摘 要：對(duì)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(duì)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(dòng)，以及整機(jī)的前進(jìn),、后退和轉(zhuǎn)彎等各種運(yùn)動(dòng),，同時(shí)又是整臺(tái)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(tái)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(dòng)輪等長(zhǎng)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(duì)S100掘進(jìn)機(jī)行走部存在問(wèn)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(dòng)輪
1.1? 驅(qū)動(dòng)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(dòng)力大于行走阻力,，機(jī)器就可以行走。掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪的行走驅(qū)動(dòng)力矩M為
M=Ft·R
式中：Ft為牽引力,，R為驅(qū)動(dòng)輪半徑,。
從上式可以看出，行走驅(qū)動(dòng)力矩與驅(qū)動(dòng)輪半徑成正比,。驅(qū)動(dòng)輪半徑越大,，驅(qū)動(dòng)力矩就越大；驅(qū)動(dòng)輪半徑小,，驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪應(yīng)盡量縮小。但驅(qū)動(dòng)輪也不能太小,，因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪過(guò)小會(huì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng),，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(dòng)小，使用壽命較長(zhǎng),。驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)副情況
原S100型掘進(jìn)機(jī)的履帶傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)軌道，承受著掘進(jìn)機(jī)巨大的壓力和輪子對(duì)它的摩擦力,，但是由于其與輪子的接觸面太窄,，因應(yīng)力過(guò)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(dòng)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(dòng)輪直接嚙合的履帶副。驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)
原S100型掘進(jìn)機(jī)采用高速馬達(dá)—減速器驅(qū)動(dòng)，效率低,，傳動(dòng)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(dòng)馬達(dá)均使用德國(guó)博士力士樂(lè)產(chǎn)品。馬達(dá)為斜軸式軸向柱塞定量馬達(dá),，型號(hào)為A2FE90/61W-VAL,。選用此馬達(dá)較之原來(lái)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(hào)為GFT36T3-131,，輸出扭矩為36 000 N·m，傳動(dòng)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(guò)對(duì)S100型掘進(jìn)機(jī)行走部的改型設(shè)計(jì),，對(duì)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(duì)吸收和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù),，縮小國(guó)產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)與國(guó)外同類設(shè)備的差距,，提高我國(guó)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)
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