【正文】 （ 316） 1 2zi iiM z M z D? ? ? ? ? ? ?, mmN? ； （ 317） 注意： Li 有正負(fù)之分，靠近截割頭頭部的為正值，靠近端面的為負(fù)值。 60w bNH L D V? ? ? ? ， 3/Kw h m? (36) 式中 z —— 截齒截割阻力； t—— 平均截線距， mm； h—— 平均切屑厚度， mm。 截齒受力計(jì)算 掘進(jìn)機(jī)截割頭在正常截割狀態(tài)下，截齒受到截割阻力、牽引阻力和側(cè)向力。 。為了使刀齒能磨損均勻，保持銳利的工作狀態(tài)，以便降低截割阻力，根據(jù)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表明，截齒應(yīng)向截割頭橫擺方向偏轉(zhuǎn) 8176。之間時(shí)截割阻力最小。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。 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)。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 )(360 m iii ?? ??? ??? 。所以選擇圓錐形切割頭。 1 截割頭 2 伸縮部 3 截割減速機(jī) 4 截割電機(jī) 圖 31 縱軸式截割部 Figure 31Vertical axistype cutting unit 圖 32截割頭 . . Figure 32Cutting head ? 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 21 可知應(yīng)該選取功率為 200KW的截割電動(dòng)機(jī)。 . . 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： 7 8 9 1 0 1 1 1 21 7 1 81 91 2 3 4 5 61 31 61 41 5 圖 25 掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng) The drive system of roadheader 1— 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) 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) 1 18— 渦輪蝸桿 19— 星輪 . . 總體布置圖 1 2 3 45 67圖 26 掘進(jìn)機(jī)的總體布置圖 The overall layout of roadheader 1— 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) . . 總體參數(shù)總結(jié) 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)。 VLTKK t 6011?? 式中： T — 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=～ ； . . 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( 0201 ??? BBHL 式中： 01B — 巷道頂寬， m； 02B — 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。 內(nèi)噴霧系統(tǒng)的噴嘴裝置設(shè)在截割頭截齒座的后面。工作速度為 0～ 5m/min。 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 1m (kg)，則驅(qū)動(dòng)輪直徑 1D (mm)經(jīng)驗(yàn)公式： 4 11 )85~75( mD ?[5] (220) 取 1m =1100kg， 1D =460mm 履帶節(jié)距 1jl 縮小履帶節(jié)距 1jl (mm)可以減少行駛速度的不均勻性；增大節(jié)距 1jl ，可以改善接地比壓的分布。鏟煤板的傾斜角一般為 ?? 25~21 ，它的寬度應(yīng)該比履帶外寬大 ～ ， 下降最低位置不應(yīng)小于臥底深度 ， 上升最大高度應(yīng)到達(dá) 350～ 400mm。連接臂的左端用螺栓與切割臂固定在一起。 (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。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。這里選擇兩頭旋轉(zhuǎn)葉片。 (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。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在 1000 mm 左右。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。 回轉(zhuǎn)中心高： mmH ??? ? (23) ???? 45s H (24) 即 ?H mm 盡量降低重心 ， 取 H=1600mm。tG 50? 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。 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 ，大斷 面掘進(jìn)機(jī)應(yīng)低于 2m。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。設(shè)置由一臺(tái)水平油缸推動(dòng)。 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。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。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。 (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)。 基本參數(shù)應(yīng)當(dāng)符合表格的規(guī)定?？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。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 。 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)。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。 . . 1 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) 。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)。 (1)切割頭的選擇 切割頭裝有截齒 ， 用語(yǔ)破碎煤巖的部件。 (3)行星減速器 主要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。 圖 22 懸臂伸縮原理圖 The fig of the cantilever flex (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。 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。 轉(zhuǎn)載機(jī) 轉(zhuǎn)載機(jī)大多采用膠帶輸送機(jī)的形式。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]。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]。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) 10? m，對(duì)應(yīng)的寬度分別為? ， ? ， m3? [12]。 (1)伸縮量。 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) )： ?s in)(2 01m a x aLB ?? (25) mB ? ， mmL 450001 ? ， mma 650? ， ?33?? ； 上部寬度 (當(dāng)懸臂在上極限位置左右擺動(dòng)時(shí) )： ?? s i n)c o s(2 101 aLB ?? (26) mB ? ， ?321?? 下部寬度 (當(dāng)懸臂在下部位置左右擺動(dòng)時(shí) )： ?? s in)c o s(2 202 aLB ?? (27) mB ? ， ?282 ?? . . 上擺高度： 101 sin?LH ? (28) mH ? 下擺高度： 202 sin?LH ? (29) mH ? 臥底深度： )s i n( s i n 230 ?? ?? Lh (210) mmh 2021 ? ， ?303 ?? 巷道高度： mHHH ??? (211) 可掘最大斷面： 2m a x 0 1 m a x 0 1 0 2 m a x 0 21 [ ( ) ( ) ] 2 3 . 62S B B H B B H m? ? ? ? ? (212) 上式中 ： 01L — 切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心 1O 的距離； a — 垂直回轉(zhuǎn)中心 1O 至水平回轉(zhuǎn)中心 2O 的距離； ? — 水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角； 1? — 垂直回轉(zhuǎn)的上擺角； 2? — 截割到巷道底面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角； 3? — 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，一般可取 300~1000 ?h mm，這里取 200 mm。 目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)掘進(jìn)雙速掘進(jìn)機(jī)的截割速度為 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。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。顯然對(duì)于確定的掘進(jìn)機(jī)，其切. . 割頭的半錐角 ? 是定值。 切割力矩為： 300 102 ?? nNM C ? (213) 平均切割力： 0/2 DMP cc ? (214) 平均單齒切割力： mCC ZPP /1 ? (215) 式中： 0D — 為切割頭平均直徑， m； 0n — 為切割頭轉(zhuǎn)速， r/min； CM — 為切割力矩， mN? CP — 平均切割力， N； CP1 — 平均單齒切割力， N； mZ — 同時(shí)工作齒數(shù)，可取總齒數(shù)的一半。 考慮到掘進(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 3~2?bV m/min ，在較硬的半煤巖中可以取 ~ m/min ， 對(duì)于中硬煤巖石，擺動(dòng)速度不宜過(guò)大，取 ~1 m/min [11]。 電動(dòng)機(jī)的選擇 懸臂式掘進(jìn)機(jī)切割頭功率一般在 0N =30~200kW 之間 ， 差別比較大?；剞D(zhuǎn)臺(tái)直徑取 1600mm 根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT4751996《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》，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。 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