【正文】 動方式，即將電動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側(cè)，在驅(qū)動裝載機構(gòu)同時，間接地以輸送機構(gòu)機尾為主動軸帶動刮板輸送機構(gòu)工作。但考慮工作環(huán)境 中國礦業(yè)大學 2020屆本科生畢業(yè)設計 第 13 頁 潮濕、有泥水，選用液壓馬達驅(qū)動為好。 通常，應選擇耙爪式裝載機構(gòu)，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機構(gòu)，也可設計成耙爪與星輪可互換的裝載機構(gòu)。 (4)星輪式。這種方式結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應用很普遍。 (3)耙爪式。是橫軸式掘進機上使用的一種裝載機構(gòu)，它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機構(gòu)。同時，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大， 使用效果較差。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結(jié)構(gòu)復雜。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體后面的轉(zhuǎn)載機上。雖然液壓傳動具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點，但由于對沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時過載，一般選擇過載能力較大的電動機驅(qū)動。 由于工作機構(gòu)的載荷變化范圍大、驅(qū)動功率大、過堅硬巖石時短期過載運轉(zhuǎn)、有沖擊載荷、振動較大，要求其傳動裝置體積小，最好能調(diào)速。缺點是傳動裝置較復雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機構(gòu)使用方便；因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側(cè)壁。由于截深較小，截割與裝載情況較好。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。缺 中國礦業(yè)大學 2020屆本科生畢業(yè)設計 第 12 頁 點是由于縱軸式截割頭在橫向擺動截割時的反作用力不通過機器中心，與懸臂形成的力矩使掘進機產(chǎn)生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。縱軸式截割頭傳動方便、結(jié)構(gòu)緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。因懸臂截割式掘進機機體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能實現(xiàn)選擇性截割，而且截割效果好，掘進速度較高；所以，現(xiàn)在主要采用懸臂截割式，并已成為當前掘進機工作機構(gòu)的一種基本型式。因此，根據(jù)掘進機的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)型式，對于實現(xiàn)整機的各項技術(shù)指標、保證機器的工作性能具有重要意義。16176。有效提高工作效率；行走馬達與減速一體化結(jié)構(gòu)，質(zhì)量更加可靠。 主要特點 采用縱軸截割方式，便于打柱窩、修巷，截割功率大、適應能力強、掘進效率高； 采用直徑適中的截割頭，單刀力大，截齒 布置合理，破巖過斷層能力強，截割振動小，工作穩(wěn)定性好； 具有內(nèi)外噴霧功能，有效抑制粉塵； 采用俯角鏟板，有利于裝載和截割頭下切；兩種寬度的鏟板方便選擇；星輪馬達直接驅(qū)動替代機械傳動，減少故障的發(fā)生； 采用雙邊鏈輸送機，有利于大塊煤的輸送，傳動平穩(wěn)可靠； 液壓傳動系統(tǒng)采用變量泵系統(tǒng)、液控先導操作，工作穩(wěn)定，關(guān)鍵部件和密封均采用高質(zhì)量進口產(chǎn)品，保證整機性能可靠。整機充分借鑒國外先進機型的典型結(jié)構(gòu)及采用計算機輔助設計，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性 中國礦業(yè)大學 2020屆本科生畢業(yè)設計 第 10 頁 好；關(guān)鍵部件和動密封均采用高質(zhì)量進口產(chǎn)品，保證整機性能可靠；機器重心前置設計，有利于搭接皮帶轉(zhuǎn)載機后機器的平穩(wěn)作業(yè)。 完成時間 2020 年 3月～ 2020 年 6 月 提交內(nèi)容 ； ； ； 。截割機構(gòu)是掘進機重要部件，主要由截割電動機、截割減速器、升降臂、工作臂、截割頭、內(nèi)噴霧送水裝置等組成。掘進機負載反饋調(diào)速技術(shù)的研究，是提高懸臂式掘進機可靠性的一條途徑。 (3)負載反饋調(diào)速技術(shù) 切割牽引速度是懸臂式掘進機的一個重要工 況參數(shù)，合理的切割牽引速度不僅與掘進機自身參數(shù)有關(guān)，還和煤巖硬度、鉆人深度和切削厚度有關(guān)，負載反饋調(diào)速技術(shù)就是利用節(jié)流調(diào)速、變量泵一負反饋無級調(diào)速和定量泵一分流合流有級調(diào)速等方式，合理調(diào)整切割牽引速度。在設備遇到故障時，及時發(fā)現(xiàn)故障原因并予以糾正。 (2)工況監(jiān)控技術(shù) 掘進機工況監(jiān)控技術(shù)包括掘進機工況監(jiān)測、故障診斷兩方面。將其應用于結(jié)構(gòu)空間受限的懸臂式掘進機是一種新的嘗試。尤其對煤礦井下而言，利用的有效空間不足，給結(jié)構(gòu)設計和設備性能帶來一定的影響。 新的元部件技術(shù) (1)履帶內(nèi)藏式行星減速器 懸臂式掘進機的行走機構(gòu)是主機很重要的一大部件，它承擔著主機在作業(yè)過程中的行走、調(diào)動任務，影響主機的靈活性。具有環(huán)保價值的機載除塵產(chǎn)品 “ ”是專門為懸臂式掘進機配套設計，實現(xiàn)除塵、掘進同步作的國內(nèi)外唯一采用液壓驅(qū)動的機載除塵設備。傳統(tǒng)的內(nèi)、外噴霧除塵技術(shù)因效果差、成本高而一直無法推廣，因而影響掘進工作面的作業(yè)安全。 (3)配套機載除塵技術(shù) 機載除塵技術(shù)是懸臂式掘進機配套技術(shù)的重要一環(huán)，成為掘進機技術(shù)發(fā)展的另一關(guān)鍵。錨桿支護技術(shù)，作為先進的支護技術(shù)，具有工藝簡單、工效高、巷道斷面利用率大、材料消耗低、支護速度快、支護成本低等優(yōu)勢，機載錨桿技術(shù)還有功率大、鉆孔能力強、功能齊全、適用范圍廣、可自帶動力、操作安全等優(yōu)點，但存在操作復雜、維護成本高、一次 投資大等不利因素。 可 滿足不同的運輸要求，實現(xiàn)運輸設備的配套使用，是實現(xiàn)“十五”懸臂式掘進機配套運輸技術(shù)高效的主要任務。自移式轉(zhuǎn)載機作為聯(lián)接掘進機和帶式輸送 機或礦車的橋梁，是掘進機械化作業(yè)線的重要一環(huán)。 (3)沖擊振動掘進機 沖擊振動掘進機是一種利用慣性原理，通過在普通的懸臂式掘進機截割機構(gòu)部分增加一激振部件，利用一定頻率和振幅的沖擊來改善截割效果，以提高掘進機的切割硬度的新技術(shù)。 盤形滾刀懸臂式掘進機是一嶄新的設計思路，它將盤形滾刀破巖技術(shù)巧妙地移植在懸臂式掘進機上，一方面保留 了懸臂式掘進機輕便、高效、能切割任意形狀斷面的優(yōu)點，另一方面彌補了傳統(tǒng)的鎬形截齒截割方式無法截割硬巖的缺憾，使懸臂式掘進機的切割破巖能力有質(zhì)的變化。但由于其新技術(shù)的含量較大，如何立足于現(xiàn)有設備和技術(shù)， 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 7 頁 盡快地開發(fā)出適合我國煤礦實際工況條件的掘錨聯(lián)合機組，解決采掘工 作面接替緊張、采掘失調(diào)等難題，滿足國內(nèi)的迫切需求，填補我國在這方面的研究空白，是實現(xiàn)“十五”懸臂式掘機主機技術(shù)飛躍的首要任務。隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高和在懸臂式掘進機技術(shù)開 發(fā)方面經(jīng)驗的積累，我們正在嘗試將一些新的技術(shù)成果應用于懸臂式掘進機的設計上 。 (3)技術(shù)引進缺少創(chuàng)新我國引進技術(shù)生產(chǎn)的機型生產(chǎn)多年改進不大，尤其是不能結(jié)合我國制造，使用水平進行改進，逐漸暴露出許多缺點。 我國掘進機目前存在的問題 (1)目前我國研制的 產(chǎn)品主要適用于 煤巷掘進，對于硬煤及半煤巖巷道適應性差，機器振動過大，故障率高。如果我們在綜掘系統(tǒng)配套方面進一步開展一些有效的、合乎生產(chǎn)特點的研究工作，當會對綜掘生產(chǎn)有所裨益。只有生產(chǎn)、運輸?shù)扰涮篆h(huán)境都正常運轉(zhuǎn)才能保證掘進作業(yè)的正常進行。通過三個環(huán)節(jié)的互相支撐達到提高整體可靠性的目的。作為制造者應從加工工藝的可靠性出發(fā)進行制造，如材料選擇、工藝措施等 。因此，不管是舊機型的完善還是新機型的開發(fā)都要以可靠性為前提。高可靠性的具體體現(xiàn)是設備的高開機率。 （ 三 ） 是開發(fā)能滿足特殊地質(zhì)條件要求的綜合機械化掘進 設備。 （ 一 ） 是在現(xiàn)有懸臂式掘進機的基礎(chǔ)上進行變異設計或二次開發(fā)，使其在適應性、功能性上得到延展。 我國懸臂式掘進機技術(shù)發(fā)展展望 (1)產(chǎn)品開發(fā)的適用性 我國地域遼闊，地質(zhì)條件差異顯著，井型類別眾多，開采工藝不一 。代表我國煤巷掘進機設計水平的主要機型有 :上海分院研制的 ELMA 一 40 型、 ELMB 一 55 型、 ELMS 一 75 型系列、 EBJ一 100 型等掘進機，太原分院研制的 EMA 一 30M、 EL 一 90 型、 EBJ 一 110型、 EBJ 一 65/48 型等掘進機和唐山分院研制的 EBZ75型掘進機。在產(chǎn)品的開發(fā)方面，掘進機的切割功率從 30kW 提高到 160kW，機重從 13t 上升到 53t，切割對象從煤擴展到半煤巖，并逐步形成了煤及半煤巖掘進兩大系列、十多個品種。 真正實現(xiàn)了快速掘進。如美國 JOY公司的 12CM30 和 12CM20B；奧地利 Vost A1Pine 公司的 ABM20 型；英國AnJerson GrouP 公司的 KBⅡ 型。 于是出現(xiàn)了“掘錨機組”的新機型 ， 作為與高產(chǎn)高效工作面的配套設備 ， 是一種理想作業(yè)方式 ， 具有很好的發(fā)展前景 ， 令人矚 目。原因就是不連續(xù)的間斷作業(yè)影響巷道掘進速度。 停下來用其它方式支護頂板 ， 因而并沒有真正“連續(xù)”。 用連續(xù)采煤機開掘煤巷 ， 由于它具有橫向長滾筒 、 全寬巷道上下擺動割煤 、 裝運能力 大 、 結(jié)構(gòu)牢固 、 穩(wěn)定性好等優(yōu)點 ， 生產(chǎn)能力比一般懸臂式掘進機要高。 三、 發(fā)展掘 進 機組 ， 實現(xiàn)巷道快速掘進 80 年代以來 ， 綜采機械化裝備發(fā)展很快 ， 單產(chǎn)效率迅速提高 ， 美國 、 英國 、 德國等先進產(chǎn)煤國家 ， 不斷涌現(xiàn)日產(chǎn)萬噸 、 2 萬噸甚至 3萬噸高產(chǎn)高效工作面。重要的是從必要性和可靠性角度設計選取。這些保護系統(tǒng)只要有足夠的傳感器和傳感裝置 。掘進機的監(jiān)控程序 ， 可早期鑒別技術(shù)故障 ， 必要時發(fā)出指令停止運轉(zhuǎn)。 日本三并三他公司研制了切割功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) ， 美國礦業(yè)局移植機器人技術(shù) ， 研制具有視覺和某些智力功能的導向系統(tǒng)等。 采用光電傳感器和邏輯電路 ， 利用三維比例顯示器 ， 顯示切割頭在巷道中位置 ， 相應同步跟蹤動作 ， 當切割頭截齒接觸巷道斷面邊緣時 ，即發(fā)出聲響信號 ， 然后由人工操作控制 ， 這是一種比較簡單實用 ， 沒有反饋功能的非 閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種程序可實現(xiàn)自動操作和半自動操作。 提高巷道質(zhì)量。 斷面控制是采用微機技術(shù) ， 精確控制掘進斷面輪廓尺才 。由掘進機后面巷道頂部懸掛一 個 激光發(fā)生器 ， 用棱柱水晶體將激光束分裂為兩個互相垂直面 ， 激光接收器有三條攝像晶體管線 ， 可在 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 4 頁 600 mm 寬的激光束面上捕捉激射光 ，井將信號輸入計算機進行處理，控制掘進機標準位置的平 行偏差和推進方向上的角度偏差。 包含以下內(nèi)容： 推進方向控制； 斷面輪廓尺寸控制； 切割功率自動調(diào)節(jié)控制； 機器運行狀況監(jiān)測和故障診斷； 離機遙 控操作技術(shù)。因此簡化結(jié)構(gòu) 、實現(xiàn)助切和經(jīng)濟效果的統(tǒng)一 ， 是學者和專家門研究的重要課題 ， 也是高壓水射流在掘進機上應用的難題。 3N／ mm耐磨系數(shù)達 2。但是 ，采用高壓水射流技術(shù) ， 待別是水壓在 100 MPa 以上 ， 其元件和系統(tǒng)研制難度極大 ， 能量消耗大 、 結(jié)構(gòu)復雜 、 費用十分昂貴。 一般認為當切割頭上用 10～ 20 MPa 高壓水射流可顯著減低粉塵 、 抑制火花 ， 用 35～ 70 MPa 水射流可以提高切割效率 、 降低截齒消耗 ， 用 150～ 180 MPa 時才有助切效果 ， 200 MPa 以上的水射流可以在硬巖中高效鉆孔。 1983 年英國采礦研究院與美國能源部合作 ， 用 70 MPa 水壓作井下試驗 ， 證明在提高切割巖石能力 、 降低刀具損耗 、 減少粉塵生成量 、 消滅切割火花等方面有明顯的效果。 高壓術(shù)射流破巖是一項新的切割技術(shù) ， 早在 70 年代 ， 就由美國人移植到懸臂式掘進機上作為輔助切割 ， 利用 高壓水射流的沖擊 、 侵蝕效應 、 水楔劈裂作用 。 在機身前 、 后部位裝設油缸式穩(wěn)定器 ， 使機器切割硬巖時 牢 固定位 ， 減輕振動。 為了 是適應 切割硬巖 ， 在增加機器自重的同時 ， 新機型都實行緊湊化設計 ， 努力降低機器高度 ， 減少機器振動 ， 提高工作穩(wěn)定性。目前重型掘進機 中國礦業(yè)大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計 第 3 頁 的切割功率多為 132～ 00KW。 機重達 110 噸 ， 可切割巖石強度為 70— 124MPa， 最大達 206MPa。 一、 提高對 硬 巖切割能力 從國內(nèi)外懸臂式掘進 機 產(chǎn)品發(fā)展過程可以看出 ， 早期產(chǎn)品是適應切割煤和軟巖的輕型設備 。當前 ， 我國掘進 機的設計研究工作 ， 面臨三項任務：一是深入消化吸收引進產(chǎn)品技術(shù) ，產(chǎn)品的國產(chǎn)化不僅僅是 圖 紙的轉(zhuǎn)化 ， 制造工藝的工廠化 ， 更重要的是對引進產(chǎn)品在設計思想 、 設計方法 、 設計技術(shù)的消化；二是加強基礎(chǔ)研究工作 ， 主要指巖石可切割性和分類研究 ， 整機和主要關(guān)鍵部件的設計理論與方法研究；三是對現(xiàn)有國產(chǎn)化機型進行設計改進 ， 提高使用可靠性和開機率。其主要原因是我國基礎(chǔ)研究不夠；設計水平不高；缺少創(chuàng)新意識；沒有掌握現(xiàn)代掘進 機 設計理論與方法?！鞍宋濉焙笃?， 我國又研制 40～ 50 噸級重型掘進機。 1979年開始 ,我國 從英國 、 奧地利 、 日本 、 前蘇聯(lián) 、 德國 、 美國等國家大規(guī)模