1、摘要煤炭是我国的主要能源，在能源消费结构中煤炭占70%，预计到2020年煤炭需求量将增至45至50亿吨。在今后相当长的时间内，国内以煤炭为主的能源格局将不会改变。掘进机械是煤炭机械化生产的重要设备，其技术特性和工作质量关系到煤炭工业的发展和进步。本次设计悬臂式掘进机是以大断面和中型断面半煤岩巷道掘进为主，保全全煤巷掘进的需要。因而，该机型应具有截割功率大、适应性好、稳定性好、构造紧凑、喷雾的效果明显、调动灵敏，方便、易于拆装、操作及维修护理简单等特点，能经济地截割单向抗压强度80MPa的煤岩，适应巷道坡度16。本设计的设计要求为1）可截割硬度70MPa；2）适用巷道断面20m2；3）截割头伸缩
2、量400mm；4）理论截割生产率70m3/h。根据以上的设计要求和特点对悬臂工作结构和截割减速器进行设计和对一些重要部件的参数进行确定。并根据煤岩的截割阻抗等工作因素和掘进机的工作效率对动力元件和传动元件进行设计和校核。关键词：掘进机;悬臂式;机械化;减速器I Abstract Coal is the main energy sources in the energy consumption structure, coal accounts for 70% of 2020 demand for coal will increase 4500-5000 milion tons. In the f
3、uture for a long time, domestic coal-based energy structure will not change. Tunneling machinery and equipment is an important coal mechanized production, its technical characteristics and quality of the work related to the coal industrys development and progress. The design of the Road header is la
4、rge and medium-sized semi-coal rock tunnel excavation section, taking into account the needs of coal roadway driving. Therefore, the model should have cutting power, adaptability, good stability, compact structure, good spray effect, mobilizing flexible and easy installation, operation and maintenan
5、ce and simple, can be economically cutting unidirectional compression 80MPa strength of coal and rock, to adapt to the roadway slope 16. The design of the design requirements of 1) cutting hardness 70MPa; 2) applies roadway 20m2; 3) the amount of the cutting head Telescopic 400mm; 4) the theory of c
6、utting productivity 70m3 / h. According to the above design requirements and features the work of the cantilever structure and cutting gear unit design and some of the important parts of the parameters were determined. And according to the efficiency of coal and rock cutting impedance job factors an
7、d boring machine power components and transmission components for the design and verification.Keywords: roadheader,;cantilevered; mechanization,;reducerI目录前言11 悬臂工作机构的结构方案设计21.1 掘进机机型的选择21.2 结构的确定31.2.1 截割头41.2.2 悬臂机构51.3 主要设计参数的确定及校核61.3.1 截割头技术参数的确定61.3.2 截齿的相关参数设计81.3.3 悬臂的长度和摆角91.3.4 悬臂可掘进断面参数的校
8、核101.4 电动机的选择111.4.1 截割部对电动机的要求111.4.2 截割电动机型号的确定111.5 传动系统的确定121.5.1 工作机构的传动特点121.5.2 传动形式及元件应遵循的原则121.5.3 传动系统的确定与元件的选择132 截割减速器设计142.1 减速比的确定142.1.1 总传动比的计算142.1.2 各轴的转速、功率、扭矩142.2 齿轮的设计计算及其校核152.2.1 一级传动齿轮的设计及算及校核152.2.2 二级齿轮的设计计算及校核172.2.3 三级齿轮的设计计算及校核232.2.4 四级齿轮的设计计算及校核282.3 轴的设计计算及其校核322.3.1
9、 输出轴的设计计算322.3.2 I轴的设计计算及校核382.3.3 II轴的设计计算及校核422.3.4 III轴的设计计算及校核472.3.5 输入轴的设计计算及校核512.4 滚动轴承的选择及其寿命验算552.4.1 输出轴轴承552.4.2 输入轴轴承562.4.3 I轴轴承的选择及寿命计算572.4.4 II轴轴承的选择及寿命验算582.4.5 III轴轴承的选择及寿命验算593 键和联轴器的选择和计算613.1 输入轴轴键的选择613.2 I轴键的选择和计算613.2.1 高速齿轮处613.2.2 低速齿轮处613.3 II轴键的选择和计算623.3.1 高速齿轮处623.3.2
10、低速齿轮处623.4 III轴键的选择623.5 低速轴键的选择633.6 联轴器的选择计算634 减速器的润滑及密封形式选择644.1 减速器的润滑644.2 密封方式645 经济技术分析656 总结66致谢67参考文献68附录A69附录B80前言早在上个世纪的30年代，一些西方国家便开始了对掘进煤矿巷道的机械设备进行研制，二战之后，许多国家开始大规模发展经济，因此对煤矿等资源的需量日益增加，这便促进了掘进机械的发展。匈牙利早在1948年开始研制F系列的煤巷掘进机以满足当时的“房柱式”开采的需要。第二年对第一代掘进机进行了改进，研制成功了最早的悬臂式掘进机。在20世纪50年代对之前的F系列的
11、掘进机进行了很大的改动，新型的掘进机运用了履带行走机构，为了改善该掘进机的装载效率采用了铲板和星轮装载机构。为提高运载能力，运用刮板运输机转运物料，这种新型的掘进机就是现代悬臂式掘进机的雏形。随后，经过德国、前苏联、日本、英国、等国家的改进，掘进机械逐渐去向成熟并形成系列化。我国掘进机的发展可以按发展历程分为三大阶段：1）引进外国先进的掘进机，学习他们的先进技术；2）发展阶段，对引进的掘进机进行改进；3）自主研发，目前我国的掘进机日趋成熟，技术水平已经接近了世界领先水平，自主研发的掘进机受到许多外国企业的青睐。本毕业设计的课题是考虑煤炭是我国最主要的能源，提高煤炭的产量对我国的经济发展有很大的
12、帮助。而掘进机是采煤过程中不可缺少的大型机械设备，为提高煤炭的产量有很大的帮助。随着社会的发展，掘进机在建筑行业发展也起到了很大的作用，尤其在隧道的施工方面。 本次设计的横轴式悬臂掘进机主要由截割机构、回转机构、转载机构、行走机构、电控箱、液压系统、喷雾降尘系统等8大部分组成。工作时，由动力元件提供动力，电控箱和液压系统进行控制掘进机的移动。通过动力元件控制回转机构旋转以调整截割机构截割的位置，截割机构截割媒岩，截下的媒岩通过转运机构运走。本次的组要设计任务为横轴式掘进机悬臂工作机构和截割减速器设计。考虑本设计的工作参数，首先对悬臂进行结构方案进行设计，并确定主要的技术参数。选取合适的动力元件
13、，确定传动形式并对减速器内的零件进行计算并校核。1 悬臂工作机构的结构方案设计悬臂是截割头和机身的连接部分，内部有减速器和传动装置。在工作时，动力装置通过内部的减速器和传动装置让截割头可以正常平稳的工作，同时还可以通过液压缸等控制悬臂进行上下和左右的摆动让截割头工作更加便捷。 1.1 掘进机机型的选择根据本次毕业设计的题目要求和参数确定，对横轴式掘进机的悬臂工作机构及其内部的减速器进行设计。所设计出的悬臂及其减速器要满足给定的工作条件参数。 按照设计的要求和目的，机型选择中型。基本参数应当符合表格1-1的规定。 表1-1 掘进机型式的基本参数Table 1-1 tunneling model
14、of the basic parameters of the formula技术参数单位机型特轻轻中重超重切割煤岩最大单向抗拉强度Mpa40406080100生产能力煤m/min0.60.8煤夹矸m/min0.350.40.50.60.6切割机构功率kw507590200150200最大坡度（绝对值）（）1616161616巷道断面kw5126167208281032机重（不包括转载机）t2025508080 图1-1 掘进机的典型机构Figure 1-1 Typical agency Road header1一切割悬臂，2一回转台，3一装载铲板，4一转载机，5一履带行走机机，6一电控箱，7一
15、中间输送机，8一液压装置。 1.2 结构的确定 横轴式横轴掘进机截割头的轴线与悬臂垂直。工作时先进行掏槽截割，掏槽进给力来自行走机构，最大掏槽深度为截割头直径的2/3。掏槽时，截割头需做短幅摆动。由于进给力来自于行走履带，所以行走机构需要较大的驱动力。且需频繁开动，磨损加剧。因为截割反力使机器产生向后的推力以及作用在截割头上向上的分力可被机器的重力所平衡，所以不会产生颠覆，机器工作时的稳定性较好。横轴式截割头的一般近似为双半球形。横轴式截割头上多安装镐行截齿，并且截齿成螺旋线型排列，齿尖的运动方向和煤的下落方向相同，便于将切下的煤岩运送到铲板上及时运走，装载效率高；由于截齿较多，且不被煤岩体所包埋，因而产尘量较多。
