履带式半煤岩掘进机截割部设计（全套含CAD图纸）
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履带式
半煤岩
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摘 要 对 履带式半煤岩 掘进机的总体方案设计中工作、装载、输送、转载、行 走机构型式及除尘装置作了系统、全面的介绍。 半煤岩 掘进机是一种能 够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除尘的联合机组。它既可用 于煤矿井下，也可用于金属矿山以及其他隧道施工。 掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据 掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构 型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。 关键词 ：掘进机； 总体设计； 截割部设计 ； 减速器设计； 零件 of s in a is to It be to be is in BM a of to of to is of 目录 目录 1 前 言 . 1 计背景和目的 . 1 煤岩掘进机介绍 . 2 作机构的型式 . 2 载机构的型式 . 3 送机构的型式 . 4 载机构的型式 . 4 走机构的型式 . 4 尘装置的型式 . 5 压水细射流辅助切割技术 . 5 掘进机主要特点 . 6 2 设计任务及相关参数 . 7 3 总 体 设 计 . 8 械、液压部分 . 8 述 . 8 要技术参数 . 9 要 结构和工作原理 . 10 （ 1）油缸回路 . 17 （ 2）行走回路 . 18 （ 3）回油过滤器 . 20 （ 4）四联手动换向阀 . 20 （ 5）油缸 . 20 （ 6）油箱 . 21 滑 . 22 气部分 . 23 统的组成 . 23 统的结构 . 23 作原理 . 25 （ 1）主回路部分 . 25 （ 2）电源部分 . 26 （ 3）控制单元 . 26 （ 4）保护单元 . 27 目录 4 截割部总体结构设计 . 27 动机的选型 . 27 （ 1）电机参数 . 27 割头的结构设计 . 28 5 截割部减速器传动机构设计 . 29 动方案的拟定 . 29 动装置总传动比的确定及各级分传动比的分配 . 29 动系统的运动和动力参数 . 30 速级部分 . 3030 速级部分 . 34 . 34 . 35 接触强度设计 . 35 轮传动的主要尺寸 . 36 轮传动的主要尺寸 . 36 . 37 . 37 的设计 . 38 承的校核 . 41 的校核 . 43 齿联轴器 . 43 6 掘进机的操作和使用 . 44 进机的操作 . 44 作手柄的位置及其功能 . 44 进机的操作程序 . 45 进机的掘进作业 . 47 进机的操作注意事项 . 48 7 掘进机的拆运、安装和调整 . 49 器的拆卸和搬运 . 49 进机井下组装 . 50 器的井下调试 . 52 器的调整 . 52 8 掘进机的检修及维护保养 . 54 目录 器的日常维护保养 . 54 器的定期维护保养 . 54 滑 . 55 压系统用油 . 56 气 . 56 9 机器常见故障原因及处理方法 . 57 10 安全保护 . 59 装与检查 . 60 护、修理与故障排除 . 60 装及保管 . 61 参考文献： . 62 附录 . 64 英文原文 . 68 on of . 68 中文译文 . 75 悬臂式重型掘进机关键技术探讨 . 75 致 谢 . 81 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 1 页 1 前 言 此次设计的掘进机机型适用于 截割的煤岩 普氏硬度 f5，主要适用于煤及半煤岩巷的掘进， 亦可 用于条件类似的其它 非煤 矿山及工程巷道的掘进。是普采、综采的采准巷道机械化掘进的主要设备。 计背景和目的 随着煤炭工业的发展。目前我国的矿井设计逐渐采用一井一面布置的采煤方法，其开采强度提高，推进速度增快，从而带来采掘机械化比例失调，采掘矛盾日益彰显。另外对于一些开采年限较长的矿井，易采的中厚煤层资源日益减少，而薄煤层的开采比例逐年增加，在全部采准巷道中 ,半煤岩巷的比例已经达到 25%，但这些巷道中的 90%仍旧采用着传统的炮掘作业，劳动强度大，安全性差。目前，我国大部分煤矿使用的主要机型多是二十世纪六、七十年代设计的，这些原有的设计理念逐渐陈旧、零部件可靠性较差、开机率低、维护量大，而且机重 偏轻、截割功率小、过断层和截割岩石的能力差，不能适应较复杂煤层的要求。 因此开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机已经成为当务之急，用于解决掘进机更新换代的问题，缓解采掘矛盾的紧张局面。 煤岩掘进机介绍 半煤岩 掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除尘的联合机组。它既可用于煤矿井下，也可用于金属矿山以及其他隧道施工。掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据 掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构型式，对于实现整机的各项技术指 标、保证机器的工作性能具有重要意义。 掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 2 页 作机构的型式 半煤岩 掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。因悬臂截割式掘进机机体灵活、体积较小，可截出各种形状和断面的巷道，并能实现选择性截割，而且截割效果好，掘进速度较高；所以，现在主要采用悬臂截割式，并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式 。 按截割头的布置方式，分为纵轴和横轴式两种。纵轴式截割头传动方便、结构紧凑，能截出任意形状的断面，易于获得较为平整的断面，有利于采用内伸缩悬臂，可挖柱窝或水沟。截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆柱形，由于后两种截割头利于钻进，并使截割表面较平整，故使用较多。缺点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心，与悬臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动，故稳定性较差。因此，在煤巷掘进时，需加大机身重量或装设辅助支撑装置。 横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。这种掘进机截齿 的截割方向比较合理，破落煤岩较省力，排屑较方便。由于截深较小，截割与装载情况较好。纵向截割时，稳定性较好。缺点是传动装置较复杂，在切入工作面时需左右摆动，不如纵轴式工作机构使用方便；因为截割头较长对掘进断面形状有限制，难以获得较平整的侧壁。这种掘进机多使用抛物线或半球形截割头。 由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载运转、有冲击载荷、振动较大，要求其传动装置体积小，最好能调速。考虑掘进机工作时，截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩，而且要能上下左右摆动，以掘出整个断面，掘进 机工作机构一般都采用单机驱动。虽然液压传动具有体积小、调速方便等优点，但由于对冲击载荷很敏感，元件 不能承受较大的短时过载，一般选择过载能力较大的电动机驱动。 载机构的型式 半煤岩 掘进机的装载机构有 4 种 : (1)单双环形刮板链式。单环形是利用一组环形刮板链直接将煤岩装到 机体后面的转载机上。双环形是由两排并列、转向相反的刮板链组成。若刮板链能左右张开或收拢，就能调节装载宽度，但结构复杂。环形刮板链式装载机构制造筒单，但由于单向装载，在装载边易形成煤岩堆积，从而会造成卡链和断链。同时，由于刮板链易磨 损，功率消耗大，使用效果较差。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 3 页 (2) 螺旋式。是横轴式掘进机上使用的一种装载机构，它利用左 右两个 截割头上旋向相反的螺旋叶片将煤岩向中间推入输送机构。由于头体形状的缺点，这种机构目前使用很少。 (3)耙爪式。是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运输机构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好，目前应用很普遍。但这种装载机构宽度受限制，为扩大装载宽度，可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆动，或设计成双耙爪机构，以扩大装载范围。 (4)星轮式。该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠，但装大 块物料的能力较差。 通常，应选择耙爪式装载机构，但考虑装载宽度问题，可选择双耙爪机构，也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。 装载机构可以采用电动机驱动，也可用液压马达驱动。但考虑工作环境潮湿、有泥水，选用液压马达驱动为好。 送机构的型式 半煤岩 掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动式，即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者 运动相牵连，相互影响大。由于该位置空间较小布置较困难。 输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单，和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多，故障点有所增加。 目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。 载机构的型式 该掘进机的转载机构有两种布置方式： 作为机器的一部分； 为机器的配套设备。目前，多采用胶带输送机。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 4 页 胶带转载机构传动方式有 3种 ： 用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒； 由电动卷筒驱动主动卷筒； 利用电动机通过减速器驱动主动卷筒。 为使卸载端作上下、左右摆动，一般将转载机构机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动，达到摆角要求；同时，通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作，以达到卸载的调高范围。 转载机构应采用单机驱动，可选用电动机或液压马达。 走机构的型式 该种掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种 ： (1) 迈步式。该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。采用框架结构 ，使人员能自由进出工作面，并可越过装载机构到达机器的后面。使用支撑装置可起到掩护顶板、临时支护的作用。但由于向前推进时，支架反复交替地作用于顶板，掘进机对顶板的稳定性要求较高，局限性较大，所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机，在煤巷、半煤岩巷中也有应用。 (2) 导轨式。将掘进机用导轨吊在巷道顶板上，躲开底板，达到冲击破碎岩石的目的。这就要求导轨具有较高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。 (3) 履带式。适用于底板不平或松软的条件，不需修路铺轨。具有牵引能力大，机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。但 其结构复杂、零部件磨损较严重。 目前，半煤岩掘进机通常采用履带式行走机构。由于其工作环境差，用电动机驱动易受潮烧毁，最好选用液压马达驱动。 尘装置的型式 掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种 ： (1) 喷雾式。用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散、雾化，使粉尘附在 雾状水珠表面沉降下来，达到灭尘 效果。这种除尘方式有以下两种： 外喷 雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头 包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远， 粉尘容易扩散，除尘效果较差； 内喷雾 降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 5 页 置，压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲 淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。但喷 嘴容易堵塞和损坏，供水 管路复杂，活动联接处密封较困难。为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相 结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却 水由喷嘴喷出降尘。 (2)抽出式。常用的吸尘装置是集尘器。设计掘进机时，应根据掘进机的 技术条件来选集尘器。为提高除尘效果，可采用两级净化除尘。由于集尘器 跟随掘进机移动，风机的噪音很大，应安装消音装置。 抽出式除尘装置灭尘 效果好，但因设备增多，使工作面空间减小。近年来，除尘设备有向抽出式 和喷雾式联合并用方向发展的趋势。 压水细射流辅助切割技术 对于全煤巷或很软的岩巷，利用掘进机掘进，效率高、成本低。但对于 岩巷掘进和隧道掘进，一般其岩体 f8( 抗压强度在 80 100，掘 进机效率明显降低，截齿消耗量大增，导致生产成本显著提高。这时，应考 虑采用高压水细射流辅助切割技术。 该技术为利用 20量为 4L/孔径为 对截齿的机械破碎起辅助作用。 掘进机截割头上喷出的压力水按压力高低分级，见附表 附表 助切割压力水分级 目 低压 中压 中高压 高压 超高压 水压 20 20 140 140 400 400 经验表明，对煤辅助切割作用的最低压力约 40岩石的最低水压为 70右。在掘进机上安装的高压水细射流系统为：外来水经过控制阀、滤水器进入增压器，压力增高后的高压水进入悬臂端的旋转密封，由截割头上安装的数个喷嘴喷射出去。 增压器由液压油驱动，可提供 70上的压力水，旋转密封装置装在截割头转轴处，保证截割头处的水压和水量，喷嘴的直径根据水压和流量选取。 在掘进机的截割头上，喷嘴安装位置有 3 种： 装设在截齿前方。优点是截齿和齿座为通常型，成本低；喷嘴安装位置不受限制，可选用标准喷嘴；更换截齿或喷嘴互不影响，便于维修；不存在岩粒回弹损坏喷嘴问题；但喷嘴因水束流程远，打击岩石的力较小，能耗高、水耗大，破岩效率不佳。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 6 页 安装在截齿上靠近齿尖处。优点是冷水通过齿座和齿身对截齿的冷却效果好，可延长截齿寿命；喷嘴靠近煤岩体，破岩效果好；除尘和扑灭火的效果也很好。 缺点是需用专用的截齿和齿座，其结构复杂，制造成本高；喷嘴离煤岩体近，回弹的岩粒会加速喷嘴的损坏。 喷嘴装在齿座上。当截齿与煤岩体接触才喷水的方式，齿不工作时不喷射，可节省水；除尘和扑灭火花的效果好。缺点是在截割软煤时不射流；水射流破岩作用滞后于齿尖的切割作用；齿和齿座结构复杂，制造成本高，事故多，维修量大。 应用高压水细射流辅助切割技术，是扩大掘进机的使用范围、提高掘进速度的最佳途径，但其系统形式、水压和流量，及其零件的结构尺寸要根据煤岩体性质合理地确定。 掘进机主要特点 1、 机身矮， 结构紧凑，可靠性高，适用于中等断面巷道掘进； 2、 采用小直径截割头，单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强、 切割震动小、工作稳定性好； 3、 电器系统采用了可编程控制器 (为主控制器，保护功能强，具 有工况检测和故障诊断功能。 4、 采用 “ 三高 ” （即高品质、高使用寿命及高性价比） 硬质合金和新工艺生产的截齿，截齿强度高，耐磨，损耗小； 5、 星轮装载机构采用液压马达直接驱动，取消了减速器，提高了装载 机构的可靠性； 6、 采用无支重轮履带行走机构，性能可靠，维护量小 ； 7、 液压系统采用自动加油系统全封闭油箱，确保了油液清洁度，增加 了液压系统的可靠性； 8、 设置了独立的液压锚杆钻机动力源，可以同时驱动两台锚杆钻机， 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 7 页 省去了锚杆钻机自身配置的动力源 ； 9、 设有独立的锚杆钻机 及加油泵站，为两台锚杆钻机提供动力，方便 油箱加油，避免了加油时的污染 。 2 设计任务及相关参数 履带式半煤岩掘进机截割部设计 主要参考参数和要求： 机身长： 宽： ： 卧底深度： 245割功率： 120装机功率： 190 经济截割煤岩硬度： 60掘巷道断面： 18 最大可掘高度： 大可掘宽度： 5m 龙门高度： 350刮板速度： s 运输形式：边双链 履带宽度： 2 250走速度： 3m/作） 6m/动） 额定电压： 1140/660v 设计要求： 1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计； 2、完成截割部及总体结构设计； 3、完成截割部传动 4、行星 传动主要组件、零件图设计及零件加工工艺编制； 5、编写完成整机设计计算说明书、中英文翻译，可有专题论述。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 8 页 3 总 体 设 计 械、液压部分 述 本次设计的 机 型 为悬臂式半煤岩掘进机，适应巷道断面 9 18m 、坡度 16 、可经济切割单向抗压强度 60煤岩，属中型悬臂式掘进机。该机主要特点是结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。 用范围 ： 该悬臂式掘进机主要是为煤矿综采及高档普采工作面采准巷道掘进服务的机械设备。主要适用于煤及半煤 岩巷的掘进，也适用于条件类似的其它矿山及工程巷道的掘进。该机可经济切割单向抗压强度 60煤岩，可掘巷道最大宽度 (定位时 )5m，最大高度 掘任意断面形状的巷道，适应巷道坡度 16 。该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机，实现连续运输，以利于机器效能的发挥。 要技术参数 机 长 ： 宽： 高 : 割卧底深度 ： 240 功 率 ： 190经济截割煤岩硬度 ： 60掘巷道断面 ： 18最大可掘高度 ： 大可掘宽度 ： 应巷道坡度 ： 16 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 9 页 机器供电电压 ： 660/1140V 电动机 ： 型 号： 率 ： 120 速 ： 1478r/割头 ： 转 速 ： 55r/ 齿 ： 镐形 最大摆动角度 ： 上 ： 42 下 ： 29 左右各 26 装载形式 三爪转盘 装运能力 180m3/h 铲板宽度 板卧底 250板抬起 360盘转速 30r/运输形式 边双链刮板 槽 宽 510门高度 390 速 s 锚链规格 18 64紧形式 黄油缸张紧 行走形式 履带式 (液压马达分别驱动 ) 行走速度 工作 3m/ 调动 6m/地长度 动形式 摩擦离合器 履带板宽度 500紧形式 黄油缸张紧 系统额定 压力： 油缸回路 16走回路 16国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 10 页 装载回路 14送机回路 14载机回路 10杆钻机回路 10统总流量： 450 L/站电动机： 型 号 率 55速 1470 r/站三联齿轮泵流量 50/50/40ml/r 泵站双联齿轮泵流量 63/40ml/r 锚杆泵站电动机： 型号 率 15速 1470 r/杆泵站双联齿轮泵流量 32/32ml/r 油箱： 有效容积 610L 冷却方式 板翅式水冷却器 油缸数量： 8 个 灭尘形式 内喷雾、外喷雾 供水压力 3喷雾压力 量 63L/却部件 切割电动机、油箱 供电电压 660/1140V 总 功 率 190爆形式 隔爆兼本质安全型 控制箱 隔爆型 要结构和工作原理 掘进机主要由截割部、装载部、刮板输送机、行走部、机架和回转台、液压系统、水系统及电气系统等部分组成，参见图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 11 页 截割部又称工作机构，结构 如图 要由截割电机、叉形架、二级行星减速器、悬臂段、截割头组成。 截割部为二级行星齿轮传动。行星减速器结构如图 120齿轮联轴节传至二级行星减速器，经悬臂段，将动力传给截割头，从而达到破碎煤岩的目的。 图 整机系统图 1 2 3 4 56走部 78 9 10 11 整个截割部通过一个叉形框架、两个销轴铰接于回转台上。借助安装于截割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装于回转台与机架之间的两个回转油缸，来实现整个截割部的升、降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 12 页 图 截割 机构 1 2 34 5 6 7图 二级行星齿轮减速器 装载部结构如图 示，主要由铲板及左右对称的驱动装置组成，通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪转盘向内转动，从而达到装载煤岩的目 的。 装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板左右升降油缸铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上、下摆动 ,可向上抬起 360国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 13 页 向下卧底 250机器截割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的截割稳定性。 刮板输送机结构如图 示，主要由机前部、机后部、驱动装置、 边双
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