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湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
目 錄
第一章 前言 1
1.1 設(shè)計的背景和目的 1
1.2 本次借鑒的掘進機簡介 1
1.2.1 產(chǎn)品特點 1
1.2.2 主要用途 1
1.2.3 型號的組成及其代表意義 2
第二章 總體設(shè)計 3
2.1 總體參數(shù) 3
2.1.1 截割頭 3
2.2 掘進機各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 3
2.2.1 截割部 3
2.2.2 裝載部 5
2.3 刮板輸送機 6
2.4 行走部 7
2.5 機架和回轉(zhuǎn)臺 8
2.6 液壓系統(tǒng) 8
2.7 電氣系統(tǒng) 9
第三章 截割機構(gòu)的設(shè)計 10
3.1 截割頭 10
3.2 截割減速器 10
3.3 電動機 11
3.4 懸臂伸縮裝置 11
3.5 回轉(zhuǎn)臺 12
第四章 減速器設(shè)計和校核 13
4.1 減速機構(gòu)概述 13
4.2 2K-H減速器高速級齒輪設(shè)計 13
4.2.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定 13
4.2.2 減速器原理圖 14
4.2.3 確定個各主要參數(shù) 14
4.2.4 幾何尺寸計算 17
4.2.5齒輪嚙合要素計算 28
4.2.6齒輪強度驗算 28
4.2.7行星輪嚙合強度驗算 23
第五章 2K-H減速器低速級齒輪設(shè)計 32
5.1 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定 32
5.2 確定各主要參數(shù) 32
5.3 計算幾何尺寸 34
5.4 齒輪強度驗算 35
5.5 減速器其他零件校核 35
5.5.1 輸入軸校核 35
5.5.2 軸承校核 38
5.5.3 鍵的校核 39
第六章 掘進機的檢修及維護保養(yǎng) 42
6.1 機器的日常維護保養(yǎng) 42
6.2 機器的定期維護保養(yǎng) 42
6.3 潤滑 42
6.4 液壓系統(tǒng)用油 43
6.5 液壓系統(tǒng)用油 44
第七章 機器常見故障原因處理方法 45
7.1 截割部 45
7.2 裝載部 45
第八章 安全保護 47
8.1 安全與檢查 47
8.2 維護、修理與故障排除 47
參考文獻 49
致謝 50
i
第一章 前言
此次設(shè)計的懸臂式掘進機主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采掘巷道掘進服務(wù)的機械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道的掘進。
1.1設(shè)計背景和目的
隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展。目前我國的礦井設(shè)計逐漸采用一井一面布置的采煤方法，其開采強度提高，推進速度增快，從而帶來采掘機械化比例失調(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，在全部采準巷道中,半煤巖巷的比例已經(jīng)達到25%，但這些巷道中的90%仍舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動強度大，安全性差。目前，我國大部分煤礦使用的主要機型多是二十世紀六、七十年代設(shè)計的，這些原有的設(shè)計理念逐漸陳舊、零部件可靠性較差、開機率低、維護量大，而且機重偏輕、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)范圍廣的新型掘進機已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，用于解決掘進機更新?lián)Q代的問題，緩解采掘矛盾的緊張局面。
1.2 本次設(shè)計借鑒的掘進機簡介
1.2.1 產(chǎn)品特點
EBZ-125XK是西安煤礦機械廠與科研院校合作開發(fā)的中型懸臂式掘進機。該機主要特點是：
1）結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機身矮、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直接驅(qū)動的第一運輸機；
4）有星輪與低速大扭矩馬達連接成一體的弧形三齒星輪裝料裝置；
5）有馬達+減速機構(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）有為液壓錨桿鉆機及二運輸機留的液壓接口；
8）電氣系統(tǒng)有失壓、短路、過載、溫度、瓦斯斷電等保護功能。
1.2.2 主要用途、適用范圍
EBZ-125XK型懸臂式掘進機主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采掘巷道掘進服務(wù)的機械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道的掘進。該機可經(jīng)濟切割單向抗壓強度≤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±160。該機后配套轉(zhuǎn)載運輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機和可伸縮式帶式輸送機，實現(xiàn)連續(xù)運輸，以利于機器效能的發(fā)揮。
1.2.3型號的組成及其代表意義
E B Z 125 XK
設(shè)計代號
截割機構(gòu)功率（KW）
縱軸式截割機構(gòu)
懸臂式掘進機
掘進設(shè)備
第二章 總體設(shè)計
2.1總體參數(shù)
機 長 8.6m
機 寬 2.1m
機 高 1.55m
地 隙 250mm
截割臥底深度 240mm
接地比壓 0.14MPa
機 重 35t
總功率 190kW
可經(jīng)濟截割煤巖硬度 ≤60MPa
可掘巷道斷面 9～18m2
最大可掘高度 3.75m
最大可掘?qū)挾? 5.0m
適應(yīng)巷道坡度 ±160
機器供電電壓 660／l140V
2.1.1 截割頭
型號 YBU-125
電動機 功率 125kW
轉(zhuǎn)速 1470 r/min
截割頭 轉(zhuǎn)速 55 r/min
截齒 鎬形
上 420
最大擺動角度 下 3l0
左右各 390
2.2掘進機各組成部分基本結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.1截割部
截割部又稱工作機構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由截割電機、叉形架、二級行星減速器、懸臂段、截割頭組成。
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
7-電機護板
圖2.1 截割機構(gòu)
截割部為二級行星齒輪傳動。行星減速器結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，由125kW的水冷電動機輸入動力，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)臺與機架之間的兩個回轉(zhuǎn)油缸，來實現(xiàn)整個截割部的升、降和回轉(zhuǎn)運動，由此截割出任意形狀的斷面。
1-高速級內(nèi)齒輪 2-輸入軸 3-角接觸球軸承 4-中心輪 5-輪軸 6-調(diào)心滾子軸承
7-內(nèi)六角螺釘 8-輸出軸 9-油封
圖2.2 二級行星減速器
2.2.2裝載部
裝載機構(gòu)包括裝載部件和鏟板兩部分。掘進機的裝載部件有雙環(huán)形刮板鏈式、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。蟹爪式裝載機構(gòu)是普遍采用的一種型式，屬于四連桿機構(gòu)，其基本形式有曲柄、搖桿和曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)，左右兩蟹爪以180°的相位交替工作，兩者尖端的運動軌跡為雙腰形曲線。本次設(shè)計是采用的鏟板。
如圖2.3所示：
裝載部安裝于機器的前端。通過一對銷軸和鏟板的左右升降油缸鉸接于主機架上，在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷軸上下擺動。當(dāng)機器截割煤巖時，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機器的截割穩(wěn)定行。
1-鏟板體 2-三爪卡蟹盤 3-驅(qū)動裝置 4-液壓馬達
圖2.3 裝載部
2.3刮板輸送機
刮板輸送機結(jié)構(gòu)如圖2.2，主要由機前部、機后部、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構(gòu)的連續(xù)運輸機械。
1-邊雙鏈刮板 2-機前部 3-機后部 4-驅(qū)動裝置 5-液壓馬達
圖2.4 刮板輸送機結(jié)構(gòu)
刮板輸送機位于機器中部，前端與主機架和鏟板鉸接，后部托在機架上。機架在該處設(shè)有可拆裝的墊片，根據(jù)需要，刮板輸送機后部可墊高，增加刮板輸送機的卸載高度。刮板輸送機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運行軌道與機組配合的刮板輸送機，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。
2.4 行走部
履帶行走部是懸臂式掘進機整機的支承座，用來支承掘進機的自重、承受切割機構(gòu)在工作過程中所產(chǎn)生的力，并完成掘進機在切割、裝運及調(diào)動時的移動。履帶行走機構(gòu)包括左右行走機構(gòu)、并以掘進機縱向中心線左右對稱。履帶行走機構(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，因為履帶下分支與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)動整臺掘進機行走。掘進機履帶行走機構(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。現(xiàn)在設(shè)計將支重輪作成和機架一體的結(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重，要采用更好的耐磨合金鋼。
掘進機部在掘進作業(yè)時。它承受切割機構(gòu)的反力、傾覆力矩及動載荷。腰帶機構(gòu)的設(shè)計對整機正常運行、通過性能和工作穩(wěn)定性具有重要作用。
履帶機構(gòu)設(shè)計要求：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或電動機；履帶應(yīng)有較小的接近角和離去角。以減少其運行阻力；要注意合理設(shè)計整機重心位置。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，以保證機器在設(shè)計的最大坡度工作不會下滑。其示意圖見圖2.5。
圖2.5履帶行走機構(gòu)
2.5機架和回轉(zhuǎn)臺
機架是整個機器的骨架，它承受來自截割、行走和裝載的各種載荷。機器中的各個部件均用螺栓、銷軸及止口與機架聯(lián)接，機架為組焊件。
回轉(zhuǎn)臺主要用于支承，聯(lián)接并實現(xiàn)切割機構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)臺座在機架上，通過大型回轉(zhuǎn)軸承用于止口、36個高強度螺栓與機架相聯(lián)。工作時，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動切割機構(gòu)水平擺動。截割機構(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現(xiàn)
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)一般由動力機構(gòu)、操縱機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、輔助裝置和液壓油組成。動力機構(gòu)，也就是通常說的主油泵,是把機械能傳給液體，造成液體壓力能的機構(gòu)。操縱機構(gòu)，是控制和調(diào)節(jié)液壓油的壓力、流量及方向，以滿足機器的工作性能要求，并實現(xiàn)各種不同工作循環(huán)的機構(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)所要求的運動規(guī)律和運動參數(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)行機構(gòu)，是把油液的壓力能轉(zhuǎn)化為機械運動能，輸出到機器工作部件上去的機構(gòu)。應(yīng)用在巷道掘進機液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，可分為兩類。一類是具有往復(fù)運動的液壓缸，通過鉸鏈連結(jié)組成擺缸機構(gòu)；另一類是具有旋轉(zhuǎn)運動的油馬達，作為掘進機部分組件的動力源。采用這兩類執(zhí)行機構(gòu)的液壓系統(tǒng)，通常稱為油泵-油缸系統(tǒng)和油泵-油馬達系統(tǒng)。XK–15型巷道掘進機借助于油泵-油缸系統(tǒng)，可實現(xiàn)截割機構(gòu)的推進、升降和回轉(zhuǎn)運動；裝載機構(gòu)鏟板的升降和回轉(zhuǎn)運動；轉(zhuǎn)運機構(gòu)卸載斷的升降和回轉(zhuǎn)運動；機體的支撐起重。
巷道掘進機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?。痪蜻M機的調(diào)動較困難；掘進工作的工序銜接對掘進效率影響很大，所有這些因素，都對巷道掘進機的工作適應(yīng)性和可靠性提出了較高的要求。因此巷道掘進機的液壓傳動系統(tǒng)應(yīng)滿足以下主要要求：
1、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裝置，以防止掘進機和液壓元件的損壞。
3、要能適應(yīng)負載變化大的特點，過載能力高。同時要易于無級調(diào)速。
4、傳遞功率要大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。
5、控制方式簡便集中，便于使用、維護和檢修。
掘進機液壓系統(tǒng)圖如圖2.6所示：
圖2.6掘進機液壓系統(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)安全型掘進機用電控箱、CZD14/8型礦用隔爆型掘進機電控箱用操作箱、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)動掘進機各工作機構(gòu)的防爆電動機和連接電纜組成。
第三章 截割機構(gòu)設(shè)計
3.1 截割頭
截割頭是掘進機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機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。
截割頭體有橫軸式和縱軸式兩種，本次設(shè)計的截割頭體為縱軸式截割頭體，如圖3.1所示。
圖3.1 截割頭
縱軸式截割頭（圖3.1）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，截割頭通過鍵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、截割頭乃至整機的影響都比較大?？v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荷不同有所區(qū)別，力求個截齒的負荷均勻，以減小沖擊載荷和截齒的磨損。
掘進機所采用的截齒和采煤機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的運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，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2.2所示。
3.3 電動機
為實現(xiàn)較強的過載能力，適應(yīng)復(fù)雜多變的截割載荷，并利用噴霧水加強冷卻效果，懸臂式掘進機多采用防爆水冷式電動機來驅(qū)動截割頭。根據(jù)所給設(shè)計要求（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。機座號為315M。
3.4 懸臂伸縮裝置
掘進機掘進時，截割頭切入煤巖的方式一種是利用行走機構(gòu)向前推進，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)計采用的是內(nèi)伸縮形式。如圖3.3所示。
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)。主軸左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。推進液壓缸的前端和保護套相連接，后端和電動機相連接，并在其作用下，保護套帶動截割頭、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)臺是懸臂支撐機構(gòu)中的主要部件，位于機器的中央。它連接左右履帶架，支撐懸臂，實現(xiàn)懸臂的回轉(zhuǎn)、升降運動，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構(gòu)和其他機構(gòu)（裝載、行走機構(gòu)）相連得連接部件，其機構(gòu)是否合理，對機器的性能、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，運動平穩(wěn)，噪音低；
3.機構(gòu)緊湊，高度尺寸小
4.回轉(zhuǎn)力矩變化小
第四章 減速器設(shè)計和校核
4.1減速機構(gòu)概述
減速機構(gòu)是用來讓截割電機的速度減小，增大扭矩的，本次設(shè)計的截割機構(gòu)的減速機構(gòu)是采用直聯(lián)電動機的方式，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，其傳動效率為0.8～0.9。
4.2 2K-H減速器高速級齒輪設(shè)計
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。
實驗齒輪齒面接觸疲勞強度為
實驗齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪
行星輪
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
實驗齒輪的接觸疲勞極限
實驗齒輪的彎曲疲勞極限
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
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
圖4.1 2K-H行星減速器傳動示意圖
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
(4.1)
根據(jù)值，采用二級NGW型減速器（見圖3.3）
根據(jù)系列設(shè)計要求，令低速級傳動比固定，且取，則高速級傳動比
(4.2)
（2） 行星輪數(shù)目 查表以及根據(jù)傳動比，取
（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載機構(gòu)，取
（4） 配齒計算
太陽輪齒數(shù): 取式中(整數(shù))
內(nèi)齒圈齒數(shù)
行星輪齒數(shù)
齒輪模數(shù)和中心距a
按照推薦公式計算太陽輪分度圓直徑：
(4.3)
式中 ；
(4.4）
代入
(4.5)
模數(shù) 取
則 (4.6)
(4.7)
則取 a = 125 mm
b = 65 mm
（6） 計算變位系數(shù)
傳動
嚙合角
因為 (4.8)
所以
變位系數(shù)和 (4.9)
中心距變動系數(shù) (4.10)
齒頂降低系數(shù) (4.11)
分配變位系數(shù)：
查設(shè)計手冊，
(4.12)
傳動
嚙合角
因為
式中
代入
所以
變位系數(shù)和
中心距變動系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分配變位系數(shù)：
因為
所以，
4.2.4 幾何尺寸計算
分度圓直徑 （4.13）
齒頂圓直徑 （4.14）
齒根圓直徑 （4.15）
基圓直徑 （4.16）
齒頂高系數(shù)：
太陽輪、行星輪— 內(nèi)齒輪—
頂隙系數(shù)：
太陽輪、行星輪—
內(nèi)齒輪—
代入上組計算公式計算如下：
太陽輪
行星輪
內(nèi)齒輪
4.2.5齒輪嚙合要素計算
傳動端面重合度
頂圓齒形曲率半徑 （4.17）
4.2.6齒輪強度驗算
齒輪強度驗算公式按第二版機械傳動手冊相關(guān)公式進行。
傳動
太陽輪嚙合強度驗算
1、確定計算負荷
名義轉(zhuǎn)矩
名義圓周力 （4.18）
（1）應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
（4.19）
（4.20）
式中 —太陽輪相對于行星輪的轉(zhuǎn)速（）
（2）接觸強度計算
使用系數(shù) 根據(jù)對磨機使用的實測與分析，查表取
動載系數(shù) 查表先計算傳動精度,對于太陽輪，
故取
齒輪載荷分布系數(shù)、 對于計算的齒輪查表得, 故取
,而,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù)，所以 ,固按公式得
（4.21）
（4.22）
式中是由公差表差得7級精度齒輪的齒向誤差。
取 ,則
計算嚙合剛度：由于，所以,,又，
， 算得
則由公式算得
（4.23）
（4.24）
式中
齒間載荷分布系數(shù)、 由公式
取,查表, 計算出故
取
同樣可以計算出
節(jié)點處計算接觸應(yīng)力基本值
（4.25）
式中 —節(jié)點區(qū)域系數(shù)
（4.26）
式中 直齒輪
彈性系數(shù)，查表取
又有
螺旋系數(shù)，因，得到
又有
則得到
計算接觸應(yīng)力
查表得到：
許用接觸應(yīng)力 （4.27）
式中
因,取
()-潤滑油膜系數(shù)，查表?。ǎ?0.92
，
，
，
則有：
接觸強度計算安全系數(shù)
（4.28）
（3）彎曲強度計算
系數(shù) ,這些在上面已經(jīng)算出。
齒根應(yīng)力基本值
式中 前面已經(jīng)給出，齒形系數(shù)
按照如下公式計算其它系數(shù)：
則有：
許用齒根應(yīng)力
（4.29）
式中 ，;
，；
，；
，；
，；
，。
則有：
彎曲強度計算安全系數(shù)
4.2.7行星輪嚙合強度驗算
（1）確定計算負荷
名義矩 （4.30）
名義圓周力 （4.31）
應(yīng)力循環(huán)系數(shù) （4.32）
其中
（2）接觸強度計算
使用系數(shù) 根據(jù)對磨機使用的實測與分析，查表取
動載系數(shù) 查表先計算傳動精度,對于太陽輪，,算得
故取
齒輪載荷分布系數(shù)、 對于計算的齒輪查表得, 故取
,而,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù)，所以，查齒輪公差，則有固按公式得
式中是由公差表差得7級精度齒輪的齒向誤差。
取 ,則
計算嚙合剛度：對于內(nèi)齒輪 ,又，,，算得
則由公式算得
式中
齒間載荷分布系數(shù)、 由公式
取，查表 計算出,故
取
同樣可以計算出
節(jié)點處計算接觸應(yīng)力基本值
式中
彈性系數(shù)，查表取
又有
螺旋角系數(shù) ， 因，得到
又有
則得到
計算接觸應(yīng)力
查表得到：
許用接觸應(yīng)力
式中
壽命系數(shù)，因 ,取
()-潤滑油膜系數(shù)，查表?。?）=0.85
，
，
，
則有： （4.33）
接觸強度計算安全系數(shù)
（4.34）
（3）彎曲強度計算
系數(shù) ,這些在上面已經(jīng)算出。
齒根應(yīng)力基本值
式中 前面已經(jīng)給出，齒形系數(shù)
按照如下公式計算其它系數(shù)：
則有：
許用齒根應(yīng)力
式中 ，;
，；
，；
，；
，；
，。
則有：
彎曲強度計算安全系數(shù)
c-g傳動 此段僅列出相嚙合的內(nèi)齒輪嚙合強度計算過程，行星輪的強度較高，故計算從略。
（1）確定計算負荷
名義轉(zhuǎn)矩
名義圓周力
應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
式中
接觸強度計算
使用系數(shù) 根據(jù)對磨機使用的實測與分析，查表取
動載系數(shù) 查表先計算傳動精度,對于太陽輪，,算得
故取
齒輪載荷分布系數(shù)、對于計算的齒輪查表得, 故取
,而 ,故得小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸系數(shù)，所以，固按公式得
式中是由公差表差得7級精度齒輪的齒向誤差。
取 則
計算嚙合剛度 ：由于，所以 ,,又，
,，算得
則由公式算得
式中
齒間載荷分布系數(shù) 、 由公式
取，查表 計算出 ,故
取
同樣可以計算出
節(jié)點處計算接觸應(yīng)力基本值
式中 —節(jié)點區(qū)域系數(shù)
式中 直齒輪
，查表取
又有
螺旋角系數(shù)， 因，得到
又有
則得到
計算接觸應(yīng)力
查表得到：
許用接觸應(yīng)力
式中
壽命系數(shù)，因 ,取
( )-潤滑油膜系數(shù)，查表?。?）=0.92
，
，
，
則有：
接觸強度計算安全系數(shù)
彎曲強度計算
系數(shù),這些在上面已經(jīng)算出。
① 齒根應(yīng)力基本值
式中 前面已經(jīng)給出，齒形系數(shù)
按照如下公式計算其它系數(shù)：
則有：
許用齒根應(yīng)力
式中 ，;
，；
，；
，；
，；
，。
則有：
彎曲強度計算安全系數(shù)
第五章 2K-H減速器低速級速級齒輪設(shè)計
5.1齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝選定
太陽輪和星星輪材料為20CrNi2Mo,表面滲碳處理，表面硬度為57HRC。
實驗齒輪齒面接觸疲勞強度為
實驗齒輪齒根彎曲疲勞極限：
太陽輪
行星輪
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
實驗齒輪的接觸疲勞極限
實驗齒輪的彎曲疲勞極限
齒形的最終加工為插齒精度等級為7級
5.2 確定各主要參數(shù)
5.2.1主要參數(shù)
(1) 低速級傳動部 減速器的總傳動比
根據(jù)值，采用二級NGW型減速器（見圖2.3）
根據(jù)系列設(shè)計要求，令低速級傳動比固定，且取，則高速級傳動比
（2） 行星輪數(shù)目 查表以及根據(jù)傳動比，取
（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載機構(gòu)，取
（4） 配齒計算
太陽輪齒數(shù)，
內(nèi)齒圈齒數(shù)
行星輪齒數(shù)
取
(5)模數(shù)和中心距a
取 m = 7
則取 a=128mm B=100mm
（6） 計算變位系數(shù)
傳動
嚙合角
因為
所以
變位系數(shù)和
中心距變動系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分配變位系數(shù)：
因為所以取
則，
傳動
嚙合角
因為
式中
所以
變位系數(shù)和
中心距變動系數(shù)
齒頂降低系數(shù)
分配變位系數(shù)：
查設(shè)計手冊，
5.3 計算幾何尺寸
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒頂高系數(shù)：太陽輪、行星輪-
內(nèi)齒輪
頂隙系數(shù)：太陽輪、行星輪
內(nèi)齒輪
代入上組計算公式計算如下：
太陽輪
行星輪
內(nèi)齒輪
5.4 齒輪強度驗算
在選用同等條件的材料下，由于高速級的齒輪強度滿足要求，固低速級也應(yīng)滿足強度要求，就不再校核。
5.5 減速器其他零件校核
5.5.1 輸入軸校核
(1). 計算作用在齒輪上的力
轉(zhuǎn)矩：
與輸入軸上連接太陽輪分度圓直徑
圓周力
徑向力：
(2). 初步估計軸的直徑
選取40Cr作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。
由公式， ，計算的最小軸徑并加大3%以考慮花鍵槽的影響。
查表，取A=101
則有 （5.1）
(3). 軸的設(shè)計（設(shè)計效果圖見圖5.1）
①確定結(jié)構(gòu)方案
左軸承從左端裝入，靠軸承端蓋固定，右軸承從右端裝入靠彈簧卡圈固定，輸入的轉(zhuǎn)速通過花鍵連接輸入。
②確定各段軸徑與長度
1段 根據(jù)圓整，并參考花鍵的型號選用內(nèi)徑為62毫米，外徑為68毫米的花鍵，其長度為122mm。
2段 為軸承端蓋安裝軸，其軸肩比1段要高出10毫米左右，并參考軸承端蓋的型號選,其長度比軸承端蓋長10毫米左右，選。
3段 為方便軸承的拆裝，且符合軸承內(nèi)徑標準，查設(shè)計手冊選用7016AC號軸承，，其長度比軸承寬多10多毫米。選。
4段 ，取 ,。
5段 該段直徑 ，長度為軸承寬度
圖5.1 輸入軸段
③. 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
圖5.2軸的受力圖
(4). 軸承受力圖
①求軸承支反力
H水平面，根據(jù)圖4.3受力狀況
,
V垂直面
,
②求齒寬中點彎矩
H水平面
,
V垂直面
，
合成彎矩
，
扭矩T
③繪制 彎矩圖與扭矩圖
按照彎扭合成強度校核軸的強度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù)，
則齒寬中點當(dāng)量彎矩
材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，查表得 ，其材料許用應(yīng)力 。
由公式計算軸的許用應(yīng)力為
固滿足強度要求，設(shè)計合理。
圖5.3軸的彎矩圖
5.5.2 軸承校核
（1）輸入軸角接觸球軸承校核
本次設(shè)計選用的是軸承是7018AC, 相關(guān)數(shù)據(jù)有，。
在已知預(yù)期壽命的情況下，可以用下面的計算公式計算軸承是不是滿足要求
（5.2）
式中 ——軸承應(yīng)該具有的額定動載荷；
——載荷系數(shù)；
——溫度系數(shù)；
——軸承內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動速度；r/min
——溫度系數(shù)；
——壽命指數(shù)，對球軸承，，對滾子軸承，。
在掘進機中截割部分減速器的壽命是4800小時，查表可以查出=1.00， =1.2。
滾針軸承的當(dāng)量動載荷P為Fr，前面已經(jīng)算出來了徑向力，選用較大的一個，取Fr=7094N,則有P=7094N.
對于軸承內(nèi)外圈相對轉(zhuǎn)動速度=1470
將前面的數(shù)據(jù)代入（4.45）
可以看出，所以選用的軸承是合格的
（2）輸出軸上調(diào)心滾子軸承校核
前面在校核軸的時候已經(jīng)知道軸不受徑向力，所以這些調(diào)心滾子軸承只承受自重，所以沒有必要進行計算了。它的主要作用是調(diào)整軸的一定的偏心。
5.5.3 鍵的校核
（1）輸入軸上矩形花鍵校核
矩形花鍵的齒數(shù)通常為偶數(shù)，所以在時間上使用8個齒，按連接處的軸徑設(shè)計，最
終的設(shè)計結(jié)果是 ，長度為135。并且整個矩形花鍵進行熱
處理。
矩形花鍵的擠壓強度計算公式如下面的式子
（5.3）
式中 ——載荷分布不均勻系數(shù)，一般??；
——花鍵齒的個數(shù)；
——花鍵齒的工作高度，h=(D-d)/2, mm；
——花鍵的平均直徑,=d+(D-d)/2,mm；
——鍵的工作長度，mm；
——許用擠壓應(yīng)力，N/mm2。
前面已經(jīng)知道 N·mm，矩形花鍵為,
從中可以知道它的基本參數(shù)，將它們代入公式，則得：
在使用和制造良好的情況下，=120～140N/mm2,這樣，所以這個花鍵的設(shè)計的合格的。
（2）輸出軸上矩形花鍵校核
矩形花鍵的齒數(shù)通常為偶數(shù)，所以在時間上使用10個齒，按連接處的軸徑設(shè)計，最終的設(shè)計結(jié)果是
，
長度為123。并且整個矩形花鍵進行熱處理。
矩形花鍵的擠壓強度計算公式如下面的式子
式中 ——載荷分布不均勻系數(shù)，一般?。?
——花鍵齒的個數(shù)；
——花鍵齒的工作高度，h=(D-d)/2, mm；
——花鍵的平均直徑,=d+(D-d)/2,mm；
——鍵的工作長度，mm；
——許用擠壓應(yīng)力，N/mm2。
轉(zhuǎn)矩
矩形花鍵為，
從中可以知道它的基本參數(shù)，將它們代入式，則得：
在使用和制造良好的情況下，=120～140N/mm2,這樣，所以這個花鍵的設(shè)計的合格的。
第六章 掘進機的檢修及維護保養(yǎng)
減少機器停機時間的最重要因素是及時和規(guī)范的維護，維護好的機器工作可靠性高使用壽命長，操作也更有效。下列檢查和步驟是針對一般條件的，惡劣的運行條件會增加需要維護的次數(shù)。如果需要修理或調(diào)整，應(yīng)即刻進行，否則小問題能導(dǎo)致大的修理和停機。
6.1 機器的日常維護保養(yǎng)
（1）對需要每班潤滑的部位加注相應(yīng)牌號的潤滑油；
（2）檢查油箱的油位，油量不足應(yīng)及時補加液壓油；油液如嚴重污染或變質(zhì)，應(yīng)及時更換。
（3）檢查各減速箱潤滑油池內(nèi)的潤滑油是否充足、污染或變質(zhì)，不足應(yīng)及時添加，污染或變質(zhì)應(yīng)及時更換。并檢查各減速箱有無異常振動、噪聲和溫升等現(xiàn)象，找出原因，及時排除；
（4）檢查液壓系統(tǒng)及外噴霧冷卻系統(tǒng)的工作壓力是否正常，并及時調(diào)整；
（5）檢查液壓系統(tǒng)及外噴霧冷卻系統(tǒng)的管路、接頭、閥和油缸等是否泄漏并及時排除；
（6）檢查油泵、油馬達等有無異常噪音、溫升和泄漏等并及時排除；
（7）檢查截割頭截齒是否完整，齒座有無脫焊現(xiàn)象，噴霧噴嘴是否堵塞等，并及時更換或疏通；
（8）檢查各重要聯(lián)接部位的螺栓，若有松動必須擰緊；
（9）檢查左右履帶鏈條的松緊程度，并適時調(diào)整；
（10）檢查輸送機刮板鏈的松緊程度，并及時調(diào)整；
6.2機器的定期維護保養(yǎng)
掘進機減速器的設(shè)計壽命，除行走減速箱為2000 小時外，截割二級行
星減速器和泵站齒輪箱均為5000 小時，也就是連續(xù)工作一年半進行一次大
修，中修一般在轉(zhuǎn)移工作面時進行，小修在每日的維修班進行。機器正常使
用過程中，必須嚴格按照潤滑表 的規(guī)定注油或更換潤滑油。表5 是機器各
部分進行定期檢查維修的內(nèi)容。
6.3潤滑
正確的潤滑可以防止磨損、防止生銹和減少發(fā)熱，如經(jīng)常檢查機器的潤滑狀況，就可以在機器發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)一些問題。比如，水晶狀的油表示可能有水，乳狀或泡沫狀的油表示有空氣；黑色的油脂意味著可能已經(jīng)開始氧化或出現(xiàn)污染。潤滑周期因使用條件的差異而有所不同。始終要使用推薦的潤滑油來進行潤滑，并且在規(guī)定的時間間隔內(nèi)進行檢查和更換，否則，就無法給機器以保障，因而導(dǎo)致過度磨損以及非正常停機檢修。潤滑油的更換：在最初開始運轉(zhuǎn)的三百小時左右，應(yīng)更換潤滑油。由于在此時間內(nèi)，齒輪及軸承完成了跑合，隨之產(chǎn)生了少量的磨損。
初始換油后，相隔1500 小時或者6 個月內(nèi)必須更換一次。當(dāng)更換新潤滑油時，清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油。
注意事項：
1. 不要充滿，如果充滿整個減速箱，將會造成過熱和零件損壞；
2. 不要太少，減速箱的潤滑油位太低將會造成過熱和零件故障，要周期性檢查減速箱是否有泄露；
3. 不要欠加油，遺漏或延長潤滑周期都會造成過度磨損和零件過早。出現(xiàn)故障；
4. 必須使用規(guī)定牌號的潤滑油脂；
序號 潤滑點名稱 潤滑油名稱 潤滑周期
1 懸臂段 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 2次/周
2 截割減速器 N320中負荷工業(yè)齒輪油（GB5903-86） 更換1 次/半年
3 所有油缸銷軸 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/日
4 截割升降銷軸 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/日
5 改向鏈輪組 N68機械油（GB443-84） 1次/月
6 裝載驅(qū)動裝置 N68機械油（GB443-84） 1次/周
7 鏟板升降銷軸 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/日
8 導(dǎo)向張緊裝置 N68機械油（GB443-84） 1次/月
9 行走減速器鏈輪滑動軸承 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/月
10 行走減速器 N320中負荷工業(yè)齒輪油（GB5903-86） 更換1 次/半年
11 后支撐腿升降銷軸 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/日
12 刮板輸送機驅(qū)動裝置 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/周
13 油泵齒輪箱 N100中負荷工業(yè)齒輪油（GB5903-86） 更換1 次/3 月
14 回轉(zhuǎn)臺 3#通用鋰基潤滑脂（GB7324-87） 1次/周
讓所有的通氣口和溢流口通暢并能正常起作用。
6.4液壓系統(tǒng)用油
該掘進機液壓系統(tǒng)采用N68 抗磨液壓油（推薦使用矯馬牌等名牌產(chǎn)品）。
油箱加油方法：
（1）取一條KJ-19（L=1000）的液壓膠管，一頭接在操縱臺后面板補油口處，另一頭放在補油油桶內(nèi)；
（2）關(guān)閉截止閥Ⅰ，開啟截止閥Ⅱ，開動泵站，油液經(jīng)過文丘里管時由于射流作用在補油管內(nèi)產(chǎn)生負壓，補油油桶內(nèi)的油液在大氣壓的作用下，通過補油管補入油箱，因此補油桶必須透氣；
（3）加油至油標中間位置，停止加油，關(guān)閉截止閥Ⅱ，開啟截止閥Ⅰ；
（4）取掉油管，安裝堵頭。
注意事項：
（1）補油時，油箱內(nèi)必須保有油泵正常吸油時的足夠油量，否則，應(yīng)打開回油過濾器向油箱內(nèi)加入足量的油后再打開補油系統(tǒng)補油。
（2）確保液壓系統(tǒng)油液的清潔性；
（3）按照規(guī)定，定期更換過濾器濾芯，當(dāng)過濾器堵塞時及時更換；
（4）機器工作前，觀測油箱上液位液溫計，油量不足時及時添加；
（5）本機推薦使用的液壓油不得與其它油種混合使用，否則會造成油質(zhì)過早惡化；
（6）機器工作時，油箱冷卻器內(nèi)有足夠的冷卻水通過，防止油溫過高。
6.5電氣
（1）定期清除各處的污垢、銹斑。并在各隔爆面及磁路系統(tǒng)接觸面上涂上薄薄一不要層防銹油脂。隔爆面如有損傷，須嚴格按照GB1336-77《防爆電氣設(shè)備制造檢驗規(guī)程》中有關(guān)隔爆面修補規(guī)定進行；
（2）進行周期性檢查，箱體外殼有無損傷，電纜在進出線裝置中固定是否牢靠；
（3）定期檢查各開關(guān)手柄、按鈕是否靈活、可靠，動靜觸頭是否良好。接觸器、中間斷電器等電氣元件是否正常；在觸頭損壞、污損或接觸表面產(chǎn)生熔化的金屬微粒時，可以用細銼清理，但不準用金鋼砂布打磨；
（4）出現(xiàn)故障時，依據(jù)顯示排除故障；
第七章 機器常見故障原因及處理方法
7.1截割部
(1) 截割頭堵轉(zhuǎn)或電機溫升過高過負荷，截割部減速器或電動機內(nèi)部損壞；減小截割頭的切深或切厚，檢修內(nèi)部。
(2) 截齒損耗量過大鉆入深度過大，截割頭移動速度太快；降低鉆進速度，及時更換補齊截齒，保持截齒轉(zhuǎn)動。截割部
(3)截割振動過大截割巖石硬度>60MPa;截齒磨損嚴重、缺齒