【正文】 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 ?前言 巷道掘進(jìn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載、運(yùn)輸、轉(zhuǎn)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)的鉆爆法相比，使用掘進(jìn)機(jī)巷道具有 能夠保證巷道的穩(wěn)定性，掘進(jìn)速度快，減少巷道的超控量和不必要的工程量，減少巖石的冒落及瓦斯的突然涌出， 改善勞動(dòng)條件，減少笨重的體力勞動(dòng) 等優(yōu)點(diǎn) 。因此，使用掘進(jìn)機(jī)不但可以提高巷道的掘進(jìn)速度，而且還可以研究巷道掘進(jìn)技術(shù)，從而改善工藝和勞動(dòng)組織，逐步實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)過(guò)程的綜合機(jī)械化。 單一 的掘進(jìn)機(jī)械已不再能夠滿足人們 日益 對(duì)生產(chǎn)的 需求 。由于不同的環(huán)境及各異的成效要求，掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)與類別等都有所改 變，而掘進(jìn)機(jī)并不是簡(jiǎn)易的機(jī)械，它的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，相對(duì)成本也較高，所以介于成產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)和使用掘進(jìn)機(jī)，這就要求我們?cè)诒M可能的情況下最大限度的滿足各種要求，因此設(shè)計(jì)的過(guò)程必須是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜娴目紤]過(guò)程。 全套圖紙，加 153893706 鑒于不同用戶的要求，本次的設(shè)計(jì)在于“可互換性”。也就是實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的效果 。我們以 EBJ— 120（ SⅠ）型掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行截割部分的互換。 EBJ— 120（ SⅠ）型掘進(jìn)機(jī)是 懸臂式 縱軸 掘進(jìn)機(jī)，考慮到縱軸式和橫軸式各具特點(diǎn)和好處，我們將縱軸式改換成橫軸式，以便在不同的環(huán)境下不同的要求下使用不同形式的截割機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)械的多樣化、簡(jiǎn)便化、功能化。 孫鷺：可互換截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 ?1 緒論 ? 掘進(jìn)機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 ? 國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展 現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò) 半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前，國(guó)外掘進(jìn)機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)有英、德、俄羅斯、奧地利、日本等，所生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)以被廣泛用于硬度 f 低于 8半煤巖的采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)，并擴(kuò)大到巖巷。重型機(jī)不移位截割斷面達(dá) 3542 ㎡，多數(shù) 機(jī)型能在縱向 ? 16176。、橫向 8176。的斜坡上可靠工作，截割功率在 132300kW，機(jī)重在 50100t，切割煤巖硬度 f為 度已降至 1m/s 以下，牽引速度采用負(fù)載反饋調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同巖石硬度；一些機(jī)型除設(shè)有后支撐外還在履帶前后安裝了卡爪式液壓扎腳機(jī)構(gòu)，以便在切割巖 石時(shí)錨固定位。機(jī)電一體化已成為掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，新推出的掘進(jìn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向和斷面監(jiān)控、電動(dòng)機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)、離機(jī)遙控操作及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷，部分掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn) PLC 控制，實(shí)現(xiàn)回路循環(huán)檢測(cè)。 ? 國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展主要受英國(guó) DOSCO、日本三井三池 S 系列型掘進(jìn)機(jī)的影響。目前主要以縱軸懸臂式為主。同時(shí)，由于吸收了奧地利 AM 系列型掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)，也有部分掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)為橫軸截割方式。 ? 掘進(jìn)機(jī)的種類 ? 掘進(jìn)機(jī)的種類 根據(jù)所掘斷面的形狀分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī) 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的工作方式有截鏈?zhǔn)?、圓盤銑削式和懸臂截割式。 根據(jù)截割頭的布置方式又可分為橫軸式（截割頭旋轉(zhuǎn)軸與懸臂主軸垂直）和縱軸式（旋轉(zhuǎn)軸與懸臂主軸同軸）兩種。 ? 和縱軸式 掘進(jìn)機(jī)的 優(yōu)缺點(diǎn) 縱軸式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)： 縱軸式截割頭傳動(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。 橫軸式掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)： 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 ，但在切進(jìn)工作面時(shí)必須左右移動(dòng)，所以不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便 。 這種截割頭的優(yōu)點(diǎn)是 截深較小，截割與裝載情況較好?？v向 牽引時(shí)，截割阻力矩可為機(jī)器的自重所平衡， 穩(wěn)定性較好 ，適于截割抗壓強(qiáng)度較高的煤巖。其 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 巷道 側(cè)壁。 ? 掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)的應(yīng)用情況 掘進(jìn)機(jī)廣泛應(yīng)用于礦井內(nèi)巷道掘進(jìn)及洞室開(kāi)掘、豎井井筒等。 我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展大體分為三個(gè)階段：上世紀(jì) 60 年代初到 70 年代末，以引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)為主，在引進(jìn)的同時(shí)嘗試研究，但成效較低，這一時(shí)期產(chǎn)品的特點(diǎn)是重量輕、體積小、截割能力弱、技術(shù)含量偏低、適應(yīng)于煤巷掘進(jìn)。上世紀(jì) 70年代末到 90 年代初為消化吸收階段。這一時(shí)期我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是可靠性幅度提高，已能適應(yīng)我國(guó)煤礦的巷道掘進(jìn)，中型掘進(jìn)機(jī)型號(hào)日趨齊全。 90年代至今為自主研發(fā) 階段。這一階段中型懸臂式掘 進(jìn)機(jī)日趨成熟，重型掘進(jìn)機(jī)大批出現(xiàn)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)和加工制造水平已相當(dāng)先進(jìn)，并具備了根據(jù)礦井條件實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)的能力。而且形成了多個(gè)系列的產(chǎn)品如煤炭科學(xué)研究總院太原分院研制的 EBI(Z)系列，佳木斯煤機(jī)廠生產(chǎn)的 S 系列，煤炭科學(xué)研究總院上海分院設(shè)計(jì)的 EBJ 系列等型掘進(jìn)機(jī)。 ? 掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義 孫鷺：可互換截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 煤炭的不斷消耗使得我國(guó)的能源計(jì)劃在不斷更替。如果，能在煤礦開(kāi)采處更高效的進(jìn)行，勢(shì)必對(duì)能源的利用具有促進(jìn)作用。所以，掘進(jìn)機(jī)械的自動(dòng)化和現(xiàn)代化是必要的。高性能的掘進(jìn)機(jī)械將對(duì)能源的利用具有重要作用。掘進(jìn)機(jī)械的設(shè) 計(jì)和創(chuàng)新將始終貫穿著過(guò)去、現(xiàn)在以及未來(lái)的發(fā)展。 2 可互換性 EBJ120（ S1）型掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介 用途及適應(yīng)范圍 EBJ120（ S1）型懸臂式掘進(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)機(jī)服務(wù)的機(jī)器設(shè)備，主要用于半煤巖巷道的掘進(jìn)機(jī)，也適用于 條件類似的其它礦山及工程巷道的掘進(jìn)。 主要技術(shù)參數(shù) 表 21 EBJ120（ S1）型掘進(jìn)機(jī)的 部分技術(shù)參數(shù) Table 21 EBJ120 (S1) roadheader39。s partial technical parameter 總體 可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度 ≤ 60Mpa 可掘巷道斷面 20 ㎡ 最大可掘高度 最大可掘?qū)挾? 適應(yīng)巷道坡度 177。 16176。 截割部 電動(dòng)機(jī) 型號(hào) YBU120 功率 120KW 轉(zhuǎn)速 截割頭 轉(zhuǎn)速 截齒 鎬形截齒 42 個(gè) 最大擺角 上 48176。 下 25176。 左右各 36176。 伸縮距離 500mm 互換位置的選擇 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處互換 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 這種方式是在回轉(zhuǎn)處將電動(dòng)機(jī)連同減速器及截割頭全部換下，換上其它型號(hào)的截割部分。這種方式保證了截割部分的完整性，但互換的部件的成本較 高 ，互換的難度 較 大，勞動(dòng)強(qiáng)度大。 截割減速器與電動(dòng)機(jī)相連處互換 這種方式是不改變電動(dòng)機(jī)，將減速器及截割頭換下，換上其它型號(hào)的減速器及相應(yīng)的截割頭。這種方式成本相對(duì)較低 ，互換難度較小，但互換時(shí)需要考慮懸臂的長(zhǎng)度配合。 綜上，選用第二種互換方式。將 EBJ120（ S1）型掘進(jìn)機(jī)的縱軸式截割部分互換成橫軸式截割部分。實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功效。 ?3 掘進(jìn)機(jī)截割部方案確定 掘進(jìn)機(jī)截割部 主要部件 ：截割電動(dòng)機(jī)、截割機(jī)構(gòu)減速器、截割頭。 ? 截割部電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇 掘進(jìn)機(jī) 的 截割部一般多采用礦用防爆水冷三相交流感應(yīng) 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 。本設(shè)計(jì)考慮到 可互換，保留電動(dòng)機(jī)， 所以截割 電動(dòng)機(jī)【 YBU（ S） 120型】 ，然后經(jīng)聯(lián)軸器和傳動(dòng)系統(tǒng)即圓 錐 圓柱齒輪 變速箱將動(dòng)力和速度傳遞到 截割 軸 帶動(dòng)截割頭截割。 為了 實(shí)現(xiàn)方向上的改變以及考慮生產(chǎn)成本和制造 方便 ，本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)部分 減 速箱采用三級(jí)圓 錐 圓柱 齒輪 傳動(dòng) 。 由于 減 速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積也比較大，所以截割部電機(jī)是經(jīng)過(guò)特殊加工的，雖然功率較大，但體積很小，所以節(jié)省了一定的空間。（ 減速器 內(nèi)部結(jié)構(gòu)具體尺寸見(jiàn)裝配圖） ? 截割頭及截齒類型的選擇 ? 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（ 6501250Mpa），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。柱狀硬質(zhì)合金尖端錐角為 60176。 .由 ]5[ 表 76 選用 JG25/108 型鎬齒。其尺寸參數(shù)為：齒全長(zhǎng) L為 108mm， L1 為 60mm，齒錐角 ? 為 26176。，直徑為 25mm。下為圖： 孫鷺：可互換截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 圖 31 截齒結(jié)構(gòu) Figure 31 pick structure （ 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 i? 與螺旋角頭數(shù) 0m 和相鄰截線上截齒的角度21 ?? ii ?? 保持下列關(guān)系：0110 )(36 0 m iii ?? ??? ??? 。 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、破碎效果和功率消耗。對(duì)橫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 ss nZvhS /2 39。 ?? 。 {h39。 截齒切深， m； sv 牽引速度或擺動(dòng)速度， m/min； n切割頭轉(zhuǎn)速， r/min； sZ 一條截線上的截齒數(shù)。 由 下 表 的經(jīng)驗(yàn)值 選取 S 為 50mm。 表 31 橫切割頭截 割參數(shù)與礦物特性關(guān)系 Table 31 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 6080 3060 ＜ 30 牽引速度 /（ m/s） 0． 20． 4 0． 30． 4 0． 350． 6 0． 65 截線距 /mm 4050 5060 60100 70120 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 由 ]7[ 式 =2h39。 得 h39。 =S/2=25mm ③相鄰鎬齒間的最佳間距 由 ]8[ 式 413 知： s/d=tg? 所以 s=dtg? =25*tg30176。 = 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。 ? 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. 圖 32 截齒排列方式 Figure 32 pick arrangement way （ 2）截齒排列圖（圖為截割頭 1/4 的截齒排列） 孫鷺：可互換截割機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 圖 33 截齒排列 Figure 33 pick arrangement 所以，截割頭的截齒為 2179。 44 個(gè)