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第79頁(yè) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可經(jīng)濟(jì)截割的煤巖單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa，主要 適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道 的掘進(jìn)。 一、設(shè)計(jì)背景和目的： 當(dāng)前，我國(guó)煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用，其開(kāi)采速度大大加 快，因而帶來(lái)采掘機(jī)械化比例失調(diào)的矛盾更加突出。 特別是易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開(kāi)采比例逐年增加， 在全部采準(zhǔn)巷道中,半煤巖巷的比例已經(jīng)達(dá)到25%，但這些巷道中的90%仍 舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差。 目前，我國(guó)大部分局、礦使用的幾種主要機(jī)型多是上世紀(jì)六、七十年代 設(shè)計(jì)的，這些老產(chǎn)品設(shè)計(jì)陳舊過(guò)時(shí)、元部件可靠性差、開(kāi)機(jī)率低、維護(hù)量大， 而且機(jī)重偏輕、截割功率較小、過(guò)斷層和截割巖石的能力差，僅適合在煤巷 中使用。 因此急待開(kāi)發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的新型掘進(jìn)機(jī)，來(lái)解決掘進(jìn) 機(jī)更新?lián)Q代的問(wèn)題，緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面。 二、半煤巖掘進(jìn)機(jī)介紹： 半煤巖掘進(jìn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、行走和噴霧除塵 的聯(lián)合機(jī)組。它既可用于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工。 　　掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù) 掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu) 型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。 　　掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù) 掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu) 型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。 1　工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 　　半煤巖掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有截鏈?zhǔn)?、圓盤銑削式和懸臂截割式等。因懸 臂截割式掘進(jìn)機(jī)機(jī)體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能 實(shí)現(xiàn)選擇性截割，而且截割效果好，掘進(jìn)速度較高；所以，現(xiàn)在主要采用懸 臂截割式，并已成為當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的一種基本型式。 　　按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種?？v軸式截割頭傳動(dòng)方便、 結(jié)構(gòu)緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用 內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。截割頭的形狀有圓柱形、圓錐形和圓錐加圓 柱形，由于后兩種截割頭利于鉆進(jìn)，并使截割表面較平整，故使用較多。缺 點(diǎn)是由于縱軸式截割頭在橫向擺動(dòng)截割時(shí)的反作用力不通過(guò)機(jī)器中心，與懸 臂形成的力矩使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進(jìn) 時(shí)，需加大機(jī)身重量或裝設(shè)輔助支撐裝置。 　　橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。這種掘進(jìn)機(jī) 截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較省力，排屑較方便。由于截深較小， 截割與裝載情況較好?？v向截割時(shí)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是傳動(dòng)裝置較復(fù)雜， 在切入工作面時(shí)需左右擺動(dòng)，不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便；因?yàn)榻馗铑^較 長(zhǎng)對(duì)掘進(jìn)斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側(cè)壁。這種掘進(jìn)機(jī)多使用拋物 線或半球形截割頭。 　　由于工作機(jī)構(gòu)的載荷變化范圍大、驅(qū)動(dòng)功率大、過(guò)堅(jiān)硬巖石時(shí)短期過(guò)載 運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊載荷、振動(dòng)較大，要求其傳動(dòng)裝置體積小，最好能調(diào)速?？紤] 掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，截割頭不僅要具有一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以截割煤巖，而且要能 上下左右擺動(dòng)，以掘出整個(gè)斷面，掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)一般都采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)。雖 然液壓傳動(dòng)具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于對(duì)沖擊載荷很敏感，元件 不能承受較大的短時(shí)過(guò)載，一般選擇過(guò)載能力較大的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2　裝載機(jī)構(gòu)的型式選擇 　　半煤巖掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)有4種: (1) 單雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到 機(jī)體后面的轉(zhuǎn)載機(jī)上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉(zhuǎn)向相反的刮板鏈組成。若刮 板鏈能左右張開(kāi)或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。環(huán)形刮板鏈?zhǔn)窖b 載機(jī)構(gòu)制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會(huì)造成 卡鏈和斷鏈。同時(shí)，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。 (2) 螺旋式。是橫軸式掘進(jìn)機(jī)上使用的一種裝載機(jī)構(gòu)，它利用左右兩個(gè) 截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機(jī)構(gòu)。由于頭體形狀的 缺點(diǎn)，這種機(jī)構(gòu)目前使用很少。 (3)耙爪式。是利用一對(duì)交替動(dòng)作的耙爪來(lái)不斷地耙取物料并裝入轉(zhuǎn)載運(yùn) 輸機(jī)構(gòu)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應(yīng) 用很普遍。但這種裝載機(jī)構(gòu)寬度受限制，為擴(kuò)大裝載寬度，可使鏟板連同整 個(gè)耙爪機(jī)構(gòu)一起水平擺動(dòng)，或設(shè)計(jì)成雙耙爪機(jī)構(gòu)，以擴(kuò)大裝載范圍。 　　(4)星輪式。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、工作可靠，但裝大塊物料 的能力較差。 　　通常，應(yīng)選擇耙爪式裝載機(jī)構(gòu)，但考慮裝載寬度問(wèn)題，可選擇雙耙爪機(jī) 構(gòu)，也可設(shè)計(jì)成耙爪與星輪可互換的裝載機(jī)構(gòu)。 　　裝載機(jī)構(gòu)可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。但考慮工作環(huán)境 潮濕、有泥水，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)為好。 3　輸送機(jī)構(gòu)的型式選擇 　　半煤巖掘進(jìn)機(jī)多采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)可采用聯(lián)合驅(qū)動(dòng)方 式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī)靠近機(jī)身一側(cè)，在驅(qū) 動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)同時(shí)，間接地以輸送機(jī)構(gòu)機(jī)尾為主動(dòng)軸帶動(dòng)刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。 這樣傳動(dòng)系統(tǒng)中元件少、機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但裝載與輸送機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動(dòng)相牽連， 相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。 　　輸送機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器 的一端，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單， 和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。但由于傳動(dòng)裝置和動(dòng)力元件較多，故障點(diǎn)有所 增加。 　　目前，這兩種輸送機(jī)構(gòu)均有采用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)酌情確定。一般常采用與裝 載機(jī)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)方式。 4　轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的型式選擇 　　該掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)有兩種布置方式：①作為機(jī)器的一部分；②為機(jī)器 的配套設(shè)備。目前，多采用膠帶輸送機(jī)。 　　膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式有3種：①用液壓馬達(dá)直接或通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)機(jī) 尾主動(dòng)卷筒；②由電動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒；③利用電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)主 動(dòng)卷筒。 　　為使卸載端作上下、左右擺動(dòng)，一般將轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部 的回轉(zhuǎn)臺(tái)托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉(zhuǎn)臺(tái)中心擺動(dòng)，達(dá)到擺角要求； 同時(shí)，通過(guò)升降液壓缸使其繞機(jī)尾鉸接中心作升降動(dòng)作，以達(dá)到卸載的調(diào)高 范圍。 　　轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)應(yīng)采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)，可選用電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。 5 行走機(jī)構(gòu)的型式選擇 該種掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式幾種。 (1) 邁步式。該種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來(lái)工作的。采用框架結(jié)構(gòu)， 使人員能自由進(jìn)出工作面，并可越過(guò)裝載機(jī)構(gòu)到達(dá)機(jī)器的后面。使用支撐裝 置可起到掩護(hù)頂板、臨時(shí)支護(hù)的作用。但由于向前推進(jìn)時(shí)，支架反復(fù)交替地 作用于頂板，掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走 機(jī)構(gòu)主要用于巖巷掘進(jìn)機(jī)，在煤巷、半煤巖巷中也有應(yīng)用。 (2) 導(dǎo)軌式。將掘進(jìn)機(jī)用導(dǎo)軌吊在巷道頂板上，躲開(kāi)底板，達(dá)到?jīng)_擊破碎巖 石的目的。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度。這種行走機(jī)構(gòu)主要用于沖擊式掘 進(jìn)機(jī)。 (3) 履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力 大，機(jī)動(dòng)性能好、工作可靠、調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重。 目前，半煤巖掘進(jìn)機(jī)通常采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。由于其工作環(huán)境差， 用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)易受潮燒毀，最好選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 6　除塵裝置的型式選擇 　　掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。 (1) 噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散、霧化，使粉塵附在 霧狀水珠表面沉降下來(lái)，達(dá)到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴 霧降塵。是在工作機(jī)構(gòu)的懸臂上裝設(shè)噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭 包圍。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。由于噴嘴距粉塵源較遠(yuǎn)， 粉塵容易擴(kuò)散，除塵效果較差；②內(nèi)噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布 置，壓力水對(duì)著截齒噴射。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖 淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。但噴嘴容易堵塞和損壞，供水 管路復(fù)雜，活動(dòng)聯(lián)接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內(nèi)外噴霧相 結(jié)合的辦法，并且和截割電機(jī)、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結(jié)合起來(lái)考慮，將冷卻 水由噴嘴噴出降塵。 　　(2)抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的 技術(shù)條件來(lái)選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級(jí)凈化除塵。由于集塵器 跟隨掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，風(fēng)機(jī)的噪音很大，應(yīng)安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵 效果好，但因設(shè)備增多，使工作面空間減小。近年來(lái)，除塵設(shè)備有向抽出式 和噴霧式聯(lián)合并用方向發(fā)展的趨勢(shì)。 7 高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù) 　　對(duì)于全煤巷或很軟的巖巷，利用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，效率高、成本低。但對(duì)于 巖巷掘進(jìn)和隧道掘進(jìn)，一般其巖體f≥8(抗壓強(qiáng)度在80～100MPa以上)，掘 進(jìn)機(jī)效率明顯降低，截齒消耗量大增，導(dǎo)致生產(chǎn)成本顯著提高。這時(shí)，應(yīng)考 慮采用高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù)。 　 該技術(shù)為利用20MPa以上、流量為4L/min左右的壓力水，自孔徑為 0.4～1.0mm的噴嘴射出，對(duì)截齒的機(jī)械破碎起輔助作用。 　　掘進(jìn)機(jī)截割頭上噴出的壓力水按壓力高低分級(jí)，見(jiàn)附表所示。 附表　輔助切割壓力水分級(jí)　　MPa 項(xiàng)目 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 水壓 ＜0.5 0.5～20 20～140 140～400 ＞400 三、本掘進(jìn)機(jī)主要特點(diǎn)： ??? ? 3.1 機(jī)身矮，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，適用于中等斷面巷道掘進(jìn)； ??? ? 3.2 采用小直徑截割頭，單刀力大，截齒布置合理，破巖過(guò)斷層能力強(qiáng)、 切割震動(dòng)小、工作穩(wěn)定性好； ??? ? 3.3 星輪裝載機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，取消了減速器，提高了裝載 機(jī)構(gòu)的可靠性； ???? 3.4 采用無(wú)支重輪履帶行走機(jī)構(gòu)，性能可靠，維護(hù)量??； ??? ? 3.5 采用“三高”硬質(zhì)合金和新工藝生產(chǎn)的截齒，截齒強(qiáng)度高，耐磨，損 耗小； ??? ? 3.6 液壓系統(tǒng)采用自動(dòng)加油系統(tǒng)全封閉油箱，確保了油液清潔度，增加 了液壓系統(tǒng)的可靠性； ???? 3.7 設(shè)有獨(dú)立的錨桿鉆機(jī)及加油泵站，為兩臺(tái)錨桿鉆機(jī)提供動(dòng)力，方便 油箱加油，避免了加油時(shí)的污染； ???? 3.8 電器系統(tǒng)采用了可編程控制器(PLC)作為主控制器，保護(hù)功能強(qiáng)，具 有工況檢測(cè)和故障診斷功能。 3.9設(shè)置了獨(dú)立的液壓錨桿鉆機(jī)動(dòng)力源，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)錨桿鉆機(jī)， 省去了錨桿鉆機(jī)自身配置的動(dòng)力源。 設(shè)計(jì)任務(wù)及相關(guān)參數(shù) 履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì) 主要參考參數(shù)和要求： 機(jī)身長(zhǎng)：9~9.5m 寬：2~2.5m 高：1.5~1.55m 臥底深度：250mm 裝機(jī)功率：190KW 截割功率：120KW 經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度：≤60MPa 可掘巷道斷面：18~20m2 最大可掘高度：3.75~4m 最大可掘?qū)挾龋?m 龍門高度：350~400mm 刮板速度：0.9~1.0m/s 運(yùn)輸形式：邊雙鏈 履帶寬度：2×250mm 行走速度：3m/min（工作） 6m/min（調(diào)動(dòng)） 額定電壓：1140/660v 1、查閱有關(guān)資料、完成履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)； 2、完成截割部及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3、截割部減速器兩級(jí)2K-H傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； 4、主要部件、組件、零件圖設(shè)計(jì)； 5、編寫完成整機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。 總 體 設(shè) 計(jì) ★機(jī)械、液壓部分 一、概述 1.1 特點(diǎn)： 本次設(shè)計(jì)的機(jī)型為懸臂式半煤巖掘進(jìn)機(jī)，適應(yīng)巷道斷面 9～18m 、坡 度±16°、可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa 的煤巖，屬中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)。 該機(jī)主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機(jī)身矮、重心低、操作簡(jiǎn)單、檢修方 便。 1.2 主要用途、適用范圍： 該懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)服 務(wù)的機(jī)械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它 礦山及工程巷道的掘進(jìn)。該機(jī)可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa 的煤巖，可 掘巷道最大寬度(定位時(shí))5m，最大高度 3.75m，可掘任意斷面形狀的巷道， 適應(yīng)巷道坡度±16°。該機(jī)后配套轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸 縮式帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，以利于機(jī)器效能的發(fā)揮。 二、主要技術(shù)參數(shù) 2.1 總體參數(shù) 機(jī) 長(zhǎng)： 9.471m 機(jī) 寬： 2.2m 機(jī) 高: 1.55m 截割臥底深度： 240mm 總 功 率： 190kW 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度： ￡60MPa 可掘巷道斷面： 18~20m2 最大可掘高度： 3.75m 最大可掘?qū)挾龋? 5.0m 適應(yīng)巷道坡度： ±16° 機(jī)器供電電壓： 660/1140V 2.2 截割部 電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào)： YBUS2-120 功 率： 120KW 轉(zhuǎn) 速： 1478r/min 截割頭： 轉(zhuǎn) 速： 53r/min 截 齒： 鎬形 最大擺動(dòng)角度： 上： 42° 下： 31° 左右各 39° 2.3 裝載部 裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤 裝運(yùn)能力 180m3/h 鏟板寬度 2.5m/2.8m 鏟板臥底 250mm 鏟板抬起 360mm 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 30r/min 2.4 刮板輸送機(jī) 運(yùn)輸形式 邊雙鏈刮板 槽 寬 510mm 龍門高度 390mm 鏈 速 0.93m/s 錨鏈規(guī)格 18×64mm 張緊形式 黃油缸張緊 2.5 行走部 行走形式 履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng)) 行走速度 工作 3m/min 調(diào)動(dòng) 6m/min 接地長(zhǎng)度 2.46m 制動(dòng)形式 摩擦離合器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 黃油缸張緊 2.6 液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力： 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 裝載回路 14Mpa 輸送機(jī)回路 14Mpa 轉(zhuǎn)載機(jī)回路 10MPa 錨桿鉆機(jī)回路 ￡10MPa 系統(tǒng)總流量： 450 L/min 泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB250M-4 功率 55kW 轉(zhuǎn)速 1470 r/min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 50/50/40ml/r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r 錨桿泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB160L-4 功率 15kW 轉(zhuǎn)速 1470 r/min 錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32/32ml/r 油箱： 有效容積 610L 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量： 8 個(gè) 2.7 噴霧冷卻系統(tǒng) 滅塵形式 內(nèi)噴霧、外噴霧 供水壓力 3MPa 外噴霧壓力 1.5MPa 流 量 63L/min 冷卻部件 切割電動(dòng)機(jī)、油箱 2.8 電氣系統(tǒng) 供電電壓 660/1140V 總 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型 控制箱 隔爆型 三、 主要結(jié)構(gòu)和工作原理 掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、裝載部、刮板輸送機(jī)、行走部、機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái)、 液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部分組成，參見(jiàn)圖1. 3.1 截割部 截割部又稱工作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由截割電機(jī)、叉形架、二 級(jí)行星減速器、懸臂段、截割頭組成。 截割部為二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。行星減速器結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，由 120kW 的水冷電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，經(jīng)齒輪聯(lián)軸節(jié)傳至二級(jí)行星減速器，經(jīng)懸臂段，將 動(dòng)力傳給截割頭，從而達(dá)到破碎煤巖的目的。 圖1 整機(jī)系統(tǒng)圖 1-截割部 2-裝載部 3-刮板輸送機(jī) 4-機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái) 5-履帶行走部 6-油箱 7-操作臺(tái) 8-泵站 9-電控箱 10-護(hù)板 整個(gè)截割部通過(guò)一個(gè)叉形框架、兩個(gè)銷軸鉸接于回轉(zhuǎn)臺(tái)上。借助安裝于 截割部和回轉(zhuǎn)臺(tái)之間的兩個(gè)升降油缸，以及安裝于回轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)架之間的兩個(gè) 回轉(zhuǎn)油缸，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)截割部的升、降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此截割出任意形狀的 斷面。 圖2 截割機(jī)構(gòu) 1-截割頭 2-懸臂段 3-二級(jí)行星減速器 4-齒輪聯(lián)軸節(jié) 5-叉形架 6-截割電機(jī) 7-電機(jī)護(hù)板 3.2 裝載部 裝載部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要由鏟板及左右對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)裝置組成，通 過(guò)低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目 的。 裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過(guò)一對(duì)銷軸和鏟板左右升降油缸鉸接于主 機(jī)架上，在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷軸上、下擺動(dòng),可向上抬起360mm， 向下臥底 250mm。當(dāng)機(jī)器截割煤巖時(shí)，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機(jī) 器的截割穩(wěn)定性。 3.3 刮板輸送機(jī) 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙 鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等（改向輪組裝在裝載部上）組成。 刮板輸送機(jī)位于機(jī)器中部，前端與主機(jī)架和鏟板鉸接，后部托在機(jī)架上。 機(jī)架在該處設(shè)有可拆裝的墊塊，根據(jù)需要，刮板輸送機(jī)后部可墊高，增加刮 板輸送機(jī)的卸載高度。刮板輸送機(jī)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，刮板 鏈條的張緊是通過(guò)在輸送機(jī)尾部的張緊油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖4 裝載部 1- 鏟板體 2-刮板輸送機(jī)改向鏈輪組 3-三爪轉(zhuǎn)盤 4-驅(qū)動(dòng)裝置 圖5 刮板輸送機(jī) 1-機(jī)前部 2-機(jī)后部 3-邊雙鏈刮板 4-張緊裝置 5-驅(qū)動(dòng)裝置 6-液壓馬達(dá) 3.4 行走部 本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置， 分別驅(qū)動(dòng)。各由 10 個(gè)高強(qiáng)度螺栓（M30×2、10.9 級(jí)）與機(jī)架相聯(lián)。左、 右履帶行走機(jī)構(gòu)各由液壓馬達(dá)經(jīng)三級(jí)園柱齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)減速后， 將動(dòng)力傳給主動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。 現(xiàn)以左行走機(jī)構(gòu)為例，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)組成及傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖 6、圖 7 所 示，左行走機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)向張緊裝置、左履帶架、履帶鏈、左行走減速器、 液壓馬達(dá)、摩擦片式制動(dòng)器等組成。摩擦片式制動(dòng)器為彈簧常閉式，當(dāng)機(jī)器 行走時(shí)，泵站向行走液壓馬達(dá)供油的同時(shí)，向摩擦片式制動(dòng)器提供壓力油推 動(dòng)活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動(dòng)器解除制動(dòng)。 本機(jī)工作行走速度為 3m/min，調(diào)動(dòng)行走速度為 6m/min。通過(guò)使用黃 油槍向安裝在導(dǎo)向張緊裝置油缸上的注油嘴注入油脂，來(lái)完成履帶鏈的張緊 （油缸張緊行程 120mm），調(diào)整完畢后，裝入適量墊板及一塊鎖板，擰松 注油嘴螺塞，泄除油缸內(nèi)壓力后再擰緊該螺塞，使張緊油缸活塞不承受張緊 力。 3.5 機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái) 機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的骨架，其結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。它承受著來(lái)自截割、行 走和裝載的各種載荷。機(jī)器中的各部件均用螺栓或銷軸與機(jī)架聯(lián)接，機(jī)架為 組焊件。 回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于支承、聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如 圖 8 所示?；剞D(zhuǎn)臺(tái)座在機(jī)架上，通過(guò)大型回轉(zhuǎn)軸承用止口、36 個(gè)高強(qiáng)度螺 栓與機(jī)架相聯(lián)。工作時(shí)，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)水平擺動(dòng)。截 割機(jī)構(gòu)的升降是通過(guò)回轉(zhuǎn)臺(tái)支座上左、右耳軸鉸接相連的兩個(gè)升降油缸實(shí)現(xiàn) 的。 左、右后支撐腿是各通過(guò)后支撐油缸及銷軸分別與后機(jī)架連接，它的作 用有四： 1、切割時(shí)使用，以增加機(jī)器的穩(wěn)定性； 2、窩機(jī)時(shí)使用，以便履帶下墊板自救； 3、履帶鏈斷鏈及張緊時(shí)使用，以便操作； 4、抬起機(jī)器后部，以增加臥底深度。 圖6 左履帶行走機(jī)構(gòu) 1-導(dǎo)向張緊裝置 2-履帶架 3-履帶鏈 4-行走減速器 5-行走液壓馬達(dá) 6-摩擦片式制動(dòng)器 圖 7 左行走減速器 圖8 掘進(jìn)機(jī)機(jī)架 1-回轉(zhuǎn)臺(tái) 2-前機(jī)架 3-后機(jī)架 4-后支撐腿 5-轉(zhuǎn)載機(jī)連接板 3.6 液壓系統(tǒng) 本機(jī)除截割頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，其余各部分均采用液壓傳動(dòng)。系統(tǒng)主泵站 由一臺(tái) 55kW 的電動(dòng)機(jī)通過(guò)同步齒輪箱驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵和一臺(tái)三聯(lián) 齒輪泵（轉(zhuǎn)向相反），同時(shí)分別向油缸回路、行走回路、裝載回路、輸送機(jī) 回路、皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)回路供壓力油，主系統(tǒng)由五個(gè)獨(dú)立的開(kāi)式系統(tǒng)組成。該機(jī) 還設(shè)有液壓錨桿鉆機(jī)泵站，可同時(shí)為二臺(tái)錨桿鉆機(jī)提供壓力油，另外系統(tǒng)還 設(shè)置了文丘里管補(bǔ)油系統(tǒng)為油箱補(bǔ)油，避免了補(bǔ)油時(shí)對(duì)油箱的污染。液壓系 統(tǒng)原理如圖 9 所示。 圖 9 液壓系統(tǒng)原理圖 3.6.1 油缸回路 油缸回路采用雙聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）通過(guò)四聯(lián)多路換向閥分別向 4 組油缸（截割升降、回轉(zhuǎn)、鏟板升降、支撐油缸）供壓力油。油缸回路工作 壓力由四聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)自帶的溢流閥調(diào)定，調(diào)定的工作壓力為6MPa。 截割機(jī)構(gòu)升降、鏟板升降和后支撐各兩個(gè)油缸，它們各自兩活塞腔并接， 兩活塞桿腔并接。而截割機(jī)構(gòu)兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸為一個(gè)油缸的活塞腔與另一油缸 的活塞桿腔并接。 為使截割頭、支撐油缸能在任何位置上鎖定，不致因換向閥及管路的漏 損而改變其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止截割頭、鏟板下降過(guò)速， 使其下降平穩(wěn)，故在各回路中裝有平衡閥。 3.6.2 行走回路 行走回路由雙聯(lián)齒輪泵的前泵（63 泵）向兩個(gè)液壓馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)機(jī) 器行走。行走速度為 3m/min；當(dāng)裝載轉(zhuǎn)盤不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供裝載回路的 50 泵 自動(dòng)并入行走回路，此時(shí)的兩個(gè)齒輪泵（63 泵和 50 泵）同時(shí)向行走馬達(dá) 供油，實(shí)現(xiàn)快速行走，其行走速度為 6m/min。系統(tǒng)工作壓力為 16MPa。 回路工作壓力由裝在兩聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)的溢流閥調(diào)定。注意：根據(jù)該機(jī) 器液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，行走回路的工作壓力調(diào)定時(shí)，必須先將裝載轉(zhuǎn)盤開(kāi)動(dòng)。 快速行走時(shí)，由于并入了裝載回路的 50 泵，其系統(tǒng)工作壓力為 14Mpa。 通過(guò)操作多路換向閥手柄來(lái)控制行走馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)、 后退和轉(zhuǎn)彎。注意：機(jī)器要轉(zhuǎn)彎時(shí)，最好同時(shí)操作兩片換向閥（即使一片閥 的手柄處于前進(jìn)位置，另一片閥手柄處于后退位置）。除非特殊情況，盡量 不要操作一片換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器轉(zhuǎn)彎。防滑制動(dòng)是用行走減速器上的摩擦制 動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)器的開(kāi)啟由液壓控制，其開(kāi)啟壓力為 3MPa。制動(dòng)油缸 的油壓力由多路換向閥控制。行走回路不工作時(shí)，制動(dòng)器處于閉鎖狀態(tài)。 3.6.3 裝載回路 裝載回路由三聯(lián)齒輪泵的前泵（50泵），通過(guò)一個(gè)齒輪分流器分別向2 個(gè)液壓馬達(dá)供油, 用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)的工作壓 力為 14Mpa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 齒輪分流器內(nèi)的兩個(gè)溢流閥的調(diào)定壓力均為 16MPa。該閥的壓力是通 過(guò)專用的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)定的。注意：該溢流閥的調(diào)定壓力在機(jī)器出廠時(shí)已經(jīng) 調(diào)節(jié)好，在機(jī)器使用過(guò)程中不允許調(diào)節(jié)壓力。 3.6.4 輸送機(jī)回路 輸送機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的中泵（50 泵）向一個(gè)（或兩個(gè)）液壓馬達(dá) 供油，用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 14MPa， 通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.6.5 轉(zhuǎn)載機(jī)回路 轉(zhuǎn)載機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）向轉(zhuǎn)載馬達(dá)供油，通過(guò)一手 動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過(guò)調(diào)節(jié)換向閥體 上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.6.6 錨桿鉆機(jī)回路 錨桿鉆機(jī)回路由一臺(tái) 15kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵，通過(guò)二個(gè)手 動(dòng)換向閥可同時(shí)向兩臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)供油。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過(guò) 調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 3.6.7 油箱補(bǔ)油回路 油箱補(bǔ)油回路由兩個(gè)截止閥、文丘里管和接頭等輔助元件組成，為油箱 加補(bǔ)液壓油。如圖 10 所示，補(bǔ)油系統(tǒng)并接在錨桿鉆機(jī)回路的回油管路上 （若掘進(jìn)機(jī)不為錨桿鉆機(jī)提供油源，則補(bǔ)油系統(tǒng)并接在運(yùn)輸回路或轉(zhuǎn)載機(jī)回 路的回油管路上）。當(dāng)需要向油箱補(bǔ)油時(shí)，截止閥Ⅰ關(guān)閉，截止閥Ⅱ開(kāi)啟， 油液經(jīng)過(guò)文丘里管時(shí)，在 A 口產(chǎn)生負(fù)壓，通過(guò)插入油筒 5 內(nèi)的吸油管吸入， 將油補(bǔ)入油箱。在補(bǔ)油系統(tǒng)不工作時(shí)，務(wù)必將截止閥Ⅱ關(guān)閉，截止閥Ⅰ開(kāi)啟。 圖 10 補(bǔ)油回路原理圖 1- 換向閥 2-截止閥Ⅰ 3-截止閥Ⅱ 4-文丘里管 5-裝油容器 6-油箱 7-錨桿電機(jī) 8-雙聯(lián)齒輪泵 3.6.8 幾種主要液壓元件的選型設(shè)計(jì) (1) 吸油過(guò)濾器 為了保護(hù)油泵及其它液壓元件，避免吸入污染雜質(zhì)，有效地控制液壓系 統(tǒng)污染，提高液壓系統(tǒng)的清潔度，在油泵的吸油口處設(shè)置了兩個(gè)吸油過(guò)濾器， 該過(guò)濾器為精過(guò)濾。當(dāng)更換、清潔濾芯或維修系統(tǒng)時(shí)，只需旋開(kāi)濾油器端蓋 (清洗蓋)，抽出濾芯，此時(shí)自封閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，隔絕油箱油路，使油箱內(nèi) 油液不會(huì)向外流出。這樣使清洗、更換濾芯及維修系統(tǒng)變得非常方便。另外， 當(dāng)濾芯被污染物堵塞時(shí)，設(shè)在濾芯上部的油路旁通閥就自動(dòng)開(kāi)啟，以避免油 泵出現(xiàn)吸空等故障，提高液壓系統(tǒng)的可靠性。 2) 回油過(guò)濾器 為了使流回油箱的油液保持清潔，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)回油過(guò)濾 器，該過(guò)濾器為粗過(guò)濾，位于油箱的上部。當(dāng)濾芯被污染物堵塞或系統(tǒng)液溫 過(guò)低，流量脈動(dòng)等因素造成進(jìn)出油口壓差為 0.35MPa 時(shí)，壓差發(fā)訊裝置便 彈出，發(fā)出訊號(hào)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換濾芯或提高油液溫度。更換濾芯時(shí)，只需 旋開(kāi)濾油器濾蓋(清洗蓋)即可更換濾芯或向油箱加油。若未能及時(shí)停機(jī)更換 濾芯時(shí)，則設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟工作(旁通閥開(kāi)啟壓力為 0.4MPa，以保護(hù)系統(tǒng)。 (3) 四聯(lián)手動(dòng)換向閥 四聯(lián)手動(dòng)換向閥，主要由進(jìn)油閥、多路換向閥、回油閥三部分組成。進(jìn) 油閥有壓力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之間裝有閥組總溢流閥。換向 閥部分是由閥體和滑閥組成，滑閥的機(jī)能均為 Y 型，閥體為并聯(lián)型，因此， 既可以分別操作又可以同時(shí)操作，當(dāng)同時(shí)操作時(shí)工作速度減慢。當(dāng)滑閥處于 中位時(shí)，油泵通過(guò)閥組卸荷。為了防止工作腔的壓力油向 P 腔倒流，設(shè)置 了單向閥。 (4) 油缸 本次設(shè)計(jì)中機(jī)器有四組油缸，共八根。截割機(jī)構(gòu)升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、 鏟板升降油缸和后支撐油缸各兩根，結(jié)構(gòu)形式均相同，其中鏟板升降油缸和 后支撐油缸通用。 (5) 油箱 本液壓系統(tǒng)采用封閉式油箱(見(jiàn)圖 11)，采用 N68 號(hào)抗磨液壓油。油箱 采用二級(jí)過(guò)濾，設(shè)置了兩個(gè)吸油過(guò)濾器和兩個(gè)回油過(guò)濾器，有效地控制了油 液的污染，并采用文丘里管補(bǔ)油，進(jìn)一步降低了油液的污染。油箱上還配有 液位液溫計(jì)，當(dāng)液位低于工作油位或油溫超過(guò)規(guī)定值（70℃）時(shí)，應(yīng)停機(jī)加 油或降溫。油箱冷卻器采用了熱交換量較大的板翅式散熱器，總熱交換量達(dá) 40000kcal/h，以保障系統(tǒng)正常油溫和粘度的要求。 圖 11 油箱 1- 吸油過(guò)濾器 2-冷卻器 3-油箱體 4-液位液溫計(jì) 5-回油過(guò)濾器 (6) 六點(diǎn)壓力表 按操縱臺(tái)標(biāo)牌表明的位置接好油管。旋轉(zhuǎn)壓力表表盤，其指針?biāo)傅奈? 置即為標(biāo)牌表明的回路的工作壓力。 3.7 內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng) 本系統(tǒng)主要用于滅塵、冷卻掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)及油箱，提高工作面能見(jiàn)度， 改善工作環(huán)境，內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)如圖 12 所示。 水從井下輸水管通過(guò)過(guò)濾器粗過(guò)濾后進(jìn)入總進(jìn)液球閥，一路經(jīng)減壓閥減 壓至 1.5MPa 后，冷卻油箱和切割電機(jī)，再引至前面霧狀噴嘴架處噴出。另 一路不經(jīng)減壓閥的高壓水，引至懸臂段上的內(nèi)噴霧系統(tǒng)的霧狀噴嘴噴出，當(dāng) 沒(méi)有內(nèi)噴霧時(shí)，此路水引至叉形架前方左右兩邊的加強(qiáng)型外噴霧處的線型噴 嘴噴出。 內(nèi)噴霧配水裝置安裝在懸臂段內(nèi)，8 個(gè)線型噴嘴分別安裝在截割頭的 齒座之間；外噴霧噴霧架固定在懸臂筒法蘭上，安裝有 10 個(gè)霧狀噴嘴； 加強(qiáng)型外噴霧的噴霧架固定在叉形架前端，安裝有 8 個(gè)線型噴嘴。 圖 12 水系統(tǒng)原理圖 1-Y 型過(guò)濾器 2-球閥 3-減壓器 4-耐震壓力表 5-油箱冷卻器 6-球閥 7-霧狀噴嘴 8-線型噴嘴圖 四、潤(rùn)滑 正確的潤(rùn)滑可以防止磨損、防止生銹和減少發(fā)熱，如經(jīng)常檢查機(jī)器的潤(rùn) 滑狀況，就可以在機(jī)器發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題。比如，水晶狀的油表示 可能有水，乳狀或泡沫狀的油表示有空氣；黑色的油脂意味著可能已經(jīng)開(kāi)始 氧化或出現(xiàn)污染。潤(rùn)滑周期因使用條件的差異而有所不同。始終要使用推薦 的潤(rùn)滑油來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑，并且在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行檢查和更換，否則，就 無(wú)法給機(jī)器以保障，因而導(dǎo)致過(guò)度磨損以及非正常停機(jī)檢修。 潤(rùn)滑油的更換： 在最初開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的三百小時(shí)左右，應(yīng)更換潤(rùn)滑油。由于在此時(shí)間內(nèi)，齒 輪及軸承完成了跑合，隨之產(chǎn)生了少量的磨損。 初始換油后，相隔1500小時(shí)或者6個(gè)月內(nèi)必須更換一次。當(dāng)更換新潤(rùn) 滑油時(shí)，清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油。 ★電氣部分 一、系統(tǒng)的組成 電氣系統(tǒng)由前級(jí)饋電開(kāi)關(guān)、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn) 機(jī)用電控箱、CZD24/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱、 XEFB-127(36)/150 隔爆型蜂鳴器、DGY35/48(36)B(B) 礦用隔爆型機(jī)車照 明燈、BZA1-5/127-2 型礦用隔爆型控制按鈕、KDD2000 型瓦斯斷電儀以及 驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的防爆電動(dòng)機(jī)和連接電纜組成。電氣設(shè)備明細(xì)表見(jiàn)表 1-1，驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)特征列于表 1-2。 本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備為 KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型 掘進(jìn)機(jī)用電控箱（以下簡(jiǎn)稱電控箱）、CZD24/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱 用操作箱（以下簡(jiǎn)稱操作箱），符合我國(guó)的煤礦安全規(guī)程、防爆規(guī)程和有關(guān) 規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，適用于具有爆炸性危險(xiǎn)氣體（甲烷）和煤塵的礦井中， 控制掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)、油泵電機(jī)、備用電機(jī)及錨桿電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)電機(jī)及 有關(guān)線路進(jìn)行保護(hù)。 二、 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 電控箱隔爆外殼由主腔和接線腔兩個(gè)獨(dú)立的隔爆部分組成。 主腔面板裝有隔離開(kāi)關(guān)操作手把（手把有通、斷兩個(gè)位置）、急停按鈕 （SB1）、電壓表視窗和顯示器視窗；主腔中門板裝有控制器、繼電器、顯 示器、電壓表；主腔后壁裝有各回路接觸器、阻容吸收器、互感器；主腔頂 板裝有熔斷器；右底板裝有主變壓器、隔離變壓器和電源部分的熔斷器等； 左底板裝有保護(hù)器（JB）和五個(gè)接頭座；主腔和接線腔之間的連接板上裝有 九星盤和接線端子。 電控箱門與箱體為螺栓緊固，并設(shè)有回轉(zhuǎn)鉸鏈。電控箱箱體通過(guò)減震器 和主機(jī)連接。 操作箱為礦用隔爆型。操作箱分為二個(gè)通過(guò)接線端子相互連接的獨(dú)立腔 體，上邊為進(jìn)出線腔，下邊為主腔。進(jìn)出線腔內(nèi)設(shè)有接線端子和內(nèi)接地端子。 主腔門上裝有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制按鈕等。 表 1-1 電氣設(shè)備明細(xì)表 序號(hào) 名 稱 數(shù)量 型 號(hào) 生 產(chǎn) 廠 家 1 電控箱 1 KXJ250/1140EB 煤科院太原分院 2 操作箱 1 CZD24/8 煤科院太原分院 3 隔爆型蜂鳴器 1 XEFB-127(36)/150 天津煤礦專用設(shè)備廠 4 礦用隔爆型控制按鈕 1 BZA1-5/127-2 佳木斯煤機(jī)廠 5 礦用隔爆型機(jī)車照明燈 3 DGY35/48(36)B(B) 沈陽(yáng)第三防爆燈廠 6 瓦斯斷電儀 1 KDD2000 淄博 7 切割電機(jī) 1 YBUS3-120 撫順煤礦電機(jī)廠 8 油泵電機(jī) 1 YB250M-4 撫順煤礦電機(jī)廠 9 錨桿電機(jī) 1 YB160L-4 南陽(yáng)防爆集團(tuán)有限公司 10 備用電機(jī) 1 選用 選用 表 1-2 電動(dòng)機(jī)技術(shù)特征表 機(jī)構(gòu)名稱電機(jī)特征 切割電機(jī) 油泵電機(jī) 錨桿電機(jī) 備用電機(jī) 型 號(hào) YBUS2-120 YB250M-4 YB160L-4 選用 額定功率（kW） 120 55 15 7.5kW /11kW 額定電壓（V） 660/1140 660/1140 660/1140 660/1140 額定電流（A） 133/77 59.0/34.1 17.4/10.1 功率因素 0.85 0.86 效率（%） 92 98 2.1 電控箱的主要技術(shù)參數(shù) 額定電壓： V 主回路： AC：1140/660 控制回路：AC：220、36 DC：24 額定電流：A 250 額定頻率：Hz 50 主回路數(shù)：4 660/1140V 電壓下各回路的額定電流大小為： 切割回路：130/75A； 油泵回路：59.0/34.1A； 錨桿回路：17.4/10.1A； 備用回路：4.5/7.7A（7.5kW） 6.6/11.3A（11kW）。 機(jī)載功率：kW 190 注：a、1140/660 表明該電氣系統(tǒng)為雙電壓供電系統(tǒng)（既可以用 在 1140V 也可以用在 660V 電壓等級(jí)下，但兩種電壓換用時(shí) 需要重新整定電控系統(tǒng)。 b、7.5kW/11kW 表明該電氣系統(tǒng)所配備用電機(jī)可以為雙功率（既 可以是 7.5kW 也可以是 11kW，但兩種功率電機(jī)換用時(shí)需要 整定電控系統(tǒng) c、機(jī)載功率 190kW 表明該機(jī)裝設(shè)的電機(jī)總功率。 d、配裝備用電機(jī)應(yīng)與電控箱電壓和功率相符，并選用防爆電機(jī)。 三、 工作原理 電氣系統(tǒng)在原理上可以分為四個(gè)部分：主回路部分、電源部分、保護(hù)單 元和控制部分。 3.1、主回路部分 主回路部分明確了系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，我們采用了隔離開(kāi)關(guān)作為電控箱 主回路電源的開(kāi)關(guān)，在主回路中設(shè)有兩組熔斷器，用于短路保護(hù)，別為：切 割電機(jī)回路 FU1~FU3 (400A)；油泵電機(jī)及其它回路FU4~FU6(250A)。在控 制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接觸器，并加裝了阻容吸收裝置， 用于吸收真空接觸器斷開(kāi)時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高壓；在備用回路和錨桿泵站回路 采用了空氣接觸器（由于它的功率較低）。以上四個(gè)回路中設(shè)有檢測(cè)主回路 電流的電流互感器TA1~TA9(備用和錨桿回路公用互感器) 來(lái)完成保護(hù)電路 的信號(hào)采集，每回路三個(gè)。在附錄圖2 中主回路原理圖中明確的指明了接觸 器線圈和自保接點(diǎn)的線號(hào)及控制繼電器的接點(diǎn)。 另外，如果采用本機(jī) SA1 對(duì)其前級(jí)開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，那么在電控 箱上的急停按鈕 SB1 和操作箱上的急停按鈕 SB2 都可以停止前級(jí)饋電開(kāi) 關(guān)，實(shí)現(xiàn)電源的遠(yuǎn)程控制，SB3 只能夠停本機(jī)操作。 3.2、電源部分 電源部分是有一臺(tái)主變壓器、一臺(tái)隔離變壓器和控制熔斷器FU7~FU13 組成。主變壓器有五個(gè)電壓范圍的輸入抽頭：660V、726V、1050V、1140V、 1250V。當(dāng)井下電壓不穩(wěn)定時(shí)，可以隨著電壓的變化來(lái)調(diào)整變壓器的抽頭， 來(lái)保證輸出電壓的穩(wěn)定，進(jìn)而保證控制回路的可靠性。隔離變壓器（21 號(hào) 線和 22 號(hào)線）為保護(hù)設(shè)備 JB 和控制單元提供 180V 電源，由 SB1 來(lái)控 制。36V（6 號(hào)線和 7 號(hào)線）為照明燈、蜂鳴器和瓦斯斷電儀提供電源。220V （17 號(hào)線和 18 號(hào)線）為接觸器線圈提供電源。繼電器的線圈電源由保護(hù) 器 JB 內(nèi)部模塊（27 號(hào)線和 28 號(hào)線）供 24V 直流電源。熔斷器 FU7~FU13 的位置見(jiàn)附錄圖 3所示。 3.3、控制單元 控制單元由四部分組成，主要控制部件為西門子 PLC-CPU226；另外， 包括三擴(kuò)展單元。在附錄圖4 主控單元中，可以很明確的顯示出系統(tǒng)的啟動(dòng) 和停止的控制接點(diǎn)、各保護(hù)接點(diǎn)的輸入接點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出接點(diǎn)，同時(shí)也表 示出了顯示器（TD200）和控制器的接口；由于輸入為模擬信號(hào)，所以又增 添了模擬量擴(kuò)展模塊（3 個(gè)模塊），其接線情況如附錄圖5 所示。TD200 為 兩行中文液晶顯示器，可以顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，如果在多 項(xiàng)故障同時(shí)出現(xiàn)的情況下，顯示器的右下角出現(xiàn)閃動(dòng)的光標(biāo)提示。 本系統(tǒng)采用 PLC 作為主控元件，從而在軟件上實(shí)現(xiàn)了各機(jī)構(gòu)電機(jī)的邏 輯控制和保護(hù)中斷功能。 3.4、保護(hù)單元 保護(hù)單元由綜合保護(hù)器 JB 組成。各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的漏電閉鎖、36V漏電 以及切割電機(jī)的過(guò)熱保護(hù)由 JB 來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí) JB 還提供互感器的電源。保 護(hù)單元通過(guò)對(duì)主回路和控制回路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行信號(hào)的采集，經(jīng)過(guò)電子電路 的處理，將系統(tǒng)的狀態(tài)反映到控制單元，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)并及時(shí)故障中斷 系統(tǒng)運(yùn)行。保護(hù)單元主要為保護(hù)設(shè)備和工作人員的人身安全而設(shè)置。保護(hù)單 元接線情況如附錄圖6 所示。保護(hù)器正常時(shí)，（PLC 相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)燈亮）， 保護(hù)動(dòng)作時(shí) TD200 顯示其動(dòng)作情況（相對(duì)應(yīng)的 PLC 輸入點(diǎn)燈滅）。 截割部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它主要由電動(dòng)機(jī)、叉形架、減速器、截割頭等組成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)減速器，將動(dòng)力傳給截割頭，通過(guò)截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到破碎煤巖的目的。 ★電動(dòng)機(jī)的選型 一、電機(jī)參數(shù)： 二、電機(jī)外形圖： 三、電機(jī)外形尺寸： ★截割頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 作為新一代的煤巷掘進(jìn)設(shè)備，要求掘進(jìn)機(jī)具有生產(chǎn)效率高、截割塊度大、截割比能耗低的特點(diǎn)，在使用上能替代20世紀(jì)80年代末的AM-50煤巷掘進(jìn)機(jī)，因此，截割頭的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。影響截割效果的因素很多，有運(yùn)動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)兩方面。其中運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要表現(xiàn)在截割頭橫向擺動(dòng)速度和轉(zhuǎn)速。增加橫向擺動(dòng)速度可提高生產(chǎn)率，增大截割塊度，降低截割比能耗，但卻使截割頭載荷加大，所需截割功率增加；而提高轉(zhuǎn)速能降低截割頭載荷，但又使粉塵量增加，截割效率降低。合理確定截割頭的工作參數(shù)是保證截割頭高效工作的關(guān)鍵之一。經(jīng)綜合考慮，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的橫向擺動(dòng)速度為10m/min，截割頭轉(zhuǎn)速為53r/min。 ? ? 另一方面，截割頭的幾何參數(shù)是截割頭設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵。截割頭的幾何參數(shù)包括截割頭的形狀、長(zhǎng)度、直徑及錐角等。為了使截割頭鉆進(jìn)容易，保證在鉆進(jìn)過(guò)程中有較多截齒參加工作，要求截割頭鉆孔輪廓為擴(kuò)散形?？v軸式掘進(jìn)機(jī)的截割頭形狀大致為柱形、錐形和球頭與錐形的復(fù)合體，本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)采用球頭與錐形的復(fù)合體形式；截割頭長(zhǎng)度與煤巷特征和截割的循環(huán)速度有關(guān)，太長(zhǎng)或太短對(duì)截割頭的使用均不利，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為973mm；截割頭的直徑?jīng)Q定掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率和截齒的截割能力，與巷道斷面大小有關(guān)，在截割頭功率和轉(zhuǎn)速一定的條件下，不合理的直徑會(huì)使每把截齒的截割能力降低，甚至無(wú)法正常工作，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭最大直徑設(shè)計(jì)為1056mm；截割頭錐角的大小與鉆進(jìn)效果、巷道表面光滑性及截齒的工況有關(guān)，錐角太大，截割頭兩端截齒截割力相差懸殊，大端截齒因過(guò)載很快磨損，而小端截齒未被充分利用，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭錐角為15°。達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 截割部減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、傳動(dòng)方案的擬定 根據(jù)工作機(jī)的要求，傳動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作機(jī)。實(shí)際表明，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地?cái)M定傳動(dòng)方案又是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)要求使用二級(jí)行星減速減速器，此減速器的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比較大，適用于載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合，要求軸具有較大的剛度。行星傳動(dòng)是通過(guò)幾個(gè)行星輪傳遞動(dòng)力的，為了補(bǔ)償制造及裝配誤差的影響，使各行星輪均勻地分擔(dān)載荷，在傳動(dòng)中采用載荷均衡機(jī)構(gòu)，高速級(jí)采用行星架浮動(dòng)，低速級(jí)采用太陽(yáng)輪浮動(dòng)，這是兩級(jí)行星減速器中最常用的應(yīng)用最廣泛的一種。高速級(jí)和低速級(jí)行星輪組件全部采用雙壁整體式，行星架材料為ZG340-640，正火。兩級(jí)之間力矩的傳動(dòng)是通過(guò)漸開(kāi)線花鍵聯(lián)接的。 二、傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)分傳動(dòng)比的分配： 通過(guò)查閱有關(guān)資料，截割頭的轉(zhuǎn)速范圍為50~60r/min，為了便于計(jì)算按 以下方法分配傳動(dòng)比： 高速級(jí)傳動(dòng)比i1=5.6 低速級(jí)傳動(dòng)比i2=5 截割頭轉(zhuǎn)速： 三、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)： 轉(zhuǎn)矩：T1=768Nm T2=T1×η1（聯(lián)軸器效率）×η2（行星傳動(dòng)效率）×i1 =768×0.985×0.99×5.6 =4194Nm T3=T2×η2×i2=4194×0.985×5=20655Nm 轉(zhuǎn)速：n1=1478r/min n2=n1/i1=1478/5.6=264r/min n3=n2/i2=264/5=53r/min 功率：P1=120KW P2=P1×η1×η2×η3（漸開(kāi)線花鍵傳動(dòng)） =120×0.99×0.985×0.99 =115.85KW P3=P2×η2×η3=115.85×0.985×0.99=112.97KW 四、高速級(jí)部分： 1、 齒數(shù)選擇： 查手冊(cè)當(dāng)i1=5.6時(shí)，Za=16,Zc=29,Zb=74。滿足同心條件，Za=16N0 取NL=N0 有YNT=1 應(yīng)力修正系數(shù) Ysa(a)=0.78 Ysa(c)=0.76 Ysa(b)=0.86 尺寸系數(shù) m=8 取YX=0.98 彎曲疲勞許用應(yīng)力 7、彎曲疲勞強(qiáng)度校核 動(dòng)載系數(shù) KFV=KHV=1.02 a-c計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Ta-c=768N/m c-b計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc-b=Ta-c(Zc/Za