【正文】 機(jī)型除設(shè)有后支撐外，還在履帶前后安裝了卡爪式液壓扎腳 機(jī)構(gòu)，以便在切割巖石時(shí)錨固定位。 國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展概況 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展大體分為 3 個(gè)階段。主要以當(dāng)時(shí)煤炭科學(xué)研究總院太原分院研制的 I 型、 II 型、 III 型為代表，形成我國第一代掘進(jìn)機(jī)。這一時(shí)期產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是重量輕、體積小、截割能力弱、技術(shù)含量偏低，適應(yīng)于煤巷掘進(jìn)。這一階段分別從英國、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、美國、德國、匈牙利等國家引進(jìn)了 16 種、近 200 臺(tái)掘進(jìn)設(shè)備，對我國煤礦使用掘進(jìn)機(jī)起到了推動(dòng)作用。同時(shí)由太原分院研制的 EM130型、 EL90 型和 EL110 型掘進(jìn)機(jī)分別在佳木 斯煤機(jī)廠和淮南煤機(jī)廠投入小批量生產(chǎn)。這一期間我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要特點(diǎn)是可靠性大幅提高，已能適應(yīng)我國煤礦的巷道掘進(jìn)，中型掘進(jìn)機(jī)型號日趨齊全。這一階段中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展日趨成熟，重型掘進(jìn)機(jī)大批出現(xiàn)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與加工制造水平已相當(dāng)先進(jìn)，并且具備了根據(jù)礦井條件 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)的能力。這一時(shí)期的代表機(jī)型主要有太原分院研制 EBJ160、 EBZ160TY 和 EBJ120TP 型掘進(jìn)進(jìn)，其中EBJ160 和 EBJ120TP 兩種機(jī)型獲得了國家科學(xué)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，另外還有佳木斯煤機(jī)廠生產(chǎn)的 S150 型掘進(jìn)機(jī)。由煤炭科學(xué)研究總院太原分院設(shè)計(jì)的 EBZ160TY型掘進(jìn)機(jī)首次采用了恒功率雙速截割電動(dòng)機(jī)、恒功率變量泵和比例多路換向閥的液壓系統(tǒng)，首次將國產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的工作壓力由16MPa 提高到 23MPa，并能可靠運(yùn)行，這一機(jī)型的研制成功，標(biāo)志著我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制水平又邁上了一個(gè)新臺(tái)階。 掘進(jìn)機(jī)正向以下幾個(gè)方面發(fā)展 [2]。為了實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的截割能力，現(xiàn)在掘進(jìn)機(jī)截割功率不斷增大，截割速度逐漸減低。截割頭轉(zhuǎn)速一般為 20~50r/min，截割速度 1~2m/s，部分機(jī)型降低到 1m/s 以下。 （ 2）提高工作可靠性。而井下的環(huán)境惡劣，空間狹小，檢修不便，因此要求通過完善的設(shè)計(jì)、高質(zhì)量 的制造及合理的使用和良好的保護(hù)來提高其可靠性。由于掘進(jìn)機(jī)懸臂過長，使得截割反力較大，不利于機(jī)器穩(wěn)定工作。 （ 4）增強(qiáng)對各種復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 （ 5）研究新型刀具和新型截割技術(shù)。 （ 6）發(fā)展自動(dòng)控制技術(shù)。采用該技術(shù)將實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面切割切割情況較直觀、全面的觀察和了解，并能對斷面切割精度和巷道質(zhì)量進(jìn)行控制。該技術(shù)包括隨設(shè)備水平姿態(tài)識(shí)別、調(diào)整；切割軌跡記錄和顯示；斷面邊界設(shè)定；斷面成形控制；前進(jìn)方向指示和引導(dǎo)；偏離方向和切割超限報(bào)警等幾個(gè)方面的內(nèi)容。 （ 7） 發(fā)展掘錨機(jī)組，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。掘進(jìn)、支護(hù)不能同步作業(yè)，制約了巷道掘進(jìn)速度，降低了掘進(jìn)效率。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展除取決于實(shí)際生產(chǎn)需要外，還受基礎(chǔ)工業(yè)水平及技術(shù)可行性的影響。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 裝載機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)之一 ,其性能直接影響著整 機(jī)的生產(chǎn)能力 ,掘進(jìn)機(jī)裝載部分主要由鏟板體 !驅(qū)動(dòng)裝置和升降油缸等組成。 裝載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要與整機(jī)相匹配。這是確定裝載機(jī)構(gòu)參數(shù)的先決條件?，F(xiàn)代懸臂式掘進(jìn)機(jī)裝載鏟板的前沿呈切刀形狀，目的是減少鏟板插入阻力。各桿件尺寸的確定，要做到盡量增大裝載面積，提高裝載效果，減少蟹爪插入阻力，使四桿機(jī)構(gòu)具有最佳的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性。機(jī)器作業(yè)時(shí)，耙爪直接與物料接觸，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響到耙爪能否順利耙取物料和所受阻力的大小，關(guān)系到機(jī)器的生產(chǎn)率、傳動(dòng)零件的強(qiáng)度和剛度、原動(dòng)機(jī)的功率以及工作的可靠性等等。 （ 1）耙爪頭的結(jié)構(gòu) 耙爪頭的結(jié)構(gòu)有很多類型，無論哪種類型，首先要確定耙爪的尖角 1? ， 1?的合理值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，用下列公式確定： 11 1Ktg f? ? (21) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 式中 ， 1k 為 耙爪上部物料的壓力系數(shù)， 1k =； 1f 為 物 料對鋼的摩擦系數(shù)， 1f =； 1? 為 耙爪的爪尖角，通常去 1? =56o~60o 1? 角不宜過小，否則將影響耙爪頭的工作高度，取 1? =58o。因此，必須使水平尖角 2? 滿足下式： 21/2tg f? ? （ 22） 式中 ， 2? 為 爪尖水平棱邊的前部邊緣與鏟板邊緣之間的夾角，取 2? =25o。在實(shí)際工作中，當(dāng)耙爪的內(nèi)表面形狀設(shè)計(jì)不合理時(shí)，將會(huì)發(fā)生大塊物料被卡死在兩個(gè)耙爪之間的 “卡塊 ”現(xiàn)象，以致造成耙爪及其傳動(dòng)裝置的損壞。 兩個(gè)耙爪的導(dǎo)桿部分之間應(yīng)有足夠的間距，此間距應(yīng)小于機(jī)器裝載的最大塊度，同時(shí)也應(yīng)不妨礙轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)的工作，因此此數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)具體的工作環(huán)境具體確定。所以，設(shè)計(jì)盡量減少它們之間的間隙。另外在強(qiáng)度和剛度允許的前提下，適當(dāng)減小耙爪水平棱邊的寬度，以降低耙爪與鏟板間因小顆粒物料引起的摩擦和磨損。這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是根據(jù)長期生產(chǎn)實(shí)踐以及對大量同類機(jī)型的綜合分析獲得的。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)依據(jù)，是技術(shù)生產(chǎn)率和物料最大塊度等物理，機(jī)械性能。 一般取 maxD =300~600mm。 于是，曲柄直徑取 d=400mm。 兩個(gè)曲柄固定支點(diǎn) 1O 和 2O 的位置，可分別用尺寸 1a 和 2a 確定： 1a ?（ ~)d mma 13001 ? （ 25） 2a ? (~)d mma 8002 ? （ 26） 式中 ， 1a 為 兩曲柄圓盤的中心距，即 兩固定支點(diǎn)間的距離， mm； 2a 為 O1與 1O? 距鏟板前緣的距離， mm。 轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)的受料口，通常與聯(lián)線 11OO? 近于平齊。 （ 3）連桿長度 BC，耙爪長度 BE 及夾角 ? 的確定 連桿 BC 和耙爪 BE 為一剛體，實(shí)際上是一個(gè) ? CBE=? 的折桿。并令等分點(diǎn) 1 為 B 點(diǎn)，則連桿長度可取為： BC=（ ~） d （ 28） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 自 B 點(diǎn)向 x 軸引垂線并截取耙爪長度為： BE= ?2a （ 50~100） （ 29） 夾角 ? 直接在圖中量取 ? CBE 的大小而得到。當(dāng)鏟板長度一定時(shí)，傾角小則插入阻力小，但鏟板下面的空間也將變小，給傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)帶來困難。故通常取 ? =20o~25o。 （ 6）耙爪高度 hp 和耙爪次數(shù) N 的確定： 耙爪高度一般取為： hp=(31 ~21 )d （ 210） 對于輕型裝載， hp=100~150mm；對于重型裝載， hp=200~250mm。 經(jīng)驗(yàn)證明，增加 單個(gè)耙爪每分鐘的耙取次數(shù) N，可以提高裝載的生產(chǎn)率。試驗(yàn)證明： N 增加 3 倍時(shí)，耙尖切向慣性力增加 10~11 倍。參考國內(nèi)外所生產(chǎn)的類型，耙爪次數(shù)一般為 N=30~45 次 /分。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 鏟板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 鏟板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括前緣（即前刃）形狀的選擇和有關(guān)幾何 尺寸的確定。 （ 2） 鋸齒形前緣：適用于底板不太平坦的情況下，裝載大塊，堅(jiān)硬的物料。而當(dāng)齒槽被堅(jiān)硬物料卡住時(shí)，將使插入阻力顯著增大，插入深度減小，引起生產(chǎn)率下降。 （ 4） 凸刃形前緣：用于裝載大塊、堅(jiān)硬的物料。 （ 5） 三齒 形前緣：比凸刃形前緣能更有效地預(yù)先松動(dòng)料堆，大大減少插入阻力，而且不會(huì)出現(xiàn)鋸齒形前緣的 “卡齒 ”現(xiàn)象。 從上面的分析結(jié)合實(shí)際情況鏟板前緣采用三齒形前緣。 鏟板寬度 b： b? （ 211） 式中 ， d 為 曲柄圓盤直徑， mm。 鏟板的傾角 ? 與插入料堆的阻力、耙爪工作長度、鏟板下面安裝傳動(dòng)部件所需的空間有關(guān)，由前面所述，取 ? =23o。 h 圖 22 鏟板的結(jié)構(gòu)簡圖 裝載機(jī)構(gòu)生產(chǎn)率的確定 生產(chǎn)率有理論生產(chǎn)率、技術(shù)生產(chǎn)率、實(shí)際生產(chǎn)率三種。其計(jì)算式為： Qt=60ZNV （ 212） 式中 ， Qt 為 機(jī)器理論生產(chǎn)率， m3/h； Z 為 耙爪數(shù)， Z=2； N 為 每個(gè)耙爪每分鐘的工作循環(huán)次數(shù)； V為 每個(gè)耙爪每次耙取物料的理想體積， m3。aa 為 耙爪耙取深度，即耙爪前端耙取段軌跡和返回段軌跡之間的距離，其值可取曲 柄長度的 ～ 倍計(jì)算， m。對塊狀物料， h可取耙爪高度的 2 倍計(jì)算；對細(xì)粒物料， h 等于耙爪高度， m。 由上面所求數(shù)據(jù)可求得 V=；因此求得理論生產(chǎn)率 Qt= m3/h。 N 值的選取與被裝載物料的性質(zhì)有關(guān)。其計(jì)算式為： Qs=KcKnQt (214) 式中 ， Qs 為 技術(shù)生產(chǎn)率， [Qs]為 m3/h； Kc 為 理想耙取體積的充滿系數(shù)，一般取 Kc=； Kn 為 耙取難度系數(shù)，見表 21 表 21 耙取難度系數(shù) 平均塊度 [mm] 100～ 200 200～ 300 300～ 400 Kn 因此可求得技術(shù)生產(chǎn)率 Qs= m3/h； (3)實(shí)際生產(chǎn)率 Qp 實(shí)際生產(chǎn)率是考慮了司機(jī)操作水平和調(diào)車、維修與交接班等時(shí)間損失，機(jī)器在一個(gè)工作班內(nèi)，平均作業(yè)一小時(shí)的實(shí)際裝載能力。Q s (215) 式中 ， Qp 為 機(jī)器實(shí)際生產(chǎn)率， m3/h； Ks 為 時(shí)間利用系數(shù)，可通過實(shí)測取值，一般， Ks =~。KEδ1Nb+S) (216) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 式中 ， Qp 為 技術(shù)生產(chǎn)率， m3/min； KE為 制動(dòng)系數(shù)，機(jī)器有制動(dòng)裝置時(shí)， KE =1；機(jī)器無制動(dòng)裝置時(shí) ， KE =；取 KE=； bpa為 兩個(gè)耙爪運(yùn)動(dòng)的最大寬度，一般可取 bpa =b=2020mm。hp 為 耙爪工作部分高度， m,一般取hp =。ap 為 物料平均塊度， m。? 1為 耙尖夾角， ra d。Kg 為 料堆高度影響系數(shù)；查表得 Kg=； N 為耙爪每分鐘耙取次數(shù)； S 為 耙爪伸出承載板前緣的長度， m。 ? ?m a x3?????????? ????bFc ap?? (217) 式中 ， Fcmax為 機(jī)器最大插入力， N； ? 為 鏟板傾角，（ o） 。 由此可求得實(shí)際生產(chǎn)率 Qp= m3/h. 蟹爪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 求解各部分的運(yùn)動(dòng)參數(shù)可用復(fù)數(shù)向量的方法，如下圖為蟹爪機(jī)構(gòu)原理圖 [6]。OD=d； AP=l。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 BX/DO Y/XAPYX/O Y/AXDYBP 圖 23 蟹爪機(jī)構(gòu)原理 （ 1） 求連桿、搖桿的角位移 ? 和 ? 。則式（ 219）可表示為： aei? +bei? =cei? +d, (220) 式中 ， a、 b、 c、 d 分別為 向量 a、 b、 c、 d 的模，為正值； ? 、 ? 、 ? 分別為 向量 a、 b、 c、 d 與 x 軸正方向夾角，即副角。由式（ 221）和（ 222）得： ?= ???????? ?? ?? ?? ?? c osc os s ins int a n 1 adc ac （ 225） 將數(shù)據(jù) a=200mm,b=360mm,c=270mm,d=400mm,? =0， 360176。 （ 2） 求連桿和搖桿的角速度 ?? 、 ?? 。 求得 ?? = rad/s （ 3）求連桿和搖桿的角加速度 ?? 和 ?? 。 P 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 軌跡圖 24 所示： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 ADBOmnek jRg feHD BO 圖 24 P 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖 24，在向量三角形 OAP 中， r=a+l，同理可寫出： ? ? iyxleae xii ??? ?? ??? （ 230） 或者 ? ?