【正文】 因此，處于截割臂前端的傳動，在設(shè)計上因尺寸問題受到極大的限制。 工況特點及要求 （ 1） 低速重載小體積 由于國內(nèi)外掘進機均向著重型化方向發(fā)展，其截割機構(gòu)傳遞的功率相應(yīng)地也越來越大，但是截割結(jié)構(gòu)外形尺寸缺沒有隨功率的增加而成比例地增加。如果在傳動系統(tǒng)中設(shè)計變速器將使傳動系統(tǒng)大大復(fù)雜化，這與掘進機工作部傳動系統(tǒng)的的設(shè)計原則相矛盾，所以變速直接采用電機變速，通過改變電機極數(shù)改變速度和功率。但是，現(xiàn)在正實用的掘進機不能實現(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)。當載荷波動系數(shù)很大時說明截割頭設(shè)計不合 理，需重新設(shè)計。 （ 2）局部坐標系上的力和力矩 )(c o s)(s i n iiiixi tYtZR ???? ???????? ； （ 310） c os ( ) si n ( )y i i i i iR Z t Y t? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?； （ 311） 12zi i iM z D? ? ? ? （ 312） 式中 ?—— 截割頭轉(zhuǎn)動的角速度， rad/s； i? —— 在 t 時刻，第 i 個截線上的工作截齒在截割頭圓周方向的角度， rad； iD —— 第 i 個齒的徑向距離的二倍（即直徑）； （ 3） 截割頭質(zhì)心上的三向力和三向力矩計算 在 t 時刻，截割頭受到的瞬時三向力為： ?? xiRRx ， N ； （ 313） ?? yiRRy ， N ； （ 314） . . 在 t 時刻，截割頭受到的瞬時三向力矩為： yi iM x R L??? , mmN? ； （ 315） xi iM y R L? ? ?? ， mmN? ； （ 316） 1 2zi iiM z M z D? ? ? ? ? ? ?, mmN? ； （ 317） 注意： Li 有正負之分，靠近截割頭頭部的為正值，靠近端面的為負值。在各個交點處建立局部坐標系，其三個方向和質(zhì)心處的坐標系方向一致，即一個軸沿截割頭軸線，一個 軸位于過截割頭軸線并垂直于水平地面的面上，另一個軸方向便確定，這樣將轉(zhuǎn)化到各個交點處的力投影到局部坐標系中，在將所有的局部坐標系的力和力矩轉(zhuǎn)化到質(zhì)心處的坐標系并合成為三向力和三向力矩（包含有側(cè)向力，如果沒有側(cè)向力則只有兩個方向的力和三向力矩）。 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。 瞬時載荷、力矩及功率計算 截割阻力 iz 公式 ,[ ( 0 .2 5 0 .0 1 8 ) 0 .1 ]i k T g y i iz p k k k t h S j? ? ? ? ? ?， N （ 37） 鎬形齒牽引阻力 iy 公式 1i n iy K z?? ， N （ 38） 鎬齒 承受側(cè)向力 ix 計算公式 2i n ix K z?? ， N （ 39） 式中 i 為第 i 個截齒； max siniih h i??? iit????為截齒齒尖與截割頭徑向截面中心連線和 X 軸的夾角。 60w bNH L D V? ? ? ? ， 3/Kw h m? (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。 —— 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。 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、截割電機的功率及其單位能耗等參數(shù)指標進行計算評估，與瞬時負載情況對比分析，對以后瞬時負載、功率等計算有指導(dǎo)意義。當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。 截齒受力計算 掘進機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。 在截割頭工作過 程中， n 和 m 是不變化的， β i 的變化范圍也不大，只有 vbi有較明顯的變化。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。當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。 。這種確定截割頭的載荷的方法比較科學、準確，便于對截割頭的載荷和截割特性的研究。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。 掘進機截割頭載荷計算 當截割頭的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸以及截齒排列方式等都已確定，就應(yīng)當進行截割頭載荷計算，這是截割頭設(shè)計的重要一步。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。由于截割頭橫擺速度遠遠低于截割速度，因此，β角很小。 . 圖 35 鎬形齒的安裝角度 Figure 35 pickaxe shape cutting pick installment angle ②傾斜角β。大的角雖然提高切削效率，但磨損比較嚴重，容易使齒尖變鈍，以致無法切入礦物。之間時截割阻力最小。. . 實驗表明截割角在 45176。 （ 3）截齒的安裝 ①截割角α（又叫切削角）。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。截齒以一個間隔一個的次序進行截割的，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。另外，這種布置方式，切削斷面較小。 ? 截齒的排列 （ 1）截齒排列方式 ①順序式。 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 單向抗壓強度 /Mpa ＞ 80 6080 3060 ＜ 30 牽引速度 /（ m/s） 0． 20． 4 0． 30． 4 0． 350． 6 0． 65 截線距 /mm 4050 5060 60100 70120 ③相鄰鎬齒間的最佳間距 由 ]8[ 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。 截齒切深， m； sv 牽引速度或擺動速度， m/min； n切割頭轉(zhuǎn)速， r/min； sZ 一條截線上的截齒數(shù)。 ?? 。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。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。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 i? 與螺旋角頭數(shù) 0m 和相鄰截線上截齒的角度21 ?? ii ?? 保持下列關(guān)系：0110 )(360 m iii ?? ??? ??? 。 （ 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。當截割煤巖時，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。 由于煤巖超硬即按原蘇聯(lián)根據(jù)接觸強度值的大小把巖石分為六類中的中等堅固，選用鎬齒。所以選擇圓錐形切割頭?？v 軸式掘進機切割頭的形狀通常有圓柱形、圓錐形、圓錐圓柱形幾種。 切割頭裝有截齒 ， 用語破碎煤巖的部件。電機輸出力矩，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，截割頭以此方式進行工作。 1 截割頭 2 伸縮部 3 截割減速機 4 截割電機 圖 31 縱軸式截割部 Figure 31Vertical axistype cutting unit 圖 32截割頭 . . Figure 32Cutting head ? 截割部電機及傳動系統(tǒng)的選擇 切割電機的選擇 應(yīng) 根據(jù)工作條件選取， 由設(shè)計要求可知，所設(shè)計的掘進機可截割硬度為小于 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。見圖 31.截割 部是掘進機直接截割煤巖的裝置，其結(jié)構(gòu)型式、截割能力、運轉(zhuǎn)情況直接影響掘進機的生產(chǎn)能力、掘進效率和機體的穩(wěn)定性，是衡量掘進機性能的主要 因素和指標。16176。這里大多運用到行業(yè)標準，以及各煤炭科學研究院所的研究成果和經(jīng)驗公式。 . . 掘進機的傳動系統(tǒng) 根據(jù)上文的設(shè)計和選型，確定的掘進機的傳動系統(tǒng)圖如下： 7 8 9 1 0 1 1 1 21 7 1 81 91 2 3 4 5 61 31 61 41 5 圖 25 掘進機的傳動系統(tǒng) The drive system of roadheader 1— 內(nèi)齒輪 2— 中心輪 3— 二級中心輪 4— 行星輪 5— 電動機 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 12— 齒輪 13— 油馬達 14— 齒輪 15— 齒圈 16— 油馬達 1 18— 渦輪蝸桿 19— 星輪 . . 總體布置圖 1 2 3 45 67圖 26 掘進機的總體布置圖 The overall layout of roadheader 1— 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) 根據(jù)設(shè)計的要求和目的，進行了掘進機的總體方案設(shè)計。 本掘進機設(shè)定的裝載效率為 230 hm/3 ，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候以此為依據(jù)，所以裝載機的效率可以是 230 hm/3 。 2222220 tan41 ?BhBA ?? . . 2210t a m????? ? hmAVQ ts/5 5 0 1 9 60320??????? ? 。 (2)中間輸送機生產(chǎn)率 中間輸送機的最大生產(chǎn)能力為： 2060 AVQ ts ?? (225) 式中： sQ — 生產(chǎn)率， hm/3 ； ?— 裝滿系數(shù)。 VLTKK t 6011?? 式中： T — 因更換截齒或掘進調(diào)動等原因使掘進機停歇的時間， min； K— 可靠性系數(shù)，一般取 K=～ ； . . L— 每個工作循環(huán)的工作機構(gòu)行程， m，可按下式確定： )120( 0201 ??? BBHL 式中： 01B — 巷道頂寬， m； 02B — 巷道底寬， m； 0D — 截割頭直徑， m； H— 巷道高度， m； 實際生產(chǎn)率是指掘進機在一般工作時間內(nèi)的實際 平均生產(chǎn)率。掘進機的理論生產(chǎn)率為 [20]： bT AVQ ?60? (222) 或者 TT r ?? 式中： TQ — 掘進機理論生產(chǎn)率， hm/3 ； ?TQ — 掘進機理論生產(chǎn)率， ht/ ； . . ?— 煤巖松散系數(shù)，一般取 ? =； 0A — 截割頭的橫截面積，㎡； bV — 截割頭橫向擺動速度， min/m ；