【文章內(nèi)容簡介】 進(jìn)機(jī)的傳動系統(tǒng)根據(jù)上文的設(shè)計和選型，確定的掘進(jìn)機(jī)的傳動系統(tǒng)圖如下：圖25 掘進(jìn)機(jī)的傳動系統(tǒng) The drive system of roadheader1—內(nèi)齒輪 2—中心輪 3—二級中心輪 4—行星輪 5—電動機(jī) 7—圓錐齒輪 8—鏈輪 9—鏈輪軸 10—內(nèi)齒輪 11—二級行星減速機(jī) 12—齒輪 13—油馬達(dá) 14—齒輪 15—齒圈 16—油馬達(dá) 118—渦輪蝸桿 19—星輪 總體布置圖圖26 掘進(jìn)機(jī)的總體布置圖 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) 總體參數(shù)總結(jié)25根據(jù)設(shè)計的要求和目的，進(jìn)行了掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計。這里確定了本掘進(jìn)機(jī)的型號為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)驗公式。為了保證實用性，在參數(shù)的選取上，盡量實現(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 ；3) 履帶行走速度 0～5/10 ；4) 履帶板寬 450mm；5) 行駛寬度 3000 mm；6)履帶接地長度 3300mm；7)機(jī) 長 m；8)機(jī) 寬 m；9)機(jī) 高 m；10)最大掘高 m；11)最大掘?qū)? m；12)巷道坡度 177。16176。；13)水平回轉(zhuǎn)時，懸臂的擺角；14)垂直回轉(zhuǎn)的上擺角 ；15)截割到巷道底面時，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角 ；16)臥底時，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角 ；17)可掘最大斷面 ； 18)懸臂長為 3950mm；19)伸縮部伸縮量 550mm；20)供電電源 AC1140V；遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）3懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)方案設(shè)計掘進(jìn)機(jī)截割部主要由截割電動機(jī)、截割機(jī)構(gòu)減速器、截割頭、懸臂筒組成。，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)計是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計的關(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)計要求可知，所設(shè)計的掘進(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的截割電動機(jī)。電機(jī)動力經(jīng)傳動系統(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。電機(jī)輸出力矩，通過花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過內(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。? 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?？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。圓錐形切割頭有利于鉆進(jìn)工作面，也能保證切割出來的巷道表面較平整，保證巷道坡度，也不會給支護(hù)工作帶來麻煩[5]。所以選擇圓錐形切割頭。? 截齒的設(shè)計（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，齒能在齒座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，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)對于較硬的煤和硬巖，通常選用毎線一齒。否則，就會出現(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截齒截出的截槽，而崩落的效果極為微弱。對于每線一齒，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)和相鄰截線上截齒的角度保持下列關(guān)系：。②截線間距S它表征相鄰截齒齒尖軌跡的距離，其值影響單個截齒載荷、受力大小、破碎效果和功率消耗。對縱軸式切割頭選擇截線間距時，尤其應(yīng)考慮煤巖特性和水平擺動速度，因為截線間距在切割過程中發(fā)生變化，總之，確定截線間距時應(yīng)全面考慮煤巖性質(zhì)、截割厚度、牽引速度等因素。橫切割頭在擺動切割時，實際截割間距隨擺動速度變化，而切深保持不變。實驗證明，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。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。{h截齒切深，m；牽引速度或擺動速度，m/min；n切割頭轉(zhuǎn)速，r/min；一條截線上的截齒數(shù)。具體選取時可以參照下表的經(jīng)驗值。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＞8060803060＜30牽引速度/（m/s）0．20．40．30．40．350．60．65截線距/mm405050606010070120③相鄰鎬齒間的最佳間距由式413知：s/d=tg s為兩相鄰截齒的中心距；d為直徑；為斷面傾斜著經(jīng)過一時的計算值。時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。截齒是一個挨一個進(jìn)行截割的，形成的截槽兩邊不對稱，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。截齒以一個間隔一個的次序進(jìn)行截割的，形成兩側(cè)接近對稱的截槽，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33 截齒排列方式Figure 33 pick arrangement way（2）截齒排列圖圖34 截齒排列Figure 34 pick arrangement左截割頭的排列為右旋，右截割頭的排列為左旋。這樣，在工作時割落的煤巖拋向兩個截割頭的中間，改善了截割時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)動軌跡的切線之間的夾角。實驗表明截割角在45176。55176。之間時截割阻力最小。此范圍內(nèi)，截齒以較好的位置鍥入巖石，它對切割頭很重要。大的角雖然提高切削效率，但磨損比較嚴(yán)重，容易使齒尖變鈍，以致無法切入礦物。當(dāng)角很小時，所需進(jìn)給力增大，容易使截齒超載，此時，截齒不僅軸線方向承受負(fù)荷，而且齒頂方向負(fù)荷較大，使進(jìn)給力和切削力達(dá)到十分有效的使用效果，經(jīng)德國礦冶技術(shù)有限公司試驗分析，推薦最佳的截割角為46176。.圖35 鎬形齒的安裝角度Figure 35 pickaxe shape cutting pick installment angle②傾斜角β。截齒按傾斜角安裝，保證截齒在橫向擺動截割時，沿合速度方向截入巖體。由于截割頭橫擺速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于截割速度，因此，β角很小。（）。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)實踐和實驗表明，截齒應(yīng)向截割頭橫擺方向偏轉(zhuǎn)8176。這樣，截齒的運(yùn)動方向與進(jìn)入巖體方向一致，也有助于截齒的自轉(zhuǎn)。當(dāng)截割頭的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸以及截齒排列方式等都已確定，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行截割頭載荷計算，這是截割頭設(shè)計的重要一步。截割頭的載荷大小與煤巖性質(zhì)、截齒結(jié)構(gòu)尺寸、截齒布置參數(shù)等因素有關(guān)，而且隨位置不同而變化。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。通過截割頭載荷計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。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。（1）切屑厚度的計算當(dāng)截割頭橫向擺動截割時，在圓周范圍內(nèi)，每個截齒最大工作角度為180176。如果順著截割頭旋轉(zhuǎn)軸朝工作面方向看，截齒工作半周的切屑斷面成月牙形。當(dāng)每條截線上有兩齒時，最大切屑厚度是在同一條截線相鄰二齒相繼截割而形成的。當(dāng)每條截線上有一齒時，這個齒的切割深度即最大切屑厚度。確切的說，最大切屑厚度是指在橫向在與巷道中線垂直方向的切屑斷面厚度。截割頭上第i個齒的最大切屑厚度himax應(yīng)按下式計算：式中 vbi：第i個截齒橫向擺動速度； βi：第i個截齒截割頭中心線的角度； n： 截割轉(zhuǎn)速； m：同一條截線上截齒數(shù)。 在截割頭工作過程中，n和m是不變化的，βi的變化范圍也不大，只有vbi有較明顯的變化。在截割同一種煤巖時，靠近截割頭小端處的截齒有較大的切屑厚度。 截齒受力計算掘進(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。而具體的某個截割頭的截割受力與相鄰截線上的截齒排列方式有關(guān)系。當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒在同一個葉片上，這種截割方式為順序式截割；當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒不在同一個葉片上，這種截割方式稱為交叉式截割。順序式截割，屬半封閉式截割，有明顯的側(cè)向力；交叉式截割，屬淺封閉式截割，截齒幾乎不受側(cè)向力。在計算瞬時載荷之前，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、功率等計算有指導(dǎo)意義。 （31） 鎬形齒牽引阻力y公式 N （32） 鎬齒承受側(cè)向力x計算公式 ，N (33) 式中 PK——巖石接觸強(qiáng)度，單位Mpa；——截齒類型系數(shù)，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，； ——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； （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； ——過截割頭轉(zhuǎn)軸的截割頭縱斷面面積，m2。 ——考慮同時截割煤的截齒個數(shù)的系數(shù)，； ——煤巖體松裂系數(shù)，最大取1。 ，Kw （35)式中 ——截割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)； ——工作機(jī)構(gòu)傳動效率。 ， (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。負(fù)載和功率的初定為以后設(shè)計擺動速度和鉆進(jìn)速度、計算載荷提供參考依據(jù)。、力矩及功率計算截割阻力公式，N （37）鎬形齒牽引阻力公式 ，N （38）鎬齒承受側(cè)向力計算公式 ，N （39）式中i為第i個截齒； 為截齒齒尖與截割頭徑向截面中心連線和X軸的夾角。 ，mm——截齒的切削寬度，mm；由于截線距不等，所以，在計算時取截齒所在截線上下各一半，即。合力及其合力矩計算方法（以橫擺為例圖文說明）：首先計算各個截齒的截割阻力z和牽引阻力y，如圖42所示。然后將z和y轉(zhuǎn)化到相應(yīng)截齒所在截線的平面與截割頭軸線的交點處，力平移過去同時截割阻力產(chǎn)生了一個力矩，如圖43所示。在各個交點處建立局部坐標(biāo)