机械5

本为掘进机截齿作用力测试实验台设计，其主要目的是研究一种实验装置，用来测量三个方向的力。本次设计的内容包括动力的传递和设计出可以实现三个方向运动的装置，实质上是实验台的结构设计。其工作原理是控制实验台的三个方向运动，再用电动机带动工作头旋转，从而带动夹持的截齿实现截割运动，模拟出在实际掘进机在工作过程中截齿的工作状态。把实际掘进机截齿复杂的运动分解成三个方向的运动，也就是说截齿实际受到来自于三个方向的力，然后用信号检测设备收集、还原、分析和检测，做进一步研究。 本次设计主要在于如何设计出一种可以检测三个方向受力的实验装置，为日常生活中的隧道挖掘、煤矿开采等施工设备，积累实验数据和必要参数，以促进这类行业的发展。 内容及要求： 掘进机属于多功能的煤矿井下重大设备，广泛应用于煤矿巷道、城市地下隧道和多种采掘工作面的掘进。截割头是掘进机直接参与截割的工作装置，是整机工作性能的综合体现，是直接决定整机工作的可靠性、经济效益和生产率。 完成主要内容及要求： 1、研究掘进机截割装置的基本结构和工作原理； 2、根据设计任务，完成总体方案论证及设计； 3、完成测试实验台的动力系统、传动系统和执行装置的设计； 4、完成一篇相关内容英文文献的翻译； 5、撰写。 进度安排： 第1~2周：收集相关资料，调研国内外研究现状，完成开题报告； 第3~4周：完成总体方案论证； 第5~12周：完成测试实验台的动力系统、传动系统和执行装置的相应图纸绘制； 第13~14周：撰写，准备答辩。 目录 摘要I 关键词I Abstract II Keywords II 1综述1 2方案设计4 2.1设计任务4 2.2任务分析4 2.2.1总体设计要求分析4 2.2.2设计思路分析5 2.3方案设计8 2.4方案选择比较9 3设计计算11 3.1电动机的选择11 3.1.1工作头电动机选择11 3.1.2三向运动电动机选择12 3.2钢板的选择13 3.3丝杠、导轨的选择13 3.3.1导轨滑块13 3.3.2滚动丝杠和丝杠螺母16 3.4主轴的选择设计18 3.5减速器的选型与设计19 3.5.1减速器的选型19 3.5.2减速器的选型校核19 4轴的校核21 4.1 Ⅰ轴的校核21 4.2 Ⅱ轴的校核22 5轴承的寿命验算28 5.1 Ⅰ轴轴承的寿命验算28 5.2 Ⅱ轴轴承寿命验算30 6键的校核32 6.1 Ⅰ轴上键的校核32 6.2 Ⅱ轴上键的校核32 7联轴器的计算与选型34 8经济技术分析37 9结束语39 10致谢40 参考文献41 附录42 截割头是掘进机直接用来破碎煤沿的部件，其形状、尺寸和其上截齿的排列方式对掘进机的工作性能有重大影响。截割头主要由截割头体、螺旋叶片和截齿座等组成。在齿座里装有截齿，叶片上焊有安装内喷雾用的喷嘴座。 截齿头部的外形轮廓有球形、球柱形、球锥形和球柱锥形四种，其中以球锥形截割头的截齿受力较为合理，因而得到了较多应用。 截齿的布置方式对截齿、截割头乃至整机受力有较大影响。纵轴式截割头的截齿均按螺旋线方式分布在头体上，螺旋线头数一般为2-3条。截距对截割效果有较大影响。较大的截距可增加单齿的磨损也随之增加，两者应该兼顾。在选择截距时，应考虑到截割头上不同部位的截齿所受的负荷不同而有所区别，应力求各截齿的负荷均匀，以减少冲击载荷和使截齿的磨损速度接近。截齿的合理布置是一个复杂的问题，应针对所截煤沿的机械性质，通过理论分析、计算机模拟、实验及实际使用经验加以合理地确定。 横轴式截割头这种截割头的头体多为厚钢板的组焊结构或螺钉连接结构，由左右对称的两个半体组成。在头体上焊有齿座和喷嘴座，在头体内开有内喷雾水道，装有配水装置。截割头体是通过胀套式联轴器同减速器的输出轴相连接，可起过载保护作用。 配置截齿是，应使每个截齿的破岩量相近，负荷均匀，力争达到最佳截割效果。经过深入分析研究，多种数学方程推算、用计算机反复模拟和修正后，可得到较为理想的横轴式截割头的外形轮廓和布齿模型。 截齿及截齿座除掘进机所采用的截齿也有扁形和锥形两种，其结构形状同于采煤机截齿。过去，纵轴式截割头均采用扁形截齿，横轴式截割头均采用锥形截齿。经过长期的实验证明，在截割硬岩时，锥形截齿的寿命比扁形截齿长，且由于锥形齿在使用中有自转磨锐性，耐冲击，所以近十年来，纵轴式截割头也较多地采用了锥形截齿。 截齿座用以安装截齿。安装锥形截齿的齿座应由两种材料用特种工艺制成，器内层材料的耐磨性要高于外层，以减少因截齿在截割过程中自动旋转而产生的磨损量，增加齿座的实用寿命。也可以采用在齿座内嵌套磨损后可以及时更换的耐磨合金套。 截割减速器的作用是将电动机的运动和动力传递到截割头。由于截割头工作时承受较大的冲击载荷，因此要求减速器有高的可靠性和较强的过载能力，其箱体作为悬臂的一部分，应有较大的刚性，连接螺栓应有可靠的放松装置，减速器最好能实现变速，以适应煤岩硬度的变化，增强机器的适应能力。 由设计任务可知，要求需要可调节，最终的目的是合理的设计出掘进机截齿三向力测试实验台。 截齿有刀型齿和镐型齿之分。本设计选择对镐型齿进行分析设计。选择的镐型齿型号为S150(如图2.1所示)，实验台可以参照龙门铣床改制，本实验台结构和运动方式和龙门铣床的十分相似。 截割实验用的煤样从露天矿采集后，用石蜡、石膏封闭，然后加工成外形尺寸为500×400×400的试块（尺寸大小不固定，相差不太大即可）。 本设计总体上可以分为四个部分：支撑部分（支架）；工作头部分；煤样夹持部分；三个方向运动部分。 支撑部分（支架）：整个实验台的骨架，相当于人身体的骨骼，承担着实验台80重量，工作头固定在支架上。龙门铣床的支架包括横梁和立柱，横梁固定在立柱上，把工作的道具安装在横梁上，以实现上下、左右运动，本省实现旋转运动。参照龙门铣床，由于本设计是实验台，考虑到经济成本和设计简洁的理念，考虑用角钢或者口型钢安装成框架的形式，用来固定工作头。