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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第92頁
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,英國為修建海底隧道,生產(chǎn)制造了第一臺(tái)掘進(jìn)機(jī),美國在20世紀(jì)30年代開發(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)的開發(fā)和研制,經(jīng)過多年的不懈努力,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)。截齒的選擇原來雖主要依靠經(jīng)驗(yàn),但目前已可以通過試驗(yàn)臺(tái)測試來準(zhǔn)確選擇。截齒在掘進(jìn)過程中破碎煤巖時(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,市場廣闊。
追溯我國使用巷道掘進(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年代我國開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,我國煤炭科研院所與煤機(jī)廠和礦務(wù)局共同設(shè)計(jì)開發(fā)研制了EMS-30以及EMS-55等機(jī)型。到80年代中期,我國分別從英國、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、美國、德國、匈牙利等國家引進(jìn)了16種、近200臺(tái)掘進(jìn)設(shè)備,對(duì)我國煤礦使用掘進(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)依賴進(jìn)口的局面。“八五”、“九五”期間,我國開始重型掘進(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型是國內(nèi)研制的重型掘進(jìn)機(jī),S2OOM是引進(jìn)日本,進(jìn)而國產(chǎn)化的重型機(jī)。近幾年,隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)呈快速增長。2000年市場投入總量為51臺(tái)、2001年103臺(tái)、2002年126臺(tái)、2003年236臺(tái),到2004年將超過 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)。盡管我國掘進(jìn)機(jī)研制工作起步并不晚,“七五”期間也曾取得過較好的成果,可是在發(fā)展過程中,現(xiàn)有產(chǎn)品與國際相比尚有很大差距。
(1)從產(chǎn)品生產(chǎn)和使用方面看,國產(chǎn)的s100比日本晚6年,聯(lián)合研制的EBE160比英國LH130晚13年
(2)性能、規(guī)格相近的機(jī)型與國外相比晚8—20年。
(3)從制造總數(shù)上看,截止2005年2月我國制造的掘進(jìn)機(jī)近1150臺(tái),僅相當(dāng)英國、德國、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、德國平均相差近20年。
(5)從裝機(jī)綜合技術(shù)水平看,我國僅相當(dāng)于國外20世紀(jì)80年代初期水平。為此,我國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)自主開發(fā)能力,盡快縮短我國與先進(jìn)掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)國家的技術(shù)差距,并使我國煤礦掘進(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
從目前國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢來看,具有廣闊的發(fā)展前景,在我國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,市場前景更為看好。
(2)矮機(jī)身中型掘進(jìn)機(jī)。隨著我國煤炭采掘業(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發(fā)研制。
③遙控技術(shù)、截割軌跡顯示與紅外線定位系統(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,開始大規(guī)模運(yùn)用液壓馬達(dá)直接帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的機(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)、名稱及外型
產(chǎn)品型號(hào)、名稱為EBJ─120TP型懸臂式掘進(jìn)機(jī)外型參見圖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 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
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。履帶接地長度相中心距之比.一般不大于1.6,履帶公稱接地比壓不大于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、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、壽命長的防水密封。履帶的牽引力應(yīng)能滿足設(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95℃,液壓油箱中的油溫不應(yīng)超過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;
(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)器的下部兩側(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)稱的驅(qū)動(dòng)裝置組成,通過低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤向內(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。通過一對(duì)銷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在輸送機(jī)尾部的張緊脂油缸來實(shí)現(xiàn)的。
2.2.4行走部
行走部的設(shè)計(jì)見第三章的介紹
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——盤形支座;3——圓盤止推軸承;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,用來支承掘進(jìn)機(jī)的自重、承受切割機(jī)構(gòu)在工作過程中所產(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)縱向中心線左右對(duì)稱。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。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)。履帶架見圖3-2。
圖3-2履帶架
2)導(dǎo)向輪是用來保證掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)彎的一種裝置,張緊裝置是用來調(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)
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,但從滿足裝配條件看,與最小差值應(yīng)滿足:
(4-20)
將代入傳動(dòng)比公式(4-17),經(jīng)整理化簡后可得齒數(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,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)不能滿足非變位的同心條件。為了使該行星傳動(dòng)既能滿足給定的傳動(dòng)比i=134.4的要求,又能滿足嚙合傳動(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,該減速器的傳動(dòng)效率較高,可以滿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(太陽輪)a的結(jié)構(gòu),因?yàn)樗闹睆捷^小.所以,
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。總之,在滿足使用要求的情況下,軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單,以便于加工制造。
內(nèi)齒輪b采用了彈性銷的均載機(jī)構(gòu)進(jìn)行浮功。通過其彈性銷把內(nèi)齒輪b與箱體內(nèi)壁連接起來,從而可以將其固定。內(nèi)內(nèi)齒輪e采用了通過漸開線花鍵聯(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)臂軸線的中心距極限偏差可按公式計(jì)算?,F(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;