連續(xù)采煤機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)

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長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 概 述 1.設(shè)計(jì)背景和目的 當(dāng)前，我國(guó)煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用，其開(kāi)采速度大大加快，因而帶來(lái)采掘機(jī)械化比例失調(diào)的矛盾更加突出。 特別是易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開(kāi)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(dòng)強(qiáng)度大，安全性差。 目前，我國(guó)大部分局、礦使用的幾種主要機(jī)型多是上世紀(jì)六、七十年代設(shè)計(jì)的，這些老產(chǎn)品設(shè)計(jì)陳舊過(guò)時(shí)、元部件可靠性差、開(kāi)機(jī)率低、維護(hù)量大，而且機(jī)重偏輕、截割功率較小、過(guò)斷層和截割巖石的能力差，僅適合在煤巷 中使用。 因此急待開(kāi)發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的連續(xù)采煤機(jī)，來(lái)解決采煤機(jī)更新?lián)Q代的問(wèn)題，緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面。 1.1連續(xù)采煤機(jī)的發(fā)展概況 連續(xù)采煤機(jī)起源于美國(guó)，從1949年美國(guó)利諾斯公司研制成功第一臺(tái)連續(xù)采煤機(jī)以來(lái)，已經(jīng)歷半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展歷程。到現(xiàn)在，連續(xù)采煤機(jī)已日益完善，其采掘工藝走向成熟，不僅美國(guó)，而且世界許多國(guó)家，在房柱式采煤、回收邊角煤以及長(zhǎng)壁開(kāi)采的煤巷快速掘進(jìn)中得到了廣泛的應(yīng)用，在單產(chǎn)、單進(jìn)作業(yè)過(guò)程中創(chuàng)出了前所未有的水平，效益十分可觀，為采煤界所公認(rèn)。這套技術(shù)裝備，在60年代之前，主要用于房柱式或房柱式采煤，到60年代之后，美國(guó)推廣應(yīng)用于長(zhǎng)壁采煤的準(zhǔn)備巷道快速掘進(jìn)中，現(xiàn)在在世界許多國(guó)家中使用，發(fā)展很快，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。它的發(fā)展演變過(guò)程，按落煤機(jī)構(gòu)來(lái)劃分，大體上經(jīng)歷了以下三個(gè)階段： 第一階段，40年代，以利諾斯公司CM28H型和久益公司的3JCM及6CM型為代表的截鏈?zhǔn)竭B續(xù)采煤機(jī)，主要用于開(kāi)采煤炭、鉀堿、鋁土、硼砂、頁(yè)巖及永凍土等；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、裝煤效果差、生產(chǎn)能力不高。 第二階段，50年代，以久益公司8CM型為代表的擺動(dòng)式截割頭連續(xù)采煤機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)能力較高，裝煤效果好，缺點(diǎn)是振動(dòng)大，維護(hù)費(fèi)用高。 第三階段，60年代，是滾筒式連續(xù)采煤機(jī)高速發(fā)展，且日趨成熟的階段。60年代末，久益公司生產(chǎn)出10CM、11CM系列的連續(xù)采煤機(jī)，它是現(xiàn)代這種機(jī)型的形，到70年代末，在11CM型的基礎(chǔ)上又生產(chǎn)出12CM系列的連續(xù)采煤機(jī)。經(jīng)過(guò)對(duì)12CM型系列連續(xù)采煤機(jī)的不斷改進(jìn)、完善和提高，生產(chǎn)出適用于開(kāi)采中硬煤層的12CM12-10B、12CM18-10D和B型機(jī)，以及適用于特別堅(jiān)硬煤層的12HM31C型和B型機(jī)。 美國(guó)是使用臺(tái)數(shù)最多、使用成效最好的國(guó)家。井工采煤產(chǎn)量的50%是靠連續(xù)采煤機(jī)生產(chǎn)的。長(zhǎng)壁工作面的采區(qū)巷道、工作面平巷全由連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)。美國(guó)連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)平均班進(jìn)尺60m，日產(chǎn)煤2000t，并有許多高產(chǎn)工作面，日進(jìn)達(dá)百米，月產(chǎn)煤超10萬(wàn)t。 在南非井工煤產(chǎn)量的90%是用連續(xù)采煤機(jī)房柱式生產(chǎn)的，但南非的煤質(zhì)特別的硬，截齒消耗量一般為萬(wàn)噸125個(gè)，相當(dāng)于每個(gè)截齒只能生產(chǎn)80t煤。據(jù)95年不完全統(tǒng)計(jì)，目前，世界上使用的連續(xù)采煤機(jī)約有2100余套，其中美國(guó)1600臺(tái)套，南非220臺(tái)套，澳大利亞有190臺(tái)套，英國(guó)有90臺(tái)套。 1.2國(guó)內(nèi)連續(xù)采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 1976年我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)，到現(xiàn)在為止，大體上可分為三個(gè)階段： 第一階段： 1983年在巷道斷面15m平巷掘進(jìn)中使用12CM11和12CM14型連續(xù)采煤機(jī)，最高月產(chǎn)量3.5萬(wàn)噸，年產(chǎn)30萬(wàn)噸，年進(jìn)尺萬(wàn)米，平均日進(jìn)尺30m。目前，這一批設(shè)備由于多數(shù)不配套，掘進(jìn)巷道斷面偏小 ，備件供應(yīng)困難，維護(hù)管理技術(shù)跟不上等原因，基本上在生產(chǎn)中已不使用了。 第二階段：90年代，以配套引進(jìn)為主。黃陵礦區(qū)和神東公司先后配套引進(jìn)27臺(tái)，用于房柱式開(kāi)采和長(zhǎng)壁工作面煤巷掘進(jìn)，取得了優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。據(jù)神東公司的統(tǒng)計(jì)，使用它比使用懸臂式掘進(jìn)機(jī)每米成本低160元。 第三階段：2008年由神東公司和太原煤科院共同研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)連續(xù)采煤機(jī)EML340型在神東公司大柳塔礦完成井下工業(yè)性試驗(yàn)。這臺(tái)設(shè)備填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的空白，打破了國(guó)外連續(xù)采煤機(jī)一統(tǒng)中國(guó)市場(chǎng)的局面。 1.3我的設(shè)計(jì) 我的設(shè)計(jì)是依照在網(wǎng)上查到神東維修中心的JOY公司生產(chǎn)的12CM15-10D連續(xù)采煤機(jī)，對(duì)其截割部進(jìn)行設(shè)計(jì)。 第二章 連續(xù)采煤機(jī)的特點(diǎn) 2.1概述 1.特點(diǎn)： 本次設(shè)計(jì)的截割部所對(duì)應(yīng)的連續(xù)采煤機(jī)，采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)、縱向布置（電機(jī)）積木組合，各部件之間為干式對(duì)接，可采中厚煤層中的硬煤。 2.主要用途、適用范圍： 主要適用于房柱式采煤和回收邊角煤，也適用于條件類(lèi)似的其它礦山及工程巷道的開(kāi)采。該機(jī)可采巷道最大寬度(定位時(shí))3.3m，最大高度 4.6m，可采任意斷面形狀的巷道，適應(yīng)巷道坡度±15°。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。 2.2主要技術(shù)參數(shù) 1.總體參數(shù) 機(jī) 長(zhǎng)： 11.002m 機(jī) 寬： 3.3m 機(jī) 高: 2.657m 總 功 率： 530kW 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度： 20-80MPa 最大可采高度： 3685mm 最大可掘?qū)挾龋? 3300mm 可掘巷道斷面： 18-20m2 適應(yīng)巷道坡度： ±15° 機(jī)器供電電壓： 660/1140V 2.截割部 電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào)： YBUS2-170 功 率： 170KW 轉(zhuǎn) 速： 1470r/min 截割頭： 轉(zhuǎn) 速： 50r/min 截 齒： 鎬形 3.裝載部 裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤(pán) 裝運(yùn)能力 180m3/h 鏟板寬度 2.5m/2.8m 鏟板臥底 250mm 鏟板抬起 360mm 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速 30r/min 4.刮板輸送機(jī) 運(yùn)輸形式 邊雙鏈刮板 槽 寬 510mm 龍門(mén)高度 390mm 鏈 速 0.93m/s 錨鏈規(guī)格 18×64mm 張緊形式 雙油缸張緊 5.行走部 行走形式 履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)) 行走速度 工作 3m/min 調(diào)動(dòng) 6m/min 接地長(zhǎng)度 2.46m 制動(dòng)形式 摩擦離合器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 雙油缸張緊 6.液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力： 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 裝載回路 14Mpa 輸送機(jī)回路 14Mpa 轉(zhuǎn)載機(jī)回路 10MPa 錨桿鉆機(jī)回路 ￡10MPa 系統(tǒng)總流量： 450 L/min 泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB250M-4 功率 55kW 轉(zhuǎn)速 1470 r/min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 50/50/40ml/r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r 錨桿泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB160L-4 功率 15kW 轉(zhuǎn)速 1470 r/min 錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32/32ml/r 油箱： 有效容積 610L 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量： 8 個(gè) 7.噴霧冷卻系統(tǒng) 滅塵形式 內(nèi)噴霧、外噴霧 供水壓力 3MPa 外噴霧壓力 1.5MPa 流 量 63L/min 冷卻部件 切割電動(dòng)機(jī)、油箱 8.電氣系統(tǒng) 供電電壓 660/1140V 總 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型 2.3主要結(jié)構(gòu)和工作原理 2.3.1連續(xù)采煤機(jī)的基本組成 連續(xù)采煤機(jī)通常由截割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、履帶行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷卻噴霧除塵系統(tǒng)及安全保護(hù)裝置等組成。參見(jiàn)圖3.1. 連續(xù)采煤機(jī)雖然型號(hào)、規(guī)格有許多，但它的各主要組成部分大同小異，其區(qū)別主要在截割機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)和截割部上。 1.截割部 截割部又稱(chēng)工作機(jī)構(gòu)，主要由布置在截割部?jī)蓚?cè)橫置的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)及其安全保護(hù)裝置、一臺(tái)減速器、左、中、右截割滾筒、截鏈及截割臂等組成。 截割部分別為兩套對(duì)稱(chēng)布置的三級(jí)減速傳動(dòng)同一根實(shí)心主軸的特殊結(jié)構(gòu)，三級(jí)減速傳動(dòng)分別是一級(jí)直齒傳動(dòng)、二級(jí)錐齒傳動(dòng)和三級(jí)行星輪傳動(dòng)。由 170kW的電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，經(jīng)電動(dòng)機(jī)扭矩軸傳至減速器I軸，經(jīng)過(guò)一級(jí)直齒傳動(dòng)、二級(jí)錐齒傳動(dòng)和三級(jí)行星輪傳動(dòng)，最后由兩個(gè)行星輪架以花鍵連接方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一根橫軸旋轉(zhuǎn)，橫軸中間和兩端以花鍵連接方式裝有筒形鑄鋼輪轂的特殊結(jié)構(gòu)，從而帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)達(dá)到截割的目的。 圖3.1 整機(jī)系統(tǒng)圖 1截割部 2搖臂 3裝載機(jī)構(gòu) 4刮板輸送機(jī) 5機(jī)架 6左行走機(jī)構(gòu) 7右行走機(jī)構(gòu) 8電動(dòng)機(jī) 9電氣系統(tǒng) 10駕駛座 11液壓系統(tǒng) 12支撐防護(hù)總成 整個(gè)截割部通過(guò)一個(gè)叉形框架、兩個(gè)銷(xiāo)軸鉸接于回轉(zhuǎn)臺(tái)上。借助安裝于截割部和回轉(zhuǎn)臺(tái)之間的兩個(gè)升降油缸，以及安裝于回轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)架之間的兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)截割部的升、降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此截割出任意形狀的斷面。 2.裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，主要由鏟板及左右對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)裝置組成，通過(guò)低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤(pán)向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目的。裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過(guò)一對(duì)銷(xiāo)軸和鏟板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(xiāo)軸上、下擺動(dòng),可向上抬起360mm，向下臥底 250mm。當(dāng)機(jī)器截割煤巖時(shí)，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機(jī)器的截割穩(wěn)定性。 3.刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3.3所示，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等（改向輪組裝在裝載部上）組成。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)有可拆裝的墊塊，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)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，刮板鏈條的張緊是通過(guò)在輸送機(jī)尾部的張緊油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖3.2 裝載部 1鏟板體 2-刮板輸送機(jī)改向鏈輪組 3-三爪轉(zhuǎn)盤(pán) 4-驅(qū)動(dòng)裝置 圖3.3 刮板輸送機(jī) 1-機(jī)前部 2-機(jī)后部 3-邊雙鏈刮板 4-張緊裝置 5-驅(qū)動(dòng)裝置 6-液壓馬達(dá) 4.行走部 本次設(shè)計(jì)的采煤機(jī)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)布置，分別驅(qū)動(dòng)。各由 10 個(gè)高強(qiáng)度螺栓（M30×2、10.9 級(jí)）與機(jī)架相聯(lián)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)各由液壓馬達(dá)經(jīng)三級(jí)園柱齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)減速后，將動(dòng)力傳給主動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)以左行走機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)組成及傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖3.4所示，左行走機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)向張緊裝置、左履帶架、履帶鏈、左行走減速器、液壓馬達(dá)、摩擦片式制動(dòng)器等組成。摩擦片式制動(dòng)器為彈簧常閉式，當(dāng)機(jī)器行走時(shí)，泵站向行走液壓馬達(dá)供油的同時(shí)，向摩擦片式制動(dòng)器提供壓力油推動(dòng)活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動(dòng)器解除制動(dòng)。 本機(jī)工作行走速度為 3m/min，調(diào)動(dòng)行走速度為 6m/min。通過(guò)使用黃油槍向安裝在導(dǎo)向張緊裝置油缸上的注油嘴注入油脂，來(lái)完成履帶鏈的張緊（油缸張緊行程 120mm），調(diào)整完畢后，裝入適量墊板及一塊鎖板，擰松注油嘴螺塞，泄除油缸內(nèi)壓力后再擰緊該螺塞，使張緊油缸活塞不承受張緊力。 圖3.4 左履帶行走機(jī)構(gòu) 1-導(dǎo)向張緊裝置 2-履帶架 3-履帶鏈 4-行走減速器 5-行走液壓馬達(dá) 6-摩擦片式制動(dòng)器 5.液壓傳動(dòng) 本機(jī)除截割頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，其余各部分均采用液壓傳動(dòng)。系統(tǒng)主泵站由一臺(tái)55kW的電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步齒輪箱驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵和一臺(tái)三聯(lián)齒輪泵（轉(zhuǎn)向相反），同時(shí)分別向油缸回路、行走回路、裝載回路、輸送機(jī)回路、皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)回路供壓力油，主系統(tǒng)由五個(gè)獨(dú)立的開(kāi)式系統(tǒng)組成。該機(jī)還設(shè)有液壓錨桿鉆機(jī)泵站，可同時(shí)為二臺(tái)錨桿鉆機(jī)提供壓力油，另外系統(tǒng)還設(shè)置了文丘里管補(bǔ)油系統(tǒng)為油箱補(bǔ)油，避免了補(bǔ)油時(shí)對(duì)油箱的污染。液壓系統(tǒng)原理如圖3.5所示。 圖3.5 液壓系統(tǒng)原理圖 （1）油缸回路 油缸回路采用雙聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）通過(guò)四聯(lián)多路換向閥分別向 4組油缸（截割升降、回轉(zhuǎn)、鏟板升降、支撐油缸）供壓力油。油缸回路工作壓力由四聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)自帶的溢流閥調(diào)定，調(diào)定的工作壓力為6MPa。截割機(jī)構(gòu)升降、鏟板升降和后支撐各兩個(gè)油缸，它們各自兩活塞腔并接，兩活塞桿腔并接。而截割機(jī)構(gòu)兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸為一個(gè)油缸的活塞腔與另一油缸的活塞桿腔并接。 （2）行走回路 行走回路由雙聯(lián)齒輪泵的前泵（63 泵）向兩個(gè)液壓馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)機(jī)器行走。行走速度為 3m/min；當(dāng)裝載轉(zhuǎn)盤(pán)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供裝載回路的 50 泵自動(dòng)并入行走回路，此時(shí)的兩個(gè)齒輪泵（63 泵和 50 泵）同時(shí)向行走馬達(dá)供油，實(shí)現(xiàn)快速行走，其行走速度為 6m/min。系統(tǒng)工作壓力為 16MPa?；芈饭ぷ鲏毫τ裳b在兩聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)的溢流閥調(diào)定。注意：根據(jù)該機(jī)器液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，行走回路的工作壓力調(diào)定時(shí)，必須先將裝載轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)動(dòng)?？焖傩凶邥r(shí)，由于并入了裝載回路的 50 泵，其系統(tǒng)工作壓力為 14Mpa。 （3）裝載回路 裝載回路由三聯(lián)齒輪泵的前泵（50泵），通過(guò)一個(gè)齒輪分流器分別向2個(gè)液壓馬達(dá)供油, 用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)的工作壓力為 14Mpa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。齒輪分流器內(nèi)的兩個(gè)溢流閥的調(diào)定壓力均為 16MPa。該閥的壓力是通過(guò)專(zhuān)用的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)定的。注意：該溢流閥的調(diào)定壓力在機(jī)器出廠時(shí)已經(jīng)調(diào)節(jié)好，在機(jī)器使用過(guò)程中不允許調(diào)節(jié)壓力。 （4）輸送機(jī)回路 輸送機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的中泵（50 泵）向一個(gè)（或兩個(gè)）液壓馬達(dá)供油，用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 14MPa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 a.轉(zhuǎn)載機(jī)回路 轉(zhuǎn)載機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）向轉(zhuǎn)載馬達(dá)供油，通過(guò)一手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 b.錨桿鉆機(jī)回路 錨桿鉆機(jī)回路由一臺(tái) 15kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵，通過(guò)二個(gè)手動(dòng)換向閥可同時(shí)向兩臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)供油。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 c.油箱補(bǔ)油回路 油箱補(bǔ)油回路由兩個(gè)截止閥、文丘里管和接頭等輔助元件組成，為油箱加補(bǔ)液壓油。如圖3.6所示，補(bǔ)油系統(tǒng)并接在錨桿鉆機(jī)回路的回油管路上（若掘進(jìn)機(jī)不為錨桿鉆機(jī)提供油源，則補(bǔ)油系統(tǒng)并接在運(yùn)輸回路或轉(zhuǎn)載機(jī)回路的回油管路上）。當(dāng)需要向油箱補(bǔ)油時(shí)，截止閥Ⅰ關(guān)閉，截止閥Ⅱ開(kāi)啟，油液經(jīng)過(guò)文丘里管時(shí)，在 A 口產(chǎn)生負(fù)壓，通過(guò)插入油筒 5 內(nèi)的吸油管吸入，將油補(bǔ)入油箱。在補(bǔ)油系統(tǒng)不工作時(shí)，務(wù)必將截止閥Ⅱ關(guān)閉，截止閥Ⅰ開(kāi)啟。 圖 3.6 補(bǔ)油回路原理圖 1- 換向閥 2-截止閥Ⅰ 3-截止閥Ⅱ 4-文丘里管 5-裝油容器 6-油箱 7-錨桿電機(jī) 8-雙聯(lián)齒輪泵 6.幾種主要液壓元件的選型設(shè)計(jì) (1)吸油過(guò)濾器 為了保護(hù)油泵及其它液壓元件，避免吸入污染雜質(zhì)，有效地控制液壓系統(tǒng)污染，提高液壓系統(tǒng)的清潔度，在油泵的吸油口處設(shè)置了兩個(gè)吸油過(guò)濾器，該過(guò)濾器為精過(guò)濾。當(dāng)更換、清潔濾芯或維修系統(tǒng)時(shí)，只需旋開(kāi)濾油器端蓋(清洗蓋)，抽出濾芯，此時(shí)自封閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，隔絕油箱油路，使油箱內(nèi)油液不會(huì)向外流出。這樣使清洗、更換濾芯及維修系統(tǒng)變得非常方便。 (2)回油過(guò)濾器 為了使流回油箱的油液保持清潔，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)回油過(guò)濾器，該過(guò)濾器為粗過(guò)濾，位于油箱的上部。當(dāng)濾芯被污染物堵塞或系統(tǒng)液溫過(guò)低，流量脈動(dòng)等因素造成進(jìn)出油口壓差為 0.35MPa 時(shí)，壓差發(fā)訊裝置便彈出，發(fā)出訊號(hào)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換濾芯或提高油液溫度。更換濾芯時(shí)，只需旋開(kāi)濾油器濾蓋(清洗蓋)即可更換濾芯或向油箱加油。若未能及時(shí)停機(jī)更換濾芯時(shí)，則設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟工作(旁通閥開(kāi)啟壓力為0.4MPa，以保護(hù)系統(tǒng)。 (3)四聯(lián)手動(dòng)換向閥 四聯(lián)手動(dòng)換向閥，主要由進(jìn)油閥、多路換向閥、回油閥三部分組成。進(jìn)油閥有壓力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之間裝有閥組總溢流閥。換向閥部分是由閥體和滑閥組成，滑閥的機(jī)能均為 Y 型，閥體為并聯(lián)型，因此，既可以分別操作又可以同時(shí)操作，當(dāng)同時(shí)操作時(shí)工作速度減慢。當(dāng)滑閥處于中位時(shí)，油泵通過(guò)閥組卸荷。為了防止工作腔的壓力油向 P 腔倒流，設(shè)置了單向閥。 (5)油缸 本次設(shè)計(jì)中機(jī)器有三組油缸，共六根。截割機(jī)構(gòu)升降油缸、鏟板升降油缸和后支撐油缸各兩根，結(jié)構(gòu)形式均相同，其中鏟板升降油缸和后支撐油缸通用。 (6)油箱 本液壓系統(tǒng)采用封閉式油箱，采用 N68 號(hào)抗磨液壓油。油箱采用二級(jí)過(guò)濾，設(shè)置了兩個(gè)吸油過(guò)濾器和兩個(gè)回油過(guò)濾器，有效地控制了油液的污染，并采用文丘里管補(bǔ)油，進(jìn)一步降低了油液的污染。油箱上還配有液位液溫計(jì)，當(dāng)液位低于工作油位或油溫超過(guò)規(guī)定值（70℃）時(shí)，應(yīng)停機(jī)加油或降溫。油箱冷卻器采用了熱交換量較大的板翅式散熱器，總熱交換量達(dá)40000kcal/h，以保障系統(tǒng)正常油溫和粘度的要求。 (7)六點(diǎn)壓力表 按操縱臺(tái)標(biāo)牌表明的位置接好油管。旋轉(zhuǎn)壓力表表盤(pán)，其指針?biāo)傅奈恢眉礊闃?biāo)牌表明的回路的工作壓力。 a.內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng) 本系統(tǒng)主要用于滅塵、冷卻掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)及油箱，提高工作面能見(jiàn)度，改善工作環(huán)境，內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)如圖3.7所示。 水從井下輸水管通過(guò)過(guò)濾器粗過(guò)濾后進(jìn)入總進(jìn)液球閥，一路經(jīng)減壓閥減壓至 1.5MPa 后，冷卻油箱和切割電機(jī)，再引至前面霧狀噴嘴架處噴出。另一路不經(jīng)減壓閥的高壓水，引至懸臂段上的內(nèi)噴霧系統(tǒng)的霧狀噴嘴噴出，當(dāng)沒(méi)有內(nèi)噴霧時(shí)，此路水引至叉形架前方左右兩邊的加強(qiáng)型外噴霧處的線型噴嘴噴出。 內(nèi)噴霧配水裝置安裝在懸臂段內(nèi)，8 個(gè)線型噴嘴分別安裝在截割頭的齒座之間；外噴霧噴霧架固定在懸臂筒法蘭上，安裝有 10 個(gè)霧狀噴嘴；加強(qiáng)型外噴霧的噴霧架固定在叉形架前端，安裝有 8 個(gè)線型噴嘴。 圖 3.7 水系統(tǒng)原理圖 1-Y 型過(guò)濾器 2-球閥 3-減壓器 4-耐震壓力表 5-油箱冷卻器 6-球閥 7-霧狀噴嘴 8-線型噴嘴圖 7.潤(rùn)滑 正確的潤(rùn)滑可以防止磨損、防止生銹和減少發(fā)熱，如經(jīng)常檢查機(jī)器的潤(rùn)滑狀況，就可以在機(jī)器發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)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(kāi)始氧化或出現(xiàn)污染。潤(rùn)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(rùn)滑油來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑，并且在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行檢查和更換，否則，就無(wú)法給機(jī)器以保障，因而導(dǎo)致過(guò)度磨損以及非正常停機(jī)檢修。 潤(rùn)滑油的更換： 在最初開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的三百小時(shí)左右，應(yīng)更換潤(rùn)滑油。由于在此時(shí)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(shí)或者6個(gè)月內(nèi)必須更換一次。當(dāng)更換新潤(rùn)滑油時(shí)，清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油。 8.電氣系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)由前級(jí)饋電開(kāi)關(guān)、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型采煤機(jī)用電控箱、CZD24/8 型礦用隔爆型采煤機(jī)電控箱用操作箱、XEFB-127(36)/150 隔爆型蜂鳴器、DGY35/48(36)B(B) 礦用隔爆型機(jī)車(chē)照明燈、BZA1-5/127-2 型礦用隔爆型控制按鈕、KDD2000 型瓦斯斷電儀以及驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的防爆電動(dòng)機(jī)和連接電纜組成。電氣設(shè)備明細(xì)表見(jiàn)表 本次設(shè)計(jì)的采煤機(jī)電控設(shè)備為 KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)機(jī)用電控箱（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電控箱）、CZD24/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱（以下簡(jiǎn)稱(chēng)操作箱），符合我國(guó)的煤礦安全規(guī)程、防爆規(guī)程和有關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，適用于具有爆炸性危險(xiǎn)氣體（甲烷）和煤塵的礦井中，控制掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)、油泵電機(jī)、備用電機(jī)及錨桿電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)電機(jī)及有關(guān)線路進(jìn)行保護(hù)。 （1）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 電控箱隔爆外殼由主腔和接線腔兩個(gè)獨(dú)立的隔爆部分組成。 主腔面板裝有隔離開(kāi)關(guān)操作手把（手把有通、斷兩個(gè)位置）、急停按鈕（SB1）、電壓表視窗和顯示器視窗；主腔中門(mén)板裝有控制器、繼電器、顯示器、電壓表；主腔后壁裝有各回路接觸器、阻容吸收器、互感器；主腔頂板裝有熔斷器；右底板裝有主變壓器、隔離變壓器和電源部分的熔斷器等；左底板裝有保護(hù)器（JB）和五個(gè)接頭座；主腔和接線腔之間的連接板上裝有九星盤(pán)和接線端子。 電控箱門(mén)與箱體為螺栓緊固，并設(shè)有回轉(zhuǎn)鉸鏈。電控箱箱體通過(guò)減震器和主機(jī)連接。 操作箱為礦用隔爆型。操作箱分為二個(gè)通過(guò)接線端子相互連接的獨(dú)立腔體，上邊為進(jìn)出線腔，下邊為主腔。進(jìn)出線腔內(nèi)設(shè)有接線端子和內(nèi)接地端子。主腔門(mén)上裝有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制按鈕等。 電控箱的主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓：V 主回路： AC：1140/660 控制回路：AC：220、36 DC：24 額定電流：A 250 額定頻率：Hz 50 主回路數(shù)：4 660/1140V 電壓下各回路的額定電流大小為： 切割回路：130/75A； 油泵回路：59.0/34.1A； 錨桿回路：17.4/10.1A； 備用回路：4.5/7.7A（7.5kW） 6.6/11.3A（11kW）。 機(jī)載功率：190kW （2）工作原理 電氣系統(tǒng)在原理上可以分為四個(gè)部分：主回路部分、電源部分、保護(hù)單元和控制部分。 ①主回路部分 主回路部分明確了系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，我們采用了隔離開(kāi)關(guān)作為電控箱主回路電源的開(kāi)關(guān)，在主回路中設(shè)有兩組熔斷器，用于短路保護(hù)，別為：切割電機(jī)回路 FU1-FU3 (400A)；油泵電機(jī)及其它回路FU4-FU6(250A)。在控制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接觸器，并加裝了阻容吸收裝置，用于吸收真空接觸器斷開(kāi)時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高壓；在備用回路和錨桿泵站回路采用了空氣接觸器（由于它的功率較低）。以上四個(gè)回路中設(shè)有檢測(cè)主回路電流的電流互感器TA1-TA9(備用和錨桿回路公用互感器) 來(lái)完成保護(hù)電路的信號(hào)采集，每回路三個(gè)。在附錄圖2 中主回路原理圖中明確的指明了接觸器線圈和自保接點(diǎn)的線號(hào)及控制繼電器的接點(diǎn)。 ②電源部分 電源部分是有一臺(tái)主變壓器、一臺(tái)隔離變壓器和控制熔斷器FU7-FU13 組成。主變壓器有五個(gè)電壓范圍的輸入抽頭：660V、726V、1050V、1140V、1250V。當(dāng)井下電壓不穩(wěn)定時(shí)，可以隨著電壓的變化來(lái)調(diào)整變壓器的抽頭，來(lái)保證輸出電壓的穩(wěn)定，進(jìn)而保證控制回路的可靠性。隔離變壓器（21號(hào)線和22號(hào)線）為保護(hù)設(shè)備 JB 和控制單元提供 180V 電源，由 SB1 來(lái)控制。36V（6號(hào)線和7號(hào)線）為照明燈、蜂鳴器和瓦斯斷電儀提供電源。220V（17 號(hào)線和18號(hào)線）為接觸器線圈提供電源。繼電器的線圈電源由保護(hù)器 JB 內(nèi)部模塊（27號(hào)線和28號(hào)線）供 24V 直流電源。熔斷器 FU7-FU13 的位置見(jiàn)附錄圖 3所示。 ③控制單元 控制單元由四部分組成，主要控制部件為西門(mén)子 PLC-CPU226；另外，包括三擴(kuò)展單元。在附錄圖4 主控單元中，可以很明確的顯示出系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止的控制接點(diǎn)、各保護(hù)接點(diǎn)的輸入接點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出接點(diǎn)，同時(shí)也表示出了顯示器（TD200）和控制器的接口；由于輸入為模擬信號(hào)，所以又增添了模擬量擴(kuò)展模塊（3個(gè)模塊），其接線情況如附錄圖5 所示。TD200 為兩行中文液晶顯示器，可以顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，如果在多項(xiàng)故障同時(shí)出現(xiàn)的情況下，顯示器的右下角出現(xiàn)閃動(dòng)的光標(biāo)提示。 本系統(tǒng)采用 PLC 作為主控元件，從而在軟件上實(shí)現(xiàn)了各機(jī)構(gòu)電機(jī)的邏輯控制和保護(hù)中斷功能。 ? 第三章 截割部設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)任務(wù)相關(guān)參數(shù) 截割硬度：40-80MPa 生產(chǎn)能力：15-27t/min 截割頭轉(zhuǎn)速：50r/min 截割部電機(jī)功率：2×170KW 機(jī)身長(zhǎng)：11.020m 寬：3.3m 高：1.775m 機(jī)重：58.3噸 裝機(jī)功率：530KW 適用傾角：≤15 最大可采高度：4.6m 最大可掘?qū)挾龋?.3m 滾筒的直徑：1.12m 刮板速度：0.9-1.0m/s 運(yùn)輸形式：邊雙鏈 履帶寬度：2×250mm 行走速度：3m/min（工作） 6m/min（調(diào)動(dòng)） 額定電壓：1140/660v 3.2 傳動(dòng)裝置的選擇原則 機(jī)械傳動(dòng)裝置系統(tǒng)的兩大任務(wù)是保證工作裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求和傳遞動(dòng)力。如工作機(jī)上現(xiàn)有的機(jī)器，則傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)僅在于選擇一個(gè)合理的傳動(dòng)裝置，使動(dòng)力機(jī)的輸出與工作機(jī)的輸入相匹配即可。如設(shè)計(jì)任務(wù)上實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力機(jī)的匹配，則傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就比較復(fù)雜，需要分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求：行程、速度、加速度、調(diào)速范圍、實(shí)現(xiàn)急回要求、位置要求、軌跡要求、停歇要求、相互間動(dòng)作配合要求；以及動(dòng)力要求，力、轉(zhuǎn)矩和功率等。在選定動(dòng)力機(jī)后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的要求來(lái)確定傳動(dòng)系統(tǒng)方案并進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，這時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)就可能包含連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)和間歇機(jī)構(gòu)等。 3.3電機(jī)選型 截割機(jī)構(gòu)是連續(xù)采煤機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它主要由電動(dòng)機(jī)、叉形架、減速器、滾筒、截割頭等組成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)扭矩軸驅(qū)動(dòng)減速器，將動(dòng)力傳給滾筒，通過(guò)截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到破碎煤巖的目的。 3.3.1選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型 電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種，工業(yè)上廣泛應(yīng)用三相交流電動(dòng)機(jī)，尤其以三相籠型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。目前應(yīng)用最多的是Y系列自扇冷式籠型電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，應(yīng)用于輸送機(jī)、攪拌機(jī)、機(jī)床等。 3.3.2選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱不超過(guò)許可溫升的最大功率稱(chēng)為額定功率。負(fù)荷達(dá)到額定功率時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速稱(chēng)為滿載轉(zhuǎn)速。 （1）確定電動(dòng)機(jī)的功率 電動(dòng)機(jī)的功率與電動(dòng)機(jī)的工作性能和經(jīng)濟(jì)性能有直接的聯(lián)系。如果電動(dòng)機(jī)的功率小于工作要求，則不能保證工作機(jī)的正常工作，并且電動(dòng)機(jī)易損壞；如果電動(dòng)機(jī)的功率過(guò)大，則電動(dòng)機(jī)不能滿載工作，效率較低，增加電能消耗，造成浪費(fèi)。因此，再設(shè)計(jì)中要選擇合適的電動(dòng)機(jī)功率。電動(dòng)機(jī)的功率主要根據(jù)工作機(jī)的功率來(lái)確定。 工作機(jī)的功率根據(jù)工作阻力和速度來(lái)確定，即 Pw=或Pw= 式中，Pw是工作機(jī)的功率（KW）；F是工作機(jī)的阻力（N）;v是工作機(jī)的線速度（m/s）；是工作機(jī)的效率；T是工作機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m）；n是工作機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/min）。 電動(dòng)機(jī)所需的輸出功率 式中，為電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)的傳動(dòng)裝置總效率，可按下式計(jì)算。 式中， 為傳動(dòng)裝置中各零部件的效率，見(jiàn)表2-3機(jī)械傳動(dòng)的效率概略值。 （2）確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 同一類(lèi)型、相同額定功率的電動(dòng)機(jī)也有幾種不同的的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速越高，則電動(dòng)機(jī)的外形尺寸越小，重量越輕，價(jià)格越便宜，效率也越高。但是，當(dāng)工作機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，選擇轉(zhuǎn)速較高的電動(dòng)機(jī)，則減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比就越大，從而使減速機(jī)構(gòu)的外形尺寸，重量、成本等加大。 可由工作機(jī)的轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，推算出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍，即 式中，nd為電動(dòng)機(jī)的可選轉(zhuǎn)速范圍；i1-in為各級(jí)傳動(dòng)比的合理范圍；nw為工作機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍。 由以上公式可計(jì)算得出所選擇電機(jī)的類(lèi)型為： 型號(hào)為 YBC－170S 額定功率為 170kw 滿載轉(zhuǎn)速為 1470r/min 重量為 80kg 額定電壓為 660/1140kw 電機(jī)的一些基本尺寸如下： A=216mm B=140mm C=89mm D=38mm E=80mm F=1Omm G=33mm H=132mm K=12mm AB=280mm AC=270mm AD=240mm HD=470mm L=510mm 3.5傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)分傳動(dòng)比的分配 3.5.1分配傳動(dòng)比 總的傳動(dòng)比： i＝＝1470/50＝29.4 預(yù)計(jì)分別采用圓柱齒輪傳動(dòng)、圓錐齒輪傳動(dòng)和NGW行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行三級(jí)減速。 預(yù)設(shè)直尺錐齒輪 =3.08， 3.5.2傳動(dòng)裝置參數(shù)計(jì)算 各級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算： Ⅰ軸： 1470 r/min Ⅱ軸： 1470/2.367= 621.0393 r/min Ⅲ軸： = 621.0393/3.08=201.6361 r/min Ⅳ軸： 201.6361/4.03 = 50 r/min 各軸功率計(jì)算： Ⅰ軸： =170 KW Ⅱ軸： =156.786 KW Ⅲ軸： = 147.504 KW IV軸： = 143.108 KW —花鍵效率0.99。 —直齒傳動(dòng)效率0.97。 —錐齒傳動(dòng)效率0.96。 —圓柱滾子軸承效率 0.98。 各軸扭矩計(jì)算: Ⅰ軸： =9550 N·m Ⅱ軸： =9550 N·m Ⅲ軸： =9550 N·m IV軸 =9550 N·m 3.6 三級(jí)減速器的具體設(shè)計(jì)計(jì)算 3.6.1 確定各齒輪的參數(shù) 1、計(jì)算兩直齒圓柱齒輪1、2。 （1）選擇齒輪材料 小齒輪40調(diào)制 =260 HBS 大齒輪45正火 =210 HBS 許用接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)1式6-6， []= =700 N/ =550 N/ 接觸疲勞極限查圖6-4 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 由式6-7 =60j= 60= 1.04 =/= 6.53 查圖6-5得 =1 =1.02 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1 則 [] = 700= 700 N/ [] = 550=561 N/ []=561 N/ 許用彎曲應(yīng)力[] 由式6-12，[]= 彎曲疲勞極限 查圖6-7，雙向傳動(dòng)乘0.7 =378 N/ =294 N/ 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) 查圖6-8 ==1 彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù) 查圖6-9 =1 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1.4 則： [] =378/1.4 = 270 N/ [] =294/1.4 = 210 N/ （2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按，估取圓周速度=3.941m/s，參考文獻(xiàn)1表8－14，表8－15選?、蚣?jí)公差組8及精度。 小輪分度圓直徑，由式（8－64）得： 齒寬系數(shù) 查文獻(xiàn)1表8－23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱(chēng)布置，取 ＝0.6 輪齒數(shù) 初取 =25 齒數(shù) ＝25 圓整?。?9 齒數(shù)比 ＝ 傳動(dòng)比誤差 誤差在范圍內(nèi) 小輪轉(zhuǎn)矩 =1071.51 n·m 載荷系數(shù) 由文獻(xiàn)1式（8－54）得 使用系數(shù) 查文獻(xiàn)1表6.3 動(dòng)載荷系數(shù) 查文獻(xiàn)1 齒向載荷分布系數(shù) 查文獻(xiàn)1 齒間載荷分配系數(shù) 由文獻(xiàn)1 材料彈性系數(shù) 查文獻(xiàn)1表6.4 =189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查文獻(xiàn)1圖6-3 =2.5 重合度系數(shù) 有推薦值0.85~0.92 故的設(shè)計(jì)初值為 121.33 mm 齒輪模數(shù)m= 查文獻(xiàn)1表6.6，得m= 5 mm 小齒分度圓直徑的參數(shù)圓整值 ＝ mm 圓周速度： m/s 與估取 很相近，對(duì)取值影響不大，不必修正。 標(biāo)準(zhǔn)中心距 mm 齒寬 mm 大輪齒寬 mm 小輪齒寬 = 80 mm （3）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校荷計(jì)算 由文獻(xiàn)1式6-10 齒形系數(shù) 查文獻(xiàn)1圖6.5 小輪= 2. 62 大輪= 2.28 應(yīng)力修正系數(shù) 查文獻(xiàn)1圖8－68 小輪= 1.59 大輪= 1.73 重合度 ==1.688 重合度系數(shù)由文獻(xiàn)1 故177.57N/ 74.41 N/ 滿足 （4） 齒輪幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 d 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑： 齒距： 齒厚： 齒槽寬e 基圓齒距： 頂隙： 2．減速機(jī)齒輪錐1和齒輪錐2兩錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）選擇齒輪材料，確定許用應(yīng)力 小齒輪40調(diào)制 =260 HBS 大齒輪45正火 =210 HBS 許用接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)1式6-6， []= =700 N/ =550 N/ 接觸疲勞極限查文獻(xiàn)1圖6-4 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 由文獻(xiàn)1式6-7 =60j= 60= 4.85 =/= 1.732 查圖6-5得 =1.04 =1.12 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1 則 [] = 700= 728 N/ [] = 550=616 N/ []=616 N/ 許用彎曲應(yīng)力[] 由式6-12，[]= 彎曲疲勞極限 查圖6-7，雙向傳動(dòng)乘0.7 =378 N/ =294 N/ 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) 查圖6-8 ==1 彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù) 查圖6-9 =1 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1.4 則 [] =378/1.4 = 270 N/ [] =294/1.4 = 210 N/ (2) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，估取圓周速度 = 2.45 m/s，查文獻(xiàn)1表6.7、表6.8選 小輪大端分度圓直徑由式6-20得 ≥ ( 1 +) 齒寬系數(shù) 查表6.14 =0.5 小輪齒數(shù) 在推薦值20—40中選 =23 大輪齒數(shù) ==2.8 圓整取72 齒數(shù)比u=72/23=3.13 傳動(dòng)比誤差 錐齒輪1 轉(zhuǎn)矩=2410.953 Nmm 載荷系數(shù) K==1.32 使用系數(shù) =1 動(dòng)載系數(shù) =1.2 齒向載荷分布系數(shù) =1.1 材料彈性系數(shù) 查表6.4 =189.8 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖6-3 =2.5 故 ≥ ( 1 +) ≥ 170.67 mm 齒輪模數(shù) m==170.6723=7.42 圓整 m=8 小輪大端分度圓直徑 =m=823=184 mm 小輪平均分度圓直徑 ==184/(1+)= 174.5 mm 圓周速度 =/60000 =621.0393/60000 = 5.33 m/s 齒寬 b==0.5184=92 mm (3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 由式6-21 [] 當(dāng)量齒數(shù) =/cos=23=24.15 ==24.15 齒形系數(shù) 查表6.5 小輪=2.69 大輪=2.24 應(yīng)力修正系數(shù) 查表6.5 小輪=1.575 大輪=1.75 故 =288.88 =267.11 齒根彎曲強(qiáng)度滿足 （4）齒輪其他主要尺寸計(jì)算 大輪大端分度圓直徑 = m=872=576 mm 錐距R== = 302.34 mm 小輪大端頂圓直徑=+2m cos=184+2 mm 大輪大端頂圓直徑=+2m cos=576+ mm 3．單級(jí)行星齒輪計(jì)算 齒輪材料熱處理工藝及制造工藝的選定 高速級(jí)和低速級(jí)太陽(yáng)輪和行星輪的材料為20CrMnTi，表面滲碳淬火處理，表面硬度為56～60HRC。經(jīng)熱處理后，表面有高的硬度及耐磨性，心部又具有高的強(qiáng)度及良好的韌性和很低的缺口敏感性。 試驗(yàn)齒輪齒面接觸疲勞極限=1300 MPa 試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限： 太陽(yáng)輪：=1300 MPa 行星輪：=1300 MPa 齒形為漸開(kāi)線直齒，最終加工為磨齒，精度為6級(jí)。 兩內(nèi)齒圈的材料均為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS. 試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限： Mpa 試驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限： Mpa 齒形的加工為插齒，精度為7級(jí)。 確定各主要參數(shù) （1）行星機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比： i=4.03，采用單級(jí)NGW型行星機(jī)構(gòu)。 （2）高速級(jí)計(jì)算 1）行星輪數(shù)目： 要根據(jù)文獻(xiàn)2表17。2-1及傳動(dòng)比i，取。 2）載荷不均衡系數(shù) 采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)均載機(jī)構(gòu)，取 =1 3）配齒： 由文獻(xiàn)2表17.2-4選取=31，=17 ，=187。 4）按接觸強(qiáng)度計(jì)算a-c傳動(dòng)中心距和齒輪模數(shù)： 按文獻(xiàn)2表16.2-20中的公式計(jì)算中心距： 接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)按文獻(xiàn)2表17.2-31查得： 太陽(yáng)輪單個(gè)齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 齒數(shù)比： 取齒寬系數(shù)： 初定中心距： 將以上各值代入強(qiáng)度計(jì)算公式，得 計(jì)算模數(shù)： 取標(biāo)準(zhǔn)值m=9 中心距a 216 216 5）計(jì)算變位系數(shù) 采用高變位，因?yàn)?12>4，所以太陽(yáng)輪正變位，行星輪和內(nèi)齒輪負(fù)變位。即： xa=-xc=-xb 按文獻(xiàn)2圖16.2-8分配 (Za1+zc1)/2=(17+85)/2=51 Xa1=0.398 xc1=- 0.398 xb1= -0.398 6）幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑：=m=319= 279 mm =m=179=153 mm =m=659=585 mm 齒輪寬： 取 齒頂圓直徑：=+2(ha*+xa)m=34+2(1+0.398) 2=39.592 mm =+2(ha*+xc)m=170+2(1-0.398) 2=199 mm =-2(ha*-xb-k2)m=374-2(1+0.398) 2=368.74 mm 齒根圓直徑 =-2(ha*+c*-xa1)m=34-2(1+0.25-0.398) 2 = 30.592mm =-2(ha*+c*-xc1)m=170-2(1+0.25+0.398) 2 =163.408 mm =+2(ha*+c*+xb1)m=374+2(1+0.25-0.398) 2 =377.408 mm 7) 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算 太陽(yáng)輪齒輪 20CrMnTi調(diào)制 =60HRC 行星齒輪正火20CrMnTi調(diào)制 =60HRC 試驗(yàn)齒輪齒根彎曲疲勞極限： 太陽(yáng)輪：=1300 MPa 行星輪：=1300 MPa 齒形為漸開(kāi)線直齒，最終加工為磨齒，精度為7級(jí)。 內(nèi)齒圈的材料均為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理，硬度為262～302HBS。 許用接觸應(yīng)力由文獻(xiàn)1式6-6， []= 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 由文獻(xiàn)1式6-7 每天工作4小時(shí)，每年300天，用十年。 =60j= 60= 1.72 =/= 3.456 查圖6-5得 =1.11 =1.02 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1 則 [] = 1300= 1443 N/ [] = 1300=1560 N/ []=1443 N/ 許用彎曲應(yīng)力[] 由文獻(xiàn)1式6-12，[]= 彎曲疲勞極限 查文獻(xiàn)1圖6-7，雙向傳動(dòng)乘0.7 =700 N/ =700 N/ 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) 查圖6-8 ==1 彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù) 查圖6-9 =1 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) =1.4 則 [] =700/1.4 = 500 N/ [] =700/1.4 = 500 N/ 有文獻(xiàn)3式6-10 齒形系數(shù) 查文獻(xiàn)1表6.5 太陽(yáng)輪= 2.52 行星輪= 2.97 應(yīng)力修正系數(shù) 查文獻(xiàn)1表6.5 太陽(yáng)輪= 1.63 行星輪= 1.52 重合度 ==2.636 重合度系數(shù)由文獻(xiàn)1 故 241.95 N/ 157.68 N/ 齒根彎曲強(qiáng)度要求滿足 3.6.2軸的設(shè)計(jì) 1. I軸的設(shè)計(jì)去效核 計(jì)算作用在齒輪上的力 1）輸入軸上的轉(zhuǎn)矩 2）求作用在齒輪上的力 小直齒輪的受力分析 圓周力 徑向力和軸向力 β （2）確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。初估軸的最小直徑，取，可得: （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）軸的結(jié)構(gòu)如圖4.2所示： 圖4.2 輸入軸的結(jié)構(gòu)圖 2）確定各軸段直徑和長(zhǎng)度 軸段① 用于安裝電動(dòng)機(jī)扭矩軸，其直徑應(yīng)該與安全摩擦離合器的輸出摩擦盤(pán)的孔徑相配合。故取軸段①的直徑 ,其長(zhǎng)度取 軸段② 為了便于裝拆軸承內(nèi)圈，且符合標(biāo)準(zhǔn)軸承內(nèi)徑，選用圓錐滾子軸承，取，選用33118型圓錐滾子軸承，尺寸， 軸段③ 該軸段與圓柱齒輪做成一體，，取，。 軸段④ 齒輪寬度為81mm，直徑為115mm,則，。 軸段⑤ 該軸段也與圓柱齒輪做成一體，，取，。 軸段⑥ 為便于裝拆軸承內(nèi)圈，選用圓錐滾子軸承，取，選用30211型圓錐滾子軸承，尺寸 , 3）繪制軸的彎矩圖和扭矩圖： ①求軸承反力： H水平面： V垂直面： ②求齒寬中心處彎矩： H水平面： V垂直面： ③合成彎矩： 扭矩T： ④按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度： 當(dāng)量彎Mca=，取折合系數(shù)a=0.6, ⑤校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1查得，，則 軸的計(jì)算應(yīng)力為 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，該軸滿足強(qiáng)度要求。 軸設(shè)計(jì)時(shí)所用到的表和圖，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)[Ⅱ]》。 彎扭圖、扭矩圖見(jiàn)下面 圖2.3 輸入軸受力分析圖 2. II軸的設(shè)計(jì)去效核 （1）計(jì)算作用在齒輪上的力 1）中間軸上的轉(zhuǎn)矩 2）求作用在錐齒輪上的力 大直齒輪的受力分析： 大錐齒輪與小錐齒輪的受力存在著一種關(guān)系,所以可以由輸入軸的受力分析得： : （2）