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中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目 錄 1 前言 4 1.1 設(shè)計(jì)背景和目的 .4 1.2 國外巖石隧道掘進(jìn)機(jī)法的發(fā)展歷史 .4 1.3 中國巖石隧道掘進(jìn)機(jī)法歷史的概況 .6 1.4 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀 7 1.5 國際掘進(jìn)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)發(fā)展趨勢 .9 1.5.1 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 .10 1.5.2 掘進(jìn)機(jī)分類 11 1.6 EBZ-125XK 型掘進(jìn)機(jī)簡介 .12 1.6.1 產(chǎn)品特點(diǎn) .12 1.6.2 主要用途、適用范圍 .13 1.6.3 產(chǎn)品型號、名稱及外形 .13 1.6.4 型號的組成及其代表意義 14 2 總體設(shè)計(jì) .14 2.1 總體 參數(shù) .14 2.1.1 截割都 .15 2.2 掘進(jìn)機(jī)各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .15 2.2.1 截割部 15 2.2.2 裝載部 17 2.3 刮板輸送機(jī) .17 2.4 行走部 .18 2.5 機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺 .19 2.6 液壓系統(tǒng) .20 2.7 電氣系統(tǒng) .22 3 截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 3.1 截割頭 22 3.2 截割減速器 23 3.3 電動機(jī) 23 3.4 懸臂伸縮裝置 24 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 3.5 回轉(zhuǎn)臺 25 4 減速器設(shè)計(jì)和校核 25 4.1 減速機(jī)構(gòu)概述 .25 4.2 2K-H 減速器高速級齒輪設(shè)計(jì) .25 4.2.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定 25 4.2.2 減速器原理圖 26 4.2.3 確定各主要參數(shù) .26 4.2.4 幾何尺寸計(jì)算 .29 4.2.5 齒輪嚙合要素計(jì)算 30 4.2.6 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 30 4.2.7 行星輪嚙合強(qiáng)度驗(yàn)算 35 5 .2K-H 減速器低速級速級齒輪設(shè)計(jì) 43 5.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定 .43 5.2 確定各主要參數(shù) 43 5.3 計(jì)算幾何尺寸 45 5.4 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 46 5.5 減速器其他零件校核 46 5.5.1 輸入軸 校核 .46 5.5.2 軸承 校核 .50 5.5.3 鍵 的校核 .51 6. 掘進(jìn)機(jī)的檢修及維護(hù)保養(yǎng) .53 6.1 機(jī)器的日常維護(hù)保養(yǎng) 53 6.2 機(jī)器的定期維護(hù)保養(yǎng) .54 6.3 潤滑 .54 6.4 液壓系統(tǒng)用油 .56 6.5 電氣 .57 7. 機(jī)器常見故障原因及處理方法 .57 7.1 截割部 .57 7.2 裝運(yùn)部 .57 8 安全保護(hù) .60 9 安全保護(hù) 61 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 9．1 安裝與檢查 .61 9.2 維護(hù)、修理與故障排除 .62 9.3 包裝及保管 .62 參考文獻(xiàn) .63 英文原文 .64 中文譯文 .73 致 謝 .80 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 1 前言 此次設(shè)計(jì)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采 掘巷道掘進(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)。 1.1 設(shè)計(jì)背景和目的 隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展。目前我國的礦井設(shè)計(jì)逐漸采用一井一面布 置的采煤方法，其開采強(qiáng)度提高，推進(jìn)速度增快，從而帶來采掘機(jī)械 化比例失調(diào)，采掘矛盾日益彰顯。另外對于一些開采年限較長的礦井， 易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開采比例逐年增加，在全 部采準(zhǔn)巷道中,半煤巖巷的比例已經(jīng)達(dá)到 25%，但這些巷道中的 90%仍 舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動強(qiáng)度大，安全性差。目前，我國大部 分煤礦使用的主要機(jī)型多是二十世紀(jì)六、七十年代設(shè)計(jì)的，這些原有 的設(shè)計(jì)理念逐漸陳舊、零部件可靠性較差、開機(jī)率低、維護(hù)量大，而 且機(jī)重偏輕、截割功率小、過斷層和截割巖石的能力差，不能適應(yīng)較 復(fù)雜煤層的要求。 因此開發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的新型掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之 急，用于解決掘進(jìn)機(jī)更新?lián)Q代的問題，緩解采掘矛盾的緊張局面 1.2 國外巖石隧道掘進(jìn)機(jī)法的發(fā)展歷史 1852 年，蒸汽機(jī)驅(qū)動的巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（RTM）隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)， 在花崗巖中試用，未獲成功。以后的三十年中，設(shè)計(jì)試制了各式各樣 的掘進(jìn)機(jī)共 13 臺，均有所進(jìn)步。 從 1884～1926 年間，一些國家又先后設(shè)計(jì)制造了 21 臺掘進(jìn)機(jī)之 后，因受當(dāng)時技術(shù)條件的限制。直至本世紀(jì)的 40 年代末至 50 年代初。 歐美及日本各工業(yè)發(fā)達(dá)國家又繼續(xù)研究設(shè)計(jì)制造和使用掘進(jìn)機(jī)，找尋 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 出在隧道快速掘進(jìn)中更好的機(jī)械。并在實(shí)際使用中獲得了較為理想的 效果。 目前世界上著名的五大掘進(jìn)機(jī)制造廠商是美國的羅賓斯公司 （Robbins）和賈瓦公司（Jarva）、德國的沃斯公司（Wirth）和德馬 克公司（Dcmag）、瑞典的阿拉斯·科普河公司（Atlas．Copco）,都 是 50 年代和 60 年代開始研制和生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的。由于產(chǎn)品質(zhì)量好，受 到用戶的青睬，到目前為止世界范圍使用的掘進(jìn)機(jī)已超過 450 臺，掘 進(jìn)總長度在 2500km 以上，其中美國羅賓斯各型掘進(jìn)機(jī)約 163 多臺。 羅賓斯掘進(jìn)機(jī)制造廠最早于 1947 年研制和生產(chǎn)的原始型掘進(jìn)機(jī)是 在煤層中使用的，但后來也用在頁巖中開挖隧道。在這兩臺掘進(jìn)機(jī)上， 第一次使用了盤形刀具作為對巖體破碎工具并得到較好的效果。 1953 年，制造了一臺直徑為 7．85m 全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（full face tunnel boring machine），是利用回轉(zhuǎn)刀盤開挖（同時破碎及 掘進(jìn)）隧道的整個斷面的專用機(jī)械總稱。 1955 年，又為某壩的工程建設(shè)，連續(xù)制造了三臺直徑為 2．44m 羅賓斯掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)第一次得到了開挖中硬和硬巖的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 1956 年該廠制造的直徑為 3．28m 掘進(jìn)機(jī)機(jī)型為 131 型，開挖圍 巖的性質(zhì)是中硬巖及硬巖，該機(jī)進(jìn)行了又一次嘗試和考驗(yàn)。經(jīng)這次嘗 試和考驗(yàn)的結(jié)果證明是成功的，而且它是硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)發(fā)展中的一 個重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 到了 1960 年，巖石掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展又進(jìn)入新的階段，又開發(fā)制造了 羅賓斯 161 型掘進(jìn)機(jī)。這是第一臺創(chuàng)紀(jì)錄(6 天中掘進(jìn)了 229m）的羅賓 斯掘進(jìn)機(jī)。這臺機(jī)器也是第一次使用了有永久性密封及機(jī)油潤滑軸承 的盤形滾刀。這臺機(jī)器目前仍為現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)中最大的一臺掘進(jìn)機(jī)，并 已保持了石方開挖噸位的記錄。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 盾構(gòu)式隧道掘進(jìn)是羅賓斯 341 型，直徑為 10．3m，僅次于羅莫斯 371 型，機(jī)重 550t，它是為開挖地下鐵道制造的。341 型掘進(jìn)機(jī)的設(shè) 計(jì)原理與目前一般巖石隧道掘進(jìn)機(jī)采用的原理有根本的區(qū)別。它第一 次在隧道開挖施工中采用了局部氣壓原理。 第 17 臺羅賓斯掘進(jìn)機(jī)是 121 型，命名為“阿索梯”掘進(jìn)機(jī)，是在 工程中所使用三臺連續(xù)創(chuàng)造紀(jì)錄的掘進(jìn)機(jī)中的一臺。 第 22 臺羅賓斯掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)生是掘進(jìn)機(jī)制造工藝方面的又一重要 階段。這臺直徑為 5．5m 的 181 型掘進(jìn)機(jī)是為白松銅礦制造的，它將 施工掘進(jìn)堅(jiān)硬的沉積巖層。這臺機(jī)器運(yùn)到礦山工地，等到隧道定線工 作完成(1968 年）后即用來掘削銅礦的大塊砂巖層 132 型掘進(jìn)機(jī)最近在國外某地評始使用，將通過惡劣的破碎斷層 到堅(jiān)硬巖層掘進(jìn)施工一條直徑 3．96m 的下水道。這臺機(jī)器的頂蓋（或 盾殼系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)具有最可靠的保護(hù)作用，并且允許在靠近開挖面處 于盾殼的保護(hù)下安裝隧道支撐盾殼制成三塊，用液壓操縱。這樣機(jī)器 就可以在硬巖中轉(zhuǎn)向而不致于卡位。 第 25 及 26 號機(jī)目前上在制造中，其中一臺直徑為 2．44m 的掘進(jìn) 機(jī)提供塔斯碼尼亞水電工程建造壓力隧道用。另一臺直徑為 3.66m 的 掘進(jìn)機(jī)提供外國的供水隧道施工用。 1.3 中國巖石隧道掘進(jìn)機(jī)法歷史的概況 中國全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)研究開發(fā)于 1964 年開始這方面工作。1965 年，掘進(jìn)機(jī)的研制列入國家重點(diǎn)科研項(xiàng)目，當(dāng)時的水電部抽調(diào)技術(shù)力 量，以上海勘測設(shè)計(jì)院機(jī)械設(shè)計(jì)室為主，集中在上海水工機(jī)械廠進(jìn)行 現(xiàn)場設(shè)計(jì)，1966 年就生產(chǎn)出中國第一臺直徑為 3.5m 的全斷面巖石掘 進(jìn)機(jī)。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 1969 年由廣州市機(jī)電工業(yè)局制造了一臺直徑為 4m 的掘進(jìn)機(jī)，通 過（廣西桂林）試驗(yàn)單位進(jìn)行試驗(yàn)性工程的實(shí)踐。 在 1970 年期間，由萍鄉(xiāng)礦務(wù)局的機(jī)修廠生產(chǎn)制造了直徑為 2.6m 掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用于萍鄉(xiāng)青山礦的巷道掘進(jìn)施工。與此同時的西安煤礦機(jī)械 廠也試制了一臺直徑為 3．5m 的掘進(jìn)機(jī)被銅川礦務(wù)局作工業(yè)性試驗(yàn)和 應(yīng)用。 1971 年試制的掘進(jìn)機(jī)直徑分別為 2．5m、5．5m、3．8m 和 5．9m。。掘進(jìn)碰到巖石類型白云質(zhì)石灰?guī)r、矽質(zhì)石灰?guī)r、花崗片麻巖 和石灰?guī)r。其中最高月進(jìn)尺 123m。 1981 年 SJ—58 型隧道掘進(jìn)機(jī)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和精心制造。同年 11 日 25 日投入了引灤入唐工程中古人莊隧道應(yīng)用性掘進(jìn)施工。該工程于 1983 年 3 月 15 日隧道掘進(jìn)貫通，這是中國第一條用掘進(jìn)機(jī)施工的中 型斷面隧道，引起了國內(nèi)地下工程界的關(guān)注。 1985 年，在廣西隆林天生橋水電站的水工隧道修建過程中，中國 引進(jìn)了美國羅賓斯公司掘進(jìn)機(jī)，這是中國第一條采用大斷面的巖石掘 進(jìn)機(jī)施工的隧道。 1991 年，30A 隧道（水磨溝隧道），以采用套筒式（鉸接盾構(gòu)型） 巖石掘進(jìn)機(jī)(TBM）施工方案。掘進(jìn)機(jī)直徑 5．53m，隧道砼襯砌直徑 4．8m，采用預(yù)制的裝配式結(jié)構(gòu)。該機(jī)是由美國羅賓斯制造廠生產(chǎn)的 188-227 型(TBM）其使用壽命，可達(dá)掘進(jìn) 40～45km 的隧道。 1.4 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀 目前世界上著名的掘進(jìn)機(jī)制造廠家最負(fù)盛名是美國的羅賓斯公司 和賈瓦公司。這幾家公司都是 50、60 年代開始研制和生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的。 由于產(chǎn)品質(zhì)量好，受到用戶的青睞，而工廠也就生氣勃勃地發(fā)展起來。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 加拿大基納礦的 Falconbridge 母公司與美國的 Boretec 公司及加 拿大的 Brown Boveri Howden 公司組成一個聯(lián)合體，旨在設(shè)計(jì)制造和 試驗(yàn)一臺硬巖掘進(jìn)機(jī)，于 1988 年聯(lián)邦政府提供了部分資金來實(shí)施該項(xiàng) 計(jì)劃。 在上述發(fā)展趨勢中更值得一提是英吉利海峽隧道的貫通運(yùn)行，標(biāo) 志著掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù)的最高水平。隧道全長 48．5km，海底段長 37.5km，隧道最深處在海平面下 100m。這條隧道全部采用掘進(jìn)機(jī)法施 工技術(shù)。掘進(jìn)機(jī)在地層深處又要承受 10 個大氣壓的水壓力，同時又要 單向作長距離 21．2km 推進(jìn)，并且掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)速度必須達(dá)到月進(jìn)尺 1000m 的速度才能在 2 年左右完成。因此掘進(jìn)機(jī)的構(gòu)造先進(jìn)性及其配 套設(shè)備的可靠性，耐久性均須采用高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高技術(shù)設(shè)計(jì)和制 造，同時在材質(zhì)方面必須要耐磨耗及耐腐蝕的材料。所以該隧道的建 成標(biāo)志著掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù)的最新水平，也是融合了英美法日德等國 家掘進(jìn)機(jī)法施工技術(shù)于一體的最高成就。 中國全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)研究開發(fā)和制造是從 60 年代中期開始的到 目前為止，已生產(chǎn)了 14 臺，直徑為 2．5 至 5．8m 的巖石掘進(jìn)機(jī)，先 后在很多隧道工程的施工中使用。這些隧道用全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn) 施工基本上都處于工業(yè)性試驗(yàn)階段。國產(chǎn)機(jī)型累計(jì)總掘進(jìn)長度約 12.038km．總之，全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)已趨成熟并有所發(fā)展。對巖石掘 進(jìn)機(jī)制造和施工隧道工程也積累了可貴的經(jīng)驗(yàn)。但和國外先進(jìn)國家相 比，中國全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)還有很大差距。掘進(jìn)速度相差兩點(diǎn)五倍左 右，機(jī)械性能、隧道施工適應(yīng)性、配套設(shè)備、設(shè)計(jì)制造施工操作、機(jī) 械設(shè)備維修保養(yǎng)、施工管理等都應(yīng)有待于深入探索和研究。 引進(jìn)全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)施工，推動中國隧道的快速掘進(jìn)的又一個 施工實(shí)例是甘肅省引大（大通河）入秦（秦王川）大型跨流域灌溉工 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 程，也是世界銀行貸款建設(shè)項(xiàng)目。按世界銀行采購指南進(jìn)行國際競爭 性招標(biāo)。 掘進(jìn)機(jī)經(jīng)過 30A 隧道的施工實(shí)踐，歸納有以下幾點(diǎn)：①施 工安全，②施工速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他施工方法；③施工質(zhì)量好，使圍巖 始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。④長隧道施工綜合造價低；⑤該機(jī)的機(jī)械化程度 高，施工方便，用的勞動力極少，減輕工人勞動強(qiáng)度，便于施工管理。 迄今為止，中國巖石掘進(jìn)機(jī)（包括引進(jìn)掘進(jìn)機(jī)）施工掘進(jìn)總長度 31．39km?？梢灶A(yù)見，隨著中國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，國家的能源、 交通、冶金礦山、煤炭工業(yè)也需要相應(yīng)地進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)。這些工程 大都有相應(yīng)的隧道（洞）或巷道，都需要鉆爆法和掘進(jìn)機(jī)去開挖施工。 近年來，先進(jìn)的全斷面掘進(jìn)機(jī)(TBM）在地下工程中愈來愈顯示其 功能的優(yōu)越性。尤其是套簡式盾構(gòu)型巖石掘進(jìn)機(jī)以及相配套的工藝裝 備，在隧道施工作（如開挖、出渣、襯砌灌漿等平行作業(yè)）實(shí)現(xiàn)一次 成洞，有效地利用隧道空間，使施工作業(yè)達(dá)到安全、高效和快速施工 的目的。因此，應(yīng)大力發(fā)展掘進(jìn)機(jī)法修建施工隧道，不僅促進(jìn)中國隧 道（洞）或巷道的快速掘進(jìn)，而且具有戰(zhàn)略性意義。 綜上所述是巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)狀。 TBM1172ZH/TS 掘進(jìn)機(jī)在用完后也很可能被放棄。這臺掘進(jìn)機(jī)是為 了臺灣挖掘施工一條高速公路隧道而專門制造的。它在裝上船后被運(yùn) 往亞洲的中國臺灣省的工地后，在那里重新組裝起來。工作時掘進(jìn)機(jī) 的刀盤每分鐘轉(zhuǎn)動 5 次，掘進(jìn)機(jī)刀盤上的盤形滾刀把巖石切割（或破 碎），以達(dá)到破巖開挖隧道的目的。掘進(jìn)機(jī)像甲殼蟲設(shè)有前后地層支 撐器又稱撐靴和推進(jìn)油缸，產(chǎn)生推進(jìn)力給予掘削刀盤上刀具進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 切割和擠壓破碎巖石而向前移動。每小時向前推進(jìn)最快速度是 4.5m， 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 進(jìn)度取決于巖石的性質(zhì)。該臺掘進(jìn)機(jī)一天 24 小時都工作，剝離物必須 用三輛貨運(yùn)列車運(yùn)走。 1.5 國際掘進(jìn)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)發(fā)展趨勢 國際掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)發(fā)展趨勢是向大、小兩頭發(fā)展 掘進(jìn)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)技術(shù)水平的提高與工業(yè)發(fā)展和地下工程的實(shí)際需 要密切相關(guān)。西方國家在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的過程中，逐漸掌握了設(shè)計(jì)和制 造技術(shù)，而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和大量地下工程投入建設(shè)，使得這些技術(shù) 日臻成熟。 西方國家的企業(yè)，在長期從實(shí)踐到理論、再從理論到實(shí)踐的反復(fù) 探索過程中，逐漸形成了一套針對本國地質(zhì)條件的設(shè)備設(shè)計(jì)理論、模 擬試驗(yàn)方法和系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時也形成了安裝和調(diào)試的系統(tǒng)技術(shù)。 汪建業(yè)說，現(xiàn)在國外企業(yè)已經(jīng)做到了可以根據(jù)不同的地質(zhì)情況設(shè)計(jì)出 不同的掘進(jìn)機(jī)或盾構(gòu)機(jī)。 目前，國際上能夠設(shè)計(jì)制造掘進(jìn)機(jī)或盾構(gòu)機(jī)的企業(yè)主要有：美國 的羅賓斯公司、德國的海瑞克公司、維爾特公司，日本三菱公司。這 些企業(yè)都能生產(chǎn)大型裝備，最大工作斷面達(dá) 11 米。 掘進(jìn)機(jī)在做“ 大” 的同時，也在向 “小”的方向發(fā)展。在 “極限制造”概 念的指導(dǎo)下，上世紀(jì) 80 年代以來，微型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國家普 遍得到應(yīng)用。用這種辦法，不再需要在地面上安裝“拉鎖” ，一切工作 都在地下進(jìn)行，包括在水下、橋下、建筑物下開挖、鋪設(shè)、更換各種 管道。近年來，西方國家的許多城市通過相關(guān)法律，不允許在市內(nèi)采 用明挖方法，從而進(jìn)一步促進(jìn)了微型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 據(jù)介紹，日本企業(yè)設(shè)計(jì)制造小型盾構(gòu)機(jī)水平最高。他們甚至有成 熟的塑料管形成技術(shù)，可以做到在掘進(jìn)的同時，完成制造和埋設(shè)地下 管線。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 1.5.1 巖石隧道掘進(jìn)機(jī)的分類 巖石隧道掘進(jìn)法與以往的爆破法不同，不使用火藥，而是在開挖 面上連續(xù)切削或?qū)r石先行破碎后掘進(jìn)的機(jī)械，是一種新型的隧道開 挖施工中專用設(shè)備。它的特點(diǎn)是：全斷面機(jī)械破碎，聯(lián)合作業(yè)連續(xù)掘 進(jìn)。比之常規(guī)施工方法，它具有掘進(jìn)速度快、洞壁光滑勻整、超挖量 小、操作安全以及可以大大地降低工人的勞動強(qiáng)度和改善作業(yè)條件等 一系列極為重要的優(yōu)點(diǎn)。巖石隧道掘進(jìn)機(jī)可以說是目前隧道開挖施工 中一種較為理想的專用機(jī)械設(shè)備。 至今最常用的方法是根據(jù)使用目的、工程地點(diǎn)、開挖對象、圍巖、 施工方法等隧道掘進(jìn)機(jī)有各種名稱。 1.5.2 掘進(jìn)機(jī)分類 1.按切削方式分類 當(dāng)前世界＿上使用的隧道掘進(jìn)機(jī)。可大致分為全斷面切削方式和 部分?jǐn)嗝媲邢鞣绞絻深?。部分?jǐn)嗝媲邢鞣绞绞峭诰蛎禾坑玫臋C(jī)械在隧 道挖掘施工上的應(yīng)用。全斷面切削方式一般開挖的斷面是圓形的。 2．按開挖地層分類 ①土質(zhì)隧道 ②巖石隧道 目前通用的土質(zhì)隧道施工專用機(jī)械設(shè)備的各種型式掘進(jìn)機(jī)分類方 法有以下幾種： (1）根據(jù)開挖面上的挖掘方式，可以分為人工挖掘（手掘）式， 半機(jī)械挖掘式和機(jī)械挖掘式； (2）根據(jù)切削面上的擋土方式；可以分為開放型方式和封閉型方 式（土體能自立時采用開放型方式。土體松軟而不能自主時則用封閉 型方式）； 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 (3）根據(jù)向開挖面施加壓力的方式，可分為氣壓方式、泥水壓力 方式、削土加壓方式和加泥方式。 ③土質(zhì)隧道盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)分類 上述各種盾構(gòu)中，人工挖掘盾構(gòu)和機(jī)械挖掘盾構(gòu)大多同時采用氣 壓法施工，泥水加壓式盾構(gòu)基本上在不加氣壓的情況下施工。另外， 土壓系列盾構(gòu)（該類盾構(gòu)分類詳見另外篇），一般也是在不加氣壓的 條件下施工的，但是在負(fù)有高水壓的地層中施上時，也有同時采用氣 壓法施工的實(shí)例。 ④巖石隧道掘進(jìn)機(jī)分類 現(xiàn)在制造掘進(jìn)機(jī)的廠家有 20 多家（著名廠家），生產(chǎn)的機(jī)器構(gòu) 造形式也是多種，從世界范圍內(nèi)使用的 450 臺掘進(jìn)機(jī)中（據(jù) 1982 年報 道）各廠商生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)在各自范圍自行分類，如前表 5 的分類方式 是根據(jù)《日本土木工程手冊》中分類方法。 開挖軟至中硬巖層的“加爾惠德”隧道掘進(jìn)機(jī)按巖層特性和估計(jì) 的巖石抗壓強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中劃分成三組： (1）流砂和粉砂，需用葉片型刀具。 (2）白堊土和粘土，抗壓強(qiáng)度 0～14．1Mpa,需用割刀。 (3）沙巖、硬粘土和石灰?guī)r，其抗壓強(qiáng)度為 14．1～141.0Mpa,需 用盤形滾刀。 3．羅賓斯回合掘進(jìn)機(jī)分類 現(xiàn)已制造的羅賓斯掘進(jìn)機(jī)可分為三大類： (1）桁架式掘進(jìn)機(jī)，該類掘進(jìn)機(jī)常用于軟巖開挖。 (2）撐板式掘進(jìn)機(jī)，用于不易塌落或密實(shí)的巖石。 (3）盾構(gòu)式掘進(jìn)機(jī)，能用于混合型地層（部分硬的粘土或堅(jiān)實(shí)的 沙土層）。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 1.6 EBZ-125XK 型掘進(jìn)機(jī)簡介 1.6.1 產(chǎn)品特點(diǎn) EBZ-125XK 是西安煤礦機(jī)械廠與科研院校合作開發(fā)的中型懸臂式 掘進(jìn)機(jī)。該機(jī)主要特點(diǎn)是：1）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；2）炮頭采用具有 36 把鎬型截齒、齒座呈螺旋 線形排布的球微錐形截割頭；3）有低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動的第 一運(yùn)輸機(jī)；4）有星輪與低速大扭矩馬達(dá)連接成一體的弧形三齒星輪裝 料裝置；5）有馬達(dá)+減速機(jī)構(gòu)形式的行走部；6）有滑動式行走結(jié)構(gòu)上 用的耐磨板；7）有為液壓錨桿鉆機(jī)及二運(yùn)輸機(jī)留的液壓接口；8）電 氣系統(tǒng)有失壓、短路、過載、溫度、瓦斯斷電等保護(hù)功能。 1.6.2 主要用途、適用范圍 EBZ-125XK 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 采掘巷道掘進(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)切割單向 抗壓強(qiáng)度≤60MPa 的煤巖，可掘巷道最大寬度(定位時)5m，最大高度 3.75m，可掘任意斷面形狀的巷道，適應(yīng)巷道坡度±16 0。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。 1.6.3 產(chǎn)品型號、名稱及外形 產(chǎn)品型號、名稱為 EBZ-125XK 型掘進(jìn)機(jī)，外形參見圖 l。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 1-截割部 2-裝載部 3-刮板輸送機(jī) 4-機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺 5-履帶行走部 6-油箱 7-操作臺 8-泵站 9-電控箱 10-護(hù)板總成 圖 1 EBZ-125XK 型掘進(jìn)機(jī) 1.6.4 型號的組成及其代表意義 E B Z 125 XK 設(shè)計(jì)代號 截割機(jī)構(gòu)功率（KW） 縱軸式截割機(jī)構(gòu) 懸臂式掘進(jìn)機(jī) 掘進(jìn)設(shè)備 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 總體參數(shù) 機(jī) 長 8.6m 機(jī) 寬 2.1m 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 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 總功率 190kW 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度 ≤60MPa 可掘巷道斷面 9～18m 2 最大可掘高度 3.75m 最大可掘?qū)挾? 5.0m 適應(yīng)巷道坡度 ±16 0 機(jī)器供電電壓 660／l140V 2.1.1 截割都 電動機(jī) 型號 YBU-125 功率 125kW 轉(zhuǎn)速 1470 r/min 截割頭 轉(zhuǎn)速 55 r/min 截齒 鎬形 最大擺動角度 上 42 0 下 3l 0 左右各 390 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 所示，主要由截割電機(jī)、叉形 架、二級行星減速器、懸臂段、截割頭組成。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 1-截割頭 2-懸臂段 3-二級行星減速 4-齒輪聯(lián)軸節(jié) 5-叉形架 6-截 割電機(jī) 7-電機(jī)護(hù)板 圖 2 EBZ-125XK 截割機(jī)構(gòu) 截割部為二級行星齒輪傳動。行星減速器結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，由 125kW 的水冷電動機(jī)輸入動力，經(jīng)齒輪聯(lián)軸節(jié)傳至二級行星減速器， 經(jīng)懸臂段，將動力傳給截割頭，從而達(dá)到破碎煤巖的目的。 整個截割部通過一個叉形框架、兩個銷軸鉸接于回轉(zhuǎn)臺上。借助 安裝于截割部和回轉(zhuǎn)臺之間的兩個升降油缸，以及安裝于回轉(zhuǎn)臺與機(jī) 架之間的兩個回轉(zhuǎn)油缸，來實(shí)現(xiàn)整個截割部的升、降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動，由 此截割出任意形狀的斷面。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 3 二級行星減速器 2.2.2 裝載部 裝載機(jī)構(gòu)包括裝載部件和鏟板兩部分。掘進(jìn)機(jī)的裝載部件有雙環(huán) 形刮板鏈?zhǔn)?、螺旋式、耙爪式和星輪式等幾種，由于受煤巖塊度大小 等因素的影響，該執(zhí)行元件受載荷沖擊較大，工作環(huán)境惡劣。目前通 常采用兩種裝載方式:即星輪式和蟹爪式。蟹爪式裝載機(jī)構(gòu)是普遍采用 的一種型式，屬于四連桿機(jī)構(gòu)，其基本形式有曲柄、搖桿和曲柄導(dǎo)桿 機(jī)構(gòu)，左右兩蟹爪以 180°的相位交替工作，兩者尖端的運(yùn)動軌跡為 雙腰形曲線。本次設(shè)計(jì)是采用 m5.2的鏟板。 如圖 2.1 所示： 裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過一對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。當(dāng)機(jī) 器截割煤巖時，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機(jī)器的截割穩(wěn)定行。 圖 2.1 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 2.3 刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2.2，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動裝置、 邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等組成。是一種有撓性牽引機(jī)構(gòu)的連 續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。 圖 2.2 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu) 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)適用于煤炭傾斜角不超過 25°的才沒工作面，但對于以 兼作采煤機(jī)運(yùn)行軌道與機(jī)組配合的刮板輸送機(jī)，當(dāng)工作面傾斜角超過 10°時，要采取防滑措施，在采煤工作面的下順和聯(lián)絡(luò)眼，也可以使用 刮板輸送機(jī)。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 2.4 行走部 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)動時的移動。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)動裝置等部件。當(dāng)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時，與驅(qū)動輪相嚙 合的履帶有移動的趨勢。但是，因?yàn)槁膸路种c底板間的附著力大 于驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪和支重輪的滾動阻力，所以履帶不產(chǎn)生滑動，而輪 子卻沿著鋪設(shè)的滾道滾動，從而驅(qū)動整臺掘進(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，另一側(cè)履帶制動； ②兩側(cè)履帶同時驅(qū)動，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。它承受切割機(jī)構(gòu)的反力、傾覆力矩及動 載荷。腰帶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對整機(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，其動力可選用液壓馬達(dá)或電動機(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)有可靠的制動裝置，以保 證機(jī)器在設(shè)計(jì)的最大坡度工作不會下滑。其示意圖見圖 2.3 2.5 機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺 機(jī)架是整個機(jī)器的骨架，它承受來自截割、行走和裝載的各種載 荷。機(jī)器中的各個部件均用螺栓、銷軸及止口與機(jī)架聯(lián)接，機(jī)架為組 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 焊件。 回轉(zhuǎn)臺主要用于支承，聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 回轉(zhuǎn)臺座在機(jī)架上，通過大型回轉(zhuǎn)軸承用于止口、36 個高強(qiáng)度螺栓與 機(jī)架相聯(lián)。工作時，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動切割機(jī)構(gòu)水平擺動。 截割機(jī)構(gòu)的升降是通過回轉(zhuǎn)臺支座上左、右耳軸鉸接相連的兩個升降 油缸實(shí)現(xiàn)的。 圖 2.3 履帶行走機(jī)構(gòu) 2.6 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)是由若干液壓元件與管路組合起來能完成一定動作的整 體。液壓系統(tǒng)一般由動力機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助裝置和液 壓油組成。動力機(jī)構(gòu)，也就是通常說的主油泵,是把機(jī)械能傳給液體， 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 造成液體壓力能的機(jī)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)，是控制和調(diào)節(jié)液壓油的壓力、流 量及方向，以滿足機(jī)器的工作性能要求，并實(shí)現(xiàn)各種不同工作循環(huán)的 機(jī)構(gòu)。常用的液壓元件是控制油液的流量、壓力、流動方向的流量控 制閥、壓力控制閥及方向控制閥，以滿足系統(tǒng)所要求的運(yùn)動規(guī)律和運(yùn) 動參數(shù)。輔助裝置，是為了改善液壓系統(tǒng)的工作條件、確保液壓系統(tǒng) 正常工作所必須的輔助部件,包括過濾器、油箱、管路、蓄能器和冷卻 器等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是把油液的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動能，輸出到機(jī)器 工作部件上去的機(jī)構(gòu)。應(yīng)用在巷道掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可 分為兩類。一類是具有往復(fù)運(yùn)動的液壓缸，通過鉸鏈連結(jié)組成擺缸機(jī) 構(gòu)；另一類是具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的油馬達(dá)，作為掘進(jìn)機(jī)部分組件的動力源。 采用這兩類執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)，通常稱為油泵-油缸系統(tǒng)和油泵-油 馬達(dá)系統(tǒng)。XK–15 型巷道掘進(jìn)機(jī)借助于油泵-油缸系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)截割 機(jī)構(gòu)的推進(jìn)、升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動；裝載機(jī)構(gòu)鏟板的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動；轉(zhuǎn) 運(yùn)機(jī)構(gòu)卸載斷的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動；機(jī)體的支撐起重。 巷道掘進(jìn)機(jī)在井下存在大量煤塵、巖粉和污水的惡劣條件下工作； 地質(zhì)條件復(fù)雜多變；工作面的空間很小；掘進(jìn)機(jī)的調(diào)動較困難；掘進(jìn) 工作的工序銜接對掘進(jìn)效率影響很大，所有這些因素，都對巷道掘進(jìn) 機(jī)的工作適應(yīng)性和可靠性提出了較高的要求。因此巷道掘進(jìn)機(jī)的液壓 傳動系統(tǒng)應(yīng)滿足以下主要要求： 2） 液壓傳動系統(tǒng)的工作可靠性要高。 2） 要有靈敏的過載保護(hù)裝置，以防止掘進(jìn)機(jī)和液壓元件的損壞。 2） 要能適應(yīng)負(fù)載變化大的特點(diǎn)，過載能力高。同時要易于無級調(diào)速。 2） 傳遞功率要大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。 2） 控制方式簡便集中，便于使用、維護(hù)和檢修。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)圖如圖 2.4 所示： 圖 2.4 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng) 2.7 電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由前級饋電開關(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)動掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu) 的防爆電動機(jī)和連接電纜組成。 3 截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 截割頭 截割頭是掘進(jìn)機(jī)上直接切割破碎煤巖的旋轉(zhuǎn)部件，其形狀、尺寸 和切齒的排列分布方式對掘進(jìn)機(jī)的工作性能都有很大的影響。切割頭 主要由截割頭體，旋轉(zhuǎn)葉片和截齒座等組成。在截齒座里裝有截齒， 葉片（或頭體）上焊有安裝內(nèi)噴霧嘴用的噴嘴座。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 截割頭體有橫軸式和縱軸式兩種，本次設(shè)計(jì)的截割頭體為縱軸式 截割頭體，如圖 3.2 所示。 圖 3.2 截割頭 縱軸式截割頭（圖 3.2）的頭體為組焊式結(jié)構(gòu)，在頭體上焊有截 齒座和噴嘴座，頭體內(nèi)設(shè)有內(nèi)噴霧水道，截割頭通過見與減速器的輸 出軸相聯(lián)結(jié)。截割頭有球形、球柱形、球錐形和球錐柱形四種形式， 本次設(shè)計(jì)的是球柱形球體直徑為 840mm，柱形 352mm×420mm×420mm。 截齒的分布方式為對截齒、截割頭乃至整機(jī)的影響都比較大。縱 軸式截割頭的截齒均按螺旋線方式分布在頭體上，螺旋線一般有 2-3 條。截距對截割效果有較大的影響，較大的截距可以增加單齒截割力， 但截齒的磨損也會相應(yīng)增大，因此兩者應(yīng)兼顧。在選擇截距時，還應(yīng) 考慮到截割頭上不同部位的截齒所受的負(fù)荷不同有所區(qū)別，力求個截 齒的負(fù)荷均勻，以減小沖擊載荷和截齒的磨損。 掘進(jìn)機(jī)所采用的截齒和采煤機(jī)一樣有扁形和錐形兩種。在截割硬 巖時錐形截齒的壽命比扁形長，本次采用的是扁形（半煤巖） 。 3.2 截割減速器 截割減速器的作用是將電動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞到截割頭上。由 于截割頭工作時應(yīng)承受較大的沖擊載荷，因此要求減速器的可靠性高， 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 過載能力大；其箱體作為懸臂的一部分，應(yīng)有較大的剛性；聯(lián)結(jié)螺栓、 螺釘應(yīng)有可靠的防松裝置。本次采用的傳遞形式為 2K-H 二級行星傳動。 如圖 3.3 所示。 3.3 電動機(jī) 為實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的過載能力，適應(yīng)復(fù)雜多變的截割載荷，并利用噴霧 水加強(qiáng)冷卻效果，懸臂式掘進(jìn)機(jī)多采用防爆水冷式電動機(jī)來驅(qū)動截割 頭。根據(jù)所給設(shè)計(jì)要求（截割功率：125kW、額定電壓：1140/660v） 選用 YBK2 序列煤礦井下防爆電動機(jī)。機(jī)座號為 315M。 3.4 懸臂伸縮裝置 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)時，截割頭切入煤巖的方式一種是利用行走機(jī)構(gòu)向前 推進(jìn)，使截割頭切入，這種方式的截割頭不能伸縮，結(jié)構(gòu)比較簡單， 但行走機(jī)構(gòu)移動頻繁；另一種是截割頭懸臂可以伸縮，一般利用液壓 缸的推 力使截割頭沿懸臂上的導(dǎo)軌移動，使截割頭切入煤壁，履帶不需 要移動。有內(nèi)伸縮和外伸縮兩種，本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)伸縮形式。如 圖 3.3 所示。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 3.3 內(nèi)伸縮式懸臂 內(nèi)伸縮懸臂主要由花鍵套內(nèi)外伸縮套，保護(hù)套主軸等組成。截割 減速器的輸出軸上連接有內(nèi)花鍵套，主軸右端開有花鍵槽，并插入花 鍵套內(nèi)。主軸右端通過花鍵和定位螺釘與截割頭相連接，使減速器的 輸出軸驅(qū)動截割頭旋轉(zhuǎn)。保護(hù)套和內(nèi)伸縮套同截割頭相連接，但不隨 截割頭轉(zhuǎn)動。外伸縮套則和減速器箱體相連接。推進(jìn)液壓缸的前端和 保護(hù)套相連接，后端和電動機(jī)相連接，并在其作用下，保護(hù)套帶動截 割頭、主軸和內(nèi)伸縮套相對于外伸縮套前后移動，實(shí)現(xiàn)懸臂的伸縮。 這種懸臂結(jié)構(gòu)尺寸小，移動部件的重量輕，移動阻力小，有利于機(jī)器 的穩(wěn)定。但需要較長的花鍵，加工較難，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 3.5 回轉(zhuǎn)臺 回轉(zhuǎn)臺是懸臂支撐機(jī)構(gòu)中的主要部件，位于機(jī)器的中央。它連接 左右履帶架，支撐懸臂，實(shí)現(xiàn)懸臂的回轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動，承受著復(fù)雜的 交變沖擊載荷?；剞D(zhuǎn)臺同時也是一個將懸臂工作機(jī)構(gòu)和其他機(jī)構(gòu)（裝 載、行走機(jī)構(gòu)）相連得連接部件，其機(jī)構(gòu)是否合理，對機(jī)器的性能、 可靠性、整體結(jié)構(gòu)和高度尺寸有重大影響。對回轉(zhuǎn)臺有如下基本要求： （1） 承載能力大，耐沖擊振動； （2） 慣性小，運(yùn)動平穩(wěn)，噪音低； （3） 機(jī)構(gòu)緊湊，高度尺寸小 （4） 回轉(zhuǎn)力矩變化小 4 減速器設(shè)計(jì)和校核 4.1 減速機(jī)構(gòu)概述 減速機(jī)構(gòu)是用來讓截割電機(jī)的速度減小，增大扭矩的，本次設(shè)計(jì) 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 的截割機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)是采用直聯(lián)電動機(jī)的方式，考慮到要采用有限 的空間布置，就選用 2K-H 型減速器。該減速器如圖 4.1 所示. 其結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)是：內(nèi)齒圈固定，太陽輪圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)，行星輪圍繞行星輪軸 旋轉(zhuǎn)，為 2K-H 傳動。在機(jī)械傳動中，它已經(jīng)獲得了較為廣泛的應(yīng)用。 2K-H 傳動的傳動比范圍為 =20～500，其傳動效率為 0.8～0.9。baei 4.2 2K-H 減速器高速級齒輪設(shè)計(jì) 4.2.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定 太陽輪和行星輪材料為 20CrNi2Mo,表面滲碳處理，表面硬度為 57HRC。 實(shí)驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度為 aHMP1450lim?? 實(shí)驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限： 太陽輪 aFMP40lim?? 行星輪 28li 齒形為漸開線直齒。最終加工為磨齒，精度等級為 7 級。 內(nèi)齒圈的材料為 42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為 262-302HBS 實(shí)驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限 aHP750lim?? 實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限 FM28li 齒形的最終加工為插齒精度等級為 7 級 4.2.2 減速器原理圖 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 4.1 2K-H 行星減速器傳動示意圖 a-高速級太陽輪 b-高速級內(nèi)齒輪 c-高速級行星輪 a1-低速級太陽輪 b1-低速級級內(nèi)齒輪 c1 -低速級行星輪 4.2.3 確定各主要參數(shù) (1) 高速級傳動部 減速器的總傳動比1i i 根據(jù) 值，采用二級 NGW 型減速器（見圖 3.3）i 根據(jù)系列設(shè)計(jì)要求，令低速級傳動比 固定，且取 ，則高速2i52?i 級傳動比 1i （2） 行星輪數(shù)目 查表以及根據(jù)傳動比 ，取pn1i3pn （3） 載荷不均衡系數(shù) 高速級采用太陽輪浮動和行星浮動的均k 載機(jī)構(gòu)，取 15.?FpHk （4） 配齒計(jì)算 太陽輪齒數(shù)， 取 )(23整 數(shù)式 中 取 ?c 內(nèi)齒圈齒數(shù) 56)134.()1(???izab 行星輪齒數(shù) 齒輪模數(shù) 和中心距 am 按照推薦公式計(jì)算太陽輪分度圓直徑： 式中 73.65402?ni346.57.2i2?cn.2? c32lim1)1(???HdPAtdauKT??；齒 數(shù) 比 69.2??? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 ；使 用 系 數(shù) 為 75.1?AK .0齒 寬 系 數(shù) 為d? aHMP145lim?? 代入 模數(shù)， 取 7?m 則 7.6317.0???adb? 則取 a = 125 mm b = 65 mm （6） 計(jì)算變位系數(shù) （5） 傳動ca? 嚙合角 ? 因?yàn)?所以 ??942.ac 變位系數(shù)和 mNnTp ?????3.15.40299muKTdHdPAtda82.3692.14507. )(176)1(332lim1??????? az5.12)()(??c 920.cos125.oss0???。3846.097.201452tan.)1(t 0???????iviviizxcaca? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 中心距變動系數(shù) 3571.071250???may 齒頂降低系數(shù) 23846.??x 分配變位系數(shù)： 查設(shè)計(jì)手冊， 038460?????acX （6） 傳動b 嚙合角 c? 因?yàn)?式中 代入 所以 ??5429.6cb? 變位系數(shù)和 中心距變動系數(shù) 齒頂降低系數(shù) 6378.051,94.0?????yx 分配變位系數(shù)： 5.??a所 以 取因 為 0ossab mZmc 19)256(71)(10 ?????84.c94.03697.0214)56(tan25.t)( 0???????iviviizXbccb?.2ma 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 因 0?cX 所以， 94.0.????cb 4.2.4 幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 mzd? 齒頂圓直徑 )(2yxhaa???? 齒根圓直徑 cf ? 基圓直徑 ?cosdb 齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪- 1??ah 內(nèi)齒輪 8.0? 頂隙系數(shù)：太陽輪、行星輪 4?c 內(nèi)齒輪 25. 代入上組計(jì)算公式計(jì)算如下： 太陽輪 md9137?? ma 9.10)275.3846.0(2??? f 84? db51.cos91? 行星輪 m427?? mda 615.7)02.1(5??? f 43cob7.421? 內(nèi)齒輪 md39567?? ma 795.38)6.094.80(2??? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 mdf 629.40)9.25.08(7239?????mb36cos? 4.2.5 齒輪嚙合要素計(jì)算 a-c 傳動端面重合度 a? （1）頂圓齒形曲率半徑 ? 4.2.6 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算 齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算公式按第二版機(jī)械傳動手冊相關(guān)公式進(jìn)行。 傳動ga? 太陽輪嚙合強(qiáng)度驗(yàn)算 確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 mNT??81.29 名義圓周力 （1）應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 次103.48036.12906 ????tnNpHa 式中 ）轉(zhuǎn) 速 （太 陽 輪 相 對 于 行 星 輪 的 minr? ）間 （壽 命 期 內(nèi) 要 求 傳 動 的 時 ht （2）接觸強(qiáng)度計(jì)算 a. 使用系數(shù) 根據(jù)對磨機(jī)使用的實(shí)測與分析，查表取AK75.1?A 2)(baad??NdF t 25.75.74ha?d80132015??年年 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 b. 動載系數(shù) 查表先計(jì)算傳動精度 ,對于太陽輪，vKC ,算得mfp??1? 故取 07.v c. 齒輪載荷分布系數(shù) 、 對于計(jì)算的齒輪查表得 , ?HF 0?s 故取 ,而 ,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù) ，所以48.0??K100261.?? ，固按公式得26.?shf mfbKFshvAts ?35.)(0? xx??7813.1? 式中 是由公差表差得 7 級精度齒輪的齒向誤差。m?5 取 則8.?? 96.5??xy 計(jì)算嚙合剛度 ：由于 ，所以 , ,又rc0?1Zn?2n ，.0mC ,， 算得1R975.?B513.4?c 則由公式算得 式中 mNqth ??6082.1nfph??2car??????390.18)2.7(.5.01vAtyHKFbK???861.0)(2???hN.74.1(68?hb 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 19.)(?NHFK? d. 齒間載荷分布系數(shù) 、 由公式?HFKNvAtt 21.3018.25.73??? 取 ，查表 計(jì)算出mfptb?1507?pbafy ,故894.0???HK 取 同樣可以計(jì)算出 1?F e. 節(jié)點(diǎn)處計(jì)算接觸應(yīng)力基本值 HO? 式中 節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 域 系 數(shù)?HZ 式中 直齒輪 ob0?? ，查表取彈 性 系 數(shù)?EZ重 合 度 系 數(shù)? 又有 ， ，得到螺 旋 角 系 數(shù)??Z??0?因 1cos???Z 又有 齒 數(shù) 比?? 則得到 ????bdZtEHO1??24.9.2sincsinco2??? oott?28.1mNZE.03954.??6.75.02.?????121?? ?Y69.31?z276.4 692.15.718.0mNHO????? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 f. 計(jì)算接觸應(yīng)力 Hl????vAODHl KZ? 查表得到： 1 g. 許用接觸應(yīng)力 式中 aHMP83.10lim?? ，因 ,取壽 命 系 數(shù)?NTZ910?LN1?NTZ ( )-潤滑油膜系數(shù)，查表?。?）=0.92RvL RvL ，齒 面 工 作 硬 化 系 數(shù)WW ，尺 寸 系 數(shù)X 0563.1.076.1??nXmZ ，最 小 安 全 系 數(shù)?limHS2liHS 則有： h. 接觸強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) （3）彎曲強(qiáng)度計(jì)算 a. 系數(shù) ,這些在上面已經(jīng)算1,5.,1.,25. ????FFvAKK 出。 b. 齒根應(yīng)力基本值 O?????YbmFSntO? 式中 前面已經(jīng)給出，齒形系數(shù)1,804.?Y 0319.2??FY 按照如下公式計(jì)算其它系數(shù)： 356.FanahSL al0.68108.75.743??limliHhXWRvLNTHS?aP MP4.25.3.9140???9. limHXWRvLNTHZZS? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 039.?F?9524.1)1.2()(3.21???aLsas qY? 則有： c. 許用齒根應(yīng)力 式中 ， ;實(shí) 驗(yàn) 齒 輪 應(yīng) 力 修 正 系 數(shù)?STY2?STY ， ；彎 曲 強(qiáng) 度 壽 命 系 數(shù)N 9.0N ， ；相 對 齒 根 圓 角 敏 感 系 數(shù)relT? 7.relT? ， ；相 對 齒 根 表 面 狀 況 系 數(shù)Rl 31Rl ， ；彎 曲 強(qiáng) 度 壽 命 系 數(shù)?XY 98.0.05???mYX ， 。最 小 安 全 系 數(shù)limFS8.limFS 則有： aMP1.4319.08.124li ???? d. 彎曲強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) 4.2.7 行星輪嚙合強(qiáng)度驗(yàn)算 （1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 名義圓周力 1. 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 其中 ）間 （壽 命 期 內(nèi) 要 求 傳 動 的 時 ht? mNzTac ????68.501328.981.29 aO MP2.37804687????XRrelFNTSFPY?minl?8.li XRrelTlNTSFFYY??dFt .74.0次9101023.823.6????capHcczNtn ）（ min5.76)34.57()( rzncaHac ?? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 （2）接觸強(qiáng)度計(jì)算 a. 使用系數(shù) 根據(jù)對磨機(jī)使用的實(shí)測與分析，查表取AK75.1?A b. 動載系數(shù) 查表先計(jì)算傳動精度 ,對于太陽輪，v C ,算得mfp?? 故取 07.1vK c. 齒輪載荷分布系數(shù) 、 對于計(jì)算的齒輪查表得 , ?HKF 0?s 故取 ,而 ,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù) ，所以48.0??101829.?? ，查齒輪公差 ，則有27.3?shf m??3 固按公式得56.?Fma fbKfshvAtsh 519.)(0? xx??623.1?? 式中 是由公差表差得 7 級精度齒輪的齒向誤差。?5 取 則.? mFxy???01. 計(jì)算嚙合剛度 ：對于內(nèi)齒輪 ,又 ， ,rc??2nZ8.0?C1R ，算得25.1?nfpmh970BC0215.6??c mNcar ??????978.2).7( 則由公式算得 hdt 480132015??年年 mq???48.th?10.5.01?vAtyHKFbK??? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 式中 19.)(?NHFK? d. 齒間載荷分布系數(shù) 、 由公式?HFKNvAtt 72.963.0125.73??? 取 ，查表 計(jì)算出mfptb?1857pbafy ,故894.0???HK 取 同樣可以計(jì)算出 1??F e. 節(jié)點(diǎn)處計(jì)算接觸應(yīng)力基本值 HO? 式中 節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 域 系 數(shù)?HZ ，查表取彈 性 系 數(shù)E重 合 度 系 數(shù)??Z 又有 ， ，得到螺 旋 角 系 數(shù)? ??0?因 1cos???Z 又有 齒 數(shù) 比?? 則得到 861.0)(2?hb.746?h?? ??bdZtEO1?24.9.2sin0cosinco2???? ottb?281mNZE.357.4??2.7.25.0????11Y692.3 MPaubdFZ tEHO 5.3692.1654)(.7182.01924. ?????????? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 f. 計(jì)算接觸應(yīng)力 Hl????vAODHl KZ? 查表得到： 1 aMPl 5.1308.75.36??? g. 許用接觸應(yīng)力 式中 MPaH34.15lim?? ，因 ,取壽 命 系 數(shù)?NTZ910?LN87.0?NTZ ( )-潤滑油膜系數(shù)，查表?。?）=0.85RvL RvL ，齒 面 工 作 硬 化 系 數(shù)WW ，尺 寸 系 數(shù)X1?XZ ，最 小 安 全 系 數(shù)?limHSlimHS 則有： h. 接觸強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) （3）彎曲強(qiáng)度計(jì)算 e. 系數(shù) ,這些在上面已經(jīng)1,274.1,.,25.1????FFvA KK 算出。 f. 齒根應(yīng)力基本值 O? 式中 前面已經(jīng)給出，齒形系數(shù)1,725.0???Y845.1??FY 按照如下公式計(jì)算其它系數(shù)： limliHhXWRvLNTHS?aP MP5102.8075??lim HXWRvLNTHZZS???bmFSntO9.FanahL 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 35.1?F?7861.2)02()(3.21???aLsas qY? 則有： g. 許用齒根應(yīng)力 式中 ， ;實(shí) 驗(yàn) 齒 輪 應(yīng) 力 修 正 系 數(shù)?STY2?STY ， ；彎 曲 強(qiáng) 度 壽 命 系 數(shù)N 9.0N ， ；相 對 齒 根 圓 角 敏 感 系 數(shù)relT? 8.relT? ， ；相 對 齒 根 表 面 狀 況 系 數(shù)Rl 25Rl ， ；彎 曲 強(qiáng) 度 壽 命 系 數(shù)?XY 06.1.031???mYX ， 。最 小 安 全 系 數(shù)limFS8.limFS 則有： h. 彎曲強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù) c-g 傳動 此段僅列出相嚙合的內(nèi)齒輪嚙合強(qiáng)度計(jì)算過程，行星輪 的強(qiáng)度較高，故計(jì)算從略。 （1）確定計(jì)算負(fù)荷 名義轉(zhuǎn)矩 名義圓周力 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 次91038.240397.260????tnNpHb 式中 ）轉(zhuǎn) 速 （行 星 輪 相 對 于 行 星 架 的 minr? aMP.472605.18.24li ????5.lim?XRrelTlNTSFFYYS? aO MP35.1072.048.46 7???XRrelFNFP??minl mNzTab ????18.2735681.298.29dFt 51hb? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 ）間 （壽 命 期 內(nèi) 要 求 傳 動 的 時 ht? 接觸強(qiáng)度計(jì)算 ① 使用系數(shù) 根據(jù)對磨機(jī)使用的實(shí)測與分析，查表取AK75.1?A ② 動載系數(shù) 查表先計(jì)算傳動精度 ,對于太陽輪，v C ,算得mfp?? 故取 07.1vK ③ 齒輪載荷分布系數(shù) 、 對于計(jì)算的齒輪查表得 , ?HFK0?s 故取 ,而 ,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù) ，48.0??10261.? 所以 ，固按公式得26.??shf mfbshvAt ?35.)(0 Fxx??7813.1? 式中 是由公差表差得 7 級精度齒輪的齒向誤差。m?5 取 則85.?? 96.5???Fxy 計(jì)算嚙合剛度 ：由于 ，所以 , ,又rc01Zn2n? ，.0mC , ，算得1R25nfph97.?BNq???03451.?c 則由公式算得 d480132015??年年 mth?68car ???????390.18)2.07( 18.5vAtyHKFbK??? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 式中 19.)(?NHFK? ④ 齒間載荷分布系數(shù) 、 由公式?HFKNvAtt 21.3018.25.73??? 取 ，查表 計(jì)算出mfptb?1507?pbafy ,故894.0???HK 取 同樣可以計(jì)算出 1?F ⑤ 節(jié)點(diǎn)處計(jì)算接觸應(yīng)力基本值 HO? 式中 節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 域 系 數(shù)?HZ 式中 直齒輪 ob0?? ，查表取 彈 性 系 數(shù)?EZ重 合 度 系 數(shù)? 又有 ， ，得到螺 旋 角 系 數(shù)??Z??0?因 1cos???Z 又有 861.0)(2??hb7468?hb?? ??bdZtEO1?? 129.4.2sincosinc2?? ottb?28.19mNZE2.39854.1?? 672.0? ???11Y 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 齒 數(shù) 比?? 則得到 ⑥ 計(jì)算接觸應(yīng)力 Hl????vAODHl KZ? 查表得到： 1 MPal79.8108.75.03?? ⑦ 許用接觸應(yīng)力 式中 aH3.10lim?? ，因 ,取壽 命 系 數(shù)?NTZ9