【導(dǎo)讀】由于它是集礦巖的破碎、裝載和轉(zhuǎn)運(yùn)于一身，因此它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對。設(shè)計(jì)和制造的要求也是多方面的。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展步伐的加快，對能源的需求量增加，必然要求加大開。要完成艱巨的巷道。掘進(jìn)任務(wù)，必須盡快研制出高生產(chǎn)率和高可靠性的掘進(jìn)機(jī)械。加快掘進(jìn)機(jī)的研制速度，已。成為保證煤炭生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。我國煤礦真正推廣應(yīng)用懸臂式掘進(jìn)機(jī)則是在1979年引進(jìn)了100余臺國外產(chǎn)品以后。機(jī)型占多數(shù)，S100型和AM50型是中小型機(jī)的代表，S200,EBJ160和LH-1300重型機(jī)的代表，其中中小型機(jī)的市場占有率較高。由于多年來一直沒有進(jìn)行大的、突破性的改進(jìn)，已不能。而以5200為代表的重型掘進(jìn)機(jī)，由于體積和重量偏大，存在。中期產(chǎn)品主要是用于切割。本次設(shè)計(jì)研究的掘進(jìn)機(jī)為懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。該型掘進(jìn)機(jī)是目前國內(nèi)使用較多、雙環(huán)形是由兩排并列、轉(zhuǎn)向相反的刮板鏈組成。環(huán)形刮板鏈?zhǔn)窖b載機(jī)構(gòu)制造筒單，但由于單向裝載，在裝載。爪機(jī)構(gòu)，以擴(kuò)大裝載范圍。

　　

【正文】 馬達(dá)型號為： NHM163。 低速大扭矩液壓馬達(dá)的型號為： NHM600A 和 NHM1300 。 李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 液壓閥的選用 1）溢流閥 。 溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過載或維持壓力近似恒定。本系統(tǒng)中選用二級同心先導(dǎo)式溢流閥，安裝 在泵的出油口處，用來恒定系統(tǒng)壓力，防止超壓，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行。 溢流閥 具體的型號和尺寸由相關(guān)廠家的樣本中查得。 產(chǎn)品型號為： DB10AZ35S1。 2） 平衡 閥 。 安裝在 后支撐油缸 和 換向閥 的管路上，用來保 證工作平穩(wěn)，無沖擊振動。 產(chǎn)品型號為： LHK33G21180/180。 3）單向閥 。 系統(tǒng) 單向閥 也是必不可少的元件，它用來防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運(yùn)動，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。還可 以 保持一定的背壓。 這里使用的是液控單向閥。 產(chǎn)品型號為： KDF/C 4）換向閥 。 在系統(tǒng)中要用到 一 組 五 聯(lián) 多路 換向閥 ，每個閥為三位四通換 向閥 。在系統(tǒng)中換向閥的主要作用是改變壓力油進(jìn)入執(zhí)行元件的方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的動作要求，在三位四通的換向閥中，左右閥位要求能夠進(jìn)回油，中間的閥位要求禁止油液流通，以達(dá)到執(zhí)行元件動作達(dá)到要求后停止或懸停在任一位置。 除此之外，還需要用到手動換向閥來控制壓力油進(jìn)入馬達(dá)。 手動換向閥的 產(chǎn)品型號為： 34SMB20HT（左、右行走馬達(dá)） 34SHB20HW（中間輸送機(jī)馬達(dá)） 五聯(lián)多路換向閥 產(chǎn)品型號為： ZL15GOTOTOTYTYT。 5）節(jié)流閥。在一定的閥口壓差作用下通過改變閥口的通流面積來調(diào)節(jié)其通過流量，因而可對液壓執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速。 這里使用的單向節(jié)流閥的產(chǎn)品型號為： MK15G。 液壓缸的選用 單作用液壓缸僅在靠自重、外負(fù)載或彈簧力等機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)回城時在使用，一般多使用雙作用液壓缸。 所以這里 選用工程機(jī)械用 的雙作用單活塞桿 液壓缸 [7]。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 確定調(diào)速方式 液壓系統(tǒng)調(diào)速方式分有容積調(diào)速、節(jié)流調(diào)速及兩種合成的聯(lián)合調(diào)速。 選擇調(diào)速方案要考慮 三個 原則 。 1） 根據(jù)壓力，速度和負(fù)載變化特點(diǎn)選擇 壓力高、功率大的可選容積調(diào)速，反之選節(jié) 流調(diào)速。從經(jīng)濟(jì)效果看，一般節(jié)流調(diào)速適用于功率在 2~3KW 以下的系統(tǒng)， 5KW 以上的用容積調(diào)速較好。 要求達(dá)到微小的低速時，應(yīng)選節(jié)流調(diào)速。負(fù)載變化較大，又影響速度的穩(wěn)定性，如果要求速度的穩(wěn)定性較高，在選擇調(diào)速方法時應(yīng)該同時考慮速度穩(wěn)定的方法。 選擇調(diào)速方法時，還應(yīng)該考慮負(fù)載的變化是恒功率，還是恒扭矩的特性。 2） 根據(jù)工作條件選擇 要特別注意液壓系統(tǒng)的振動、噪音和發(fā)熱等造成的一些不良影響，節(jié)流調(diào)速會導(dǎo)致油液的嚴(yán)重發(fā)熱，在這種情況下，即使功率不大也要考慮選用容積調(diào)速，或選變量泵，節(jié)流閥的聯(lián)合調(diào)速。 3） 根據(jù)成本費(fèi)用 選擇 一般來說，節(jié)流調(diào)速費(fèi)用低，容積調(diào)速和聯(lián)合調(diào)速費(fèi)用高。但同時也并非如此，如果采用變量泵將節(jié)流調(diào)速改變成聯(lián)合調(diào)速，可以節(jié)省一個定量泵和其他一些液壓元件，設(shè)備費(fèi)用反而會降低。另外，從長期使用來看，功率消耗也不可忽視。 綜合上述因素和原則，本掘進(jìn)機(jī)的行走液壓馬達(dá)的調(diào)速方式為根據(jù)各執(zhí)行元件的工作程序來獲得不同的速度。將轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)油馬達(dá)的供油管路，經(jīng)過一個換向閥與行走機(jī)構(gòu)油馬達(dá)的供油管路并聯(lián)。裝載機(jī)構(gòu)停止工作時，掘進(jìn)機(jī)可以較高速行駛，以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)動，而當(dāng)行走機(jī)構(gòu)油馬達(dá)停止工作時，使該油路卸荷，不向裝載機(jī)構(gòu)油馬達(dá)供油 ，保證裝載工作正常進(jìn)行。 回路循環(huán)方式選擇 回路的循環(huán)方式有開式和閉式兩種。 掘進(jìn)機(jī)的工作條件 是煤塵和巖粉多，通風(fēng)條件差，機(jī)器的體積受工作面空間的嚴(yán)格限制。根據(jù)循環(huán)方式的特點(diǎn)，如選用開式系統(tǒng)，要考慮機(jī)器的體積，若采用閉式系統(tǒng)，應(yīng)考慮散熱條件。由于掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)多為泵 —— 缸系統(tǒng)，泵 —— 缸和泵 —— 馬達(dá)組成的混合李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 系統(tǒng)，油泵向二個以上執(zhí)行元件供液的組成式系統(tǒng)，所以掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)成開式系統(tǒng) [8]。 掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)原理圖 詳細(xì)見 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 圖紙 2。 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 1） 吸油過濾器 為了保護(hù)油泵及其他液壓元件，避免吸入污染雜質(zhì)，有效地控制液壓系統(tǒng)污染，提高液壓系統(tǒng)的清潔度，在油泵的吸油口設(shè)置了吸油過濾器，當(dāng)更換清潔濾芯或維修系統(tǒng)時，只需旋開濾油器端蓋（清洗蓋），此時自封閥就會自動關(guān)閉，隔絕油箱油路，使油箱內(nèi)油液不會向外流出，這樣使清洗、更換濾芯及維修系統(tǒng)變得非常方便。另外，當(dāng)濾芯被污染物堵塞時，設(shè)在濾芯上部的油路旁通閥就自動開啟，以避免油泵出現(xiàn)吸空等故障，提高液壓系統(tǒng)的可靠性。 2） 回油過濾器 為了使流回油箱的油液保持清潔，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了回油過濾器，當(dāng)濾芯被污 染物堵塞或系統(tǒng)液溫過低，流量脈動等因素造成進(jìn)出口壓差為 時，應(yīng)及時更換濾芯或提高油液溫度。更換濾芯時，只需旋開濾油器濾蓋（清洗蓋）即可更換濾芯或向油箱加油。若不能停機(jī)處理以上故障時，設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會自動開啟工作（旁通閥開啟壓力為 ），以保護(hù)濾油器及液壓系統(tǒng)正常工作。 3） ZL 型五聯(lián)手動換向閥 ZL 型五聯(lián)手動換向閥，主要由進(jìn)油閥、多路換向閥、回油閥三部分組成。進(jìn)油閥有壓力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之間裝有閥組總安全閥。換向閥部分是由閥體和滑閥組成。滑閥的機(jī)能為 O 型，閥體為并聯(lián)型， 固此，即可以分別操作，又可以同時操作，當(dāng)同時操作時工作速度減慢。當(dāng)滑閥處于中位時，油泵通過閥組卸荷，為了防止工作腔的壓力油向P 腔倒流，設(shè)置單向閥。 4） 油缸 本機(jī)共有五種油缸，截割機(jī)構(gòu)升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、伸縮油缸，鏟板升降油缸和支承油缸，結(jié)構(gòu)形式除伸縮油缸和升降油缸外均相同。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 5） 油箱 本液壓系統(tǒng)采用封閉式油箱。油箱采用二級過濾，吸油粗濾器，回油精過濾器，這樣有效地控制了油液的污染，提高了油液的清潔度，減少了故障。油箱上還配有液位液溫計(jì)和溫度保護(hù)裝置，當(dāng)液位低于工作油位應(yīng)停機(jī)加油，油溫超過規(guī)定值時會自動報(bào)警 ，應(yīng)停機(jī)降溫，郵箱冷卻器采用了熱交換量較大的板翅式散熱器，總熱交換量達(dá) 40000kcal/h，以保障系統(tǒng)正常油溫和粘度的要求。 李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 4 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的主要尺寸確定 掘進(jìn)機(jī) 切割機(jī)構(gòu)升降 油缸的設(shè)計(jì)。 1）掘進(jìn)機(jī)最大外負(fù)載的確定 機(jī)構(gòu)在工作時，被截割煤壁對截割頭的反力為負(fù)載阻力，而懸臂對截割頭產(chǎn)生的力為牽引力，此時，截割頭的線速度為牽引速度，牽引力和牽引速度由回轉(zhuǎn)臺上的 2 個雙作用抽缸提供，在回轉(zhuǎn)盤上，工作機(jī)構(gòu)此時的受力包括：驅(qū)動力矩 M ，摩擦力矩 M? ，慣性力矩 tM 和負(fù)載力矩 kM ，由力矩平衡原理得出回轉(zhuǎn)盤力矩平衡方程 tk MMMM ??? ? （ 1） 負(fù)載力矩 tk RFM ? （ 41） 式中 tF —— 截割時的負(fù)載力（牽引力）， N，前文已計(jì)算得出 66480N； R —— 截割頭回轉(zhuǎn)半徑， ?cosLaR ?? ， m； a —— 回轉(zhuǎn)中心至升降回轉(zhuǎn)點(diǎn)距離， m，前文提到得 ； L —— 升降回轉(zhuǎn)點(diǎn)至截割頭中心點(diǎn)距離， m，經(jīng)計(jì)算得 ； ? —— 懸臂升降轉(zhuǎn)動角（與水平面夾角），（178。）。 在水平位置時， ?0?? 時，負(fù)載載荷力矩最大 ，將已知量代入公式 (41)得 ： ktM RF? Nm =? ?0 .5 0 0 3 .2 0 0 c o s 0 6 6 4 8 0? ? ? =245976 （ 2） 摩擦力矩 MMMMM jz )1()1( 21 ????? ?????? （ 42） 式中 ?zM —— 回轉(zhuǎn)盤軸向摩擦力矩， m ； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 1? —— 滾動推力軸承 效率，這里取 ； ?jM —— 回轉(zhuǎn)盤徑向摩擦力矩， m ； 2? —— 滾動軸承效率 ，這里取 ； M —— 驅(qū)動力矩， Nm。 將已知量代入公式 （ 42）得 ： 12(1 ) (1 )zjM M M M M? ? ? ??? ? ? ? ? ? =? ? 72 0 .9 8 0 .9 7 1 .6 6 1 0? ? ? ? = ? Nm （ 3）慣性力矩 / (4 )tM J t?? ? ? （ 43） 10??Nm 式中 J —— 回轉(zhuǎn)盤飛轉(zhuǎn)效應(yīng)， AB LKJNm ?,2 ； ?? —— 角速度變化值， srad/ ； t? —— 回轉(zhuǎn)盤從靜止開始轉(zhuǎn)動的啟動時間， s。 要求在 ??t s內(nèi)達(dá)到回轉(zhuǎn)的速度，則 min/46r??? （ 4） 負(fù)載計(jì)算 液壓缸最大 負(fù) 載計(jì)算如下表格 ： 工況 計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載 NF/ 回轉(zhuǎn)截割 LMMF k /)22( ?? ? 168500 2） 液壓缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來確定，對不同 用途的液壓設(shè)備，由于工作條件不同，通常采用的壓力范圍也不同。設(shè)計(jì)時，可用類比法來確定。 表 41 液壓設(shè)備常用的工作壓力 表 Table of monly used working pressure of the hydraulic apparatus 李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 設(shè)備 類型 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械 工作壓力 p/Mpa ~ 3~5 2~8 8~10 10~16 20~32 參照圖表， 根據(jù)掘進(jìn)機(jī)特征選擇工作壓力為 16Mpa。 3） 液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的確定 vdF f cDp 1 p 2F 圖 41 液壓缸簡圖 Simple sketch map of the hydraulic jar 由圖可知： fcFpdDFpD ???? 22212 )(44 ?? 122212 )()(4 ppdDp FFD fc ???? ? （ 44） 式中 1p —— 液壓缸工作壓力，初算時可取系統(tǒng)工作壓力 p ； p =16Mpa 2p —— 液壓缸回油腔背壓力，初算時無法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值表估計(jì) ， 取 2p =2Mpa； Dd/ —— 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按 液壓缸內(nèi)經(jīng) D 與活塞桿直徑 d 的關(guān)系表選取 ， 取 Dd/ =； F—— 工作循環(huán)中最大的外負(fù)載 ， 已 求得 F =168500（ N） ； fcF —— 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率 cm? 進(jìn)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 行估算。 cmfcFFF ??? （ 45） FFF cmfc ??? 1 6 8 5 0 6 8 5 0 0 ?? =（ N） 式中 cm? —— 液壓缸的機(jī)械效率，一般 cm? =~。 這里取 cm? =。 將 cm? 代入式（ 41），可求得 D 為 ?????????????????? ?????????2121 114DdpppFDcm?? ? ??????? ???????161 6 8 5 0 04 = （ mm） 活塞桿直徑可由 Dd/ 值算出， 即 Dd ? =179。 = （ mm） 由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表 42 和 43 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。 表 42 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列 表 （ GB2348— 80） Table of internal diameter measurement of hydraulic jar （ GB2348— 80） （ mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （ 90） 100 （ 110） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 220