掘进机的总体和行走机构设计.docx

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掘进机的总体和行走机构设计

掘进机的总体和行走机构设计

摘要

EBJ-120TP型掘进机是一种中型悬臂式掘进机，主要用于中型煤巷及半煤岩巷的掘进作业。

它结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。

本设计主要针对掘进机的整机进行方案设计，对行走部进行结构及传动等相关设计。

EBJ-120TP型掘进机采用履带式行走部，驱动动力由液压马达提供，利用液压马达转动方向变化实现行走部前进、后退和转向。

在行走部传动设计中，利用3K（Ⅰ）型行星减速器设计的一般原理，设计出适合行走部使用的3K（Ⅰ）型行星减速器，并将它和液压马达直接联结，简化了行走部的传动布置。

本设计的创新点：

在3K（Ⅰ）型行星减速器中增加了一对增速齿轮，提高制动轴的转速，减小制动转矩，使得采用较小体积的制动器实现有效地制动。

结构上将制动器和液压马达平行布置在减速器的端面，充分利用空间。

设计中对3K（Ⅰ）型行星减速器进行了优化配齿，采用高度变位，并做了相应的校核，在保证需要的传动比的情况下，使设计的3K（Ⅰ）型行星减速器体积最小。

关键词：

悬臂式掘进机；行走部；行星减速器；制动器

详细DWG图纸请加：

三二③1爸爸五四0六

ABSTRACT

TheEBJ-120TPtunnelingmachineisonekindofmediumcantilevertunnelingmachinewhichismainlyusedinthemediumcoallaneandthehalfcoalcraglanediggingthetunnels,itsstructurecompact,thecompatibilitygood,thefuselageshort,thecenterofgravitylow,theoperationsimple,theoverhaulisconvenient.Thisdesignmainlyaimsatthetunnelingmachine’sentiremachinetocarryontheplandesignandaimsatwalks-organizationtocarryonthedesignofitsstructureandtransmissionandsoon.TheEBJ-120TPtunnelingmachineusesmarchingwalksorganization,theactuationpowerprovidesbytheoilmotor,usingthechangeoftheoilmotor’srotationdirectiontomakethewalks-organizationadvance,retrocede,andturn.Inthetransmissiondesignofthewalksorganization,usinggeneralprincipleofthe3K（Ⅰ）planetreductiongear,designinganew3K（Ⅰ）planetreductiongearwhichissuitabletothewalksorganization,andjoiningitandtheoilmotordirectly,simplifiedthewalks-organization’stransmission.Theinnovationspotofthisdesign:

increaseapairofspeed-upgearinthe3K（Ⅰ）planetreductiongear,soitcanenhancetherotationalspeedofthestalkandreducethebraketorque,causestouseasmallervolumebrakerealizingeffectivelytoapplythebrake.InStructuredesign,thebrakeandtheoilmotorparallelarearrangedinthereductiongear’sendsurface,fullyusesthespace.Inthedesign,Icarriedonoptimizingtheteethof3K（Ⅰ）planetreductiongearandusedhighlydislodges,andhasmadethecorrespondingexamination,intheneededvelocityratio,madethevolumeofthe3K（Ⅰ）planetreductiongearisthesmallest.

Keywords：

Cantilevertunnelingmachine;Walks-organization;

Planetreductiongear;Brake

第一章概述

1.1国内外悬臂式掘进机发展历史和现状

1.1.1国外悬臂式掘进机发展历史和现状

19世纪70年代，英国为修建海底隧道，生产制造了第一台掘进机，美国在20世纪30年代开发了悬臂式掘进机，并把此项技术应用于采矿业，此后英、德、日等十几个国家相继投入了大量的人力、物力、财力用于掘进机技术的开发和研制，经过多年的不懈努力，现有20多家公司，先后研制了近百种机型。

各国早期研制的悬臂式掘进机都是以煤巷为作业对象。

中期产品主要是用于截割各种煤岩的中型掘进机，机重一般在25t左右。

可截割岩石硬度系数f≤6、截割功率为50～100kW。

有代表性的机型有英国的MKⅡA-2400型、奥地利的AM-50型、日本的S1O0型掘进机。

近期产品是主要以中硬岩和工程隧道为作业对象的重型、全岩巷道掘进机和掘锚机组，机重多在40～100t，部分机型机重超过100t。

可截割岩石硬度系数：

纵轴可达f=8～lO，横轴可达f=10～14，截割功率为150～300kW。

比较有代表性的机型有英国的LH-1300、LH-1400；奥地利的AM75、ATM105、AHM105和日本的S200、S220、S300、S350等机型以及奥钢联的掘锚机组等。

目前，也有把连续采煤机代替掘进机作为巷道掘进的，它主要针对半煤岩巷道和软岩巷道的掘进，截割硬度f≤6。

1.1.2国内悬臂式掘进机发展历史和现状

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，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：

使用范围越来越广，切割能力逐步提高，有切割夹岩和过断层的能力。

第二阶段：

70年代末到80年代末，这一阶段，我国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AM50型及S100型，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EMA-30型及EBJ-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。

第三阶段：

由80年代末至今，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，可以根据矿井生产的不同要求实现部分个性化设计，这一阶段的代表机型较多，主要有EBJ型、EL型及EBH型。

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，已跨入国际先进行列，可与国外的悬臂式掘进机相媲美。

1.1.3国内悬臂式掘进机目前存在问题

悬臂式掘进机发展速度虽然很快，并且技术成熟，但随着煤矿生产工艺的改进，高产、高效矿井的建设，它已不能满足需要，主要表现在以下几方面。

（1）锚杆支护的成功推广应用提高了巷道支护的可靠性，目前存在掘进、支护不能同步作业，据统计，巷道支护约占用40％～50％的掘进作业时间，这就使得掘进机的开机率大大降低，不能有效提高掘进速度。

（2）现有机型偏向于中、重型，虽然有些掘进机实现了矮型化设计，但整体尺寸仍不能有效缩减，对低矮巷道的适应性还较差。

（3）内喷雾除尘系统使用可靠性和适应性较差，而外置机载除尘系统还比较困难。

（4）使用元部件的可靠性还不高，不能适应截割硬煤岩产生的震动及井下恶劣的工作条件。

（5）对于提高截割效率方面的设计和设备配套还不完善。

（6）电子元器件的选型面窄、电子保护插件的可靠性不高。

电控技术还不能适应通用性、灵活性、可扩展性、准确性及响应速度快速的需要。

1.2悬臂式掘进机发展趋势

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，提高截割效率，悬臂式掘进机将会逐步发展掘锚一体化、截割硬度更高、适应各种断面、适应坡度范围更广的机型，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、自动控制技术的发展

悬臂式掘进机的自动控制包括截割断面轮廓尺寸的监控、机组运行状况的监测和故障的自动诊断、各种功率的自动调节、遥控操作等。

要实现自动控制功能，在电控技术上必须将声控、光控、微机处理数据等先进技术融合在一起，实现电控技术整体先进、准确、可靠。

3、提高元部件的可靠性和寿命

现在新机型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。

4、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。

1.3悬臂式掘进机主要组成部分

悬臂式掘进机主要有横轴式掘进机和纵轴式掘进机。

它们的主要组成部件相同，只是截割头的布置不同。

悬臂式掘进机由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘喷雾系统等组成

一、切割机构

切割机构由切割头、齿轮箱、电动机、回转台等组成，具有破碎煤岩功能的机构。

切割头——装有截齿，用于破碎煤岩的部件。

切割头是掘进机的工作机构，主要功能是破碎和分离煤岩。

通过对煤岩切割过程研究得知，影响切割效果的因素很多，从而使得切割头设计变得复杂和困难。

在切割头的每一转中，如同时参加切削的各个截齿都从岩石带中切下同样大小体积的煤岩，达到每个刀齿受力相等、磨损相同、运动乎稳，这是切割头设计的最佳目标。

尤其在切削硬岩中实现它更是当前国内外学者和专家潜心研究的课题。

回转台——实现切割机构水平摆动和支承装置。

回转台是悬臂式掘进机主要组成部件之一，它联接左、有机架、支承切割臂，实现切割臂的升降和回转运动，并承受来自切割头的复杂交变的冲击载荷。

回转台对整机工作效率、切割乎稳性有重要影响。

回转台设计的基本要求成载能力大、惯性小、能量损耗少；运转平稳、具有足够的强度和刚度；结构紧凑、回转角度小、重心降低；水平回转时，进给力变化较小。

二、装运机构

装运机构由装载部和刮