大斷面硬煤巖掘進機總體結構及裝運機構設計說明書[帶圖紙]

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　Abstract3</p><p><b>　　前言4</b></p><p>　　1掘進機總體設計5</p><p><b>　　1.1使用條件6</b></p><p><

2、;b>　　1.2結構設計7</b></p><p>　　1.2.1工作機構的型式選擇7</p><p>　　1.2.2裝載機構的型式選擇8</p><p>　　1.2.3輸送機構的型式選擇9</p><p>　　1.2.4轉載機構的型式選擇10</p><p>　　1.2.5行走機構的型式選

3、擇10</p><p>　　1.2.6除塵裝置的型式選擇11</p><p>　　1.3對上述個部分進行選用11</p><p>　　1.3.1運用黑箱法11</p><p>　　1.3.2技術經(jīng)濟評價12</p><p>　　1.3.3繪制強度圖13</p><p>　　1.3.4

4、繪制斷面圖13</p><p>　　1.4總體參數(shù)的確定14</p><p>　　1.4.1機型大小14</p><p>　　1.4.2 總體布置14</p><p>　　1.4.3掘進機的通過性15</p><p>　　2裝運機構設計16</p><p>　　2.1設計要求16&

5、lt;/p><p>　　2.2鏟板組成17</p><p>　　2.3　星輪結構尺寸確定18</p><p>　　2.4運輸機設計19</p><p>　　3鏟板升降油缸的設計20</p><p>　　3.1鏟板升降液壓缸類型的選擇20</p><p>　　3.2基本參數(shù)的確定20<

6、;/p><p>　　3.2.1工作負載的確定20</p><p>　　3.2.2 工作壓力的確定21</p><p>　　3.2.3 工作速度和速比的確定21</p><p>　　3.2.4液壓缸內(nèi)徑確定22</p><p>　　3.2.5最大工作行程和最小導向長度的確定23</p><p&g

7、t;　　3.2.6活塞寬度（B）和隔離套的選用24</p><p>　　3.2.7液壓缸的推力和拉力24</p><p>　　3.3缸底厚度的計算24</p><p>　　3.3.1缸筒壁厚24</p><p>　　3.3.2缸筒壁厚的強度驗算25</p><p>　　3.4外徑的選擇25</p>

8、;<p>　　4液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度驗算26</p><p>　　4.1、液壓缸穩(wěn)定性驗算26</p><p>　　4.1.1、活塞桿的計算簡圖26</p><p>　　4.1.2柔度計算26</p><p>　　4.1.3活塞桿強度驗算27</p><p>　　4.1.4液壓缸連接零件的強

9、度計算28</p><p>　　3)、缸蓋卡環(huán)連接的強度計算29</p><p>　　4.1.5密封、導向和防塵裝置的選擇29</p><p><b>　　結論31</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　研究目的掘進機有傳統(tǒng)的鉆暴法相比

10、，具有以下優(yōu)點：能夠保證巷道的穩(wěn)定性。掘進速度快。減少巷道的超控量和不必要的工程量。減少巖石冒落及瓦斯的突然涌出，利與安全生產(chǎn)和通風管理。改善勞動條件，減少笨重的體力勞動，效率提高。使用掘進機不但可以提高巷道的掘進速度，而且還可以研究巷道掘進技術，改善工藝和勞動組織，逐步實現(xiàn)巷道掘進過程的綜合機械化。改善勞動條件，減少笨重的體力勞動，效率提高設計方法；首先進行總體設計，部分端面掘進機主要由截割機構，行走機構，裝載機構，液壓系統(tǒng)，操縱控制

11、系統(tǒng)。各個機構提供兩套方案，針對用戶的提供的使用條件，經(jīng)濟性，從中選一套好的掘進機設計要遵循如下原則，1工作機構的運動學參數(shù)，動力學參數(shù)，結構形狀以及掘進機的其他組成部分的結構形狀和技術參數(shù)等，均隨著煤巖的不同特點而異。必須量體裁衣。2從截齒到動力機，從截齒開始計算掘進機所需要的各種動力源的能力，并運用到設計時間中。3動態(tài)設計原則。將運用優(yōu)化設計方法，有限元設計方法，摸臺分析設計方法，試驗設計方法。懸臂式巷道掘進機具有掘進速度快,巷道成

12、形好,便于與其它設備配套組成綜掘作業(yè)線以及成本較為合理等優(yōu)點,因而應用廣泛。近年來掘進機</p><p>　　關鍵詞: 掘進機;目的;方法</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The research goal mechanical boring machine has the tradition to d

13、rill the storm law to compare, has the following merit: Can guarantee tunnel's stability. The tunneling speed is quick. Reduces the tunnel ultra to control the quantity and the nonessential resilience. The reduced ro

14、ck braves to fall and gas sudden gushing out, favorable and the safety in production and ventilates the management. The improvement work condition, reduces the unwieldy physical labor, the efficiency enhancement. Not o&l

15、t;/p><p>　　Key word: Mechanical boring machine; Goal; Method</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　目的意義：掘進機有傳統(tǒng)的鉆暴法相比，具有以下優(yōu)點；能夠保證巷道的穩(wěn)定性。掘進速度快。減少巷道的超控量和不必要的工程量。減少巖石冒落及瓦斯的突然涌出，利與安全生產(chǎn)和通風

16、管理。改善勞動條件，減少笨重的體力勞動，效率提高。使用掘進機不但可以提高巷道的掘進速度，而且還可以研究巷道掘進技術，改善工藝和勞動組織，逐步實現(xiàn)巷道掘進過程的綜合機械化。</p><p>　　在設計中主要研究掘進機的裝載機構。這里我主要對掘進機裝載機構進行研究和分析。利用所學的機械設計知識簡單設計機構，對重要的元件機構進行選用和設計，說明其優(yōu)、缺點，以及對整個系統(tǒng)的影響。</p><p>

17、　　研究方案，首先進行總體設計，部分端面掘進機主要由截割機構，行走機構，裝載機構，液壓系統(tǒng)，操縱控制系統(tǒng)。各個機構提供兩套方案，針對用戶的提供的使用條件，經(jīng)濟性，從中選一套好的 。在接著進行專題設計，這部分應做的比較細，包括強度計算，裝載機構的組成部分，耙爪，各種減速器，滾筒，耙板。在設計工作開始，設計師應該認真研究和分析用戶提出的技術要求和機器的工作條件，以便在總體設計中能恰當?shù)拇_定出機型，技術參數(shù)，總體結構，保證設計質(zhì)量。裝載機構總

18、體設計主要依據(jù)，巷道的端面尺寸，物料的物理性能，巷道和底版情況，行走方式和原動機的類型?？傮w布置包括機器各部分間性能協(xié)調(diào)和他們的位置正確，設計中是通過繪制整機布置草圖來控制各部分的主要尺寸和相互位置，原則如下；保證各部件，零件間協(xié)調(diào)工作，運行可靠，有足夠的強度和剛度，結構緊湊，外型美觀，整體穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率高，傳動損失小，便于操作和維修，工作安全可靠。裝運機構工作部分的設計要先對耙爪的運動軌跡分析，在集合尺寸的確定，運動學和動力學的分

19、析，強度計算。掘進機設計要遵循如下原則，1工作機構的運動學參數(shù)，動力學參數(shù)，結構形狀以及掘進機的其他組成部分的結構形狀和技術</p><p><b>　　1掘進機總體設計</b></p><p>　　掘進機是一種能夠實現(xiàn)截割，裝運，運輸，裝載煤巖和調(diào)動行走，噴霧除塵的聯(lián)合機組。與傳統(tǒng)的爆破法相比，使用掘進機有以下優(yōu)點；</p><p>　　1

20、能夠保證巷道的穩(wěn)定性。2掘進速度快。3減少巷道的超控量和不必要的工程量。4減少巖石的冒落和及瓦斯的突然涌出，有利與安全和通風管理。5改善勞動條件，減少笨重的體力勞動.它既可用于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工。</p><p><b>　　圖1-1總體結構圖</b></p><p>　　Fig1-1 overall structure drawing<

21、/p><p>　　掘進機的總體方案設計對于整機的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù)掘進機的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機型，并正確確定各部結構型式，對于實現(xiàn)整機的各項技術指標、保證機器的工作性能具有重要意義。</p><p><b>　　1.1使用條件</b></p><p>　　用戶的使用條件，巷道為梯形斷面，上底5下底6高4，堅固性系數(shù)f=

22、6,底版和兩側要求光滑。</p><p><b>　　圖1-2巷道端面</b></p><p>　　Fig 1-2 tunnel end surface</p><p>　　掘進機組成；由截割部分，本體部分，裝運部分，行走部分，液壓系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)，等組成。</p><p>　　圖1-3總體結構爆炸圖</p>

23、<p>　　Fig 1-3 gross structure detonation chart</p><p><b>　　1.2結構設計</b></p><p>　　1.2.1工作機構的型式選擇</p><p>　　部分斷面掘進機的工作機構有截鏈式、圓盤銑削式和懸臂截割式等。因懸臂截割式掘進機機體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面

24、的巷道，并能實現(xiàn)選擇性截割，而且截割效果好，掘進速度較高；所以，現(xiàn)在主要采用懸臂截割式，并已成為當前掘進機工作機構的一種基本型式。　　按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種?？v軸式截割頭傳動方便、結構緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。截割頭的形狀有圓柱形、圓錐形和圓錐加圓柱形，由于后兩種截割頭利于鉆進，并使截割表面較平整，故使用較多。缺點是由于縱軸式截割頭在橫向擺動截割時的反作

25、用力不通過機器中心，與懸臂形成的力矩使掘進機產(chǎn)生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進時，需加大機身重量或裝設輔助支撐裝置?！　M軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。這種掘進機截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較省力，排屑較方便。由于截深較小，截割與裝載情況較好?？v向截割時，穩(wěn)定性較好。缺點是傳動裝置較復雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機構使用方便；因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側壁。

26、這</p><p><b>　　圖1-4切割頭</b></p><p>　　Fig1-4 cuts the head</p><p>　　由于工作機構的載荷變化范圍大、驅動功率大、過堅硬巖石時短期過載運轉、有沖擊載荷、振動較大，要求其傳動裝置體積小，最好能調(diào)速?？紤]掘進機工作時，截割頭不僅要具有一定的轉矩和轉速以截割煤巖，而且要能上下左右擺動，

27、以掘出整個斷面，掘進機工作機構一般都采用單機驅動。雖然液壓傳動具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點，但由于對沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時過載，一般選擇過載能力較大的電動機驅動。</p><p>　　1.2.2裝載機構的型式選擇</p><p>　　部分斷面掘進機的裝載機構有4種；</p><p>　　1）單雙環(huán)形刮板鏈式：單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體

28、后面的轉載機上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結構復雜。環(huán)形刮板鏈式裝載機構制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會造成卡鏈和斷鏈。同時，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。</p><p>　　螺旋式。是橫軸式掘進機上使用的一種裝載機構，它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機構。由于頭體形狀的缺點，這種機構

29、目前使用很少。</p><p>　　耙爪式。是利用一對交替動作的耙爪來不斷地耙取物料并裝入轉載運輸機構。這種方式結構簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應用很普遍。但這種裝載機構寬度受限制，為擴大裝載寬度，可使鏟板連同整個耙爪機構一起水平擺動，或設計成雙耙爪機構，以擴大裝載范圍。</p><p><b>　　圖1-5 蟹爪結構</b></p>&

30、lt;p>　　Fig 1-5 crab claw structure drawing</p><p>　　星輪式。該種機構比耙爪式簡單、強度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差通常，應選擇耙爪式裝載機構，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機構，也可設計成耙爪與星輪可互換的裝載機構。</p><p><b>　　圖1-6星輪結構</b></p><

31、;p>　　Fig 1-6 spider structure</p><p>　　裝載機構可以采用電動機驅動，也可用液壓馬達驅動。但考慮工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓馬達驅動為好。耙裝裝載機構雖可連續(xù)裝載,然而在兩個偏心</p><p>　　轉盤同時旋轉一周時,只有兩次裝載過程,如果想要提高裝載效率就要增加偏心轉盤每轉一周的裝載次數(shù),因此決定將其原來的蟹爪式裝載機構改為星輪式裝載機構。

32、 </p><p>　　1.2.3輸送機構的型式選擇</p><p>　　部分斷面掘進機多采用刮板鏈式輸送機構。輸送機構可采用聯(lián)合驅動方式，即將電動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側，在驅動裝載機構同時，間接地以

33、輸送機構機尾為主動軸帶動刮板輸送機構工作。這樣傳動系統(tǒng)中元件少、機構比較簡單，但裝載與輸送機構二者運動相牽連，相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。</p><p>　　輸送機構采用獨立的驅動方式，即將電動機或液壓馬達布置在遠離機器的一端，通過減速裝置驅動輸送機構。這種驅動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機構的運動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點有所增加。</p><p>

34、　　目前，這兩種輸送機構均有采用，設計時應酌情確定。一般常采用與裝載機構相同的驅動方式。</p><p>　　1.2.4轉載機構的型式選擇</p><p>　　該掘進機的轉載機構有兩種布置方式：①作為機器的一部分；②為機器的配套設備。目前，多采用膠帶輸送機?！　∧z帶轉載機構傳動方式有3種：①用液壓馬達直接或通過減速器驅動機尾主動卷筒；②由電動卷筒驅動主動卷筒；③利用電動機通過減速器驅動主

35、動卷筒?！　槭剐遁d端作上下、左右擺動，一般將轉載機構機尾安裝在掘進機尾部的回轉臺托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉臺中心擺動，達到擺角要求；同時，通過升降液壓缸使其繞機尾鉸接中心作升降動作，以達到卸載的調(diào)高范圍。</p><p>　　轉載機構應采用單機驅動，可選用電動機或液壓馬達。</p><p>　　1.2.5行走機構的型式選擇</p><p>　　該種掘進機的

36、行走機構有邁步式、導軌式和履帶式幾種。</p><p>　　(1)邁步式。該種行走機構是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結構，使人員能自由進出工作面，并可越過裝載機構到達機器的后面。使用支撐裝置可起到掩護頂板、臨時支護的作用。但由于向前推進時，支架反復交替地作用于頂板，掘進機對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機構主要用于巖巷掘進機，在煤巷、半煤巖巷中也有應用。　　(2)導軌式。將掘進機用導軌吊在

37、巷道頂板上，躲開底板，達到?jīng)_擊破碎巖石的目的。這就要求導軌具有較高的強度。這種行走機構主要用于沖擊式掘進機?！　?3)履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機動性能好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。但其結構復雜、零部件磨損較嚴重。　　目前，部分斷面掘進機通常采用履帶式行走機構。由于其工作環(huán)境差，用電動機驅動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達驅動。</p><p>　　1.2.

38、6除塵裝置的型式選擇</p><p>　　掘進機的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種?！　?1)噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來，達到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。是在工作機構的懸臂上裝設噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結構簡單、工作可靠、使用壽命長。由于噴嘴距粉塵源較遠，粉塵容易擴散，除塵效果較差；②內(nèi)噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布

39、置，壓力水對著截齒噴射。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。但噴嘴容易堵塞和損壞，供水管路復雜，活動聯(lián)接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內(nèi)外噴霧相結合的辦法，并且和截割電機、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結合起來考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵?！　?2)抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設計掘進機時，應根據(jù)掘進機的技術條件來選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進機移動，風機

40、的噪音很大，應安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設備增多，使工作面空間減小。近年來，除塵設備有向抽出式和噴霧式聯(lián)合并用方向發(fā)展的趨勢。</p><p>　　1.3對上述個部分進行選用</p><p>　　1.3.1運用黑箱法</p><p>　　表1-1掘進機原理解</p><p>　　Table 1-1 mechanical bo

41、ring machine original understanding</p><p>　　選兩種組合第一種；a1----b2----a3-----a4</p><p>　　第二種；b1----b2----c3-----b4</p><p>　　第三種；a1----a2----a3-----a4</p><p>　　1.3.2技術經(jīng)濟評價&l

42、t;/p><p>　　表1-2掘進機技術經(jīng)濟評價表</p><p>　　Table 1-2 mechanical boring machine technical economy appraisal table</p><p>　　1.3.3繪制強度圖</p><p>　　圖1-7掘進機價值強度圖</p><p>　　Fi

43、gure 1-7 mechanical boring machine value intensity chart</p><p>　　把有權重總價高并且在價值強度圖中位于右上角的兩個方案（1、3），作為較好的方案，在借助于價值斷面進行比較，比較結果方案1是最好的。</p><p>　　1.3.4繪制斷面圖</p><p>　　圖1-8掘進機價值斷面圖</p&g

44、t;<p>　　Figure 1-8 mechanical boring machine value sectional drawing</p><p>　　1.4總體參數(shù)的確定</p><p><b>　　1.4.1機型大小</b></p><p>　　表1-3基本機型與主要參數(shù)</p><p>　　Ta

45、ble 1-3 basic types and main parameter</p><p>　　根據(jù)主要參數(shù)與工作條件選3型</p><p>　　1.4.2 總體布置</p><p>　　工作機構要求有較大短時間過載能力，油馬達對沖擊載荷敏感，過載能力低。影響截割頭正常連續(xù)運轉，所以，掘進的工作機構采用電動機為動力的機械傳動形式。利用體積小、功率大、過載能力強的專

46、用電動機，并配備可靠的電氣保護裝置。根據(jù)工作機構結構緊湊的特點，通常工作機構的減速器設在懸臂內(nèi)，成為懸臂的組成部分。截割頭調(diào)速方式一般采用配換掛輪的方法，變速機構力求簡單。</p><p>　　耙裝運輸機構采用齒輪油馬達傳動，由于尺寸小，重量輕，可使2者分別傳動，從而簡化傳動裝置，便于在鏟板下布置，便于設計密封效果好的機械密封或將減速器與鏟板分離，同時可實現(xiàn)過載自動保護。</p><p>

47、　　履帶行走機構的驅動方式有電動機驅動和油馬達驅動兩種方式。分別通過機械減速裝置或直接由馬達帶動履帶的主動鏈輪運轉。</p><p>　　機械傳動的履帶行走機構，一般是將電動機裝于兩條履帶減速器后部，制動裝置采用機械液壓制動方式。可靠性高，但不能調(diào)速，減速箱體積較大采用4級電機，巷道淋水大時，電動機易受潮燒壞。</p><p>　　履帶行走機構采用液壓傳動形式，系統(tǒng)簡單、性能教好、技術先進

48、。液壓傳動的行走機構中，在液壓馬達形式選擇及調(diào)速方式設計方面，有不同方案。行走機構的調(diào)速方式有兩種，一是采用變量泵另一種是采用分流或并流的調(diào)速方案，在機器快速調(diào)動時，停止想裝載馬達供油，只向行走馬達供油，使掘進機具有良好的行走速度。</p><p>　　1.4.3掘進機的通過性</p><p>　　掘進機的通過性是指機器通過彎道、各種底板和障礙物的能力歷史掘進機的使用性能之一。</p

49、><p>　　機器高度越低越好，但由于離地最小間隙和龍門高度的要求，機器不能太低，小斷面在1.7m以下，大斷面在2m以下。長度在8m左右，機器寬度與巷道寬度相適應。機器兩側距離巷道兩壁保持適應距離，以便人員通過和材料的運輸。</p><p>　　掘進機械的通用性離地最小間隙取200mm.可通過巷道最小半徑控制在6-10m.適應底版比壓p=100---130Kpa,</p><

50、;p>　　掘進機穩(wěn)定性分析與計算穩(wěn)定性是指在規(guī)定的方向行走和工作的時候不發(fā)生翻到或測滑的能力。靜態(tài)穩(wěn)定性是指機器在行走和截割兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。掘進機的穩(wěn)定性，是影響掘進機的有效工作的重要因素之一，在總體設計時候應基本予以平衡，而在機器的縱向和高度方向上的重心位置應分、懸臂和機身兩部分分進行計算，主要是便于對懸臂處于各種不同位置和帶動角度時的整機重心計算。當掘進作業(yè)時候，還應分別鉆進工況和橫向擺動切割工況進行縱向和橫向的年扭動穩(wěn)定

51、計算。</p><p><b>　　2裝運機構設計</b></p><p>　　煤礦井下巷道的快速掘進,要求掘進機具有較大的生產(chǎn)能力,因此,在提高掘進機截割能力的同時,其裝載運輸能力也必須相應提高。裝載機構是掘進機的主要工作機構之一,其作用是將截割機構破落下來的煤巖收集、耙裝至中間輸送機。裝載能力的大小取決于裝載機構參數(shù)的選擇,它直接決定了整機的生產(chǎn)能力,因此,不斷改

52、進和完善掘進機裝載機構,是提高掘進機整機性能的前提。它目前多采用液壓馬達直接驅動星輪的方式。星輪裝載機構是掘進機的重要組成部分,它設計是否正確合理,將直接影響整機的適用性、生產(chǎn)效率和性能可靠性,裝載機構的設計要與整機相匹配。</p><p>　　圖2-1裝運機構結構圖</p><p>　　Figure 2-1 shipment activity structure drawing</

53、p><p><b>　　2.1設計要求</b></p><p>　　在總體設計開始前，至少應該掌握如下技術要求和使用條件，當作設計的主要依據(jù)。</p><p>　　1航道的斷面尺寸。它是確定最大工作尺寸和外形尺寸。</p><p>　　2料堆狀況的物理機械性能。</p><p>　　3裝載機構的技術生

54、產(chǎn)率，</p><p>　　4底版和巷道的情況，</p><p>　　5行走方式和原動機的類型。</p><p>　　裝載機構的生產(chǎn)能力應大于截割機構的生產(chǎn)能力,這是確定裝載機構技術參數(shù)的先決條件。設計時裝載機構生產(chǎn)能力按截割機構生產(chǎn)能力的1.0~1.1倍考慮為宜。</p><p>　　鏟板寬度應大于履帶外側寬度,鏟板能升降,且鏟尖呈刀尖形狀

55、。</p><p>　　總體參數(shù)的確定采用計算法或類比法。裝載機構是通過銷軸與銷孔鉸接于主機架上，并通過升降油缸實現(xiàn)裝載機構的上下擺動的。裝載機構通過升降油缸下擺接地后，還可以成為機體的前支點，增加機器的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　2.2鏟板組成</b></p><p>　　鏟板部是由鏟板本體、側鏟板、鏟板驅動裝置、從動輪裝置等組成。

56、通過兩個低速大扭矩液壓馬達直接驅動星輪，把截割下來的物料收集到第一運輸機內(nèi)。鏟板部的兩個液壓馬達驅動采用一個液壓分流器，使兩個液壓馬達在工作時能夠獲得均衡的流量，確保星輪平穩(wěn)一致。鏟板本體、側鏟板用M24高強度螺栓連接，鏟板在油缸作用下可向上抬起，向下臥底。</p><p><b>　　圖2-2鏟板結構</b></p><p>　　Figure 2-2 shovel

57、board structure</p><p>　　1、驅動部采用低速大扭矩液壓馬達直接驅動；馬達標配為國產(chǎn)馬達，根據(jù)需要也可選配性能優(yōu)良的進口馬達。</p><p>　　2、取消鏟板減速機和中間軸裝置，降低故障率。</p><p>　　3、星輪與馬達直聯(lián)；使維修拆裝更為方便。</p><p>　　4、鏟板鏡板采用耐磨板。</p>

58、<p>　　5、星輪爪數(shù)可根據(jù)客戶要求自選三爪或六爪。</p><p>　　2.3　星輪結構尺寸確定</p><p>　　星輪式裝載機構是一種新型的裝載機構,由于它采用液壓馬達直接驅動星輪的方式,傳動簡單,受力均勻,運轉平穩(wěn),比蟹爪式有錐齒輪減速器機構,可靠性大大提高,因而近幾年國內(nèi)外掘進機和連續(xù)采煤機裝載機構廣泛采用星輪式裝載機構。星輪結構尺寸確定、星輪轉速確定及裝載功率確

59、定的方法,對進行星輪式裝載機構設計可以參考借鑒,對合理設計星輪式裝載機構有一定的指導意義。</p><p>　　星輪結構如圖3所示,有關尺寸確定如下:</p><p>　　(1)星輪大徑D　星輪大徑的確定與鏟板和驅動裝置外形尺寸及星輪回轉中心有關,設計時結合鏟板設計綜合考慮確定。</p><p><b>　　圖2-3星輪結構</b></p

60、><p>　　Figure 2-3spider structure</p><p>　　(2)星輪小徑d　星輪小徑的確定主要與驅動裝置外形尺寸有關,設計時在滿足強度要求的條件下,應盡量減小星輪小徑的尺寸。</p><p>　　(3)星輪小徑高度H　星輪小徑高度的確定要結合鏟板和驅動裝置結構尺寸及機器總體布置要求確定,并使之盡量小。</p><p>

61、;　　(4)星輪爪子的數(shù)量M及寬度L　星輪爪子的數(shù)量目前以三爪、四爪及六爪居多。爪子數(shù)量多,結構較復雜,裝載效率低,建議設計時采用三爪星輪。星輪爪子的寬度設計時,要求在滿足強度的條件下,盡量減小其寬度。</p><p>　　(5)爪子高度h　爪子高度由星輪大小徑、星輪爪子的數(shù)量、星輪轉速及裝載機構的生產(chǎn)率確定。</p><p>　　(6)物料m所處星輪位置的半徑r越小,要使物料順利裝入中間

62、輸送機上,所需的轉速越高。但是,如果轉速過高,又會造成嚴重的甩物料現(xiàn)象,從而影響裝載效果。</p><p>　　(7)物料m沿爪面的分力與物料m所處星輪位置的離心力與爪面切線的夾角α有關,星輪工作轉速大于40 r/min時,星輪爪面宜采用弧形面。</p><p><b>　　2.4運輸機設計</b></p><p>　　第一運輸機采用分體焊接結

63、構，分為前溜槽和后溜槽兩部份。采用雙邊鏈運輸。</p><p><b>　　圖2-4運輸機</b></p><p>　　Figure 2-4transport aircraft</p><p>　　1、選用18×64煤礦通用圓環(huán)鏈。</p><p>　　2、低速大扭矩雙（單）液壓馬達驅動，減少故障點維修方便；液

64、壓馬達有兩種一種為國產(chǎn)馬達、另一種為進口馬達。</p><p>　　3、可選配液壓油、脂缸、絲杠張緊。</p><p>　　4、一運全部為耐磨鋼板，溜槽底板采用進口K400優(yōu)質(zhì)耐磨板。</p><p>　　5、設計直溜槽，方便運料。</p><p>　　3鏟板升降油缸的設計</p><p>　　3.1鏟板升降液壓缸類型

65、的選擇</p><p>　　根據(jù)鏟板的工作情況可知，在工作時候鏟板能向下臥底和向上抬起，這就必須選擇一個活塞桿能實現(xiàn)正反兩個方向運動的液壓缸。所以，選擇雙作用單活塞桿式液壓缸可實現(xiàn)運動要求。</p><p>　　3.2基本參數(shù)的確定</p><p>　　3.2.1工作負載的確定</p><p>　　液壓缸的工作負載是指工作機構在滿負荷的情況下

66、，以一定的加速度啟動時，對液壓缸產(chǎn)生的總阻力，可如下計算：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　式中，Re— 工作機構的阻力及自重等對液壓缸產(chǎn)生的作用力；</p><p>　　Rf— 工作機構滿負荷起動時的靜摩插力對液壓缸產(chǎn)生的作用力；</p><p>　　Rg —工作機構滿負荷起動時的慣

67、性力對液壓缸產(chǎn)生的作用力；</p><p>　　由式(1-1)計算得到的總阻力，即為液壓缸的最大工作負載。</p><p>　　因為抬起和放下鏟板的速度很小這里的慣性力忽略不計，同樣靜摩擦力也忽略不計。</p><p><b>　　所以算</b></p><p>　　為了求出鏟板液壓缸的總阻力，首先需給出鏟板的有關尺寸參

68、數(shù)，然后對鏟板進行受力分析。</p><p>　　鏟板自重W=8000N；鏟板寬度B=3600mm；長度L=2300mm；物料的重力W=8000N鏟板的受力如圖1-1所示：利用靜力學列方程</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　、、、、</b></p><p>

69、　　=89333.33N</p><p><b>　　所以R=F</b></p><p>　　圖3-1鏟板受力分析圖</p><p>　　Fig 3-1 shovel board stress analysis chart</p><p>　　3.2.2 工作壓力的確定</p><p>　　液壓缸

70、的工作壓力是指作用在活塞桿上克服最大工作負載的液體壓力。根據(jù)掘進機的實際情況，工作壓力選取16MPa</p><p>　　3.2.3 工作速度和速比的確定</p><p>　　液壓缸的工作速度與供液流量和活塞桿的有效作用面積（有液壓缸缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑確定）有關。一般情況下，工作機構對液壓缸的工作速度是有一定要求的，因此工作速度往往是已知量。</p><p>　　

71、即活塞桿伸出速度V1和回縮速度V2分別為： </p><p>　　式中，Q—進液流量；</p><p>　　—容積效率=0.96；</p><p><b>　　—工作速比；</b></p><p>　　液壓缸的速比，通常是對雙作用單活塞式液壓缸而言的，它與

72、液壓缸的缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑有關。速比一般不宜過大，否則無桿腔回液流速過高而形成很大的背壓。但也不宜過小，否則活塞桿直徑相對于缸筒內(nèi)徑太細，穩(wěn)定性差。速比的選取可按表1-1選取，工作壓力高的液壓缸選用較大值（活塞桿較粗），工作壓力低的則選較小值。</p><p>　　表3-1 不同工作壓力推薦的速度比</p><p>　　Table 3-1 different working pressu

73、re recommendation speed ratio</p><p><b>　　選取工作速比=2。</b></p><p>　　式中，—機械效率，橡膠密封時取=0.95</p><p>　　P0 — 回油壓力，當回油直接通油箱時取P0=0；</p><p>　　3.2.4液壓缸內(nèi)徑確定</p>&l

74、t;p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　通過計算所得的活塞桿直徑，均需按GB2348—80規(guī)定的活塞桿直徑尺寸系列圓整，取160mm。</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　d=86mm</b></p><p>&

75、lt;b>　　進行圓整取90mm</b></p><p>　　3.2.5最大工作行程和最小導向長度的確定</p><p>　　液壓缸最大工作行程，可根據(jù)鏟板動作要求所決定的液壓缸最大和最小極限位置來決定。鏟板水平位置時最大極限位置，鏟板抬起時候得出液壓缸最小極限位置，，液壓缸最小極限位置。根據(jù)其差值，按GB2349—80規(guī)定的液壓缸行程系列，向大圓整成標準值，即液壓缸的最

76、大工作行程。</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　查表選取液壓缸的最大工作行程為125mm。</p><p>　　液壓缸的最小導向長度，是指當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離，如圖1-2所示。若導向太

77、小，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對于一般的液壓缸，其最小導向長度H應滿足下式要求：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中，L—液壓缸的最大工作行；</p><p><b>　　D—缸筒內(nèi)徑；</b></p><p><b>

78、;　　圖3-2導向長度</b></p><p>　　Fig 3-2 guidance length</p><p>　　一般導向套滑動面的長度A，在缸筒內(nèi)徑D<80mm時，取缸筒內(nèi)徑D的0.6～1.0倍；在缸筒內(nèi)徑D>80mm時，則取活塞桿直徑d的0.6～1.0倍。</p><p><b>　　即：</b></p&

79、gt;<p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　3.2.6活塞寬度（B）和隔離套的選用</p><p>　　為了保證最小導向長度而過分地增大導向套長度和活塞桿寬度都是不適宜的，最好的辦法是在導向套與活塞桿之間裝一隔離套K，其長度C由所需的最小導向長度決定。采用隔離套不僅能保證最小導向長度，而且還可以擴大導向套及活塞的通用性。</p

80、><p>　　活塞寬度B取缸筒內(nèi)徑的0.6～0.8；所以B=96mm。</p><p>　　隔離套。 (3-8)</p><p>　　3.2.7液壓缸的推力和拉力</p><p>　　根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑；查表選取液壓缸的推力為；液壓缸的拉力；</p><p&g

81、t;　　3.3缸底厚度的計算</p><p><b>　　3.3.1缸筒壁厚</b></p><p>　　根據(jù)實際觀察得知，液壓缸的缸底為平型缸底如圖1-5，無孔時其厚度計算公式為： （3-9）</p>&l

82、t;p><b>　　式中：—缸筒內(nèi)徑；</b></p><p>　　—試驗壓力MPa；工作壓力為16MPa時， </p><p>　　—缸底材料的許用應力MPa; 缸底材料為鍛鋼, =100～120MPa</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　

83、mm</b></p><p><b>　　圖3-3缸底厚度</b></p><p>　　Figure 3-3 cylinder bottom thickness</p><p>　　3.3.2缸筒壁厚的強度驗算</p><p><b>　　材料的許用應力計算</b></p>

84、<p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　式中：—缸體材料的抗拉強度，缸體材料為，=980Mpa；</p><p>　　n—安全系數(shù).一般取n=5。</p><p>　　根據(jù)缸筒壁厚條件來驗算強度：</p><p><b>　?。?-12）</b></p>

85、<p>　　式中，P—系統(tǒng)的工作壓力。</p><p>　　由此可見，缸筒壁厚強度可以滿足要求</p><p><b>　　3.4外徑的選擇</b></p><p>　　根據(jù)重型機械用標準液壓缸的缸體系列（JB1068—67）查表根據(jù)缸的內(nèi)徑D=200查表選取缸的外徑和缸筒壁厚分別為：</p><p>　　

86、(3-13) </p><p>　　=160+24=184</p><p><b>　　查表取整</b></p><p>　　4液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度驗算</p><p>　　4.1、液壓缸穩(wěn)定性驗算</p>

87、<p>　　4.1.1、活塞桿的計算簡圖</p><p>　　如圖1-5所示活塞桿，用45鋼制成，桿徑d=110mm，活塞桿伸出量為最大時液壓缸的長L=730mm，E=210MPa，，確定活塞桿臨界載荷。</p><p><b>　　圖4-1液壓缸簡圖</b></p><p>　　Figure 3-4 hydraulic cyli

88、nder diagram</p><p>　　由圖可知，當活塞靠近鋼蓋時，活塞桿的外伸部分最長，穩(wěn)定性越差。此外，根據(jù)鋼體的固定方式及其對活塞桿的約束情況，活塞桿可以近似看作是兩端鉸接，其長度因數(shù)為：</p><p><b>　　4.1.2柔度計算</b></p><p>　　根據(jù)截面的慣性半徑公式</p><p>&l

89、t;b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　得：</b></p><p>　　1.3活塞桿柔性系數(shù)</p><p>　　= (4-2)</p><p>　　式中， —為長度折算系數(shù)，對于兩端鉸接約束方式一般取1；</p>&

90、lt;p>　　L—為有效計算長度。</p><p>　　因為，所以活塞桿屬于粗短桿，又稱為小柔度桿。實驗證明，它的破壞與試穩(wěn)現(xiàn)象無關，應按強度問題處理。</p><p>　　4.1.3活塞桿強度驗算</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　當時，活塞桿的驗算按短行程液壓的活塞桿驗算，短行

91、程液壓缸的活塞桿，在工作中主要受軸向壓縮（或拉伸）載荷，故可近似地按中心受壓（或受拉）進行強度驗算，即：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，—活塞桿直徑；</p><p>　　—空心活塞桿直徑，對于實心活塞桿=0；</p><p>　　F —液壓缸最大推力（或拉力）；</p&

92、gt;<p>　　— 活塞桿的壓（或拉）應力；</p><p>　　—活塞桿的許用壓力，</p><p>　　即活塞桿的強度滿足強度要求。</p><p>　　4.1.4液壓缸連接零件的強度計算</p><p>　　對于重要的液壓缸，它的各部分連接零件都應進行強度計算。</p><p>　　1)缸筒焊縫的

93、強度計算</p><p>　　焊縫的應力及強度條件為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中，F(xiàn) —液壓缸最大推力；</p><p><b>　　D —缸筒外徑；</b></p><p><b>　　—焊縫內(nèi)徑；</b>

94、;</p><p><b>　　—焊接效率，??；</b></p><p><b>　　—焊縫的許用應力。</b></p><p>　　即焊縫的應力強度條件滿足要求。</p><p><b>　　2)銷軸連接計算</b></p><p>　　銷軸通常是雙面

95、受剪，為此其直徑為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　式中，F(xiàn)— 液壓缸輸出的最大推力；</p><p>　　—銷軸材料的許用應力P；此銷軸所選的材料為，=35～55MP，銷軸的長度L，應根據(jù)結構及耳環(huán)寬度EW來確定，一般取L=。</p><p>　　3)、缸蓋卡環(huán)連接的強度計算<

96、;/p><p>　　缸筒與缸蓋為卡環(huán)連接時，卡環(huán)的剪切應力和強度條件為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中，P—系統(tǒng)的工作壓力；</p><p><b>　　D—缸筒直徑 ；</b></p><p><b>　　l—卡環(huán)厚度；&l

97、t;/b></p><p>　　—卡環(huán)材料的許用剪應力。當采用45號鋼調(diào)質(zhì)處理時，取=1800×。</p><p><b>　　即：</b></p><p>　　故： </p><p>　　卡環(huán)材料的擠壓應力和強度條件為：</p><p><

98、;b>　　（4-8）</b></p><p>　　式中，—卡環(huán)寬度之半；</p><p>　　—卡環(huán)許用擠壓應力。對于45號鋼，。</p><p>　　即： </p><p>　　故： </p><p>　　4.1.5密封、導向和防塵裝置的選

99、擇</p><p>　　密封裝置是液壓缸和其他液壓元件不可缺少的一部分，其作用是防止泄漏（包括內(nèi)漏和外漏）、防止灰塵、雜質(zhì)、水分等污染物從外部侵入。通常液壓缸和其他液壓元件及系統(tǒng)的工作性能、效率和可靠性都與密封裝置的結構性能有關，因此，正確選擇密封元件和確定合理的結構是非常重要的。對密封裝置的基本要求是：在工作壓力下密封效果好，且摩擦阻力和泄漏量少；在使用范圍內(nèi)的耐摩性、耐油性和抗腐蝕性能好，密封元件表面不易損壞

100、且壽命長；結構簡單、使用安裝維修方便。</p><p><b>　　1.密封裝置的類型</b></p><p>　　根據(jù)運動狀況，密封裝置分為靜密封與動密封，動密封又有往復運動和旋轉運動密封；而根據(jù)密封原理，密封裝置分為間隙密封和接觸密封兩大類。</p><p><b>　?、?間隙密封</b></p>&l

101、t;p>　　間隙密封是依靠相對運動的元件間的微小間隙實現(xiàn)密封的，本身并沒有專門的密封元件，如閥芯與閥套、柱塞與柱塞缸的平面間隙密封等。密封性能與間隙大小、壓力差、配合面長度、寬度或加工精度有關。</p><p><b>　?、?接觸密封</b></p><p>　　在密封配合表面間加入彈性元件而實現(xiàn)的密封稱為接觸密封。這種密封效果好能在較大的壓力和溫度范圍內(nèi)可靠

102、地工作，是使用最廣泛的密封裝置，常用的有O性密封圈和各種唇性密封圈以及活塞環(huán)等。</p><p>　　2.活塞與缸筒和活塞桿間的密封裝置</p><p>　　本設計的活塞與缸筒的密封裝置采用派克·漢尼汾有限公司生產(chǎn)的zw型密封圈和FR型導向環(huán)。</p><p>　　zw型雙作用密封圈由一個橡膠元件、兩個擋圈和兩個導向環(huán)組成。</p><

103、p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　1、導向和密封功能是由密封元件本身在極小的空間內(nèi)實現(xiàn)的。</p><p>　　2、適用于礦物油，HFA、HFB、和HFC抗燃液壓油（最高溫在60℃）中使用。</p><p><b>　　3、安裝簡單</b></p><p>　　4、簡單、長度

104、短、整體活塞安裝。</p><p>　　5、NBR密封元件的特殊幾何形狀使得安裝時不會在溝槽中扭曲。</p><p>　　6、FR型導向環(huán)為開口式，容易安裝。耐磨性好，適用于活塞和活塞桿的導向。采用這類導向環(huán)可簡化活塞和缸頭的設計。</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　　1、安裝時可簡單快速地扣

105、緊而無需輔助工具</p><p>　　2、使滑動面無金屬接觸，因而可減少金屬零件的損壞。</p><p><b>　　3、有減震的作用。</b></p><p>　　4、與熱塑性材料相比，徑向負荷承載能力提高。</p><p>　　5、在潤滑不足的情況下有極好的應急工作條件。</p><p>　　

106、6、有精確的公差和尺寸精度。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　對某一掘進機的樣機設計，我國積累了多年的設計經(jīng)驗，形成了一套自己的設計方法。 無論國外還是國內(nèi)的設計制造商，在其整個設計過程中普遍注意了以下幾個方面:一是便于維護、檢修，拆裝方便;二是便于操作;三是必須的故障檢查、診斷;四是必須保證液壓系統(tǒng)管路和油箱的清潔度。截割機構的輸出主軸

107、和裝載機構的輸出立軸和中間刮板輸送機底軸的密封都采用浮動密封，不僅實際使用效果好，幾乎無須維護檢修。減速箱中采用的滾動軸承，設計壽命與齒輪的壽命</p><p>　　等同。掘進機的作業(yè)條件差，巷道中的空氣污染嚴重，為保證其液壓系統(tǒng)油液的清潔程度、對液壓系統(tǒng)減少故障率、提高工作的可靠性是至關重要的。為滿足掘進機的長距離調(diào)動，在行駛過程中不可能為液壓系統(tǒng)及其電動機提供冷卻水進行冷卻，所以油箱盡可能選得大一些，電動機選

108、用風冷式較為符合實際工況。液壓管路特別是高壓膠管，在敷設連接時一定要安裝牢固可靠，以免由于掘進機的強烈振動將其摩擦損傷，致使膠管提早破壞甚至爆裂。便宜、質(zhì)量較高的齒輪泵，工作壓力應為其額定壓力的0.6-0.7倍。截割部回轉軸承和截割頭法蘭連接螺栓強度等級不應低于10.9級，精度不低于6級，鎖緊力矩的預緊力應保證達到材料屈服極限的0.7倍。截割懸臂法蘭聯(lián)接螺拴推薦使用防松措施(不宜用防松膠)。切割中等硬度以下的煤巖，截齒的硬質(zhì)合金直徑不應

109、小于19mm;而切割中硬度硬巖時，這樣可以降低截齒的損耗率。截割機構的升降和擺動液壓缸、掘進機穩(wěn)定器液壓缸，它們承受著截割過程中的截割反作用力的沖擊，壓力的波動峰值遠遠高于正常壓力。所以對這幾組液壓缸的耐壓試驗應高于其他機構的液壓缸，試驗壓力應為額定壓力的2-2.5倍。要保證機器的正常工作，定期維檢是最基本的</p><p><b>　　致謝</b></p><p>

110、　　本設計在導師李貴軒教授的指導和嚴格要求下已完成，從課題選擇、方案論證到具體設計和調(diào)試，無不凝聚著李導師的心血和汗水，在四年的本科學習和生活期間，也始終感受著導師的精心指導和無私的關懷，我受益匪淺。在此向導師表示深深的感謝和崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]周松林、王民、掘進機械化成套設備選型手冊上 煤炭工業(yè)出版社

111、 1990.9</p><p>　　[2]李貴軒 掘進機械設計 阜新礦業(yè)出版社1985.2</p><p>　　[3]煤炭工業(yè)部生產(chǎn)司開拓處組織編寫 掘進機選型手冊 煤炭工業(yè)出版社</p><p><b>　　[4]液壓傳動手冊</b></p><p>　　[5]機械設計手冊 機械設計手冊編委會</p>&

112、lt;p>　　[6]王彗 液壓傳動 東北大學出版社1996.3</p><p>　　[7]王永巖 理論力學 煤炭工業(yè)出版社1995.4</p><p>　　[8]單輝祖 材料力學教程 高等教育出版社1994.3</p><p>　　[9]馬壯，趙越超，孟繁盛 機械工程材料 湖南科學技術出版社1994.3</p><p>

113、　　[10]李風平，張士慶，蘇猛，屈振生 機械圖學 東北大學出版社2003.6</p><p>　　[11]李貴軒 設計方法學 世界圖書出版公司1985.2</p><p>　　[12] H.Copur,L.Ozdemir,and J.Rostami.Roadheader applications in mining and tunneling industries,80401