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PAGEPAGE89摘要本畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是考慮到煤炭是我國(guó)最主要的能源,提高煤炭產(chǎn)量有利于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而掘進(jìn)機(jī)主要由截割、行走、裝運(yùn)、裝載四大機(jī)構(gòu)和液壓、水路、電氣三代系統(tǒng)組成。掘進(jìn)機(jī)分為橫軸式和縱軸式兩種,本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是研究橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割部對(duì)煤炭產(chǎn)量的影響。本文在詳述國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),對(duì)一些關(guān)鍵部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。重點(diǎn)是橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割頭工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)及受力分析、截割齒工作過(guò)程中得運(yùn)動(dòng)及受力分析。除此之外,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核也很重要。本文設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)是橫軸式的,此次所做工作主要是關(guān)于截割頭、截割部、回轉(zhuǎn)臺(tái)等的設(shè)計(jì)。其中截割部是用于安裝減速器;截割部后用于安裝減速器電機(jī);回轉(zhuǎn)臺(tái)用于控制截割頭的上下擺動(dòng)及左右回轉(zhuǎn)。 關(guān)鍵詞:掘進(jìn)機(jī);橫軸式;截割頭;回轉(zhuǎn)臺(tái)AbstractThegraduationdesigntopicisgiventothecoalisChina'smainenergy,improvecoaloutputisbeneficialtotheeconomicdevelopmentofourcountry.Theroadheaderismainlycomposedofcutting,walking,shipment,loadingfourmechanismandhydraulic,water,electricthreegenerationsystem.Theroadheaderisdividedintotwokinds,theyarehorizontalandvertical.Themaintaskofthisdesignistostudytheinfluenceofthehorizontalroadheadercuttingtocoalyield.Thispaperdetailstheheadingmachineonthebasisofthestudiesathomeandabroad.Inthispaper,Idesignthehorizontalroadheadercuttingmechanism,andcalculatesomekeypartsofthedesign.Thefocusofdesignistheanalysisofhorizontalroadheadercuttingheadonmotionandforce,。Anotherfocusofdesignistheanalysisofcuttingtoothonthemotionandforce..Besides,thedesignandcheckofrotarymechanismisalsoveryimportantInthispaper,thedesignofroadheaderishorizontal,theworkismainlyonthedesignofcuttinghead,cutting,rotarytableandsoon.Thecuttingpartisusedtoinstallaspeedreducer;thecuttingpartforinstallingreducermotor;rotarytableisusedtocontrolthecuttingheadtoswayandrotary.Keywords:roadheader;horizontal;cuttinghead;rotarytable目錄TOC\o"1-2"\h\z摘要 IAbstract II1.緒論 11.1本課題的研究目的及意義 11.2國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 21.3橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀 51.4本章小結(jié) 72.橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì) 12.1橫軸式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求 12.2橫軸式掘進(jìn)機(jī)的方案設(shè)計(jì) 12.3設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 32.4截齒設(shè)計(jì) 82.5截割結(jié)構(gòu)及二維裝配圖 132.6本章小結(jié) 183.掘進(jìn)機(jī)的三維建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 193.1截割頭三維建模 193.2其他重要零件的三維建模 243.3齒輪軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 273.4本章小結(jié) 304.端蓋數(shù)控加工 314.1數(shù)控加工的概述 314.2端蓋銑削加工 324.3本章小結(jié) 415.齒輪軸ANSYS分析 425.1齒輪軸ANSYS分析過(guò)程 425.2本章小結(jié) 46參考文獻(xiàn) 47致謝 48附錄一 49附錄二 741.緒論1.1本課題的研究目的及意義1.1.1本課題的研究目的:我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó),煤炭也是我國(guó)最主要的能源,是保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速增長(zhǎng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?,F(xiàn)在煤炭的采掘基本上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,生產(chǎn)效率也大大提高。煤炭工業(yè)的機(jī)械化是指采掘、支護(hù)、運(yùn)輸、提升的機(jī)械化,其中采掘包括采煤和掘進(jìn)巷道。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展,采煤機(jī)是現(xiàn)在最主要的采煤機(jī)械。20世紀(jì)70年代我國(guó)主要靠進(jìn)口采煤機(jī)來(lái)滿足發(fā)展需要,現(xiàn)今,國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)幾乎占領(lǐng)我國(guó)的整個(gè)采煤機(jī)市場(chǎng)。依靠科技進(jìn)步,推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國(guó)煤炭科技發(fā)展的主攻方向,我國(guó)的采煤機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了自主研發(fā),標(biāo)準(zhǔn)化,系列化階段。目前,各主要產(chǎn)煤國(guó)家已基本上實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)械化。衡量一個(gè)國(guó)家采煤機(jī)械化水平的指標(biāo)是采煤機(jī)械化程度和綜采機(jī)械化程度。所以設(shè)計(jì)一個(gè)好的掘進(jìn)機(jī)對(duì)采煤機(jī)械化的發(fā)展有重要作用,而掘進(jìn)機(jī)的截割部又是掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分,因此要進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)截割部的設(shè)計(jì)。1.1.2本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究,并在此基礎(chǔ)上對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割部進(jìn)行改進(jìn)。然而,由于橫軸式掘進(jìn)機(jī)的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜,截割過(guò)程載荷多變,致使機(jī)器工作振動(dòng)比較大,而實(shí)際計(jì)算其動(dòng)態(tài)過(guò)程又非常的困難。所以,從理論上研究掘進(jìn)機(jī)的性能,以及在此基礎(chǔ)上探討改進(jìn)其動(dòng)態(tài)特性方面的進(jìn)展十分緩慢。通過(guò)橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割部的研究,旨在滿足工程精度要求的前提下,建立該型掘進(jìn)機(jī)橫向截割時(shí)的動(dòng)力學(xué)模型,并利用此模型進(jìn)行分析和探討,研究橫軸式掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力學(xué)行為,為定性地研究掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能提供理論、方法。并以此理論為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)出能夠提高掘進(jìn)機(jī)挖掘效率的掘進(jìn)機(jī)截割部。因此掘進(jìn)機(jī)截割部的研究設(shè)計(jì)對(duì)于掘進(jìn)機(jī)的研究有著很大的意義,對(duì)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展有著重要影響。1.2國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)掘進(jìn)機(jī)是具有截割、裝載煤巖,并能自己行走,具有噴霧降塵等功能,以機(jī)械方式破落煤巖的掘進(jìn)設(shè)備,有的還具有支護(hù)功能。根據(jù)所掘斷面的形狀分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)[1]。以下是國(guó)內(nèi)外的一些研究:世界上第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)1949年在匈牙利問(wèn)世[2],經(jīng)過(guò)幾十年不斷改進(jìn)、發(fā)展的歷程?,F(xiàn)在世界上掘進(jìn)機(jī)使用已超過(guò)幾千臺(tái)。有10多個(gè)國(guó)家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)研究和制造。主要國(guó)家是:奧地利、英國(guó)德國(guó)、日本、前蘇聯(lián)等。1.2.1國(guó)外概況及發(fā)展趨勢(shì)(1)掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品概況國(guó)外掘進(jìn)機(jī)設(shè)備可分為兩類[3]:一類是歐洲國(guó)家普遍使用的掘進(jìn)機(jī),它適應(yīng)范圍廣,但掘進(jìn)、支護(hù)不能平行作業(yè),掘進(jìn)效率低,開(kāi)機(jī)率低;另一類是以美國(guó)和澳大利亞為代表的連續(xù)采煤機(jī)和掘錨綜合機(jī)組,兩者均可實(shí)現(xiàn)煤巷的快速掘進(jìn),開(kāi)機(jī)率較高,掘進(jìn)效率高,后者是在前者的基礎(chǔ)上,在機(jī)上安裝錨桿鉆機(jī),使連續(xù)采煤機(jī)與錨桿鉆車合二為一,到80年代末發(fā)展成掘裝錨平行作業(yè)的新型設(shè)備。它較好地解決了掘進(jìn)、裝運(yùn)和錨桿支護(hù)的平行作業(yè),其不足是只適應(yīng)于煤巷掘進(jìn),機(jī)型龐大,適應(yīng)范圍小。生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的主要公司有奧地利阿爾卑尼公司、英國(guó)多斯科、安德森、艾姆科公司、德國(guó)扎爾吉特、艾柯夫、保拉特、維斯特伐利亞公司、日本三井三池公司和前蘇聯(lián)。目前已經(jīng)形成完整的系列,主要有奧地利的AM系列,德國(guó)的E、ET、STM系列,日本的MRH系列。連續(xù)采煤機(jī)主要有美國(guó)久益公司的CM系列,朗艾道公司的CM系列、杰弗利公司及英國(guó)BJD公司;采掘錨機(jī)組主要有奧地利阿爾卑尼公司的ABM20型、ABM30型、美國(guó)久益公司的JSS型、英國(guó)BJD公司的2480HP.BH型等。(2)技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì)英國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國(guó),掘進(jìn)機(jī)已廣泛用于煤巖單軸抗壓強(qiáng)度≤100MPa的采準(zhǔn)巷道掘進(jìn),并擴(kuò)大到巖巷掘進(jìn)。據(jù)1996年資料表明,俄羅斯綜掘程度為48%,英國(guó)綜掘程度達(dá)86%,德國(guó)因深部開(kāi)采,巷道斷面大,半煤巖比例大,巖石硬度高,限制了掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用,使用掘進(jìn)機(jī)僅160臺(tái),綜掘程度為37%(1992年資料)。由于掘進(jìn)機(jī)可靠性好,掘進(jìn)機(jī)開(kāi)機(jī)率(機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間與規(guī)定生產(chǎn)時(shí)間之百分比)已達(dá)30%~50%。新型掘進(jìn)機(jī)可截割硬度100MPa半煤巷和中等硬度的巖巷。部分重型機(jī)不移位截割斷面達(dá)35~42,可掘斷面形狀除拱形、梯形、矩形外,有的機(jī)器配掩護(hù)筒可掘圓形斷面,多數(shù)機(jī)型能在縱向±16°坡上可靠工作,橫向傾斜一般可達(dá)8°?,F(xiàn)在中型掘進(jìn)機(jī)已日趨完善,其代表機(jī)型有英國(guó)多斯科公司的LH1300型,德國(guó)保拉特公司的E200型、奧地利阿爾卑尼公司的AM75型、日本三井三池公司的S220型等,其切割功率在132~220kW、機(jī)重50~70t,經(jīng)濟(jì)切割巖石硬度80MPa,近期德國(guó)在研究開(kāi)發(fā)切割功率達(dá)300kW、機(jī)重在100t以上,經(jīng)濟(jì)切割硬度達(dá)100MPa的巖石掘進(jìn)機(jī)。部分機(jī)型截割速度已降至1m/s以下,截割牽引速度采用負(fù)載反饋調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同巖石硬度;一些機(jī)型除設(shè)有后支撐外,還在履帶前后安裝了卡抓式液壓支配扎腳機(jī)構(gòu),以便在切割巖石時(shí)錨固定位。機(jī)電一體化趨勢(shì)明顯,新型掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、電機(jī)功率自控調(diào)節(jié)、截割路徑循環(huán)程控、離機(jī)遙控操作、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控以及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷。部分掘進(jìn)機(jī)采用PLC控制,實(shí)現(xiàn)回路循回檢測(cè)。研究探索新的截割技術(shù),如高壓水射流掘進(jìn)機(jī)的采用;沖擊振動(dòng)式截割機(jī)具的研究。以ABM20型為代表的掘錨綜合機(jī)組可較好地解決掘進(jìn)和支護(hù)平行作業(yè)問(wèn)題,在澳大利亞煤巷掘進(jìn)時(shí),總效率達(dá)2.35m/h。1995年阿爾卑尼公司又推出ABM30型掘錨綜合機(jī)組,其生產(chǎn)能力和整機(jī)水平,又進(jìn)一步提高。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)線配套設(shè)備的研究。為縮短支護(hù)時(shí)間,在中等穩(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,但使用效果都不理想。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)。1.2.2掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的4個(gè)階段縱觀世界上掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展歷程,可以將機(jī)型劃分4個(gè)階段。40年代中末期到60年代中期是第一代機(jī)型發(fā)展時(shí)期,在這個(gè)階段掘進(jìn)機(jī)從無(wú)到有,形成了集切割、裝運(yùn)和行走為一體的結(jié)構(gòu)雛形,其特征主要是用于軟煤巷道掘進(jìn),機(jī)重15t左右。第二代機(jī)型發(fā)展使用時(shí)期是從60年代中期到70年代末期,這一階段是煤巷掘進(jìn)機(jī)蓬勃發(fā)展時(shí)期,掘進(jìn)機(jī)得到了大量應(yīng)用。其特征是:煤巷掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)范圍擴(kuò)大,部分大斷面機(jī)型有過(guò)斷層、切割?yuàn)A巖的能力,切割硬度60MPa以下,機(jī)重大部分在20~40t左右。第三代機(jī)型發(fā)展使用時(shí)期是從70年代末到80年代末期,其特征是:半煤巖掘進(jìn)機(jī)開(kāi)始成熟,煤巷掘進(jìn)功能齊全,可靠性大幅度提高。重型機(jī)大批涌現(xiàn),機(jī)重50t左右。80年代后期至今,處于發(fā)展中的第四代機(jī)型特征為:重型機(jī)機(jī)重進(jìn)一步增加,一般在70t以上,切割硬度100MPa以上,功能更加完善,采用高新技術(shù)、計(jì)算機(jī)自控裝置較成熟,掘進(jìn)機(jī)正向巖巷進(jìn)軍。煤巷掘進(jìn)出現(xiàn)了切割支護(hù)平行作業(yè)的掘錨綜合機(jī)組,掘裝錨平行作業(yè),掘進(jìn)速度大幅提高。1.2.3我國(guó)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段第一階段: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。第二階段:70年代末到80年代末,這一階段,我國(guó)與國(guó)外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步地實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化[4],其典型的代表是與奧地利、日本合作生產(chǎn)的AM50型及S100型,其后,我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī),其典型代表是EMA-30型及EBJ-100型。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是:可靠性較高,已能適應(yīng)我國(guó)煤巷掘進(jìn)的需要;半煤巖巷的掘進(jìn)技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)?shù)乃?出現(xiàn)了重型機(jī)。第三階段:由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),這一階段的代表機(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)展全巖巷的掘進(jìn)。經(jīng)過(guò)三階段的發(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。1.3橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀截割頭是掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的核心部件,其性能的好壞直接影響掘進(jìn)機(jī)的整機(jī)性能及工作質(zhì)量。評(píng)價(jià)截割頭性能的參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、截割比能耗、截割硬度f(wàn)數(shù)、截割載荷波動(dòng)系數(shù)、截齒使用壽命、落料塊度或粉塵率等等。截割頭是掘進(jìn)機(jī)上最復(fù)雜的部件,截齒是截割頭直接作用于礦巖的零件,對(duì)截割頭及截齒的設(shè)計(jì)需要考慮重多參數(shù),從整體上,包括截割頭形狀參數(shù)、尺寸參數(shù)、截割頭的擺動(dòng)速度、自轉(zhuǎn)速度等,從局部上,包括截齒的形狀、尺寸、材料、齒座的形式以及截齒在截割頭上的排布形式、空間角度關(guān)系等;另外還需要考慮截齒的空間運(yùn)動(dòng)參數(shù)、截割參數(shù)、截割受力情況及截割頭的整體受力情況等。這些參數(shù)不僅復(fù)雜,而且往往又是相互聯(lián)系相互制約的,因此,截割頭的設(shè)計(jì)從來(lái)就是懸臂掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的最難點(diǎn)。多年來(lái),國(guó)外許多國(guó)家都非常重視掘進(jìn)機(jī)的截割基礎(chǔ)理論研究,前蘇聯(lián)通過(guò)大量試驗(yàn)分析,從截割過(guò)程中截齒及工作機(jī)構(gòu)的載荷變化研究影響其載荷大小變化的因素,并努力將研究成果用于指導(dǎo)設(shè)計(jì);英國(guó)及德國(guó)等在掘進(jìn)機(jī)截割試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,通過(guò)分析研究,尋求截割機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及方法。人們?cè)诓粩嗟奶剿鞲纳凭蜻M(jìn)機(jī)截割性能、減少截齒損耗、降低動(dòng)載荷、提高整機(jī)可靠性、增加有效工作時(shí)間、提高工作效率的途徑和方法。我國(guó)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的研制是從引進(jìn)國(guó)外的掘進(jìn)機(jī)及技術(shù)開(kāi)始的,由于諸多原因,對(duì)掘進(jìn)機(jī)的截割理論研究比較缺乏,國(guó)內(nèi)懸臂掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)主要停留在對(duì)引進(jìn)型號(hào)的仿制、改型水平上。從掘進(jìn)機(jī)自身考慮,導(dǎo)致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因主要有三點(diǎn):第一,截割頭自身非常復(fù)雜,特別涉及到巖土破碎理論,說(shuō)不清楚的地方很多,導(dǎo)致純理論研究難于進(jìn)行;第二,懸臂掘進(jìn)機(jī)屬大型昂貴設(shè)備,進(jìn)行樣機(jī)試制及試驗(yàn)需要大比經(jīng)費(fèi),這就決定進(jìn)行試驗(yàn)研究的阻力巨大;第三,對(duì)掘進(jìn)機(jī)的研究關(guān)鍵在于對(duì)截割過(guò)程的研究、對(duì)截齒與礦巖間相互作用的研究,而在截割頭或截齒上難于布置傳感器,另外礦巖的性能具有很強(qiáng)的隨機(jī)性,特定試驗(yàn)結(jié)果一般不具有普遍性,這就在試驗(yàn)研究的方法選擇上對(duì)人們提出了挑戰(zhàn)。雖然存在諸多困難,由于采掘業(yè)及建筑業(yè)的發(fā)展,市場(chǎng)上對(duì)掘進(jìn)機(jī)的需求急劇增加、對(duì)掘進(jìn)機(jī)的性能要求提高,國(guó)內(nèi)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的研究也出現(xiàn)了高潮。繼承方面,對(duì)從國(guó)外引進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了全面的研究,包括從整體性能到具體的截割頭形狀、尺寸、截齒的形式排布等;理論方面,分析了截割頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、截齒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、截齒與礦巖的作用過(guò)程、截齒的受力等;試驗(yàn)方面,一方面進(jìn)口掘進(jìn)機(jī)的工程應(yīng)用提供了寶貴的數(shù)據(jù),一方面也進(jìn)行了具有特定目的的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及模擬試驗(yàn)。對(duì)掘進(jìn)機(jī)的各項(xiàng)研究取得了豐碩的成果,應(yīng)用到實(shí)際中,使我國(guó)設(shè)計(jì)制造出了高于引進(jìn)性能的掘進(jìn)機(jī),但目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)只相當(dāng)于國(guó)外七八十。年代的產(chǎn)品,與國(guó)外的差距還很大。因此對(duì)掘進(jìn)機(jī),特別是對(duì)截割基礎(chǔ)理論的研究還需要更進(jìn)一步。針對(duì)國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀出現(xiàn)的原因,編制了虛擬設(shè)計(jì)軟件,使設(shè)計(jì)及研究人員能夠更好的利用現(xiàn)有成果進(jìn)行截割頭的自動(dòng)化設(shè)計(jì),在不進(jìn)行或少進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上,盡量多的了解所設(shè)計(jì)的截割頭的性能,從而力求達(dá)到促進(jìn)掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)水平發(fā)展、提高掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)能力的目的。盡管我國(guó)掘進(jìn)機(jī)技術(shù)有較大的提高,但與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的距離[5]。1.4本章小結(jié)本章主要介紹了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究目的和意義,并且介紹了掘進(jìn)機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)和研究情況以及掘進(jìn)機(jī)在發(fā)展過(guò)程中存在的一些技術(shù)問(wèn)題。本章為下面接下來(lái)的設(shè)計(jì)做了準(zhǔn)備工作。2.橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)2.1橫軸式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)要求本課題研究目的是設(shè)計(jì)滿足使用要求的橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)。2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)要求掘進(jìn)機(jī)的基本要求:最大掘進(jìn)高度5.5m;最大定位掘進(jìn)寬度7m;爬坡能力±16°;最大臥底深度0.45m;切割煤巖單向抗壓強(qiáng)度≤130MPa。截割部的有關(guān)技術(shù)參數(shù):截割頭最大擺動(dòng)角度,上44゜,下21゜,左右±33゜。2.2橫軸式掘進(jìn)機(jī)的方案設(shè)計(jì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)主要由截割、行走、裝運(yùn)、裝載四大機(jī)構(gòu)和液壓、水路、電氣三大系統(tǒng)組成,此次設(shè)計(jì)中重點(diǎn)是掘進(jìn)機(jī)的截割部設(shè)計(jì),根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)進(jìn)行確定。2.2.1掘進(jìn)機(jī)機(jī)型的選擇根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求,按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT138~1995《懸臂式掘進(jìn)機(jī)的型式與參數(shù)》,MT238.3-2021《懸臂式掘進(jìn)機(jī)|第3部分|通用技術(shù)條件》選定機(jī)型類別。要考慮的掘進(jìn)機(jī)用途有:煤礦井下巷道的掘進(jìn)、其他行業(yè)的工程作業(yè),要考慮掘進(jìn)機(jī)的工作條件:切割煤層巷、半煤層巷,煤巖的單向抗壓強(qiáng)度(或普氏系數(shù)f值)及巖石的腐蝕系數(shù)。特輕、輕型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)煤巷為主,它的特點(diǎn)應(yīng)突出經(jīng)濟(jì)、靈活、方便,在截割巷道斷面尺寸方面有較大的適應(yīng)性。中型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)半煤巖巷道為主,在截割巖石硬度方面適應(yīng)性較強(qiáng),但機(jī)器設(shè)計(jì)不宜過(guò)于笨重和龐大,在使用時(shí)有較大的覆蓋面。重型掘進(jìn)機(jī)是具有更高切割能力的掘進(jìn)機(jī),應(yīng)用范圍更加廣泛。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和目的,機(jī)型選擇重型?;緟?shù)應(yīng)當(dāng)符合表2.1格的規(guī)定。表2.1掘進(jìn)機(jī)型式的基本參數(shù)[6]技術(shù)參數(shù)單位機(jī)型特輕輕中重超重切割煤巖最大單向抗拉強(qiáng)度MPa≤40≤50≤60≤80≤100生產(chǎn)能力煤0.60.8———煤夾矸0.30.6切割機(jī)構(gòu)功率kW≤50≤7590~200>150>200最大坡度(絕對(duì)值)(°)1616161616巷道斷面㎡5~126~167~208~2810~32機(jī)重(不包括轉(zhuǎn)載機(jī))t≤20≤25≤50≤8>802.2.2各部件結(jié)構(gòu)形式的確定(1)切割機(jī)構(gòu)切割機(jī)構(gòu)主要由切割頭,水冷電動(dòng)機(jī),減速器,截割部和回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成,具有破碎煤巖功能的機(jī)構(gòu)。①切割頭的選擇切割頭裝有截齒,用語(yǔ)破碎煤巖的部件。切割頭主要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成;螺旋葉片焊在切割頭體上,沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒。②回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求[7]第一、回轉(zhuǎn)裝置反映在切割頭上的回轉(zhuǎn)力和回轉(zhuǎn)速度要滿足切割工作要求;第二、回轉(zhuǎn)臺(tái)要能夠承受機(jī)器工作時(shí)的各種載荷反力的作用,要有足夠的剛度;第三、與懸臂配合,所具有的回轉(zhuǎn)角度要滿足掘進(jìn)端面的要求;第四、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠。2.3設(shè)計(jì)參數(shù)的確定2.3.1機(jī)器可掘斷面機(jī)器的規(guī)格和重量主要取卻于巷道斷面的大小。懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)斷面的大小,決定于懸臂的長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度。2.3.2(1)懸臂長(zhǎng)度和擺角一般情況下,巷道的形狀和規(guī)格確定后,按照巷道和最大高度和上下寬度,結(jié)合垂直擺動(dòng)的中心高度,可以初步確定懸臂的長(zhǎng)度。最大掘高5.5m,上擺角,下擺角,水平擺角=。由幾何關(guān)系式(2.1)可以得出,在最大掘?qū)?m下,懸臂長(zhǎng)為:(2.1)即懸臂長(zhǎng)為5676.3mm(為垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離,取750mm)?;剞D(zhuǎn)中心高由式(2.2)、式(2.3)知:(2.2)(2.3)即mm盡量降低重心,取H為1650mm。2.3.3機(jī)器可掘斷面參數(shù)的確定最大寬度[8](當(dāng)懸臂在水平位置擺動(dòng)時(shí))由式(2.4)知:(2.4)計(jì)算得,,,。上部寬度(當(dāng)懸臂在上極限位置左右擺動(dòng)時(shí))及下部寬度(當(dāng)懸臂在下部位置左右擺動(dòng)時(shí))由式(2.5)、(2.6)知:(2.5)(2.6)計(jì)算得,,,。上擺高度、下擺高度、臥底深度、巷道高度、由式(2.7)~(2.11)進(jìn)行計(jì)算:(2.7)(2.8)(2.9)(2.10)經(jīng)計(jì)算得到:、,,??删蜃畲髷嗝嬗墒?2.11)進(jìn)行計(jì)算:(2.11)經(jīng)過(guò)計(jì)算得到Smax為37.3m2。式中,L為切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心的距離,a為垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離,為水平回轉(zhuǎn)時(shí)的懸臂擺角,為垂直回轉(zhuǎn)的上擺角,為截割到巷道底面時(shí),垂直回轉(zhuǎn)的下擺角,為臥底時(shí),懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角,可根據(jù)臥底深度來(lái)定,一般可取mm,這里取200mm。2.3.4截割機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步確定(1)截割頭轉(zhuǎn)速及其功率的初步確定掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力源都采用交流電動(dòng)機(jī)。截割機(jī)構(gòu)功率大小,在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用類比法,再結(jié)合掘進(jìn)機(jī)的一些個(gè)性因素及經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。截齒必須具有的一定的截割速度和足夠的截割力,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖的有效破碎。顯然在一定的功率下,適當(dāng)降低截割速度(或轉(zhuǎn)速),將使截割力矩和截割力相應(yīng)增加,有利于截割較硬的煤巖。同時(shí),還可以降低截割頭上的動(dòng)載荷,減少截齒的磨損和粉塵。通常,在煤和軟巖中,可取,截割頭轉(zhuǎn)速為30100。對(duì)于中硬巖,可選,對(duì)于砂巖和石灰?guī)r,平均截割速度=0.60.8,最高=0.91,截割頭轉(zhuǎn)速為2040[9]。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)掘進(jìn)雙速掘進(jìn)機(jī)的截割速度為24r/min和36r/min,這兩種截割速度被認(rèn)為是截割硬巖和煤巖的經(jīng)濟(jì)截割速度,所以本次設(shè)計(jì)的巖巷掘進(jìn)機(jī)截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為36/24r/min。結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT477-1996YBU系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇,確定截割功率為切割電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為300kw,低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為220kW。(2)切割頭的有關(guān)參數(shù)的確定①切割頭長(zhǎng)度切割頭長(zhǎng)度的大小影響工作循環(huán)時(shí)間,它的選擇還與煤巖性質(zhì)有關(guān)。橫軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭長(zhǎng)度應(yīng)略大于截深。目前,橫軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的長(zhǎng)度一般為500700mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在1000mm左右。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,確定本掘進(jìn)機(jī)為大型掘進(jìn)機(jī),選擇切割頭的長(zhǎng)度為1000mm。②切割頭直徑切割頭直徑影響切割力和工作循環(huán)時(shí)間。當(dāng)切割頭的功率和轉(zhuǎn)速一定時(shí),切割頭的直徑將決定切割頭的切向切割力。切割頭直徑過(guò)大,將使切向切割力降低,如果切割力小于切割阻力,就不能完成切割任務(wù)。目前,橫軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的直徑一般為6001000mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在1000mm以上。這里選擇切割頭的平均直徑為1350mm。③切割頭錐角對(duì)于橫軸式掘進(jìn)機(jī)的切割頭,為了獲得比較平整的巷道頂、底板或者側(cè)壁,還應(yīng)結(jié)合懸臂長(zhǎng)度、回轉(zhuǎn)中心的位置來(lái)確定切割頭的錐角。設(shè)切割頭的半錐角為,懸臂水平擺角為,上下擺角分別為、。按幾何關(guān)系,要保證巷道的頂、底板、側(cè)壁平整,應(yīng)使。顯然對(duì)于確定的掘進(jìn)機(jī),其切割頭的半錐角是定值。掘進(jìn)機(jī)的水平擺角通常為。這樣錐形切割頭的錐角確定在之間。本掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)合同類掘進(jìn)機(jī)運(yùn)用情況,選取。④螺旋頭數(shù)和升角螺旋頭數(shù)一般為兩頭和三頭。這里選擇三頭旋轉(zhuǎn)葉片。有關(guān)參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。⑤切割速度和擺角速度截割功率一定時(shí),切割速度決定切割力矩和切割力的大小。切割力矩可由式(2.12)進(jìn)行計(jì)算:(2.12)平均切割力可由式(2.13)進(jìn)行計(jì)算:(2.13)平均單齒切割力可由式(2.14)進(jìn)行計(jì)算:(2.14)式中:D0為切割頭平均直徑,m;n0為切割頭轉(zhuǎn)速,r/min;MC為切割力矩,N.;PC為平均切割力,N;P1C為平均單齒切割力,N;Zm為同時(shí)工作齒數(shù),可取總齒數(shù)的一半。懸臂式掘進(jìn)機(jī)所能達(dá)到的最大截割能力總是與其截齒的截割速度有關(guān)。截割速度的選取一般取決于被截割巖石的特性,在1~5m/s之間選取。對(duì)研磨性的硬巖石,最大截割速度要受到截齒磨損的限制。例如,截割石英含量為30%~40%,抗壓強(qiáng)度為100~120MPa的砂巖時(shí),最佳的截割速度為1.5~2m/s。對(duì)易于截割的巖石(例如白堊和煤),最大截割速度會(huì)受到粉塵濃度的限制。對(duì)煤炭一般選用4~5m/s。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求,確定截割速度2.0m/s??紤]到掘進(jìn)機(jī)對(duì)煤巖特性應(yīng)具有一定的適應(yīng)范圍,通常在較軟的半煤巖中,可以選合理的工作擺動(dòng)速度,在較硬的半煤巖中可以取,對(duì)于中硬煤巖石,擺動(dòng)速度不宜過(guò)大,取。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求,確定擺動(dòng)速度為1.5。⑥最大扭矩最大扭矩可根據(jù)式(2.15)進(jìn)行計(jì)算:(2.15)式中:Mmax為切割最大扭矩;Mn為切割硬度f(wàn)=6的巖石時(shí)候,切割頭平均扭矩;Mn=(44100Vb+17150).D0.L/(VC0.3η),N.m;D0為切割頭平均直徑,m;L0為切割頭長(zhǎng)度,m;Km為當(dāng)量載荷因數(shù)。具體數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。⑦截齒在截割頭上的仰角α的確定該角對(duì)整機(jī)的截割效率和截齒的磨損起決定性的作用。為了達(dá)到一種合理的最佳的截割力傳遞,截齒安裝的范圍一般取α=45~48°,在此取α=45°。(3)回轉(zhuǎn)臺(tái)的布置及參數(shù)確定截割頭的上升、下降和左右運(yùn)動(dòng)由裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)上的各油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)?;剞D(zhuǎn)臺(tái)主要由回轉(zhuǎn)油缸、回轉(zhuǎn)座、連接臂、回轉(zhuǎn)架等部件構(gòu)成。工作時(shí),截割頭隨連接臂在升降油缸推動(dòng)下能夠在垂直方向上升和下降一定的角度;截割頭同時(shí)可以隨回轉(zhuǎn)臺(tái)油缸在水平方向左右各擺動(dòng)33°。回轉(zhuǎn)臺(tái)中心高定位1650mm。回轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝回轉(zhuǎn)座的直徑取800mm。2.4截齒設(shè)計(jì)2.4.1(1)截齒類型的選擇在截割頭上安裝扁齒(又稱刀齒或徑向齒)或鎬齒(又稱錐形齒或切向齒)。由于煤巖超硬即按原蘇聯(lián)根據(jù)接觸強(qiáng)度值的大小把巖石分為六類中的中等堅(jiān)固,選用鎬齒。齒柄為圓錐體,插入齒座后,用U型銷或環(huán)形鋼絲固定。當(dāng)截割煤巖時(shí),齒能在齒座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng),使齒尖磨損均勻,保持齒尖銳利。齒柄上有環(huán)形槽,用之以卡住齒。(2)截齒排列參數(shù)的確定①每線齒數(shù)對(duì)于較硬的煤和硬巖,通常選用毎線一齒。否則,就會(huì)出現(xiàn)加深截槽的現(xiàn)象,即同一截線上的截齒只是加深由前一個(gè)截齒截出的截槽,而崩落的效果極為微弱。對(duì)于每線一齒,在排列上應(yīng)使第i條截線上的截齒的圓周角與螺旋角頭數(shù)和相鄰截線上截齒的角度保持下列關(guān)系為。②截線間距S它表征相鄰截齒齒尖軌跡的距離,其值影響單個(gè)截齒載荷、受力大小、破碎效果和功率消耗。對(duì)縱軸式切割頭選擇截線間距時(shí),尤其應(yīng)考慮煤巖特性和水平擺動(dòng)速度,因?yàn)榻鼐€間距在切割過(guò)程中發(fā)生變化,總之,確定截線間距時(shí)應(yīng)全面考慮煤巖性質(zhì)、截割厚度、牽引速度等因素。橫切割頭在擺動(dòng)切割時(shí),實(shí)際截割間距隨擺動(dòng)速度變化,而切深保持不變。實(shí)驗(yàn)證明,被截下的煤巖量與截線間距和切深有關(guān),過(guò)小的截線間距使煤巖過(guò)于粉碎,產(chǎn)生粉塵、單位能耗高、截割效率低。過(guò)大的間距則會(huì)在煤壁上保留棱邊,也引起截割效率減少,正確的截線間距是切深的二倍,即。{h-截齒切深,m;-牽引速度或擺動(dòng)速度,m/min;n-切割頭轉(zhuǎn)速,r/min;-一條截線上的截齒數(shù)。具體選取時(shí)可以參照下表2.2的經(jīng)驗(yàn)值。③相鄰鎬齒間的最佳間距,由文獻(xiàn)[10]式(2.16)知:s/d=tg(2.16)式中:s為兩相鄰截齒的中心距;d為直徑;為斷面傾斜著經(jīng)過(guò)時(shí)的計(jì)算值;時(shí)鎬形截齒的圓錐角的一半。表2.2橫切割頭截割參數(shù)與礦物特性關(guān)系礦物特性超硬材料硬材料中硬材料軟材料單向抗壓強(qiáng)度/Mpa>8060-8030-60<30牽引速度/(m/s)0.2-0.40.3-0.40.35-0.60.65截線距/mm40-5050-6060-10070-1202.4(1)截齒排列方式①順序式。截齒是一個(gè)挨一個(gè)進(jìn)行截割的,形成的截槽兩邊不對(duì)稱,截齒兩側(cè)受力不等。另外,這種布置方式,切削斷面較小。其條件是:螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為1。②交叉式。截齒以一個(gè)間隔一個(gè)的次序進(jìn)行截割的,形成兩側(cè)接近對(duì)稱的截槽,可以保證截齒兩側(cè)受力基本平衡,切屑面積大,截割比能耗低。這種排列方式有利于降低截齒的側(cè)向和截割比能耗。其條件是:螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為2。如圖2.1所示。圖2.1截齒排列方式(2)截齒排列圖,如圖2.2所示左截割頭的排列為右旋,右截割頭的排列為左旋。這樣,在工作時(shí)割落的煤巖拋向兩個(gè)截割頭的中間,改善了截割時(shí)的受力情況和裝載效果。圖2.2截齒排列(3)截齒的安裝①截割角α(又叫切削角)。截割角是截齒軸線與齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡的切線之間的夾角。實(shí)驗(yàn)表明截割角在45°-55°之間時(shí)截割阻力最小。此范圍內(nèi),截齒以較好的位置鍥入巖石,它對(duì)切割頭很重要。大的角雖然提高切削效率,但磨損比較嚴(yán)重,容易使齒尖變鈍,以致無(wú)法切入礦物。當(dāng)角很小時(shí),所需進(jìn)給力增大,容易使截齒超載,此時(shí),截齒不僅軸線方向承受負(fù)荷,而且齒頂方向負(fù)荷較大,使進(jìn)給力和切削力達(dá)到十分有效的使用效果,經(jīng)德國(guó)礦冶技術(shù)試驗(yàn)分析,推薦最佳的截割角為46°,如圖2.3所示。圖2.3鎬形齒的安裝角度②傾斜角β。截齒按傾斜角安裝,保證截齒在橫向擺動(dòng)截割時(shí),沿合速度方向截入巖體。由于截割頭橫擺速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于截割速度,因此,β角很小。()。為了使刀齒能磨損均勻,保持銳利的工作狀態(tài),以降低截割阻力,據(jù)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)表明,截齒應(yīng)向截割頭橫擺方向偏轉(zhuǎn)8°。這樣,截齒的運(yùn)動(dòng)方向與進(jìn)入巖體方向一致,也有助于截齒的自轉(zhuǎn)。(4)排距的確定排距為相鄰兩排截齒之間的距離,排距的大小控制著截割頭的橫向尺寸,排距和齒尖的位置確定后,截割頭的形狀就確定了,確定排距時(shí)要使截齒的截割狀態(tài)成為半開(kāi)式截割,這就要求相鄰兩排截齒中直徑較小的先行截割,爾后直徑較大的截割。如圖2.4所示,設(shè)計(jì)排距時(shí)排距不宜過(guò)大,也不宜過(guò)小,過(guò)大使截割頭的橫向尺寸加大,增加截割頭的體積,過(guò)小將不能充分地發(fā)揮每個(gè)截齒的效力。圖中Ψ為崩落角,為邊界角,在半開(kāi)式截槽中其值不大于時(shí),最優(yōu)的截割應(yīng)是邊界角取時(shí),后排截齒截割崩落線與前排截齒齒尖重合,這樣才能充分利用截割的崩落效應(yīng)而又不至于加大截割頭橫向尺寸。圖2.4截割崩落效應(yīng)示意圖(5)截線間距、截割頭直徑截線間距即截線距,是同一排截齒上兩相鄰截齒的齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡在同一截割平面上的距離,其大小應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì),當(dāng)煤巖的物理性質(zhì)改變時(shí),截割頭水平擺動(dòng)速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距的大小隨煤巖的硬度改變而改變,截線距如公式(2.17)所示。t=K/m(2.17)式中:m為同一排上的截齒數(shù)目。確定截線距時(shí),應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì),從其計(jì)算公式可以看出,它隨著掘進(jìn)機(jī)橫向擺動(dòng)速度的變化而變化,因此,當(dāng)煤巖的物理性質(zhì)改變時(shí),截割頭水平擺動(dòng)速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距隨煤巖的硬度改變而改變,以提高截割效力。截割頭直徑是一個(gè)很重要的參數(shù),它影響掘進(jìn)的截割生產(chǎn)率和截齒的截割能力,并與巷道斷面大小手有關(guān);較大的直徑,可縮短截割工作面的循環(huán)時(shí)間,生產(chǎn)率高,但當(dāng)機(jī)器功率和截割頭轉(zhuǎn)速不變時(shí),每個(gè)截疊齒所能承受的截割力降低,如果截割力小于截割阻力,就不能完成截割任務(wù);反之,如果直徑太小,雖然截齒對(duì)煤巖的截割能力達(dá)到了,但降低了生產(chǎn)率,一般根掘進(jìn)機(jī)功率大小,橫軸式截割頭大端直徑取值范圍為0.7~1.5m。2.5截割結(jié)構(gòu)及二維裝配圖2.5已知:機(jī)器外形尺寸(長(zhǎng)x寬x高):12x3.8x2.5m。截割部有關(guān)技術(shù)蠶食:功率300/220kw,切割電機(jī)攻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為300kw,低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率220kw;電壓1140v,轉(zhuǎn)速1490/980r/min;截割頭直徑x長(zhǎng)度:Φ1350x1000mm,截割頭轉(zhuǎn)速36/24r/min。截割功率、截割速度、截割力由式(2.18)(2.20)知:N=Fv (2.18)v=πnD/1000(2.19)F=1000N/(πnD)(2.20)式中:n為截割頭轉(zhuǎn)速;D為截割頭外徑,mm。(1)截割部水平受力分析,如圖2.5所示。從圖中可知LH1為1000mm,LH2為6426mm。(2)截割軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如式(2.21)M=9549·N/n(2.21)截割功率為切割電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為=300kw,截割轉(zhuǎn)速=36r/min,則=79575N.m,低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為=220kw,截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為=24r/min,則=87532N.m。圖2.5截割頭水平受力(3)由式(2.22)估算最大切割力:(2.22)已知掘進(jìn)機(jī)參數(shù):P1為300kw;n1為36r/min;P2為220kw;n2為24r/min。橫軸式截割頭直徑Φ1350mm,估算橫軸式截割頭平均半徑Ravg為0.625m。計(jì)算結(jié)果為:FC1為117.9KN;FC2為129.7KN。在掘進(jìn)機(jī)工作工程中,截割頭受到的力主要為切割力、擺動(dòng)力、推進(jìn)力。其中切割力:是指切割時(shí)所有參與切割的截齒所受切向力()數(shù)值之和。擺動(dòng)力是指擺動(dòng)時(shí)由液壓缸給與切割頭沿?cái)[動(dòng)方向的力。推進(jìn)力是指掏槽時(shí)由行走機(jī)構(gòu)或者伸縮機(jī)構(gòu)提供給與切割頭的推進(jìn)力。橫軸式切割頭掏槽時(shí),剛接觸時(shí)齒數(shù)是兩個(gè)切割頭同一條母線附近的約十把截齒(前次切割留下的斷面應(yīng)該是個(gè)圓弧面),所以應(yīng)加大推進(jìn)力。切割煤時(shí),由式(2.23)?。?2.23)計(jì)算得到:為117.9KN;為353.7KN;為176.8KN;為129.7KN;為389.1KN;為194.5KN。(4)回轉(zhuǎn)臺(tái)水平回轉(zhuǎn)油缸對(duì)截割頭產(chǎn)生的作用力①回轉(zhuǎn)沿油缸推進(jìn)力、回轉(zhuǎn)油缸的拉力可由式(2.24)、(2.25)計(jì)算:=πp/4(2.24)=π(-)p/4(2.25)計(jì)算得到:FH1為75398N;FH2為57933N。式中p為油泵額定壓力,MPa;為回轉(zhuǎn)油缸直徑,cm,為回轉(zhuǎn)油缸直徑,cm。②為回轉(zhuǎn)臺(tái)中心支點(diǎn),轉(zhuǎn)矩由由式(2.26)、式(2.27)知:=(+)×(2.26)=/(2.27)經(jīng)過(guò)計(jì)算得到:MH為113851N.m;FH為17717N。(5)截割部上、下運(yùn)動(dòng)推動(dòng)油缸對(duì)截割頭產(chǎn)生的力如圖2.6所示作用力、由式(2.28)、(2.29)的確定。圖中為截割部上、下運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)。==(2-W)/(2.28)==(2-W)/(2.29)①已知數(shù)據(jù)如表2.3所示。表2.3已知參數(shù)(m)(m)(m)W(N)(N)(N)5.671.980.9480000282743157079②推動(dòng)油缸推進(jìn)力、推動(dòng)油缸的拉力如式(2.30)、(2.31)所示:=π/4(2.30)=π(-)/4(2.31)式中:,為推動(dòng)油缸直徑,cm;為油缸額定壓力,MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算得:為282743N,為157079N。圖2.6截割頭水平受力Lv1③力和力矩的計(jì)算結(jié)果如表2.4所示表2.4力和力矩(N)(N)(N.m)(N.m)65581240611152642292.5掘進(jìn)機(jī)截割頭在正常截割狀態(tài)下,截齒受到截割阻力、牽引阻力和側(cè)向力。而具體的某個(gè)截割頭的截割受力與相鄰截線上的截齒排列方式有關(guān)系。當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒在同一個(gè)葉片上,這種截割方式為順序式截割;當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒不在同一個(gè)葉片上,這種截割方式稱為交叉式截割。順序式截割,屬半封閉式截割,有明顯的側(cè)向力;交叉式截割,屬淺封閉式截割,截齒幾乎不受側(cè)向力。在計(jì)算瞬時(shí)載荷之前,對(duì)截齒的平均受力、截割頭對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩、截割電機(jī)的功率及其單位能耗等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估,與瞬時(shí)負(fù)載情況對(duì)比分析,對(duì)以后瞬時(shí)負(fù)載、功率等計(jì)算有指導(dǎo)意義。(1)單個(gè)截齒平均截割阻力z載荷公式[12]由式(2.32)知:(2.32)鎬形齒牽引阻力y公式由式(2.33)知:N(2.33)鎬齒承受側(cè)向力x計(jì)算公式由式(2.34)知:,N (2.34) 式中:Pk為截齒類型系數(shù),鎬形齒1.5,徑向齒為1;Kz為截齒幾何形狀影響系數(shù),鎬形齒Kg=KψKψ’Kd,徑向齒Kg=KbKd;Kψ為硬質(zhì)合金刀頭形狀系數(shù);Kψ’為刀桿頭部形狀系數(shù);Kd為硬質(zhì)合金刀頭直徑系數(shù);Kb為截齒刀部寬度影響系數(shù),Kb=0.92+0.01b,b是刀齒刃布寬度,單位mm;Kg為截齒前刃面形狀影響系數(shù),前刃面是平面,取1,橢圓形或頭形前刃面取0.95;Ky’為截齒截角影響系數(shù);T為平均截線距,mm;H為平均切屑厚度,mm;Sj為齒的后刃面磨鈍后在牽引方向投影面積,mm2,徑向齒取30-40mm2,切向齒取15-20mm2。(2)對(duì)截割頭旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩計(jì)算[13]由式(2.35)知:(2.35)式中:z為作用在一個(gè)截齒上的截割阻力,N;m為每條截線上的齒數(shù);p為截割頭上的總截線條數(shù);Dcp為截割頭平均直徑,m;L為截割頭長(zhǎng)度,m;Sk為過(guò)截割頭轉(zhuǎn)軸的截割頭縱斷面面積,m2;kTp為考慮同時(shí)截割煤的截齒個(gè)數(shù)的系數(shù),最大取0.5;koc為煤巖體松裂系數(shù),最大取1。(3)截割電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算由式(2.36)得:(2.36)式中n0為截割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù);η為工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率,可取為0.8。2.5.3二維裝配圖根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù),畫(huà)出二維裝配圖,如圖2.7所示圖2.7二維裝配圖2.6本章小結(jié)本章是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)章節(jié)。本章根據(jù)課題要求對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算,計(jì)算過(guò)程包括:截割頭的受力運(yùn)動(dòng)分析、截割齒的排序方式、截割齒在工作工程中的受力分析等等。通過(guò)計(jì)算確定了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的參數(shù),這為后面的設(shè)計(jì)工作做了準(zhǔn)備。3.掘進(jìn)機(jī)的三維建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真3.1截割頭三維建模3.1.1截割頭的建模(1)打開(kāi)ProE軟件,準(zhǔn)備建模①:建立新文件[14]。單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng),在彈出的“新建”對(duì)話框中,選擇“零件”,在“名稱”中輸入文件名“jiegetou”,使用公制模板mmns_part_solid,單擊“確定”按鈕,進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面。②:激活旋轉(zhuǎn)特征命令。單擊“插入”→“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng),系統(tǒng)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)特征建立界面,彈出如圖3.1所示旋轉(zhuǎn)特征操控面板。圖3.1旋轉(zhuǎn)特征操控面板圖3.2【草繪】對(duì)話框圖3.3截割頭旋轉(zhuǎn)草圖③:定義旋轉(zhuǎn)特征的截面。點(diǎn)擊”放置”,出現(xiàn)如圖3.2所示“草繪”滑動(dòng)面板,單擊“定義”按鈕,彈出。選擇草繪平面,并定義旋轉(zhuǎn)中心線,繪制截割頭旋轉(zhuǎn)平面。如圖3.3所示。(2)確定旋轉(zhuǎn)特征的旋轉(zhuǎn)角度模式,制定旋轉(zhuǎn)角度為360゜(3)預(yù)覽特征。單擊操控面板中的圖標(biāo),瀏覽所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)特征,若不符合要求,按“暫?!眻D標(biāo)推出暫停模式,繼續(xù)編輯特征。(4)完成特征。單擊操控面板中的“完成”圖標(biāo),完成旋轉(zhuǎn)特征。如圖3.4所示。圖3.4旋轉(zhuǎn)所得的截割頭初步圖形(5)選擇合適的位置,做一個(gè)平面,并在此平面上進(jìn)行一個(gè)小小的拉伸與上一步中所得的旋轉(zhuǎn)圖形進(jìn)行相交,得到一條螺旋線。(6)截割頭底座的繪制第一步:激活拉伸特征命令。單擊“插入”→“拉伸”選項(xiàng),系統(tǒng)進(jìn)入拉伸特征建立界面,彈出拉伸特征操控面板,如圖3.5所示。圖3.5拉伸操控面板第二步:定義草繪截面并繪制草圖。定義一個(gè)內(nèi)部草圖作為拉伸特征的截面。①單擊操控面板上的“放置”按鈕,出現(xiàn)如圖3.6所示的“草繪”滑動(dòng)面板,單擊“定義”按鈕,彈出“草繪”對(duì)話框如圖3.7所示。圖3.6“放置”滑動(dòng)面板圖3.7“草繪”對(duì)話框②指定草繪平面和草繪平面的參照并繪制草圖。(7)預(yù)覽特征。單擊操控面板中的圖標(biāo),瀏覽所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)特征,若不符合要求,按“暫?!眻D標(biāo)推出暫停模式,繼續(xù)編輯特征。(8)完成特征。單擊操控面板中的“完成”圖標(biāo),完成旋轉(zhuǎn)特征。如圖3.8所示。圖3.8帶截齒座的截割頭3.1.2截割齒的建模截割頭的建模:打開(kāi)Proe軟件,新建文件,利用旋轉(zhuǎn),拉伸等做出截割齒。截割齒如圖3.9所示。圖3.9截割齒3.1.3截割頭端蓋的建模第一步:打開(kāi)Proe軟件,單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng),在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“零件”,輸入文件名“jiegetouduangai.prt”,單擊單擊確定按鈕,進(jìn)入零件界面。第二步:激活拉伸特征命令。單擊“插入”→“拉伸”選項(xiàng),系統(tǒng)進(jìn)入拉伸特征建立界面,彈出拉伸特征操控面板,如圖3.10所示。圖3.10拉伸操控面板第三步:定義草繪截面并繪制草圖。第四步:預(yù)覽、完成特征。第五步:重復(fù)以上步驟便可以得到截割頭端蓋圖形,如圖3.11所示。圖3.11截割頭端蓋3.1.4截割頭的組裝第一步:打開(kāi)Proe軟件,單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng),在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“組件”,輸入文件名“jiegetouzuzhuang.asm”,單擊“確定”按鈕進(jìn)入組件裝配截面。第二步:在子部件中裝入第1個(gè)元件。單擊“插入”→“元件”→“裝配”菜單項(xiàng),從彈出的“打開(kāi)”對(duì)話框中找到“jiegetou.prt”,單擊“打開(kāi)”按鈕。在操控面板中選取約束類型為“缺省”,完成第1個(gè)元件的裝配。圖3.12截割頭組裝第三步:裝入第2個(gè)元件“jiegechi.prt”。同理激活元件裝入命令,并找到零件“jiegechi.prt”,在操控面板中建立約束。不斷重復(fù)此步驟,完成截割齒的裝配。完成組件裝配如圖3.12所示。3.2其他重要零件的三維建模3.2.1截割頭齒輪軸的三維建模(1)截割頭齒輪軸的作用齒輪軸主要是為了將減速器輸出的力矩傳遞到左右截割頭上,從而使其工作,齒輪軸與截割頭的連接方式為鍵連接,齒輪軸左右兩側(cè)各有兩個(gè)半圓鍵,傳遞動(dòng)力時(shí)靠鍵傳遞。(2)截割頭齒輪軸的三維建模齒輪軸在建模過(guò)程中主要是運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等特征命令,其三維圖形如圖3.13所示。圖3.13截割頭齒輪軸三維圖3.2.2截割部的三維建模(1)截割部的作用截割部是安裝此橫軸式掘進(jìn)機(jī)減速器的箱體,截割部后面通過(guò)螺栓與截割部后連接,截割部后是安裝減速器電動(dòng)機(jī)的地方,通過(guò)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),將動(dòng)力傳遞給減速器;截割部的前方通過(guò)軸與左右截割頭相連,并將減速器中得轉(zhuǎn)矩傳出傳遞給軸,并通過(guò)軸來(lái)帶動(dòng)左右截割頭的轉(zhuǎn)動(dòng)。(2)截割部建模過(guò)程截割部后的建模過(guò)程主要是應(yīng)用Proe中得拉伸、旋轉(zhuǎn)、輪廓筋、鏡像、陣列等特征命令做出,其三維圖形如圖3.14所示。圖3.14截割部三維圖形3.2.3截割部后的(1)截割部后的作用截割部后是此次設(shè)計(jì)的橫軸式掘進(jìn)機(jī)中安放減速器電動(dòng)機(jī)的地方,此部分作用比較重要,其內(nèi)部安裝電動(dòng)機(jī),可以輸出一定的轉(zhuǎn)矩。截割部后前方與截割部相連,截割部后中電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給截割部中得減速器,從而使得減速器獲得轉(zhuǎn)矩,而減速器輸出轉(zhuǎn)矩則可以通過(guò)齒輪軸帶動(dòng)左右截割頭工作,截割部后后面與回轉(zhuǎn)臺(tái)相連。(2)截割部后建模過(guò)程截割部后主要是運(yùn)用Proe中的拉伸、鏡像命令,截割部后是左右對(duì)稱的,因此在進(jìn)行三維建模的時(shí)候主要是先做了一邊,然后進(jìn)行鏡像。截割部后三維建模圖形如圖3.15所示。圖3.15截割部后三維建模圖形3.2.4回轉(zhuǎn)臺(tái)(1)回轉(zhuǎn)臺(tái)的作用回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于控制掘進(jìn)機(jī)上下運(yùn)動(dòng)和左右擺動(dòng),回轉(zhuǎn)臺(tái)與懸臂液壓缸,拉桿液壓缸相連接,通過(guò)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的上下、左右運(yùn)動(dòng)。圖3.16回轉(zhuǎn)臺(tái)三維建模圖形(2)回轉(zhuǎn)臺(tái)的建模過(guò)程回轉(zhuǎn)臺(tái)建模過(guò)程中主要是運(yùn)用拉伸、鏡像等特征命令實(shí)現(xiàn),其三維建模圖形如圖3.16所示。3.2.5三維裝配圖及爆炸圖將各個(gè)零件組裝起來(lái)就得到如圖3.17所示的三維裝配圖,以及如圖3.18所示的爆炸圖。圖3.17三維裝配圖圖3.18三維爆炸圖3.3齒輪軸的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真Pro/Engineer的機(jī)械設(shè)計(jì)擴(kuò)展(mechanismdesignextension,MDX)包含機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(mechanismdesign)和機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)(mechanismdynamics)兩部分內(nèi)容,描述了在Pro/Engineer組件模式下將組件創(chuàng)建為運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)并分析其運(yùn)動(dòng)的過(guò)程,內(nèi)容包括創(chuàng)建機(jī)構(gòu)模型,以及測(cè)量、觀察、分析在受力和不受力情況下機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況。運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)是工程力學(xué)研究的兩個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容,運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)用幾何學(xué)的方法來(lái)研究物體的運(yùn)動(dòng),不考慮力和質(zhì)量等因素的影響,而物體運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,則是動(dòng)力學(xué)得研究?jī)?nèi)容。使用Proe的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的大體過(guò)程為:建立零件→裝配運(yùn)動(dòng)模型→添加伺服電動(dòng)機(jī)→分析→查看分析結(jié)果。具體過(guò)程如下:(1)裝配運(yùn)動(dòng)模型裝配時(shí),首先裝配基座,定義為“缺省”或者“固定”,然后安裝回轉(zhuǎn)臺(tái),定義為“銷釘”,液壓缸中,液壓桿相對(duì)于液壓套筒定義為“滑動(dòng)桿”,裝配液壓缸時(shí),要對(duì)液壓缸進(jìn)行兩次“銷釘”連接。(2)添加伺服電動(dòng)機(jī)安裝定義完成后,點(diǎn)擊“應(yīng)用程序”→“機(jī)構(gòu)”,進(jìn)入機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真界面。所定義的銷釘連接或者滑動(dòng)桿連接都會(huì)出現(xiàn)箭頭,可以加入電動(dòng)機(jī)。單擊“插入”→“伺服電動(dòng)機(jī)”,再單擊液壓缸上的滑動(dòng)塊標(biāo)記,點(diǎn)擊“輪廓”,定義電動(dòng)機(jī)參數(shù),設(shè)置速度為20mm/s。如圖3.19所示,并設(shè)置其他電機(jī)。圖3.19伺服電機(jī)的定義(3)機(jī)構(gòu)分析加完電機(jī)后,單擊“分析”→“機(jī)構(gòu)分析”,彈出“分析定義”對(duì)話框。設(shè)置各個(gè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,如圖3.20所示。設(shè)置完成后,單擊“運(yùn)行”,可看到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。圖3.20定義電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(4)查看分析結(jié)果并截圖點(diǎn)擊“回放”按鈕,然后設(shè)置保存路徑,點(diǎn)擊“捕獲”就可以將剛才設(shè)置的運(yùn)動(dòng)保存成動(dòng)畫(huà)。運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)如圖3.21所示。圖3.21運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)截圖3.4本章小結(jié)本章主要介紹了三維建模,以及對(duì)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了三維建模及組裝,這些關(guān)鍵零部件包括截割頭、截割部、截割部后、回轉(zhuǎn)臺(tái)等。利用三維建模可以將設(shè)計(jì)零件的外形很好的表達(dá)出來(lái),讓人看起來(lái)更加的直觀、更容易理解。而且三維建模后還可以利用Pro/Eingeer軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,觀察所設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)的工作工程。
4.端蓋數(shù)控加工數(shù)控加工是一種用數(shù)字化的代碼作為指令,由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行處理,并驅(qū)動(dòng)刀具或工件按照指定路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)從而完成零件的自動(dòng)加工。4.1數(shù)控加工的概述4.1.1數(shù)控加工的一般原理在數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí),首先要將被加工零件的幾何信息和工藝信息數(shù)字化?,F(xiàn)根據(jù)零件的加工圖樣的要求,確定零件的加工工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、刀具參數(shù),再按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定才用的代碼和程序格式,將與加工零件有關(guān)的信息如工件的尺寸、刀具運(yùn)動(dòng)中心軌跡、位移量、切削參數(shù)以及輔助操作,等編制成數(shù)控加工程序,然后將程序輸入到數(shù)控裝置中,經(jīng)數(shù)控裝置分析處理后,發(fā)出指令控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)加工。4.1.2數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控加工與普通機(jī)床加工在方法與內(nèi)容上有許多相似之處,不同點(diǎn)主要變現(xiàn)在控制方式上。在普通機(jī)床上加工零件時(shí),是用工藝卡片、工藝規(guī)程來(lái)規(guī)定每道工序的操作程序,操作人員按規(guī)定的步驟加工零件。而在數(shù)控加工機(jī)床上加工零件時(shí),要把被加工的全部工藝過(guò)程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)編織成程序,并以數(shù)字信息的形式記錄在控制介質(zhì)上,用它來(lái)控制機(jī)床加工。因此,與普通機(jī)床相比,數(shù)控加工具有如下特點(diǎn):(1)數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求具體而詳細(xì)。(2)數(shù)控加工工藝要求嚴(yán)密而精確。(3)制定數(shù)控加工工藝要進(jìn)行零件圖形的數(shù)學(xué)處理和變成尺寸設(shè)定值的計(jì)算。(4)選擇切削用量時(shí),要考慮進(jìn)給速度對(duì)加工零件形狀精度的影響。(5)數(shù)控加工工藝具有特殊的要求。4.2端蓋銑削加工4.2.1端蓋零件模型分析端蓋零件的模型如圖4.1所示。端蓋零件主要由凸臺(tái)和孔組成,要加工的面包括外形輪廓面、上表面、臺(tái)階、4個(gè)孔等。4個(gè)孔采用鉆削完成,而其他面可采用各種銑削方法完成。圖4.1端蓋零件的模型4.2.2端蓋的上表面可以使用Pro/NC模塊的端面銑削加工,凸臺(tái)輪廓及其端面可以使用體積塊粗加工,4個(gè)孔采用鉆孔方式加工。攻工步的加工內(nèi)容、加工方式和所用的刀具如表4.1所示。表4.1加工順序序號(hào)加工內(nèi)容加工方式刀具1銑上面端面銑削加工Φ60平底刀2加工外形輪廓面孔加工Φ16平底刀3加工上面、臺(tái)階輪廓和端面輪廓銑削加工Φ20外圓角銑刀4鉆4個(gè)小孔輪廓銑削加工Φ40鉆頭4.2.2數(shù)控加工(1)新建數(shù)控加工文件①設(shè)置工作目錄。選擇“文件”→“設(shè)置工作目錄”命令,彈出“選取工作目錄”對(duì)話框。在磁盤中選擇合適位置作為當(dāng)前工作目錄,單擊“確定”按鈕,完成設(shè)置。②單擊“文件”工具欄上的“新建”按鈕,彈出“新建”對(duì)話框,。在“類型”選項(xiàng)組中選擇“制造”單選按鈕,在“子類型”選項(xiàng)組中選擇“NC組件”單選按鈕,在“名稱”文本框中輸入文件名“duangaiNC”,取消選中“使用缺省模板”復(fù)選框單擊“確定”按鈕,彈出如圖4.2所示的“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框。③在“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框中的模板選項(xiàng)組中選取mmns_mfg_nc模板,然后單擊“確定”按鈕。圖4.2“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框圖4.3加載參照模型(2)建立制造模型①加載參照模型。單擊“制造元件”工具欄上的“裝配參照模型”按鈕“裝配”,彈出“打開(kāi)”對(duì)話框,然后選擇模型文件duanggai.prt,單擊“確定”按鈕后,彈出“元件放置”操控板,選擇約束類型為“缺省”,從操控板中間位置可知元件完全約束。單擊“完成”按鈕,加載參照模型,如圖4.3所示。②創(chuàng)建工件,具體步驟如下:步驟一:?jiǎn)螕簟爸圃煸惫ぞ邫谏系摹白詣?dòng)工件”按鈕,打開(kāi)“自動(dòng)工件”操控板,選中“創(chuàng)建矩形工件”按鈕,創(chuàng)建矩形工件,如圖4.4所示。圖4.4“自動(dòng)工件”操控板步驟二:在操控板右上角選擇“坐標(biāo)系”選項(xiàng),在模型樹(shù)中選擇NC_ASM_DEF_CSYS坐標(biāo)系,然后單擊“選項(xiàng)”按鈕,彈出“選項(xiàng)”上滑面板,設(shè)置矩形工件的尺寸如圖4.5所示。步驟三:?jiǎn)螕舨倏孛姘逵覀?cè)的“完成”按鈕,建立工件,如圖4.6所示。圖4.5“選項(xiàng)”上滑面板圖4.6創(chuàng)建的工件(3)操作設(shè)置①定義操作名稱。選擇“步數(shù)”→“操作”命令,彈出“操作設(shè)置”對(duì)話框,保留默認(rèn)的操作名稱,如圖4.7所示。圖4.7“操作設(shè)置”對(duì)話框②機(jī)床設(shè)置。單擊“操作設(shè)置”對(duì)話框中的“機(jī)床”按鈕,打開(kāi)“機(jī)床設(shè)置”對(duì)話框。使用默認(rèn)的機(jī)床名稱,選擇“3軸”聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床,如圖4.8所示。單擊“確定”按鈕,返回“操作設(shè)置”對(duì)話框。圖4.8“機(jī)床設(shè)置”對(duì)話框③選擇加工坐標(biāo)系④定義退刀面。在“操作設(shè)置”對(duì)話框的“退刀”選項(xiàng)組中單擊“曲面”后的按鈕,打開(kāi)“退刀設(shè)置”對(duì)話框,在“值”下拉列表框中輸入10,如圖4.9所示。(4)上表面端面銑削加工①單擊“NC銑削”工具欄上的“端面銑削”按鈕,彈出”NC序列”菜單。在“NC序列”菜單中選擇“序列設(shè)置”→“刀具”→“參數(shù)”→MatchGeom→“完成”命令。圖4.9“退刀設(shè)置”對(duì)話框②刀具設(shè)置。設(shè)置刀具參數(shù),如圖4.10所示。圖4.10“刀具設(shè)定”對(duì)話框③加工參數(shù)的設(shè)定。設(shè)置銑削加工參數(shù)如圖4.11所示。圖4.11“編輯序列參數(shù)‘端面銑削’”對(duì)話框④選取銑削曲面。系統(tǒng)彈出“曲面“對(duì)話框,提示選取加工面。此處采用創(chuàng)建的方法建立銑削曲面,如圖4.12所示。圖4.12選擇銑削曲面⑤刀具路徑的演示與檢測(cè),步驟如下。步驟一:在“NC序列”菜單中依次選擇“播放路徑”→“屏幕演示”命令,如圖4.13所示,系統(tǒng)彈出如圖4.14所示的“播放路徑”對(duì)話框。圖4.13所示命令順序圖4.14所示“播放路徑”對(duì)話框步驟二:?jiǎn)螕簟安シ怕窂健睂?duì)話框中的“播放”按鈕,系統(tǒng)開(kāi)始在屏幕上動(dòng)態(tài)演示刀具路徑,如圖4.15所示。刀具路徑演示完成后,單擊“關(guān)閉”按鈕。圖4.15刀具演示路徑步驟三:選擇“NC序列”菜單中的“完成序列”命令,完成序列設(shè)置。(5)外形輪廓銑削加工外形輪廓銑削加工的步驟和方法與上表面端面銑削加工類似,此處不再贅述,其刀具演示路徑如圖4.16所示。圖4.16刀具演示路徑(6)體積塊銑削加工臺(tái)階體積塊銑削加工臺(tái)階的步驟和方法與上表面端面銑削加工類似,此處不再贅述,其刀具演示路徑如圖4.17所示。圖4.17刀具演示路徑(7)鉆四個(gè)小孔加工此過(guò)程與前面幾個(gè)相比,其步驟則和前面的過(guò)程類似,其刀具演示路徑如圖4.18所示。(8)后置處理生產(chǎn)加工程序①選擇“編輯”→“CL數(shù)據(jù)”→“輸出”,彈出“選取特征”菜單。選擇“操”作→“OP010命令”。圖4.18刀具演示路徑②在彈出的軌跡菜單中選擇“文件”選項(xiàng),彈出“輸出類型”菜單。③在輸出類型中選擇“CL文件”→“交互”→“完成”命令,系統(tǒng)彈出“保存副本”對(duì)話框,使用默認(rèn)的文件名op010.ncl,單擊“確定”完成CL文件的創(chuàng)建。④選擇“工具”→“CL數(shù)據(jù)”→“播放路徑”命令,系統(tǒng)彈出打開(kāi)對(duì)話框,選擇上一步創(chuàng)建的后處理文件:op010.ncl,單擊“打開(kāi)”按鈕。圖4-20查看數(shù)控加工程序⑤在彈出的“后置處理選項(xiàng)”中選擇“詳細(xì)”和“跟蹤”命令后,在彈出的“后置處理列表”中選擇UNCX01.P11,系統(tǒng)彈出“命令提示符”窗口,輸入程序號(hào)1000后,系統(tǒng)自動(dòng)在后臺(tái)進(jìn)行后置處理,后置處理完畢后NC代碼存放在op010.tap文件中。⑥在目前的工作目錄下,用“記事本”程序打開(kāi)保存的op010.tap文件,生成的數(shù)控加工程序如圖4-20所示。生成的所有程序代碼在附錄二中。4.3本章小結(jié)本章主要介紹了數(shù)控加工原理和特點(diǎn),以及利用Pro/Eingeer軟件進(jìn)行數(shù)控加工的步驟。此次數(shù)控加工以銑削加工端蓋為例說(shuō)明了數(shù)控加工的過(guò)程,其中重要的步驟包括上表面端面銑削加工、外形輪廓銑削加工、體積塊銑削加工、臺(tái)階鉆四個(gè)小孔加工、后置處理生產(chǎn)加工程序等,其虛擬加工方式可以讓人看到零件的加工過(guò)程。
5.齒輪軸ANSYS分析5.1齒輪軸ANSYS分析過(guò)程ANSYSWorkbench是ANSYS公司開(kāi)發(fā)新一代的CAE應(yīng)用及開(kāi)發(fā)平臺(tái)[15]。ANSYSWorkbench主要包括[16]:參數(shù)化建模模塊、分析工具模塊、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊三個(gè)模塊。對(duì)截割部齒輪軸進(jìn)行靜力學(xué)分析,齒輪軸的材料為結(jié)構(gòu)鋼,具體分析過(guò)程如下:(1):建立靜力分析系統(tǒng)打開(kāi)ANSYS(workbench),雙擊“Toolbox”中的“StaticStructural”,建立靜力分析系統(tǒng)。(2):導(dǎo)入模型右擊“Geometry”,從彈出的子模塊中選擇“ImportGeometry”,將“chilunzhou.igs”文件導(dǎo)入系統(tǒng)。如圖5.1所示。圖5.1導(dǎo)入模型(3):選擇單位并建立網(wǎng)格雙擊“Model”,開(kāi)“Mechanicalapplication”,在彈出的窗口中先選擇單位。即單擊“Units”從中選擇“mm,kg,N,s,mV,mA”選項(xiàng)。右擊“Project”中的“Mesh”,選擇“GenerateMesh”,可自動(dòng)生成網(wǎng)格,如圖5.2所示。(4):選擇材料從“MechanicalApplicationWizard”中單擊“VerifyMaterial”,選擇“structuralsteel”,即結(jié)構(gòu)鋼。(5):加載力圖5.2建立網(wǎng)格方法及結(jié)果在“MechanicalApplicationWizard”中選擇“InsertStructuralLoads”,在彈出的提示框中選擇“Force”,先選擇受力面,選擇后點(diǎn)擊“Apply”應(yīng)用。(6):給部件施加約束在“Wizard”中選擇“InsertSupports”,從彈出的提示框中選擇“Fixedsupport”,并選擇底面使其約束。(7):選擇要生成的結(jié)果并生成結(jié)果右擊“Solution”→“Insert”,從彈出的選擇框中選擇“TotalDeformation”、“Equivalentstress”、“SafetyFactor”。選擇完成后,右擊“Solution”→“Solve”,生成結(jié)果如圖5.3~5.5所示。圖5.3總變形根據(jù)分析結(jié)果可知,當(dāng)齒輪軸受力時(shí),其最大變形為0.010769mm,因?yàn)樽冃蜗喈?dāng)?shù)男?,所以可以忽略。從所得分析圖(5.4)中可以看到,鎬齒的最大變形分布在齒尖,所以鎬齒的破壞形式主要是在齒尖周圍,而不是齒根處。截齒最大的等效應(yīng)力也是在齒尖處(圖5.6)。究其原因,是由于截齒在截割煤巖過(guò)程中,截齒齒尖周圍處所受集中力產(chǎn)生的,這也是硬質(zhì)合金刀頭折損的一個(gè)重要原因。通過(guò)一系列的分析,可以知道在設(shè)計(jì)截齒時(shí),最重要的是刀頭材料的選取。因此,選取耐用的材料,是設(shè)計(jì)截齒的重點(diǎn)。圖5.4等效應(yīng)力齒輪軸的材料為結(jié)構(gòu)鋼,所能承受應(yīng)力為220MPa,根據(jù)等效應(yīng)力圖結(jié)果所示,齒輪軸所受的最大應(yīng)力為33.107MPa.,所以可以滿足使用要求。圖5.5安全系數(shù)由結(jié)構(gòu)鋼的材料安全系數(shù)可知,其安全系數(shù)S=2,根據(jù)分析結(jié)果知,齒輪軸受力時(shí)的最小安全系數(shù)是S=7.5512,所以齒輪軸的安全系數(shù)符合要求。綜上可知,齒輪軸能夠滿足工作要求。5.2本章小結(jié)本章是比較重要的一章,本章介紹了ANSYS軟件的使用方法,以及利用ANSYS軟件分析所設(shè)計(jì)關(guān)鍵零部件的可靠性,本章以分析截割頭齒輪軸為例介紹ANSYS的使用方法。分析內(nèi)容包括齒輪軸所受的等效應(yīng)力圖、齒輪軸受力后的總的變形圖、齒輪軸的安全系數(shù)圖三個(gè)方面。從結(jié)果中可以看到所設(shè)計(jì)的這個(gè)零部件是符合工作要求的。
參考文獻(xiàn)[1]李炳文,萬(wàn)麗榮,柴光遠(yuǎn).礦山機(jī)械[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2021.[2]黃日恒.懸臂式掘進(jìn)機(jī)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1996.[3]任葆銳,王虹.煤及半煤巖巷道掘進(jìn)設(shè)備技術(shù)發(fā)展概況與思考[J]..煤礦機(jī)電.2021,(5):63-66
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