掘进机行走减速机改进设计研究
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再大型的机器都是由很多的部件组成的,每一个部件的设计与制造都对这个部件的寿命起着重要的作用,而掘进机也不例外,有的掘进机需要用到齿轮减速机,有的需要用到蜗轮减速机。它的主要部件有减速器、液压马达、张紧装置、导向轮、支重轮、履带架、履带链等部件组成,是掘进机核心的部件之一,对主机作业的行走和调动起着主导作用,以及对主机的灵活性也有着较大的影响。部件的设计只是影响其影响因素之一,而整个系统的设计才是至关重要的。为此,作者结合实际情况,针对减速器普遍存在的体积、重量、传动比小,机械效率过低的问题,对掘进机行走减速机的设计原理进行探讨,并给出典型掘进机改进设计的方案。
1、工作原理
行走减速器的工作原理:通过高压泵、低压泵分别对左、右侧两侧的行走马达进行补油,以此来带动左侧行走减速机转动,同时,通过履带链条驱动右侧行走减速机转动。利用整流调压比例阀组,对右侧行走马达出口的流量进行调节,实现改变右侧马达出口的压力,以此来增加工作阻力,实现对左侧马达甚至左侧行走减速器增加负载,达到减速的目的。
2、存在的问题
国内行走减速器主要存在以下主要问题:结构复杂,造成加工难度大,要先安装后拆下,检修时,导致安装、检修不方便;由于采用的是为线接触的蜗轮蜗杆作传动工件,因此,蜗轮齿面就是蜗杆齿面的包络面,使得形成平面二次包络环面蜗杆传动的蜗轮齿面,变得更加复杂。由于使用中严格要求蜗轮中心平面的调整,以及蜗杆轴向位移存在着对承载能力的影响较敏感的问题,因此,往往易造成蜗轮副在较短时间内就发生失效。此为,实践证明该系统的传动效率偏低。
掘进机在掘进巷道的过程中,由于掘进机前后左右的摆动,容易造成固定行走减速器的联接螺孔及螺钉发生损坏,以及固定行走减速器螺钉的螺纹扣发生损坏失效或者被剪断。联接板被的压溃断裂,以及其螺纹孔发生损坏失效,甚至有的螺孔被拉长变成椭圆形。
3、改进及特点
针对掘进机的使用工况,以及行走机构的使用特点等,首先,按照渐开线圆柱齿轮承载能力的计算方法,对相关数据进行计算,先对每一级的直齿传动及行星传动进行合理达到的逐级配齿;然后,对每一级齿轮进行适当的变位,以及其接触强度和弯曲强度进行计算;最后,对每级传动轴进行受力分析和强度计算,使其均保持在合理的安全系数之内。通过对其余各部件进行强度校核并进行修改,都保证在要求范围之内。改进方法及特点如下:
3.1 材料的选择
根据齿轮的使用工况以及对应力的需要,选用35CrMo20CrNi3渗碳钢作为制造齿轮的材料。该材料在渗碳淬火后具良好的耐磨性、抗弯强度,以及高低温冲击韧性。
3.2 减速器的改进
减速器的液压马达的动力,通过轴套传递给减速器的输入轴,经三级直齿和行星齿轮传动到行星齿轮的传动系杆,并由传动系杆输出带动链轮运转,从而使行走机构驱动履带运动,使掘进机行走。
采用太阳轮浮动的均载机构,进行行星齿轮传动,提高了承载能力,增大了传动比,增强了运转平稳可靠性,具有结构紧凑、制造简单、均载效果好等优点。在行走减速器箱壳和链轮之间,增加由橡胶和迷宫油封组合而成的密封装置,阻止了煤尘污物进入减速器内。
3.3 行走制动的改进
为了解决掘进机行走制动的问题,在减速器的输入端增设摩擦制动器,通过利用液压系统控制摩擦制动器的开合,实现制动的解除、开启。只有当摩擦制动器完全被打开时,制动才能被解除,使马达启动工作,实现掘进机的行走。当马达运转停止时,尤其,当掘进机在具有坡度底板的情况下工作时,开启制动,从而防止机器下滑。
3.4 马达的改进
由于要求行走减速器体积要小,传递扭矩则要大,为了增大减速器能够承载的径向负荷,保证减速器可靠工作,经过精心计算、设计,除Ⅳ轴选用单列向心球轴承外,其余采用调心滚子轴承。用直齿园柱齿轮加一级行星齿轮进行传动,利用中速马达带减速器驱动,取代之前的蜗轮蜗杆传动,结构变的简单紧凑,不仅降低了加工难度,而且,有效提高了传动系统的效率,延长了其使用寿命。同时,也避免了解决了形状不规整、尺寸偏大、安装、检修不便的问题。
4、结语
本文通过对减速器工作原理以及现阶段掘进机使用中存在的问题,结合实际总结出了改进方案。改进后的掘进机减速机构,具有结构紧凑、传动比大等特点,可在较狭小空间中,实现整动力传动,达到了节约空间、减轻重量、提高效率的目的。
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