懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計

本科畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目：懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計院系名稱：龍煤學(xué)院專業(yè)班級：龍機(jī)電20—1班姓名：張宏佳學(xué)號：2020021518指導(dǎo)教師：林海鵬王宏波職稱：年月日本科畢業(yè)設(shè)計緒論第一部分調(diào)研報告1.1畢業(yè)設(shè)計背景畢業(yè)設(shè)計題目：懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計隨著科技的快速發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)的市場需求量呈現(xiàn)持續(xù)上升態(tài)勢。[1]本畢業(yè)設(shè)計題目涉及到掘進(jìn)機(jī)行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計,掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)作為整個機(jī)器的支撐座,用來支撐掘進(jìn)機(jī)的自重,承受著截割臂在截割作業(yè)中所產(chǎn)生的傾覆力矩，反力以及動載荷，并完成掘進(jìn)機(jī)在切割、裝運(yùn)、爬坡及牽引轉(zhuǎn)載時的移動。最早的懸臂掘進(jìn)機(jī)誕生于20世紀(jì)初，它通常采用的是軌道行走方式，即通過安裝在掘進(jìn)機(jī)底部的兩條平行軌道來實(shí)現(xiàn)行走。這種方式雖然簡單，但在實(shí)際使用中存在許多問題，例如不能爬坡、不能跨越障礙物等。[2]20世紀(jì)中后期，我國引進(jìn)了日本三井三池S100掘進(jìn)機(jī)，并研究其技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。[3]此后，經(jīng)過多年的自主創(chuàng)新，我國研發(fā)了多代具有自主知識產(chǎn)權(quán)的掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品。在研發(fā)過程中，最主要的突破是履帶行走技術(shù)的出現(xiàn)。這種技術(shù)允許掘進(jìn)機(jī)在任何地形條件下都能穩(wěn)定地行走，而且可以輕松跨越各種障礙物。此外，液壓馬達(dá)驅(qū)動技術(shù)的出現(xiàn)也是一個重要的突破。這種技術(shù)使得掘進(jìn)機(jī)的行走部可以通過液壓馬達(dá)驅(qū)動，從而實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向，進(jìn)一步提高了掘進(jìn)機(jī)的機(jī)動性和靈活性。在今天，現(xiàn)代化的掘進(jìn)機(jī)行走部還配備有自動調(diào)平系統(tǒng)，可以在掘進(jìn)過程中自動調(diào)整機(jī)身平衡，確保掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行。綜上所述，懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部在礦山的采掘工程中發(fā)揮著重要作用，并且在未來的發(fā)展中還有很大的提升空間。1.2綜述目前，大多數(shù)掘進(jìn)機(jī)都采用了履帶式行走機(jī)構(gòu)，這使得機(jī)器的移動更為靈活，便于轉(zhuǎn)彎和爬坡，對復(fù)雜的地質(zhì)條件有著較強(qiáng)的適應(yīng)性。履帶式行走機(jī)構(gòu)代替了先前的軌道行走方式，消除了不能爬坡和越過障礙物的弊端。履帶通常由多個金屬鏈節(jié)組成，鏈節(jié)上有齒狀凸起，可以嵌入地面，增加牽引力。以下是履帶式行走部的組成及工作原理：1.驅(qū)動輪：履帶式行走部的前端通常裝有一對驅(qū)動輪，這些驅(qū)動輪負(fù)責(zé)提供動力，使履帶能夠向前或向后移動。驅(qū)動輪通過液壓馬達(dá)或電機(jī)驅(qū)動，液壓馬達(dá)或電機(jī)將電能或液能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。2.履帶：履帶由多個金屬鏈節(jié)組成，鏈節(jié)上有齒狀凸起，可以嵌入地面，增加牽引力。履帶在驅(qū)動輪的推動下繞過驅(qū)動輪、托輪和張緊輪。3.托輪：位于履帶兩側(cè)，用于支撐履帶并保持其正確位置。托輪不參與驅(qū)動，但它們確保履帶平穩(wěn)運(yùn)行，減少摩擦。4.張緊輪：位于履帶尾部，其作用是維持履帶的適當(dāng)張緊度。如果履帶過松，會導(dǎo)致打滑；過緊則會增加履帶和驅(qū)動輪的磨損。5.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：掘進(jìn)機(jī)履帶行走部通常配備有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，允許機(jī)器進(jìn)行左右轉(zhuǎn)向。這通常通過改變驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，使得一側(cè)的履帶比另一側(cè)快，從而使掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)向。6.液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)是履帶式行走部的關(guān)鍵組成部分，它控制驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。液壓泵將液壓油壓送至液壓馬達(dá)或液壓缸，液壓馬達(dá)或液壓缸再將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動履帶運(yùn)動。7.控制系統(tǒng)：操作員通過控制系統(tǒng)來操縱掘進(jìn)機(jī)的行走部分?，F(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)可采用電子控制系統(tǒng)，如PLC（可編程邏輯控制器）或計算機(jī)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)更精確的操作和控制。整個工作過程中，掘進(jìn)機(jī)的行走部需要承受巨大的地面壓力和復(fù)雜地形帶來的挑戰(zhàn)，因此設(shè)計時會考慮到耐用性、可靠性以及對不同地面條件的適應(yīng)性。通過上述機(jī)制的協(xié)同工作，掘進(jìn)機(jī)能夠在各種地下工程中高效、穩(wěn)定地進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。國際上懸臂式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出創(chuàng)新驅(qū)動的態(tài)勢。Sandvik是瑞典的一家知名工程機(jī)械制造商，MR350是其生產(chǎn)的一款多功能隧道掘進(jìn)機(jī)，具備高效的行走機(jī)構(gòu)和強(qiáng)大的切割能力，適用于各種土壤條件。Wirtgen

Group(維特根集團(tuán))WR系列懸臂式掘進(jìn)機(jī)：Wirtgen集團(tuán)是道路建設(shè)設(shè)備的領(lǐng)先制造商，其WR系列懸臂式掘進(jìn)機(jī)在地下巖石開挖和隧道建設(shè)中表現(xiàn)出色，設(shè)備的行走部分設(shè)計用于適應(yīng)各種復(fù)雜地形。這些懸臂式掘進(jìn)機(jī)的行走部通常采用了先進(jìn)的液壓系統(tǒng)，提供穩(wěn)定的驅(qū)動力和平穩(wěn)的行駛性能。同時，這些設(shè)備還配備了現(xiàn)代化的電子監(jiān)控系統(tǒng)，確保操作的安全性和精確性。通過不斷的技術(shù)革新和優(yōu)化設(shè)計，這些制造商能夠提供滿足不同工程需求的懸臂式掘進(jìn)機(jī)，從而在全球范圍內(nèi)贏得了良好的市場聲譽(yù)。1.3結(jié)論現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)行走部雖主要采取履帶式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但仍然存在一些問題，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)的工作條件較為惡劣時，履帶式行走部可能會受到嚴(yán)重的損壞或磨損，履帶鏈條容易發(fā)生斷裂，維修的成本也會變多。在崎嶇不平的地面時，履帶式行走部產(chǎn)生偏移，會降低工作效率。此外，履帶式結(jié)構(gòu)的行走部也會增加功耗，運(yùn)營成本也會隨之增加。[4]希望通過優(yōu)化設(shè)計，能夠提高掘進(jìn)機(jī)行走部的性能，使其更加穩(wěn)定，延長設(shè)備的使用壽命。所以，懸臂掘進(jìn)機(jī)的行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義也正在于此。第二部分可行性論證報告2.1設(shè)計目的掘進(jìn)機(jī)在煤炭開采和巷道掘進(jìn)方面具有重要作用。行走機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)一的個非常重要的部件,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(兩條履帶分別由各自的動力來驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向)等各種運(yùn)動，同時又是整臺掘進(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，因此掘進(jìn)機(jī)行走部的研究設(shè)計對于掘進(jìn)機(jī)的研究有著很大的意義，對掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展有著重要影響。采用履帶行走機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備，動力裝置內(nèi)置式，履帶架結(jié)構(gòu)受內(nèi)置動力元件制約，外形幾何形狀較大，隨著動力的增大，外形尺寸也隨之增大。動力裝置內(nèi)置式，履帶板寬度可按實(shí)際需要設(shè)計,不受履帶架及動力裝置的約束。[5]動力裝置外置式，側(cè)掛在與機(jī)架連接的一側(cè)，動力側(cè)掛鏈輪設(shè)計不受動力元件約束，履帶行走機(jī)構(gòu).外形尺寸可相對較小，適宜施工場地相對低矮狹小的煤礦井下作業(yè)。要求完成懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的行走功能。設(shè)計參數(shù)為：機(jī)重小于45t，行走速度在0～6.6m/min之間，兩履帶中心距不超過2800mm，行走部接地長度為440cm,行走部接地寬度為59.5cm。2.2方案論證懸臂掘進(jìn)機(jī)行走部結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為三部分，傳動部分、支重部分和張緊裝置，以下是對每部分設(shè)計的方案論證。2.1.1傳動方案方案一：圓柱齒輪串聯(lián)行星齒輪減速器傳動如圖2-1所示，液壓馬達(dá)1依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn),液壓馬達(dá)通過與其聯(lián)接的減速機(jī)構(gòu)2減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)和鏈輪3做成一個整體，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動帶動鏈輪旋轉(zhuǎn)。1-液壓馬達(dá)2-減速機(jī)構(gòu)3-鏈輪圖2-1方案一簡圖方案二：圓柱齒輪減速器傳動如圖2-2所示，液壓馬達(dá)1依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn),液壓馬達(dá)通過與其聯(lián)接的減速機(jī)構(gòu)2減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)和鏈輪3做成一個整體，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動帶動鏈輪旋轉(zhuǎn)。1-液壓馬達(dá)2-減速機(jī)構(gòu)3-鏈輪圖2-2方案二簡圖2.1.2支重部方案論證方案一：摩擦板式支重結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，驅(qū)動輪2通過輪齒3與履帶鏈1相嚙合，摩擦板5焊接在履帶架上，從而起到保護(hù)履帶架的作用。1-履帶鏈2-驅(qū)動輪3-輪齒4-履帶架5-摩擦板圖2-1摩擦板式結(jié)構(gòu)簡圖方案二：支重輪式結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，驅(qū)動輪2通過輪齒3與履帶鏈1相嚙合，采用大小相同數(shù)量一定的支重輪4均勻分布固定在履帶架下方，掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行移動時在履帶板上滾動，與履帶板5之間產(chǎn)生滾動摩擦，從而起到保護(hù)履帶架的作用。1-履帶鏈2-驅(qū)動輪3-輪齒4-支重輪5-履帶板圖2-2支重輪式結(jié)構(gòu)簡圖2.1.3張緊裝置方案論證方案一：機(jī)械張緊裝置如圖2-3所示，該裝置由絲杠和螺母組成，是通過調(diào)節(jié)絲桿和螺母來改變導(dǎo)向輪的位置，從而達(dá)到張緊的目的。1-絲杠2-螺母圖2-3機(jī)械張緊裝置結(jié)構(gòu)簡圖方案二：液壓油缸張緊裝置如圖2-4所示，主要由液壓油缸、張緊輪托架、墊板等組成。張緊時，接通液壓油缸油路，通入壓力油推動液壓缸張緊履帶，當(dāng)張緊到履帶鏈要求的懸垂度范圍內(nèi)，安裝墊板和鎖板，再將液壓油缸中的油壓卸掉，依靠墊板承受履帶鏈的壓力，保持履帶鏈的懸垂度。[6]1-履帶鏈2-張緊輪3-插板4-液壓油缸5-行走架圖2-4液壓油缸裝置結(jié)構(gòu)簡圖在傳動方案論證中，方案一的行星齒輪減速器體積小，精度高，安裝方便，可選擇的傳動比范圍大，傳動狀態(tài)穩(wěn)定，傳動效率高，但是價格較高。方案二中的圓柱齒輪減速器構(gòu)造簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，但是體積較大，抗震效果不佳。經(jīng)比較，需選擇安裝方便，穩(wěn)定性較高的傳動部分，因此選擇方案一。在支重部方案論證中，方案一的摩擦板式支重結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，不易損壞，但是容易將履帶磨損。方案二的支重輪式結(jié)構(gòu)傳動效率高，不易將履帶磨損，但是不適合在泥濘的環(huán)境中工作。[7]經(jīng)比較，支重輪式結(jié)構(gòu)可以更好的保護(hù)履帶板，因此選擇方案二。在張緊裝置方案論證中，方案一的機(jī)械張緊裝置結(jié)構(gòu)簡單，但是張緊力的大小不易調(diào)節(jié)。方案二中的液壓張緊裝置結(jié)構(gòu)緊湊，張緊力的大小易于調(diào)節(jié)，缺點(diǎn)是需要借助液壓油來傳遞壓力。經(jīng)比較，需選擇張緊力便于調(diào)節(jié)的張緊裝置，因此選擇方案二。2.3最終設(shè)計方案通過對比，綜合考慮到井下復(fù)雜的地面形式、采掘機(jī)械的承重以及機(jī)身的耐磨程度等因素后，傳動方案選用液壓馬達(dá)驅(qū)動圓柱齒輪串聯(lián)行星齒輪減速器傳動，支重部分選用支重輪式結(jié)構(gòu)，張緊裝置選用液壓油缸張緊裝置?？傮w傳動原理如圖2-5所示，液壓馬達(dá)2依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)通過與其聯(lián)接的減速機(jī)構(gòu)得到低轉(zhuǎn)速大扭矩。液壓馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)和鏈輪做成一個整體，液壓馬達(dá)帶動驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，鏈輪的輪齒和廈帶的鏈軌銷咬合，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)、后退等動作。同時導(dǎo)向輪（張緊輪）起到導(dǎo)向作用，導(dǎo)向輪和張緊油缸對服帶的松緊進(jìn)行調(diào)節(jié)。掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)、后退時，左、右液壓馬達(dá)同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運(yùn)轉(zhuǎn)。[8]1-履帶鏈2-液壓馬達(dá)3-輪齒4-支重輪5-張緊油缸6-履帶板7-插板8-導(dǎo)向輪圖2-5總體傳動結(jié)構(gòu)簡圖2.4結(jié)論此方案對掘進(jìn)機(jī)行走部的三個重要組成部分進(jìn)行了合理的規(guī)劃設(shè)計，在傳動方案上選擇液壓馬達(dá)驅(qū)動減速器傳動，張緊裝置選擇了具有緩沖作用的液壓張緊裝置，支重部分選擇了支重輪結(jié)構(gòu)。通過合理的選擇，使各個組成部分進(jìn)行了有效的配合，提高了行走部的效率，同時也提高了掘進(jìn)機(jī)的整體掘進(jìn)效率，達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。設(shè)計計算3.1行走結(jié)構(gòu)的確定采用履帶式行走結(jié)構(gòu)，以便于掘進(jìn)機(jī)的行走部盡可能多的承受較大的機(jī)身重量。3.2行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算3.2.1履帶節(jié)距的計算根據(jù)公式式中—為機(jī)器自重，400。因此mm根據(jù)國家煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T579—1996中相關(guān)規(guī)定及節(jié)距范圍，選擇標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距為173mm的履帶。3.2.2履帶牽引力的計算每條履帶的驅(qū)動力(kN)式中——履帶滾動阻力系數(shù)，煤底板取0.08；——機(jī)器重量,400000N；——轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，煤底板取0.6；——履帶接地長度,4400mm；——機(jī)器重心的縱向偏移距離，m——履帶接地寬度，595mm。帶入公式得kN3.2.3履帶功率計算每條履帶的功率(kW)式中——工作條件惡劣補(bǔ)償系數(shù)，一般取1.2；——行走減速器效率，為0.97；——履帶傳動效率，取為0.92；——履帶行走速度6.6m/min。帶入公式得kW3.2.4接地公稱比壓式中——機(jī)器重量400000N；——行走部接地長度440cm；——行走部接地寬度59.5cm。N/cm3.2.5接地最大比壓式中——兩履帶中心距160cm；—mm—履帶縱向偏心距60cm。N/cm3.3驅(qū)動輪各主要參數(shù)的確定3.3.1驅(qū)動齒數(shù)卷繞在驅(qū)動輪上履帶板數(shù)目增加，使履帶運(yùn)動速度均勻性好，鉸鏈磨擦損失減少，使驅(qū)動輪直徑增大，引起底盤高度及重量增加。一般在12～15之間，可為整數(shù)，也可以為0.5的倍數(shù)。為增加驅(qū)動輪的使用壽命，一般，當(dāng)齒數(shù)為偶數(shù)時，驅(qū)動輪上有一半不參加嚙合，待齒面磨損嚴(yán)重后，拆下重裝，使未參加嚙合的齒開始工作，以增加使用壽命。當(dāng)齒數(shù)為奇數(shù)時，則驅(qū)動輪上各齒輪流與節(jié)銷嚙合同樣可增加使用壽命。可選取齒數(shù)為23[9]。3.3.2驅(qū)動輪節(jié)圓半徑mm，取mm3.3.3驅(qū)動輪的齒形設(shè)計按齒面形狀，驅(qū)動輪齒形可分為凸形，直線形和凹形三種。對驅(qū)動輪齒形的要求為：（1）使履帶節(jié)銷順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少接觸面的沖擊力；（2）齒面接觸應(yīng)力應(yīng)小，以減少磨損；（3）履帶節(jié)距因磨擦而增大時，履帶節(jié)銷與驅(qū)動輪齒仍能保持工作，不致脫鏈。驅(qū)動輪齒的工作面是履帶節(jié)銷和齒面接觸面的部位，為減少接觸應(yīng)力，工作面最好是凹形。當(dāng)履帶節(jié)距隨磨損而增大時，節(jié)銷將沿齒面向上爬，為保證此時仍能嚙合，輪齒應(yīng)有一定的高度。1.節(jié)圓直徑mm2.齒谷半徑mm式中——銷套直徑，為55mm。根圓直徑mm頂圓直徑mm齒谷距離mm3.3.4驅(qū)動輪強(qiáng)度計算式中——銷套直徑，為55mm?！獧C(jī)器重量，400000N；——齒寬，，與履帶槽寬一樣；——銷套直徑，55；——許用擠壓應(yīng)力，MPaMPaMPa經(jīng)過比較驅(qū)動輪能夠滿足設(shè)計要求。3.4行走機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)的選擇3.4.1輸出扭矩計算式中——每臺液壓馬達(dá)分擔(dān)的最大牽引力，450.9kN；——行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動輪直徑，656mm；——液壓馬達(dá)輸出軸至齒輪的總傳動比，柱塞初選傳動比=45；——液壓馬達(dá)輸出軸至齒輪的總傳動效率，取為0.92；——牽引機(jī)構(gòu)嚙合的效率，取為0.967。則馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩,帶入公式得N·m3.4.2液壓馬達(dá)排量計算式中——液壓馬達(dá)的有效工作壓力，MPa；——液壓馬達(dá)進(jìn)口壓力，Mpa；取MPa；——液壓馬達(dá)出口壓力，Mpa；取MPa；——液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，一般柱塞液壓馬達(dá)為，取；帶入數(shù)值得ml/r根據(jù)，，上述要求選擇XM-F1500-1型液壓馬達(dá)。查閱有關(guān)資料，XM-F1500-1型液壓馬達(dá)的技術(shù)參數(shù)如下，見表3-1。表表3-1液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)型號排量ml/r額定壓力Mpa峰值壓力Mpa額定扭矩N·m額定轉(zhuǎn)矩r/min最高轉(zhuǎn)速r/min最大功率kW重量kgXM-F1500-115002025357725032087180液壓馬達(dá)最大實(shí)際轉(zhuǎn)速r/min根據(jù)液壓馬達(dá)的實(shí)際輸出扭矩確定實(shí)際壓差MPa3.5支重輪的設(shè)計計算目前國內(nèi)外履帶工程機(jī)械支重輪結(jié)構(gòu)形式主要有直軸式和凸肩式兩種，直軸式結(jié)構(gòu)簡單，零件少，工藝性好，但承受軸向力稍差；凸肩式能承受較大的軸向力和沖擊載荷，但結(jié)構(gòu)較前者復(fù)雜。本設(shè)計采用的直軸式。由四輪一帶統(tǒng)圖可以選擇支重輪的參數(shù)如下：支重輪凸緣工作寬度mm支重輪軸長300mm，允許制造0.5mm誤差，與履帶接觸輪寬82mm，支重輪直徑180mm，支重輪個數(shù)10個，其安裝尺寸見參考資料[9]支重輪強(qiáng)度計算為減少支重輪的磨損，輪緣對履帶的接觸應(yīng)力按下式計算式中——輪緣對履帶的接觸應(yīng)力,MPa；——支重輪輪緣工作寬度，mm；——支重輪半徑，mm；——支重輪個數(shù)，10；——許用接觸應(yīng)力，MPa。MPaMPa由上述計算可以得知支重輪能夠滿足設(shè)計要求。3.6張緊裝置（1）張緊裝置主要由叉形臂，漲緊油缸，推桿，緩沖彈簧，以及其各自的支座等組成。（2）由于漲緊油缸是能過黃油噴嘴注油的，履帶的張緊程度在緩沖彈簧預(yù)緊力一定的情況下，是由缸內(nèi)黃油量決定的，這取決于機(jī)器工作前的檢查，如果履帶過緊，可以由工人依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)放出一些油，來調(diào)節(jié)履帶張緊度，因此本計算主要是對彈簧進(jìn)行計算（3）緩沖彈簧必須有一定的預(yù)壓縮量，以使履帶產(chǎn)生一定的張緊力，其作用是：前進(jìn)時不因稍受外力，即松弛而影響履帶銷和驅(qū)動輪的嚙合，倒退時能保證產(chǎn)生足夠的牽引力而保持履帶銷和驅(qū)動輪的正常嚙合。預(yù)緊力不能過大，當(dāng)履帶和各輪之間卡入堅硬的石塊時或當(dāng)前方受支較大的沖擊力時，緩沖彈簧應(yīng)能進(jìn)一步壓縮，以保護(hù)行走系各零件不致?lián)p壞。緩沖彈簧預(yù)緊力式中—機(jī)器重量400000N。取N緩沖彈簧工作行程終了時的壓縮力：取N3.7行走減速器的設(shè)計計算3.7.1行走減速器方案的確定履帶的驅(qū)動輪節(jié)圓半徑為，其計算如下式中——驅(qū)動輪齒數(shù)23；可以為整數(shù)也可以為0.5的倍數(shù)；——履帶的節(jié)距173mm；——機(jī)器自重，400kN。則驅(qū)動輪節(jié)圓半徑mm取=320mm，由此可以求出驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，同時也是行走減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速n0r/min3.7.2傳動比的分配減速器的總傳動比減速器的傳動如圖4-1：A1高速級中心輪X1高速級行星架B1高速級行星輪C1高速級內(nèi)齒輪A2低速級中心輪X2低速級行星架B2低速級行星輪C2低速級內(nèi)齒輪圖4-1行走減速器傳動系統(tǒng)圖選用兩級NGW型行星齒輪傳動與一級圓柱齒輪傳動相串聯(lián)的傳動方案。圖中X1，X2與后面所提及的H1，H2有相同的表示意義。在該傳動中，第一級是一對嚙合的圓柱齒輪，第二級與第三級是NGW型行星傳動，第二級采用中心輪與行星輪都浮動的方式，第三級采用的是中心輪固定，行星輪浮動的傳動方式。行星變速箱具有結(jié)構(gòu)剛度大，齒間負(fù)荷小，傳動比大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，在礦山機(jī)械中得到了很廣泛的應(yīng)用[10]。在整個傳動過程中，（表示油壓馬達(dá)對第一級小齒輪的傳動比），（第一級齒輪傳動的傳動比）初取，（表示圓柱大齒輪2與第二級中心輪的傳動比），（表示減速器與輸出軸的傳動比），則兩級行星傳動的總傳動比=3.7.3圓柱齒輪傳動部分的計算傳動總效率式中——油壓馬達(dá)對第一級小齒輪的傳動效率，；——8級圓柱齒輪傳動效率，；——一對滾動軸承的效率，；——NGW行星傳動效率，。傳動系統(tǒng)的運(yùn)動力學(xué)參數(shù)設(shè)計，傳動系統(tǒng)中各軸的轉(zhuǎn)速，功率以及轉(zhuǎn)矩計算如下：0軸（馬達(dá)輸出軸）87kW250r/minN·m1軸（一級圓柱齒輪減速器高速軸）r/minkWN·m2軸（一級圓柱齒輪低速軸）r/minkWN·m5軸（減速器輸出軸）kWN·m3.8一級圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算3.8.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）用直齒圓柱齒輪傳動。（2）履帶行走速度不高，液壓馬達(dá)的速度也不高，故選用8級精度。（3）材料的選擇由《機(jī)械設(shè)計》[17]可選小齒輪的材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，齒面硬度280HBS，大齒輪45＃鋼（調(diào)質(zhì)），硬度240HBS。（4）選取小齒輪齒數(shù)（為提高傳動平穩(wěn)性，減小沖擊振動，以小齒輪的齒數(shù)多一些較好），式中——小齒輪的齒數(shù)23；——一級圓柱齒輪的傳動比2。取3.8.2按齒面強(qiáng)度設(shè)計小齒輪的分度圓直徑設(shè)取的是標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪，則（區(qū)域系數(shù)）在直齒輪時取2.5。則式中：——載荷系數(shù)；——小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩；——齒寬系數(shù)；———材料彈性影響系數(shù)；——齒輪接觸疲勞強(qiáng)度。1.確定公式內(nèi)各計算數(shù)值（1）——使用系數(shù)，可取[17]；——動載系數(shù)，取[17]；——齒間載荷分配系數(shù)，可選[17]?！X向載荷系數(shù)，，試取[17]則（2）計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩N·m（3）選[14]（4）查得材料的彈性影響系數(shù)MPa[14]（5）按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞極限MPa[14]（6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)工作壽命為15年(每年按300算)兩班制，則（7）查得接觸疲勞壽命系數(shù),[17]（8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S1，則MPaMPa2.計算（1）試計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小值（2）計算圓周速度m/s（3）計算齒寬mm（4）計算齒寬與齒高比模數(shù)齒高（5）計算載荷系數(shù)查得，假設(shè)N/mm，查得[14]由m/s，8級精度，可查得[17]由，查得[17]，故載荷系數(shù)（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑：mm（7）計算模數(shù)取3.8.2根據(jù)彎曲強(qiáng)度設(shè)計彎曲強(qiáng)度設(shè)計公式為：1.確定公式中各計算數(shù)值（1）可查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為MPa[17]；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限為MPa[17]；（2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，[17]；（3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.35，則MPaMPa（4）計算載荷系數(shù)（5）查取齒形系數(shù)查得；[17]（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)查得；[17]（7）計算大小齒輪的，并加以比較顯然，大齒輪的數(shù)值較大。2.設(shè)計計算對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲強(qiáng)度計算的模數(shù)；由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，而齒根彎曲強(qiáng)度所決定的承載能僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)?？扇∮升X面接觸疲勞強(qiáng)度計算出的模數(shù)5.369，并就近取.5。按齒面接觸強(qiáng)度計算得的分度圓直徑mm，算出小齒輪齒數(shù)：，取，取。3.8.3幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（2）計算齒頂圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（3）計算齒根圓直徑：小齒輪：mm大齒輪：mm（4）計算齒寬：小齒輪：mm大齒輪：mm（5）驗(yàn)算：N/mmN/mm>100N/mm經(jīng)過比較符合設(shè)計要求。3.9行星齒輪傳動設(shè)計計算3.9.1行星齒輪傳動的概述行星齒輪傳動是一種具有動軸線的齒輪傳動，可用于減速、增速和差動裝置。它一般是由太陽輪（也稱中心輪）、內(nèi)齒圈、行星輪和行星架等組成。傳動時，內(nèi)齒圈固定，太陽輪主動，行星架上的行星輪一面繞自身的軸線轉(zhuǎn)動，同時繞太陽輪的軸線傳動，從而驅(qū)使行星架回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速。傳動過程中，行星輪的軸線是運(yùn)動的。行星齒輪傳動和普通齒輪傳動相比具有重量輕、體積小、傳動比大、效率高等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高。行星齒輪傳動不僅可做定傳動比傳動（減速器），也可發(fā)作為速度合成或分解的裝置（差速器）。其應(yīng)用日益廣泛。3.9.2行星齒輪傳動方式的選擇行星齒輪傳動的類型主要有（按齒輪嚙合方式劃分）：NGW型、WW型、NW型、NN型、N型、NGWN型及ZUWGW型。其符號意義如下：N—內(nèi)嚙合、W—外嚙合、G—公用齒輪、ZU—錐齒輪。特點(diǎn)及用途：（1）NGW型：效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、傳遞功率范圍大，可用于種工作條件，在機(jī)械傳動中應(yīng)用最廣。（2）NW型：效率高徑向尺寸比NGW型小，傳動比范圍較NGW型大，可用于各種工作條件，但由于雙聯(lián)行星齒輪同時與兩個中心輪相嚙合，制造工藝較復(fù)雜，因此在同樣能夠滿足傳動比的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇NGW型，而不用NW型。（3）WW型：傳動比范圍大，但外型尺寸及重量較大，效率低，制造困難，一般不用作動力傳動。（4）NN型：傳動比范圍大，效率雖比WW型高，但仍然較低，可用于短期工作。（5）N型：傳動比范圍較大，結(jié)構(gòu)緊湊，行星輪的中心軸承受徑向較大，適用于小功率短期工作。（6）NGWN型：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動比范圍大，但效率低于NGW型。工藝性差，適用于中小功率，短期工作。（7）雙級NGW型：由NGW串聯(lián)，傳動比范圍大，并具有NGW型特點(diǎn)。（8）ZUNGW型：主要用于差動裝置。故行星傳動部分的傳動方式被選NGW型或是兩級NGW型較為合理。因?yàn)楸驹O(shè)計的行星部分總傳動比為28.6，為求減速器結(jié)構(gòu)簡單與緊湊，選兩級NGW型傳動。3.9.3傳動比的分配用角標(biāo)表示兩級NGW行星傳動中高速級參數(shù)，用角標(biāo)表示低速級參數(shù)。設(shè)高速級與低速級的外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則，取，所以式中：——行星輪數(shù)；——齒寬系數(shù)；——載荷不均勻系數(shù)；——接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)；——動載系數(shù)；——接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)；——工作硬化系數(shù)；——計算齒輪的接觸疲勞極限。查得高速級傳動比[18]則低速級傳動比3.9.4高速級計算1.配齒計算選擇行星輪數(shù)目，取確定各齒數(shù)，按如下配齒方法進(jìn)行計算：適當(dāng)調(diào)整使則由于，查資料[18]可知此組合的齒數(shù)組合為標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)組合，采用非變位齒輪。2.按接觸強(qiáng)度計算a-c傳動的中心距和模數(shù)（1）輸入扭矩N·m設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對a-c傳動中，太陽輪傳動的扭矩N·m查得接觸使用系數(shù)[18]齒數(shù)比（2）太陽輪和行星輪的材料都用滲碳后淬火，齒面硬度HRC56～60，內(nèi)齒輪用35CrMo調(diào)質(zhì)，齒面硬度250～280HBS。（3）選取Mpa取齒寬系數(shù)[18]（4）計算中心距mm則模數(shù)取。3.計算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽輪：mm內(nèi)齒圈：

行星輪：（2）齒頂圓直徑：太陽輪：mm內(nèi)齒圈：mm行星輪：mm（3）齒根圓直徑：太陽輪：mm內(nèi)齒圈：mm行星輪：mm4.校核計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)的工作壽命15年（每年按300天算），兩班制，則可查得接觸疲勞壽命系數(shù)[17],N/mm式中——安全系數(shù)；——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，N/mm；——接觸強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)0.88；——潤滑油膜影響系數(shù)0.85；——工作硬化系數(shù)1.13；——接觸強(qiáng)度計算的尺寸系數(shù)1.0；——計算接觸應(yīng)力，N/mm；——接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取為1。經(jīng)過比較符合設(shè)計要求。由于傳動中，b-c是內(nèi)嚙合，承載能力高于內(nèi)嚙合，故不再校核。3.9.5低速級計算1.配齒計算選擇行星輪數(shù)目，取確定各齒數(shù)，按如下所述配齒方法進(jìn)行計算：適當(dāng)調(diào)整,使，則由于，由資料[18]可知此組合的齒數(shù)組合為標(biāo)準(zhǔn)齒數(shù)組合采用非變位齒輪。2.按接觸強(qiáng)度計算a-c傳動的中心距和模數(shù)（1）輸入扭矩N·m設(shè)載荷不均勻系數(shù)，在一對a-c傳動中，太陽輪傳動的扭矩N·m查得接觸使用系數(shù)[18]，齒數(shù)比（2）太陽輪和行星輪的材料都用滲碳后淬火，齒面硬度HRC56～60，內(nèi)齒輪用35CrMo調(diào)質(zhì)，齒面硬度250～280HBS。（3）選取MPa，取齒寬系數(shù)[18]（4）計算中心距mm則模數(shù)取。3.計算各輪尺寸（1）分度圓直徑：太陽輪：mm內(nèi)齒圈：mm行星輪：mm（2）齒頂圓直徑：太陽輪：mm內(nèi)齒圈：mm行星輪：mm（3）齒根圓直徑：太陽輪：內(nèi)齒圈：行星輪：4.校核計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)掘進(jìn)機(jī)的工作壽命15年（每年按300天算），兩班制，則則可查得接觸疲勞壽命系數(shù),N/mm[17]式中——安全系數(shù)；——試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，N/mm；——接觸強(qiáng)度計算的壽命系數(shù)0.88；——潤滑油膜影響系數(shù)0.85；——工作硬化系數(shù)1.13；——接觸強(qiáng)度計算的尺寸系數(shù)1；——計算接觸應(yīng)力，N/mm；——接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取為1。經(jīng)過比較符合設(shè)計要求。3.10軸的設(shè)計計算3.10.1軸的概述軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件（如齒輪、蝸桿）等，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力。按承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既能承受彎矩又能承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸，這類軸在各種機(jī)器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸以分為轉(zhuǎn)動心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。軸還可按軸的形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類。直軸根據(jù)外形的不同，可以分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，加工容易，應(yīng)力集中源少，但軸上零件不易裝配及定位；階梯軸與之正好相反。因此，光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則學(xué)用于轉(zhuǎn)軸。3.10.2軸材料的選擇以下是軸的常用材料及其應(yīng)用場合：（1）Q235-A,主要用于不重要及愛載荷不大的軸；（2）45鋼，應(yīng)用最廣泛；（3）40Cr，用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸；（4）40CrNi，用于很重要的軸；（5）38SiMnMo，用于重要的軸，性能接近于40CrNi；（6）38CrMoAlA，用于要求高耐磨性高強(qiáng)度且熱處理變形很小的軸；（7）20Cr，用于要求強(qiáng)度高及韌性均較高的軸；（8）3Cr13，用于腐蝕條件下的軸；（9）QT600-3和QT800-2，可用于制造復(fù)雜外形的軸。故軸的材料選擇為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，241～286HBS。3.10.3各軸的計算軸的直徑取[17]（1）軸2（即一級圓柱齒輪傳動的齒輪軸）mm軸肩mm則第二級行星傳動中裝太陽輪的軸mm取mm。（2）第三級行星輪傳動中裝太陽輪的軸r/minmm取mm階梯軸mm（3）第三級行星輪傳動中，輸出軸kWr/minmm取mm軸肩取mm3.10.4軸的校核由以上計算，以及傳動方案的特點(diǎn)，可以看出第三級太陽輪軸傳遞的扭矩大，軸徑小，故此處應(yīng)為危險截面。式中——太陽輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；——太陽輪節(jié)圓直徑，對標(biāo)準(zhǔn)齒輪即分度圓直徑；——嚙合角，。NNN由于此時太陽輪是浮動的，而其軸段長小于齒輪的厚度，故在彎曲方面沒有危險?？古そ孛嫦禂?shù)軸最大切應(yīng)力MPa<800MPa經(jīng)過比較符合設(shè)計要求。3.11軸承的選擇3.11.1滾動軸承類型的選擇滾動軸承類型多種多樣，選用時可考慮以下方面因素，從而進(jìn)行選擇。1.載荷的大小、方向球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動軸承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時尤為適應(yīng)宜。2.軸承工作轉(zhuǎn)速因軸承的類型不同有很大的差異。一般情況下，摩擦小、發(fā)熱量少的軸承，適于高轉(zhuǎn)速。設(shè)計時應(yīng)力求滾動軸承在低于其極限轉(zhuǎn)速的條件下工作。3.軸承的剛性軸承承受負(fù)荷時，軸承套圈和滾動體接觸處就會產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過軸承的預(yù)緊來提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設(shè)計中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。4.調(diào)心性能和安裝誤差軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時常因軸產(chǎn)生撈度和熱膨脹等原因，使軸承承受過大的載荷，引起早期的損壞。自動調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷，因而是適合此類用途的軸承。5.安裝和拆卸裝卸頻繁時，可選用分離型軸承，或選用內(nèi)圈為圓錐孔的、帶緊定套或退卸套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承。6.市場性即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場上不一定有銷售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。因而，應(yīng)清楚所用軸承是否易購得。7.摩擦力矩需要低摩擦力矩的機(jī)械，應(yīng)盡量采用球軸承，還應(yīng)避免采用接觸式密封軸承。此設(shè)計選擇6019、6020、61908GB/272-93深溝球軸承和7010C、7232CGB/T292-94角接觸球軸承。3.11.2潤滑與密封1.滾動軸承的潤滑滾動軸承的潤滑主要是為了降低摩擦阻力和減輕磨損，同時也有吸振、冷卻、防銹和密封等作用。合理的潤滑對提高軸承性能，延長軸承的使用壽命有重要意義。滾動軸承的潤滑材料有潤滑油、潤滑脂及固體潤滑劑，具體潤滑方式可根據(jù)速度因素dn值，參考表3-2，d為軸頸直徑，mm；n為工作轉(zhuǎn)速，r/min。為了充分發(fā)揮軸承的性能，要防止?jié)櫥瑒┲兄蛴偷男孤?，而且還要防止有害異物從外部侵入軸承內(nèi)，因而有必要盡可能采用完全密封。密封裝置是軸承系統(tǒng)的重要設(shè)計環(huán)節(jié)之一。設(shè)計要求應(yīng)能達(dá)到長期密封和防塵作用；摩擦和安裝誤差都要??；拆卸、裝配方便且保養(yǎng)簡單。本設(shè)計采用的潤滑方式是浸油、飛濺潤滑。2.軸承的密封密封按照其原理不同可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類。