掘进机内藏式行走减速器的传动系统设计
掘进机内藏式行走减速器的传动系统设计
摘要：以EBJ-120TP型悬臂式掘进机为例，为改善现有悬臂式掘进机行走传动系统造价高、传动系统复杂、占用空间大等问题，提出了一种新型内藏式行走减速器的传动系统。利用内藏式减速器传动比大、径向结构小的特点，该传动系统采用封闭式行星齿轮机构，为掘进机的小型化提供了一个思路。
关键词：悬臂式掘进机；内藏式行走减速器；行星传动
Transmission System Design of Embedded-type Traveling Reducer of Roadheader
Abstract：In order to improve many questions such as high cost,complex transmission system, big occupancy space of the present walk part reducer of cantilever roadheader,taking EBJ-120TP type cantilever roadheader as an example,introduces a new transmission system of an embedded-type traveling reducer.Due to the embedded-type reducer's large transmission ratio and light radial structure,enclosed planet gear mechanism is adopted in the transmission system providing an idea reference for roadheader miniaturization.
Keywords: cantilever roadheader; embedded-type traveling reducer; planetary gearing
0 引言
目前，EBJ-120TP型掘进机的行走减速器为外挂式减速器，它的内部结构如图1所示。减速器由三级直齿传动和两级行星传动组成。在三轴和五轴之间有一个惰轮，目的是为了增加减速器长度，以满足结构要求。行走驱动装置采用高速液压马达驱动，经制动器、减速器后以行星架输出。行星架从减速箱伸出，构成驱动链轮的驱动轴。
实践证明，这种外挂式行走减速器具有以下几个缺点：
（1）减速器以行星架为输出轴，需承受履带的驱动扭矩、牵引力、履带张紧力和地面部分支反力的作用，应力很大，采用高级合金钢模锻制造，工艺复杂，造价高；
（2）减速器共有五级齿轮传动，加上减速器带有的制动器，使得减速箱整体结构庞大复杂；
（3）减速器轴向尺寸较大，大部分凸出在履带外面。一方面在进行整机设计的时候不利于减小其横向宽度；另一方面为了便于掘进机越过障碍或进行转弯的时，需将减速器安装在距离地面有一定安全距离的位置，提高了机身高度。
图1 行走减速器结构图
1.一级直齿轮 2.二级直齿轮 3.三级直齿轮 4.惰轮
5.一级行星传动 6.二级行星传动 7.驱动轮
近年来，随着我国煤炭采掘业的不断发展，中厚煤层将逐步减少，为了可以适用在比较低矮的巷道掘进，机身更矮，体积更小，是部分掘进机的发展趋势。而外挂式行走减速器为其小型化带来了不利影响，因此有必要对EBJ-120TP型掘进机的行走减速器进行设计研究。
1 内藏式行走减速器的提出
目前，在工程机械上有一种使用比较广泛的行走减速器——履带内藏式行走减速器。这种行走减速器与液压马达、驱动装置高度集成（如图2所示），结构紧凑。行走减速器用螺栓1固定在行走架上，作为输出元件的外壳用螺栓2与驱动轮相连，带动链轮转动，从而驱动履带实现行走功能。
图2 履带内藏式行走减速器布置图
履带内藏式行走减速器的结构特点：
（1）减速器、液压马达和驱动轮的轴向尺寸小于履带宽度，可以将整个行走减速器基本藏于履带内，从而减少了减速器所占用的空间，同时在机器转弯时也不会出现减速器与地面相撞的现象，从而提高了使用可靠性；
（2）减速器的输出元件是减速箱壳体，它与驱动轮连接。壳体承受的外载荷和原减速器中行星架的外载荷相同，但不悬臂，而且直径较大，可以用性能一般的材料制造，制造容易，造价较低。
上述的行走减速器为解决EBJ-120TP型掘进机现有行走减速器所存在的问题提供了一个很好的借鉴。虽然履带内藏式行走减速器在工程机械中的使用已经很成熟，但是将其应用于工作环境更恶劣、可靠性要求更高、功率更大的EBJ-120TP型掘进机中，则有必要对它的结构进行重新设计。
2 内藏式减速器传动系统的设计
根据内藏式减速器要求传动比大、径向结构小的特点，其传动系统采用如图3所示的封闭式行星齿轮机构。这种机构又被称为功率分流式组合行星齿轮机构，它是由一个二自由度的差动齿轮机构与一个单自由度的基本齿轮机构封闭组合而成的。它的传动特点是输入功率传给差动齿轮机构后可以进行分流。一方面直接输出功率，同时差动机构又将部分功率传给单自由度的基本齿轮机构，且经其变换后的输出功率与前者的输出功率一起进行输出。相对于其它类型的传动机构，封闭式齿轮机构具有效率高、传递功率大、传动比范围大等特点。特别是对于图3所示的传动机构，太阳轮作为输入构件，其输入的动力经、和三路传递到输出构件，因而其承载能力更高，结构更加紧凑。
图3 封闭式行星齿轮机构
3 内藏式减速器结构的设计
内藏式行走减速器的传动机构采用斜盘式轴向柱塞马达和三级封闭式行星齿轮减速机构，其外形如图2所示。行走减速器的输出构件为带有法兰盘的壳体，可以同图2中的驱动轮直接用螺栓安装在一起。
图4所示为三级封闭式行星行走减速器内部结构，一级行星轮系采用3个行星轮，二、三级均采用4个行星轮。减速器外壳体2与法兰盘8用螺栓1连接在一起，并通过两个圆锥轴承10支撑在内壳体12上，驱动轮通过螺栓孔21用图4中所示的螺栓2固定在法兰盘8上。外壳体内部为两行星排共用的齿圈，随驱动轮一起转动。内壳体通过螺纹孔22用用图2中所示的螺栓1固定在行走架上，内外壳体之间用浮动油封11密封。斜盘式轴向柱塞马达（图中未画出）安装在内壳体内部，并通过螺纹孔23用螺栓紧固。一级太阳轮18上的花键轴插在马达输出轴的花键孔内，因此马达的输出轴直接驱动一级太阳轮18转动。一级行星轮14通过滚针轴承15支承在一级行星轮轴上。一级行星排的太阳轮通过行星轮14驱动一级行星架13转动，该行星架通过齿形花键与二级太阳轮3连接在一起，而二级太阳轮通过滑动轴承支承在一级太阳轮18上。第二级行星排的太阳轮3通过行星轮17驱动二级行星架4转动，该行星架通过齿形花键与三级太阳轮5连接在一起，三级太阳轮同样通过滑动轴承支承在一级太阳轮18上。三级行星架6通过齿形花键与法兰盘7连接在一起，同时法兰盘7用螺栓9与内壳体连为一体，因此三级行星架6固定不动。三级行星轮通过三级行星轮20驱动齿圈转动，最终带动外壳体及驱动轮一起转动，实现掘进机行走部的行走驱动。斜盘式轴向柱塞马达的内部带有液压制动阀和排量转换装置，用来实现行走制动和行走速度转换。
4 结语
图4 三级封闭式行星行走减速器内部结构
1.螺栓；2.外壳体；3.二级太阳轮；4.二级行星架；5.三级太阳轮；
6.三级行星架；7、8.法兰盘；9.螺栓；10.圆锥轴承；11.浮动油封；
12.内壳体；13—第一级行星架；14.一级行星轮；15.滚针轴承；
16.滚针轴承；17—二级行星轮；18.一级太阳轮；19.滚针轴承；
20.三级行星轮；21、22、23.螺纹孔
本设计是在EBJ-120TP型掘进机基础上，针对其行走减速器占用体积大、结构复杂的缺点，借鉴工程机械中常用的内藏式减速器结构，结合煤矿机械所特有的工作环境和要求，对原有的传动结构进行了改型设计。利用了内藏式减速器传动比大、结构紧凑的特点，在较狭小空间中实现整个动力传动，从而有效的节约了空间，提高了效率，减轻了重量，为掘进机的小型化提供了一个思路。
参考文献
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