縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)0前言煤礦掘進(jìn)是煤炭生產(chǎn)和建設(shè)的基礎(chǔ)工程。近年來(lái)，我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)械化得到了迅速的發(fā)展，裝備水平也有很大的提高，在自主創(chuàng)新能力上也有長(zhǎng)足的進(jìn)步。煤炭工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)。在未來(lái)50年內(nèi)，煤炭仍是主要的能源和戰(zhàn)略物質(zhì)，具有不可替代性，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的保證。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及國(guó)加入WTO后，煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的步伐也在加快。目前，國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展水平相對(duì)落后，巷道掘進(jìn)成為煤礦發(fā)展的一個(gè)瓶頸，制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展。各國(guó)早期研制的懸臂式掘進(jìn)機(jī)都是以煤炭為作業(yè)對(duì)象，機(jī)重在13-17噸之間、切割功率在30KW左右的輕型機(jī)，代表機(jī)型是前蘇聯(lián)的ЛК-3型掘進(jìn)機(jī)。中期產(chǎn)品主要是用于切割煤系地層中的各種煤巖的中型掘進(jìn)機(jī)，機(jī)重在25噸左右、切割功率50-100KW，可切巖石硬度系數(shù)f 6，如英國(guó)的MKA-2400型、奧地利的AM-50型、日本的S100型等。近期產(chǎn)品主要是以煤系地層中的中硬度巖石為作業(yè)對(duì)象的重型機(jī)，一般機(jī)重40-80噸、切割功率150-200KW、可切巖石硬度系數(shù)f8，如英國(guó)的LH-1300型、奧地利的AM-75 型、日本的S200M 型掘進(jìn)機(jī)等。我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)工作始于1965年，最初是仿前蘇聯(lián)的ЛК-3型掘進(jìn)機(jī)，1979年后，先后從日本、奧地利、英國(guó)、美國(guó)、西德、原蘇聯(lián)、匈牙利引進(jìn)了多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，通過(guò)引進(jìn)日本MRH-5100-41型、奧地利AM-50等型掘進(jìn)機(jī)的制造技術(shù)和先進(jìn)加工設(shè)備，并進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化，到1989年底，我國(guó)已自行研制成功了AM50、ELM-55、EMIA-30、EL-90 、5100等6種8個(gè)型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，使我國(guó)中小型掘進(jìn)機(jī)不再依賴進(jìn)口。此后，我國(guó)又開(kāi)始了重型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)和研制工作。1999年，煤科總院太原分院開(kāi)發(fā)出了EBJ-160型掘進(jìn)機(jī)，2001年，佳木斯煤機(jī)廠又完成了從日本引進(jìn)S200M型掘進(jìn)機(jī)的消化吸收、國(guó)產(chǎn)化任務(wù)。經(jīng)過(guò)幾代人的不懈努力，截止到目前為止，我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)發(fā)研究在輕型及中重型上己其本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但在重型掘進(jìn)機(jī)的研究上，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品還存在著一定的差距。11 設(shè)計(jì)要求及目的設(shè)計(jì)用途：設(shè)計(jì)符合要求的縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)與截割部設(shè)計(jì)。基本要求：1)最大掘高 4.5m；2)最大掘?qū)?5.6m；3)巷道坡度 ±16°；4) 機(jī)高 M 小于 2M，機(jī)重大于 45； 5)能夠在煤層、半煤層下施工，切割煤巖最大單向抗壓強(qiáng)度可達(dá) 100Mpa，可切割性能指標(biāo)適用切割煤巖硬度，普氏系數(shù) f 小于等于 8，巖石的研磨系數(shù)小于等于 Mg15?？v軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)22 總體方案設(shè)計(jì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要由截割、行走、裝運(yùn)、裝載四大機(jī)構(gòu)和液壓、水路、電氣三大系統(tǒng)組成，并通過(guò)主體部將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合于一體?？傮w方案設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的選型和總體參數(shù)的確定。2.1 機(jī)型的選定及主要部件的結(jié)構(gòu)形式的確定2.1.1 機(jī)型的選定掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展方向是定型化、系列化、并向“大斷面” 、 “高硬度”發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)的性能、外形、結(jié)構(gòu)和重量應(yīng)能很好地適應(yīng)煤巖的性質(zhì)和巷道的尺寸。根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT138～1995《懸臂式掘進(jìn)機(jī)的型式與參數(shù)》 ，MT238.3-2006《懸臂式掘進(jìn)機(jī)|第 3 部分| 通用技術(shù)條件》選定機(jī)型類別。要考慮的掘進(jìn)機(jī)用途有：煤礦井下巷道的掘進(jìn)、其他行業(yè)的工程作業(yè)，要考慮掘進(jìn)機(jī)的工作條件：切割煤層巷、半煤層巷，煤巖的單向抗壓強(qiáng)度(或普氏系數(shù) f 值)及巖石的腐蝕系數(shù)。特輕、輕型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)煤巷為主，它的特點(diǎn)應(yīng)突出經(jīng)濟(jì)、靈活、方便，在截割巷道斷面尺寸方面有較大的適應(yīng)性。中型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)半煤巖巷道為主，在截割巖石硬度方面適應(yīng)性較強(qiáng)，但機(jī)器設(shè)計(jì)不宜過(guò)于笨重和龐大，在使用時(shí)有較大的覆蓋面。重型掘進(jìn)機(jī)是具有更高切割能力的掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用范圍更加廣泛。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和目的，機(jī)型選擇重型?；緟?shù)應(yīng)當(dāng)符合表格的規(guī)定。表 2-1 掘進(jìn)機(jī)型式的基本參數(shù) [6]Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models機(jī)型技術(shù)參數(shù) 單位特輕 輕 中 重 超重切割煤巖最大單向抗拉強(qiáng)度MPa 40?5060?810?生產(chǎn)能力 煤， 3/min0.6 0.8 — — —3煤夾矸， 3/min0.35 0.4 0.5 0.6 0.6切割機(jī)構(gòu)功率 kW 5?7590～200 150?2適應(yīng)工作最大坡度(絕對(duì)值)不小于(°) 16?166?6?可掘巷道斷面 ㎡ 5～12 6～16 7～20 8～28 10～32機(jī)重(不包括轉(zhuǎn)載機(jī))t 20?250?0?2.1.2 各部件的結(jié)構(gòu)型式的確定2.1.2.1 切割機(jī)構(gòu)切割機(jī)構(gòu)主要由切割頭，水冷電動(dòng)機(jī)，減速器，伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成，具有破碎煤巖功能的機(jī)構(gòu)。(1)切割頭的選擇切割頭裝有截齒，用語(yǔ)破碎煤巖的部件。切割頭主要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成；螺旋葉片焊在切割頭體上，沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒。縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的形狀通常有圓柱形、圓錐形、圓錐圓柱形幾種。圓錐形切割頭有利于鉆進(jìn)工作面，也能保證切割出來(lái)的巷道表面較平整，保證巷道坡度，也不會(huì)給支護(hù)工作帶來(lái)麻煩 [5]。所以選擇圓錐形切割頭。(2)切割電動(dòng)機(jī)切割電機(jī)為外水冷式，且機(jī)體為焊接結(jié)構(gòu)，前端與行星減速器相聯(lián)，后端聯(lián)接回轉(zhuǎn)臺(tái)。電機(jī)輸出力矩，通過(guò)花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過(guò)內(nèi)花套鍵與截割頭相聯(lián)，把力(矩)傳遞到割頭上，截割頭以此方式進(jìn)行工作。切割電機(jī)的選擇在根據(jù)工作條件選取，而且應(yīng)當(dāng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT477-1996《YBU 系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)》 。(3)行星減速器縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)4主要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。太陽(yáng)輪與行星輪相嚙合，此行星輪通過(guò)兩個(gè)軸承裝在星輪軸上，兩端裝有孔用彈性擋圈，星輪裝在第一級(jí)行星架相應(yīng)的軸孔內(nèi)，內(nèi)輪與箱體組成一體并與行星輪嚙合帶動(dòng)第一級(jí)行星架，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)減速 [7]。第二級(jí)的太陽(yáng)輪與第一級(jí)行星架為漸開(kāi)縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽(yáng)輪與第二行星輪嚙合，此行星輪裝在第二級(jí)的輪軸，此輪軸裝在第二級(jí)行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。這里內(nèi)輪與減速器殼體組成一體與行星輪嚙合，此星輪不僅自轉(zhuǎn)還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)減速器。圖 2-1 EBZ200E 掘進(jìn)機(jī)的截割部行星減速器結(jié)構(gòu)Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.(4)伸縮機(jī)構(gòu)伸縮機(jī)構(gòu)有內(nèi)伸縮式和外伸縮式。內(nèi)伸縮式結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、伸縮靈活方便，因此采用內(nèi)伸縮式。伸縮機(jī)構(gòu)由保護(hù)筒，伸縮內(nèi)、外筒，花鍵套，密封座，主軸，軸承，隔套，旋轉(zhuǎn)密封、油封等構(gòu)成。位于截割頭和二級(jí)行星減速器之間，通過(guò)花鍵聯(lián)接使主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)截割頭旋轉(zhuǎn)，通過(guò)油缸伸縮帶動(dòng)伸縮部實(shí)現(xiàn)伸縮 [5]。圖 2-2 懸臂伸縮原理圖Fig.2-2 The fig of the cantilever flex5(a)外伸縮式 (b)內(nèi)伸縮式1 懸臂；2 減速器；3 電動(dòng)機(jī)；4 伸縮油缸；5 滑架；6 花鍵主軸；7 內(nèi)套；8 聯(lián)軸器；9 外套(5)回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求 [5]1)回轉(zhuǎn)裝置反映在切割頭上的回轉(zhuǎn)力和回轉(zhuǎn)速度要滿足切割工作要求；2)回轉(zhuǎn)臺(tái)要能夠承受機(jī)器工作時(shí)的各種載荷反力的作用，要有足夠的剛度；3)與懸臂配合，所具有的回轉(zhuǎn)角度要滿足掘進(jìn)端面的要求；4)結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。同時(shí)回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要符合中國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo) MT475-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)支承型式基本參數(shù)和技術(shù)要求》 。2.1.2.2 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)裝載機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)由鏟板部分與中間刮板輸送機(jī)等組成。由 2 臺(tái)液壓馬達(dá)，直接驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸 [5]。(1)鏟板部鏟板部分由耙裝部、減速器、耙爪等組成。裝載部實(shí)現(xiàn)采掘下煤礦等接受采集，經(jīng)過(guò)中間輸送機(jī)，把煤礦輸送到后續(xù)的輸送帶上。鏟板部有雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?，螺旋式裝載式，蟹爪式裝載式，星輪式等。由于星輪式裝載式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，外尺寸小，因此選星輪式裝載方式 [8]。耙裝部機(jī)構(gòu)采用弧形三齒星輪式，有左右兩個(gè)，對(duì)稱布置。 (2)中間刮板運(yùn)輸機(jī)輸送機(jī)構(gòu)，采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，一般由機(jī)尾向機(jī)頭方向傾斜向上布置。輸送機(jī)構(gòu)由以機(jī)頭軸為主動(dòng)軸時(shí)，由設(shè)置在機(jī)頭的液壓馬達(dá)或電機(jī)，通過(guò)減速器裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣機(jī)構(gòu)復(fù)雜。可以設(shè)置機(jī)尾為主動(dòng)軸，由設(shè)置在機(jī)尾的驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)工作，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)?？v軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)6采用雙邊鏈運(yùn)輸型式，底板呈直線形，保證運(yùn)輸順暢，提高溜槽及刮板使用壽命。采用兩個(gè)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸?？梢赃m當(dāng)提高龍門(mén)，減少一運(yùn)運(yùn)輸過(guò)程中大塊物料卡阻 [9]。2.1.2.3 轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載機(jī)大多采用膠帶輸送機(jī)的形式。膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式有三種 [5]，1、由油馬達(dá)直接或通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)機(jī)尾主動(dòng)卷筒；2、有電動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。3、有電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)卸載端上下調(diào)高和左右擺動(dòng)，以使運(yùn)轉(zhuǎn)的煤巖能夠準(zhǔn)確地卸如礦車或轉(zhuǎn)載機(jī)中，可以在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部的回轉(zhuǎn)臺(tái)托架上，通過(guò)人力或者回轉(zhuǎn)油缸，使整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)尾繞回轉(zhuǎn)臺(tái)中心擺動(dòng)一定的角度。這樣輸送機(jī)轉(zhuǎn)座與掘進(jìn)機(jī)體主機(jī)架相連接，轉(zhuǎn)座可以圍繞立軸左右、上下擺動(dòng) 左?20右。設(shè)置由一臺(tái)水平油缸推動(dòng)。裝載機(jī)后架的下部裝 1 個(gè)升降油缸，起支撐轉(zhuǎn)載機(jī)的作用，也用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)載機(jī)的卸載高度。2.1.2.4 行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式及驅(qū)動(dòng)方式行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式等幾種。履帶式行走機(jī)構(gòu)可在底板不平或者松軟的條件下工作，不需要修路等，牽引力大，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)性好等特點(diǎn) [10]。采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。履帶式行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式有兩種：電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)。由于液壓回路的種種優(yōu)點(diǎn)，選取液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1.2.5 冷卻噴霧系統(tǒng)通常掘進(jìn)機(jī)的除塵方式分為噴霧式和抽出式兩種。采用噴霧式除塵，用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散，使其霧化，使粉塵附在霧狀水粒表面沉淀下來(lái)，以達(dá)到滅塵效果。采用內(nèi)噴霧形式，在切割頭上裝設(shè)噴嘴，對(duì)著截齒噴射 [9]。72.1.2.6 電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)包括動(dòng)力部分、控制部分和檢測(cè)部分，電控系統(tǒng)必須按照煤礦井下防爆要求設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)，必須符合 GB3836-2000 標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定和要求。為了提高掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)的安全性，操作的靈活性以及機(jī)械傳動(dòng)部分的故障診斷及監(jiān)控功能，從實(shí)用角度考慮，裝設(shè)必要的離機(jī)遙控裝置、測(cè)控壓力、溫度、液位及關(guān)鍵部位的故障診斷裝置 [11]。2.2 總體參數(shù)確定根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)確定。掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)，是指主要性能參數(shù)。它表示了掘進(jìn)機(jī)特性的指標(biāo)。掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)有：機(jī)重、外形尺寸、可掘斷面、生產(chǎn)率、截深、擺動(dòng)速度、切割力等 [5]。2.2.1 機(jī)器外形尺寸根據(jù)掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境和要求，考慮到巷道的斷面和空間約束，機(jī)器高度越低越好，同時(shí)要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般小斷面掘進(jìn)高度在 1.7m 以下，大斷面掘進(jìn)機(jī)應(yīng)低于 2m。中、重型機(jī)高度 1.6～2m，特輕型、輕型機(jī)高度 1.4～1.6m。機(jī)器固定部分的長(zhǎng)度控制在 7m左右。機(jī)長(zhǎng)的推薦值為：輕型機(jī)長(zhǎng) m，中型機(jī)長(zhǎng) m，重型機(jī)長(zhǎng) m，對(duì)應(yīng)的寬度5.7?5.8?10?分別為 ， ， [12]。m6.1?5.23結(jié)合設(shè)計(jì)要求和工作情況掘進(jìn)機(jī)的外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)= 8.7×2.8×1.8(不含轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度)。2.2.2 重量估算整機(jī)自重是掘進(jìn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。機(jī)重太輕， 工作穩(wěn)定性下降， 擺動(dòng)截割時(shí)會(huì)發(fā)生擺尾現(xiàn)象、截割效率下降，截齒損耗率增加；機(jī)重太重，機(jī)動(dòng)性差，轉(zhuǎn)向靈活性下降。一般它的自重可按2-1估算[11] (2-1))4/(30jVNG?縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)8式中： —截割機(jī)構(gòu)功率，kW；0N—截割頭平均截割速度， m/s； jV也可參照現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)用類比法來(lái)確定，機(jī)重(t)與截割功率(kW) 之比為0.25～0.4。tG50?2.2.3 機(jī)器可掘斷面機(jī)器的規(guī)格和重量主要取卻于巷道斷面的大小。懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)斷面的大小，決定于懸臂的長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度。2.2.3.1 懸臂的長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度的確定根據(jù)上文的結(jié)構(gòu)選擇，伸縮機(jī)構(gòu)類型采用內(nèi)伸縮式。(1)伸縮量。伸縮量要大于或等于截深，考慮伸縮部的結(jié)構(gòu)和機(jī)器工作的穩(wěn)定性，懸臂伸縮量一般為 500~600mm[5]，選取 550mm。(2)懸臂長(zhǎng)度和擺角一般情況下，巷道的形狀和規(guī)格確定后，按照巷道和最大高度和上下寬度，結(jié)合垂直擺動(dòng)的中心高度，可以初步確定懸臂的長(zhǎng)度和擺角。最大掘高 4.5m，上擺角 ，下擺角 ，取水平擺角 = 。?451???352????3由幾何關(guān)系可以得出，在最大掘?qū)?5.6m 下，懸臂長(zhǎng)為：(2-2)maL39503sin/280????即懸臂長(zhǎng)為 3950mm( 為垂直回轉(zhuǎn)中心 至水平回轉(zhuǎn)中心 的距離，取 650mm)。a1O2O回轉(zhuǎn)中心高：(2-3)H.2583sin5.4????(2-4)??4i.0即 mm 盡量降低重心，取 H=1600mm。0.138?H9根據(jù)幾何關(guān)系確定上擺角和下擺角。既上擺角 ，下擺角 。??321???28?2.2.3.2 機(jī)器可掘斷面參數(shù)的確定 [5]最大寬度(當(dāng)懸臂在水平位置擺動(dòng)時(shí))：(2-5)?sin)(201maxLB??， ， ， ；6.5max?4501ma65?3?上部寬度(當(dāng)懸臂在上極限位置左右擺動(dòng)時(shí))：(2-6)??sin)co(2101LB?， 8.4??32下部寬度(當(dāng)懸臂在下部位置左右擺動(dòng)時(shí))：(2-7)??sin)co(220aLB?，m.5??8上擺高度： (2-101siH8) 4.201?下擺高度： (2-9)sin?LmH.02臥底深度： (2-)sin(i230???Lh10)， m20?03巷道高度： (2-H5.4201??11)可掘最大斷面： (2-12)2max01max012max02[()()]3.62SBBH??縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)10上式中： —切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心 的距離；01L1O—垂直回轉(zhuǎn)中心 至水平回轉(zhuǎn)中心 的距離；a12—水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角；?—垂直回轉(zhuǎn)的上擺角；1?—截割到巷道底面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角；2—臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角，可根據(jù)臥底深度來(lái)定，一般3可取 mm，這里取 200 mm。30~10?h2.2.4 截割機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步確定2.2.4.1 截割頭轉(zhuǎn)速及其功率的初步確定掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力源都采用交流電動(dòng)機(jī)。截割機(jī)構(gòu)功率大小，在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用類比法，再結(jié)合掘進(jìn)機(jī)的一些個(gè)性因素及經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。截齒必須具有的一定的截割速度和足夠的截割力，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖的有效破碎。顯然在一定的功率下，適當(dāng)降低截割速度(或轉(zhuǎn)速)，將使截割力矩和截割力相應(yīng)增加，有利于截割較硬的煤巖。同時(shí)，還可以降低截割頭上的動(dòng)載荷，減少截齒的磨損和粉塵。通常，在煤和軟巖中，可取 ，截割頭轉(zhuǎn)速為 30~100 。對(duì)于中硬巖，m/s0.3~2?jV/minr可選 ，對(duì)于砂巖和石灰?guī)r，平均截割速度 =0.6~0.8 ，最高m/s6.1~80?jV jV/s=0.9~1 ，截割頭轉(zhuǎn)速為 20~40 [11]。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)掘進(jìn)雙速掘進(jìn)機(jī)的截j/ /inr割速度為 23r/min 和 46r/min，這兩種截割速度被認(rèn)為是截割硬巖和煤巖的經(jīng)濟(jì)截割速度，所以本次設(shè)計(jì)的巖巷掘進(jìn)機(jī)截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為 46r/min。結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT477-1996YBU 系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇，確定截割功率為 200kW。2.2.4.2 切割頭的有關(guān)參數(shù)的確定 [5]11(1)切割頭長(zhǎng)度切割頭長(zhǎng)度的大小影響工作循環(huán)時(shí)間，它的選擇還與煤巖性質(zhì)有關(guān)。縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭長(zhǎng)度應(yīng)略大于截深。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的長(zhǎng)度一般為 500~700 mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在 1000 mm 左右。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定本掘進(jìn)機(jī)為中型掘進(jìn)機(jī)，選擇切割頭的長(zhǎng)度為 780 mm。(2)切割頭直徑切割頭直徑影響切割力和工作循環(huán)時(shí)間。當(dāng)切割頭的功率和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，切割頭的直徑將決定切割頭的切向切割力。切割頭直徑過(guò)大，將使切向切割力降低，如果切割力小于切割阻力，就不能完成切割任務(wù)。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的直徑一般為 600~900 mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在 1000 mm 以上。這里選擇切割頭的平均直徑為 800 mm。(3)切割頭錐角對(duì)于縱軸式掘進(jìn)機(jī)的圓錐形切割頭，為了獲得比較平整的巷道頂、底板或者側(cè)壁，還應(yīng)結(jié)合懸臂長(zhǎng)度、回轉(zhuǎn)中心的位置來(lái)確定切割頭的錐角。設(shè)切割頭的半錐角為 ，懸臂水平擺角為 ，上下擺角分別為 、 。按幾何關(guān)系，??1?2要保證巷道的頂、底板、側(cè)壁平整，應(yīng)使 。顯然對(duì)于確定的掘進(jìn)機(jī)，其切???21割頭的半錐角 是定值。掘進(jìn)機(jī)的水平擺角通常為 。這樣錐形切割頭的錐角確定?50~3在 之間。?50~3本掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)合同類掘進(jìn)機(jī)運(yùn)用情況，選取 。?4(4)螺旋頭數(shù)和升角螺旋頭數(shù)一般為兩頭和三頭。這里選擇兩頭旋轉(zhuǎn)葉片。有關(guān)參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。(5)切割速度和擺角速度截割功率一定時(shí)，切割速度決定切割力矩和切割力的大小?？v軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)12切割力矩為： (2-13)3012??nNMC?平均切割力： (2-14)/DPcc平均單齒切割力： (2-15)mCZ1式中： —為切割頭平均直徑，m；0D—為切割頭轉(zhuǎn)速， r/min；n—為切割力矩，CMN?—平均切割力，N；P—平均單齒切割力，N；C1—同時(shí)工作齒數(shù)，可取總齒數(shù)的一半。mZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)所能達(dá)到的最大截割能力總是與其截齒的截割速度有關(guān)。截割速度的選取一般取決于被截割巖石的特性， 在 1～5m/s 之間選取。對(duì)研磨性的硬巖石， 最大截割速度要受到截齒磨損的限制。例如，截割石英含量為 30%～40%，抗壓強(qiáng)度為100～120MPa 的砂巖時(shí)，最佳的截割速度為 1.5～ 2m/s。對(duì)易于截割的巖石(例如白堊和煤)，最大截割速度會(huì)受到粉塵濃度的限制。對(duì)煤炭一般選用 4～5m/s。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，確定截割速度 2.0m/s?？紤]到掘進(jìn)機(jī)對(duì)煤巖特性應(yīng)具有一定的適應(yīng)范圍，通常在較軟的半煤巖中，可以選合理的工作擺動(dòng)速度 ，在較硬的半煤巖中可以取 ，對(duì)于中3~2?bVm/in0.2~51m/in硬煤巖石，擺動(dòng)速度不宜過(guò)大，取 [11]。5.1/i根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，確定擺動(dòng)速度為 1.4 。(6)最大扭矩最大扭矩的確定公式為：13(2-16)mnKM/max?式中： —切割最大扭矩；maxM—切割硬度 f=6 的巖石時(shí)候，切割頭平均扭矩。n， ；)/()17504( 3.0?VCLDVb???N?式中： —切割頭平均直徑，m；0D—切割頭長(zhǎng)度，m；L—當(dāng)量載荷因數(shù)。K具體數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。(7)牽引力切割頭回轉(zhuǎn)時(shí)，必須具有足夠的的牽引力，以便切割頭在擺動(dòng)方向能有效地切入煤壁，保證切割工作的正常進(jìn)行。切割頭平均直徑處牽引力為 牽引力一般為 30~60kN[5]。CsP)34.1~(?具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。2.2.4.3 電動(dòng)機(jī)的選擇懸臂式掘進(jìn)機(jī)切割頭功率一般在 =30~200kW 之間，差別比較大。切割電機(jī)功率估0N算公式為：， (2-17)kWnMNf),16/(0????式中： —切割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)；?n—為工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，可以取 0.8；?—作用在切割頭旋轉(zhuǎn)軸的切割阻力矩， ，通過(guò)如下式子計(jì)算：f mN?cTkDPmzMP002???式中： —作用在一個(gè)齒上的切割阻力， N；—每條截線上的齒數(shù)；縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)14—切割頭上的總截線條數(shù)；P—切割頭平均直徑，m。0D根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT477-1996YBU 系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇，確定截割功率為 200kw，額定電壓 AC1140 /660 V，轉(zhuǎn)速 1500rpm表 2-2 電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù) [13]Tab.2-2 The basic parameters of motor forms堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最小轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩功率/kW 效率 /%?功率因數(shù)/cos?額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩冷卻水流量/ 31mh??200 92 0.85 2.0 6.5 1.2 2.6 1.3圖 2-3 EBZ200E 掘進(jìn)機(jī)的截割電機(jī)外形 [14]Fig.2-3 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.2.2.4.4 回轉(zhuǎn)臺(tái)的布置及參數(shù)確定切割臂的上升、下降和左右回轉(zhuǎn)臺(tái)由裝在其上的各油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。回轉(zhuǎn)臺(tái)主要由回轉(zhuǎn)油缸、回轉(zhuǎn)座、連接臂、回轉(zhuǎn)架、升降油缸等部件構(gòu)成。回轉(zhuǎn)座上裝有交叉軸承，即可承受徑向載荷，又可以承受軸向載荷。連接臂的左端用螺栓與切割臂固定在一起。工作時(shí)，切割臂隨連接臂助于升降油缸可以在垂直方向上升和下降足夠的角度；切割臂隨回轉(zhuǎn)臺(tái)油缸可以在水平方向左右各擺動(dòng) 33°?；剞D(zhuǎn)臺(tái)中心高在 1600mm?；剞D(zhuǎn)臺(tái)直徑取 1600mm根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT475-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)支承型式基本參數(shù)和技術(shù)要求》 ，15選取回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)型式為 01 系列——單排四點(diǎn)接觸球式。具體尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。2.2.5 裝運(yùn)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定耙裝部機(jī)構(gòu)采用弧形三齒星輪式，有左右兩個(gè)，對(duì)稱布置。裝載機(jī)構(gòu)耙爪的轉(zhuǎn)速一般為 25～48r/min [11]，原動(dòng)機(jī)為 2 臺(tái)液壓馬達(dá)，工作時(shí)交錯(cuò)耙抓。轉(zhuǎn)速取 28 r/min。鏟煤板的傾斜角一般為 ，它的寬度應(yīng)該比履帶外寬大 0.6～1.2m ，下降最低位置不應(yīng)??5~21小于臥底深度，上升最大高度應(yīng)到達(dá) 350～400mm。根據(jù)上文確定的原則，輸送機(jī)形式：邊雙鏈刮板式，刮板鏈規(guī)格： 18×64 圓環(huán)鏈，?輸送機(jī)槽寬：500mm，龍門(mén)高度：360mm。圖 2-4 EBZ200E 掘進(jìn)機(jī)的雙邊刮板輸送機(jī) [14]Fig.2-4 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co., Ltd.2.2.6 行走履帶技術(shù)參數(shù)的確定與連接行走履帶技術(shù)參數(shù)的確定要符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT/T577-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶機(jī)構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定。2.2.6.1 行走履帶驅(qū)動(dòng)方式及系統(tǒng)參數(shù)的確定履帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置所需要的最小功率應(yīng)能滿足掘進(jìn)機(jī)在最大設(shè)計(jì)坡度上作業(yè)、爬坡、轉(zhuǎn)彎等工況的要求；最大功率應(yīng)小于在水平路面履帶打滑時(shí)的功率。履帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置為液壓馬達(dá)。液壓系統(tǒng)馬達(dá)回路額定壓力應(yīng)符合下表的規(guī)定：表 2-3 液壓系統(tǒng)回路額定壓力系列 [15]縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)16Tab.2-3 Table of hydraulic pressure system circuit rated series6.3 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0單位：Mpa結(jié)合目前我們同類同功率型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，做類比，我們選擇液壓回路額定壓力16.0MPa。2.2.6.2 履帶的接地長(zhǎng)度 、行駛寬度 和履帶寬度 的確定 [5]1l1b10b這些參數(shù)取決于地面的允許比壓、轉(zhuǎn)向性能、坡度橫向的穩(wěn)定性等。行駛寬度 按1b略?。?2-18)11)37.~0.(bl?(2-19)6b履帶機(jī)構(gòu)履帶板寬度：表 2-4 履帶板寬度系列 [15]Tab.2-4 Table of the width of crawler mechanism series250 300 370 400 450 500 520 550 600 650單位：mm結(jié)合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT/T577-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶機(jī)構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定(如表)，取履帶板寬度：450mm，行駛寬度 2800mm，履帶接地長(zhǎng)度 3300mm。2.2.6.3 驅(qū)動(dòng)輪直徑 1D采用后輪驅(qū)動(dòng)，掘進(jìn)機(jī)使用重量為 (kg)，則驅(qū)動(dòng)輪直徑 (mm)經(jīng)驗(yàn)公式：1m1D[5] (2-20)41)85~7(?取 =1100kg， =460mm1m12.2.6.4 履帶節(jié)距 jl縮小履帶節(jié)距 (mm)可以減少行駛速度的不均勻性；增大節(jié)距 ，可以改善接地比1jl 1jl17壓的分布。一般取節(jié)距 ， (kg)為轉(zhuǎn)載機(jī)的有效重量 [16]。取節(jié)距421)3~5.7(mlj?=120mm。1jl2.2.6.5 履帶機(jī)構(gòu)公稱接地比壓的計(jì)算與確定公稱接地比壓由下式計(jì)算： LbGq02?[17] (2-21)式中： —公稱接地比壓， MPa；qG—履帶機(jī)構(gòu)所屬掘進(jìn)機(jī)的重量，N；01b—單邊履帶機(jī)構(gòu)的履帶鏈寬度，mm；l—單邊履帶機(jī)構(gòu)的接地長(zhǎng)度， mm。履帶機(jī)構(gòu)的公稱接地比壓為 0.14MPa。2.2.6.6 履帶機(jī)構(gòu)的行走速度一般設(shè)計(jì)有工作和調(diào)動(dòng)兩種速度。工作速度一般為 2～5m/min，調(diào)動(dòng)速度一般為10～15m/min [18]。能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)動(dòng)和慢速作業(yè)的需要，行走機(jī)構(gòu)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 0～10m/min 的無(wú)級(jí)調(diào)速。工作速度為 0～5m/min。2.2.6.7 履帶傳動(dòng)的連接方式與履帶機(jī)構(gòu)張緊結(jié)構(gòu)型式有滑動(dòng)和滾動(dòng)兩種連接方式，滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)阻較大，對(duì)特輕型、輕型、中型掘進(jìn)機(jī)推薦采用滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)型式。滾動(dòng)式運(yùn)行阻力較小，履帶架底部與履帶鏈相接接觸面磨損小。重型和特重型掘進(jìn)機(jī)推薦采用這種結(jié)構(gòu)形式。在履帶架底部裝設(shè)的支重輪，每個(gè)承載力應(yīng)不小于機(jī)重的50%，間距一般為履帶板節(jié)距的1.5倍 [19]。履帶機(jī)構(gòu)張緊行程應(yīng)大于履帶鏈節(jié)距的一半。具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。2.2.7 噴霧系統(tǒng)的參數(shù)縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)18外噴霧系統(tǒng)，噴嘴設(shè)置在截割機(jī)構(gòu)懸臂的前端，水壓為 1.5MPa。內(nèi)噴霧系統(tǒng)的噴嘴裝置設(shè)在截割頭截齒座的后面。內(nèi)噴霧系統(tǒng)的壓力不低于 4MPa。對(duì)截割硬巖石的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高水壓和水量。同時(shí)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)總水量不得超過(guò)掘進(jìn)機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力的 6～8%，否則造成工作面煤泥積水現(xiàn)象 [18]。2.2.8 生產(chǎn)率掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率包括截割生產(chǎn)率、裝載生產(chǎn)率和運(yùn)輸生產(chǎn)率，它們之間存在一定的關(guān)系。(1)截割生產(chǎn)率截割生產(chǎn)率即機(jī)器的生產(chǎn)率，它又分為理論生產(chǎn)率、技術(shù)生產(chǎn)率和實(shí)際生產(chǎn)率。掘進(jìn)機(jī)的理論生產(chǎn)率為 [20]： bTAVQ?60?(2-22)或者 r?式中： —掘進(jìn)機(jī)理論生產(chǎn)率， ；TQhm/3?—掘進(jìn)機(jī)理論生產(chǎn)率， ；t/?—煤巖松散系數(shù)，一般取 =1.5；?0A—截割頭的橫截面積，㎡；bV—截割頭橫向擺動(dòng)速度， ；min/r—煤巖的容重， 。3/thAQbT /64.150.60????技術(shù)生產(chǎn)率是指掘進(jìn)機(jī)在給定條件下連續(xù)工作一小時(shí)獲得的最大生產(chǎn)率，可按下式確定：19taeVKQ90? (2-23)或 r?若用進(jìn)尺速度表示，則為： SaetL60? (2-24)式中： —技術(shù)生產(chǎn)率， ；Qhm/3?—技術(shù)生產(chǎn)率， ；tL—進(jìn)尺速度，m/h；a—截割頭沿工作面移動(dòng)所破碎煤巖的厚度，m；e—截割頭截入工作面的深度，m；S—巷道的毛斷面積，㎡；tK—掘進(jìn)機(jī)工作不連續(xù)系數(shù)，即掘進(jìn)機(jī)純截割時(shí)間與總循環(huán)時(shí)間的比值。 VLTt601??式中： —因更換截齒或掘進(jìn)調(diào)動(dòng)等原因使掘進(jìn)機(jī)停歇的時(shí)間，min；K—可靠性系數(shù)，一般取 K=0.9～0.8；L—每個(gè)工作循環(huán)的工作機(jī)構(gòu)行程，m ，可按下式確定：)120(1???BH式中： —巷道頂寬，m；012—巷道底寬，m；0D—截割頭直徑，m；H—巷道高度，m ；實(shí)際生產(chǎn)率是指掘進(jìn)機(jī)在一般工作時(shí)間內(nèi)的實(shí)際平均生產(chǎn)率。要考慮司機(jī)操縱機(jī)器和工作面實(shí)際情況造成的一些不可避免的時(shí)間損失等。縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)20(2)中間輸送機(jī)生產(chǎn)率中間輸送機(jī)的最大生產(chǎn)能力為： 206AVQts??(2-25)式中： —生產(chǎn)率， ；sQhm/3?—裝滿系數(shù)。依使用條件，如輸送機(jī)傾角、煤巖硬度、塊度、溫度及溜槽結(jié)構(gòu)定，一般取 =0.95～0.9；tV—鏈速， ；in/20A—輸送機(jī)斷面，㎡，由下式確定：22tan41?Bh?? 式中： —輸送機(jī)槽寬，m；2h—輸送機(jī)有效高度，m；?—貨載堆積角，即高于槽幫煤巖的安息角。 2220tan41?BhA??219.010t5.365m??。hAVQts/5 19.06.630??(3)裝載機(jī)生產(chǎn)率膠帶式裝載機(jī)的輸送能力按下式計(jì)算： CVKBQdd260?(2-26)式中： —膠帶輸送能力， ；dQhm/321K—斷面系數(shù)；dV—帶速， ；min/C—傾角系數(shù)；B—帶寬，m； CVKBQdd260?hm/596.09.8.32??掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)以截割生產(chǎn)率為依據(jù)，而裝載、輸送、裝載的生產(chǎn)能力應(yīng)稍高于截割生產(chǎn)率，要滿足以下關(guān)系： dSZTQ?(2-27)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。本掘進(jìn)機(jī)設(shè)定的裝載效率為 230 ，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候以此為依據(jù)，所以裝載hm/3機(jī)的效率可以是 230 。由此滿足式(2-27)，掘進(jìn)機(jī)工作協(xié)調(diào)。h/32.3 掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)上文的設(shè)計(jì)和選型，確定的掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)227 8 9 10 11 1217 18191 2 3 4 5 613161415圖 2-5 掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)Fig.2-5 The drive system of roadheader1—內(nèi)齒輪 2—中心輪 3—二級(jí)中心輪 4—行星輪 5—電動(dòng)機(jī) 6、7—圓錐齒輪 8—鏈輪 9—鏈輪軸 10—內(nèi)齒輪 11—二級(jí)行星減速機(jī) 12—齒輪 13—油馬達(dá) 14—齒輪 15—齒圈 16—油馬達(dá) 17、18—渦輪蝸桿 19—星輪2.4 總體布置圖231234567圖 2-6 掘進(jìn)機(jī)的總體布置圖Fig.2-6 The overall layout of roadheader1—切割部；2—裝載部；3—行走部；4—液壓系統(tǒng)；5—電氣系統(tǒng)；6—轉(zhuǎn)載部；7—噴霧系統(tǒng)2.5 總體參數(shù)總結(jié)縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)24根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和目的，進(jìn)行了掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。這里確定了本掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)為 EBZ200。這里大多運(yùn)用到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及各煤炭科學(xué)研究院所的研究成果和經(jīng)驗(yàn)公式。為了保證實(shí)用性，在參數(shù)的選取上，盡量實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，現(xiàn)把各總體參數(shù)總結(jié)如下：1) 初步確定切割電機(jī)功率 200kW ；2) 截割頭轉(zhuǎn)速 46 ；min/r3) 履帶行走速度 0～5/10 ；4) 履帶板寬 450mm；5) 行駛寬度 3000 mm；6)履帶接地長(zhǎng)度 3300mm；7)機(jī) 長(zhǎng) 8.7 m；8)機(jī) 寬 2.8 m；9)機(jī) 高 1.8 m；10)最大掘高 4.5 m；11)最大掘?qū)? 5.6 m；12)巷道坡度 ±16°；13)水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角 ；?3??14)垂直回轉(zhuǎn)的上擺角 ；?21?15)截割到巷道底面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角 ；?28??16)臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角 ；?30??17)可掘最大斷面 ； 2max6.3S?18)懸臂長(zhǎng)為 3950mm；19)伸縮部伸縮量 550mm；20)供電電源 AC1140V；縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)03 懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)3.1 截割部的組成掘進(jìn)機(jī)截割部主要由截割電動(dòng)機(jī)、截割機(jī)構(gòu)減速器、截割頭、懸臂筒組成。見(jiàn)圖 3-1.截割部是掘進(jìn)機(jī)直接截割煤巖的裝置，其結(jié)構(gòu)型式、截割能力、運(yùn)轉(zhuǎn)情況直接影響掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力、掘進(jìn)效率和機(jī)體的穩(wěn)定性，是衡量掘進(jìn)機(jī)性能的主要因素和指標(biāo)。因此，工作部的設(shè)計(jì)是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1 截割頭 2 伸縮部 3 截割減速機(jī) 4 截割電機(jī)圖 3-1 縱軸式截割部Figure 3-1Vertical axis-type cutting unit圖 3-2 截割頭遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1Figure 3-2Cutting head?3.2 截割部電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇切割電機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)工作條件選取，由設(shè)計(jì)要求可知，所設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可截割硬度為小于 85Mpa 的中硬巖，查表 2-1 可知應(yīng)該選取功率為 200KW 的截割電動(dòng)機(jī)。電機(jī)動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳向截割頭進(jìn)行截割，且機(jī)體為焊接結(jié)構(gòu)，前端與行星減速器相聯(lián)，后端聯(lián)接回轉(zhuǎn)臺(tái)。電機(jī)輸出力矩，通過(guò)花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過(guò)內(nèi)花套鍵與截割頭相聯(lián)，把力(矩)傳遞到割頭上，截割頭以此方式進(jìn)行工作。?3.3 截割頭及截齒類型的選擇截割頭是掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，主要功能是破碎和分離煤巖，是掘進(jìn)機(jī)直接用來(lái)破碎煤巖的部件，是掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵部件。切割頭裝有截齒，用語(yǔ)破碎煤巖的部件。切割頭主要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成；螺旋葉片焊在切割頭體上，沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒。縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的形狀通常有圓柱形、圓錐形、圓錐圓柱形幾種。圓錐形切割頭有利于鉆進(jìn)工作面，也能保證切割出來(lái)的巷道表面較平整，保證巷道坡度，也不會(huì)給支護(hù)工作帶來(lái)麻煩 [5]。所以選擇圓錐形切割頭。?3.3.1 截齒的設(shè)計(jì)（1）截齒類型的選擇在截割頭上安裝扁齒（又稱刀齒或徑向齒）或鎬齒（又稱錐形齒或切向齒） 。由于煤巖超硬即按原蘇聯(lián)根據(jù)接觸強(qiáng)度值的大小把巖石分為六類中的中等堅(jiān)固，選用鎬齒。齒柄為圓錐體，插入齒座后，用 U 型銷或環(huán)形鋼絲固定。當(dāng)截割煤巖時(shí)，齒能在齒座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒尖磨損均勻，保持齒尖銳利。齒柄上有環(huán)形槽，用之以卡住齒。（2）截齒排列參數(shù)的確定①每線齒數(shù)對(duì)于較硬的煤和硬巖，通常選用毎線一齒。否則，就會(huì)出現(xiàn)加深截槽的現(xiàn)象，即同一截線上的截齒只是加深由前一個(gè)截齒截出的截槽，而崩落的效果極為微弱。對(duì)于每線一齒，在排列上應(yīng)使第 i 條截線上的截齒的圓周角 與螺旋角頭數(shù) 和相鄰截線上截齒i?0m的角度 保持下列關(guān)系： 。21?i?01)(36miii ????②截線間距 S它表征相鄰截齒齒尖軌跡的距離，其值影響單個(gè)截齒載荷、受力大小、破碎效果和縱軸式掘進(jìn)機(jī)總體設(shè)計(jì)及截割部設(shè)計(jì)2功率消耗。對(duì)縱軸式切割頭選擇截線間距時(shí)，尤其應(yīng)考慮煤巖特性和水平擺動(dòng)速度，因?yàn)榻鼐€間距在切割過(guò)程中發(fā)生變化，總之，確定截線間距時(shí)應(yīng)全面考慮煤巖性質(zhì)、截割厚度、牽引速度等因素。橫切割頭在擺動(dòng)切割時(shí)，實(shí)際截割間距隨擺動(dòng)速度變化，而切深保持不變。實(shí)驗(yàn)證明，被截下的煤巖量與截線間距和切深有關(guān)，過(guò)小的截線間距使煤巖過(guò)于粉碎，產(chǎn)生粉塵、單位能耗高、截割效率低。過(guò)大的間距則會(huì)在煤壁上保留棱邊，也引起截割效率減少，正確的截線間距是切深的二倍，即 。{h -截齒切snZvhS/2'?'深，m； -牽引速度或擺動(dòng)速度，m/min；n-切割頭轉(zhuǎn)速，r/min； -一條截線上的截齒sv數(shù)。具體選取時(shí)可以參照下表的經(jīng)驗(yàn)值。表 3-1 橫切割頭截割參數(shù)與礦物特性關(guān)系Table 3-1 the relation of transverse cutting head ‘s cutting parameters and mineral characteristics礦物特性 超硬材料 硬材料 中硬材料 軟材料單向抗壓強(qiáng)度/Mpa ＞80 60-80 30-60 ＜30牽引速度/（m/s） 0．2-0．4 0．3-0．4 0．35-0．6 0．65截線距/mm 40-50 50-60 60-100 70-120③相鄰鎬齒間的最佳間距由 式 4-13 知：s/d=tg ]8[ ?s 為兩相鄰截齒的中心距；d 為直徑； 為斷面傾斜著經(jīng)過(guò)一 時(shí)的計(jì)算值。 時(shí)鎬???形截齒的圓錐角的一半。?3.3.2 截齒的排列（1）截齒排列方式①順序式。截齒是一個(gè)挨一個(gè)進(jìn)行截割的，形成的截槽兩邊不對(duì)稱，截齒兩側(cè)受力不等。另外，這種布置方式，切削斷面較小。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為 1.②交叉式。截齒以一個(gè)間隔一個(gè)的次序進(jìn)行截割的，形成兩側(cè)接近對(duì)稱的截槽，可以保證截齒兩側(cè)受力基本平衡，切屑面積大，截割比能耗低。這種排列方式有利于降低截齒的側(cè)向和截割比能耗。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為 2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖 3-3 截齒排列方式Figure 3-3 pick arrangement way（2）截齒排列圖圖 3-4 截齒排列Figure 3-4 pick arrangement左截割頭的排列為右旋，右截割頭的排列為左旋。這樣，在工作時(shí)割落的煤巖拋向兩個(gè)截割頭的中間，改善了截割時(shí)的受力情況和裝載效果。（3）截齒的安裝①截割角 α（又叫切削角） 。截割角是截齒軸線與齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡的切線之間的夾角。