掘进机行走机构减速器设计(开题分析方案)

一、课题名称
132型掘进机行走减速器设计
二、课题研究背景
掘进机分为两种：开敞式掘进机和护盾式掘进机。

价格一般在上亿元人民币。

英文：roadheader用于开凿平直地下巷道的机器。

主要有行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成。

随着行走机构向前推进，工作机构中的破碎头不断破碎岩石，并将碎岩运走。

有安全、高效和成巷质量高等优点，但造价大，机构复杂，损耗也较大。

近年来随着我国煤炭行业的迅速发展，与之唇齿相依的煤机行业也日益受到重视。

在煤炭行业纲领性文件《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中，在全国煤炭工业科学技术大会上以及国家发改委出台的煤炭行业结构调整政策中，都涉及到发展大型煤炭井下综合采煤设备等内容。

掘进和回采是煤矿生产的重要生产环节，国家的方针是：采掘并重，掘进先行。

煤矿巷道的快速掘进是煤矿保证矿井高产稳产的关键技术措施。

采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全。

高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。

随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为了煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。

我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。

我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20世纪60年代，以30～50kW的小功率掘进机为主，研究开发和生产使用都处于实验阶段。

80年代初期，我国淮南煤机厂<现重组为凯盛重工）引进了奥地利奥钢联公司AM50型掘进机、佳木斯煤机厂<现隶属于国际煤机）引进了日本三井三池制作所S-100型掘进机，通过对国外先进技术的引进、消化、吸收，推动了我国综掘机械化的发展。

但当时引进的掘进机技术属于70年代的水平，设备功率小、机重轻、破岩能力低及可靠性差，仅适合在条件较好的煤巷中使用，加之国产机制造缺陷，在使用中暴露了很多问题。

国内进一步加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进装备。

经过近30年的消化吸收和自主研发，目前，我国已形成年产1000余台的掘进机加工制造能力，研制生产了20多种型号的掘进机，其截割功率从30kW 到200kW ，初步形成系列化产品，尤其是近年来，我国相继开发了以EBJ-120TP型掘进机为代表的替代机型，在整体技术性能方面达到了国际先进水平。

基本能够满足国内半煤岩掘进机市场的需求，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，能截割岩石硬度为f＝6～8，截割功率在120kW以上，机重在
35t以上。

煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进机以煤科总院太原研究院院生产的EBJ-120TP型、EBZ160TY型及佳木斯煤机厂生产的S150J型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80％以上。

然而，国内目前岩巷施工仍以钻爆法为主，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于实验阶段，但国内煤炭生产逐步朝向高产、高效、
安全方向发展，煤矿技术设备正在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展，新集能源股份公司、新汶矿业集团、淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国WAV300、奥地利AHM105、英国
MK3型重型悬臂式掘进机。

全岩巷重型悬臂式掘进机代表了岩巷掘进技术今后的发展方向。

而掘进机的向前发展，还是要依靠减速器的不断改进。

20世纪70～80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。

通用减速器的发展趋势如下：
①高水平、高性能。

圆柱齿轮普遍采用渗碳淬火、磨齿，承载能力提高4倍以上，体积小、重量轻、噪声低、效率高、可靠性高。

②积木式组合设计。

基本参数采用优先数，尺寸规格整齐，零件通用性和互换性强，系列容易扩充和花样翻新，利于组织批量生产和降低成本。

③型式多样化，变型设计多。

摆脱了传统的单一的底座安装方式，增添了空心轴悬挂式、浮动支承底座、电动机与减速器一体式联接，多方位安装面等不同型式，扩大使用范围。

促使减速器水平提高的主要因素有：
①理论知识的日趋完善，更接近实际(如齿轮强度计算方法、修形技术、变形计算、优化设计方法、齿根圆滑过渡、新结构等>。

②采用好的材料，普遍采用各种优质合金钢锻件，材料和热处理质量控制水平提高。

③结构设计更合理。

④加工精度提高到ISO5-6级。

⑤轴承质量和寿命提高。

⑥润滑油质量提高。

自20世纪60年代以来，我国先后制订了JB1130-70《圆柱齿轮减速器》等一批通用减速器的标淮，除主机厂自制配套使用外，还形成了一批减速器专业生产厂。

目前，全国生产减速器的企业有数百家，年产通用减速器25万台左右，对发展我国的机械产品作出了贡献。

20世纪60年代的减速器大多是参照苏联20世纪40-50年代的技术制造的，后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际水平有较大差距。

改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。

材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高，通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179-60的8-9级提高到GB10095-88的6级，高速齿轮的制造精度可稳定在4-5级。

部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、
使用寿命、传动效率有了较大的提高，对节能和提高主机的总体水平起到很大
的作用。

我国自行设计制造的高速齿轮减(增>速器的功率已达42000kW ，齿轮圆周速度达150m/s以上。

但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间
三、课题研究意义：
在国内， 132掘进机相对而言是一种掘进效率高、截割功率适中的中型掘进设备，该机集截割、装运、行走、操作等功能为一体，适用于任意形状断面的煤巷、半煤岩及软岩巷道掘进，也适用于条件类似的其它矿山巷道及工程隧道中使用；截割岩石最大抗压强度可达70MPa，可提供锚杆泵站动力接口。

关键部件和动密封均采用高质量进口产品，保证整机性能可靠；机器重心前置设计，有利于搭接皮带转载机后机器的平稳作业。

该机内外喷雾齐全，可有效抑制截割产生的粉尘和火花。

为了有效地满足煤矿安全生产的要求，必须对其精密设计，使该产品设计更具先进性。

而其中，行走机构是掘进机非常重要的部件之一，主要由液压马达、减速器、导向轮、张紧装置、履带架、支重轮、履带链等部件组成的,它承担着主机在作业过程中的行走和调动任务, 影响主机的灵活性,是主机很重要的一大部件。

行走性能的好坏关键在于其传动系统的计算和设计和履带板的设计。

132
型掘进机行走部减速器的传动系统包括三级圆柱齿轮和二级行星齿轮传动,因此它有着体积大, 占用空间多, 效率低等缺陷。

为了更好的满足市场需求，减速器必须做到体积小，重量轻，传动效率高，这样将会节省可观的原料和能源。

现有的各类减速器多存在着消耗材料和能源较多，对于大传动比的减速器，该问题更为突出。

由于减速装置在掘进机中承担重要任务，因此，人们都十分重视研究这个基础部件。

不论在减小体积、减轻重量、提高效率、改善工艺、延长使用寿命和提高承载能力以及降低成本等等方面，有所改进的话，都将会促进资源的节省。

基于132型掘进机的主体结构以及提供的数据资料，本人将对其行走减速器的总体设计，以及对其二、三轴系、链轮的详细设计及校核。

四、文献查阅简况
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。

悬臂式巷道掘进机从上世纪40年代产生至今，已有50多年的发展历史，目前掘进机的截割功率为100～408kW,机重24～160t, 平均日掘进进尺7～8m, 最大掘进能力达20～30m/d。

从目前国内掘进机发展趋势来看,具有广阔的发展前景,在我国除用于煤矿巷道掘进外,掘进机正进入铁路、城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。

其发展趋势有如下3 项:
(1> 重型掘进机。

如S220、AM75 等机型,随着高产高效矿井建设需要,必然成为矿山的主力机型。

另外,随着环保意识的强化,劳动力成本的提高,机械化掘
进是一种必然发展趋势,市场前景更为看好。

(2> 矮机身中型掘进机。

随着我国煤炭采掘业的不断发展,中厚煤层将逐步
减少,煤矿巷道必然趋于薄煤层、半煤岩巷道,如山东、贵州等地。

因此,有一定的破岩能力,机身矮、功率大的机型会成为今后市场的抢手机型。

(3> 辅助功能多的机型。

①在掘进机上搭载湿式除尘系统或其它除尘方式。

这是改善作业环境,清除肺矽病途径之一。

②掘进机具有锚杆支护机等功能,若该项技术成熟,必将受到高度重视和开发研制。

③遥控技术、截割轨迹显示与红外线定位系统结合,实现机组远程遥控。

④故障自诊断功能更完备,并能实现辅助作业。

⑤连掘机组。

实现房柱式采掘。

而重型掘进机必然面临截割减速器传递功率大、体积小、发热量大,润滑不均等问题,针对这些状况，我国目前设计出一套强制冷却润滑系统[6],可使减速器在任何工作位置其各个部件均能得到良好的润滑。

针对现有悬臂式掘进机行走减速器的传动系统复杂、占用空间大、效率低等问题,为了满足矮机身中型掘进机的市场需求，我们提出了一种新型传动系统的设计,以EBJ-120TP型悬臂式掘进机为例,并对其结构特点进行了介绍和分析
[7]。

并且在研究2K-H型行星齿轮减速器的基础上,以体积最小为优化设计的目
标函数,对其行走系统减速器进行了优化设计[8]。

在减速器的的所有零件当中轴的性能好坏直接决定减速器的质量，通常现场对一般的轴的设计方法有类比法和设计计算法两种。

类比法是根据轴的工作条件,选择与其相似的轴进行类比及结构设计,画出轴的零件图。

用类比法设计轴一般不进行强度计算。

由于完全依靠现有资料及设计者的经验进行轴的设计,设计结果比较可靠、稳妥,同时又可加快设计进程,因此类比法较为常用,但有时这种方法也会带有一定的盲目性。

[9]
1、方志淮,王吉安．掘进机机技术的发展现状，矿山机械，2003<11）
2、邢印成,王凤林,郭滨．掘进机的发展，煤炭技术，2005<5）
3、王正华,吴翠艳．掘进机机技术的发展，选煤技术，2006<9）
4、宁仲良,陈加胜．悬臂式掘进机智能化发展方向的初探，煤矿现代化，2006 年第二期。

5、高承兴,刘德林．掘进机的技术现状及发展趋势，煤矿机械，2009<5）
6、王合修, 毛继伟.重型掘进机截割减速器强制冷却润滑系统,煤矿机电, 2008年 05期
7、梁斌, 黄嘉兴, 张晓峰,许振杰.EBJ-120TP掘进机行走减速器的传动系统设计,煤矿机械, 2008年 11期
8、侯曦暘, 王世杰.2K-H型行星齿轮减速器优化设计机械工程与自动化, 2018年 01期
9、高万军,邱志平,张玲,毕立彩.二级直齿圆柱齿轮减速器中间轴的强度校核科技信息, 2009年 13期
10、杨春海.掘进机履带式行走机构的研究，科学之友，2008年3月B
11、Maria Pia Sammartini, Leonardo De Chiffre. Developmentandvalidation of a new reference cylindrical gear forpitch measurement.Received 15 September 1999。

accepted 12 January 2000..
12、K. Kubo, Y. Shimakawa, M. Kibukawa The effect of gear oil viscosity and friction reducer type on transmission efficiency Tribology International, Volume 19, Issue 6, December 1986, Pages 312-317
13、Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai Geometry design of an elementary planetary gear train with cylindrical tooth-profiles Mechanism and Machine Theory, Volume 37, Issue 8, August 2002, Pages 757-767Hong-Sen Yan, Ta-Shi Lai
五、设计<论文）的主要内容
1、本设计的目的及意义
2、总传动方案设计<传动原理与结构）
3、总传动参数设计
4、齿轮啮合参数、强度、几何参数计算
5、轴的结构设计及强度计算
6、轴承的选型及寿命计算
7、其他零部件的结构设计
六、设计<论文）提交形式
1、设计说明书一本
2、图纸：减速器零号总图一张<手工绘制）
链轮零件图
二、三轴系全部零件图
3、与课题相关外文资料翻译一篇七、进度安排
第四、五、六周熟悉资料，基本参数计算，资料翻译，开题报告
第七、八周结构设计，齿轮，轴，轴承计算第九、十、十一周零部件结构设计<草图）
第十二、十三、十四周手工绘图，计算机绘图
第十五、十六周整理，打印说明说
第十七周交资料，准备答辩
第十八周毕业答辩。