《電子技術(shù)應(yīng)用》
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S100型掘進(jìn)機(jī)行走部的改型設(shè)計(jì)

2009-10-09
作者:杜傳坤1,陳東婭2,張佃龍1

  摘 要:對S100型煤巷掘進(jìn)機(jī)行走部進(jìn)行了分析。介紹S100型掘進(jìn)機(jī)行走部的功能和組成,確定與其相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù), 并對S100型掘進(jìn)機(jī)的行走部及履帶機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改型設(shè)計(jì),可為有關(guān)設(shè)計(jì)和研究人員提供參考。
  關(guān)鍵詞:掘進(jìn)機(jī);行走;履帶

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  行走機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)一個(gè)非常重要的部件,它擔(dān)負(fù)著掘進(jìn)機(jī)的截割進(jìn)給運(yùn)動,以及整機(jī)的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎等各種運(yùn)動,同時(shí)又是整臺掘進(jìn)機(jī)的連接、支撐基礎(chǔ),其結(jié)構(gòu)的可靠性將影響整機(jī)的工作性能。目前,兗礦集團(tuán)各煤礦使用著近10臺S100型掘進(jìn)機(jī),由于煤礦井下工作條件非常惡劣,底板松軟,且經(jīng)常有較多積水,造成行走機(jī)構(gòu)承壓能力低、負(fù)荷重、沖擊大,其支重輪、漲緊輪組、驅(qū)動輪等長期處于泥水中,容易損壞[1]。特別是履帶鏈的損壞,因?yàn)槠鋬r(jià)格高、更換困難,不但加重了生產(chǎn)廠家的成本,也增加了用戶的使用成本。本文對S100掘進(jìn)機(jī)行走部存在問題進(jìn)行認(rèn)真分析,重新設(shè)計(jì)了整個(gè)行走機(jī)構(gòu)。
1 重新設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動輪
1.1? 驅(qū)動輪節(jié)圓和齒數(shù)的確定

  掘進(jìn)機(jī)在相同的道路上以同一速度行走,其行走阻力是一樣的,只要驅(qū)動力大于行走阻力,機(jī)器就可以行走。掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動輪的行走驅(qū)動力矩M為
  M=Ft·R
  式中:Ft為牽引力,R為驅(qū)動輪半徑。
  從上式可以看出,行走驅(qū)動力矩與驅(qū)動輪半徑成正比。驅(qū)動輪半徑越大,驅(qū)動力矩就越大;驅(qū)動輪半徑小,驅(qū)動力矩也變小。所以,從提高減速器的可靠性、減少減速器受力考慮,驅(qū)動輪應(yīng)盡量縮小。但驅(qū)動輪也不能太小,因?yàn)轵?qū)動輪過小會使履帶的彎曲撓性應(yīng)力增大,彎曲直徑越小,應(yīng)力越大,且履帶運(yùn)動速度的不平穩(wěn)性增大,加大沖擊,從而影響履帶壽命。因此,驅(qū)動輪的齒數(shù)一般不宜少于7個(gè)[2]。
  根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn),新設(shè)計(jì)的驅(qū)動輪的節(jié)圓直徑為501.4 mm,齒數(shù)為13個(gè),使用材料為42CrMo,調(diào)質(zhì)處理。
1.2?驅(qū)動輪齒形的設(shè)計(jì)
  履帶嚙合副的設(shè)計(jì)主要采用等節(jié)距嚙合設(shè)計(jì)理論,等節(jié)距是指履帶節(jié)距與鏈輪節(jié)距相等。在等節(jié)距嚙合時(shí),履帶嚙合副是多齒傳動,履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān),各個(gè)齒所受的負(fù)荷較小,此時(shí)嚙合平穩(wěn)、沖擊振動小,使用壽命較長。驅(qū)動輪的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足以下3個(gè)基本條件:使履帶銷順利進(jìn)入和退出嚙合,減少接觸面的沖擊;使齒面接觸應(yīng)力滿足要求,減小磨損;使履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)仍能保持工作而不掉鏈。結(jié)合S100掘進(jìn)機(jī)的井下實(shí)際工作情況,最終設(shè)計(jì)出的驅(qū)動輪如圖1所示。

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2? 重新設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)履帶副
2.1? 原S100型掘進(jìn)機(jī)履帶傳動副情況
  原S100型掘進(jìn)機(jī)的履帶傳動副的履帶是一個(gè)由履帶鏈板、履帶鏈環(huán)、連接銷、連接套筒等部件組成的組合式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)復(fù)雜。行走動作時(shí),履帶鏈環(huán)的上表面實(shí)際上構(gòu)成了掘進(jìn)機(jī)行走輪系的運(yùn)動軌道,承受著掘進(jìn)機(jī)巨大的壓力和輪子對它的摩擦力,但是由于其與輪子的接觸面太窄,因應(yīng)力過大而易磨損,造成履帶鏈環(huán)強(qiáng)度的急劇下降,使履帶鏈環(huán)斷裂,且損壞后在井下惡劣條件下不宜更換[3]。
2.2? 新設(shè)計(jì)鏈板銷軸連接式履帶副
  根據(jù)驅(qū)動輪的參數(shù)(節(jié)圓直徑501.4 mm,節(jié)距為120 mm)及掘進(jìn)機(jī)的承載力情況,設(shè)計(jì)履帶副結(jié)構(gòu),采用履帶鏈板與驅(qū)動輪直接嚙合的履帶副。驅(qū)動輪齒直接與履帶鏈窩嚙合,由履帶板直接受力,銷軸只起連接作用,這就使履帶所承受的彎曲應(yīng)力大大降低,嚙合更加平穩(wěn)、可靠。同時(shí),這種結(jié)構(gòu)簡單,拆裝方便,完全適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境。
  材料選擇上,采用高強(qiáng)度、高耐磨性的材料40CrMnMo,調(diào)質(zhì)處理。這種材料在冶煉時(shí)加入Mn元素,能有效地細(xì)化品粒,熱處理后金相組織致密、強(qiáng)韌性好[4]。
  正確選用履帶板寬度。因?yàn)槁膸О鍖挾让吭黾?0 mm,履帶板的側(cè)向彎應(yīng)力約增大20%。所以在滿足機(jī)器接地比壓的要求下,應(yīng)選用最小的寬度。本文設(shè)計(jì)的履帶板寬度為410 mm,整個(gè)履帶裝配后如圖2所示。

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3?重新設(shè)計(jì)履帶架和驅(qū)動系統(tǒng)
  原S100型掘進(jìn)機(jī)采用高速馬達(dá)—減速器驅(qū)動,效率低,傳動副容易磨損,減速箱為行星機(jī)構(gòu)減速箱,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積龐大,行走馬達(dá)故障率高,井下維修更換困難。
  改型設(shè)計(jì)后,行走減速器和驅(qū)動馬達(dá)均使用德國博士力士樂產(chǎn)品。馬達(dá)為斜軸式軸向柱塞定量馬達(dá),型號為A2FE90/61W-VAL。選用此馬達(dá)較之原來使用的齒輪馬達(dá)效率高、體積小、性能穩(wěn)定。選用的減速箱型號為GFT36T3-131,輸出扭矩為36 000 N·m,傳動比為131,結(jié)構(gòu)緊湊,有極好的承載能力和高可靠性,且噪音低,安裝方便[5]。
  重新設(shè)計(jì)的行走部如圖3所示。

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  通過對S100型掘進(jìn)機(jī)行走部的改型設(shè)計(jì),對掘進(jìn)機(jī)整機(jī)性能及可靠性的改善和提高具有一定的實(shí)際意義,可以在較小的投入下,取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),重新設(shè)計(jì)的行走部選用了進(jìn)口減速器和馬達(dá),對吸收和消化國外先進(jìn)技術(shù),縮小國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)與國外同類設(shè)備的差距,提高我國的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。


參考文獻(xiàn)
[1]?毛君,李申巖,王麗麗.EBZ-132SH型掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械, 2007, (09) .
[2]?黃日恒.懸臂式掘進(jìn)機(jī)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1996.
[3]?楊國棟.掘進(jìn)機(jī)常見故障及分析[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, (S2) .
[4]?韓健,王書蒙,胡王景.S100掘進(jìn)機(jī)的使用與技術(shù)[J].煤礦機(jī)械,2007,(12):147-148.
[5]?楊春海.掘進(jìn)機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)的研究[J].科學(xué)之友,2008,(3):1-2.

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