行走，当掘进作业时，它承受切割机构的反力、倾覆力矩和动载荷。行走机构的设计对整机正常运行、通过性能和工作稳定性具有重要作用。 通过 对 掘进机 行走结构进行结构 研究分析 ,借鉴国内外先进技术 ,结合煤矿生产实际 ,使其满足煤矿高产高效生产的需要 。 悬臂式掘进机行走机构是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高。 2、国内外发展情况 (文献综述 ) （ 1）国内掘进机发展概况与现状 我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。 第一阶段： 60 年代初期到 70 年代末 ,这一阶段主要是以引进国外掘进机为主 ,也定型生产了几种机型 ,在引进的同时进行消化吸收 ,主要以切割煤的轻机型为主1。主要以当时煤炭科学研究总院太原分院研制的 1 型 2 型和 3 型为代表，为我国悬臂式掘进机的第二阶段的发展打下了良好的技术基础。这一阶段掘进机的主要 特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低、适应与煤巷掘进 2。 第二阶段： 70 年代末到 90 年代初，为消化吸收阶段。这一阶段我国不但从英国、奥地利等国引进掘进机进行消化吸收，同时还与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步地实现了国产化 ,其典型的代表是与奥地利、日本合作生产的 及 ,其后 ,我国自行设计制造了几种悬臂式掘进机 ,其典型代表是 30 购买设计文档后加 费领取图纸 型及 100 型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是 :可靠性较高 ,已能适应我国煤巷掘进的需要 ;半煤岩巷的掘进技术已达到相当的水平； 出现了重型机，中型掘进机型号日趋齐全 3 4。 第三阶段 :由 90 年代初至今 ,为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型机型大批出现 ,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进 ,并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力 , 这一阶段的代表机型较多 ,主要有、 及 。这一阶段悬臂式掘进机的特点是 :设计水平较为先进 ,可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展全岩巷的掘进。 经过三阶段的发展 ,我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了 一个较高的水平 ,已跨入了国际先进行列 ,可与国外的悬臂式掘进机媲美 5 6 。 (2)国外掘进机发展概况与现状 早在上世纪 30 年代，德国、前苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研究。 40 年代生产了世界上第一台悬臂式掘进机， 50 年代初现代掘进机雏形出现，代表就是匈牙利研制的采用履带行走机构的 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转载机构，并采用了刮板运输机转运物料 7。 二十世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采和加工利用技术迅速 发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采与掘进装备，广泛应用计算机技术实现了矿井生产过程自动化，实现了矿井的高产高效和集约化生产。 购买设计文档后加 费领取图纸 美、澳、英、德等国家研制开发了机电一体化、自动化新型采掘设备。这些设采用微机监测监控、自动化控制、机电一体化设计等先进技术，在增加传动功率、提高生产能力的同时，设备功能内涵发生重大突破，并在计算机控制技术支持下实现了煤矿生产过程的自动化控制。综采成套设备的生产能力已经达到 3000t/适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产 5 10现了 “ 一矿一面、一个采区、一条生产线 ” 的高效集约化生产模式。发达采煤国家已经实现了从普通综采机械化生产向高产高效集约化生产的过渡 8 9 10。 3、研究 /设计的目标： 设计参数：机重 40000走速度 走部接地长度 440走部接地宽度 种方案比较，确定方案。完成 图纸 3 张。其中 1 张图必须徒手画。设计说明书一份。行走机构通常采用履带形式，履带行走机构是掘进机整机的支承座 ,用来支承掘进机的自重、承受切割机构在工作过程中所产生的 力 ,并完成掘进机在切割、装运及调动时的移动。 4、设计方案（研究 /设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）： 1、设计方法 查阅相关资料，拟订设计方案 方案图 1 所示： 购买设计文档后加 费领取图纸 图 1 掘进机行走部的动力源是液压马达，液压马达经过减速器将运动传递给驱动轮，驱动轮通过轮齿与履带相啮合，而履带通过履带板与地相接触，为了增加履带与地面的摩擦，用支重轮将机身的重量加在 履带上。张紧轮的作用是张紧履带，以及导向。 2、计算、实验方法和步骤 （ 1）行走部的结构分析与确定； （ 2）行走部的设计计算（履带参数计算和液压马达的选择）； （ 3）行走部减速器结构设计方案的拟定； （ 4）行走部总装配图、行走部各零件图、组件图的确定； 购买设计文档后加 费领取图纸 5、方案的可行性分析： 掘进机采用履带式行走机构，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，履带有较小的接近角和离去角以减小其运行阻力，合理的设计整机重心位置，使履带不出现零比压现象。履带设有可靠的制动装置以保证机器在设计的最大坡度上工作不 会下滑。 6、该设计的创新之处 由于采用了二级行星齿轮减速器用很少的齿轮就能实现大的传动比，大大简化了结构，降低了成本，同时由于采用合理的减速比， 使其能在满足承载能力的前提下占用空间小，效率高，机器机动性能好等优点，使掘进机更适应井下掘进工作。 7、设计产品的主要用途和应用领域： 掘进机适用于煤巷、半煤岩巷的巷道掘进，也可在铁路、公路、水利工程等隧道中使用 。 8、时间进程 第 5 周 : 确定具体方案，写开题报告及实习总结； 第 6 周 : 对设计的主要结构进行计算； 第 7 周 : 各零部 件结构设计计算； 第 8 周： 总体草图的绘制； 第 9 周： 总图及部件图的绘制； 第 10 周： 总图及部件图的绘制； 第 11 周： 总图及部件图的绘制； 第 12 周： 总图及部件图的绘制； 第 13 周： 整理说明书； 第 14 周： 对论文及图纸进行修改； 第 15 周： 准备毕业设计答辩。 购买设计文档后加 费领取图纸 9、参考文献 1 毛君，吴常田，谢苗 J7 2 王运敏主编 M425 3 马跃 掘进机的发展及趋势 M37 4 吴翠艳 ,黄世功 J2 5 李建英等 J 6 汪昌龄 ,韩崎 M47 煤炭科学研究院太原分院编 M1982:35 8 宁仲良等 J 9 陶驰东 M炭工业出版社， 10 李春海 J 6 11 徐灏主编 M12 黄口恒 M中国矿业大学出版社， 1996 13 江耕华 ,陈启松等主编 M, 14 从晓霞 ,付宇 J1999.买设计文档后加 费领取图纸 指导教师意见 教师签字： 年 月 日 开题答辩小组意见： 组长签字： 成员签字： 年 月 日 毕业设计领导小组意见 : 组长签字： 年 月 日 购买设计文档后加 费领取图纸 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 is a In to on a of on to of on to of a of by a of of of to a of of 目 录 摘 要 . 1 章 绪论 . 1 问题的提出 . 1 国内外发展状况 . 1 悬臂式掘进机行走机构的发展特点 . 3 悬臂式掘进机行走机构的发展趋势 . 4 第 2 章 方案论证 . 5 驱动方式的分析 . 6 压驱动 . 6 驱动 . 6 传动方式分析与选择 . 6 第 3 章 掘进机总体结构设计 . 9 行走部的工作要求 . 9 掘进机行走部的组成及行走原理 . 9 掘进机行走部的组成 . 9 掘进机的行走原理 . 10 行走机构的型式选择 . 11 行走型式的选择 . 11 行走机构的设计计算 . 11 履带节距的计算 . 11 履带牵引力的计算 . 12 行走机构各种阻力计算 . 13 驱动轮各主要参数的确定 . 14 行走机构液压马达的选择 . 15 重轮的设计计算 . 17 张紧装置 . 18 第 4 章 行走减速器的设计计算 . 19 行走减速器方案的确定 . 19 输出轴的转速计算 . 19 传动比的分配 . 20 圆柱齿轮传动部分的计算 . 21 一级圆柱齿轮传动圆柱齿轮的设计计算 . 22 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 . 22 按齿面强度设计 . 23 根据弯曲强度设计 . 26 几何尺寸计算 . 28 行星齿轮传动的设计计算说明 . 29 行星齿轮传动的概述 . 29 行星齿轮传动方式的选择 . 29 传动比的分配 . 30 高速级计算 . 31 低速级计算 . 34 轴的设计计算 . 38 轴的概述 . 38 轴材料的选择 . 38 各轴的计算 . 39 轴的校核 . 41 轴承的选择 . 42 滚动轴承类型的选择 . 42 润滑与密封 . 43 滚动轴承的校核计算 . 44 键的选用 . 45 键的选择 . 45 键的校核 . 46 结论 . 48 致谢 . 49 参考文献 . 50 . 1 . 1 . 1 of . 3 . 4 . 5 of . 6 . 6 . 6 . 6 of 9 . 9 of of . . 9 of of 9 to . 10 . of of . of . of . of of . .of . . 14 of . 15 of . 17 . 18 of . 19 to . 19 of . 19 of .A . of of of to . 23 to . 26 of . 28 of . 29 . 29 to . . 29 of of . 31 of . 34 . 38 of . 38 . . 38 of . 39 of . 41 . . . . 43 of . . 44 of . 45 . 45 . 46 . 48 . 49 . 1 第 1 章 绪论 问题的提出 掘进机采用履带行走机构，它支撑机器的自重和牵引转载机行走，当掘进作业 时，它承受切割机构的反力、倾覆力矩和动载荷。行走机构的设计对整机正常运行、通过性能和工作稳定性具有重要作用。 通过 对 掘进机 行走结构进行结构 研究分析 ,借鉴国内外先进技术 ,结合煤矿生产实际 ,使其满足煤矿高产高效生产的需要。 悬臂式掘进机行走机构是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高 1。 随着采煤技术的发展、煤矿生产规模的扩大，我国大型煤矿井下大都开始采用全煤巷布置开采方式，此外采煤工作面的推进速度也越来越快，因而使得煤矿井下煤巷掘进工作量大幅度增大，因而对掘进机的工作效率提出了较 高的要求，客观上要求掘进机的工作性能要好，掘进作业的推进速度要快。但是 ,我国掘进机与国外掘进机相比较 ,在技术性能和可靠性等方面还有相当大的差距 ,需要加快掘进机的整机研究、设计和生产 ,迎头赶上国际先进水平。鉴于此，我们必须加大对掘进机的研究。 掘进机是具有截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾除尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。主要结构包括工作机构、装载机构、输送机构、行走机构和转载机构 ,根据所掘断面的形状分为全断面掘进机和部分断面掘进机 2。前者适用于直径一般为 0石单轴抗压强度 50350硬岩巷道，可一次截割出所需断面，且断面形状多为圆形，主要用于工程涵洞几隧道的岩石掘进；后者一般适用于单轴抗压强度小于 60煤、煤 岩、软岩水平巷道，但大功率掘进机也可用于单轴抗压强度达 200硬岩巷道，一次仅能截割断面一部分，需要工作机构多次摆动，逐次截割才能掘进所需断面，断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状，在煤矿生产中普遍使用悬臂式掘进机 3。 国内外发展状况 国内掘进机发展概况与现状 我国的悬臂式掘进机的发展主要经历了三个 阶段。 2 第一阶段： 60 年代初期到 70 年代末 ,这一阶段主要是以引进国外掘进机为主 ,也定型生产了几种机型 ,在引进的同时进行消化吸收 ,主要以切割煤的轻机型为主 4。主要以当时煤炭科学研究总院太远分院研制的 1 型 2 型和 3 型为代表，为我国悬臂式掘进机第二阶段的发展打下了良好的技术基础。这一阶段掘进机的主要特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低，适应煤巷掘进 5。 第二阶段： 70 年代末到 90 年代初 ,为消化吸收阶段。这一阶段我国不但从英国、奥地利等国引进掘进机进行消化吸收，同时还与国外合作生产了几种悬臂式掘进 机并逐步地实现了国产化，其典型的代表是与奥地利、日本合作生产的 及 ,其后 ,我国自行设计制造了几种悬臂式掘进机 ,其典型代表是 30 型及 100 型。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：可靠性较高 ,已能适应我国煤巷掘进的需要；半煤岩巷的掘进技术已达到相当的水平；出现了重型机，中型掘进机型号日趋齐全 6。 第三阶段：由 90 年代初至今 ,为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型机型大批出现 ,悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进 ,并且具备了根据矿井条件实现个性 化设计的能力 , 这一阶段的代表机型较多 ,主要有 、 及 。这一阶段悬臂式掘进机的特点是：设计水平较为先进 ,可靠性大幅提高，功能更加完善，功率更大，一些高新技术已用于机组的自动化控制并逐步发展全岩巷的掘进 7,8。 经过三阶段的发展 ,我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平 ,已跨入了国际先进行列 ,可与国外的悬臂式掘进机媲美。 国外掘进机发展概况与现状 早在上世纪 30 年代，德国、前苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研究。 40 年代生产了世界上第一台悬臂式掘进机 ， 50 年代初现代掘进机雏形出现，代表就是匈牙利研制的采用履带行走机构的 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铲板和星轮转载机构，并采用了刮板运输机转运物料。 二十世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采和加工利用技术迅速发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采与掘进装备，广泛应用计算机技术实现了矿井生产过程的自动化，实现了矿井的高产高效和集约化生产。 美、澳、英、德等国家研制开发了机电一体化、自动化新型采掘设备。 3 这些设备采用微机监测监控、自动化 控制、机电一体化设计等先进技术，在增加传动功率、提高生产能力的同时，设备功能内涵发生重大突破，并在计算机控制技术支持下实现了煤矿生产过程的自动化控制。综采成套设备的生产能力已经达到 3000t/h 以上，在适宜的煤层条件下，采煤工作面可实现年产 5 10现了 “一矿一面、一个采区、一条生产线 ”的高效集约化生产模式。发达采煤国家已经实现了从普通综采机械化生产向高产高效集约化生产的过渡 9,10。 悬臂式掘进机行走机构的发展特点 悬臂式掘进机行走机构的发展是紧紧围绕着我国矿井生产的实际条件、现场的需 要及设计、制造的工艺水平而不断进行的，其发展主要有以下几个特点。 1. 驱动功率的不断提高 为适应更大范围的工作要求，悬臂式掘进机的驱动功率不断增大 ,由最初的 100 下的轻型机型增加到现在的中型机型的 132型机型可达 200上。 2. 在行走方面的发展方向 （ 1） 液压发展方向 早期的悬臂式掘进机的行走部的传动绝大多数采用液压方式，这是因为液压传动具有控制简单，易于实现自动化，工作简便省力，可以方便实现过载保护 ;易于实现无级调速，调速范围大，液压马达与电机相比质量轻、体积小 等优点，可以满足装载、行走的要求。而那时的电气设备在使用可靠性、元器件的质量及性能上都较低，且元器件体积较大，不易实现上述的要求制约了它的发展，液压传动成为这一时其主流发展方向 11。 （ 2） 电动发展方向 液压传动方式虽然发展较快，但由于煤矿井下工作条件恶劣，粉尘大、空气潮湿、油脂极易被污染，对油脂污染很敏感的液压件易损坏，液压件成本高、故障诊断困难等原因而使其发展应用减缓，这一时期的电子技术的高速发展为电动发展提供了有利条件，大容量集成化、变频调速、 制等一些新技术不断应用到掘进机的设计制造上 ，使得监控、监测的自动化程度极大提高。电子产品质量高、体积小、功能齐全的优势使电动发展加速，成为另一主要发展方向。 4 液压与电动都有优、缺点，但随着科技的进步，它们的缺点在不断地被弥补、改进，目前悬臂式掘进机在电、液两方面发展速度很快，在行走方面都采用液压传动的如 H 型等，也有全部采用电动方式的如 多数的机型还是采用电液混合方式，总之这两种方式互相取长补短，在今后很长一段时一间内将共同并存、相互融汇 12。 悬臂式掘进机行走机构的发展趋势 1. 更加全面的功 能与完善的前后配套 为适合各种条件要求以及加快掘进速度，悬臂式掘进机将会逐步发展掘锚一体化、适应各种断面、适应坡度范围更大的行走机构，并会完善前后配套的转载、装运等设备，实现集约化功能，进一步发挥其效能，提高劳动生产率。 2. 提高元部件的可靠性和寿命 现在新机型行走机构的关键元部件大都选用国外的知名品牌，这虽然可提高整机的性能，但使得国产机型在元部件的配置上高低不一、质量不等，为使用、维护和更新机型带来了许多困难，随着我国在掘进机元部件研究上的突破，这种状况会很快改变。 3. 个性化开发机型 煤矿在开 采过程中会碰到各种不同的生产条件，如煤层变化、水、瓦斯、煤岩硬度不一等，这些特殊的情况必然要求机组具有不同的功能和整体参数的合理匹配，今后的机型将会根据不同的要求进行不同的性能配置，实现设计和制造个性化和多元化 12。 5 第 2 章 方案论证 方案：采用液压马达驱动 一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿轮传动如图2示 图 2方案 方案：采用电动机驱动 直齿圆柱齿轮及一级行星齿轮传动如图 2示 图 2方案 6 驱动方式的分析 液压驱动 液压驱动行走机构的特点是：统一了动力源，液压马达体积小，驱动机构便于合理布置，适合与行走部的频繁启动。目前，掘进机行走机构液压驱动形式通常又分为中，高速马达带减速器驱动和低速液压马达直接驱动三种形式。 1. 高速马达 减速器驱动 这种驱动形式的马达多采用齿轮马达。其优点是：结构简单，工作可靠，抗污染性强，价格低廉等。但它最大的缺点是运转一段时间后，其内部摩擦副磨损严重，间 隙增大，效率很快下降，而且与之配套的减速器要求传动比要大，结构也相应复杂，所以这种形式应用极少。 2. 中速马达 减速器驱动 这种驱动形式的马达多采用柱塞马达。中速马达具有体积小，效率高，寿命长，售价低等特点，且减速器的机构形式国内外以趋于系列化，因此这种驱动形式应用很多。 3. 低速液压马达直接驱动 该驱动形式的马达输出轴直接带动主链轮，从而达到驱动履带的目的。马达大都采用多作用内曲线径向柱塞式液压马达。其特点是：结构形式简单、成本低、传动扭矩大、低速稳定性好、启动效率高。但马达体积大，难以保证地 隙，制动装置不易处理，只适合与中、小型掘进机。 电驱动 行走机构采用电驱动的特点是：启动力矩大、效率高、维修简单、运行可靠。液压驱动由于液压元件制造精度要求较高，加工工艺复杂，维修较困难，使用当中“跑、冒、滴、漏”现象屡有发生，增加了液压用油量，而采用电驱动可明显降低材料消耗量。但电驱动形式结构庞大，电动机易潮湿，且频繁启动增加了电动机及其供电系统的故障率。 传动方式分析与选择 根据国内外 以往掘进机设计的经验来看，行走机构的传动形式大多数都 7 为行星齿轮传动，与定轴传动相比 ,行星齿轮传动具有体积小、质量轻、承载能力大和效率高等优点。行星齿轮传动机构的常用类型有 2、 3K 型、。其中 2加工装配工艺较简单 ,传动功率范围不受限制 ,在采掘机械传动系统中应用最为广泛。其传动比范围为 1. 传动原理 采用 2KH(负号机构的行星齿轮传动 ,当高速轴由液压马达驱动时 ,便带动太阳轮回转 ,于是带动行星轮转动 ,由于内齿圈固定不动 ,便驱动行星架作输出运动 ,行星轮在行星架上既作自转又作公转的行星传动 ,就以此同样的结构组成两级、三级或多级的串联行星齿轮传动。 2. 组成 由太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架所组成。以啮合方式命名为 其中 N 为内啮合、 G 公用齿轮、 W 外啮合 )。以基本构件命名 ,即为2行星齿轮传动。所谓基本构件 ,在行星齿轮传动的各构件中 ,凡是轴线与定轴线重合 ,且承受外力矩的构件称为基本构件。因此传动是由两个中心轮 2K 和行星架 H 等三个基本构件组成 ,因而称为 2行星齿轮传动。 图 2行星齿轮结构原理 8 通过以上的各种分析，综合掘进机的性能要求及工作环境，此次设计的掘进机行走机构采用方案即：选用液压驱动，一级直齿圆柱齿轮及二级行星齿轮传动组合而成（见图 2,其特点是运用了太阳轮浮动均载机构 ,使多个行星轮受力均衡 ,同时还可以通过调节螺杆与弹簧来改变太阳轮的