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1、橫軸式掘進機總體方案設計 一、懸臂式掘進機的應用狀況及發(fā)展 懸臂式掘進機是煤礦掘進巷道常用設備，它的發(fā)展使得礦井巷道的掘進速度和效率大幅度提高。 我國懸臂式掘進機的發(fā)展主要經歷了三個階段。第一階段60年代初到70年代末。主要是以引進國外掘進機為主。這一階段的主要特點是：使用范圍越來越廣，切割能力逐步提高。第二階段70年代末到80年代。與國外合作生產了幾種懸臂式掘進機并逐步實現國產化。這一階段特點是：可靠性高，已能適應我國煤巷掘進的需要，出現了重型機。第三階段由80年代至今。重型機型大批出現，懸臂式掘進機的設計與制造水平已相當先進。這一階段特點是：設計水平較為先進，可靠性大幅度提高，功能更

2、加完善。經過三階段的發(fā)展，我國懸臂式掘進機的設計、生產、使用進入了一個較高的水平，已跨入國際先進行列，可與國外的懸臂式掘進機媲美。 懸臂式掘進機的發(fā)展是緊緊圍繞著我國礦井生產的實際條件、現場需要及設計、制造的工藝水平而不斷進行的，其發(fā)展主要有以下幾個特點：1、截割功率不斷提高。為適應更大范圍的截割條件，懸臂式掘進機的截割功率不斷增大，由最初的100kw以下的輕型機增加到現在的中型機型的132kw1~200kw，重型機型可達200kw以上。 2、在行走裝載截割驅動方面的完善。以往的液壓與電動驅動都有缺點，但隨著科技的進步，它們的據點在不斷地被彌補，改進，目前懸臂式掘進機在電、液兩方面

3、發(fā)展速度很快，在裝載，行走，截割等方面大多數的機型還是采用電、液混合方式，總之兩種方式互相取長補短，在今后很長一段時間內將共同并存，相互融合。 3、電控系統(tǒng)的完善。早期掘進機的控制、操作回路一般都通過操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或把手開關來控制傳統(tǒng)的交流中繼電器電路，進而通過繼電器來對主回路交流接觸器的二次控制。隨著控制技術的發(fā)展，操作回路逐漸以本安型的先導回路來替代隔爆型主令箱，這也是適應各類保護傳感器的應用和選型的需要。 4、截割效率的提高。截割效率是懸臂式掘進機性能優(yōu)劣的一個重要衡量參數，縱軸式截割頭的優(yōu)點是截割較深，截割效率高，缺點是穩(wěn)定性差，裝運效果差。橫軸式截割頭的優(yōu)點是穩(wěn)

4、定性好，裝載效果好，缺點是在進刀時其截割方向幾乎與其推進方向重合，所以必須給予較大的推進力，這就需要相應增加街功率，切割時粉塵大再加上其內噴霧布置比較復雜，滅塵效果不好。 5、機組穩(wěn)定性的提高并實現矮型化以適應小斷面巷道掘進。提高機組穩(wěn)定性的有效方法有兩種：增加機組重量和降低機組高度。新機型的重量都較過去有很大的增加，并且為適應巖巷的掘進也必須增加自重。在增加自重的同時，新機型在設計上還盡量簡化和緊湊化，降低機組高度。這可以增加穩(wěn)定性，也是為了適應低矮巷道的掘進。 懸臂式掘進機目前也存在一些問題。首先是錨桿支護的成功推廣應用提高了巷道支護的可靠性，但在巷道支護約占用40%~50%

5、的掘進作業(yè)時間，這就使得掘進機的開機率大大降低，不能有效提高掘進速度。其次現有機型偏向于中、重型，雖然有些掘進機實現了矮型化設計，但整體尺寸仍不能有效縮減，對低矮巷道的適應性還較差。 懸臂式掘進機技術的發(fā)展有以下幾點：大功率化、重型化、系列化、智能化和自動化。 二、懸臂式掘進機的分類及組成 懸臂式掘進機按截割頭的不同分為橫軸式掘進機和縱軸式掘進機。 懸臂式掘進機由六部分組成：工作機構、裝載機構、輸送機構、轉載機構、行走機構和除塵裝置六部分。 1、 工作機構 工作機構的主要部分是懸臂和截割頭。截割頭分為橫軸式截割頭和縱軸式截割頭。截割頭上的截齒形式分為片狀截齒和鎬形截齒兩

6、種。截割機構的伸縮裝置分為橫內伸縮式和外伸縮式兩種。 切割頭大多為圓錐形或筒形，周圍鑲有截齒，以破碎煤巖。懸臂用油壓控制，可上下或水平擺動，也可適當伸縮。懸臂筒內裝有空心主軸，其一端連接截割頭，另一端連接減速器。 縱軸式截割頭傳動方便、結構緊湊，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，并使截割表面較平整，故使用較多。缺點是由于縱軸式截割頭在橫向擺動截割時的反作用力不通過機器中心，與懸臂形成的力矩使掘進機產生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進時，需加大機身重量或裝設輔助支

7、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。這種掘進機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，穩(wěn)定性較好。缺點是傳動裝置較復雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機構使用方便；因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側壁。這種掘進機多使用拋物線或半球形截割頭。 2、裝載機構 裝載機構就是將工作機構截割下來的煤巖，裝到輸送機構上的機構。 裝載機構有四種：單雙環(huán)形刮板鏈式、螺旋式、耙爪式和星輪式。下面依次介紹。 單雙環(huán)形刮板鏈式。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體后面的

8、轉載機上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調節(jié)裝載寬度，但結構復雜。環(huán)形刮板鏈式裝載機構制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會造成卡鏈和斷鏈。同時，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。 螺旋式。是橫軸式掘進機上使用的一種裝載機構，它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機構。由于頭體形狀的缺點，這種機構目前使用很少。 耙爪式。是利用一對交替動作的耙爪來不斷地耙取物料并裝入轉載運輸機構。這種方式結構簡單、工作可靠、外形尺寸小、能連續(xù)裝載，生產效率高。此外，機器的高度也較低，目前應用很普遍。但這種裝載機構寬度

9、受限制，為擴大裝載寬度，可使鏟板連同整個耙爪機構一起水平擺動，或設計成雙耙爪機構，以擴大裝載范圍。 星輪式。該種機構比耙爪式簡單、強度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差。 3輸送機構 輸送機構多采用刮板鏈式輸送機構。輸送機構一般是由機尾向機頭方向傾斜向上布置的。 輸送機構有以機頭軸為主動的，由設置在機頭的電動機或油馬達，通過減速裝置驅動機頭軸運轉，有的機型還同時以機尾從動軸間接地帶動裝載機構工作。有的掘進機以機尾軸為主軸，由設置在機尾的電動機，通過減速裝置驅動裝載機構工作，間接地從輸送機構的機尾為主動軸，帶動刮板鏈式輸送機工作，輸送機構則不單獨設置減速裝置。 輸送機構可采用

10、聯合驅動方式，即將電動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側，在驅動裝載機構同時，間接地以輸送機構機尾為主動軸帶動刮板輸送機構工作。這樣傳動系統(tǒng)中元件少、機構比較簡單，但裝載與輸送機構二者運動相牽連，相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。 　輸送機構采用獨立的驅動方式，即將電動機或液壓馬達布置在遠離機器的一端，通過減速裝置驅動輸送機構。這種驅動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機構的運動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點有所增加。 為充分發(fā)揮煤巷掘進機的生產能力和加快煤巷掘進速度，目前運輸設備的配套方式有煤巷掘進機與鏈板輸送機配套和煤巷掘進機與倉式列車配套兩種。

11、 4、 轉載機構 目前掘進機的轉載機構大多采用膠帶輸送機。 膠帶轉載機構的傳動方式，通常有三種型式，第一種是由液壓馬達直接或通過減速器驅動機尾主動卷筒。第二種型式，是由電動卷筒驅動主動卷筒旋轉。第三種傳動方式，是由電動機通過減速器驅動主動卷筒旋轉。 為實現巷道掘進機膠帶轉動機構卸載端作上下調高和左右擺動，以使轉運的煤巖能夠準確地卸入礦車或轉載機中，一般將轉運機構的機尾安裝在掘進機尾部的回轉臺托架上，可以通過人力或回轉油缸，使整個轉動機構繞回轉中心擺動一定角度，并使機頭卸載端達到卸載的要求。同時，通過升降油缸使卸載端繞機尾鉸接中心作升降運動。使卸載端達到制裁的調高范圍要求。

12、 5、 行走機構 掘進機的行走機構有邁步式、導軌式和履帶式三種。 邁步式。該種行走機構是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結構，使人員能自由進出工作面，并可越過裝載機構到達機器的后面。使用支撐裝置可起到掩護頂板、臨時支護的作用。但由于向前推進時，支架反復交替地作用于頂板，掘進機對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機構主要用于巖巷掘進機，在煤巷、半煤巖巷中也有應用。 導軌式。將掘進機用導軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達到沖擊破碎巖石的目的。這就要求導軌具有較高的強度。這種行走機構主要用于沖擊式掘進機。 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，機動性能

13、好、工作可靠、調動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。但其結構復雜、零部件磨損較嚴重。 6、 除塵裝置 掘進機的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。 噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來，達到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。是在工作機構的懸臂上裝設噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結構簡單、工作可靠、使用壽命長。由于噴嘴距粉塵源較遠，粉塵容易擴散，除塵效果較差；②內噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對著截齒噴射。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

14、損壞，供水管路復雜，活動聯接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內外噴霧相結合的辦法，并且和截割電機、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結合起來考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵。 抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設計掘進機時，應根據掘進機的技術條件來選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進機移動，風機的噪音很大，應安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設備增多，使工作面空間減小。近年來，除塵設備有向抽出式和噴霧式聯合并用方向發(fā)展的趨勢。 三、橫軸式掘進機的選型 將掘進機定為重型懸臂式掘進機。以AM-50型為例 1、工作機構的選型。 工作機構選擇橫軸

15、式截割頭，每個截割頭截齒尖端所構成的輪廓呈近似的拋物體，兩個截割頭分別對稱地裝在截割機構的減速箱輸出軸的兩側，截割頭的旋轉方向，從機器的左側看是逆時針方向。截割機構懸臂橫向擺動，沿巷道的寬度方向截割。懸臂上下擺動沿巷道的高度方向截割。這種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。縱向截割時，穩(wěn)定性較好。采用電機驅動。懸臂選用液壓驅動。 2、 裝載機構的選型 裝載部分選擇雙耙爪機構，如圖所示，鏟板上部表面從中線向兩側傾斜，前面呈三角形結構。這種方式結構簡單、工作可靠、外形尺寸小、能連續(xù)裝載，生產效率高?？紤]工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓

16、馬達驅動。 3、 輸送機構的選型 輸送選擇刮板鏈式輸送機構，選用液壓馬達驅動。這種驅動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機構的運動互不影響。 4、 轉載機構的選型 轉載機構采用橋式膠帶轉載機。驅動方式選用液壓馬達驅動。 5、 行走機構的選型 行走機構采用履帶式。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，機動性能好、工作可靠、調動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。驅動方式選用液壓馬達驅動。 6、 除塵機構的選型 除塵方式選用噴霧式除塵方式。掘進機懸臂上裝有一個框架，上面安裝7個噴嘴，這些噴嘴和附件組成噴霧裝置。其水分配器固定在掘進機的穩(wěn)定

17、器、刮板輸送機構上面。噴霧水經過濾，由高壓膠管送到噴嘴噴向工作面，達到降塵目的。噴嘴壓力要求為1.18~1.47MPa 四、橫軸式掘進機的技術參數及相關圖紙 總體參數 巷道斷面積 m2 切割硬度 f 巷道最小曲率半徑 m 裝機功率 kW 質量 t 外形尺寸 長*寬*高 m 7.5~20.3 ≤5.5~6 10 163 24 7.5*1.91*1.65 工作機構 型式 轉速r/min 懸臂伸縮長度 mm 功率 kW 傳動型式 橫軸式 73.5/88.7 100 三級圓柱圓錐齒輪 裝運機構 裝載機構型式 輸送機構型式 動

18、作頻率 i/min 鏈速 m/s 功率 kW 耙爪 單鏈刮板 34.28 0.9 2*11 轉載機構 型式 帶寬 mm 橋式 m/s 橋式膠帶輸送機 650 1.6 行走機構 型式 行走速度 m/min 接地比壓 kpa 功率 kW 履帶 5 130 2*15 液壓系統(tǒng) 油泵型式 油泵功率 kW 工作壓力 Mpa A2V55--oV 11 20 噴霧 水壓 Mpa 耗水量 m2/h 1.2~1.5 204 相關圖紙 1、 掘進機傳動系統(tǒng)圖 2、掘進機液壓系統(tǒng)圖 橫軸式掘進機總體方案設計 姓名： 曹黎黎 班級： 機械04-1班 學號： 0407100101