EBJ-160重型掘进机截割机构行星减速器的设计.pdf

设计计算文章编号 10032079419991020001203 EBJ2160重型掘进机截割机构行星减速器的设计 030006 煤科总院太原分院 潘玮 摘要论述了重型掘进机截割机构行星减速器的工况特点,并介绍了针对其 工况特点进行的结构设计。 关键词重型掘进机;截割机构;行星减速器;设计 中图号TD42115;TH132146 文献标识码 A 近年,在我国煤矿中,薄煤层回采巷道需 要开掘围岩,中厚煤层回采巷道随着单工作 面产量的迅速提高,也需通过开掘围岩来加 大巷道断面,以保证设备运输等方面的要求。 因此,在 “八五” 计划中, EBJ2160重型掘进机 的研究成为国家重点攻关项目。 本文仅就EBJ2160重型掘进机截割部 中行星减速器的研究设计进行重点论述。 1 工况特点及要求 111 低速重载小体积 由于国内外掘进机均向着重型化方向发 展,其截割机构传递的功率相应地也越来越 大,但是截割机构外形尺寸却没有随功率的 增加而成比例地增加。特别是一般掘进机因 其工作特点所致,截割臂的外形多设计呈宝 塔状,即越靠近截割头动力输出端,其外形 尺寸越小。因此,处于截割臂前端的传动,在 设计上因尺寸问题而受到极大的限制。 112 冲击负荷大 掘进机是通过截割头完成截割煤岩的, 因破碎机理所致,当截割煤岩时,煤岩的反作 用力使截割头承受着强大的截割阻力和冲击 负荷,由于截割机构的传动为刚性传动,势必 使截割阻力和冲击负荷毫无保留地传递至齿 轮、 轴、 轴承等传动件上。 113 载荷变化大 截割时,由于受被截割物料软硬不匀,牵 引速度和截割深度的影响,载荷始终处于大 幅度波动之中,而其载荷又不易被测定,因此 掘进机尚无准确的载荷谱供设计参考。 114 高可靠性 我国越来越重视掘进设备的可靠性,相 应地制定了一套试验检测标准和规范。如新 设计掘进机的减速器必须进行性能试验和耐 久性试验,截割减速器的耐久性试验为连续 满载运行1 000 h。 2 传动类型的确定 由于行星齿轮传动具有多分流传动、低 压力啮合、作用力平衡和运行多变性等一系 列特点,所以在同等工作条件下与定轴齿轮 传动相比,行星齿轮传动具有外廓尺寸小、 重 量轻、传动效率高、工作可靠和同轴传动等 许多突出优点,因此国内外大多数掘进机的 截割机构传动系统均采用行星齿轮传动,以 期在提高承载能力、 效率和可靠性的同时,尽 可能地减轻重量、缩小外廓尺寸、降低制造 成本。 同样, EBJ2160重型掘进机截割机构根 据其工况特点及外形尺寸等限制条件,在其 传动系统中也采用了行星齿轮传动见图 1 。 图1 EBJ2160重型掘进机截割传动系统 11999年第10期 煤 矿 机 械 3 行星减速器的设计 311 主要参数 行星减速器主要技术参数 传递功率kW160 输出转速rm in- 133 输出扭矩kNm41 传动比i2217 传动类型2级N GW行星传动 行星轮数 个3 3 312 结构设计 EBJ2160重型掘进机截割行星减速器 见图2,结构简单紧凑,在满足各项技术指 标的同时,外廓尺寸达到最小化。 在结构设计 上,进行了下面几个方面的改进。 图2 EBJ2160重型掘进机截割行星减速器 31211 壳体齿圈一体化 将行星减速器的外壳与两级行星传动的 内齿圈设计成一体。这一改进在某种程度上 增加了加工难度,但它可带来许多好处 1 能大大缩小减速器外形尺寸,减轻行星减速 器的重量。对位于截割臂前端的行星减速器 来说,减轻重量是很有意义的,可使截割臂重 心位置后移 ; 2 简化了减速器的结构,大大 地减少了构件的数量,提高了传动精度和系 统可靠性 ; 3 构件的减少,相应地降低行星 减速器制造成本。 31212 行星齿轮轴承采用短圆柱滚子 由于尺寸问题,行星齿轮的直径受到极 大的限制,这使行星齿轮轴承的选择成为减 速器设计中最主要的难题。因此在设计中采 用了国外解决重载、 小尺寸行星轮轴承的结 构,即行星齿轮内孔充当轴承外圈滚道,而行 星轴表面充当轴承内圈滚道,在内外滚道间 充填短圆柱滚子。 为提高其使用寿命,保证减 速器的可靠性,除精心设计计算外,短圆柱滚 子选用瑞典SKF产品。 31213 轴向联接采用渐开线花键 采用渐开线花键直接联接,轴向尺寸可 大幅度缩小,为了获得较好的浮动效果,除采 用双浮动结构及合理的精度设计外,还加大 了渐开线花键的配合间隙。 313 设计计算 根据掘进机的工况,针对该行星减速器 齿轮的低速、 重载、 强冲击以及载荷波动大、 不确定等特点,在用GB3480 83 渐开线圆 柱齿轮承载能力计算方法进行设计计算中, 将工况系数KA及接触强度计算的寿命系数 ZN和弯曲强度计算的寿命系数YN做了必要 的修正,并对齿轮进行齿顶修缘、 齿根圆角处 理等。 根据修正后的计算方法,在计算机上进 行了优化设计。 314 材料的选择及热处理 经对我国齿轮用钢分析,根据齿轮实际 工况及工作应力需要,选择了20Cr2N i4A渗 碳镍铬钢来制造行星减速器太阳轮和行星齿 轮,该材料淬透性好、 强度高及冲击韧性高。 对太阳轮及行星齿轮轮齿表面进行渗碳 处理,在尽量增加渗碳层厚度的同时,严格控 制渗碳浓度,并要求在齿面淬火硬度达到 HRC58～62的同时,保证轮齿芯部硬度。 为 了提高齿根的硬度及强化齿根表面,对齿根 和齿底进行喷丸处理,增加齿轮的抗弯强度。 315 精度控制 由于行星减速器中太阳轮要同时与3个 行星齿轮啮合,因此必须达到合适的精度才 能保证齿轮传递运动的准确性和平稳性。 在 设计中,齿轮齿面在渗碳淬火处理后,采用磨 齿来提高精度,使齿轮精度等级达到6级,行 星架轴承孔的加工要求在加工中心上一次装 卡完成,以减小孔的位置度误差。 2 煤 矿 机 械 1999年第10期 文章编号 10032079419991020003203 悬臂式掘进机截割回路主要液压参数的确定 030006 煤科总院太原分院 王喜胜 摘要对悬臂式掘进机工作机构进行了受力分析,找出压力 牵引力、 流量 牵引速度这两对参数的对应关系,为确定系统压力、 流量提供了依据。 关键词截割回路;压力;流量;力矩 中图号TD42115;TH13711 文献标识码 A 0 前言 悬臂式掘进机截割回路是液压系统中主 要工作回路,由动力源、 多路换向阀、 升降油 缸、 回转油缸和推进油缸组成。 该回路中,回 转油缸是主要工作元件,其压力和流量参数 取决于截割头的牵引力和牵引速度,本文从 悬臂式掘进机工作机构的受力分析入手,找 出压力 牵引力、 流量 牵引速度这两对 参数的关系,并对其进行分析。 1 截割机构受力分析 截割机构由机架、 回转台、 悬臂、 截割头、 工作油缸等组成见图1,数学模型如图2所 示。 机构在工作时,被截割煤壁对截割头的 反力为负载阻力,而悬臂对截割头产生的力 为牵引力,此时,截割头的线速度为牵引速 度,牵引力和牵引速度由回转台上的2个双 作用油缸提供,在回转盘上,工作机构此时的 受力包括驱动力矩M,摩擦力矩MΛ,惯性力 矩M1和负载力矩Ml,由力矩平衡原理得出 回转盘力矩平衡方程 MMlMΛM11 图1 截割机构示意图 11 截割头 2悬臂 31回转盘 41回转油缸 51回转台 4 结论 1EBJ2160重型掘进机截割减速器在 试验室中顺利通过了连续满载运转1 000 h 的耐久性试验及其他有关试验。 2EBJ2160重型掘进机在大同矿务局 的工业性试验中,共掘进半煤岩巷道1 183 m ,截割岩石硬度为109～132M Pa,大大高 于截割硬度为80 M Pa的设计硬度,截割机 构行星减速器从未发生过损坏事故。 在以后 的大修拆检中,其齿轮、 轴、 轴承均完好无损, 未发现任何失效现象,经受住比预想更为恶 劣工况下的考验。 3EBJ2160重型掘进机于1997年7 月 通过技术鉴定,并于1998年获原煤炭部科技 进步一等奖, 1999年获国家科技进步二等 奖。 作者简介潘玮, 1953年生,高级工程师, 1979年毕业 于山西矿业学院机制系,长期从事掘进机、 连续采煤机研究 设计工作,参加完成国家和部级科研项目十余项,发表学术 论文多篇。 收稿日期 1999208216 31999年第10期 煤 矿 机 械