掘锚联合机组整体方案设计【4张CAD图纸】【优秀】

掘锚联合机组整体方案设计

52页 25000字数+说明书+实习报告+开题报告+4张CAD图纸

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掘锚联合机总图.dwg

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掘锚连接机构.dwg

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锚杆钻机推进机构.dwg

锚杆钻机推进机构.exb

锚杆钻机连接轴.dwg

锚杆钻机连接轴.exb

目录

引言……………………………………………………………………………………………1

1 国内外掘进机水平现状………………………………………………………………2

1.1 国外现状………………………………………………………………………………2

1.1.1 欧洲的巷道掘进及支护实践…………………………………………2

1.1.2 适用于欧洲的掘锚机系统………………………………………………3

1.2 国内现状…………………………………………………………………………………4

1.3国内锚杆钻进设备现状…………………………………………………………4

1.3.1 国外现状…………………………………………………………………4

1.3.2 国内现状…………………………………………………………………5

1.3.3 煤矿锚杆孔钻进设备的前途……………………………………………5

2 掘进机分析与选择………………………………………………………………………8

2.1机械传动系统……………………………………………………………………………8

2.2 截割机构…………………………………………………………………………………8

2.2.1 截割头……………………………………………………………………9

2.2.2 截割减速器……………………………………………………………10

2.2.3 电动机…………………………………………………………………11

2.2.4 悬臂伸缩装置…………………………………………………………12

2.2.5 截割头的设计参数……………………………………………………13

 2.3 悬臂支撑机构…………………………………………………………………………13

2.4 装运机构………………………………………………………………………………15

2.4.1 耙装部…………………………………………………………………15

2.4.2 减速器…………………………………………………………………16

2.4.3 中间输送机构…………………………………………………………17

2.4.4 参数选择………………………………………………………………17

 2.5 行走机构………………………………………………………………………………18

2.5.1 整体设计分析…………………………………………………………18

2.5.2 参数选择计算…………………………………………………………20

 2.6 转载机…………………………………………………………………………………21

2.6.1 带式转载机 ……………………………………………………………21

2.6.2 刮板式转载机…………………………………………………………22

2.6.3 斗式转载车……………………………………………………………22

 2.7 冷却喷雾系统…………………………………………………………………………22

 2.8 液压系统………………………………………………………………………………23

2.8.1 装运机构………………………………………………………………24

2.8.2 行走机构………………………………………………………………25

2.8.3 切割机构升降，回转及推进油缸………………………………………25

2.8.4 起重油缸………………………………………………………………25

2.8.5 喷雾泵油马达的控制…………………………………………………25

2.8.6 液压系统的压力调节…………………………………………………25

2.9电气系统…………………………………………………………………………………26

2.10掘进机的选择…………………………………………………………………………26

2.10.1 使用范围………………………………………………………………27

2.10.2 构特点…………………………………………………………………27

3锚杆钻机设计与安装…………………………………………………………………28

3.1 现有锚杆钻机的整体分析…………………………………………………………28

3.1.1 工作原理………………………………………………………………28

3.1.2 主要部件和结构………………………………………………………28

 3.2 钻具的选择……………………………………………………………………………29

3.2.1 钻头的选择……………………………………………………………29

3.2.2 钻杆的选择……………………………………………………………29

 3.3 钻头参数的选择与计算……………………………………………………………30

3.3.1 钻具回转数……………………………………………………………30

3.3.2 钻头轴向压力…………………………………………………………30

3.3.3 钻头回转扭矩的确定…………………………………………………31

 3.4 锚杆钻机连接轴的设计……………………………………………………………31

3.4.1 选择轴的材料…………………………………………………………31

3.4.2 按转矩初步估算轴最细段直径………………………………………31

3.4.3 轴的计算………………………………………………………………32

3.4.4 轴的校核………………………………………………………………32

3.5 锚杆钻机推进机构的设计…………………………………………………………34

3.5.1零件的选择………………………………………………………………34

3.5.2 工作原理………………………………………………………………35

3.5.3 安装问题分析…………………………………………………………35

3.6 锚掘连接机构的设计………………………………………………………………36

3.6.1 零件的选择……………………………………………………………36

3.6.2 工作原理 ………………………………………………………………37

3.6.3 干涉分析………………………………………………………………37

3.7 锚杆钻机运动分析……………………………………………………………………37

4结论…………………………………………………………………………………………39

4.1 整机受力与稳定性分析……………………………………………………………39

4.1.1 掘进机受力分析………………………………………………………39

4.1.2 掘进机稳定性计算……………………………………………………39

4.1.3 锚掘联合机组稳定性分析……………………………………………41

4.2 总体参数………………………………………………………………………………42

致谢……………………………………………………………………………………………46

参考文献…………………………………………………………………………………………………47

摘要

掘进机和锚杆钻机的联合使用是巷道支护的发展方向，国内外对此项研究差距较大。本文详细研究掘进机的结构特征、控制系统和工作原理。选择现有的掘进机作为基础进行掘锚联合机组设计。通过对现有锚杆钻机的结构特点和工作原理整体分析，选择出锚杆钻具，并对钻头的参数进行了选择和计算。使用液压马达作为钻头旋转和推进的动力。由于工作环境恶劣、钻头所需推进力大，采用链传动的方式把动力传给钻头。锚杆钻机通过轴连接在掘进机上。这样就可以通过控制轴的旋转来实现钻机工作时的位置变换。这项研究，能够实现掘进过程中同时进行锚杆支护，既降低了工人的劳动强，又提高了生产效率。

关键词：掘锚联合机组；掘进机；锚杆钻机；钻头；马达

Abstract

Boring Machine with the common usage of the Stock-drilling is the development direction of the Tunnel supporting. It is relatively great disparity to this research between domestic and international. This text main researches construction characteristic, control system and work principle of the Boring Machine. Through the whole analyse to structure characteristic and work principle of the current Stock-drilling ,choose drill’s tools, and has chosen and calculated the parameter of the Auger. The motor is used as the motive of the Auger’s turning and pushing. Because the work environment is bad and the dint that Auger  need is big, use the way of chuansmission by chain delivers dint to Auger. Passing the axis,Auger is linked on the Boring Machine. In this case,we can convert it’s position when drill working through controlling the axial’revolution. Pass this research, wo can realize boring and drill at the same time, have not only reduce workers' labour intensity but also improved production efficiency.

Key words： Bolter-Miner；Roadheader；Stock-drilling；Auger；Motor

煤矿掘进是煤炭生产和建设的基础工程。岩层支护与加固是维护采掘空间的主要手段。传统的采煤方法将二者分开，不能并行作业，工人的劳动强度大。如果将二者结合将大大的提高生产率，降低劳动强度。

  掘锚联合机组（Bolter-Miner）是80年代中、末期为适应终采工作面快速推进的要求研制的一种煤巷快速掘进和锚杆支护新型技术装备。掘锚联合机组是集切割、装载、行走、锚杆支护、机载除尘等为一体的综合掘进设备。

现今我国煤矿多数采用综掘机掘进巷道，再用锚杆进行支护，其施工步工序：综掘机割煤、装煤、运煤后，将综掘机后撤3～5m，再将锚杆机人工扛至工作面，接设风水管路后，才能启动锚杆机打眼、安装锚杆；工作面的锚杆打设完毕后，再将锚杆机扛出，风水管路撤出，然后综掘机再开进工作面进行新一轮的循环作业。其最大的缺陷是综掘机频繁开进退出，锚杆机依靠人工频繁扛进扛出，造成掘进效率不高，工人劳动强度较大。因此需要对现有综掘机进行改造，使改造后的综掘机实现掘、锚一体化。即：在综掘机上安装液压系统控制的锚杆机，在掘进完毕后不需退机即可进行锚杆打孔作业，使有效的工时得以充分利用，并降低工人劳动强度。装有较长的横滚筒和锚杆钻机的掘锚机组，既能快速掘进，割煤，又能同时支护顶板和侧帮，可实现掘，装，运，支平行作业，一次成巷，可成倍提高掘进速度和工效，并能离机自动操作。所以，掘锚机组是一种新型，高效，快速的掘进设备，是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景。 锚杆孔钻进设备是锚杆支护发展的客观需要，它必然按一定规律向前发展，锚杆钻机及其配套钻具的研究、开发、生产与使用，都必须符合客观规律。分析国内外有关信息，总结经验教训，注意煤矿锚杆孔钻进设备发展的基本趋向，有利于使产品在市场竞争中不断发展。

a. 气动、液压单体回转式锚杆钻机是一个时期的主流

综观国外锚杆钻机发展历程以及国内多方面实践，针对煤矿经济状况与煤岩、半煤岩巷道的具体特点，单体回转式锚杆钻机是一个时期内产品生产与开发的主流。从目前技术现状看，在具有压缩空气源的条件下，气动回转式锚杆钻机仍为首选产品。但是，如何解决压缩空气工作压力不足的问题会逐渐引起人们的重视。合理选择压缩空气管网系统，正确确定空压机及其动力系统的技术参数，开发新型的提高压缩空气压力的机械设备，将成为进一步发挥气动锚杆钻机作用的关键。

气动回转式锚杆钻机中，采用柱塞式马达与齿轮式马达各有优缺点。两种不同类型气动马达锚杆钻机的竞争核心，是如何使钻速高、可靠性好、维修费低。产品进一步研究开发的核心将是采用合理技术参数、高科技、新材料、先进工艺。　　液压回转式锚杆钻机因其工作压力高、扭矩大、动力系统可不受外界影响，在一些场合下是合理的机型。一个时期内，液压锚杆钻机主要用于与掘进机配套，共用其液压泵站。经过一定时期以后，用户会根据锚杆支护的需要与具体条件，进行综合技术经济分析，在适宜的场所确定采用液压回转式锚杆钻机。由于液压锚杆钻机使用量的增加，矿物油介质的安全性问题会日益突出，开发难燃液锚杆钻机的问题将适时提到日程上来。

电动锚杆钻机的动力单一，是人们理想的首选机型。但因目前技术水平所限，其支腿配套方式、扭矩-转速硬特性和电机防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前发展。在一定时期内，电动锚杆钻机产品仍会以“技术攻关”为基本特征。

今后回转式锚杆钻机的发展前途，将是如何扩大钻进岩石的范围、提高产品可靠性与减轻机重。

b. 研究锚杆钻机扭矩与改革钻头是发展回转式锚杆孔钻进设备的关键　　回转式锚杆孔钻进方式有其一定的优越性，但若更加广泛地应用，必须首先从提高扭矩入手，配以适合的钻头，适应钻进具有较高磨蚀性的岩石。提高钻头的水平，离不开高新技术，尽量采用新材料和新工艺，特别是经济有效的表面强化技术。国外曾试验研究高压水细射流技术和小孔径金刚石钻进技术，目前尚未正式用于锚杆孔钻进。硬质合金仍是锚杆孔钻进的主要钻具材料。采用高新技术，改进硬质合金片的性能，同时，研究合理的钻头结构参数，仍是小直径回转式岩石钻头的主攻方向。

c. 高新技术的发展，有宜于锚杆孔钻进技术的变革　　几十年来，锚杆孔钻进设备已有了一定的提高，随着知识经济的发展，锚杆钻机及其配套钻具会逐渐有所变革，预计在以下方面会引起产品的重大变化：    1) 结构参数的优化以及高科技新材料的应用，使单体锚杆钻机性能提高、重量减轻。 采用了高新技术的岩石钻头将使回转式钻进方式扩大应用范围。    2) 高科技微电子技术在不同动力、不同类型锚杆钻机上的应用，可能会使锚杆钻机发生某 些根本性的变革，例如改变钻机特性、改善操作性能、提高可靠性等。国外已探讨计算机控制的锚杆孔钻进与锚杆安装的综合性自动化设备。凿岩机器人的成功应用必将有力地促进锚杆孔钻进设备的进步。    3) 锚杆孔钻进设备的发展，以锚杆支护技术与凿岩技术的发展为基础，锚杆支护新类型 、新材料的出现会对锚杆钻机的结构参数、技术性能与功能提出新的要求。锚杆孔钻机的开发必须紧随锚杆支护的技术发展。同时，凿岩技术的发展会促进锚杆孔钻进设备的提高。不同凿岩方式的研究以及通用凿岩机具的研究成果，都将会及时地移植到锚杆孔钻进设备的开发上来。    4) 锚杆孔钻进设备是锚杆支护的关键设备，它影响着锚杆支护的质量--锚杆孔的方位、 深度、孔径的准确性以及锚杆安装质量，又涉及操作者的人身安全、劳动强度与作业条件。 锚杆孔钻进设备的核心是高效与安全。发展煤矿锚杆孔钻进设备以高效、安全为核心，就会有强劲的竞争力，这是产品具有发展前途的根本。2 掘进机分析与选择

机体主要包括截割机构；悬臂支撑机构；装运机构；行走机构；转载机；冷却喷雾系统；液压系统；电气系统。

2.1 机械传动系统

如图2-1，为所设计掘进机的机械传动系统。

从图中可知，切割电动机通过联轴节，太阳轮，行星轮，内齿轮，太阳轮、驱动切割头进行切割。

耙爪由油马达经齿轮驱动。油马达的动力同时经齿轮和中间轴传递动另一侧减速器，驱动另一侧的耙爪。左右两个减速器的传动比相同，所以两个耙爪能保持同步。

行走机构传动系统左右对称布置，分别由油马达通过齿轮，联轴节，太阳轮，行星轮，内齿轮驱动链轮，通过履带和从动链轮驱动掘进机行走。

中间输送机由油马达通过联轴节，齿轮驱动主动链轮，是刮板链在主动链轮和从动工艺特性参数：主要指切割深度，切削厚度，摆动速度，截割头摆动角速度。

以上诸多因素相互制约，关联和影响，在设计中摇相互匹配，综合统一考虑。现在国内已经对截割头有了很深入的研究，出现了很多不同类型的掘进机截割头。基于以上因素可以选择已有的成形的用于实践中的截割头。

同时根据方案设计要求，选用已有的掘进机S100-41型悬臂式掘进机的截割头；适用于f=8~10左右的半煤岩巷道和薄煤层巷道。

各参数如下：

功      率 ：     45Kw；

截割头转速 ：     27r/min；

最大钻进力 ：     112.5KN；

截割头最大侧推力：37.7KN；

截割头升力 ：     34.9KN；

截割头降力 ：     36.3KN；

相应在满足条件的情况下，使用S100-41型悬臂式掘进机的截割悬臂

2.3 悬臂支撑机构

悬臂支撑机构的作用是支撑悬臂，并使其实现升降和回转运动。它主要由升降和回转油缸及回转台组成。悬臂铰接于回转台的回转体上，升降油缸的一端和悬臂铰接，另一端和回转体铰接。在升降油缸的作用下，悬臂可在垂直方向上下摆动，回转体则可带动悬臂作水平方向的摆动。

回转体是悬臂支撑机构中的重要部件，位于机器的中央。它主要由回转体，回转支承，回转座和回转油缸组成。回转体和悬臂铰接，回转座固联于机架上，在回转体和回转座中间装有回转支承。工作时，截割反力通过回转台传到机架上。回转台也是一个将悬臂工作机构和其他机构（装运，行走等机构）相连的连接部件，其机构是否合理，对