【正文】 對于不同的截割對象，為了保證掘進(jìn)機(jī)有高的掘進(jìn)效率和可靠的工作狀態(tài)，從理論方面分析，截割頭轉(zhuǎn)速、截齒線速度、懸臂 擺動等運(yùn)動學(xué)參數(shù)以及截齒上承受的截割阻力、截割電機(jī)功率等動力學(xué)參數(shù)都應(yīng)該是不同的。 z 載荷公式 （ 31） 鎬形齒牽引阻力 y公式 N （ 32） 鎬齒承受側(cè)向力 x計(jì)算公式 ? ?? ?jyg SKKKPz Tk ???????zKy n ?? 1. . 2nx K z?? ， N (33) 式中 PK—— 巖石接觸強(qiáng)度，單位 Mpa； —— 截齒類型系數(shù)，鎬形齒 ，徑向齒為 1； —— 截齒幾何形狀影響系數(shù)， 鎬形齒 徑向齒 —— 硬質(zhì)合金刀頭形狀系數(shù)； —— 刀桿頭部形 狀系數(shù)； —— 硬質(zhì)合金刀頭直徑系數(shù)； —— 截齒刀部寬度影響系數(shù)， ， b 是刀齒刃布寬度，單位 mm； —— 截齒前刃面形狀影響系數(shù)，前刃面是平面，取 1，橢圓形或頭形前刃面??； —— 截齒截角影響系數(shù)； t—— 平均截線距， mm； h—— 平均切屑厚度， mm； —— 齒的后刃面磨鈍后在牽引方向投影面積， mm2，徑向齒取 3040mm2，切向齒取 1520 mm2； 2cp T p o CDM z m P k k? ? ? ? ? ?Nm? （ 34） 式中 z—— 作用在一個截齒上的截割阻力， N； —— 每條截線上的齒數(shù)； p—— 截割頭上的總截線條數(shù)； —— 截割頭平均直徑， m； —— 截割頭長度， m； dKKKK ???? ??gdg kKbK ???K??KdKbK ??bKgK?yKjSkPzKcpDmlD 1skcp ??l. . —— 過截割頭轉(zhuǎn)軸的截割頭縱斷面面積， m2。 通過截割頭載荷計(jì)算可以求得截割頭的各載荷曲線，由此得出載荷的最大值、最小值、. . 平均值和擺動值以及載荷的合力作用點(diǎn)。截割角是截齒軸線與齒尖運(yùn)動軌跡的切線之間的 夾角。過大的間距則會在煤壁上保留棱邊，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。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。 (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： CVKBQ dd 260? (226) 式中： dQ — 膠帶輸送能力， hm/3 ； K— 斷面系數(shù)； dV — 帶速， min/m ； C— 傾角系數(shù)； B— 帶寬， m； CVKBQ dd 260? hm /595 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： dSZT ??? (227) 過高或過低都會影響設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。 履 帶機(jī)構(gòu)張緊行程應(yīng)大于履帶鏈節(jié)距的一半。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 23 液壓系統(tǒng)回路額定壓力系列 [15] Table of hydraulic pressure system circuit rated series 單位 ： Mpa 結(jié)合目前我們同類同功率型號的掘進(jìn)機(jī) ， 做類比 ， 我們選擇液壓回路額定壓力。 根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MT4771996YBU系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動 機(jī)選擇，確定截割功率為 200kw， 額定電壓 AC1140 /660 V，轉(zhuǎn)速 1500rpm 表 22 電動機(jī)的基本參數(shù) [13] The basic parameters of motor forms 功率 /kW 效率 ? /% 功率因數(shù)/cos? 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流 最小轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 冷卻水流量 / 31mh?? 額定轉(zhuǎn)矩 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 200 92 圖 23 EBZ200E 掘進(jìn)機(jī)的截割電機(jī)外形 [14] EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. . . 回轉(zhuǎn)臺的布置及參數(shù)確定 切割臂的上升、下降和左右回轉(zhuǎn)臺由裝在其上的各油缸來實(shí)現(xiàn)。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。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的直徑一般為 600~900 mm。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)的一些個性因素及經(jīng)驗(yàn)來確定。 重量估算 整機(jī)自重是掘進(jìn)機(jī)的一個重要參數(shù)。 履帶式行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動方式有兩種：電動機(jī)和 液壓馬達(dá)。輸送機(jī)構(gòu)由以機(jī)頭軸為主動軸時，由設(shè)置在機(jī)頭的液壓馬達(dá)或電機(jī)，通過減速器裝置驅(qū)動機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)。 第二級的太陽輪與第一級行星架為漸開縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽輪與第二行星輪嚙合，此行星輪裝在第二級的輪軸，此輪軸裝在第二級行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。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)不宜過于笨重和龐大，在使用時有較大的覆蓋面。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 50100KW，可切巖石硬度系數(shù) f6，如英國的 MKA2400型、奧地利的 AM50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)對象的重型機(jī)，一般機(jī)重 4080噸、切割功率 150200KW、可切巖石硬度系數(shù) f8，如英國的 LH1300型、奧地利的 AM75型、日本的 S200M型掘進(jìn)機(jī)等。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。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)還繞太陽輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級減速器。這樣機(jī)構(gòu)復(fù)雜。由于液壓回路的種種優(yōu)點(diǎn)，選取液壓馬達(dá)驅(qū)動。機(jī)重太輕， 工作穩(wěn)定性下降， 擺動截割時會發(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)動性差，轉(zhuǎn)向靈活性下降。 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)對煤巖的有效破碎。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在 1000 mm 以上。對研磨性的硬巖石 ， 最大截割速度要受到截齒磨損的限制?；剞D(zhuǎn)臺主要由回轉(zhuǎn)油缸、回轉(zhuǎn)座、連接臂、回轉(zhuǎn)架、升降油缸等部件構(gòu)成。 履帶的接地長度 1l 、行駛寬度 1b 和履帶寬度 10b 的確定 [5] 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。具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定。 本掘進(jìn)機(jī)設(shè)定的裝載效率為 230 hm/3 ，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時候以此為依據(jù)，所以裝載機(jī)的效率可以是 230 hm/3 ?？v 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。 ?? 。. . 實(shí)驗(yàn)表明截割角在 45176。這種確定截割頭的載荷的方法比較科學(xué)、準(zhǔn)確，便于對截割頭的載荷和截割特性的研究。 —— 考慮同時截割煤的截齒個數(shù)的系數(shù)，最大取 ； —— 煤巖體松裂系 數(shù)，最大取 1。但是，現(xiàn)在正實(shí)用的掘進(jìn)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)這個要求。如：截齒的磨損與其線速度有直接關(guān)系；所以傳動零件以及緊固件的疲勞破壞都與載荷的性質(zhì)與載荷的穩(wěn)定程度有關(guān)，而載荷的穩(wěn)定程度有是截割頭轉(zhuǎn)速、懸臂擺動速度、切屑厚度以及截割阻力等參數(shù)的函數(shù)。 在計(jì)算瞬時載荷之前，對截齒的平均受力、截割頭對旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩、截割電機(jī)的功率及其單位能耗等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評估，與瞬時負(fù)載情況對比分析，對以后瞬時負(fù)載、功率等計(jì)算有指導(dǎo)意義。這是由于截割頭工作時，煤巖的破碎是不連續(xù)的，每個截齒的截割阻力成周期性變化，因此截割頭上的載荷是隨時間變化的。 （ 3）截齒的安裝 ①截割角α（又叫切削角）。實(shí)驗(yàn)證明，被截下的煤巖量與截線間距和切深有關(guān)，過小的截線間距使煤巖過于粉碎，產(chǎn)生粉塵、單位能耗高、截割效率低。 切割頭裝有截齒 ， 用語破碎煤巖的部件。 2222220 tan41 ?BhBA ?? . . 2210t a m????? ? hmAVQ ts/5 5 0 1 9 60320??????? ? 。在履帶架底部裝設(shè)的支重輪，每個承載力應(yīng)不小于機(jī)重的 50%，間距一般為履帶板節(jié)距的 [19]。履帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置為液 壓馬達(dá)。切割電機(jī)功率估算公式為： . . kWnMN f ),160/(0 ???? ， (217) 式中： ?n — 切割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)； ? — 為工作機(jī)構(gòu)傳動效率，可以取 ； fM — 作用 在切割頭旋轉(zhuǎn)軸的切割阻力矩， mN? ，通過如下式子計(jì)算： cT kkDPmzM P 002 ?????? 式中： z— 作用在一個齒上的切割阻力， N； m — 每條截線上的齒數(shù)； P — 切割頭上的總截線條數(shù)； 0D — 切割頭平均直徑， m。 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)。切割頭直徑過大，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)。 截割機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步確定 截割頭轉(zhuǎn)速及其功率的初步確定 掘進(jìn)機(jī)的動力源都采用交流電動機(jī)。 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 寬 高 )= (不含轉(zhuǎn)載機(jī)長度 )。采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。 (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。太陽輪與行星輪相嚙合，此行星輪通過兩個軸承裝在星輪軸上，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第一級行星架，實(shí)現(xiàn)第一級減速 [7]。 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。各國早期研制的懸臂式掘進(jìn)機(jī)都是以煤炭為作業(yè)對象，機(jī)重在 1317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)。 我國的掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開發(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、美國、西德、原蘇聯(lián)、匈牙利引進(jìn)了多種型號的掘進(jìn)機(jī)，通過引進(jìn)日本 MRH510041型、奧地利 AM50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，我國已自行研制成功了 AM50、 ELM5 EMIA EL90、5100等 6種 8個型號的掘進(jìn)機(jī)，使我國中小型掘進(jìn)機(jī)不再依賴進(jìn)口。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和目的， 機(jī)型選擇重型 。 圖 21 EBZ200E 掘進(jìn)機(jī)的截割部行星減速器結(jié)構(gòu) 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。可以設(shè)置機(jī)尾為主動軸，由設(shè)置在機(jī)尾的驅(qū)動裝置，帶動刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)工作，簡化結(jié)構(gòu)。 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。一般它的自重可按 21估算 )4/(3 0 jVNG ?[11] (21) 式中： 0N — 截割機(jī)構(gòu)功率， kW； jV — 截割頭平均截割速度， m/s； 也可參照現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)用類比法來確定，機(jī)重 (t)與截割功率 (kW)之比為 ～ 。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。這里選擇切割頭的平均直徑為 800 mm。例如 ， 截割石英含量為 30%～ 40%， 抗壓強(qiáng)度為 100～ 120MPa的砂巖時 ， 最佳的截割速度為 ～ 2m/s。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 。行駛寬度 1b 按略?。? 11 )~( bl ? (218) 110 )~( bb ? (219) 履帶機(jī)構(gòu)履帶板寬度 ： 表 24 履帶板寬度系列 [15] Table of the width of crawler mechanism series 250 300 370 400 450 500 520 550 600 650 單位 ： mm . . 結(jié)合