【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 角的一半。 橫切割頭截割參數(shù)與礦物特性關(guān)系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/mm405050606010070120 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。 截齒排列方式（2）截齒排列圖，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(shí)割落的煤巖拋向兩個(gè)截割頭的中間，改善了截割時(shí)的受力情況和裝載效果。 截齒排列（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(dòng)軌跡的切線之間的夾角。實(shí)驗(yàn)表明截割角在45176。55176。之間時(shí)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(duì)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(wú)法切入礦物。當(dāng)角很小時(shí)，所需進(jìn)給力增大，容易使截齒超載，此時(shí)，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(guó)礦冶技術(shù)有限公司試驗(yàn)分析，推薦最佳的截割角為46176。 鎬形齒的安裝角度②傾斜角β。截齒按傾斜角安裝，保證截齒在橫向擺動(dòng)截割時(shí)，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)，以降低截割阻力，據(jù)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)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(dòng)方向與進(jìn)入巖體方向一致，也有助于截齒的自轉(zhuǎn)。(4)排距的確定排距為相鄰兩排截齒之間的距離, 排距的大小控制著截割頭的橫向尺寸, 排距和齒尖的位置確定后, 截割頭的形狀就確定了, 確定排距時(shí)要使截齒的截割狀態(tài)成為半開(kāi)式截割, 這就要求相鄰兩排截齒中直徑較小的先行截割, 爾后直徑較大的截割。 所示, 設(shè)計(jì)排距時(shí)排距不宜過(guò)大, 也不宜過(guò)小, 過(guò)大使截割頭的橫向尺寸加大, 增加截割頭的體積, 過(guò)小將不能充分地發(fā)揮每個(gè)截齒的效力。圖 中Ψ為崩落角,為邊界角,在半開(kāi)式截槽中其值不大于 時(shí),最優(yōu)的截割應(yīng)是邊界角取時(shí),后排截齒截割崩落線與前排截齒齒尖重合,這樣才能充分利用截割的崩落效應(yīng)而又不至于加大截割頭橫向尺寸。 截割崩落效應(yīng)示意圖（5）截線間距、 截割頭直徑截線間距即截線距, 是同一排截齒上兩相鄰截齒的齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡在同一截割平面上的距離, 其大小應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì), 當(dāng)煤巖的物理性質(zhì)改變時(shí), 截割頭水平擺動(dòng)速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距的大小隨煤巖的硬度改變而改變, 截線距如公式（）所示。 t = K / m ()式中：m為同一排上的截齒數(shù)目。確定截線距時(shí),應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì),從其計(jì)算公式可以看出,它隨著掘進(jìn)機(jī)橫向擺動(dòng)速度的變化而變化,因此,當(dāng)煤巖的物理性質(zhì)改變時(shí),截割頭水平擺動(dòng)速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距隨煤巖的硬度改變而改變,以提高截割效力。 截割頭直徑是一個(gè)很重要的參數(shù),它影響掘進(jìn)的截割生產(chǎn)率和截齒的截割能力,并與巷道斷面大小手有關(guān)；較大的直徑,可縮短截割工作面的循環(huán)時(shí)間,生產(chǎn)率高,但當(dāng)機(jī)器功率和截割頭轉(zhuǎn)速不變時(shí),每個(gè)截疊齒所能承受的截割力降低,如果截割力小于截割阻力,就不能完成截割任務(wù)。反之,如果直徑太小,雖然截齒對(duì)煤巖的截割能力達(dá)到了,但降低了生產(chǎn)率,一般根掘進(jìn)機(jī)功率大小,~。 已知：機(jī)器外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）：。截割部有關(guān)技術(shù)蠶食：功率300/220kw,切割電機(jī)攻速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為300kw，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率220kw；電壓1140v，轉(zhuǎn)速1490/980r/min；截割頭直徑x長(zhǎng)度：Φ1350x1000mm，截割頭轉(zhuǎn)速36/24r/min。截割功率、截割速度、截割力由式()~ ()知： N = Fv ()v =πnD/ 1 000 () F = 1 000N/ ( πnD) ()式中: n為 截割頭轉(zhuǎn)速。 D為截割頭外徑 ,mm。(1) 截割部水平受力分析。從圖中可知LH1為 1000mm ,LH2為6426 mm。(2)截割軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如式（）M = 9 549 N/ n （）截割功率為切割電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為 =300kw，截割轉(zhuǎn)速=36 r/min ，則=，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)功率為=220 kw，截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為=24r/min，則=。圖 截割頭水平受力（3）由式（）估算最大切割力： （）已知掘進(jìn)機(jī)參數(shù)：P1為300kw；n1為36 r/min；P2 為220kw； n2 為24r/min。橫軸式截割頭直徑Φ1350mm,。計(jì)算結(jié)果為：；。在掘進(jìn)機(jī)工作工程中，截割頭受到的力主要為切割力、擺動(dòng)力、推進(jìn)力。其中切割力:是指 切割時(shí)所有參與切割的截齒所受切向力()數(shù)值之和。擺動(dòng)力是指 擺動(dòng)時(shí)由液壓缸給與切割頭沿?cái)[動(dòng)方向的力。推進(jìn)力是指 掏槽時(shí)由行走機(jī)構(gòu)或者伸縮機(jī)構(gòu)提供給與切割頭的推進(jìn)力。橫軸式切割頭掏槽時(shí)，剛接觸時(shí)齒數(shù)是兩個(gè)切割頭同一條母線附近的約十把截齒(前次切割留下的斷面應(yīng)該是個(gè)圓弧面)，所以應(yīng)加大推進(jìn)力。切割煤時(shí)，由式()?。? () 計(jì)算得到： ； ；； ；；。(4)回轉(zhuǎn)臺(tái)水平回轉(zhuǎn)油缸對(duì)截割頭產(chǎn)生的作用力① 回轉(zhuǎn)沿油缸推進(jìn)力、回轉(zhuǎn)油缸的拉力可由式（）、()計(jì)算：=πp/ 4 () =π() p/ 4 ()計(jì)算得到：FH1 為75398 N ； FH2 為57 933 N 。 式中 p 為油泵額定壓力 ,MPa 。為 回轉(zhuǎn)油缸直徑 ,cm，為回轉(zhuǎn)油缸直徑 ,cm。②為回轉(zhuǎn)臺(tái)中心支點(diǎn) ,轉(zhuǎn)矩由由式()、式()知：= (+) () = / ()經(jīng)過(guò)計(jì)算得到：MH為113851 ； FH為17717N。(5)截割部上、作用力、由式（）、（）的確定。圖中為截割部上、 下運(yùn)動(dòng)的支點(diǎn)。= = (2 W)/ （）== (2 W)/ （）① 所示。 已知參數(shù)（m）（m）（m）W（N）（N）（N）80000282743157079②推動(dòng)油缸推進(jìn)力、推動(dòng)油缸的拉力如式（）、()所示：= π/ 4 （） =π()/ 4 ()式中：， 為推動(dòng)油缸直徑，cm； 為油缸額定壓力，MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算得：為282743N，為157079N。圖 截割頭水平受力 Lv1③ 力和力矩（N）（N）（）（）6558124061115264229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(gè)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(gè)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(gè)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(jì)算瞬時(shí)載荷之前，對(duì)截齒的平均受力、截割頭對(duì)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(píng)估，與瞬時(shí)負(fù)載情況對(duì)比分析，對(duì)以后瞬時(shí)負(fù)載、功率等計(jì)算有指導(dǎo)意義。（1）單個(gè)截齒平均截割阻力z載荷公式[12]由式（）知： （） 鎬形齒牽引阻力y公式由式（）知： N （） 鎬齒承受側(cè)向力x計(jì)算公式由式()知： ，N () 式中 ：Pk為截齒類型系數(shù)，徑向齒為1；Kz為截齒幾何形狀影響系數(shù)，鎬形齒 Kg = Kψ Kψ’Kd ，徑向齒Kg =Kb Kd ；Kψ為硬質(zhì)合金刀頭形狀系數(shù)；Kψ’為刀桿頭部形狀系數(shù)；Kd為硬質(zhì)合金刀頭直徑系數(shù)；Kb為截齒刀部寬度影響系數(shù)，Kb=+，b是刀齒刃布寬度，單位mm； Kg為截齒前刃面形狀影響系數(shù)，前刃面是平面，取1，；Ky’為截齒截角影響系數(shù)；T為平均截線距，mm； H為平均切屑厚度，mm； Sj為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。（2）對(duì)截割頭旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩計(jì)算[13]由式（）知： （）式中： z為作用在一個(gè)截齒上的截割阻力，N；m為每條截線上的齒數(shù)； p為截割頭上的總截線條數(shù)； Dcp為截割頭平均直徑，m； L為截割頭長(zhǎng)度，m； Sk為過(guò)截割頭轉(zhuǎn)軸的截割頭縱斷面面積，m2。 kTp 為考慮同時(shí)截割煤的截齒個(gè)數(shù)的系數(shù)，； koc為煤巖體松裂系數(shù)，最大取1。（3）截割電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算由式（)得： （)式中 n0為截割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)；η為工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率。 二維裝配圖根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)，畫(huà)出二維裝配圖， 二維裝配圖 本章小結(jié)本章是此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)章節(jié)。本章根據(jù)課題要求對(duì)橫軸式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算過(guò)程包括: 截割頭的受力運(yùn)動(dòng)分析、截割齒的排序方式、截割齒在工作工程中的受力分析等等。通過(guò)計(jì)算確定了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的參數(shù)，這為后面的設(shè)計(jì)工作做了準(zhǔn)備。3. 掘進(jìn)機(jī)的三維建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 截割頭的建模（1）打開(kāi)ProE軟件，準(zhǔn)備建模①：建立新文件[14]。單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng)，在彈出的“新建”對(duì)話框中，選擇“零件”，在“名稱”中輸入文件名“jiegetou”,使用公制模板mmns_part_solid，單擊“確定”按鈕，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)界面。②：激活旋轉(zhuǎn)特征命令 。單擊“插入”→“旋轉(zhuǎn)”選項(xiàng)，系統(tǒng)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)特征建立界面。 旋轉(zhuǎn)特征操控面板 【草繪】對(duì)話框 截割頭旋轉(zhuǎn)草圖③：定義旋轉(zhuǎn)特征的截面。點(diǎn)擊”放置”，“草繪”滑動(dòng)面板，單擊“定義”按鈕，彈出。選擇草繪平面，并定義旋轉(zhuǎn)中心線，繪制截割頭旋轉(zhuǎn)平面。（2）確定旋轉(zhuǎn)特征的旋轉(zhuǎn)角度模式，制定旋轉(zhuǎn)角度為360゜（3）預(yù)覽特征。單擊操控面板中的圖標(biāo)，瀏覽所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)特征，若不符合要求，按“暫?！眻D標(biāo)推出暫停模式，繼續(xù)編輯特征。（4）完成特征。單擊操控面板中的“完成”圖標(biāo)，完成旋轉(zhuǎn)特征。 旋轉(zhuǎn)所得的截割頭初步圖形（5）選擇合適的位置，做一個(gè)平面，并在此平面上進(jìn)行一個(gè)小小的拉伸與上一步中所得的旋轉(zhuǎn)圖形進(jìn)行相交，得到一條螺旋線。（6）截割頭底座的繪制第一步：激活拉伸特征命令 。單擊“插入”→“拉伸”選項(xiàng)，系統(tǒng)進(jìn)入拉伸特征建立界面，彈出拉伸特征操控面板。 拉伸操控面板第二步：定義草繪截面并繪制草圖。定義一個(gè)內(nèi)部草圖作為拉伸特征的截面。①單擊操控面板上的“放置”按鈕，“草繪”滑動(dòng)面板，單擊“定義”按鈕，彈出“草繪”。 “放置”滑動(dòng)面板 “草繪”對(duì)話框②指定草繪平面和草繪平面的參照并繪制草圖。（7）預(yù)覽特征。單擊操控面板中的圖標(biāo)，瀏覽所創(chuàng)建的旋轉(zhuǎn)特征，若不符合要求，按“暫停”圖標(biāo)推出暫停模式，繼續(xù)編輯特征。（8）完成特征。單擊操控面板中的“完成”圖標(biāo)，完成旋轉(zhuǎn)特征。 帶截齒座的截割頭 截割齒的建模截割頭的建模：打開(kāi)Proe軟件，新建文件，利用旋轉(zhuǎn)，拉伸等做出截割齒。 截割齒第一步：打開(kāi)Proe軟件，單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng)，在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“零件”，輸入文件名“”,單擊單擊確定按鈕，進(jìn)入零件界面。第二步：激活拉伸特征命令 。單擊“插入”→“拉伸”選項(xiàng)，系統(tǒng)進(jìn)入拉伸特征建立界面，彈出拉伸特征操控面板。 拉伸操控面板第三步：定義草繪截面并繪制草圖。第四步：預(yù)覽、完成特征。第五步：重復(fù)以上步驟便可以得到截割頭端蓋圖形。 截割頭端蓋 截割頭的組裝第一步：打開(kāi)Proe軟件，單擊“文件”→“新建”菜單項(xiàng)，在彈出的“新建”對(duì)話框中選擇“組件”，輸入文件名“”，單擊“確定”按鈕進(jìn)入組件裝配截面。第二步：在子部件中裝入第1個(gè)元件。單擊“插入”→“元件”→“裝配”菜單項(xiàng)，從彈出的“打開(kāi)”對(duì)話框中找到“”，單擊“打開(kāi)”按鈕。在操控面板中選取約束類型為“缺省”，完成第1個(gè)元件的裝配。 截割頭組裝第三步：裝入第2個(gè)元件“”。同理激活元