【正文】 國(guó)外懸臂式重型掘進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第1章 緒論此次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)機(jī)型適用于截割的煤巖普氏硬度f(wàn)163。5，主要適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，亦可用于條件類(lèi)似的其它非煤礦山及工程巷道的掘進(jìn)。是普采、綜采的采準(zhǔn)巷道機(jī)械化掘進(jìn)的主要設(shè)備。 設(shè)計(jì)背景和目的隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展。目前我國(guó)的礦井設(shè)計(jì)逐漸采用一井一面布置的采煤方法，其開(kāi)采強(qiáng)度提高，推進(jìn)速度增快，從而帶來(lái)采掘機(jī)械化比例失調(diào)，采掘矛盾日益彰顯。另外對(duì)于一些開(kāi)采年限較長(zhǎng)的礦井，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)大部分煤礦使用的主要機(jī)型多是二十世紀(jì)六、七十年代設(shè)計(jì)的，這些原有的設(shè)計(jì)理念逐漸陳舊、零部件可靠性較差、開(kāi)機(jī)率低、維護(hù)量大，而且機(jī)重偏輕、截割功率小、過(guò)斷層和截割巖石的能力差，不能適應(yīng)較復(fù)雜煤層的要求。 因此開(kāi)發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的新型掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，用于解決掘進(jìn)機(jī)更新?lián)Q代的問(wèn)題，緩解采掘矛盾的緊張局面。 掘進(jìn)機(jī)的分類(lèi)目前國(guó)內(nèi)外研制和使用的掘進(jìn)機(jī)按所掘斷面的形狀可分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。全斷面掘進(jìn)機(jī)通過(guò)截割機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)和連續(xù)推進(jìn)，將整個(gè)巷道斷的煤巖破碎。根據(jù)巷道斷面的尺寸，把刀具布置于工作機(jī)構(gòu)上，通過(guò)刀具破落巖，完成裝載、轉(zhuǎn)載、支護(hù)等多種工序作業(yè)。因其功率大，破巖硬度高、尺寸機(jī)重大，主要用于開(kāi)掘巖石巷道、隧道，掘出的巷道斷面形狀為圓形。部分?jǐn)嘞锏谰蜻M(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)的刀具僅能作用于工作面煤巖巷道的局部斷面上，為了掘所要求的巷道斷面尺寸，破落整個(gè)工作面的煤巖，必須依靠截割機(jī)構(gòu)進(jìn)行多次割，平行于掘進(jìn)斷面的工作面連續(xù)移動(dòng)，刁一能達(dá)到整個(gè)斷面的掘進(jìn)。部分?jǐn)嗝孢M(jìn)機(jī)主要適用于煤及半煤巖巷道掘進(jìn)，其工作方式靈活，對(duì)巷道的形狀和煤巖賦存情況適用性強(qiáng)，外形尺寸和重量小，生產(chǎn)效率高，便于巷道支護(hù)，能耗低可以得到矩形、拱形、梯形等多種斷面形狀的巷道。其可分為懸臂式、沖擊圓盤(pán)滾刀式掘進(jìn)機(jī)和連續(xù)采煤機(jī)四種。其中懸臂式掘進(jìn)機(jī)在煤礦中得到普遍的用。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的分類(lèi)[6]:: 縱軸式掘進(jìn)機(jī)一截割頭的旋轉(zhuǎn)軸線與懸臂的軸線相重合,橫軸式掘進(jìn)機(jī)一截割頭的旋轉(zhuǎn)軸線與懸臂的軸線相垂直2按截割對(duì)象可分為三種:3煤巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)一截割的煤巖硬度f(wàn)4。4煤一巖懸臂式掘進(jìn)機(jī)一截割的煤巖硬度f(wàn)4。(1)巖巷懸臂式掘進(jìn)機(jī)一截割的煤巖硬度f(wàn)8。(2)按機(jī)器的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩種:(3)電力驅(qū)動(dòng)懸臂式掘進(jìn)機(jī)一由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。電一液驅(qū)動(dòng)懸臂式掘進(jìn)機(jī)一由電動(dòng)機(jī)和液壓共同驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。 國(guó)外懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展最早在19世紀(jì)70年代，英國(guó)為了修建海底隧道，第一次生產(chǎn)并使用了帶有截齒的旋轉(zhuǎn)式截割機(jī)構(gòu)的掘進(jìn)機(jī)，由于設(shè)計(jì)上有很多缺陷，并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。直到1949年匈牙利制造出FZ型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，此后英、德、日等國(guó)相繼開(kāi)始對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行研制和開(kāi)發(fā)。1956年前蘇聯(lián)在匈牙利F4型掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)出nK一3型掘進(jìn)機(jī)，從而形成了集截割、裝運(yùn)和行走于一體的掘進(jìn)機(jī)雛形。隨著掘進(jìn)機(jī)適用范圍的擴(kuò)大，到上世紀(jì)80年末期半煤巖掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，切割能力有很大提高，機(jī)重達(dá)到50t左右，可靠性也大幅度提高，并開(kāi)始向重型掘進(jìn)機(jī)發(fā)展。從80年代末至今，重型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)一步發(fā)展，截割硬度達(dá)到了100MPa，機(jī)重達(dá)到70t，采用了高科技技術(shù)，功能更加完善，并出現(xiàn)了集切割與支護(hù)操作的掘錨綜合機(jī)組，大幅度提高了巷道的掘進(jìn)速度。目前國(guó)外生產(chǎn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的公司主要有奧地利的奧鋼聯(lián)、前蘇聯(lián)的雅西諾瓦斯克機(jī)械制造廠、英國(guó)的Anderson公司和Dosco公司、德國(guó)的阿特拉斯科普柯一?？苫舴蚓蜻M(jìn)機(jī)技術(shù)公司(Atlaseopeo一Eiek一hoffRoadheadingTechbieGmbh簡(jiǎn)稱(chēng)Ac一E)和威斯特伐利亞呂恩公司、日本三井三池制作所等。這些公司生產(chǎn)出來(lái)的掘進(jìn)機(jī)工作穩(wěn)定性好、適用范圍大、適應(yīng)坡度逐步增大、安全性高、掘進(jìn)斷面增大、功能性多、先進(jìn)的自控技術(shù)、截割能力增強(qiáng)，代表了國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展特點(diǎn)和技術(shù)現(xiàn)狀”這些公司典型的掘進(jìn)機(jī)機(jī)型如下表1: 國(guó)內(nèi)重型掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展概況20世紀(jì)60年代我國(guó)對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制和應(yīng)用，最初以nK一30小功率掘進(jìn)機(jī)為主，通過(guò)消化和改進(jìn)多種小型掘進(jìn)機(jī)，于1975年由太原煤研所等單位并由佳木斯煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)出中國(guó)第一臺(tái)自行研制的掘進(jìn)機(jī)一五入了一30型掘進(jìn)機(jī)。由于當(dāng)時(shí)條件的限制，只能定型生產(chǎn)幾種機(jī)型的掘進(jìn)機(jī)，卻為我國(guó)以后自行研制懸臂式掘進(jìn)機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。80年代初期，為適應(yīng)煤巷的需要，從國(guó)外引進(jìn)了AM一50型、S一100型兩種具有代表性的掘進(jìn)機(jī)機(jī)型，對(duì)發(fā)展我國(guó)綜掘機(jī)械化起到了重要作用。通過(guò)國(guó)內(nèi)外的合作，提高設(shè)計(jì)水平，使我國(guó)自行設(shè)計(jì)了多種懸臂式掘進(jìn)機(jī)?！鞍宋濉焙笃谟擅嚎瓶傇禾衷号c佳木斯煤礦機(jī)械有限公司共同研制出石丑了一160重型掘進(jìn)機(jī)，并在井下試驗(yàn)成功。為了加快我國(guó)重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展，積極研制開(kāi)發(fā)綜合機(jī)械化掘進(jìn)裝備，于1998年由佳木斯煤礦機(jī)械有限公司承擔(dān)了EBZ200M重型掘進(jìn)機(jī)的研制，并在巖石硬度為f=6一7的半煤巖中獲得試驗(yàn)成功。在進(jìn)入“九五”后期以后，我國(guó)開(kāi)展了對(duì)重型掘進(jìn)機(jī)的研發(fā)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)發(fā)，重型掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平已相當(dāng)先進(jìn)。重型掘進(jìn)機(jī)已進(jìn)入快速發(fā)展階段，并先后生產(chǎn)出EBZ160、EBZ200、EBZ23O、EBZ300等重型掘進(jìn)機(jī)，在半煤巖和巖巷巷道中得到廣泛應(yīng)用。2009年由凱盛重工有限公司、安徽理工大學(xué)、國(guó)投新集能源股份有限公司協(xié)作研發(fā)的五召2255重型硬巖掘進(jìn)機(jī)在淮南礦業(yè)集團(tuán)丁集礦和國(guó)投新集煤礦獲得工業(yè)性試驗(yàn)成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)煤機(jī)產(chǎn)品的空白。在我國(guó)的大型煤礦中，除了煤巷需要掘進(jìn)外，還有大量的全巖和半煤巖巷道需要掘進(jìn)，因此，采用重型化、大功率、大質(zhì)量的重型掘進(jìn)機(jī)為主。國(guó)內(nèi)主要有萬(wàn)召2200(萬(wàn))、EBZ23o、五召225EBZ26o、EBZ300、甜2318等重型掘進(jìn)機(jī)機(jī)型。 目前，我國(guó)重型掘進(jìn)機(jī)一般應(yīng)用于巖石分化大、節(jié)理發(fā)育好的情況，硬度在f=6一8之間的巖巷巷道掘進(jìn)，機(jī)重約60一125t、總功率290一624K砰，月進(jìn)尺在150以上。當(dāng)截割巖石硬度f(wàn)8時(shí)，不僅截齒磨損比較大，而且掘進(jìn)機(jī)的截割效率低、設(shè)備消耗大。同樣，即使截割節(jié)理發(fā)育不好，巖石硬度f(wàn)6的巖巷巷道消耗也很大，設(shè)備利用率也很低。目前我國(guó)從事懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的主要有煤炭總院太原研究院、上海研究院、天地上海分公司、凱盛重工有限公司、佳木斯煤礦機(jī)械有限公司等。主要系列為EBJ系列型、EBZ系列型、S系列型等。我國(guó)對(duì)重型掘進(jìn)機(jī)的研制工作雖然取得了一定的成效，在吸收國(guó)外技術(shù)的同時(shí)，積極創(chuàng)新，設(shè)計(jì)水平不斷提高，主要表現(xiàn)在機(jī)器的性價(jià)比較高、造型簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)比較緊湊、機(jī)器重心降低、元件性能及安全保護(hù)更加完善。但是與其他先進(jìn)國(guó)家還是存在一定的差距，比如掘進(jìn)機(jī)總體性能參數(shù)偏低、缺乏完整的設(shè)計(jì)理論依據(jù)、基礎(chǔ)研究方面也較薄弱、沒(méi)有建立適合我國(guó)煤礦巷道地質(zhì)條件的截割、裝運(yùn)及行走部的載荷譜，計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真方面還處于起步階段。整機(jī)的可靠性、遙控技術(shù)、工況的檢測(cè)、截割方式、故障的診斷等核心技術(shù)方面有待于提高 國(guó)內(nèi)外重型掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)結(jié)合國(guó)內(nèi)外懸臂式掘進(jìn)機(jī)的使用情況，可以總結(jié)出懸臂式重型掘進(jìn)機(jī)具有以下發(fā)展趨勢(shì)（l)研究新型刀具，改善截割技術(shù)。為了提高掘進(jìn)機(jī)截割巖石的能力，需要對(duì)截割刀具進(jìn)行深入的研究，大量試驗(yàn)表明，制約重型硬巖掘機(jī)的主要因素是截齒，截齒的好壞與使用壽命的長(zhǎng)短直接影響掘進(jìn)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)努力改善刀具的外形結(jié)構(gòu)，采用新材料，使刀具傳遞給巖石得力達(dá)到最大值。研究新的截割技術(shù)或破巖方法，目前很多國(guó)家采用高壓水射流輔助切割，這樣在掘進(jìn)機(jī)的截割過(guò)程中，不但降低了截齒的溫度，而且也降低了粉塵的生成量、提高了截齒的截割能力、降低了截齒的消耗。（2)采用矮型化、緊湊化設(shè)計(jì)，提高工作穩(wěn)定性和可靠性。針對(duì)掘進(jìn)機(jī)在工作過(guò)程中地質(zhì)條件復(fù)雜多變，使截割機(jī)構(gòu)承受沖擊載荷，由于工作臂長(zhǎng)度的限制，截割反力比較大，機(jī)器工作不穩(wěn)定。同時(shí)空間小、環(huán)境也比較惡劣，對(duì)機(jī)器的維修也不方便。因此，要采用矮型化、緊湊化的設(shè)計(jì)、先進(jìn)的制造技術(shù)、完善的維護(hù)方式，并在掘進(jìn)機(jī)的兩側(cè)增設(shè)穩(wěn)定器，從而提高掘進(jìn)機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。（3)應(yīng)用高科技，發(fā)展自動(dòng)控制技術(shù)。采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善激光導(dǎo)向、遙控操作、各功率自動(dòng)調(diào)節(jié)、截割斷面的監(jiān)控系統(tǒng)和工況檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)電壓、油壓、溫差、油液污染等的監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，保證機(jī)器在最佳狀態(tài)下工作，從而及早發(fā)現(xiàn)故障，并盡快排除，縮短停機(jī)時(shí)間，從而延長(zhǎng)掘進(jìn)機(jī)的使用壽命，提高生產(chǎn)率。目前，研制全自動(dòng)無(wú)人操作值守掘進(jìn)機(jī)是各國(guó)更大的前景目標(biāo)。（4)發(fā)展掘錨機(jī)組，實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)。傳統(tǒng)的掘進(jìn)機(jī)不能滿足支護(hù)作業(yè)與掘進(jìn)作業(yè)的同步，這是制約掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵，降低了掘進(jìn)效率。集切割、裝運(yùn)、行走、錨桿支護(hù)、機(jī)載、除塵等功能為一體的掘錨機(jī)組，既能實(shí)現(xiàn)巷道的快速掘進(jìn)，又能安裝錨桿、支護(hù)頂板和側(cè)幫，一次成巷大大提高了掘進(jìn)速度和工作效率所以掘錨機(jī)組是實(shí)現(xiàn)巷道快速掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效工作面比較理想的作業(yè)方式。 EBZ55型掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介 產(chǎn)品特點(diǎn)及用途EBZ55 掘進(jìn)機(jī)是集連續(xù)切割、裝載運(yùn)輸和行走于一體的綜合掘進(jìn)設(shè)備，該機(jī)適用于煤巖硬度≤5的煤巷或半煤巖巷以及軟巖的巷道掘進(jìn)，截割巖石最大抗壓強(qiáng)度可達(dá)50MPa。該機(jī)采用了電氣和液壓混合傳動(dòng)方式，操作簡(jiǎn)便、可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。機(jī)器配有內(nèi)外噴霧，可有效地抑制截割產(chǎn)生的粉塵，改善工作環(huán)境。EBZ55 掘進(jìn)機(jī)屬于懸臂式縱向截割斷面的掘進(jìn)機(jī)，有提高機(jī)器穩(wěn)定性的支撐裝置，第一運(yùn)輸機(jī)和鏟板部均采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，減少故障環(huán)節(jié)，行走部采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，刮板鏈采用彈簧與絲杠組合的漲緊裝置，電氣系統(tǒng)采用集成電路控制。 使用環(huán)境條件EBZ55掘進(jìn)機(jī)在下列條件下可正常工作(1). 海拔不超過(guò)2000m；(2). 環(huán)境溫度20℃～+40℃；(3). 周?chē)諝庀鄬?duì)濕度不大于90%(+25℃)；(4). 在有. 無(wú)長(zhǎng)期連續(xù)漏水的地方；(8). 污染等級(jí)：3級(jí)；(9). 安裝類(lèi)別：III類(lèi)；瓦斯、煤塵后其他爆炸性氣體環(huán)境礦井中；(5). 與垂直面的安裝斜度不超過(guò)16176。；(6). 無(wú)破壞絕緣的氣體或蒸汽的環(huán)境中； 產(chǎn)品型號(hào)名稱(chēng)及外形產(chǎn)品型號(hào)、名稱(chēng)為EBZ55型掘進(jìn)機(jī)，外形參見(jiàn)圖l。產(chǎn)品EBZ55的含義。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)板總成 圖1 EBZ55型掘進(jìn)機(jī)第2章 總體設(shè)計(jì) 總體參數(shù)機(jī) 長(zhǎng) 機(jī) 寬 2m機(jī) 高 地 隙 250mm截割臥底深度 240mm接地比壓 機(jī) 重 總功率 190kW可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度 ≤60MPa可掘巷道斷面 9～18m2最大可掘高度 最大可掘?qū)挾? 適應(yīng)巷道坡度 177。160