掘进机测绘及行走机构设计-掘进机毕业论文

掘进机毕业论文掘进机毕业论文第52页共53页第53页掘进机毕业论文掘进机测绘及行走机构设计摘要本次毕业设计是为了实现MRH-S50-13型掘进机测绘及行走机构设计。具体设计内容包括：收集资料；现场测绘：在学校实习工厂对MRH-S50型掘进机进行整体结构测绘。通过测绘得到基本数据，以便进行结构分析和图纸绘制；结构分析：对MRH-S50型掘进机的整体结构进行结构分析，了解该掘进机的结构组成、功能作用特点以及存在的问题；专题分析与设计计算：切割头设计。切割头是掘进机的工作机构，主要功能是破碎和分离煤岩。通过对煤岩切割过程研究得知，影响切割效果的因素很多，从而使得切割头设计变得复杂和困难。在切割头的每一转中，如果同时参加切削的各个截齿都从岩石带中切下同样大小体积的煤岩，达到每个刀齿受力相等、磨损相同、运动平稳，这是切割头设计的最佳目标关键词：悬臂式掘进机切割头截齿排列

MRH-S50-13typeroadheadermappinganddesignAbstractThegraduationdesignistorealizeMRH-S50-13typeroadheadermappinganddesign.Concretedesigncontentincludes:collectdata,Scenemapping:intheschoolofCuttingheadistheworkingorgnaizationoftheproduct,mainfunctionisbrokenandseparationofcoalandrock.Throughthestudyofcoalcuttingprocessthatmanyfactorsinfluencetheeffectofcutting,thusmakescuttingheaddesignbecomescomplicatedanddifficult.Ateveryturnheadcut,ifineachsectioncuttingteetharecutfromtherockinthesamesize,volumeofcoalandrockstressequaltoeachcuttertooth,wearthesame,itissmoothmovement,theoptimaldesignofcuttingheadtarget.Keywords:cantileverroadheadercuttinghead

第1章绪论1.1掘进机简介掘进机是煤矿井下巷道施工的主要掘进设备，根据截割头与截割臂的结构形式，掘进机可分为两类:纵轴式掘进机和横轴式掘进机。我国于1962年开始掘进机的研制工作，最初是模仿前苏联的产品，机身轻、功率小、性能差，因而未能被广泛的应用。八十年代我国与国外公司合作制造了AM50及S100型掘进机，这两种机型现已成为国内市场的主导产品;同时，国内掘进机的研制步伐也在加快，先后研制了EBJ-132,EBJ-160,ELMB-55,EBH-132,EJ-70等各种机型。纵轴式掘进机是一种部分断面隧道掘进机，在工作时，它的截割臂可以上下及左右自由摆动，能截割任意断面形状的隧道，并且可以前进、倒退及转向，截割下来的石碴由装碴和输送机构送到机器尾部，装到有轨小车或自卸汽车上运送到洞外，纵轴式掘进机主要由截割装置、截割臂、回转台及输送装置等组成。横轴式掘进机主要由截割头、工作臂、装碴铲板、回转台、驾驶室、中间输送机、行走机构、液压系统、电气系统和喷雾降尘系统等组成，横轴式掘进机在工作时，其截割臂可以作上下及左右摆动，由于纵轴式掘进机在工作中良好的截割性能、整机调运灵活及可截割不同巷道面等优点，故在煤矿及隧道等工程中得到了广泛的应用。掘进机实物如下图所示。图1-1横轴式掘进机图1.2纵轴式掘进机1.2当前国内外掘进机研究水平的状况近年来，随着我国煤炭行业的快速发展，与之唇齿相依的煤机行业也日益受到重视。在煤炭行业纲领性文件《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中，在全国煤炭工业科学技术大会上以及国家发改委出台的煤炭行业如结构调整政策中，都涉及到发展大型煤炭井下综合采煤设备等内容。掘进和回采时煤矿生产的重要生产环节，国家的方针是：采掘并重，掘进现行。煤矿巷道的快速掘进是矿井高产稳产的关键技术措施。采掘技术及其装备水平直接关系到煤矿生产的能力和安全，高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产稳产的必要条件，也是巷道掘进技术的发展方向。随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级，甚至千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为了煤矿高效集约化生产的共性及关键性技术。我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂是掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20世纪60年代，以30-50KW的小功率掘进机为主，研究开发和生产使用都处于试验阶段。80年代初期，我国淮南煤机厂（先重组为凯胜重工）引进了奥地利奥钢联公司AM50型掘进机，佳木斯煤机厂（先隶属于国际煤机）引进了日本三井三池制作所S-100型掘进机，通过对国外先进技术的引进，消化，吸收，推动了我国综掘机械化的发展。但当时引进的掘进机技术属于70年代的水平，设备功率小，机重轻，破岩能力低及可靠性差，仅适合在条件较好的煤巷中使用，加之国产机制造缺陷，在使用中暴露了很多问题。国内进一步加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进设备。经过近30年的消化吸收和自主研发，目前，我国已形成年产1000余台的掘进机加工制造能力，研制生产了20多种型号的掘进机，其截割功率从30KW到200KW，初步形成系列化产品，尤其是近年来，我国相继开发了以EBJ-120TP型掘进机为代表的代替机型，在整体技术性能方面达到了国际先进水平。基本能够满足国内半煤岩掘进机市场的需求，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，能截割岩石硬度为f=6-8，截割功率在120KW以上，机重在35t以上。煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进机以煤科总院太原研究院生产的EBJ-120TP型，EBZ160TY型及佳木斯煤机厂生产的S150J型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80%以上。然而，国内目前岩巷施工仍以钻爆发为主，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘金在我国处于试验阶段，但国内煤炭生产逐步朝向高产，高效，安全方向发展，煤矿技术设备正在向重型化，大型化，强力化，大功率和机电一体化发展，新集能源股份公司，新汶矿业集团，淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国WAV300,奥地利AHM105,英国MK3型重型悬臂式掘进机。全岩巷重型悬臂式掘进机代表了岩巷掘进技术今后的发展方向。虽然三一重装去年推出了国内第一台EBZ200H型硬岩掘进机，但国产重型掘进机与国外型号EBJ-160EBJ-120TPEBZ160TYS150JELMB-75CEBJ-160SB断面/m9-248-189-219-236-178-24经济截割强度/MPa806080807080-100机重/t603651.544.623.453总功率/kw280190250205130314截割功率/kw160120160150/8075160适应坡度/()161616161616系统压力/MPa161623161616外形尺寸（长*宽*高）/m10.95*2.7*1.58.6*2.1*1.559.8*2.55*1.79.0*2.8*1.88.22*2.5*1.5610.3*2.7*1.5生产厂家太原研究所太原研究所太原研究所佳木斯南京晨光上海研究所先进设备的差距除总体性能参数偏低外，在基础研究方面也比较薄弱，适合我国煤矿地质条件的截割，装运及行走部载荷谱没有建立，煤业完整的设计理论依据，计算机动态仿真等方面还处于空白：在元部件可靠性，控制技术，在截割方式，除尘系统等核心技术方面的差距我国自主研发的几种代表机型的主要参数1.3国内外掘进技术和设备发展现状现代国内外煤矿巷道的施工方法主要有钻爆掘进和综合机械化掘进（简称综掘发）两种，综合机械化掘进又可分为悬臂式掘进机掘进和全断面岩巷掘进机两种技术和设备。岩巷掘进主要采用钻爆掘进技术和设备，全断面掘进机掘进技术和设备；煤和半煤岩巷主要采用悬臂式掘进机技术和设备，它是国内外煤矿采用最为普遍的一种掘进技术和设备，也是20世纪七八十年代迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术和设备。其主要设备是悬臂式掘进机，它是集采、装、运、行多功能于一体的一种大型煤矿井下机械设备，是一种机、电、液多学科领域知识化比较集中的一体化产品。目前国际先进水平的悬臂式掘进机已实现自动控制及离机遥控操作。钻爆破岩掘进钻爆破岩掘进是技术相对比较简单，发展最早的一种掘进技术。20世纪50年代，国内已基本实现钻、装、支等工序的单项机械化；60年代以后，主要是改进原有设备，组织平行作业，实现机械化配套作业线；进入70年代以来，自法国的MontaBert推出世界上第一台实用的液压凿岩机后，液压凿岩机得到迅速的发展与应用。瑞典AtlasCopco公司于80年代研制推出的三档式液压凿岩机，因可改变输出冲击能，所以适用于在不同硬度的岩石巷道掘进中钻凿炮眼，从而得到世界各国的重视。目前，液压凿岩机新产品更新换代时间短，新产品，新型号不断涌现，产品性能向大转矩、大冲击能和高平率方向发展。如法国EimcoSecoma公司生产的RPH200型、RPH400型液压凿岩机早已为HD200型、HD300型所取代。瑞典AtlasCopco公司研制的COP1238型液压凿岩机早已被COP1838、COP4050型所取代。COP1838系列液压凿岩机的功率达到18KW，钻凿比COP1238高50%，且其内部缓冲装置经过改进，能更好地吸收钎具的反弹与震动；而COP4050型液压凿岩机的功率更大，它的冲击功率最大可达45KW，深孔凿岩时一般用30KW的液压凿岩机。芬兰Tamrock公司研制推出的HL4000型系列液压凿岩机可凿钻孔径达170-230mm、深度达38米的炮眼。近年来，鱿鱼液压凿岩机技术的大力发展，形成了钻、装、运、支等机械化配套作业线；法、英、德等相继开发出了一机多型号断面/m²截割硬度/MPa机重/t总功率/kW截割功率/kW适应坡度/(°)外形尺寸（长*宽*高）生产国家F6-HK18≤3010.560.230±157.5*2*1.75匈牙利HK-9P22≤4033200.893±107.7*1.8*1.83苏联AM-5018≤7024155100±16.27.5*1.91*1.65奥地利MRH-S10021≤6025145100/60±158．3*2.8*1.8日本WAV30046≤100100469.5300±22.513.25*3.63*2.02德国MK334≤12096407250/150±1813.75*2.81*2.5英国MRH-S22033120±2210.6*3.6*2.16日本AHM10546≤120120555300±2012.2*2.825*2.594奥地利用的机组，简化了工作面的作业设备，缩短了机械搬、运时间，提高了掘进工效和速度。美国采用内燃机钻车与铲车运机（LHD）掘进岩巷，取得了良好效果，而且还开发出了微机控制的液压钻车。国外几种代表机型技术参数悬臂式掘进机悬臂式掘进机作业线主要由悬臂式掘进机、桥式装载机及后配套设备组成。掘进机把岩石切割破落下来之后，破碎的岩渣经装运机构收集、转运至机器尾部卸下，由配套桥式装载机，运输机或梭车运走。悬臂式掘进机的切割臂可以上下左右自由摆动，能切割任意相撞的巷道断面，切割出来的表面平整、精确，便于支护。履带式行走机构使机器调动灵活，便于转弯、爬坡，对复杂地质条件适应性强。20世纪后期，通过成功地开发和推广试听锚杆支护技术，使悬臂式掘进机技术适应性大大加强，进一步推动了该技术的推广使用，目前已成为煤矿巷道掘进的一种最主要的方法。全断面掘进机全断面掘进机出现于19世纪后半叶，至20世纪60年代这一技术已逐渐成熟。进入80年代后，全断面掘进机在国外已广泛应用于各种隧道工程，尤其是大断面长距离硬岩隧道的掘进。世界著名的英吉利海峡海底隧道就是用11台全断面掘进机完成的。国外全断面掘进机刀盘直径范围为2-10.5m，单刀推力超过220KN，可切割抗压强度达400MPa的岩石。全断面掘进机作业线由主机与后配套设备组成，其主机主要由截割盘、刀盘驱动系统、支撑和推进机构、机架、装载运输机、操作室等部分组成。全断面掘进机机重身长，切割功率大，迈步式推进机构可提供强大的推进力及水平支撑力，因而切割硬岩的能力强、生产效率高，适用于大断面圆形巷道一次成形；也可以先用刀盘直径较小的掘进机掘出一条导硐，再用扩孔掘进机或钻爆发扩大断面至工程要求的形状与尺寸。1.4掘进技术发展趋势今后，掘进技术仍然会在钻爆破岩掘进、悬臂式掘进、连续采煤机、掘锚联合机组以及全断面掘进机五个方向持续发展。在全硬岩巷道的掘金中，钻爆破岩掘进在很长一段时间内仍会是一种主要方式，但在一些重要领域，全断面掘进机会逐步取代钻爆破岩掘进；在硬度较低的全岩巷道和半煤岩巷道，悬臂式掘进机会得到大力发展，逐步成为主要的掘进方式；在一些条件适宜的煤巷掘进中，掘进效率最高的连续采煤机和掘锚联合机组将会得到推广应用。钻爆破岩掘进法：这种掘进技术的关键设备是凿岩机。由于液压凿岩机具有能量消耗少、钻研速度快、效率高、噪音小、易于控制、卡钻事故少、钻机寿命长等许多优点，因而将会得到快速发展。液压凿岩机发展趋势是大扭矩。大冲击能、高频率；液压凿岩技术也会向着钻、装、晕、支配套作业方向发展。悬臂式掘进机掘进法：悬臂式掘进机掘进法是目前中等硬度以下使用最为普遍的一种综合机械化掘进技术，其关键设备是悬臂式掘进机。目前，悬臂式掘进机在基本功能、可靠性方面的技术已基本成熟。今后，悬臂式掘进机将会想着大型化、辅助功能多样化及机、电、液一体化方向发展。全断面掘进机掘进法：在长距离、大断面硬岩掘金方面，全断面掘进机掘进法在世界范围内得到了广泛的使用。全断面掘进今后会向着大断面化、断面多样化、使用范围扩大化、自动化和长距离化方向发展①发展方向掘进机的发展经历了一个由小到大，从单一到多样化、从不完善到完善的过程，现在已形成轻型、中型、重型三个完善的系列。现代掘进机正向以下几个方向发展：（！）增强截割能力为了实现较强的截割能力，现代掘进机的截割功率不断增大，截割速度逐渐降低。现代中重型悬臂是掘进机截割功率120-3—KW，个别机型打到400KW。截割头转速一般为20-50r/min，截割速度1-2m/s，部分机型降低到1m/s以下。经济截割强度100-120MPa，最大可达140MPa。（2）提高工作可靠性由于地质条件复杂多变，使掘进进在工作时承受交变的冲击载荷，且磨损和腐蚀严重。而井下的环境恶劣，空间狭小，检修不便，因此要求通过完善的设计、高质量的制造、合理的使用和良好的维护来提高其可靠性。（3）采用紧凑化设计，降低重心，提高工作稳定性由于掘进机悬臂过长，使得截割反力较大，不利于机器稳定工作。针对中国问题，应采用紧凑化设计，努力降低机器的重心，并在机器的后部或两侧增设液压缸稳定装置，以提高机器的工作稳定性。（4）增强对各种复杂地质条件的适应性悬臂式掘进机普遍采用履带行走装置，以减小接地比压：通过增大驱动功率，以增强牵引力和爬坡能力，从而提高对各种底板、工况的适应性。（5）研究新型刀具和新的截割技术为增强截割能力、提高刀具的使用寿命，应努力改进刀具的结构，采用新材料，研究新的破岩方法。（6）发展自动控制技术截割断面监视和控制技术的开发和应用，将实现对掘进工作面切割情况比较直观、全面的观察和了解，并对断面切割精度和巷道质量进行控制。由此基本解决了掘进机械操作人员在截割过程中离开迎头安全、准确操作的问题和提高巷道质量、生产效率的问题。该技术包括随设备水平姿态识别、调整；切割轨迹记录和显示；断面边界设定；断面成型控制；前进的方向指示和引导；偏离方向和切割超极限报警等几个方面的内容。该技术的进一步发展将实现掘进机的自动掘进。（7）发展掘进锚机组，实现快速掘进目前，影响悬臂式掘进机掘进速度的主要因素就是时间过长。掘进、支护不能同步作业，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率。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。悬臂式掘进机技术的发展除取决于实际生产需要外，还受基础工业书评及技术可行性的影响。随着工业技术水平的提高和悬臂式掘进机技术开发方面经验的累积，各种新技术和新成果也在逐步应用于悬臂式掘进机上。1.5本论文主要研究内容本论文设计题目为MRH-S50型掘进机履带行走机构设计，包含的主要研究内容有以下几个：一、收集资料。二、现场测绘。在学校实习工厂对MRH-S50型掘进机进行整体结构测绘。通过测绘得到基本数据，以便进行结构分析和图纸绘制。三、结构分析。对MRH-S50型掘进机的整体结构进行结构分析，了解该掘进机的结构组成、功能作用特点以及存在的问题。四、专题分析与设计计算。专题分析与设计计算：履带材料分析与选用设计。

第2章悬臂式掘进机2.1概述掘进机是具有截割、装载、转载煤岩及有喷雾降尘等功能，并能自己行走，以机械方法破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。根据所掘断面的形状分为全断面掘进机和部分断面掘进机。前者适用于直径一般为2.5/10m的全岩巷道；岩石单轴抗压强度50/350Mpa的硬岩巷道，可一次截割出所需断面，且断面形状多为圆形，主要用于工程涵洞及隧道的岩石掘进；后者一般适用于单轴抗压强度小于60Mpa的煤；半煤岩；软岩水平巷道，但大功率机器也可用于单轴抗压强度达200Mpa的硬岩巷道,一次仅能截割断面的一部分,需要工作机构多次摆动;逐次截割才能掘出所需断面,断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状,其中部分断面掘进机在煤矿使用普遍。悬臂式掘进机按截割头布置方式可分纵轴式和横轴式两种；按掘进对象分为煤巷；半煤岩巷和全岩巷三种；按机器的驱动形式分为电力驱动和电-液驱动两种。掘进机主要机构：悬臂式掘进机要同时实现将煤岩从矿体分离；装载运出及其本身的行走调动和喷雾灭尘等功能。它主要由截割机构、装载机构、机架及回转台、行走机构、液压系统、电器系统、冷却除尘系统及机器的操作控制与保护等部分组成。一、截割机构截割机构主要由截割头、悬臂段、截割减速器、截割电动机组成，部分悬臂式掘进机截割部还设有叉形架，用来保护截割电动机。截割机构工作时，截割电动机通过减速器驱动截割头旋转，利用装在截割头上的截齿破碎煤岩。截割头纵向推进力由行走机构提供。截割机构铰接于回转台上，并借助于安装在截割部和回转台之间的升降液压缸和安装于回转台与机架之间的两个回转液压缸，实现整个截割机构的升；降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。直至掘出所需要的断面。当巷道断面岩石硬度不同时，应先选择软岩截割；截割层状岩石时，应沿层理方向截割，以降低截割比能耗。横轴式掘进机的截割头轴线与悬臂轴线相垂直，工作时也是先进行掏槽截割，掏槽进给力来自履带行走机构或伸缩液压缸，最大掏槽深度为截割头直径的三分之二。掏槽时，截割头需做短幅摆动，以截割位于两半截割头中间部分的煤岩，因而使得操作较复杂。掏槽可在工作面上部或下部进行，但硬岩截割时应尽可能在工作面上部掏槽。悬臂式掘进机截割机构按悬臂能否伸缩可分为伸缩或不伸缩两种截割机构：（一）不可伸缩式截割机构的结构简单；尺寸小；重量轻，但掏槽时需要借助行走机构的推力使截割头钻入煤壁，因而机器需要频繁调动，对底板的破坏比较严重。另外，在钻进煤壁阻力较大时，履带容易打滑，磨损加剧。（二）可伸缩截割机构可借助悬臂的伸缩使截割头钻入煤壁，无需开动行走机构，就可提供恒定较大的钻进力。可伸缩截割机构有内、外伸缩两种。外伸缩悬臂机构的尺寸和重量比较大，推进阻力大，机器的稳定性不太好。内伸缩机构也有两种型式，一种是电动机伸缩型，这种伸缩机构结构简单、可靠性高，但伸缩电缆及水管布置困难，且截割电动机损坏后更换困难。截割部二、装载机构装载机构位于机器前端的下方，其主要作用是将被截割机构分离和破碎的物料集中装载到运输机构上去。装载机构主要由铲板及左右对称的收集装置组成。根据收集装置结构的不同，装载机构可分为刮板式装载机构、扒爪式装载机构和星轮装载机构三种。（一）刮板式装载机构。形成封闭运动链，装载面宽度大，但结构复杂，效率低且装载效果差，已基本不在使用。（二）扒爪式装载机构。由液压马达或电动机提供动力，经减速器驱动左右扒爪收集物料。通过准确设计的扒爪运动轨迹，可将物料收集搬运至运输机构中。它的生产效率较高，但由于其结构复杂，动载荷大，故障率高，使用量正逐渐减少。（三）星轮装载机构。一般通过低速大扭矩液压马达直接驱动多爪星轮，达到收集物料的目的，由于它具有运转平稳、结构简单、故障率低等优点，虽过载能力较低，但还是在掘进机上得到了快速的推广应用，目前使用最多。三、运输机构按照破碎岩石的方式不同，悬臂式掘进机截割机构可分为纵轴式和横轴式两类。纵轴式掘进机的截割头轴线和悬臂轴线相重合，截割头多为锥形，为了提高截割能力，有的也被设计为球柱形。工作时，先是将截割头钻进煤壁掏槽，然后按一定方式摆动悬臂，运输机构主要由机前部、机后部、驱动装置、刮板链、张紧装置、脱链器和改向轮等组成。刮板输送机位于机器中轴，前端与主机架或铲板铰接，后部托在机架山。运输机构可采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧通过在运输机尾部的张紧液压缸来实现。运输机构根据刮板链条形式的不同可分为双边链和中单链运输机两种。四、机架和回转台机架是整个机器的骨架，它承受着来自截割；行走和装载的各种载荷。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架联结。机架一般为框架结构，为了井下运输方便，机架多设计为分体式结构。回转台主要用于实现切割机构的升降和回转运动。通过大型回转轴承止口和高强度螺栓支承、联结，使回转台坐落在机架上。工作时，在回转液压缸的作用下，带动切割机构水平摆动。截割机构的升降则是通过回转台支座上左；右耳轴铰接相连的两个升降液压缸来实现的。五、行走机构根据机器行走方式的不同可分为履带式、迈步式和组合式三种行走机构。现代掘进机多采用履带式行走机构。行走机构用来实现机器的调动和牵引转载机，并在不可伸缩式悬臂机型中提供钻进所需的推进力，同时，机器的重量和掘进中产生的切割反力也通过行走机构传送到地板上。由于工作和调动的速度不同，故行走机构应具有多种行走速度。传统的履带式行走机构通常由“四轮一带”即驱动轮、改向轮、支重轮和托链轮以及履带组成。但为了降低行走机构的高度，也有用耐磨框架代替支重轮和托链轮的。履带行走机构的动力可选用液压马达或电动机。由于液压马达对井下泥水等恶劣工况有良好的适应性，便于调节方向和速度，易于实现过载保护，无需防爆，因而使用越来越多。但液压马达驱动也存在效率低和过载能力差的缺点。六、液压系统现代悬臂式掘进机通常除切割头由电动机驱动外，其余动作均由液压马达驱动，所以液压系统的功率越来越大，能力也越来越强。液压系统为掘进机提供压力油，驱动和控制各液压缸及马达，使机器实现相应的动作，并进行液压保护。七、电气系统电气系统向机器提供动力，驱动和控制机器中的所有电动机、电控装置、照明装置等，并可实现电气保护。八、除尘系统除尘系统由内外喷雾装置组成，用以向工作面喷雾，除去截割时产生的粉尘。除尘系统还有冷却截割电动机和液压系统的功能。2.2悬臂式掘进机分类悬臂式掘进机根据其工作原理、结构和用途的不同有多种分类方法，常见的有以下几种：一、根据经济截割岩石硬度的不同分类：（一）煤巷掘进机：经济截割岩石硬度f≤5；（二）半煤岩掘进机：经济截割岩石硬度6≤f≤8；（三）岩巷掘进机：经济截割岩石硬度f≥9。二、根据适用巷道断面大小的不同分类（一）小断面掘进机：适用巷道断面＜7；（二）中断面掘进机：适用巷道断面7～20；（三）大断面掘进机：适用巷道断面＞20。三、根据整机重量的不同分类(一)轻型掘进机：整机质量＜20t；(二)中型掘进机：整机质量20～60t；(三)重型掘进机：整机质量＞60t。四、根据工作机构的运动形式不同分类可分为纵轴式和横轴式、摆动式和摇臂式。五、根据截割机构的不同分类可分为截链式、截盘式、滚筒式和钻削式。六、根据破碎原理的的不同分类可分为截割式、冲击镐式、滚压式和高压水射流失。七、根据传动方式的不同分类(一)机械传动掘进机：除液压缸外全部采用机械传动；(二)液压传动掘进机：除截割机械外全部采用液压传动。八、根据行走机构的不同分类可分为轮轨式、液压迈步式、履带行走式和掩护盾式。由于悬臂式掘进机同时破碎的断面所需的功率小，因而其体积小，重量轻，拆装、运输及维护都比较方便；机动灵活，可以掘进不同大小、不同形状的巷道断面，可以破落f≤10的各种不同硬度的岩石，适应性强；设备投资少，运行成本低，尤其是履带行走滚筒截割液压传动的悬臂式掘进机体现得更突出，因此得到了迅速的发展和广泛的应用，全世界应用量在8000台左右。目前广泛应用的截割滚筒式悬臂式掘进机，由于其采用截齿截割破碎原理，破碎比能耗大，截割过程不可避免地产生摩擦磨损，摩擦产生的火花和热量使齿尖温度可高达1000℃就目前的技术发展水平而言，部分断面掘进机适应用在岩石硬度≤10、岩石研磨系数≤0.2、巷道坡度≤18°的各类地下工程巷道及涵洞的掘进。2.3纵轴式和横轴式悬臂式掘进机现代悬臂式掘进机按工作机构破落煤岩方式不同，分为纵轴式和横轴式掘进机两类。现在世界上有数千台悬臂式掘进机，其结构形式都属于这两类。一、切割原理由图1-3可知，纵轴式和横轴式掘进机的主切割运动都是切割头的旋转和切割臂的水平摆动或垂直摆动的合成运动。当切割臂水平摆动时，两类掘进机的截齿都作复合运动，其运动轨迹不同；纵轴式切割头截齿运动轨迹近似平面摆线，横轴式切割头截齿运动轨迹为空间螺旋线。纵轴式和横轴式掘进机工作原理二、切割方式（一）掏槽切割使用纵向切割头时，推进方向与切线方向近似成直角，所以能以较小的力进行掏槽，此时推进力来自切割臂伸缩机构。掏槽适应于巷道断面任意位置。当岩石较硬时，悬臂位置与巷道水平时受力状态最好，在一个工作循环中，最大掏槽深度为切割头长度，为了架设支护棚子，可以在巷道两侧挖出柱窝。使用横向切割头时，推进方向与切线力方向几乎一致，由于是两个切割头同时工作，因而需用较大力进行掏槽切割，掏槽进给力来自行走机构，切割硬岩时，掏槽尽可能在工作面上进行，切割成水平槽，最大掏槽深度为切割头直径的三分之二，而且是与切割臂少量摆动配合情况完成。切割倾斜煤岩顺切方式（二）工作面切割实验室和现场研究表明，如果沿阻力最小方向切割，切割头比能耗最小，切割层状岩石时，沿层理方向切割比垂直于分层面切割，能耗明显减少。如果层面是水平的，横向切割最有利，如果层面是倾斜的，采用纵轴式切割，可以进行选择性切割，先选择软岩切割，有了自由面后再切割硬岩，如图1-5所示。无论纵轴式还是横轴式，其切割方式是自上而下，或自下而上，都采用顺切方式最为省力，如图1-6。对于横轴式掘进机，自上而下的顺切是较为理想的切割方式，切割煤岩省力，提高整机稳定性。（三）切割巷道轮廓巷道轮廓光滑与否，与支护充填量有关，充填量大，导致成本增加，最终要求巷道轮廓表面光滑、尺寸准确。由于纵轴式切割头为锥体外形，如果切割头和悬臂的转动点与巷道轮廓相适应，可切出光滑巷道轮廓，这主要是对中小断面巷道而言，对于大断面巷道误差较大。采用横轴式切割头，断面成形与切割头形状无关，完全取决于操作人员的技术状况，可借助行走机构实现光滑轮廓，但比较费时。纵上所述，纵轴式和横轴式两种掘进机，从各方面分析比较，各具优缺点，无法判断那类掘进机更优越。从世界各国设计、生产、使用掘进机情况来看，各自都在研究、发展和不断完善，国内的情况也是如此。近年来，国外厂家已经设计一种掘进机，可使用两种切割头。由此可见，纵轴式、横轴式两类掘进机都有广阔的发展前景。横轴式掘进机纵轴式掘进机第3章MRH-S50-13型掘进机3.1MRH-S50-13型掘进机概述日本三井三油机械制造公司从1967年研制出第一台掘进机以来,相继制造出MRH-S45，MRH-S90，MRH-S125三种型号的掘进机。MRH-S50-13型掘进机，是按照我国要求在MRH—S45—13型掘进机的基础上改制而成的，这种掘进机是一种悬臂纵轴式径向切割的部分断面掘进机。我国在1979年前后引进了MRH-S50-13型掘进机49台，现正在开滦、西山、阳泉、徐州等多个矿务局使用。该机适合在中小断面煤岩抗压强度39.2～44.1的巷道中使用．符合我国现阶段的生产条件，因此进尺和效率都达到了较高的水平。MRH-S60-13型掘进机，是煤矿掘进综合机械化的主要设备之一，其主要任务是掘进采准巷道。该祝的切割范围为：高约2.0～4.1，底宽约2.2～4.5；当机体固定不动时，最大掘进断面可达17。该机的主要特点为：一、整机外形尺寸小，高1.8，宽1.8，重量较轻（16.5），行驶速度快，并可无级调速；二、切割机构的悬臂采用伸缩机构，使切割机构更加灵活；三、凡密封困难的部位均采用浮动式机械密封：四、除切割机沟、桥式转载机用电动机驱动外，耙爪式装载机构、中间输送机、行走机构均采用齿轮油马达驱功。另外该机还有一些不足，存在的主要问题是：一、伸缩机构的花键联接强度不够，易受冲击裁荷破坏；二、行走部减速箱注油困难，往往因缺油使元件过早破坏；三、伸缩机构的油缸布置在切割机构的右侧，司机操作时看不清，容易碰坏。3.2结构特点及主要技术特征MRH-S50-13型掘进机如图3-2所示，主要由切割机构、转载机构、行走机构、中间输送机、转载机、喷雾降尘系统、液压系统、电气系统组成。MRH-S50-13型掘进机的主要技术特征：一、整机外形尺寸（长宽高）（）原动机油压马达1台11.81.8四、运转机构1.8中间运输机切割断面（）8～17型式中心单链刮板式总功率（）83槽宽（）0.45总重（）16.5链速（）31切割底宽度（）2.2～4.5运输能力（）1.4切割高度（）2.0～4.1原动机油马达1台切割硬度（）44.1转载机：卧底深度（）0.2型式胶带二、切割机构胶带宽度（）0.5切割滚筒转速（）46胶带速度（）5.4～13.4悬臂伸缩量（）0.4回转角度左右各40°电动机功率（）50原动机3电动滚筒三、装载机构装载方式双耙爪式五、行走机构装载宽度（）1.5～1.8履带板宽度（）0.35接地比压（）0.088257号透平油行走速度（）7.6电动机功率（）30原动机油马达2台七、外喷雾降尘系统六、液压系统供水系统压力（）0.196～0.49三联齿轮泵1台八、电气系统51.7,28.2,15.9电压等级（）660单联齿轮泵401台电磁开关型式隔爆齿轮油马达40.64台控制开关箱型式隔爆油箱容积（）约300照明灯额定电压（）24液压油抗磨50号液压油或46号、照明灯额定功率（）60图3-2MRH-S50-13型掘进机1—切割头；2—伸缩悬臂；3—升降油缸；4—中间输送机；5—转载机；6—转载机升降油缸；7—转载机回转油缸；8—装载机升降油缸；9—行走机构；10—装载机构；11—伸缩油缸；12—回转油缸；13—液压系统；14—外喷雾降尘系统；15—电气系统MRH-S50-13型掘进机的传动系统如图3-3所示，由切割机构、装载机构、中间输送机、转裁机、行走机构的传动系统组合而成。MRH-S50型掘进机传动系统切割机构的传动系统：由功率50，转速1450的MIE70—XFJD2型电动机，经联轴器、减速器、伸缩机构驱动切割头旋转。切割头转速为46。减速器为二级圆柱齿轮传动，主要由轴齿轮1、齿轮2、轴齿轮3、齿轮4构成，总传动比为31.2，伸缩机构中的传动件为花键套和花键轴。装载机构的耙爪，由转速为1650/1980的M3-42FS1—40型齿轮油马达，分别经左右减速器驱动。两减速器均为三级圆锥圆柱齿轮传动，主要由轴锥齿轮5、锥齿轮6、轴齿轮7、齿轮8、轴齿轮9、齿轮10构成，总传动比为50。两个减速器之间用万向轴将参数与轴锥齿轮5相同的两个轴锥齿轮相连。耙爪转速为33/39.6中间输送机的传动系统：由转速948/1147的M3-42FSl-40型齿轮油马达，经减速器和主动链轮驱动刮板链。减速器为二级圆柱齿轮传动，主要由轴齿轮11、齿轮12、轴齿轮13、齿轮14构成，总传动比为16.5，链速为31。转载机的传动系统：胶带输送机由电动滚筒驱动，其内部有电动机和减速器两部分组成。电动机功率为3、转速1000。减速器为三级圆柱齿轮传动，主要由轴齿轮15、齿轮16、轴齿轮17、齿轮18、内齿圈19构成，总传功比为17.8，胶带传动速度为1.11。行走机构的传动系统：两履带分别由转速为1564/1877的M3-42FS1-40型齿轮油马达,经减速器和主动链轮驱动。两减速器均为四级圆柱齿轮传动．主要由轴齿轮20、齿轮21、轴齿轮22、齿轮23、轴齿轮24、齿轮25、轴齿轮26、齿轮27构成，总传动比为328，主动链轮转速4.7/5.7。3.3掘进机整体参数确定悬臂式掘进机主要参数的确定，应根据MT/T238.3-2006《悬臂式掘进机通用技术条件》和MT138-1995《悬臂式掘进机型式与参数》，使掘进机产品标准化、系列化。一、机型与可切割性能指标机型分为四类，还有横轴式和纵轴式两种切割方式，以及与机型相对应的其他参数，如生产能力、切割机构功率、最大工作坡度、机高、可掘巷道断面、机重等，在MT138-1995中有明确的数量级规定，见表3-1所列。这是在新产品设计时首先要考虑和遵循的标准规范。机机型单位技术特特征轻中重可切割性能指标适用切割煤岩硬度普氏系数f≤4≤6≤7≤8岩石的研磨系数Mg≤10≤10≤15≤15切割煤岩最大单向抗压强度MPa506085100切割机构功率Kw≤3055～7590～110〉132纵向最大工作坡度（°）±16±16±16±16机高M≤1.4≤1.6≤1.8≤2.0可掘巷道断面5～8.57～148～2010～28机重t＜2020～3030～45〉45关于掘进机可切割煤岩性能指标，这是一个正在研究的难题。目前，世界上还没有公认的、适用掘进机的破碎煤岩理论，但各产煤大国都有自己的设计与试验标准。德国矿山技术研究院对德国各地煤矿巷道围岩进行采集、分类、试验，在大量试验研究和分析的基础上，提出悬臂式掘进机经济切割界限。在我国，由于对岩石可切割性研究还很不够，没有对我国煤矿巷道围岩做大量试验分析，所以至今无法提出一个我国岩石分类方法。过去长期沿用苏联的普氏系数（即坚固性系数f）。岩石的坚固性是岩石抵抗开采工艺破坏的特性，该系数近似的与岩石抗压强度极限成比例。由于坚固性系数只考虑岩石的抗压强度，在生产实际中误差较大，其可靠性和计算精度较低。因为对岩石的破坏还常常利用拉力和剪力，因此，在MT138-1995标准中提出用三项指标（坚固性系数、研磨系数、单向抗压强度）综合评价岩石的可切割性能。二、可掘巷道断面可掘巷道断面由掘进机的主要尺寸参数确定。尺寸参数包括：工作尺寸机器外形尺寸工作机构尺寸等。可掘断面的下限，由机器作业最小尺寸决定；上限是机器位于巷道中部位置不动，切割头可掘出的最大断面。例如，MRH-S50-13型掘进机的可切割断面范围为8～17。三、技术生产能力掘进机的技术生产能力Q用下式计算：Q=KA/minA=(+)h/2式中A——切割头轴截面积，；——牵引速度，m/min;K——煤岩松散系数，一般取1.5；、——切割头小端和大端直径，m;h——切深，m。3.4MRH-S50-13型掘进机适用范围日本山井三池机械制造公司从1976年研制出第一台掘进机以来，相继制造出MRH-S45,MRH-S90,MRH-S125三种型号的掘进机。MRH-S50-13型掘进机，是按照我国要求在MRH-S45-13型掘进机的基础上改制而成的，这种掘进机是一种悬臂纵轴式径向切割的部分断面掘进机，我国在1979年前后引进了MRH-S50-13型掘进机49台，现正在开滦、西山、阳泉、徐州等10多个矿务局使用。该机适合在中小断面煤岩抗压强度39.2～44.1Mpa的巷道中使用.符合我国现阶段的生产条件,因此进尺和效率都达到了较高的水平。该机主要适用于掘进中小断面、煤岩抗压强度为39.2～44.1Mpa的煤或软岩巷道。该机的截割范围为：高2.0～4.1m，底宽2.2～4.5m。当机休固定不动时，可掘最大断面为17㎡。在长度大于600m、净断面为8㎡以上的煤巷中，该机与转载机和可伸缩胶带输送机配套使用时，可取得较好的经济效果。3.5主要组成及其使用情况一、切割机构MRH-S50-13型掘进机的切割机构包括：电动机、减速器、伸缩机构、切割头、回转台以及伸缩、回转、升降油缸。电动机、减速器、伸缩机构和切割头，构成一个刚性体，用销轴与回转台铰接，回转台固定在履带架上。各主要部件的结构分述如下。（一）悬臂伸缩机构切割机构的悬臂伸缩机构为花键套筒式，由布置在右侧的一个油缸驱动，伸缩行程为0.45。悬臂内的花键联接套一端通过花键与减速器输出轴相连，并用紧固螺栓与轴端盖紧固。另一端的花键孔则与截割主轴后端的花键轴啮合，并可滑动。当装在切割机构右侧的伸缩油缸动作时，活塞杆通过耳轴使与伸缩保护套筒连成一体的框架、截割主轴、内伸缩套筒以外伸缩套筒(导向套筒)的内孔和花键孔为导轨，作轴向伸缩运动，使切割头切入煤壁。为保护摩擦表面的润滑，在伸缩保护套筒上设有注油孔。为避免煤尘落入伸缩机构，在与伸缩保护套筒连接的端盖内，装有防尘环。伸缩部（二）减速器如图3-5所示，60电动机经过一个带有安全销的刚性联轴器和两级斜齿圆柱齿轮减速器减速．再通过花键联轴器将转矩传递给切割主轴．带动切割头工作。润滑对于减速装置的效率和寿命，起着重要作用。减速器内所用的润滑油为日本BON-NOC260号（壳牌OMALA71号)。（三）切割头切割头为焊接组件，由切割头体1、轮毂2、单齿座3、双齿座4、螺柱5、截齿6及轴向固定螺栓7构成。其形状为截锥形，大端直径为0.772，小端直径为0.56，长为0.764。根据切割工作的要求，在切割头的端面和双头螺旋叶片上排列着54个截齿，其中端面布置6个截齿。所用截齿的前刃面为楔形、楔面间夹角加135°，可减小切割阻力及减少粉尘量。切割头的主要参数见表3-4。表3-4切割头的主要参数长度（m）0.764截齿数量（个）54最大直径（m）0.772单齿座数量（个）34最小直径（m）0.56双齿座数量（个）10平均直径（m）0.666转速（r/min）46截齿形式片性切割头1-切割头体2-轮毂3-单齿座4-双齿座5-螺柱6-截齿7-轴向固定栓（四）回转台回转台座用螺栓固定在主机架上，并用键承受力矩，上部用螺钉与轴承的内环固定在一起。回转台用螺栓与轴承的外环固定在一起。轴承的上部用螺栓固定一护盖，回转台的上部用螺栓固定—顶盖，回转油缸铰接在销轴上，在此油缸的作用下回转台便可左右回转。升降油缸铰接在销轴与减速器相应销轴之间，在此油缸的作用下切割头悬臂便可上下升降，销轴用于铰接减速器的支承架，销轴铰接装载机构的升降油缸。（五）电动机切割机构的电动机为双鼠笼式，规格为4P-660V501防爆型风冷电动机，与单鼠笼式电动机相比双鼠笼式电动机具有较好的起动性能，其主要技术特征见表3-5。表3-5电动机的主要技术特征型式双鼠笼风冷防爆型转速（r/min）1450电压（V）660工作方式1h频率(Hz)50绝艳等级B功率（kW）50重量（kg）约560二、装运机构（一）装载机构装载机构的动力为铲板左侧下部的一个齿轮油马达。其传动系统：齿轮油马达安装在装载部左侧减速器上，驱动减速器中的第一对圆弧锥齿轮转动，大锥齿轮同时带动横向的另一个小圆弧锥齿轮转动，将扭矩传递到另一侧的减速器上。左、右减速器中相同的两个大圆弧锥齿轮分别通过第二级和第三级直齿圆柱齿轮减速，将扭矩传递给耙爪机构的曲柄圆盘主轴。装载耙爪机构分左右两个，对称布置。该机构为曲柄据杆机构，主要由铲板、曲柄圆盘、耙爪、摇杆及一些回转副组成。曲柄圆盘的轴为减速器的输出轴，减速器与曲柄圆盘之间，用浮动式机械密封。耙爪装于曲柄圆盘的曲柄上，耙爪与摇杆之间用铰销连接，摇杆的另一端用轴铰接于铲板。曲柄长度为0.19，连杆长度为0.4，摇杆长度为0.4。装裁铲板由主、副铲板组成，主铲板宽度为1.5，装上副铲板后总宽度为1.8，副铲板与主铲板用螺栓联接。（二）中间输送机该输送机为链板输送机，位于主机架的中部。它将装载部耙装上来的煤岩运到后面的转载机上。输送机的溜槽由钢板焊成，链条采用套筒滚子链，刮板用双头螺栓和槽形螺母固定于链条，用开口销锁紧。输送机的主动链轮布置在运输机尾部卸裁端，动力来源于齿轮油马达，经过两级圆柱齿轮减速器减速后驱动输送机主动链轮，牵引刮板链工作。中间输送机溜槽宽为0.45，链速31，运输能力为1.4。减速器的减速比为16.5，套筒滚子链的节距为0.445，刮板的长度为0.4208。三、行走机构行走机构为履带式，左右两机构结构相同，对称布置，且与主机架相连。行走机构主要由油马达、减速器、主动链轮、从动链轮、履带、支重轮、托轮、蓄能器、履带张紧机构、支承架构成。履带由油马达经减速器及主动链轮驱动，使掘进机前进、后退和转弯。履带张紧机构为油缸-滑块式，在履带架前部的从动链轮的两侧装有矩形滑块，滑块与履带张紧液压油缸的活塞杆相连，当活塞杆前后伸缩时，即可带动滑块在履带架中间的滑道上移动，从动链轮随之向前或向后移动，从而达到控制履带松紧的目的。履带张紧液压缸由柱塞、缸体构成，其间用O形密封圈、Y形密封助密封，工作介质为润滑脂。蓄能器与油缸相连，外部用螺栓固定一护罩，油管用护板掩护。在履带张紧液压油缸中装有润滑脂，通过油管与蓄能器的滑脂腔相通。蓄能器中另一侧空腔中充满压力在8．8～11.8范围内的氮气。充氮腔与滑脂腔中间用可移动的活塞隔开，在活塞的径向装有两个密封环，以防两腔之间的泄漏。活塞则在高压氮气的作用下，对滑脂腔和履带张紧液压油缸中的润滑脂施以压力，从而使履带获得必要的张紧力。此外，压力润滑脂对于履带装置在行走调动中所受到的冲击载荷，也能很好地起到缓冲作用。行走部减速器为四级直齿圆柱齿轮减速器，减速器的减速比为328，主动链轮的转速为4.7。履带图1-支重轮，2-挡板1，3-螺栓，4-垫圈，5-拖链轮，6-挡板2，7-螺栓，8-垫圈，9-左行走机构，10-履带，11-螺堵，12-垫圈，13-张紧装置四、转载机该转载机为胶带式，布置在中间输送机之后，前端与其转载机回转台相连。为适应机后不同型式的运输设备，借助回转、升降油缸，可在水平方向和垂直方向上摆动。胶带转载机由3kw电动滚筒驱动，把来自中间输送机的煤岩转载至机后运转系统。五、液压系统掘进机的行走、切割机构的伸缩和在水平及垂直方向上的摆动、中间输送机的运转、装载机构的运转及升降、胶带转载机在水平和垂直方向上的摆动，均由液力驱动。为防止转载机和切割机构切割滚筒在载荷作用下的自行下降，以及切割机构切割滚筒的自行回摆，液压系统中分别在相应的换向阀中设置了液控单向阀。由于液控单向阀的锁紧作用，油缸后腔的回油路断开，活塞可在油缸行程的任意位置上锁紧，有效地防止升降油缸和回转油缸的摆动。在升降油缸的前腔进入高压油的同时，便打开液控单向阀，油缸的后腔油路得以接通，转载机或切割机构才能摆动或升降。此外，在控制各油缸的六个换向阀的进油路中，均设置了锁紧单向阀。该掘进机在液压系统中使用了通流面积可变的液控制动阀。该阀的工作原理为：当油马达输入高压油时，可根据油马达的进油压力大小，自动调节油马达的回油路的通流面积。当油马达的进油压力不大于零时，制动阀关闭；当油马达的进油压力大于零而又小于1.47时，制动阀的通流面积随进油压力值的增减而增减：当油马达的进油压力大于1.47时，制动阀全部开启。而油马达的进油压力又是随行走阻力值变化的。当掘进机行走阻力大时，如掘进机上山、速度减慢，此时油马达进油压力增高，液控制动阀能根据油马达的进油压力自动地调节回油路的通流面积，使行走速度加快。当掘进机行走阻力减小时，如掘进下山、速度加快此时油马达进油压力降低，液控制动阀相应地自动减小回油路的通流面积，使行走速度减慢。当掘进机突然下滑时，将会使油马达的进油腔造成负压，由于液控制动阀此时保持关闭状态，使油马达停止运转，有效地起了自动保护作用。第4章切割头设计4.1影响切割头设计主要因素及设计要求切割头是掘进机的工作机构，主要功能是破碎和分离煤岩。通过对煤岩切割过程研究得知，影响切割效果的因素很多，从而使得切割头设计变得复杂和困难。在切割头的每一转中，如果同时参加切削的各个截齿都从岩石带中切下同样大小体积的煤岩，达到每个刀齿受力相等、磨损相同、运动平稳，这是切割头设计的最佳目标。尤其是在切削硬岩中实现这个目标更是国内外学者和专家潜心研究的课题。影响切割头设计的主要因素有：煤岩特性参数，包括硬度、抗拉和抗拉强度、磨蚀性等；切割头结构参数，包括尺寸、几何形状、截齿数目、截齿布置、截齿空间安位置、截线间距；工艺特性参数，主要指切削深度、切削厚度、摆动速度、截割头速度。以上诸多因素相互制约，关联和影响，在设计中药相互匹配、综合考虑和统一。切割头的设计要求是：各截齿负荷均匀，切割平稳，摆动小；截割比能消耗低，截齿消耗少；切割效率高，产生粉尘量小。切割头设计的已知参数：被切割的煤岩特性；切割电动机功率和转速；工艺参数（摆动液压缸力和速度、切割深度和厚度）；标准《悬臂式掘进机型式与参数》，依据标准选择参数和设计计算。

4.2掘进机切割头的结构参数包括：切割头的长度，直径、锥角、螺旋叶片的头数与升角、截线间距和截齿的位置及伸出长度等，这些参数直接影响掘进机的截割性能。切割头的长度切割头的长度不仅与截割阻力的大小有关，还影响机器工作的循环时间和生产率。因此，必须合理地选取切割头的长度。由于工作面煤壁附近的煤岩有压张效应，在压出带范围内，煤岩的抗截强度明显减弱，截割能力和单位能耗降低。因此，切割头的长度应设计在压出带范围内。若截割头较长，对提高掘进机的生产率有利，但却使截割阻力和能耗增加。若截割功率不能满足要求，可能因阻力太大，使悬臂摆动的速度降低，截割循环的时间增长，影响绝迹速度。如果截割头设计的太短，虽然可以利用自由面和地压作用，但由于钻进深度小，将使掘进速度降低。所以，纵轴式掘进机截割头的长度应与截深相当，一般可取500-800mm，大功率的掘进机可取为1000mm左右。截割头的直径截割头的直径通常指平均直径，其大小直径直接影响掘进机的截割力和进尺速度。当截割头的功率和转速一定时，截割头的输出扭矩是常数，截割头所具有的截割能力与截割头的直径成反比。若截割头的直径过大，将使切割能力降低。如果截割力小于截割阻力，就不能完成截割任务。相反，若截割头的直径太小，虽然可以获得较大的切向截割力，单由于截割循环时间加长，而影响掘进速度，使生产率降低。通常，纵轴式掘进机的截割头直径为600-900mm，大型掘进机可取到1000mm。截割头的锥角为了获得较平整的巷道顶板、底板和两帮，应结合悬臂的长度和回转中心的位置来合理的确定截割头的锥角。对于确定的掘进机，其截割头的锥角是定值，对任意形状的巷道，一般不能同时满足上述要求。因此，就难以同时获得平整的顶板、底板和侧帮。一般锥形截割头的锥角可取为30°~50°螺旋头数和升角螺旋叶片的头数及升角的大小影响截割头的排屑量。螺旋头数越多，要保证截齿数截割顺序有规律、同时截割的齿数不变等要求就越困难。而且使结构复杂，截割头重量增加。试验表明，螺旋头数应小于4个。经分析认为，不宜采用单头螺旋，尤其是在较坚硬煤岩的条件下，为了降低每个截齿的载荷和磨损，应减小截线距。对于单头螺旋，就要取较小的螺距，这将使截割的块度减小，粉尘增多，而且使截割头排屑能力降低。因此，螺旋头数一般选为两头或三头，对于中小型掘进机多采用两头螺旋叶片。螺旋升角对截割头的排屑过程影响比较复杂，关于最佳螺旋升角的取目前尚无确切的结论。在具体设计中，对于两头和三头螺旋叶片可取升角大于12°。叶片的厚度和高度叶片厚度的确定主要考虑其强度、刚度和耐磨等因素，并和齿座是否布置其上有关。进行准确的计算很麻烦，一般可根据实际情况类比确定，通常取其厚度为10-30mm。叶片高度影响排屑效果，应按截割头不堵塞的条件分析确定，因为对其计算相当复杂，所以通常可参照其他同类机型确定，一般取50-80mm。截线距截线距的大小不仅能影响截割阻力和截落煤岩的块度，而且与单位能耗、截割效率有关。一般，对于裂隙少，崩落角小的中硬煤岩，截线距取为30-50mm；而裂隙多，崩落角大的脆性煤或软煤岩，可取为50-70mm。考虑在不同钻进深度时的截割阻力不同，截割头前端的截线距应该小一些，而后部的截线距应适当加大。另外，还要考虑截线距与切削厚度的合理比值（一般为1.5-2.5）。研究表明，对于截割头锥段上的截齿，其最佳截线距为：s=在截割头过渡圆弧上，第i个截齿的截线距按下式确定式中最大切削厚度煤岩崩落角度截齿安装角m每条截割线上的齿数k—系数7、截齿的相互位置及伸出长度在截割头的圆角方向，截齿的相对位置如下：对于每线一齿（即每条线上只有一个截齿），相邻截齿的圆周差角为：360°/m除此之外，第i个截齿与第i-1及i+1个截齿间的圆周角为：360°（/m截齿的伸出长度是指截齿齿尖高出螺旋叶片顶部的尺寸，为了防止截割过程中齿座触煤，参与“截割”，使截割阻力剧增，应使其满足如下要求：对于切向齿和径向齿交叉排列方式＞/（1~1.2）对于径向齿顺序排列方式＞/（1.3~1.6）长度（m）0.764截齿数量（个）54最大直径（m）0.772单齿座数量（个）34最小直径（m）0.56双齿座数量（个）10平均直径（m）0.666转速（r/min）46截齿形式片性MRH-S50-13型掘进机切割头主要参数4.3运动规律掘进机切割头有四个运动；切割头绕本身轴线旋转运动、水平摆动、垂直摆动以及纵向进给运动。主切削运动是旋转运动与水平摆动的合成运动。水平摆动当切割头作回转和水平摆动时，切割头上不同半径处截齿尖的运动轨迹是三位空间螺旋线。图中z坐标为切割头回转线轴，y坐标为回转半径，。精确地说，图中螺旋线应为环形空间螺旋线，其轴线是一圆弧，由于圆弧半径很大，在工程上可近似为圆柱螺旋线。螺旋线的螺距λ为一转中每一刀齿尖在水平轴z轴线上的移动距离，可表示为式中--切个头水平摆动速度n—切割头转速当n为定值，而变化时，λ则不同。随着λ的增加，不但螺旋线的形状变化，而且截齿切入岩石的顺序也发生变化。螺旋线方程刀齿尖在空间的运动轨迹为一圆柱螺旋线，螺旋线的坐标方程为x=rsinty=rcostz=tt=螺旋轨迹方程X=rsin式中r—刀齿尖回转半径--切割头回转角速度，=t—运动时间2、纵向进给运动横切割头纵向进给时，每个刀齿尖运动轨迹为平面摆线。图中横坐标表示纵向进给，纵坐标表示回转半径。摆线方程如以表示切割头纵向进给速度，平面摆线参数方程为x=rcosty=t+rsint变换得t两式平方后相加并整理得设纵向横移距离L=t，于是即为平面摆动轨迹方程

第5章.掘进机维护和检修5.1掘进机的操作及注意事项一、掘进机的操作程序掘进机的操作分为电气和液压两个部分。操作人员在掘进机的操作中应按以下程序进行。（一）班前检查1.检查电缆有无损坏、破裂；2.检查电气元件是否正常；3.检查刮板输送机刮板有无损坏及磨损情况；4.检查截齿磨损情况，损坏的应及时更换；5.检查冷却及喷雾系统及喷嘴有无堵塞；6.检查机器的隐患，如盖、零件有无松脱、损坏；7.检查液压阀组有无泄露；8.确认所有控制开关能自由操作；9.确认所有控制开关处于断开或中位；10.确认截割、装载机构转动灵活；11.确认行走履带链、输送机刮板松紧适度；12.确认液压系统各回路压力调定值正常；13.确认油箱油位处于正常位置；14.按机器润滑表对润滑点注油；15.清理掘进机上的可燃物、矸石、煤炭、工具及杂物等。（二）常规防护检查1.所有齿轮减速器油位合理，通气孔通畅；2.检查所有减速器是否有不正常噪声或过热现象；3.保持机械铰接点和转动件润滑良好；4.检查所有密封有无泄露，必要时进行更换；5.保持螺栓、螺钉紧固；6.检查履带板有无损坏、裂纹，销轴失锁或过量磨损；7.保持摩擦离合器正常工作；8.检查所有接触点的磨损情况。二、掘进机的操作注意事项（一）司机必须专职，经培训考试合格后持有司机证方可上岗作业；（二）启动液压泵电动机前，应检查各液压阀和供水阀的操作手柄，必须处于中位；（三）截割头必须在旋转情况下才能贴靠工作面；（四）截割时要根据煤或岩石的硬度，掌握好截割头的切割深度和切割厚度，截割头进入煤（五）壁切割时应点动操作手柄，缓慢进入煤壁切割，以免发生扎刀及冲击振动；（六）机器向前行走时，应注意扫底并清除机体两侧的浮煤，扫底时应避免底板出现台阶，防止产生掘进机爬高；（七）调动机器前进或后退时，必须收起后支撑，抬起铲板；（八）截割部工作时，若遇闷车现象应立即脱离切割或停机，防止截割电动机长期过载；（九）对大块掉落煤岩，应采用适当方法破碎后再进行装载；若大块煤岩被龙门卡住，应立即停车，进行人工破碎，不能用刮板机强拉；（十）液压系统和供水系统的压力不准随意调整，若需要调整时应由专职人员进行；（十一）注意观察油箱上的液位液温计，当液位低于工作油位或油温超过规定值（70°）时，应停机加油或降温；（十二）开始截割前，必须保证冷却水从喷嘴喷出；（十三）机器工作过程中若遇到非正常声响和异常现象，应立即停机，查明原因、排除故障后方可开机。三、掘进机的掘进作业程序（一）掘进机切割落煤的程序，是首先在工作面进行掏槽，掏槽位置一般是在工作面的下部。开始时机器逐步向前移动，截割头切入工作面煤或岩石一定的深度（截深）。然后停止机器移动，操纵装载机构的铲板使其紧贴工作面地板作为前支点，机尾的后支撑也同样紧贴底板，作为后支点，以提高机器在切割过程中的稳定性。最后再摆动悬臂切割头切落出整个巷道的煤和岩石。（二）掘进机截割头的最佳切割深度应根据所截割煤岩的性质、顶板状况和支架棚距的规定，以及通过落煤效果和切深1m巷道所消耗时间最短来确定，一般推荐为0.5m。截割头的切割厚度取决于煤岩的截割阻力，以牵引液压缸回路尽量不溢流、截割电动机接近满载、机器不产生强烈振动及落煤效率最高为原则，一般推荐为截割头直径的2/3。（三）截割头在巷道工作面上截割移动的路线，称为截割程序。掘进工作面截割程序的合理选择，取决于巷道断面积、煤岩硬度、顶底板状况、有无夹矸、夹矸的分布等工作面条件和技术规范。确定掘进工作面的截割程序应遵循下述原则：1.大多数情况下，从工作面下角钻进；掘进半煤岩巷道时，应从煤中钻进，再卧移切割至底板下角，再切底掏槽，增加自由面。2.切割断面，应自下而上进行，以利于装载和机器的稳定性，还可提高生产率。3.工作面的切割应注意煤或岩的层理，断面切割时应左右横扫切割为主，截割头沿层理移动切割阻力较小。5.2掘进机的维护减少机器停机时间的最重要因素是及时和规范地维护，维护好的机器工作可靠性高、使用寿命长、操作也更有效。下列维护步骤是针对一般条件的，在恶劣的运行条件下会增加维护次数。如果需要修理或调整，应即刻进行，否则小问题可能导致大的修理和停机。一、机器的日常维护和保养（一）按照润滑图及润滑表对需要每班润滑的部位加注牌号的润滑油；（二）检查邮箱的油位，油量不足应及时补加液压油；（三）检查各减速箱润滑油是否充足，不足及时添加，并检查各减速箱有无异常振动、噪声和温升等现象，找出原因，及时排除；（四）检查液压系统及外喷雾冷却系统的工作压力是否正常，并及时排除；（五）检查液压系统及外喷雾冷却系统的管路、接头、阀和液压缸等是否泄露，并及时排除；（六）检查液压泵、液压马达等有无异常噪声、温升和泄露等，并及时排除；（七）检查截割头截齿是否完整，齿座有无脱焊现象，喷雾喷嘴是否堵塞等，并及时更换或疏通；（八）检查各重要连结部位的螺栓，若有松动必须拧紧，参照螺栓紧固力矩表；（九）检查左右履带链条的松紧程度，并适时调整；（十）检查输送机刮板链的松紧程度，并及时调整。二、机器的定期维护保养MRH-S50-13型掘进机减速器的设计寿命，除行走减速箱为2000h外，截割二级行星减速器和泵站齿轮箱均为5000h，也就是连续工作一年半进行一次大修，中修一般在转移工作面时进行，小修在每日维修班进行。机器正常使用过程中，必须严格按规定注油或更换润滑油。三、润滑正确的润滑可以防止磨损、生锈和减少发热，如果经常检查机器的润滑状况，就可以在机器发生故障之前发现一些问题。例如，水晶状的油表示可能有水，乳状或泡沫状的油表示有空气，黑色的油脂意味着可能已经开始氧化或出现污染。润滑周期因使用条件的差异而有所不同，通常在高速高温的情况下使用稀油，而在低速低压的情况下使用油脂。要使用推荐的润滑油进行润滑，并且在规定的时间间隔内进行检查和更换，否则，就无法给机器以保障，因而导致过度磨损以及非正常停机检修。（一）润滑油的更换在最初开始运转的300h左右，应更换润滑油。由于在此期间内。由于在此期间内，齿轮和轴承完成了跑合，随之产生了少量的磨损。初始换油后，相隔1500或者6个月内必须更换一次，当更换新润滑油时，应清洗掉齿轮箱体低部附着的沉淀物后再加入新油。（二）注意事项1.不要存满。如果存满整个减速箱，将会造成过热和零部件损坏。2.不要太少。减速箱的润滑油位太低将会造成过热和零部件故障，要周期性检查减速箱是否有漏油。3.不要切加油。遗漏或延长润滑周期都会造成过度磨损和零部件过早出现故障。4.必须使用规定牌号的润滑油（脂）。5.让所有通气口和溢流口保持通畅并能正常起作用。四、液压系统用油EBJ—120TP型掘进机液压系统采取N68抗磨液压油（最好使用名牌产品）（一）加油方法1.取一条（KJ）—19（1000）的液压胶管，一头接在操作台后面板补油口处另一头放在补油油桶内；2.关闭截止阀I，开启截止阀Ⅱ，油液经过文丘理管时由于射流作用在部管内产生负压，补油油桶内的油液在大气压的作用下，通过补油管补入油箱，因此补油桶必须透气，3.加油至油标中间位置，停止加油，关闭截止阀Ⅱ，开启截止阀I，4.取掉油管，安装堵头，（二）注意事项1.补油时，油箱内必须保证有液压泵正常吸油时的足够油量，否则，应打开回油过滤器向油箱内加入足量的油后再打开补油系统补油。2.确保液压系统油液的清洁性，3.按照规定，定期更换过滤器滤芯，当过滤器堵塞时及时更换，4.机器工作前，观测油箱上液位液温记，油量不足时及时添加，5.本机推荐使用的液压油不得与其他油种混合使用，否则会造成油质过早恶化，6.机器工作时，油箱冷却器内有足够的冷却水通过，防止油温过高。五、电气维护（一）定期清除各处的污垢、锈斑，并在各隔爆面及磁路系统接触面上涂上薄薄一层防锈油脂。隔爆面如有损伤，必须按照GB1336—1997<防爆电气设备制造检验规程>中有关隔爆面修补规定进行修补。（二）进行周期性检查，检查箱体外壳有无损伤，电缆在进出线装置中固定是否牢靠；（三）定期检查各开关手柄、按钮是否灵活、可靠，动静触头是否良好，接触器、中间断电器等电气元件是否正常，在触头损坏、污损或接触表面产生融化的金属微粒时，可以用系锉清理，但不准用金刚纱布打磨；（四）出现故障时，依据显示排除故障。5.3机械部分维护使用机械部分维修包括检修质量的一般技术要求及各部件的检修质量和检修方法等。一、一般技术要求（一）检修原则1.投井机各零部件检修后应满足设计及工艺要求，装配应按照装配工艺规程进行；2.将整机进行解体清洗干净，对零部件进行技术鉴定，视各零部件损坏情况确定修复的具体方案；3.更换的外购件、标准件、备件需要合格证；4.装修过程中，不得划伤、磕碰零件的结合面、配合面。(二)齿轮及传动轮箱齿轮任何部位若有裂纹、折断、剥落及严重磨损等现象应更换。齿轮的失效判断应根据MT291.9-92规定；齿轮齿面需修刮时，一般只修刮大齿轮齿面；若在齿轮箱内对研时，应防止磨料甩入轴承内；齿轮箱体与箱盖上销与孔的配合应满足设计要求，齿轮箱体与箱盖的结合面，不应划伤，若有局部划伤，在长度不超过结合面宽的1/3，深度不大于0.3～0.5时，可研平修复；齿轮箱体不应有变形、裂纹等，箱体允许焊修复，但应有防变形消除内应力措施；齿轮箱装配后，转动应灵活无卡阻；齿轮箱装配后，应按设计要求进行空载试验，试验时不应有冲击，其噪声、温度和渗漏不得超过MT291.1-92规定；齿轮或齿轮齿条副装配后，齿面的接触斑点及侧隙符合设计要求，或分别符合，锥齿轮副若损坏，应成对更换，更换锥齿轮副时，应调整间隙和接触区，使其正确啮合。（三）轴及轴孔1.轴不允许有影响