掘進機行走機構(gòu)減速器設(shè)計(開題報告).doc

一、課題名稱132型掘進機行走減速器設(shè)計二、課題研究背景掘進機分為兩種：開敞式掘進機和護盾式掘進機。價格一般在上億元人民幣。英文：roadheader用于開鑿平直地下巷道的機器。主要有行走機構(gòu)、工作機構(gòu)、裝運機構(gòu)和轉(zhuǎn)載機構(gòu)組成。隨著行走機構(gòu)向前推進，工作機構(gòu)中的破碎頭不斷破碎巖石，并將碎巖運走。有安全、高效和成巷質(zhì)量高等優(yōu)點，但造價大，機構(gòu)復(fù)雜，損耗也較大。近年來隨著我國煤炭行業(yè)的迅速發(fā)展，與之唇齒相依的煤機行業(yè)也日益受到重視。在煤炭行業(yè)綱領(lǐng)性文件關(guān)于促進煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見中，在全國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會上以及國家發(fā)改委出臺的煤炭行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策中，都涉及到發(fā)展大型煤炭井下綜合采煤設(shè)備等內(nèi)容。掘進和回采是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，國家的方針是：采掘并重，掘進先行。煤礦巷道的快速掘進是煤礦保證礦井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施。采掘技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術(shù)是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進技術(shù)的發(fā)展方向。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)已出現(xiàn)了年產(chǎn)幾百萬噸級、甚至千萬噸級超級工作面，使年消耗回采巷道數(shù)量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效集約化生產(chǎn)的共性及關(guān)鍵性技術(shù)。我國煤巷高效掘進方式中最主要的方式是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應(yīng)用，主要掘進機械為懸臂式掘進機。我國煤巷懸臂式掘進機的研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代，以3050kW的小功率掘進機為主，研究開發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗階段。80年代初期，我國淮南煤機廠（現(xiàn)重組為凱盛重工）引進了奧地利奧鋼聯(lián)公司AM50型掘進機、佳木斯煤機廠（現(xiàn)隸屬于國際煤機）引進了日本三井三池制作所S-100型掘進機，通過對國外先進技術(shù)的引進、消化、吸收，推動了我國綜掘機械化的發(fā)展。但當(dāng)時引進的掘進機技術(shù)屬于70年代的水平，設(shè)備功率小、機重輕、破巖能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用，加之國產(chǎn)機制造缺陷，在使用中暴露了很多問題。國內(nèi)進一步加強對引進機型的消化吸收工作，積極研制開發(fā)了適合我國地質(zhì)條件和生產(chǎn)工藝的綜合機械化掘進裝備。經(jīng)過近30年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國已形成年產(chǎn)1000余臺的掘進機加工制造能力，研制生產(chǎn)了20多種型號的掘進機，其截割功率從30kW到200kW ，初步形成系列化產(chǎn)品，尤其是近年來，我國相繼開發(fā)了以EBJ-120TP型掘進機為代表的替代機型，在整體技術(shù)性能方面達到了國際先進水平?；灸軌驖M足國內(nèi)半煤巖掘進機市場的需求，半煤巖掘進機以中型和重型機為主，能截割巖石硬度為f68，截割功率在120kW以上，機重在35t以上。煤礦現(xiàn)用主流半煤巖巷懸臂式掘進機以煤科總院太原研究院院生產(chǎn)的EBJ-120TP型、EBZ160TY型及佳木斯煤機廠生產(chǎn)的S150J型三種機型為主，占半煤巖掘進機使用量的80以上。然而，國內(nèi)目前巖巷施工仍以鉆爆法為主，重型懸臂式掘進機用于大斷面巖巷的掘進在我國處于試驗階段，但國內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐步朝向高產(chǎn)、高效、安全方向發(fā)展，煤礦技術(shù)設(shè)備正在向重型化、大型化、強力化、大功率和機電一體化發(fā)展，新集能源股份公司、新汶礦業(yè)集團、淮南礦業(yè)集團及平頂山煤業(yè)集團公司等企業(yè)先后引進了德國WAV300、奧地利AHM105、英國MK3型重型懸臂式掘進機。全巖巷重型懸臂式掘進機代表了巖巷掘進技術(shù)今后的發(fā)展方向。而掘進機的向前發(fā)展，還是要依靠減速器的不斷改進。20世紀(jì)7080年代，世界上減速器技術(shù)有了很大的發(fā)展，且與新技術(shù)革命的發(fā)展緊密結(jié)合。通用減速器的發(fā)展趨勢如下：高水平、高性能。圓柱齒輪普遍采用滲碳淬火、磨齒，承載能力提高4倍以上，體積小、重量輕、噪聲低、效率高、可靠性高。積木式組合設(shè)計?；緟?shù)采用優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊，零件通用性和互換性強，系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。型式多樣化，變型設(shè)計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一的底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速器一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。促使減速器水平提高的主要因素有：理論知識的日趨完善，更接近實際(如齒輪強度計算方法、修形技術(shù)、變形計算、優(yōu)化設(shè)計方法、齒根圓滑過渡、新結(jié)構(gòu)等)。采用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平提高。結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。加工精度提高到ISO5-6級。軸承質(zhì)量和壽命提高。潤滑油質(zhì)量提高。自20世紀(jì)60年代以來，我國先后制訂了JB1130-70圓柱齒輪減速器等一批通用減速器的標(biāo)淮，除主機廠自制配套使用外，還形成了一批減速器專業(yè)生產(chǎn)廠。目前，全國生產(chǎn)減速器的企業(yè)有數(shù)百家，年產(chǎn)通用減速器25萬臺左右，對發(fā)展我國的機械產(chǎn)品作出了貢獻。20世紀(jì)60年代的減速器大多是參照蘇聯(lián)20世紀(jì)40-50年代的技術(shù)制造的，后來雖有所發(fā)展，但限于當(dāng)時的設(shè)計、工藝水平及裝備條件，其總體水平與國際水平有較大差距。改革開放以來，我國引進一批先進加工裝備，通過引進、消化、吸收國外先進技術(shù)和科研攻關(guān)，逐步掌握了各種高速和低 速重載齒輪裝置的設(shè)計制造技術(shù)。材料和熱處理質(zhì)量及齒輪加工精度均有較大提高，通用圓柱齒輪的制造精度可從JB179-60的8-9級提高到GB10095-88的6級，高速齒輪的制造精度可穩(wěn)定在4-5級。部分減速器采用硬齒面后，體積和質(zhì)量明顯減小，承載能力、使用壽命、傳動效率有了較大的提高，對節(jié)能和提高主機的總體水平起到很大的作用。我國自行設(shè)計制造的高速齒輪減(增)速器的功率已達42000kW ，齒輪圓周速度達150m/s以上。但是，我國大多數(shù)減速器的技術(shù)水平還不高，老產(chǎn)品不可能立即被取代，新老產(chǎn)品并存過渡會經(jīng)歷一段較長的時間三、 課題研究意義：在國內(nèi)， 132掘進機相對而言是一種掘進效率高、截割功率適中的中型掘進設(shè)備，該機集截割、裝運、行走、操作等功能為一體，適用于任意形狀斷面的煤巷、半煤巖及軟巖巷道掘進，也適用于條件類似的其它礦山巷道及工程隧道中使用；截割巖石最大抗壓強度可達70MPa，可提供錨桿泵站動力接口。關(guān)鍵部件和動密封均采用高質(zhì)量進口產(chǎn)品，保證整機性能可靠；機器重心前置設(shè)計，有利于搭接皮帶轉(zhuǎn)載機后機器的平穩(wěn)作業(yè)。該機內(nèi)外噴霧齊全，可有效抑制截割產(chǎn)生的粉塵和火花。為了有效地滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求，必須對其精密設(shè)計，使該產(chǎn)品設(shè)計更具先進性。 而其中，行走機構(gòu)是掘進機非常重要的部件之一，主要由液壓馬達、減速器、導(dǎo)向輪、張緊裝置、履帶架、支重輪、履帶鏈等部件組成的,它承擔(dān)著主機在作業(yè)過程中的行走和調(diào)動任務(wù), 影響主機的靈活性,是主機很重要的一大部件。行走性能的好壞關(guān)鍵在于其傳動系統(tǒng)的計算和設(shè)計和履帶板的設(shè)計。132型掘進機行走部減速器的傳動系統(tǒng)包括三級圓柱齒輪和二級行星齒輪傳動,因此它有著體積大, 占用空間多, 效率低等缺陷。 為了更好的滿足市場需求，減速器必須做到體積小，重量輕，傳動效率高，這樣將會節(jié)省可觀的原料和能源?，F(xiàn)有的各類減速器多存在著消耗材料和能源較多，對于大傳動比的減速器，該問題更為突出。由于減速裝置在掘進機中承擔(dān)重要任務(wù)，因此，人們都十分重視研究這個基礎(chǔ)部件。不論在減小體積、減輕重量、提高效率、改善工藝、延長使用壽命和提高承載能力以及降低成本等等方面，有所改進的話，都將會促進資源的節(jié)省?；?32型掘進機的主體結(jié)構(gòu)以及提供的數(shù)據(jù)資料，本人將對其行走減速器的總體設(shè)計，以及對其二、三軸系、鏈輪的詳細設(shè)計及校核。四、文獻查閱概況19 世紀(jì)70 年代,英國為修建海底隧道,生產(chǎn)制造了第一臺掘進機,美國在20 世紀(jì)30 年代開發(fā)了懸臂式掘進機,并把此項技術(shù)應(yīng)用于采礦業(yè),此后英、德、日等十幾個國家相繼投入了大量的人力、物力、財力用于掘進機技術(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型。懸臂式巷道掘進機從上世紀(jì)40年代產(chǎn)生至今，已有50多年的發(fā)展歷史，目前掘進機的截割功率為100408kW,機重24160t, 平均日掘進進尺78m, 最大掘進能力達2030m/d。從目前國內(nèi)掘進機發(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外,掘進機正進入鐵路、城市地鐵隧道的掘進以及公路建設(shè)等行業(yè)。其發(fā)展趨勢有如下3 項:(1) 重型掘進機。如S220、AM75 等機型,隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)需要,必然成為礦山的主力機型。另外,隨著環(huán)保意識的強化,勞動力成本的提高,機械化掘進是一種必然發(fā)展趨勢,市場前景更為看好。(2) 矮機身中型掘進機。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,機身矮、功率大的機型會成為今后市場的搶手機型。(3) 輔助功能多的機型。在掘進機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。掘進機具有錨桿支護機等功能,若該項技術(shù)成熟,必將受到高度重視和開發(fā)研制。遙控技術(shù)、截割軌跡顯示與紅外線定位系統(tǒng)結(jié)合,實現(xiàn)機組遠程遙控。故障自診斷功能更完備,并能實現(xiàn)輔助作業(yè)。連掘機組。實現(xiàn)房柱式采掘。而重型掘進機必然面臨截割減速器傳遞功率大、體積小、發(fā)熱量大,潤滑不均等問題,針對這些狀況，我國目前設(shè)計出一套強制冷卻潤滑系統(tǒng)6,可使減速器在任何工作位置其各個部件均能得到良好的潤滑。針對現(xiàn)有懸臂式掘進機行走減速器的傳動系統(tǒng)復(fù)雜、占用空間大、效率低等問題,為了滿足矮機身中型掘進機的市場需求，我們提出了一種新型傳動系統(tǒng)的設(shè)計, 以EBJ-120TP型懸臂式掘進機為例, 并對其結(jié)構(gòu)特點進行了介紹和分析7。并且在研究2K-H型行星齒輪減速器的基礎(chǔ)上,以體積最小為優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù),對其行走系統(tǒng)減速器進行了優(yōu)化設(shè)計8。在減速器的的所有零件當(dāng)中軸的性能好壞直接決定減速器的質(zhì)量，通?，F(xiàn)場對一般的軸的設(shè)計方法有類比法和設(shè)計計算法兩種。類比法是根據(jù)軸的工作條件,選擇與其相似的軸進行類比及結(jié)構(gòu)設(shè)計,畫出軸的零件圖。用類比法設(shè)計軸一般不進行強度計算。由于完全依靠現(xiàn)有資料及設(shè)計者的經(jīng)驗進行軸的設(shè)計,設(shè)計結(jié)果比較可靠、穩(wěn)妥,同時又可加快設(shè)計進程,因此類比法較為常用,但有時這種方法也會帶有一定的盲目性。91、方志淮,王吉安掘進機機技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，礦山機械，2003（11） 2、邢印成,王鳳林,郭濱掘進機的發(fā)展，煤炭技術(shù)，2005（5）3、 王正華,吳翠艷掘進機機技術(shù)的發(fā)展，選煤技術(shù)，2006（9）4、 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EBJ-120TP掘進機行走減速器的傳動系統(tǒng)設(shè)計,煤礦機械, 2008年 11期8、侯曦暘, 王世杰. 2K-H型行星齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計機械工程與自動化, 2010年 01期9、 高萬軍,邱志平,張玲,畢立彩. 二級直齒圓柱齒輪減速器中間軸的強度校核科技信息, 2009年 13期 10、楊春海. 掘進機履帶式行走機構(gòu)的研究，科學(xué)之友，2008年3月B11、Maria Pia Sammartini, Leonardo De Chiffre. Development and validation of a new reference cylindrical gear forpitch measurement. Received 15 September 1999; accepted 12 January 2000.12、K. Kubo, Y. Shimakawa, M. Kibukawa The effect of gear oil viscosity and friction reducer type on transmission efficiency Tribology International, Volume 19, Issue 6, December 1986, Pages 312-31713、Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai Geometry design of an elementary planetary gear train with cylindrical tooth-profiles Mechanism and Machine Theory, Volume 37, Issue 8, August 2002, Pages 757-767 Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai五、設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容1、本設(shè)計的目的及意義2、總傳動方案設(shè)計（傳動原理