毕业设计(论文)-大断面硬煤岩掘进机总体结构及装运机构设计(全套图纸) .doc
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1、辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言全套CAD图纸,加153893706目的意义:掘进机有传统的钻暴法相比,具有以下优点;能够保证巷道的稳定性。掘进速度快。减少巷道的超控量和不必要的工程量。减少岩石冒落及瓦斯的突然涌出,利与安全生产和通风管理。改善劳动条件,减少笨重的体力劳动,效率提高。使用掘进机不但可以提高巷道的掘进速度,而且还可以研究巷道掘进技术,改善工艺和劳动组织,逐步实现巷道掘进过程的综合机械化。在设计中主要研究掘进机的装载机构。这里我主要对掘进机装载机构进行研究和分析。利用所学的机械设计知识简单设计机构,对重要的元件机构进行选用和设计,说明其优、缺点,以及对整个系统的影响。研究方案,
2、首先进行总体设计,部分端面掘进机主要由截割机构,行走机构,装载机构,液压系统,操纵控制系统。各个机构提供两套方案,针对用户的提供的使用条件,经济性,从中选一套好的 。在接着进行专题设计,这部分应做的比较细,包括强度计算,装载机构的组成部分,耙爪,各种减速器,滚筒,耙板。在设计工作开始,设计师应该认真研究和分析用户提出的技术要求和机器的工作条件,以便在总体设计中能恰当的确定出机型,技术参数,总体结构,保证设计质量。装载机构总体设计主要依据,巷道的端面尺寸,物料的物理性能,巷道和底版情况,行走方式和原动机的类型。总体布置包括机器各部分间性能协调和他们的位置正确,设计中是通过绘制整机布置草图来控制各
3、部分的主要尺寸和相互位置,原则如下;保证各部件,零件间协调工作,运行可靠,有足够的强度和刚度,结构紧凑,外型美观,整体稳定性好,生产效率高,传动损失小,便于操作和维修,工作安全可靠。装运机构工作部分的设计要先对耙爪的运动轨迹分析,在集合尺寸的确定,运动学和动力学的分析,强度计算。掘进机设计要遵循如下原则,1工作机构的运动学参数,动力学参数,结构形状以及掘进机的其他组成部分的结构形状和技术参数等,均随着煤岩的不同特点而异。必须量体裁衣。2从截齿到动力机,从截齿开始计算掘进机所需要的各种动力源的能力,并运用到设计时间中。3动态设计原则。将运用优化设计方法,有限元设计方法,摸台分析设计方法,试验设计
4、方法。1掘进机总体设计掘进机是一种能够实现截割,装运,运输,装载煤岩和调动行走,喷雾除尘的联合机组。与传统的爆破法相比,使用掘进机有以下优点;1 能够保证巷道的稳定性。2掘进速度快。3减少巷道的超控量和不必要的工程量。4减少岩石的冒落和及瓦斯的突然涌出,有利与安全和通风管理。5改善劳动条件,减少笨重的体力劳动.它既可用于煤矿井下,也可用于金属矿山以及其他隧道施工。图1-1总体结构图Fig1-1 overall structure drawing掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此,根据掘进机的用途、作业情况及制造条件,合理选择机型,并正确确定各部结构型式,对于实现整机的各项
5、技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。1.1使用条件用户的使用条件,巷道为梯形断面,上底5下底6高4,坚固性系数f=6,底版和两侧要求光滑。图1-2巷道端面Fig 1-2 tunnel end surface掘进机组成;由截割部分,本体部分,装运部分,行走部分,液压系统,电气系统,等组成。图1-3总体结构爆炸图Fig 1-3 gross structure detonation chart1.2结构设计1.2.1工作机构的型式选择部分断面掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。因悬臂截割式掘进机机体灵活、体积较小,可截出各种形状和断面的巷道,并能实现选择性截割,而且截割效果好,
6、掘进速度较高;所以,现在主要采用悬臂截割式,并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式。按截割头的布置方式,分为纵轴和横轴式两种。纵轴式截割头传动方便、结构紧凑,能截出任意形状的断面,易于获得较为平整的断面,有利于采用内伸缩悬臂,可挖柱窝或水沟。截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆柱形,由于后两种截割头利于钻进,并使截割表面较平整,故使用较多。缺点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心,与悬臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动,故稳定性较差。因此,在煤巷掘进时,需加大机身重量或装设辅助支撑装置。横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。这种掘进机截齿的截割方向比较合
7、理,破落煤岩较省力,排屑较方便。由于截深较小,截割与装载情况较好。纵向截割时,稳定性较好。缺点是传动装置较复杂,在切入工作面时需左右摆动,不如纵轴式工作机构使用方便;因为截割头较长对掘进断面形状有限制,难以获得较平整的侧壁。这种掘进机多使用抛物线或半球形截割头。图1-4切割头Fig1-4 cuts the head由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载运转、有冲击载荷、振动较大,要求其传动装置体积小,最好能调速。考虑掘进机工作时,截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩,而且要能上下左右摆动,以掘出整个断面,掘进机工作机构一般都采用单机驱动。虽然液压传动具有体积小、调
8、速方便等优点,但由于对冲击载荷很敏感,元件不能承受较大的短时过载,一般选择过载能力较大的电动机驱动。1.2.2装载机构的型式选择部分断面掘进机的装载机构有4种;1)单双环形刮板链式:单环形是利用一组环形刮板链直接将煤岩装到机体后面的转载机上。双环形是由两排并列、转向相反的刮板链组成。若刮板链能左右张开或收拢,就能调节装载宽度,但结构复杂。环形刮板链式装载机构制造筒单,但由于单向装载,在装载边易形成煤岩堆积,从而会造成卡链和断链。同时,由于刮板链易磨损,功率消耗大,使用效果较差。螺旋式。是横轴式掘进机上使用的一种装载机构,它利用左右两个截割头上旋向相反的螺旋叶片将煤岩向中间推入输送机构。由于头体
9、形状的缺点,这种机构目前使用很少。耙爪式。是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运输机构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好,目前应用很普遍。但这种装载机构宽度受限制,为扩大装载宽度,可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆动,或设计成双耙爪机构,以扩大装载范围。图1-5 蟹爪结构Fig 1-5 crab claw structure drawing星轮式。该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠,但装大块物料的能力较差通常,应选择耙爪式装载机构,但考虑装载宽度问题,可选择双耙爪机构,也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。 图1-6星轮结构Fig 1-6 spider st
10、ructure装载机构可以采用电动机驱动,也可用液压马达驱动。但考虑工作环境潮湿、有泥水,选用液压马达驱动为好。耙装装载机构虽可连续装载,然而在两个偏心转盘同时旋转一周时,只有两次装载过程,如果想要提高装载效率就要增加偏心转盘每转一周的装载次数,因此决定将其原来的蟹爪式装载机构改为星轮式装载机构。 1.2.3输送机构的型式选择部分断面掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式,即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧,在驱动装载机构同时,间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单,但装载与输送机构二者运动相牵连,相互影响大
11、。由于该位置空间较小布置较困难。输送机构采用独立的驱动方式,即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端,通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单,和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多,故障点有所增加。目前,这两种输送机构均有采用,设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。1.2.4转载机构的型式选择该掘进机的转载机构有两种布置方式:作为机器的一部分;为机器的配套设备。目前,多采用胶带输送机。胶带转载机构传动方式有3种:用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒;由电动卷筒驱动主动卷筒;利用电动机通过减速器驱动主动卷筒。为使卸载端作上下、左右摆动,一般
12、将转载机构机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上,可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动,达到摆角要求;同时,通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作,以达到卸载的调高范围。转载机构应采用单机驱动,可选用电动机或液压马达。1.2.5行走机构的型式选择该种掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。(1)迈步式。该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。采用框架结构,使人员能自由进出工作面,并可越过装载机构到达机器的后面。使用支撑装置可起到掩护顶板、临时支护的作用。但由于向前推进时,支架反复交替地作用于顶板,掘进机对顶板的稳定性要求较高,局限性较大,所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机,在煤巷、半煤岩
13、巷中也有应用。(2)导轨式。将掘进机用导轨吊在巷道顶板上,躲开底板,达到冲击破碎岩石的目的。这就要求导轨具有较高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。(3)履带式。适用于底板不平或松软的条件,不需修路铺轨。具有牵引能力大,机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。但其结构复杂、零部件磨损较严重。目前,部分断面掘进机通常采用履带式行走机构。由于其工作环境差,用电动机驱动易受潮烧毁,最好选用液压马达驱动。1.2.6除尘装置的型式选择掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。(1)喷雾式。用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散、雾化,使粉尘附在雾状水珠表面沉降下来,达到灭尘效果。这种除尘方式有
14、以下两种:外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴,向截割头喷射压力水,将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远,粉尘容易扩散,除尘效果较差;内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置,压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近,除尘效果好,耗水量少,冲淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏,供水管路复杂,活动联接处密封较困难。为提高除尘效果,一般采用内外喷雾相结合的办法,并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑,将冷却水由喷嘴喷出降尘。(2)抽出式。常用的吸尘装置是集尘器。设计掘进机时,应根据掘进机的技术条件来选集尘器。为提高除尘效果,可采
15、用两级净化除尘。由于集尘器跟随掘进机移动,风机的噪音很大,应安装消音装置。抽出式除尘装置灭尘效果好,但因设备增多,使工作面空间减小。近年来,除尘设备有向抽出式和喷雾式联合并用方向发展的趋势。1.3对上述个部分进行选用1.3.1运用黑箱法表1-1掘进机原理解Table 1-1 mechanical boring machine original understanding功能元功能元解工作机构装载机构行走机构除尘机构A纵轴式耙爪式履带式喷雾式B横轴式星轮式迈步式抽出式C螺旋式导轨式D单双环形刮板链式选两种组合第一种;a1-b2-a3-a4 第二种;b1-b2-c3-b4 第三种;a1-a2-a3
16、-a41.3.2技术经济评价表1-2掘进机技术经济评价表Table 1-2 mechanical boring machine technical economy appraisal table评价标准重要性系数方案1方案2方案3体积小0.1340.5220.2630.39加工简单0.1740.6820.3430.51寿命长0.2730.8130.8120.54强度高0.2330.6940.9220.46效率高0.2040.8030.6040.60求和1.0总技术价制造成本(元)500700650总经济价0.80.570.6151.3.3绘制强度图图1-7掘进机价值强度图Figure 1-7
17、mechanical boring machine value intensity chart把有权重总价高并且在价值强度图中位于右上角的两个方案(1、3),作为较好的方案,在借助于价值断面进行比较,比较结果方案1是最好的。1.3.4绘制断面图图1-8掘进机价值断面图Figure 1-8 mechanical boring machine value sectional drawing1.4总体参数的确定1.4.1机型大小表1-3基本机型与主要参数Table 1-3 basic types and main parameter 基本机型主要参数123掘进断面()岩石硬度(f)截割功率(kw)机
18、器重量(t)614455751625820467511025401024681101604075根据主要参数与工作条件选3型1.4.2 总体布置工作机构要求有较大短时间过载能力,油马达对冲击载荷敏感,过载能力低。影响截割头正常连续运转,所以,掘进的工作机构采用电动机为动力的机械传动形式。利用体积小、功率大、过载能力强的专用电动机,并配备可靠的电气保护装置。根据工作机构结构紧凑的特点,通常工作机构的减速器设在悬臂内,成为悬臂的组成部分。截割头调速方式一般采用配换挂轮的方法,变速机构力求简单。耙装运输机构采用齿轮油马达传动,由于尺寸小,重量轻,可使2者分别传动,从而简化传动装置,便于在铲板下布置,
19、便于设计密封效果好的机械密封或将减速器与铲板分离,同时可实现过载自动保护。履带行走机构的驱动方式有电动机驱动和油马达驱动两种方式。分别通过机械减速装置或直接由马达带动履带的主动链轮运转。机械传动的履带行走机构,一般是将电动机装于两条履带减速器后部,制动装置采用机械液压制动方式。可靠性高,但不能调速,减速箱体积较大采用4级电机,巷道淋水大时,电动机易受潮烧坏。履带行走机构采用液压传动形式,系统简单、性能教好、技术先进。液压传动的行走机构中,在液压马达形式选择及调速方式设计方面,有不同方案。行走机构的调速方式有两种,一是采用变量泵另一种是采用分流或并流的调速方案,在机器快速调动时,停止想装载马达供
20、油,只向行走马达供油,使掘进机具有良好的行走速度。1.4.3掘进机的通过性掘进机的通过性是指机器通过弯道、各种底板和障碍物的能力历史掘进机的使用性能之一。机器高度越低越好,但由于离地最小间隙和龙门高度的要求,机器不能太低,小断面在1.7m以下,大断面在2m以下。长度在8m左右,机器宽度与巷道宽度相适应。机器两侧距离巷道两壁保持适应距离,以便人员通过和材料的运输。掘进机械的通用性离地最小间隙取200mm.可通过巷道最小半径控制在6-10m.适应底版比压p=100-130Kpa,掘进机稳定性分析与计算稳定性是指在规定的方向行走和工作的时候不发生翻到或测滑的能力。静态稳定性是指机器在行走和截割两种状
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