【文章內(nèi)容簡介】 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，懸臂的擺角； 1? — 垂直回轉(zhuǎn)的上擺角； 2? — 截割到巷道底面時，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角； 3? — 臥底時，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角，可根據(jù)臥底深度來定，一般可取 300~1000 ?h mm，這里取 200 mm。 截割機構(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 掘進機的動力源都采用交流電動機。截割機構(gòu)功率大小， 在實際設(shè)計中一般采用類比法，再結(jié)合掘進機的一些個性因素及經(jīng)驗來確定。 截齒必須具有的一定的截割速度和足夠的截割力，才能實現(xiàn)對煤巖的有效破碎。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。同時，還可以降低截割頭上的動載荷，減少截齒的磨損和粉塵。通常，. . 在煤和軟巖中，可取 m/~?jV ，截割頭轉(zhuǎn)速為 30~100 /minr 。對于中硬巖，可選m/~?jV ， 對于砂巖和石灰?guī)r，平均截割速度 jV =~ m/s ，最高 jV =~1 m/s ，截割頭轉(zhuǎn)速為 20~40 /minr [11]。 目前市場上絕大多數(shù)掘進雙速掘進機的截割速度為 23r/min和 46r/min，這兩種截割速度被認為是截割硬巖和煤巖的經(jīng)濟截割速度，所以本次設(shè)計的巖巷掘進機截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為 46r/min。 結(jié)合行業(yè)標準 MT4771996YBU系列掘進機用隔爆型三相異步電動機選擇，確定截割功率為 200kW。 切割頭的有關(guān)參數(shù)的確定 [5] (1)切割頭長度 切割頭長度的大小影響工作循環(huán)時間 ， 它的選擇還與煤巖性質(zhì)有關(guān)?？v軸式掘進機切割頭長度應(yīng)略大于截深。目前，縱軸式掘進機切割頭的長度一般為 500~700 mm。大功率的掘進機可以在 1000 mm 左右。根據(jù)設(shè)計要求，確定本掘進機為中型掘進機，選擇切割頭的長度為 780 mm。 (2)切割頭直徑 切割頭直徑影響切割力和工作循環(huán)時間。當(dāng)切割頭 的功率和轉(zhuǎn)速一定時，切割頭的直徑將決定切割頭的切向切割力。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)。目前，縱軸式掘進機切割頭的直徑一般為 600~900 mm。大功率的掘進機可以在 1000 mm 以上。這里選擇切割頭的平均直徑為 800 mm。 (3)切割頭錐角 對于縱軸式掘進機的圓錐形切割頭，為了獲得比較平整的巷道頂、底板或者側(cè)壁，還應(yīng)結(jié)合懸臂長度、回轉(zhuǎn)中心的位置來確定切割頭的錐角。 設(shè)切割頭的半錐角為 ? ，懸臂水平擺角為 ? ，上下擺角分別為 1? 、 2? 。按幾何關(guān)系，要保證巷道的頂、底板、側(cè)壁平整，應(yīng)使 ???? ??? 21 。顯然對于確定的掘進機，其切. . 割頭的半錐角 ? 是定值。掘進機的水平擺角通常為 ?? 50~30 。這樣錐形切割頭的錐角確定在 ?? 50~30 之間。 本掘進機設(shè)計結(jié)合同類掘進機 運用情況 ， 選取 ?45 。 (4)螺旋頭數(shù)和升角 螺旋頭數(shù)一般為兩頭和三頭。這里選擇兩頭旋轉(zhuǎn)葉片。有關(guān)參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。 (5)切割速度和擺角速度 截割功率一定時，切割速度決定切割力矩和切割力的大小。 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 — 同時工作齒數(shù)，可取總齒數(shù)的一半。 懸臂式掘進機所能達到的最大截割能力總是與其截齒的截割速度有關(guān)。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。對研磨性的硬巖石 ， 最大截割速度要受到截齒磨損的限制。例如 ， 截割石英含量為 30%～ 40%， 抗壓強度為 100～ 120MPa的砂巖時 ， 最佳的截割速度為 ～ 2m/s。對易于截割的巖石 (例如白堊和煤 )， 最 大截割速度會受到粉塵濃度的限制。對煤炭一般選用 4～ 5m/s。 根據(jù)本設(shè)計要求 ， 確定截割速度 。 考慮到掘進機對煤巖特性應(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. . 理的工作擺動速度 3~2?bV m/min ，在較硬的半煤巖中可以取 ~ m/min ， 對于中硬煤巖石，擺動速度不宜過大，取 ~1 m/min [11]。 根據(jù)本設(shè)計要求 ， 確定擺動速度為 。 (6)最大扭矩 最大扭矩的確定公式為： mn KMM /max ? (216) 式中： maxM — 切割最大扭矩； nM — 切割硬度 f=6 的巖石時候，切割頭平均扭矩。 )/()1 7 1 5 04 4 1 0 0( ?VCLDVM bn ???? ， mN? ； 式中： 0D — 切割頭平均直徑， m； 0L — 切割頭長度， m； mK — 當(dāng)量載荷因數(shù)。 具體數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。 (7)牽引力 切割頭回轉(zhuǎn)時，必須具有足夠的的牽引力，以便切割頭在擺動方向能有效地切入煤壁，保證切割工作的正常進行。 切割頭平均直徑處牽引力為 Cs PP )~1(? 牽引力一般為 30~60kN[5]。 具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確 定。 電動機的選擇 懸臂式掘進機切割頭功率一般在 0N =30~200kW 之間 ， 差別比較大。切割電機功率估算公式為： . . 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。 根據(jù)行業(yè)標準 MT4771996YBU系列掘進機用隔爆型三相異步電動 機選擇，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 掘進機的截割電機外形 [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現(xiàn)?；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。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 。連接臂的左端用螺栓與切割臂固定在一起。工作時，切割臂隨連接臂助于升降油缸可以在垂直方向上升和下降足夠的角度；切割臂隨回轉(zhuǎn)臺油缸可以在水平方向左右各擺動 33176。 回轉(zhuǎn)臺中心高在 1600mm?；剞D(zhuǎn)臺直徑取 1600mm 根據(jù)煤炭行業(yè)標準 MT4751996《懸臂式掘進機回轉(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 —— 單排四點接觸球式。具體尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。 裝運機構(gòu)參數(shù)確定 耙裝部機構(gòu)采用弧形三齒星輪式，有左右兩個，對稱布置。裝載機構(gòu)耙爪的轉(zhuǎn)速一般為 25～ 48r/min[11]， 原動機為 2 臺液壓馬達，工作時交錯耙抓。轉(zhuǎn)速取 28 r/min。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 350～ 400mm。 根據(jù)上文確定的原則，輸送機形式 ： 邊雙鏈刮板式，刮板鏈規(guī)格 ： ? 1864 圓環(huán)鏈，輸送機槽寬 ： 500mm，龍門高度 ： 360mm。 圖 24 EBZ200E 掘進機的雙邊 刮板輸送機 [14] EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co., Ltd. . . 行走履帶技術(shù)參數(shù)的確定與連接 行走履帶技術(shù)參數(shù)的確定要符合煤炭行業(yè)標準 MT/T5771996《懸臂式掘進機履帶機構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定。 行走履帶驅(qū)動方式及系統(tǒng)參數(shù)的確定 履帶機構(gòu)驅(qū)動裝置所需要的最小功率應(yīng)能滿足掘進機在最大設(shè)計坡度上作業(yè)、爬坡、轉(zhuǎn)彎等工況的要求；最大功率應(yīng)小于在水平路面履帶打滑時的功率。履帶機構(gòu)驅(qū)動裝置為液 壓馬達。液壓系統(tǒng)馬達回路額定壓力應(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機 ， 做類比 ， 我們選擇液壓回路額定壓力。 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。行駛寬度 1b 按略?。? 11 )~( bl ? (218) 110 )~( bb ? (219) 履帶機構(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)合煤炭行業(yè)標準 MT/T5771996《懸臂式掘進機履帶機構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定 (如表 )，取履帶板寬度 ： 450mm，行駛寬度 2800mm，履帶接地長度 3300mm。 驅(qū)動輪直徑 1D 采用后輪驅(qū)動，掘進機使用重量為 1m (kg)，則驅(qū)動輪直徑 1D (mm)經(jīng)驗公式： 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。一般取節(jié)距 4 21 )33~( ml j ? ， 2m (kg)為轉(zhuǎn)載機的有效重量 [16]。取節(jié)距1jl =120mm。 履帶機構(gòu)公稱接地比壓的計算與確定 公稱接地比壓由下式計算 ： LbGq 02?[17] (221) 式中 ： q— 公稱接地比壓 ， MPa； G — 履帶機構(gòu)所屬掘進機的重量 ， N； 01b — 單邊履帶機構(gòu)的履帶鏈寬度 ， mm； 1l — 單邊履帶機構(gòu)的接地長度 ， mm。 履帶機構(gòu)的公稱接地比壓為 。 履帶機構(gòu)的行走速度 一般設(shè)計有工作和調(diào)動兩種速度 。 工作速度一般為 2～ 5m/min， 調(diào)動速度一般 為 10～15m/min[18]。 能實現(xiàn)快速調(diào)動和慢速作業(yè)的需要 ， 行走機構(gòu)用液壓馬達驅(qū)動 ， 實現(xiàn) 0～ 10m/min 的. . 無級調(diào)速。工作速度為 0～ 5m/min。 履帶傳動的連接方式與履帶機構(gòu)張緊 結(jié)構(gòu)型式有滑動和滾動兩種連接方式，滑動式結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)阻較大，對特輕型、輕型、中型掘進機推薦采用滑動式結(jié)構(gòu)型式。滾動式運行阻力較小，履帶架底部與履帶鏈相接接觸面磨損小。重型和特重型掘進機推薦采用這種結(jié)構(gòu)形式。在履帶架底部裝設(shè)的支重輪，每個承載力應(yīng)不小于機重的 50%，間距一般為履帶板節(jié)距的 [19]。 履 帶機構(gòu)張緊行程應(yīng)大于履帶鏈節(jié)距的一半。具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。 噴霧系統(tǒng)的參數(shù) 外噴霧系統(tǒng)，噴嘴設(shè)置在截割機構(gòu)懸臂的前端，水壓為 。 內(nèi)噴霧系統(tǒng)的噴嘴裝置設(shè)在截割頭截齒座的后面。內(nèi)噴霧系統(tǒng)的壓力不低于