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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
吳先榮
專業(yè)
：
機(jī)械電子工程
學(xué)號(hào)
：
18735187073
指導(dǎo)教師
：
馬樹煥
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程系
二〇二〇年五月
掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
掘進(jìn)機(jī)是巷道掘進(jìn)和隧道施工的重要設(shè)備，它具有截割、裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)、獨(dú)立行走、噴霧降塵的功能。根據(jù)所掘斷面的形狀大小分，有部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)和全斷面掘進(jìn)機(jī)；依據(jù)截割對(duì)象的性質(zhì)劃分，有煤巷掘進(jìn)機(jī)、半煤巷掘進(jìn)機(jī)和巖巷掘進(jìn)機(jī)三種，依據(jù)截割頭布置方式劃分，部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)包括縱軸式和橫軸式掘進(jìn)機(jī)。
目前在國內(nèi)外產(chǎn)品有很多種，使用最多的一種掘進(jìn)機(jī)是縱軸式掘進(jìn)機(jī)，它是截割頭的軸線與懸臂軸線共線或平行的一種部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)，裝載機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)之一，其性能能夠直接的影響著整機(jī)的生產(chǎn)能力，掘進(jìn)機(jī)的裝載部分主要是由驅(qū)動(dòng)裝置、鏟板體和升降油缸等組成。掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)位于整個(gè)掘進(jìn)機(jī)前端的下方，它的作用是把截割機(jī)構(gòu)所采下來的煤巖進(jìn)行收集、裝載到中間刮板輸送機(jī)上，而后經(jīng)過后部轉(zhuǎn)載設(shè)施進(jìn)行卸載。
本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括裝載機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)（含鏟板）、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、參數(shù)的確定、動(dòng)力元件的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的確定來進(jìn)行分析及確定，并對(duì)裝載機(jī)構(gòu)減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。其目的在于，通過該設(shè)計(jì)使自己對(duì)掘進(jìn)機(jī)的裝載結(jié)構(gòu)、組成和原理有更深入的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中，熟悉裝載機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)以及減速器的設(shè)計(jì)過程，把理論與實(shí)際相結(jié)合。
關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī)；裝載機(jī)構(gòu)；減速器
ii
Design?of?the?roadheader?shipment?system
Abstract
The driving machine is the important equipment of tunnel excavation and tunnel construction, which has cutting, loading, transportation, walking and spraying independently.Function of fog dust fall. According to the excavation section of the shape and size of the points, a part of the tunnel boring machine and full face tunneling machine; according to cutting the object nature of the division, the coal lane tunneling machine, half coal roadway tunneling machine and the rock heading machine three, according to the cutting head arrangement division, part of the tunnel boring machine including longitudinal axis and horizontal boring machine.
Charging mechanism is one of main working body of boring machine. Its performance can directly affect the machine production capacity, boring machine loading part is mainly composed of a driving device, shovel board body and a lifting oil cylinder and. Boring machine loading mechanism located below the front of the whole tunnel boring machine, its role is cut cutting mechanism of the mining down to the coal and rock collection, load and the middle scraper conveyor, and then after posterior reproduced facilities to uninstall.
The content of this design includes loading mechanism design (including the shovel board), structure design, parameter determination, dynamic components, transmission system determined to carry on the analysis and the determination, and the loading mechanism for design and calculation of the decelerator. The purpose is, through the design, to make himself more in-depth understanding of the structure, composition and principle of the driving machine.. In the design process, familiar with the design process of the loading mechanism and the design process of the reducer, the combination of theory and practice.
Keywords: roadheader reducer; loading mechanism;
目 錄
摘 要 .i
Abstract ii
1 緒論 1
1.1 國外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況 1
1.2 國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況 2
1.3 掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢 3
1.4 掘進(jìn)機(jī)介紹 3
2 掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì) 5
2.1 使用條件 5
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.2.1 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇 6
2.2.2 裝載機(jī)構(gòu)的型式選擇 7
2.2.3 輸送機(jī)構(gòu)的型式選擇 8
2.2.4 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的型式選擇 9
2.2.5 行走機(jī)構(gòu)的型式選擇 9
2.2.6 除塵裝置的型式選擇 9
2.3 對(duì)上述各部分進(jìn)行選用 10
2.3.1 運(yùn)用黑箱法 10
2.3.2 繪制強(qiáng)度圖 10
2.3.3 繪制斷面圖 11
2.4 總體參數(shù)的確定 11
2.4.1 機(jī)型大小 11
2.4.2 總體布置 12
2.4.3 掘進(jìn)機(jī)的通過性 13
3 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.1 裝運(yùn)機(jī)組成及作用 14
3.2 鏟板部 15
3.3 第一運(yùn)輸機(jī) 16
3.4 液壓系統(tǒng) 17
4 鏟板升降油缸的設(shè)計(jì) 19
4.1 鏟板升降液壓缸類型的選擇 19
4.2 基本參數(shù)的確定 19
4.2.1 工作負(fù)載的確定 19
4.2.2 工作壓力的確定 20
4.2.3 工作速度和速比的確定 20
4.2.4 液壓缸內(nèi)徑確定 21
4.2.5 最大工作行程和最小導(dǎo)向長度的確定 21
4.2.6 活塞寬度（B）和隔離套的選用 22
4.2.7 液壓缸的推力和拉力 23
4.3 缸底厚度的計(jì)算 23
4.3.1 缸筒壁厚 23
4.3.2 缸筒壁厚的強(qiáng)度驗(yàn)算 23
4.4 外徑的選擇 24
5 液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 24
5.1 液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算 24
5.1.1 活塞桿的計(jì)算簡圖 24
5.1.2 柔度計(jì)算 25
5.1.3 活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 25
5.1.4 液壓缸連接零件的強(qiáng)度計(jì)算 26
5.1.5 密封、導(dǎo)向和防塵裝置的選擇 28
6 裝機(jī)事項(xiàng)與檢修 30
6.1 搬運(yùn)、安裝和調(diào)整 30
6.1.1 機(jī)器的拆卸和搬運(yùn) 30
6.1.2 機(jī)器組裝及注意事項(xiàng) 30
6.1.3 機(jī)器的調(diào)整 31
6.2 機(jī)器檢修 31
參考文獻(xiàn) 36
附錄 38
外文資料 42
中文譯文 54
致 謝 63
山西工程技術(shù)學(xué)院――畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 緒論
1.1 國外掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況
國外主要的生產(chǎn)單位有：英國 Dosco 公司、英國 Anderson 公司，德國的阿特拉斯科普柯-?？苫舴蚓蜻M(jìn)機(jī)技術(shù)公司(Atlas Copco -Eick-hoff Roadheading Techbic Gmbh 簡稱 AC -E), 奧地利的奧鋼聯(lián)、保拉特(Paurat)有限公司，日本三井三池制作所、前蘇聯(lián)雅西諾瓦斯克機(jī)械制造廠。這些公司的發(fā)展現(xiàn)狀基本上代表著國外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀。
在全世界范圍內(nèi)，自第二次世界大戰(zhàn)的幾十年來，新的理論以及新的技術(shù)被廣泛應(yīng)用到掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造以及使用之中，使礦山掘進(jìn)機(jī)械有了非常大的進(jìn)步。使工人的勞動(dòng)強(qiáng)度得到很大的緩解，生產(chǎn)的效率也得到非常大的提高。
目前，國外的掘進(jìn)機(jī)的型式趨于系列化和多樣化。國外的新型掘進(jìn)機(jī)均配備有完善的工況監(jiān)測和系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，很早的就能夠發(fā)現(xiàn)故障，所以能夠很快的排除故障，可以減少很長一部分停機(jī)時(shí)間。有些重型掘進(jìn)機(jī)還能夠配置自動(dòng)控制系統(tǒng)，使機(jī)器的生產(chǎn)率提高30 %左右，以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn)，避免由于人為的操作不當(dāng)?shù)仍蛞鸬募夥遑?fù)荷，使機(jī)器的使用壽命延長約20%。此外，一些發(fā)達(dá)國家的掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)，除了可以完成常規(guī)控制以外，還具有遙控、程控的一系列的功能，增設(shè)掘進(jìn)斷面自動(dòng)控制和掘進(jìn)定向功能,，使掘進(jìn)機(jī)能夠按照預(yù)定的方案進(jìn)行作業(yè)，極大程度的提高了掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化程度與掘進(jìn)效率。近些年來國外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展與研究情況主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)切割功率能力穩(wěn)定提高，機(jī)器的可靠性高。日本成功使用TM60K 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)全巖巷引水隧道，截割抗壓強(qiáng)度高達(dá)170～200 MPa 的巖石，目前最大WAV408 型掘進(jìn)機(jī)重160t。切割功率可達(dá) 。定位切割斷面面積可達(dá)以先進(jìn)的制造技術(shù)為基礎(chǔ)，從原材料質(zhì)量到零部件的加工精度都能進(jìn)行嚴(yán)格的控制。有效地保證了主機(jī)的質(zhì)量水平。此外，近年來廣泛采用可靠性的技術(shù)。簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，在齒輪傳動(dòng)、機(jī)械聯(lián)接及液壓傳動(dòng)等方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)。
(2)配套設(shè)備的多樣化。為了充分的發(fā)揮掘進(jìn)機(jī)的效能，人們十分重視綜掘作業(yè)線配套設(shè)備的研究。為了大幅度縮短支護(hù)時(shí)間，在中間頂板穩(wěn)定的前提下，常用機(jī)載錨桿鉆機(jī)支護(hù)，為了讓掘進(jìn)機(jī)與支護(hù)平行作業(yè)，運(yùn)用超前液壓支架或自帶盾牌掩護(hù)支架。在后配套運(yùn)輸方面，通常采用橋式、帶式轉(zhuǎn)載機(jī)。
(3)采用機(jī)電一體化技術(shù)。國外的新型掘進(jìn)機(jī)均配備有完善的工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，很早的就可以發(fā)現(xiàn)故障，所以可以快速的排除故障，能夠很大的減少停機(jī)時(shí)間。這樣還可以保證切割機(jī)構(gòu)的負(fù)載平穩(wěn)，避免因?yàn)槿藶椴僮鞯牟划?dāng)所引起的系統(tǒng)載荷，可以極大的延長機(jī)器的使用壽命，部分新型掘進(jìn)機(jī)還可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向監(jiān)控、截割路線循環(huán)程序控制、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控。
1.2 國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況
我國于 1962 年開始掘進(jìn)機(jī)的研制工作，最初是仿前蘇聯(lián)產(chǎn)品，機(jī)身輕，功率小，性能差，未廣泛應(yīng)用。在20世紀(jì)60年代初期到70年代末，這一階段主要是以引進(jìn)國外掘進(jìn)機(jī)為主，在引進(jìn)的同時(shí)進(jìn)行消化、吸收。為我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的第二階段的發(fā)展打下了一個(gè)很良好的技術(shù)基礎(chǔ)。這一階段掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是：使用的范圍越來越廣泛，切割能力有了逐漸的提高，有了切割?yuàn)A巖和過斷層的能力。
20世紀(jì)70年代末到80年代末，我國與國外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步地實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，其典型的代表是與奧地利、日本合作生產(chǎn)的 AM50 型及 S100 型，這兩種機(jī)型現(xiàn)已成為國內(nèi)市場主導(dǎo)產(chǎn)品。隨后，國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)也在加快其研制步伐。我國自行設(shè)計(jì)以及制造了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)，比如 EL-90、ELMB-55、 EBJ-65/ 48 、ELMB、 EMIA30、 EMS-75、EL-90、 EBJ-132、 EBJ-160、MRH-S100-41、EBH-132、AM-50、EJ-70等機(jī)型 .這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是：可靠性較高，已經(jīng)可以適應(yīng)本國煤巷掘進(jìn)的需要。半煤巖巷的掘進(jìn)技術(shù)也達(dá)到很高的水平，出現(xiàn)了重型機(jī)。
由20世紀(jì)80 年代末至今，重型機(jī)型大批出現(xiàn)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已相當(dāng)先進(jìn)?？梢愿鶕?jù)礦井生產(chǎn)的不同要求實(shí)現(xiàn)部分個(gè)性化設(shè)計(jì)。這一階段懸臂式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)水平較為先進(jìn)，可靠性大幅提高。功能更加完善，功率更大。一些高新技術(shù)已用于機(jī)組的自動(dòng)化控制并逐步發(fā)展到全巖巷的掘進(jìn)。通過幾十年的發(fā)展，我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 、使用進(jìn)入了一個(gè)較高的水平。已經(jīng)可以跨入了國際先進(jìn)行列，由于縱軸式掘進(jìn)機(jī)工作中良好的截割性能，整機(jī)調(diào)用靈活和可截割不同巷道斷面的優(yōu)點(diǎn)，在很多方面得到廣泛的應(yīng)用。
1.3 掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢
綜觀國內(nèi)和國外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展情況,各國都在技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新,未來的發(fā)展趨向如下：
(1)重型化、大功率。隨著采煤機(jī)械化程度的提高和巷道斷面的不斷擴(kuò)大，掘進(jìn)機(jī)面對(duì)越來越硬和研磨性更強(qiáng)的巖石，單向抗壓強(qiáng)度超過 170 MPa。因此，開發(fā)研制高功率 、大質(zhì)量的重型硬巖掘進(jìn)機(jī)尤為迫切。目前，國外許多重型掘進(jìn)機(jī)截割功率達(dá)到 200～ 300 kW， 最高可達(dá) 500 kW 。而我國重型掘進(jìn)機(jī)尚處于發(fā)展階段，截割功率目前已達(dá) 200 kW 。越來越高的截割功率雖然可提供給截割頭巨大的截割力, 但使機(jī)器的振動(dòng)進(jìn)一步加劇。對(duì)生產(chǎn)率、機(jī)器的壽命和日常保養(yǎng)都將產(chǎn)生不利影響。隨之而來的是機(jī)器的重量將越來越大。以增加穩(wěn)定性。
(2)掘、鉆 、錨一體化。研制集掘、鉆、錨為一體的采掘錨綜合機(jī)組。以實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的同時(shí)又能打眼安裝錨桿，支護(hù)頂板、側(cè)幫，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè)，解決掘進(jìn)機(jī)利用率低的問題。因此，掘、鉆、錨一體化是實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)，滿足高產(chǎn) 、高效工作面發(fā)展需要的重要技術(shù)途徑。
(3)噴霧降塵設(shè)備隨機(jī)化。目前，掘進(jìn)機(jī)大多設(shè)有內(nèi)、外噴霧裝置，但對(duì)呼吸性粉塵降塵效果差，噴嘴堵塞嚴(yán)重。因此，對(duì)現(xiàn)有機(jī)型設(shè)置機(jī)載降塵設(shè)備，強(qiáng)化外噴霧的使用效果。將會(huì)使掘進(jìn)機(jī)在工作時(shí)的粉塵濃度大大降低。
(4)智能化、自動(dòng)化。配置激光導(dǎo)向系統(tǒng) 、計(jì)算機(jī)斷面控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)，以降低對(duì)操作人員的反應(yīng)要求，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。
(5)附件化。保留必要的截、裝、運(yùn) 、行主要組成功能。將降塵、輔助支護(hù)等裝置以附件形式出現(xiàn).這樣，可根據(jù)需要選擇裝配各種附加件，給設(shè)計(jì)、制造、使用都帶來方便。
(6)裝載運(yùn)輸裝置亦采用可伸縮型結(jié)構(gòu)，保證機(jī)器的機(jī)動(dòng)性和適應(yīng)性。液壓系統(tǒng)逐步趨于完善、可靠
1.4 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。
67
2 掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)
掘進(jìn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割，裝運(yùn)，運(yùn)輸，裝載煤巖和調(diào)動(dòng)行走，噴霧除塵的聯(lián)合機(jī)組。與傳統(tǒng)的爆破法相比，使用掘進(jìn)機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)；
1、能夠保證巷道的穩(wěn)定性。2、掘進(jìn)速度快。3、減少巷道的超控量和不必要的工程量。4、減少巖石的冒落和及瓦斯的突然涌出，有利與安全和通風(fēng)管理。5、改善勞動(dòng)條件，減少笨重的體力勞動(dòng).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。見圖2-1
圖2-1總體結(jié)構(gòu)圖
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。
2.1 使用條件
用戶的使用條件，巷道為梯形斷面，上底5下底6高4，堅(jiān)固性系數(shù)f=6,底版和兩側(cè)要求光滑。見圖2-2
圖2-2巷道端面
掘進(jìn)機(jī)組成；由截割部分，本體部分，裝運(yùn)部分，行走部分，液壓系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)，等組成。見圖2-3
圖2-3總體結(jié)構(gòu)爆炸圖
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇
部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有截鏈?zhǔn)健A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)。
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、過堅(jiān)硬巖石時(shí)短期過載運(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)過載，一般選擇過載能力較大的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2.2.2 裝載機(jī)構(gòu)的型式選擇
部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)有4種；
1）單雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)剑簡苇h(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。見圖2-5
圖2-5 蟹爪結(jié)構(gòu)
4）星輪式。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡單、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)。見圖2-6
圖2-6星輪結(jié)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。耙裝裝載機(jī)構(gòu)雖可連續(xù)裝載,然而在兩個(gè)偏心
轉(zhuǎn)盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)一周時(shí),只有兩次裝載過程,如果想要提高裝載效率就要增加偏心轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周的裝載次數(shù),因此決定將其原來的蟹爪式裝載機(jī)構(gòu)改為星輪式裝載機(jī)構(gòu)。
2.2.3 輸送機(jī)構(gòu)的型式選擇
部分?jǐn)嗝婢蜻M(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。
2.2.4 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)。
2.2.5 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，部分?jǐn)嗝婢蜻M(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)。
2.2.6 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，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)簡單、工作可靠、使用壽命長。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，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。
2.3 對(duì)上述各部分進(jìn)行選用
2.3.1 運(yùn)用黑箱法
表2-1掘進(jìn)機(jī)原理解
功能元件
工作機(jī)構(gòu)
裝載機(jī)構(gòu)
行走機(jī)構(gòu)
除塵機(jī)構(gòu)
A
縱軸式
耙爪式
履帶式
噴霧式
B
橫軸式
星輪式
邁步式
抽出式
C
螺旋式
導(dǎo)軌式
D
單雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?
選兩種組合第一種；a1----b2----a3-----a4
第二種；b1----b2----c3-----b4
第三種；a1----a2----a3-----a4
2.3.2 繪制強(qiáng)度圖
見圖2-7
圖2-7掘進(jìn)機(jī)價(jià)值強(qiáng)度圖
把有權(quán)重總價(jià)高并且在價(jià)值強(qiáng)度圖中位于右上角的兩個(gè)方案（1、3），作為較好的方案，在借助于價(jià)值斷面進(jìn)行比較，比較結(jié)果方案1是最好的。
2.3.3 繪制斷面圖
見圖2-8
圖2-8掘進(jìn)機(jī)價(jià)值斷面圖
2.4 總體參數(shù)的確定
2.4.1 機(jī)型大小
表2-2基本機(jī)型與主要參數(shù)
基本機(jī)型主要參數(shù)
1
2
3
掘進(jìn)斷面(㎡)
巖石硬度(f)
截割功率(kw)
機(jī)器重量(t)
6——14
≤4
55——75
16——25
8——20
4——6
75——110
25——40
10——24
6——8
110——160
40——75
根據(jù)主要參數(shù)與工作條件選3型
2.4.2 總體布置
工作機(jī)構(gòu)要求有較大短時(shí)間過載能力，油馬達(dá)對(duì)沖擊載荷敏感，過載能力低。影響截割頭正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，掘進(jìn)的工作機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)形式。利用體積小、功率大、過載能力強(qiáng)的專用電動(dòng)機(jī)，并配備可靠的電氣保護(hù)裝置。根據(jù)工作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，通常工作機(jī)構(gòu)的減速器設(shè)在懸臂內(nèi)，成為懸臂的組成部分。截割頭調(diào)速方式一般采用配換掛輪的方法，變速機(jī)構(gòu)力求簡單。
耙裝運(yùn)輸機(jī)構(gòu)采用齒輪油馬達(dá)傳動(dòng)，由于尺寸小，重量輕，可使2者分別傳動(dòng)，從而簡化傳動(dòng)裝置，便于在鏟板下布置，便于設(shè)計(jì)密封效果好的機(jī)械密封或?qū)p速器
與鏟板分離，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。
從而簡化傳動(dòng)裝置，便于在鏟板下布置，便于設(shè)計(jì)密封效果好的機(jī)械密封或?qū)p速器與鏟板分離，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)過載自動(dòng)保護(hù)。
履帶行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩種方式。分別通過機(jī)械減速裝置或直接由馬達(dá)帶動(dòng)履帶的主動(dòng)鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)。
機(jī)械傳動(dòng)的履帶行走機(jī)構(gòu)，一般是將電動(dòng)機(jī)裝于兩條履帶減速器后部，制動(dòng)裝置采用機(jī)械液壓制動(dòng)方式。可靠性高，但不能調(diào)速，減速箱體積較大采用4級(jí)電機(jī)，巷道淋水大時(shí)，電動(dòng)機(jī)易受潮燒壞。
履帶行走機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)形式，系統(tǒng)簡單、性能教好、技術(shù)先進(jìn)。液壓傳動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)中，在液壓馬達(dá)形式選擇及調(diào)速方式設(shè)計(jì)方面，有不同方案。行走機(jī)構(gòu)的調(diào)速方式有兩種，一是采用變量泵另一種是采用分流或并流的調(diào)速方案，在機(jī)器快速調(diào)動(dòng)時(shí)，停止想裝載馬達(dá)供油，只向行走馬達(dá)供油，使掘進(jìn)機(jī)具有良好的行走速度。
2.4.3 掘進(jìn)機(jī)的通過性
掘進(jìn)機(jī)的通過性是指機(jī)器通過彎道、各種底板和障礙物的能力歷史掘進(jìn)機(jī)的使用性能之一。
機(jī)器高度越低越好，但由于離地最小間隙和龍門高度的要求，機(jī)器不能太低，小斷面在1.7m以下，大斷面在2m以下。長度在8m左右，機(jī)器寬度與巷道寬度相適應(yīng)。機(jī)器兩側(cè)距離巷道兩壁保持適應(yīng)距離，以便人員通過和材料的運(yùn)輸。
掘進(jìn)機(jī)械的通用性離地最小間隙取200mm.可通過巷道最小半徑控制在6-10m.適應(yīng)底版比壓p=100---130Kpa，
掘進(jìn)機(jī)穩(wěn)定性分析與計(jì)算穩(wěn)定性是指在規(guī)定的方向行走和工作的時(shí)候不發(fā)生翻到或測滑的能力。靜態(tài)穩(wěn)定性是指機(jī)器在行走和截割兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性，是影響掘進(jìn)機(jī)的有效工作的重要因素之一，在總體設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)基本予以平衡，而在機(jī)器的縱向和高度方向上的重心位置應(yīng)分、懸臂和機(jī)身兩部分分進(jìn)行計(jì)算，主要是便于對(duì)懸臂處于各種不同位置和帶動(dòng)角度時(shí)的整機(jī)重心計(jì)算。當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)時(shí)候，還應(yīng)分別鉆進(jìn)工況和橫向擺動(dòng)切割工況進(jìn)行縱向和橫向的年扭動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算。
3 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
煤礦井下巷道的快速掘進(jìn)，要求掘進(jìn)機(jī)具有較大的生產(chǎn)能力，因此，在提高掘進(jìn)機(jī)截割能力的同時(shí)，其裝載運(yùn)輸能力也必須相應(yīng)提高。裝載機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)之一，其作用是將截割機(jī)構(gòu)破落下來的煤巖收集、耙裝至中間輸送機(jī)。裝載能力的大小取決于裝載機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇，它直接決定了整機(jī)的生產(chǎn)能力，因此，不斷改進(jìn)和完善掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)，是提高掘進(jìn)機(jī)整機(jī)性能的前提。它目前多采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)星輪的方式。星輪裝載機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，它設(shè)計(jì)是否正確合理，將直接影響整機(jī)的適用性、生產(chǎn)效率和性能可靠性，裝載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要與整機(jī)相匹配。
3.1 裝運(yùn)機(jī)組成及作用
裝運(yùn)機(jī)構(gòu)由鏟板部和第一運(yùn)輸機(jī)兩部分組成, 其 主要作用是通過鏟板部星輪或耙爪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 把由 截割部割下并落在鏟板上的塊煤推到從動(dòng)輪處; 然后 由第一運(yùn)輸機(jī)通過圓環(huán)刮板鏈把煤從低處向高處運(yùn) 輸; 刮板把煤運(yùn)到主動(dòng)鏈輪處帶出掘進(jìn)機(jī), 落到第二 運(yùn)輸機(jī)上把煤運(yùn)走。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)改進(jìn)前、后的結(jié)構(gòu)分別 見圖 3-1 和圖 3-2
圖3-1裝運(yùn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖3-2改進(jìn)后裝運(yùn)機(jī)構(gòu)
3.2 鏟板部
裝運(yùn)機(jī)構(gòu)鏟板部的改進(jìn)原掘進(jìn)機(jī)鏟板部采用耙爪式結(jié)構(gòu)，其動(dòng)力來自運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的左、右擺線馬達(dá)，由其帶動(dòng)主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，然后由主動(dòng)鏈輪通過圓環(huán)鏈帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪通 過齒輪箱傳遞動(dòng)力給耙爪；耙爪按相應(yīng)軌跡運(yùn)動(dòng)，把煤塊推到從動(dòng)輪刮板處,由第一運(yùn)輸機(jī)把煤運(yùn)走。其 缺點(diǎn)是：運(yùn)輸機(jī)與耙爪來自同一個(gè)動(dòng)力，互相影響大，耙爪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜、容易卡阻；馬達(dá)為擺線馬達(dá)，耐沖擊性差，容易損壞；通過從動(dòng)輪剛性連接著兩個(gè)錐齒輪箱傳遞動(dòng)力給耙爪(傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-1如示)由于錐齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜；其加工要求和安裝要求也高；造價(jià)更高；在井下使用時(shí), 耙爪經(jīng)?？ㄗ? 錐齒輪箱容易損壞，不易修，不易更換。
鏟板部是由鏟板本體、側(cè)鏟板、鏟板驅(qū)動(dòng)裝置、從動(dòng)輪裝置等組成。通過兩個(gè)低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)星輪，把截割下來的物料收集到第一運(yùn)輸機(jī)內(nèi)。鏟板部的兩個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)采用一個(gè)液壓分流器，使兩個(gè)液壓馬達(dá)在工作時(shí)能夠獲得均衡的流量，確保星輪平穩(wěn)一致。鏟板本體、側(cè)鏟板用M24高強(qiáng)度螺栓連接，鏟板在油缸作用下可向上抬起，向下臥底。
改進(jìn)后裝運(yùn)機(jī)構(gòu)改進(jìn)后使用的掘進(jìn)機(jī)鏟板部為弧形三齒或五齒星 輪結(jié)構(gòu)，如圖3-2所示，其左、右星輪分別單獨(dú)動(dòng)作，各自由柱塞式低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)星輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，星輪把煤從鏟板上各處推到從動(dòng)輪處，將煤運(yùn)走。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：左、右星輪旋轉(zhuǎn)與主動(dòng)鏈輪拖動(dòng) 圓環(huán)刮板鏈運(yùn)動(dòng)3方各不相
干，互不影響；同時(shí)星輪采用具有一定柔性的進(jìn)口低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)耐高壓達(dá)到35MPa，其耐用性，抗沖擊能力強(qiáng)，所以星輪的可靠性提高，故障低；星輪單獨(dú)動(dòng)作，判斷故障也容易，拆裝修理也方便。
圖3-3改進(jìn)前耙爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
圖3-4改進(jìn)后耙爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
3.3 第一運(yùn)輸機(jī)
第一運(yùn)輸機(jī)的改進(jìn)原第一運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)大多采用雙邊鏈刮板型式，由于掘進(jìn)機(jī)使用時(shí)間長以及耙爪、星輪偶爾卡阻等因素，致使雙邊鏈刮板彎曲，造成圓環(huán)鏈與主動(dòng)鏈輪不能正 常嚙合，圓環(huán)脫鏈?，F(xiàn)根據(jù)不同地質(zhì)情況采用中雙鏈 或雙邊鏈刮板等型式來滿足不同工況的需求。割煤時(shí)優(yōu)先采用中雙鏈刮板型式(如圖3-5所示)，其優(yōu)點(diǎn)是刮 煤時(shí)刮板受力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，刮板結(jié)構(gòu)較厚實(shí)，不易彎曲變形，基本不會(huì)造成脫鏈，使用長久。割煤巖或煤泥時(shí)采用雙邊鏈刮板型式比較好(如圖 3-6所示)，其特點(diǎn)是使用時(shí)間長不易變形，刮板也不易卡阻。其中，小型掘進(jìn)機(jī)使用普通刮板型，以上大型掘進(jìn)機(jī)割巖時(shí)采用寬刮板型，第一運(yùn)輸機(jī)刮板在前后溜槽上向上運(yùn)煤，原設(shè)計(jì)一般采用曲線軌跡向上運(yùn)輸，現(xiàn)在設(shè)計(jì)盡量采用直線軌跡，減少了運(yùn)行阻力，運(yùn)輸效果比原來好。此外，現(xiàn)在耐磨板一般采用高強(qiáng)度耐磨材料K400，提高了溜槽的使用壽命。
圖3-5中雙鏈刮板
圖3-6雙邊鏈刮板
3.4 液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)的改進(jìn)，原液壓系統(tǒng)是定量系統(tǒng)，齒輪泵驅(qū)動(dòng)裝運(yùn)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行元件液壓馬達(dá)，掘進(jìn)機(jī)只要開機(jī)工作，裝運(yùn)機(jī)構(gòu)就一直運(yùn)轉(zhuǎn)，屬于連續(xù)作業(yè)方式。由于液壓馬達(dá)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，所以溢流閥一直保壓，油路溫度較高，液壓元件尤其是密封件容易老化，導(dǎo)致有些液壓元件提前損壞，發(fā)生很多故障。現(xiàn)在液壓系統(tǒng)采用斜盤式柱塞變量泵及先導(dǎo)比例閥控，系統(tǒng)能耗低，液壓管路溫度低，操作輕便，并具有壓力切斷、負(fù)載敏感功能，變量泵根據(jù)鏟板部落下堆放的煤量多少和星輪推動(dòng)阻力變化自動(dòng)調(diào)節(jié)泵的輸出流量和輸出扭矩，這樣就保持了順利出煤。
4 鏟板升降油缸的設(shè)計(jì)
4.1 鏟板升降液壓缸類型的選擇
根據(jù)鏟板的工作情況可知，在工作時(shí)候鏟板能向下臥底和向上抬起，這就必須選擇一個(gè)活塞桿能實(shí)現(xiàn)正反兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的液壓缸。所以，選擇雙作用單活塞桿式液壓缸可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)要求。
4.2 基本參數(shù)的確定
4.2.1 工作負(fù)載的確定
液壓缸的工作負(fù)載是指工作機(jī)構(gòu)在滿負(fù)荷的情況下，以一定的加速度啟動(dòng)時(shí)，對(duì)液壓缸產(chǎn)生的總阻力，可如下計(jì)算：
(4-1)
式中，Re— 工作機(jī)構(gòu)的阻力及自重等對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；
Rf— 工作機(jī)構(gòu)滿負(fù)荷起動(dòng)時(shí)的靜摩插力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；
Rg —工作機(jī)構(gòu)滿負(fù)荷起動(dòng)時(shí)的慣性力對(duì)液壓缸產(chǎn)生的作用力；
由式(1-1)計(jì)算得到的總阻力，即為液壓缸的最大工作負(fù)載。
因?yàn)樘鸷头畔络P板的速度很小這里的慣性力忽略不計(jì)，同樣靜摩擦力也忽略不計(jì)。
所以算
為了求出鏟板液壓缸的總阻力，首先需給出鏟板的有關(guān)尺寸參數(shù)，然后對(duì)鏟板進(jìn)行受力分析。
鏟板自重W=8000N；鏟板寬度B=3600mm；長度L=2300mm；物料的重力W=8000N鏟板的受力如圖4-1所示：利用靜力學(xué)列方程
(4-2)
、、、、
=89333.33N
所以R=F
圖4-1鏟板受力分析圖
4.2.2 工作壓力的確定
液壓缸的工作壓力是指作用在活塞桿上克服最大工作負(fù)載的液體壓力。根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際情況，工作壓力選取16MPa
4.2.3 工作速度和速比的確定
液壓缸的工作速度與供液流量和活塞桿的有效作用面積（有液壓缸缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑確定）有關(guān)。一般情況下，工作機(jī)構(gòu)對(duì)液壓缸的工作速度是有一定要求的，因此工作速度往往是已知量。
即活塞桿伸出速度V1和回縮速度V2分別為：
式中，Q—進(jìn)液流量；
—容積效率=0.96；
—工作速比；
液壓缸的速比，通常是對(duì)雙作用單活塞式液壓缸而言的，它與液壓缸的缸筒內(nèi)徑和活塞桿直徑有關(guān)。速比一般不宜過大，否則無桿腔回液流速過高而形成很大的背壓。但也不宜過小，否則活塞桿直徑相對(duì)于缸筒內(nèi)徑太細(xì)，穩(wěn)定性差。速比的選取可按表1-1選取，工作壓力高的液壓缸選用較大值（活塞桿較粗），工作壓力低的則選較小值。
表4-1 不同工作壓力推薦的速度比
工作壓力/MPa
≤10
12.5～20
>20
速比
1.33
1.46；2
2
選取工作速比=2。
式中，—機(jī)械效率，橡膠密封時(shí)取=0.95
P0 — 回油壓力，當(dāng)回油直接通油箱時(shí)取P0=0；
4.2.4 液壓缸內(nèi)徑確定
(4-3)
通過計(jì)算所得的活塞桿直徑，均需按GB2348—80規(guī)定的活塞桿直徑尺寸系列圓整，取160mm。
(4-4)
d=86mm
進(jìn)行圓整取90mm
4.2.5 最大工作行程和最小導(dǎo)向長度的確定
液壓缸最大工作行程，可根據(jù)鏟板動(dòng)作要求所決定的液壓缸最大和最小極限位置來決定。鏟板水平位置時(shí)最大極限位置，鏟板抬起時(shí)候得出液壓缸最小極限位置，，液壓缸最小極限位置。根據(jù)其差值，按GB2349—80規(guī)定的液壓缸行程系列，向大圓整成標(biāo)準(zhǔn)值，即液壓缸的最大工作行程。
即：
(4-5)
查表選取液壓缸的最大工作行程為125mm。
液壓缸的最小導(dǎo)向長度，是指當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離，如圖1-2所示。若導(dǎo)向太小，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足下式要求：
（4-6）
式中，L—液壓缸的最大工作行；
D—缸筒內(nèi)徑；
圖4-2導(dǎo)向長度
4.2.6 活塞寬度（B）和隔離套的選用
為了保證最小導(dǎo)向長度而過分地增大導(dǎo)向套長度和活塞桿寬度都是不適宜的，最好的辦法是在導(dǎo)向套與活塞桿之間裝一隔離套K，其長度C由所需的最小導(dǎo)向長度決定。采用隔離套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，而且還可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。
活塞寬度B取缸筒內(nèi)徑的0.6～0.8；所以B=96mm。隔離套 (4-8)
4.2.7 液壓缸的推力和拉力
根據(jù)液壓缸的內(nèi)徑；查表選取液壓缸的推力為；液壓缸的拉力；
4.3 缸底厚度的計(jì)算
4.3.1 缸筒壁厚
根據(jù)實(shí)際觀察得知，液壓缸的缸底為平型缸底如圖1-5，無孔時(shí)其厚度公 為： （4-9）
式中：—缸筒內(nèi)徑；
—試驗(yàn)壓力MPa；工作壓力為16MPa時(shí)，
—缸底材料的許用應(yīng)力MPa; 缸底材料為鍛鋼， =100～120MPa
(4-10)
mm
圖4-3缸底厚度
4.3.2 缸筒壁厚的強(qiáng)度驗(yàn)算
材料的許用應(yīng)力計(jì)算
(4-11)
式中：—缸體材料的抗拉強(qiáng)度，缸體材料為，=980Mpa；
n—安全系數(shù).一般取n=5。
根據(jù)缸筒壁厚條件來驗(yàn)算強(qiáng)度：
（4-12）
式中，P—系統(tǒng)的工作壓力。
由此可見，缸筒壁厚強(qiáng)度可以滿足要求
4.4 外徑的選擇
根據(jù)重型機(jī)械用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的缸體系列（JB1068—67）查表根據(jù)缸的內(nèi)徑D=200查表選取缸的外徑和缸筒壁厚分別為：
(4-13)
=160+24=184
查表取整
5 液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
5.1 液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算
5.1.1 活塞桿的計(jì)算簡圖
如圖5-1所示活塞桿，用45鋼制成，桿徑d=110mm，活塞桿伸出量為最大時(shí)液壓缸的長L=730mm，E=210MPa，，確定活塞桿臨界載荷。
圖5-1液壓缸簡圖
由圖可知，當(dāng)活塞靠近鋼蓋時(shí)，活塞桿的外伸部分最長，穩(wěn)定性越差。此外，根據(jù)鋼體的固定方式及其對(duì)活塞桿的約束情況，活塞桿可以近似看作是兩端鉸接，其長度因數(shù)為：
5.1.2 柔度計(jì)算
根據(jù)截面的慣性半徑公式
（5-1）
得：
1.3活塞桿柔性系數(shù)
= (5-2)
式中， —為長度折算系數(shù)，對(duì)于兩端鉸接約束方式一般取1；
L—為有效計(jì)算長度。
因?yàn)椋曰钊麠U屬于粗短桿，又稱為小柔度桿。實(shí)驗(yàn)證明，它的破壞與試穩(wěn)現(xiàn)象無關(guān)，應(yīng)按強(qiáng)度問題處理。
5.1.3 活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
(5-3)
當(dāng)時(shí)，活塞桿的驗(yàn)算按短行程液壓的活塞桿驗(yàn)算，短行程液壓缸的活塞桿，在工作中主要受軸向壓縮（或拉伸）載荷，故可近似地按中心受壓（或受拉）進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，即：
（5-4）
式中，—活塞桿直徑；
—空心活塞桿直徑，對(duì)于實(shí)心活塞桿=0；
F —液壓缸最大推力（或拉力）；
— 活塞桿的壓（或拉）應(yīng)力；
—活塞桿的許用壓力，
即活塞桿的強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。
5.1.4 液壓缸連接零件的強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)于重要的液壓缸，它的各部分連接零件都應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
1)缸筒焊縫的強(qiáng)度計(jì)算
焊縫的應(yīng)力及強(qiáng)度條件為：
（5-5）
式中，F(xiàn) —液壓缸最大推力；
D —缸筒外徑；
—焊縫內(nèi)徑；
—焊接效率，??；
—焊縫的許用應(yīng)力。
即焊縫的應(yīng)力強(qiáng)度條件滿足要求。
2)銷軸連接計(jì)算
銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑為：
（5-6）
式中，F(xiàn)— 液壓缸輸出的最大推力；
—銷軸材料的許用應(yīng)力P；此銷軸所選的材料為，=35～55MP，銷軸的長度L，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)及耳環(huán)寬度EW來確定，一般取L=。
3)、缸蓋卡環(huán)連接的強(qiáng)度計(jì)算
缸筒與缸蓋為卡環(huán)連接時(shí)，卡環(huán)的剪切應(yīng)力和強(qiáng)度條件為：
（5-7）
式中，P—系統(tǒng)的工作壓力；
D—缸筒直徑 ；
l—卡環(huán)厚度；
—卡環(huán)材料的許用剪應(yīng)力。當(dāng)采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理時(shí)，取=1800×。
即：
故：
卡環(huán)材料的擠壓應(yīng)力和強(qiáng)度條件為：
（5-8）
式中，—卡環(huán)寬度之半；
—卡環(huán)許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于45號(hào)鋼，。
即：
故：
5.1.5 密封、導(dǎo)向和防塵裝置的選擇
密封裝置是液壓缸和其他液壓元件不可缺少的一部分，其作用是防止泄漏（包括內(nèi)漏和外漏）、防止灰塵、雜質(zhì)、水分等污染物從外部侵入。通常液壓缸和其他液壓元件及系統(tǒng)的工作性能、效率和可靠性都與密封裝置的結(jié)構(gòu)性能有關(guān)，因此，正確選擇密封元件和確定合理的結(jié)構(gòu)是非常重要的。對(duì)密封裝置的基本要求是：在工作壓力下密封效果好，且摩擦阻力和泄漏量少；在使用范圍內(nèi)的耐摩性、耐油性和抗腐蝕性能好，密封元件表面不易損壞且壽命長；結(jié)構(gòu)簡單、使用安裝維修方便。
1.密封裝置的類型
根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀況，密封裝置分為靜密封與動(dòng)密封，動(dòng)密封又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封；而根據(jù)密封原理，密封裝置分為間隙密封和接觸密封兩大類。
⑴ 間隙密封
間隙密封是依靠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的元件間的微小間隙實(shí)現(xiàn)密封的，本身并沒有專門的密封元件，如閥芯與閥套、柱塞與柱塞缸的平面間隙密封等。密封性能與間隙大小、壓力差、配合面長度、寬度或加工精度有關(guān)。
⑵ 接觸密封
在密封配合表面間加入彈性元件而實(shí)現(xiàn)的密封稱為接觸密封。這種密封效果好能在較大的壓力和溫度范圍內(nèi)可靠地工作，是使用最廣泛的密封裝置，常用的有O性密封圈和各種唇性密封圈以及活塞環(huán)等。
2.活塞與缸筒和活塞桿間的密封裝置
本設(shè)計(jì)的活塞與缸筒的密封裝置采用派克·漢尼汾有限公司生產(chǎn)的zw型密封圈和FR型導(dǎo)向環(huán)。
zw型雙作用密封圈由一個(gè)橡膠元件、兩個(gè)擋圈和兩個(gè)導(dǎo)向環(huán)組成。
優(yōu)點(diǎn)：
1、導(dǎo)向和密封功能是由密封元件本身在極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。
2、適用于礦物油，HFA、HFB、和HFC抗燃液壓油（最高溫在60℃）中使用。
3、安裝簡單
4、簡單、長度短、整體活塞安裝。
5、NBR密封元件的特殊幾何形狀使得安裝時(shí)不會(huì)在溝槽中扭曲。
6、FR型導(dǎo)向環(huán)為開口式，容易安裝。耐磨性好，適用于活塞和活塞桿的導(dǎo)向。采用這類導(dǎo)向環(huán)可簡化活塞和缸頭的設(shè)計(jì)。
優(yōu)點(diǎn)：
1、安裝時(shí)可簡單快速地扣緊而無需輔助工具
2、使滑動(dòng)面無金屬接觸，因而可減少金屬零件的損壞。
3、有減震的作用。
4、與熱塑性材料相比，徑向負(fù)荷承載能力提高。
5、在潤滑不足的情況下有極好的應(yīng)急工作條件。
6、有精確的公差和尺寸精度。
6 裝機(jī)事項(xiàng)與檢修
6.1 搬運(yùn)、安裝和調(diào)整
6.1.1 機(jī)器的拆卸和搬運(yùn)
掘進(jìn)機(jī)的重量及體積較大，下井前應(yīng)根據(jù)井下實(shí)際裝運(yùn)條件，視機(jī)器的具體結(jié)構(gòu)、重量和尺寸，最小限度的將其分解成若干部分，以便運(yùn)輸、起重和安裝。從設(shè)計(jì)的角度看，已經(jīng)考慮到井下運(yùn)輸?shù)姆纸馇闆r。
掘進(jìn)機(jī)拆卸及井下運(yùn)輸注意事項(xiàng)：
1.拆裝前，必須在地面對(duì)所有操作方式進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
2.拆卸人員應(yīng)根據(jù)隨機(jī)技術(shù)文件熟悉機(jī)器的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)了解各部位連接關(guān)系，并準(zhǔn)備好起重設(shè)備和工具，確保拆卸安全。
3.根據(jù)所要通過的巷道斷面尺寸，決定其設(shè)備的分解程度。
4.機(jī)器各部件下井的運(yùn)輸順序盡量與井下安裝順序相一致，避免頻繁搬運(yùn)。
5.對(duì)于液壓系統(tǒng)及配管部分，必須采用防塵措施。
6.所有未涂漆的加工面，特別是連接表面下井前應(yīng)涂上潤滑脂；拆后形成的外露聯(lián)結(jié)面應(yīng)包扎保護(hù)以防碰壞。
7.小零件應(yīng)與相應(yīng)的分解部分一起運(yùn)送 。
8.下井前，應(yīng)在地面仔細(xì)檢查各部件，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)處理。
9.應(yīng)充分考慮到用臺(tái)車運(yùn)送時(shí)，其臺(tái)車的承重能力、運(yùn)送中貨物的竄動(dòng)，以及用鋼絲繩固定時(shí)，防止設(shè)備損壞及劃傷。
10.為了保證電氣元件可靠工作，電控箱運(yùn)輸時(shí)必須裝設(shè)在掘進(jìn)機(jī)的減震器上。
6.1.2 機(jī)器組裝及注意事項(xiàng)
安裝前作好準(zhǔn)備國內(nèi)工作：應(yīng)根據(jù)機(jī)器的最大尺寸和部件的最大重量準(zhǔn)備一個(gè)安裝場地，該場地要求平整、堅(jiān)實(shí)，巷道中鋪軌、供電、照明、通風(fēng)、支護(hù)良好，在安裝巷道的中頂部裝設(shè)滿足要求的起吊設(shè)備（5t）。在安裝巷道的一端安裝絞車，二個(gè)千斤頂及其他的零部件，如有損壞應(yīng)在安裝前修復(fù)。
注意事項(xiàng)：
1.液壓系統(tǒng)和供水系統(tǒng)各管路和接頭必須擦拭干凈后方可安裝；
2.安裝各連接螺栓和銷軸時(shí)，螺栓和銷軸連接部位的螺栓擰緊力和力矩應(yīng)按規(guī)定的擰緊力矩進(jìn)行緊固。
3.安裝完畢后，按注油要求加潤滑油和液壓油；
4.嚴(yán)格檢查螺栓是否擰緊；油管、水管連接是否正確；U型卡，必要的管卡是否齊全；電動(dòng)機(jī)進(jìn)線端子的連接是否正確等。
5.檢查刮板輸送機(jī)鏈輪組，保證鏈輪組對(duì)中；刮板鏈的松緊程度合適。
6.再次檢查電控箱。
6.1.3 機(jī)器的調(diào)整
機(jī)器總裝和使用過程中，需要對(duì)行走部履帶鏈松緊、中間刮板輸送機(jī)刮板鏈的松緊及液壓系統(tǒng)的壓力，供水系統(tǒng)的壓力作經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)與要求不符時(shí)及時(shí)適當(dāng)調(diào)整，
1.行走部履帶鏈張緊。
2.刮板輸送機(jī)刮板鏈的張緊。
3.液壓系統(tǒng)各回路壓力的調(diào)整
6.2 機(jī)器檢修
機(jī)械部分檢修包括檢修質(zhì)量的一般技術(shù)要求及各部件的檢修質(zhì)量和檢修方法等。
1.一般技術(shù)要求
(1) 檢修原則
掘進(jìn)機(jī)各零部件檢修后應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及工藝要求，裝配應(yīng)按照裝配工藝規(guī)程進(jìn)行；將整機(jī)進(jìn)行解體清洗干凈，對(duì)零部件進(jìn)行術(shù)鑒定，視各零部件損壞情況確定修復(fù)的具體方案；更換的外購件、標(biāo)準(zhǔn)件、備件需有合格證；裝修過程中，不得劃傷、磕碰零件的結(jié)合面、配合面。
(2) 齒輪及傳動(dòng)齒輪箱
齒輪任何部位若有裂紋、折斷、剝落及嚴(yán)重磨損等現(xiàn)象應(yīng)更換。齒輪的失效判斷應(yīng)根據(jù)MT291.1—92規(guī)定；齒輪齒面需要修刮時(shí)，一般只修刮大齒輪齒面；若在齒輪箱內(nèi)對(duì)妍時(shí)，應(yīng)防止磨料甩入軸承內(nèi)；齒輪箱體與箱蓋上銷與孔的配合應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，齒輪箱體與箱蓋的結(jié)合面，不應(yīng)劃傷，若有局部劃傷，在長度不超過結(jié)合面寬的1