陈文举掘进机总体结构与装运结构毕业设计

'题目：姓名：河南理工大学成人教育题目姓名河南理工大学高等教育自学考试独立本科段毕业设计(论文）毕业设计（论文）题目掘进机的总体结构与装运结构助学院校：河南理工大学专业名称：机电设备与管理学生姓名：陈文举指导教师：闫巧枝河南理工大学高等教育自学考试2015年10月25日 毕业设计（论文）任务书助学院校年级专业学生姓名一、设计（论文）题目：二、设计（论文）任务与要求三、设计（论文）时间：年月日至年月日指导教师（签名）河南理工大学自学考试中心（盖章） 毕业设计（论文）评定书助学院校年级专业学生姓名一、设计（论文）题目：二、设计（论文）共页，附图张二、审阅意见及评语根据学院教学管理的有关规定，同意（不同意）该生参加毕业答辩指导教师（签名）职称工作单位 毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议助学院校年级专业学生姓名该生于年月日进行毕业设计（论文）答辩设计（论文）题目：答辩委员会：主任委员（组长）委员（成员）答辩学生向答辩委员会（小组）提交如下资料：设计（论文）说明书共页设计（论文）图纸共页 指导教师评阅意见共页根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议：一、毕业设计（论文）的总评语二、毕业设计（论文）的总评成绩：毕业设计答辩委员会主席（组长）（签名）委员（成员）（签名）年月日 摘要国外发达国家的煤炭行业经过50年的发展历程，到20世纪末期，其整体技术水平。安全生产条件和劳动生产大幅度的提高，今天的煤炭行业已无异于其他行业，成为一个高技术、高安全、高效率的产业。近几十年间，随着采煤机械化的发展大大提高了开采的强度。因此，掘进技术的多元化，掘进综合机械化将成为今后的发展趋势。现代国内外煤狂巷道的施工方法主要有钻爆掘进机和综合机械化掘进两种，综合机械化掘进机又可分为悬臂式和全断面岩巷掘进掘进技术和设备。岩巷掘进主要采用钻爆掘进技术和设备；目前国际先进水平的悬臂式掘进机已实现自动控制及离机遥控操作。 目录第1章掘进机总体设计-1-1.1使用条件-1-1.2结构设计-2-1.2.1工作机构的型式选择-2-1.2.2装载机构的型式选择-3-1.2.3输送机构的型式选择-5-1.2.4转载机构的型式选择-5-1.2.5行走机构的型式选择-5-1.2.6除尘装置的型式选择-6-1.3对上述个部分进行选用-7-1.3.1运用黑箱法-7-1.3.2技术经济评价-7-1.3.3绘制强度图-8-1.3.4绘制断面图-8-1.4总体参数的确定-9-1.4.1机型大小-9-1.4.2总体布置-9-1.4.3掘进机的通过性-10-第2章装运机构设计-11-2.1设计要求-11-2.2铲板组成-12-2.3星轮结构尺寸确定-13-2.4运输机设计-14-第3章铲板升降油缸的设计-15-3.1铲板升降液压缸类型的选择-15-3.2基本参数的确定-15-3.2.1工作负载的确定-15-3.2.2工作压力的确定-16--30- 3.2.3工作速度和速比的确定-16-3.2.4液压缸内径确定-17-3.2.5最大工作行程和最小导向长度的确定-17-3.2.6活塞宽度（B）和隔离套的选用-18-3.2.7液压缸的推力和拉力-19-3.3缸底厚度的计算-19-3.3.1缸筒壁厚-19-3.3.2缸筒壁厚的强度验算-20-3.4外径的选择-20-第4章液压缸稳定性和活塞杆强度验算-21-4.1液压缸稳定性验算-21-4.1.1活塞杆的计算简图-21-4.1.2柔度计算-21-4.1.3活塞杆强度验算-22-4.1.4液压缸连接零件的强度计算-22-4.1.5密封、导向和防尘装置的选择-24-结论-26-致谢-28-参考文献-29--30- 第1章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。-30- 图1-2巷道端面掘进机组成；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1.2结构设计1.2.1工作机构的型式选择-30- 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，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　　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。-30- 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。-30- 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。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：①作为机器的一部分；②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：①用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；②由电动卷筒驱动主动卷筒；③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。-30- (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。这种除尘方式有以下两种：①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；②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。-30- 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-----a41.3.2技术经济评价表1-2掘进机技术经济评价表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1.0-30- 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-30- 1.4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基本机型主要参数123掘进断面(㎡)岩石硬度(f)截割功率(kw)机器重量(t)6——14≤455——7516——258——204——675——11025——4010——246——8110——16040——75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，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，停止想装载马达供油，只向行走马达供油，使掘进机具有良好的行走速度。-30- 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态下的稳定性。掘进机的稳定性，是影响掘进机的有效工作的重要因素之一，在总体设计时候应基本予以平衡，而在机器的纵向和高度方向上的重心位置应分、悬臂和机身两部分分进行计算，主要是便于对悬臂处于各种不同位置和带动角度时的整机重心计算。当掘进作业时候，还应分别钻进工况和横向摆动切割工况进行纵向和横向的年扭动稳定计算。-30- 第2章装运机构设计煤矿井下巷道的快速掘进,要求掘进机具有较大的生产能力,因此,在提高掘进机截割能力的同时,其装载运输能力也必须相应提高。装载机构是掘进机的主要工作机构之一,其作用是将截割机构破落下来的煤岩收集、耙装至中间输送机。装载能力的大小取决于装载机构参数的选择,它直接决定了整机的生产能力,因此,不断改进和完善掘进机装载机构,是提高掘进机整机性能的前提。它目前多采用液压马达直接驱动星轮的方式。星轮装载机构是掘进机的重要组成部分,它设计是否正确合理,将直接影响整机的适用性、生产效率和性能可靠性,装载机构的设计要与整机相匹配。图2-1装运机构结构图2.1设计要求在总体设计开始前，至少应该掌握如下技术要求和使用条件，当作设计的主要依据。1航道的断面尺寸。它是确定最大工作尺寸和外形尺寸。2料堆状况的物理机械性能。3装载机构的技术生产率，4底版和巷道的情况，5行走方式和原动机的类型。-30- 装载机构的生产能力应大于截割机构的生产能力,这是确定装载机构技术参数的先决条件。设计时装载机构生产能力按截割机构生产能力的1.0~1.1倍考虑为宜。铲板宽度应大于履带外侧宽度,铲板能升降,且铲尖呈刀尖形状。总体参数的确定采用计算法或类比法。装载机构是通过销轴与销孔铰接于主机架上，并通过升降油缸实现装载机构的上下摆动的。装载机构通过升降油缸下摆接地后，还可以成为机体的前支点，增加机器的稳定性。2.2铲板组成铲板部是由铲板本体、侧铲板、铲板驱动装置、从动轮装置等组成。通过两个低速大扭矩液压马达直接驱动星轮，把截割下来的物料收集到第一运输机内。铲板部的两个液压马达驱动采用一个液压分流器，使两个液压马达在工作时能够获得均衡的流量，确保星轮平稳一致。铲板本体、侧铲板用M24高强度螺栓连接，铲板在油缸作用下可向上抬起，向下卧底。图2-2铲板结构1、驱动部采用低速大扭矩液压马达直接驱动；马达标配为国产马达，根据需要也可选配性能优良的进口马达。2、取消铲板减速机和中间轴装置，降低故障率。3、星轮与马达直联；使维修拆装更为方便。4、铲板镜板采用耐磨板。-30- 5、星轮爪数可根据客户要求自选三爪或六爪。2.3星轮结构尺寸确定星轮式装载机构是一种新型的装载机构,由于它采用液压马达直接驱动星轮的方式,传动简单,受力均匀,运转平稳,比蟹爪式有锥齿轮减速器机构,可靠性大大提高,因而近几年国内外掘进机和连续采煤机装载机构广泛采用星轮式装载机构。星轮结构尺寸确定、星轮转速确定及装载功率确定的方法,对进行星轮式装载机构设计可以参考借鉴,对合理设计星轮式装载机构有一定的指导意义。星轮结构如图3所示,有关尺寸确定如下:(1)星轮大径D　星轮大径的确定与铲板和驱动装置外形尺寸及星轮回转中心有关,设计时结合铲板设计综合考虑确定。图2-3星轮结构(2)星轮小径d　星轮小径的确定主要与驱动装置外形尺寸有关,设计时在满足强度要求的条件下,应尽量减小星轮小径的尺寸。(3)星轮小径高度H　星轮小径高度的确定要结合铲板和驱动装置结构尺寸及机器总体布置要求确定,并使之尽量小。(4)星轮爪子的数量M及宽度L　星轮爪子的数量目前以三爪、四爪及六爪居多。爪子数量多,结构较复杂,装载效率低,建议设计时采用三爪星轮。星轮爪子的宽度设计时,要求在满足强度的条件下,尽量减小其宽度。(5)爪子高度h　爪子高度由星轮大小径、星轮爪子的数量、星轮转速及装载机构的生产率确定。-30- (6)物料m所处星轮位置的半径r越小,要使物料顺利装入中间输送机上,所需的转速越高。但是,如果转速过高,又会造成严重的甩物料现象,从而影响装载效果。(7)物料m沿爪面的分力与物料m所处星轮位置的离心力与爪面切线的夹角α有关,星轮工作转速大于40r/min时,星轮爪面宜采用弧形面。2.4运输机设计第一运输机采用分体焊接结构，分为前溜槽和后溜槽两部份。采用双边链运输。图2-4运输机1、选用18×64煤矿通用圆环链。2、低速大扭矩双（单）液压马达驱动，减少故障点维修方便；液压马达有两种一种为国产马达、另一种为进口马达。3、可选配液压油、脂缸、丝杠张紧。4、一运全部为耐磨钢板，溜槽底板采用进口K400优质耐磨板。5、设计直溜槽，方便运料。-30- 第3章铲板升降油缸的设计3.1铲板升降液压缸类型的选择根据铲板的工作情况可知，在工作时候铲板能向下卧底和向上抬起，这就必须选择一个活塞杆能实现正反两个方向运动的液压缸。所以，选择双作用单活塞杆式液压缸可实现运动要求。3.2基本参数的确定3.2.1工作负载的确定液压缸的工作负载是指工作机构在满负荷的情况下，以一定的加速度启动时，对液压缸产生的总阻力，可如下计算：(3-1)式中，Re—工作机构的阻力及自重等对液压缸产生的作用力；Rf—工作机构满负荷起动时的静摩插力对液压缸产生的作用力；Rg—工作机构满负荷起动时的惯性力对液压缸产生的作用力；由式(1-1)计算得到的总阻力，即为液压缸的最大工作负载。因为抬起和放下铲板的速度很小这里的惯性力忽略不计，同样静摩擦力也忽略不计。所以算为了求出铲板液压缸的总阻力，首先需给出铲板的有关尺寸参数，然后对铲板进行受力分析。铲板自重W=8000N；铲板宽度B=3600mm；长度L=2300mm；物料的重力W=8000N铲板的受力如图1-1所示：利用静力学列方程(3-2)、、、、-30- =89333.33N所以R=F图3-1铲板受力分析图3.2.2工作压力的确定液压缸的工作压力是指作用在活塞杆上克服最大工作负载的液体压力。根据掘进机的实际情况，工作压力选取16MPa3.2.3工作速度和速比的确定液压缸的工作速度与供液流量和活塞杆的有效作用面积（有液压缸缸筒内径和活塞杆直径确定）有关。一般情况下，工作机构对液压缸的工作速度是有一定要求的，因此工作速度往往是已知量。即活塞杆伸出速度V1和回缩速度V2分别为：式中，Q—进液流量；—容积效率=0.96；—工作速比；-30- 液压缸的速比，通常是对双作用单活塞式液压缸而言的，它与液压缸的缸筒内径和活塞杆直径有关。速比一般不宜过大，否则无杆腔回液流速过高而形成很大的背压。但也不宜过小，否则活塞杆直径相对于缸筒内径太细，稳定性差。速比的选取可按表1-1选取，工作压力高的液压缸选用较大值（活塞杆较粗），工作压力低的则选较小值。表3-1不同工作压力推荐的速度比工作压力/MPa≤1012.5～20>20速比1.331.46；22选取工作速比=2。式中，—机械效率，橡胶密封时取=0.95P0—回油压力，当回油直接通油箱时取P0=0；3.2.4液压缸内径确定(3-3)通过计算所得的活塞杆直径，均需按GB2348—80规定的活塞杆直径尺寸系列圆整，取160mm。(3-4)d=86mm进行圆整取90mm3.2.5最大工作行程和最小导向长度的确定液压缸最大工作行程，可根据铲板动作要求所决定的液压缸最大和最小极限位置来决定。铲板水平位置时最大极限位置，铲板抬起时候得出液压缸最小极限位置，，液压缸最小极限位置。根据其差值-30- ，按GB2349—80规定的液压缸行程系列，向大圆整成标准值，即液压缸的最大工作行程。即：(3-5)查表选取液压缸的最大工作行程为125mm。液压缸的最小导向长度，是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离，如图1-2所示。若导向太小，将使液压缸因间隙引起的初始挠度增大，从而影响液压缸的稳定性。对于一般的液压缸，其最小导向长度H应满足下式要求：（3-6）式中，L—液压缸的最大工作行；D—缸筒内径；图3-2导向长度3.2.6活塞宽度（B）和隔离套的选用为了保证最小导向长度而过分地增大导向套长度和活塞杆宽度都是不适宜的，最好的办法是在导向套与活塞杆之间装一隔离套K，其长度C由所需的最小导向长度决定。采用隔离套不仅能保证最小导向长度，而且还可以扩大导向套及活塞的通用性。活塞宽度B取缸筒内径的0.6～0.8；所以B=96mm。隔离套-30- 。(3-8)3.2.7液压缸的推力和拉力根据液压缸的内径；查表选取液压缸的推力为；液压缸的拉力；3.3缸底厚度的计算3.3.1缸筒壁厚根据实际观察得知，液压缸的缸底为平型缸底如图1-5，无孔时其厚度公为：（3-9）式中：—缸筒内径；—试验压力MPa；工作压力为16MPa时，—缸底材料的许用应力MPa;缸底材料为锻钢,=100～120MPa(3-10)mm图3-3缸底厚度3.3.2缸筒壁厚的强度验算材料的许用应力计算(3-11)-30- 式中：—缸体材料的抗拉强度，缸体材料为，=980Mpa；n—安全系数.一般取n=5。根据缸筒壁厚条件来验算强度：（3-12）式中，P—系统的工作压力。由此可见，缸筒壁厚强度可以满足要求3.4外径的选择根据重型机械用标准液压缸的缸体系列（JB1068—67）查表根据缸的内径D=200查表选取缸的外径和缸筒壁厚分别为：(3-13)=160+24=184查表取整-30- 第4章液压缸稳定性和活塞杆强度验算4.1液压缸稳定性验算4.1.1活塞杆的计算简图如图1-5所示活塞杆，用45钢制成，杆径d=110mm，活塞杆伸出量为最大时液压缸的长L=730mm，E=210MPa，，确定活塞杆临界载荷。图4-1液压缸简图由图可知，当活塞靠近钢盖时，活塞杆的外伸部分最长，稳定性越差。此外，根据钢体的固定方式及其对活塞杆的约束情况，活塞杆可以近似看作是两端铰接，其长度因数为：4.1.2柔度计算根据截面的惯性半径公式（4-1）得：1.3活塞杆柔性系数=(4-2)式中，—为长度折算系数，对于两端铰接约束方式一般取1；L—为有效计算长度。-30- 因为，所以活塞杆属于粗短杆，又称为小柔度杆。实验证明，它的破坏与试稳现象无关，应按强度问题处理。4.1.3活塞杆强度验算(4-3)当时，活塞杆的验算按短行程液压的活塞杆验算，短行程液压缸的活塞杆，在工作中主要受轴向压缩（或拉伸）载荷，故可近似地按中心受压（或受拉）进行强度验算，即：（4-4）式中，—活塞杆直径；—空心活塞杆直径，对于实心活塞杆=0；F—液压缸最大推力（或拉力）；—活塞杆的压（或拉）应力；—活塞杆的许用压力，即活塞杆的强度满足强度要求。4.1.4液压缸连接零件的强度计算对于重要的液压缸，它的各部分连接零件都应进行强度计算。1)缸筒焊缝的强度计算-30- 焊缝的应力及强度条件为：（4-5）式中，F—液压缸最大推力；D—缸筒外径；—焊缝内径；—焊接效率，取；—焊缝的许用应力。即焊缝的应力强度条件满足要求。2)销轴连接计算销轴通常是双面受剪，为此其直径为：（4-6）式中，F—液压缸输出的最大推力；—销轴材料的许用应力P；此销轴所选的材料为，=35～55MP，销轴的长度L，应根据结构及耳环宽度EW来确定，一般取L=。3)、缸盖卡环连接的强度计算缸筒与缸盖为卡环连接时，卡环的剪切应力和强度条件为：（4-7）式中，P—系统的工作压力；D—缸筒直径；l—卡环厚度；-30- —卡环材料的许用剪应力。当采用45号钢调质处理时，取=1800×。即：故：卡环材料的挤压应力和强度条件为：（4-8）式中，—卡环宽度之半；—卡环许用挤压应力。对于45号钢，。即：故：4.1.5密封、导向和防尘装置的选择密封装置是液压缸和其他液压元件不可缺少的一部分，其作用是防止泄漏（包括内漏和外漏）、防止灰尘、杂质、水分等污染物从外部侵入。通常液压缸和其他液压元件及系统的工作性能、效率和可靠性都与密封装置的结构性能有关，因此，正确选择密封元件和确定合理的结构是非常重要的。对密封装置的基本要求是：在工作压力下密封效果好，且摩擦阻力和泄漏量少；在使用范围内的耐摩性、耐油性和抗腐蚀性能好，密封元件表面不易损坏且寿命长；结构简单、使用安装维修方便。1.密封装置的类型根据运动状况，密封装置分为静密封与动密封，动密封又有往复运动和旋转运动密封；而根据密封原理，密封装置分为间隙密封和接触密封两大类。⑴间隙密封-30- 间隙密封是依靠相对运动的元件间的微小间隙实现密封的，本身并没有专门的密封元件，如阀芯与阀套、柱塞与柱塞缸的平面间隙密封等。密封性能与间隙大小、压力差、配合面长度、宽度或加工精度有关。⑵接触密封在密封配合表面间加入弹性元件而实现的密封称为接触密封。这种密封效果好能在较大的压力和温度范围内可靠地工作，是使用最广泛的密封装置，常用的有O性密封圈和各种唇性密封圈以及活塞环等。2.活塞与缸筒和活塞杆间的密封装置本设计的活塞与缸筒的密封装置采用派克·汉尼汾有限公司生产的zw型密封圈和FR型导向环。zw型双作用密封圈由一个橡胶元件、两个挡圈和两个导向环组成。优点：1、导向和密封功能是由密封元件本身在极小的空间内实现的。2、适用于矿物油，HFA、HFB、和HFC抗燃液压油（最高温在60℃）中使用。3、安装简单4、简单、长度短、整体活塞安装。5、NBR密封元件的特殊几何形状使得安装时不会在沟槽中扭曲。6、FR型导向环为开口式，容易安装。耐磨性好，适用于活塞和活塞杆的导向。采用这类导向环可简化活塞和缸头的设计。优点：1、安装时可简单快速地扣紧而无需辅助工具2、使滑动面无金属接触，因而可减少金属零件的损坏。3、有减震的作用。4、与热塑性材料相比，径向负荷承载能力提高。5、在润滑不足的情况下有极好的应急工作条件。6、有精确的公差和尺寸精度。-30- 结论对某一掘进机的样机设计，我国积累了多年的设计经验，形成了一套自己的设计方法。无论国外还是国内的设计制造商，在其整个设计过程中普遍注意了以下几个方面:一是便于维护、检修，拆装方便;二是便于操作;三是必须的故障检查、诊断;四是必须保证液压系统管路和油箱的清洁度。截割机构的输出主轴和装载机构的输出立轴和中间刮板输送机底轴的密封都采用浮动密封，不仅实际使用效果好，几乎无须维护检修。减速箱中采用的滚动轴承，设计寿命与齿轮的寿命等同。掘进机的作业条件差，巷道中的空气污染严重，为保证其液压系统油液的清洁程度、对液压系统减少故障率、提高工作的可靠性是至关重要的。为满足掘进机的长距离调动，在行驶过程中不可能为液压系统及其电动机提供冷却水进行冷却，所以油箱尽可能选得大一些，电动机选用风冷式较为符合实际工况。液压管路特别是高压胶管，在敷设连接时一定要安装牢固可靠，以免由于掘进机的强烈振动将其摩擦损伤，致使胶管提早破坏甚至爆裂。便宜、质量较高的齿轮泵，工作压力应为其额定压力的0.6-0.7倍。截割部回转轴承和截割头法兰连接螺栓强度等级不应低于10.9级，精度不低于6级，锁紧力矩的预紧力应保证达到材料屈服极限的0.7倍。截割悬臂法兰联接螺拴推荐使用防松措施(不宜用防松胶)。切割中等硬度以下的煤岩，截齿的硬质合金直径不应小于19mm;而切割中硬度硬岩时，这样可以降低截齿的损耗率。截割机构的升降和摆动液压缸、掘进机稳定器液压缸，它们承受着截割过程中的截割反作用力的冲击，压力的波动峰值远远高于正常压力。所以对这几组液压缸的耐压试验应高于其他机构的液压缸，试验压力应为额定压力的2-2.5倍。要保证机器的正常工作，定期维检是最基本的。采用工矿监控技术及时发现隐患或将要发生的故障点，就会大量减少维检时间。如在压力管路上安设过建器阻塞显示装置，液压回路上设置测压点，直接测量回路的工作状况。采用油样采集点采样可对齿轮箱和液压系统中的油液状况实行定期监控.监测装置的传感器可对过滤器、压力回路的状况提供电信号，尽早进行维检。对油箱的油温油位实行遥控显示，并及时做出报普。操纵系统应具备司机位置手动操作方式和离机遥控操纵两种方式，以提高司机操作的灵活性和机动性。掘进机现代设计涵盖的范畴很广，涉及的具体内容也较多。-30- 致谢本设计在闫巧枝老师的指导和严格要求下已完成，从课题选择、方案论证到具体设计和调试，无不凝聚着李导师的心血和汗水，在四年的本科学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向导师表示深深的感谢和崇高的敬意。-30- 参考文献[1]周松林、王民、掘进机械化成套设备选型手册上煤炭工业出版社1990.9[2]李贵轩掘进机械设计阜新矿业出版社1985.2[3]煤炭工业部生产司开拓处组织编写掘进机选型手册煤炭工业出版社[4]液压传动手册[5]机械设计手册机械设计手册编委会[6]王彗液压传动东北大学出版社1996.3[7]王永岩理论力学煤炭工业出版社1995.4[8]单辉祖材料力学教程高等教育出版社1994.3[9]马壮，赵越超，孟繁盛机械工程材料湖南科学技术出版社1994.3[10]李风平，张士庆，苏猛，屈振生机械图学东北大学出版社2003.6[11]李贵轩设计方法学世界图书出版公司1985.2[12]H.Copur,L.Ozdemir,andJ.Rostami.Roadheaderapplicationsinminingandtunnelingindustries,80401-30-'