摘 要：對S100型煤巷掘進機行走部進行了分析。介紹S100型掘進機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型掘進機的行走部及履帶機構(gòu)進行了改型設(shè)計，可為有關(guān)設(shè)計和研究人員提供參考。
關(guān)鍵詞：掘進機；行走；履帶
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行走機構(gòu)是掘進機一個非常重要的部件，它擔(dān)負著掘進機的截割進給運動，以及整機的前進、后退和轉(zhuǎn)彎等各種運動，同時又是整臺掘進機的連接、支撐基礎(chǔ),其結(jié)構(gòu)的可靠性將影響整機的工作性能。目前，兗礦集團各煤礦使用著近10臺S100型掘進機，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，造成行走機構(gòu)承壓能力低、負荷重、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，因為其價格高、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掘進機行走部存在問題進行認真分析，重新設(shè)計了整個行走機構(gòu)。
1 重新設(shè)計行走機構(gòu)驅(qū)動輪
1.1? 驅(qū)動輪節(jié)圓和齒數(shù)的確定
掘進機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，機器就可以行走。掘進機驅(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，因為驅(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[2]。
根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，新設(shè)計的驅(qū)動輪的節(jié)圓直徑為501.4 mm，齒數(shù)為13個，使用材料為42CrMo，調(diào)質(zhì)處理。
1.2?驅(qū)動輪齒形的設(shè)計
履帶嚙合副的設(shè)計主要采用等節(jié)距嚙合設(shè)計理論，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，履帶嚙合副是多齒傳動，履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān)，各個齒所受的負荷較小，此時嚙合平穩(wěn)、沖擊振動小，使用壽命較長。驅(qū)動輪的設(shè)計還應(yīng)滿足以下3個基本條件：使履帶銷順利進入和退出嚙合，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)距因磨損而增大時仍能保持工作而不掉鏈。結(jié)合S100掘進機的井下實際工作情況，最終設(shè)計出的驅(qū)動輪如圖1所示。
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2? 重新設(shè)計行走機構(gòu)履帶副
2.1? 原S100型掘進機履帶傳動副情況
原S100型掘進機的履帶傳動副的履帶是一個由履帶鏈板、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，履帶鏈環(huán)的上表面實際上構(gòu)成了掘進機行走輪系的運動軌道，承受著掘進機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)及掘進機的承載力情況，設(shè)計履帶副結(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，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，采用高強度、高耐磨性的材料40CrMnMo，調(diào)質(zhì)處理。這種材料在冶煉時加入Mn元素，能有效地細化品粒，熱處理后金相組織致密、強韌性好[4]。
正確選用履帶板寬度。因為履帶板寬度每增加50 mm，履帶板的側(cè)向彎應(yīng)力約增大20％。所以在滿足機器接地比壓的要求下，應(yīng)選用最小的寬度。本文設(shè)計的履帶板寬度為410 mm，整個履帶裝配后如圖2所示。
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3?重新設(shè)計履帶架和驅(qū)動系統(tǒng)
原S100型掘進機采用高速馬達—減速器驅(qū)動，效率低，傳動副容易磨損，減速箱為行星機構(gòu)減速箱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，行走馬達故障率高，井下維修更換困難。
改型設(shè)計后，行走減速器和驅(qū)動馬達均使用德國博士力士樂產(chǎn)品。馬達為斜軸式軸向柱塞定量馬達，型號為A2FE90/61W-VAL。選用此馬達較之原來使用的齒輪馬達效率高、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)計的行走部如圖3所示。
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通過對S100型掘進機行走部的改型設(shè)計，對掘進機整機性能及可靠性的改善和提高具有一定的實際意義，可以在較小的投入下，取得較大的經(jīng)濟效益。同時，重新設(shè)計的行走部選用了進口減速器和馬達，對吸收和消化國外先進技術(shù)，縮小國產(chǎn)掘進機與國外同類設(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)實意義。
參考文獻
[1]?毛君,李申巖,王麗麗.EBZ-132SH型掘進機的行走機構(gòu)及其液壓系統(tǒng)設(shè)計[J].煤礦機械, 2007, (09) .
[2]?黃日恒.懸臂式掘進機[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.
[3]?楊國棟.掘進機常見故障及分析[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報, 2005, (S2) .
[4]?韓健，王書蒙，胡王景.S100掘進機的使用與技術(shù)[J].煤礦機械，2007，(12):147-148.
[5]?楊春海.掘進機履帶式行走機構(gòu)的研究[J].科學(xué)之友，2008，(3):1-2.