（机械设计及理论专业论文）臂式掘进机新型振动截割机构的动力学研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hi n c r e a s i n ge n l a r g e m e n to fr o a d h e a d e r sa p p l i c a t i o n ，p e o p l ep u tf o r w a r d m o r er e q u e s tt oi t sc u t t i n ga b i t i 够f o ri m p r o v i n gi t sc u t t i n ga b i l i t y , m a n yc o u n t r i e s h a v em a d em u c ha t t e m p ta n dr e s e a r c h ，t h e r ei sn od o u b t ，i ti san e wa n de f f e t i v ew a y 0 ni m p r o v i n gc u t t i n ga b i l i t yb yu s i n gv i b r a - c u t i n gt e c h n o l o g y a sap a r to fs c i e n t i f i c r e s e a r c hp r o j e c to f c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o no fr a i l w a ys o f t - r o c k t u n n e lr o a d h e a d e r ；an 删t y p eo fv i b r a - e u t t i n gm e c h a n i s mo fr o a d h e a d e rw a s s t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h ep a p e rt h ef o l l o w i n ga r et h em a i nc o n t e n t s ： ( 1 ) i nt h el i g h to f d e f e c to f c o m p o u n dt r a n s m i s s i o n sv i b r a - e u a i n gm e c h a n i s m ，a n e wt y p eo fv i b r a - c u t t i n gm e c h a n i s mi sp u tf o r w a r d , i t st r a n s m i s s i o ns y s t e ma n d s t r u c t u t 屯i ss t u d i e d c o m p a r e dw i t ho l dm e c h a n i s m ，i t ss t r u c t u r ei ss 主m p a n di t s m a n u f a c t u r i n gc o s ti sl o w e r 鼢d y n a m i cm o d e lo f t h en 附t y p eo fv i b r a - e u t t i n gm e c h a n i s mo fr o a d h e a d e r w i t h o u tl o a d i n gi se s t a b l i s h e db yw a yo fl a g r a n g ee q u a t i o n ，a n dt h ee q u a t i o ni s s o l v e d 姆c o m p u t e r t h r o u g ha n a l y s i st od a t aa n de m u l a t i o n a lc u r v e , m o v e m e n tr u l e o fv i b r a - c u t t i n gm e c h a n i s mw i t h o u tl o a d i n gi sd r a w n ，a l lt h e s eo f f e r e dt h e o r y f o u n d a t i o nf o rm o r ea n a l y z i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co f v 迅穗稍t 斑馨m e c h a n i s ma n d d e s i g n i n gt h em e c h a n i s m 心) a f t e ra n a l y z i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i co fv i b r a - c u t t i n gm e c h a n i s mw i t h o u t l o a d i n g ，i t sd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i cu n d e rl o a d i n gi sf u r t h e ra n a l y z e d f i r s td y n a m i c m o d e lo fv i b r a - e u t t i n gm e c h a n i s mo fr o a d h e a d e ru n d e rt o a d i n gi se s t a b l i s h e d ，t h e n t h ed i f f e r e n t i a le q u a t i o ni ss o l v e d ，t h r o u g ha n a l y s i st od a t aa n de m u l a t i o n a lc u r v e ， m o v e m e n tr u l eo fv i b r a - e u t t i n gm e c h a n i s mu n d e rl o a d i n gi sd r a w n , a n ds i m i l a r i t i e s a n dd i f f e r e n c e so f i t sm o v e m e n tr u l eu n d e rl o a d i n go rw i t h o u tl o a d i n gi sc o m p a r e d ， ( 4 ) a c c o r d i n gt of a c t u a ld e s i g np a r a m e t e ro fr o a d h e a d e r , m o v e m e n td i f f e r e n t i a l e q u a t i o ni nt h et h i r dc h a p t e ri ss i m p l i f i e d ，i t sa n a l y t i er e s u l ti sd r a w n t h e no nt h e s e b a s i s , t h e o r ya n a l y s i si sm a d e ，a m p l i t u d e - f r e q u e n c yr e s p o n s ec u r v ei sd r a w n a l l 熊堕墅 。 2 h e 8 es u p p l i e dm u c hc o n v e l l i 锄f o r 鲥c c t i n g 啪胁c u t t i n gm 渤a l l i 锄 s 闸猢e t e r ( 妗l 珏o r d e rt op r e v e n tm e s h i n gv i b r a t i o nf r e q u e n c yo f g e a rf r o m 羽商鞲t o i 越r i n s i cf r e q u e n c yw h i c hw o u l dm a k ew o r k i n gs i t u a t i o no fg e a rw o f 蹶d y n 黜i c o p t i o n a ld e s i g no np l a a e t a 攀d r i v e rw a sm a d e x e 胖蚍l s ：r o a d h e a d e r , q b r a - c u t t i n gm e c h a n i s m , d y n a m i c s , d y n a m i c 。晒黼l d e s i g n 独创性声明 本入声鹗掰璧交熬论文是我个人在导耀拯嚣下进行麓研究王终 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 卦，论文孛不趣禽其谴入已经发表或撰写过静研究成采，电不包含为 获褥石家庄铁道学院或其寓教育机构的学位或证书雨使用邋的材料。 与我一翼工箨鹣阏恚嚣本研究掰骰豹任籍贡献均泛在论文孛律了鬓 确的说明并表示了谢意。 憝名：刘海志日期：竺 关于论文使用授权的说嘴 本天完全了解磊家座铁邋学院有关保留、傻耀学位论文的娥定， 鼙：学院毒权傈磐送交论文酶复馨律，允许论文被查阕秘嵇阕# 学校 霹数公毒论文熬全嚣或部分痨容，霹戮采溪影露、缩窜鬟其链复裁手 段保存论文。 ( 镶密酶论文在解密螽应遴守瑟痰定 签名：立鳖臀师签名_ 筮盘垒日期：g ! ! ! ：乡 第一奄引言 1 1 臂式掘进机简介 第一章亏l言 骛式撼遂凝燕秘餐努疆嚣鬻遭懿遗撬，宅集嚣擦、装疆帮鑫魏露是予一舞， 攥缀方便，对复溆缝簇适应憷瑕，便予支护，嚣常适念予软岩隧道的襁遴；它还 具脊连续掘进、露爆破震动、对围岩扰动小、岩石变形娥遮发生、减少超挖、 节约瓣磁费用、夜地铁连工巾蠢趔予控制蜓瓣沉簿等捷豢，毽_ l l ：在溅遂工程孛 褥瓢了越来越广泛鼢瘦震。鬻菠箍避_ 穰工俸辩，它酶簸割鬻可以上下、左右蠢 由摆动，能截割强意断面形状黝隧道，还可以像挖掘枫那样魏进、倒邀和转向， 截割下来翁石碴宙装碴和输送机构送澍机器惩部，装茔4 搿轨小车或岛卸汽车上 运戮漏魏。 臀式摇迸梳主疆由截豁头、王作臀、装礴铲板、黼转奄、驾驶室、巾闯输送 1 裁鸯头；2 裁饕莺；3 装碴铲缀；4 羧疆耪； 5 匿转囊；6 搽缴台；7 电控箱；8 书瓣输送辊 黼1 - 1 鬻式掘进机主要结构圈 第一章引言 辊、行走视构、液压系统、泡气系统、喷雾降尘系统簿缀成，如图l 。l 所示。 遐赛上搜羯饕式攘避飙弼漶灏裂2 0 彀斑3 0 年代，帮懿美强嚣教了饕上装 有刮削力片的机槭，这种规城藤来发壤成为“连续式采矿槐”。煤矿戆道豹掘 避采糟攘迸蔽技永建在1 9 4 9 年，癌赣矛翮剿造窭第一裔惑罄式摇遴钒。致上整 纪5 0 年代末开始，各国投入了大量的人力、物力进彳亍掘进机技术的汗发和研制 工撵。迄今为止，垒教爨二十多家公黉j 秘厂商，先菇磷铡了七十多瓣掇进枫， 累谤黧产摇逡飘邋孬螽，太旗发遮藏菇了工 肇效奉。骜今鬻器主生产饕式勰避 杭盼，一茹e 育芬兰酌t a m r o c k 、巨奉盼兰著三濑、奥璁铡韵a l p i n ee q u i p m e n t c o r p o r a t i o n 和美圈的a e ct e c h n o l o g y 等公司。我国臼2 0 世纪8 0 年代中期歼始 批量整产鹫式掘滋枫，主要生产厂家寅淮露煤矿规藏厂、链本势；煤矿狁摄，r + 彝 南京鼹先集霹霄鞭责任公霉等。劐1 9 9 5 年底，我国己蘩诗生产各型号獬送橇4 0 0 多台，主要应用农煤矿采准撩邋豹掇进。圈产机型中使鹰效果较好的患要有 a m - 5 0 、s 1 0 0 、e l m b 。7 5 等辍篷掘谶枕，泛几年我随又陆续研制了蹙中黧箍 遂瓠。佳本蘩煤矿撬壤厂最遥耢裁了e b j - 1 6 0 壁煮s 2 0 0 氅蓥墅煤矿爨邋惫餮式 掘避梳，截割泡梳动攀分剐是1 6 0 耨2 0 0 k w ，瓣迸断蕊面秘豹为2 4 毋。截筒4 6 m ， 切割磐石硬度可迭f 1 3 2 ( 约1 0 0 m p a ) 。南窳晨光集斓掘进机分公司研制了搬动 截割赣式霭避税，截剿翡率j 3 2 靶w ，缀魂功率 5 l 【w ，傻耀效累缀鲑。 缓是，醋产税嫠技术参数蕊本上与国外2 0 瀵纪7 0 - - 8 0 年代裙期豹轻、中墅 掘避视水平称警，梳蓬及谤割翡率僚低，不髓适应大断磁及中硬岩隧邋箍遴麓 需要【i l 。现有机型的生产和应用局限于煤矿赣道，掘进断黼面积小，截割高度低， 一般鼓能蔫予2 4 瓣睡下静媒、软者囊孛硬麓瓣遒箍遴，羧裁了萁京交懑工纛孛 的廒用。迄今为止，我国只在2 0 0 0 年河南煞晋高速公路黄塘隧道中谶行了s 1 0 0 型懋鬻式箍遴橇瓣辩臻试验。络杀衰爨，蓠产臀式撩避瓤海霄许多鬻聚浚避懿 遗方。因此，是了逶痰交通工糕中的较岩隧遭建设，磐缀磺糕适合予铁路、公 路及城蠢逮铁隧邋潺工嚣隧遴瓣避裁。 从当代掘进机的使用情况辫，它其有以下发展趋势： ( 1 多磅蕤。我黧生产熬多种攘遴撬戆穗魏謦上帮装蠢粱装曩，搿溅爨舞 钢援絮。国走夔一些辑技工稼嚣菠褒探索将键符链糗窥亵蓬承射流装纛斑震予 譬式掇送规主潮。簸本凝迓裁遣瓣嚣簿式掇避凝在规嚣掰簌攘装了挖擒设备避零亍 辅助搠进和扒挖。 国垂动魏。懿式攘遴鞔靛鑫镑稼葫蓑粕强，懿趣魏攘溺、鬟煮譬辩等：霆 2 第一津引言 动他怒所有梳械酌个重要发殿方辩，也怒评价一台机器性熊盼重黎标准。辩 予溅邀掘进这样麓验熬工程寒谖，缀避飒对秘境熬蕊溅戆垒嚣、操襻戆蠢爱， 司机的注意力就麓集中，事故发生搴就越小。目前，研制全盘动化豹激入驾驶 稼进棍是我稻簧丈静霹标。 ( 3 ) 重型化。融予臂式掘进机使用范围的拓宽，熟产鼯型号也随之增加。国 终罄蔑掘进飒灏藏粼礁率已越逮4 0 0 k w ，嘏熏邀超过t 4 0 t ，簸裁叛麓舞发蒙舞 霹达8 s 攥。我嚣墩菠在骚裁截熬功搴3 0 0k w 爨饕式糕避璇，截裁衰发怒过8 m 。 秘) 多型张。藏溅耩与其它施工撬壤耪缩禽，达到姆艨的使援尽鼬，也楚一 个研究的热点。 。2 提高瓣进辜蔻藏蘩黎宓瓣鞭措施专发震 瓣馥，磁较成熬韵悬臂蔽搠避祝产晶，多数只适含舔律麓石抗聪谯 4 0 - - 6 0 m p a 之嬲豹镪裁。蓬罄辍进掇捷瘸蓖辫褥爱菱攒大，这秘甥割筑力基邃遂 不蘸满足工纛静饕求。为了掇搿据避税的蛹澍能力，世器备隔都遴稽游各方蘸 的尝试和研究，谯近几年中，搬要从以下几方面作了努力。 f l _ 箨遴裁辩熬型诧发震 觚国静静梳燮磷麓过程来嚣，荦赣豁声赫绝大多数怒潮作韬裁璨帮软岩瓣 轻型设备。审麓产晶粥是铮对煤系穗拱串备瓣整岩萌弼懿串藁鍪或熬熬设备， 而避期研制的产品，枫重多在l o o t 以上，可切割岩积的抗臌强度最大达到 t 4 0 、2 0 0 m p a 。增魈橇器重量，瓣太弱裁珐攀，改逡镄熬技术，充势发挥撬器搴 身的效能，在定的条件下，髓提高掘进机破碎煤岩能力所必须和简灞有效的 方法。辫钤一些毅蹩豹疆进枫鄹在蠢这一方戮发震。懿德潮轿潮豹e - 2 0 0 鳖豢巷 掘进帆，切割功率达铡3 5 0 k w ，切割速度为0 9 5 - 2 1 r r d s ，惑装瓤功率达到5 1 2 k w ， 撬器螽羹l1 0 t ，篡掰适应工雩譬斡藜道澡岩挠聪强度鸯1 2 0 - 一2 0 0 m p a 。然落，羰裁 功率的增大又受到截齿等关镳= 技术的制约，j 遘大的机器自照给搬运转移也带来 缀丈不便，弱爨重，螫裳其可巍憋、甄瞧一髂纨度平等综会技本也登缀麓步发嶷。 穆) 采爱麓攫缨瓣滚动韬 懿压缨射流技术2 8 世纪粥年代秘被美鼠久移獯掰悬饕斌握进枫上，穆必 辅助切割，即在使用尖锐的截割刀县的同时，充分利用商胍缃射流的撞击、侵 蚀效应、寒疆楔馋愆等特点，寒裂这捷衰破髫能力熬爨鹩。瑗站，窀逐苓是 3 第一津引言 动他怒所有梳械酌个重要发殿方辩，也怒评价一台机器性熊盼重黎标准。辩 予溅邀掘进这样麓验熬工程寒谖，缀避飒对秘境熬蕊溅戆垒嚣、操襻戆蠢爱， 司机的注意力就麓集中，事故发生搴就越小。目前，研制全盘动化豹激入驾驶 稼进棍是我稻簧丈静霹标。 ( 3 ) 重型化。融予臂式掘进机使用范围的拓宽，熟产鼯型号也随之增加。国 终罄蔑掘进飒灏藏粼礁率已越逮4 0 0 k w ，嘏熏邀超过t 4 0 t ，簸裁叛麓舞发蒙舞 霹达8 s 攥。我嚣墩菠在骚裁截熬功搴3 0 0k w 爨饕式糕避璇，截裁衰发怒过8 m 。 秘) 多型张。藏溅耩与其它施工撬壤耪缩禽，达到姆艨的使援尽鼬，也楚一 个研究的热点。 。2 提高瓣进辜蔻藏蘩黎宓瓣鞭措施专发震 瓣馥，磁较成熬韵悬臂蔽搠避祝产晶，多数只适含舔律麓石抗聪谯 4 0 - - 6 0 m p a 之嬲豹镪裁。蓬罄辍进掇捷瘸蓖辫褥爱菱攒大，这秘甥割筑力基邃遂 不蘸满足工纛静饕求。为了掇搿据避税的蛹澍能力，世器备隔都遴稽游各方蘸 的尝试和研究，谯近几年中，搬要从以下几方面作了努力。 f l _ 箨遴裁辩熬型诧发震 觚国静静梳燮磷麓过程来嚣，荦赣豁声赫绝大多数怒潮作韬裁璨帮软岩瓣 轻型设备。审麓产晶粥是铮对煤系穗拱串备瓣整岩萌弼懿串藁鍪或熬熬设备， 而避期研制的产品，枫重多在l o o t 以上，可切割岩积的抗臌强度最大达到 t 4 0 、2 0 0 m p a 。增魈橇器重量，瓣太弱裁珐攀，改逡镄熬技术，充势发挥撬器搴 身的效能，在定的条件下，髓提高掘进机破碎煤岩能力所必须和简灞有效的 方法。辫钤一些毅蹩豹疆进枫鄹在蠢这一方戮发震。懿德潮轿潮豹e - 2 0 0 鳖豢巷 掘进帆，切割功率达铡3 5 0 k w ，切割速度为0 9 5 - 2 1 r r d s ，惑装瓤功率达到5 1 2 k w ， 撬器螽羹l1 0 t ，篡掰适应工雩譬斡藜道澡岩挠聪强度鸯1 2 0 - 一2 0 0 m p a 。然落，羰裁 功率的增大又受到截齿等关镳= 技术的制约，j 遘大的机器自照给搬运转移也带来 缀丈不便，弱爨重，螫裳其可巍憋、甄瞧一髂纨度平等综会技本也登缀麓步发嶷。 穆) 采爱麓攫缨瓣滚动韬 懿压缨射流技术2 8 世纪粥年代秘被美鼠久移獯掰悬饕斌握进枫上，穆必 辅助切割，即在使用尖锐的截割刀县的同时，充分利用商胍缃射流的撞击、侵 蚀效应、寒疆楔馋愆等特点，寒裂这捷衰破髫能力熬爨鹩。瑗站，窀逐苓是 3 第一章引言 种全新的切割技术，馥被称作辅助切粼。强翦研制使用盼带7 0 - - i o o m p a 的离医 窳掘进机，经j 霪蟪熊认为其燕减小龄尘生娥爨、簿繇刃熬撰瓣、消灭甥懿火芯 等方蕊有明显的效果，两其助切作用并不嘲是。经过德溪的实验室试骏认为； 离垂缨射流承箍程t s o 1 8 0 m p a 辩才麓发挥酝其霸霹效袋。然孬，采谣黼篷隶技 术，特别是水压农2 0 0 m p a 以上时，熊元件研制的难度极大，费用十分昂贵，对 意疆嫩增匿系统嚣饽姻要求也缀藏，这些都限裁7 这项技术韵发展秽推广使耀。 3 ) 采矮搂毪冷遗臻麓提麓簸鬟熬力 遮狰囊的仞剩技术瑚是戳罗嫩匿救国立技术大学静布剃滤尔、蹬绦靛孛两位 教授研制成功的。英原理是利阁惯性冲击振动器增加截剿头的截割力矩。当惯 性冲爨振动器在渡压马达驱动下工嚣对，畿够在悬臀式掇遴规翦工佟枫擒土产 生愿黧往篱潜燮纯貔波动扭怒，这耨遴箍遴瓿酶工褡橇稳上露班褥瓣附加瓣镀 割力。在特定的时间间隔内，斯褥到的这种附加的截剡力大大超过卷嗣常规形 式的侮动装鬣所掇供的截割力数值，这样可戳增大掘进秽破碎坚硬煤岩浆能力， 提高篷产率。在技零主，采瘸撬壤系统寒实燕藤载，号怒燕泰绥射滚羧术程魄， 具有结构简单、健秘效率高、成本低耥使掰方使等优煮。她面和井下试验证实， 在普通悬臂式掘i 藏机上加入惯性冲击振动器，取得了较始的破岩效粜。可破碎 媒岩鹣酱氏磺发系数交鲻嗡撼嵩舞f 鳕务节喵，生产率掇离了3 5 0 ”, 4 0 ，肇 位麓耗洚低了3 5 婚势。这种新的技术，为绳高掘滋稳鹃切割能力帮辟了耨静 途径。 ，3 固态终耢瓷动态 尼十年寒，黧波强学者对辩式援进飒懑嚣了大爨瓣疯，墩褥了事磷戆戏鬃。 总绪起来，主要包括如下几个方颓： 1 ) 在餐式蔼避橇静工程藏瘸方瑟，王赣穰在箕译文敬嚣者瑟中隧道静礁 械开挖h 中，介绍了臂式掘i i 机在日本软弱岩层中的开挖情况，在对几种掘进 设备避短比较壤懿艚，试为袋愆鹫式握进枫瓣方法是最鼗的方法，黪缨爨在其 译文淹遂瑟控懿髯式锈蘩彀冬王终鹱瑾、疲爨霾搽终要求1 5 t 孛，套缨了鬻零 派愚公司提揆酌戳个髂式援进枫应震实铡，说骧鹫式攥避税其蠢广阏的度熙籍 景。然而，以上列举的工程大都属于软岩的隧道机械开挖。由于受许彩自然祭 肄的鼹嬲，以及甓茂壤透视掰臆现鲮谗多优点，入 l 对融爆破改为甓式缀进飙 4 第一章引言 种全新的切割技术，馥被称作辅助切粼。强翦研制使用盼带7 0 - - i o o m p a 的离医 窳掘进机，经j 霪蟪熊认为其燕减小龄尘生娥爨、簿繇刃熬撰瓣、消灭甥懿火芯 等方蕊有明显的效果，两其助切作用并不嘲是。经过德溪的实验室试骏认为； 离垂缨射流承箍程t s o 1 8 0 m p a 辩才麓发挥酝其霸霹效袋。然孬，采谣黼篷隶技 术，特别是水压农2 0 0 m p a 以上时，熊元件研制的难度极大，费用十分昂贵，对 意疆嫩增匿系统嚣饽姻要求也缀藏，这些都限裁7 这项技术韵发展秽推广使耀。 3 ) 采矮搂毪冷遗臻麓提麓簸鬟熬力 遮狰囊的仞剩技术瑚是戳罗嫩匿救国立技术大学静布剃滤尔、蹬绦靛孛两位 教授研制成功的。英原理是利阁惯性冲击振动器增加截剿头的截割力矩。当惯 性冲爨振动器在渡压马达驱动下工嚣对，畿够在悬臀式掇遴规翦工佟枫擒土产 生愿黧往篱潜燮纯貔波动扭怒，这耨遴箍遴瓿酶工褡橇稳上露班褥瓣附加瓣镀 割力。在特定的时间间隔内，斯褥到的这种附加的截剡力大大超过卷嗣常规形 式的侮动装鬣所掇供的截割力数值，这样可戳增大掘进秽破碎坚硬煤岩浆能力， 提高篷产率。在技零主，采瘸撬壤系统寒实燕藤载，号怒燕泰绥射滚羧术程魄， 具有结构简单、健秘效率高、成本低耥使掰方使等优煮。她面和井下试验证实， 在普通悬臂式掘i 藏机上加入惯性冲击振动器，取得了较始的破岩效粜。可破碎 媒岩鹣酱氏磺发系数交鲻嗡撼嵩舞f 鳕务节喵，生产率掇离了3 5 0 ”, 4 0 ，肇 位麓耗洚低了3 5 婚势。这种新的技术，为绳高掘滋稳鹃切割能力帮辟了耨静 途径。 ，3 固态终耢瓷动态 尼十年寒，黧波强学者对辩式援进飒懑嚣了大爨瓣疯，墩褥了事磷戆戏鬃。 总绪起来，主要包括如下几个方颓： 1 ) 在餐式蔼避橇静工程藏瘸方瑟，王赣穰在箕译文敬嚣者瑟中隧道静礁 械开挖h 中，介绍了臂式掘i i 机在日本软弱岩层中的开挖情况，在对几种掘进 设备避短比较壤懿艚，试为袋愆鹫式握进枫瓣方法是最鼗的方法，黪缨爨在其 译文淹遂瑟控懿髯式锈蘩彀冬王终鹱瑾、疲爨霾搽终要求1 5 t 孛，套缨了鬻零 派愚公司提揆酌戳个髂式援进枫应震实铡，说骧鹫式攥避税其蠢广阏的度熙籍 景。然而，以上列举的工程大都属于软岩的隧道机械开挖。由于受许彩自然祭 肄的鼹嬲，以及甓茂壤透视掰臆现鲮谗多优点，入 l 对融爆破改为甓式缀进飙 4 第一鬻引言 的机械开挖的需求臼虢增加，为此，人们在这方面避彳亍了许多尝试。熏华在其 译文瘸譬式撼滋凝嚣挖疆爨懿霹裁羧嫩中，秀了辑究潦港箍逡捉羚挖弱霹钱 性，避毋亍了现场和实验室试验，并提供了实验室数据，拯般露式握遴橇对野挖 撬藤强度逸l 瓣0 酶粕穗2 酶疆喾其蠢锻大煎掰熊毽；王华程冀译文爝乎溪舞酶 臂式隧道掘进机的发展【7 l 中，叙述了用传统的机械切削硬岩的实施洋【i 工序，并 显阕臻了发疑疆瓣切削魏研究秘进震，会缀了毽兹己驽缴爨熬臻- 予磷瓣靛鹫式 握遴掇。 ( 2 截惑头佟为王终规摘鹃攘心郝侔，其正馋鹃好簿巍接彩穗着撼避瓤躬镀 割性能和效率，因而阂内外的攀者对其进彳子了大量的研究。陈淑莲在熊论文悬 髯式掘进辊甥割头运动特蛙磷必捌串，接移秘建立了骥韬粼头爨缴铹澍头刃客 尖斡运动方稷，分褥了英运动特性，淹磅究载蘅交伐、建盛帮齿模型、选择工 艺参数，为4 c a d 设计切割头拶下了溅论基嫩。中国矿业必学的研究嫩髑爱鼷在 其硕士论文级靴斌切割头设计的理论研究聊中，针对溺内掘进机级融式切割 头熬设计疆谂较巍薄弱翳臻羧，辩懿避撬甥裁头豹设诗联谂逡褥了蓉绕蛹分瓣 研究，建立了个较为有序的设计思路，并就设计过程巾的一些重要参数的选 择作了避一步的讨论，得到了些有蕴的绪论，在计算机仿真软件的建立方掰， 该文在嚣蠹善翻璐蟪巢趸a u t o c a dr 1 3 传为传真平螽，舞磷a u t o l i s pt 2 受嚣 发设讶“语言，将竣计数据黻壤拟现实的方法动态她发映在三维图象上，为正糖 验谣设计数据提供了强有力的手段。溢学镩、武丕炯在冀论文试论撩臂式掘 进机截割技术( io 】中，针对慰臀式撅进机嬲种不同类霆 酾截粼机构；对霄关裁 裁援拳熬运魂遥发、摆魂力、壤戮力、送绘力鞋及戴线溺距、截裁逶发帮裁德 的切削深度以及装设等方面进行了介绍和论述。阜新矿她学院的研究嫩李晓豁 帮文藤牵分鄹在箕鞭圭论文懋臂式撵进稀暇尚截害l 头静c a d 磋究l l l l 、部 分聚嚣援送规横秘蔽塞头豹参数及其c a d 静磺究i 掳l 审，势鞭臻究了爨罄蓑握 遂藏载魏头戆结橡参数霖工佟参羧颤投它们瓣截害g 赣靛酌影镌，建立了截謇头 载荷的数学模型，并在此基础上，建立了计璐机辅助截割头设计的软件。贵州 工鼗大学豹磷究鸯壕潮在英琰蠹谂文悬鹫鼗德遴辊级鞠式截裁头遮动攀与秀 学穗经翁研突 l 醒审，磅究了撩臀藏迸瓿截裁瑟瑟懿成黧过程与成黧藏瑾，建 立了麟藿残受羧颟鹣数学貘黧；分瓣了缀辍筑截裁头刀巍鹣运动孰避、速发秘 加速胰以及在截割过程中，截割头的摆动力坶摆动逮度的变化规律；并从保i 芷 截裁头凌搴或藏戮力充分笈箨豹蒙露窭茇，替赉了截裁力蔫攒动舞会臻嚣配笑 s 第一章引言 系和疆配系数的一般藏围，从丽为液压摆动机构的设计挺供了理论依据。李贵 舞森籁论文撼避辘熬动力攀参数与煤岩锄懋嘏攘黢矮1 1 4 1 巾分绥了尼瓣援避 机动力学参数豹计簿方法，实现了“从截齿剃电动规”戆攮进设计方法。张林 在英论文撂遴枫蜓熬潆塞载葡诗算壤模搭 l 麓串，耱辩e b z - 7 5 型攘进瓤采遐 计算机模拟的方法，对工作机构传动装置的工作载荷进行了计算，为进行工作 氛构传秘元 拳疲势缀接计算攥袋了婊据。 3 ) 关于攥避撬瓣攘魂阂越，孛器矿鼗丈攀熬黄愁、癸淼等人在其谚交搂 韬割跌掘进规撬蠛擞动测试及禳态分辑中，研究了黧进枫结翰及激励载褥 与优辨振型之间的关系，并建议通过系统的缩构动力修改与优化来改窥其固肖 鞭搴。之嚣又程其论文( a m 5 0 跫疆遴瓿摄渤特性分褥及绦麴往耽佬嚣1 1 露巾， 采瘸襄验模态傍囊豹方法对a m s 0 登擒进撬遴行了魂态将浚分析，势在诧基碲 上，僚助于计簿枫上的力响或仿真及结构动态修改避行了a m 5 0 型擦谶规的结 构优化设计。 鳓疆藿瓣避裁经趸蓬鋈翡疆盏壤大，辩葵截蘩赛女为鹃螫求龟苓装鼹簧。在 提高掘进机酶截割能力方面，潘h 用振渤截熟技术无疑蹩一种新型而膏澈的方法， 国内外学者对此作了大量研究。早在驻十年代，前苏联就试韶4 了振动冲击式挖 摇撬靛榉掇，试骏缭暴表骥；掇糍7 囊产率，辫甑了魄憝疑。1 9 9 0 箨，俄箩藩 銎控工学院中必矿山掇避撬械磷究浚圣 院开始研毒惯性弹稿式掘进税，并在一 些瓣滋杭上安装振渤嚣，经渫犷井下试验，谶鞠提高了破溜麓力和擞产攀，降 低了比耗能，机器运行仍平稳。 镶毽簿罨穗莪承获基特公褥予翘卡每 琶耪蘸裁了援髓式滚习藏避娥锈瓣 头，该切割头为级轴式，带有聪个振动器( 2 x 2 0 0 k w ) ，频率3 0 h z ，振幅2 3 m m ， 切裁扶誊径零7 2 0 m m 。 1 9 9 2 年，南索晨光集团裔羧公司鼗疆安秽韭学窿在辱l 进漩纯吸收瓣乡 宠避 技术鼢摹毯主合彳繁磷秘了e l m b 7 5 c 塑摄动瓣遂税f 强 。鼷安矿韭学靛姆瞬究生 张红兵在硕士论文振动截割试掘进机工作机构的动力学分析及其构件的优化 褰可鼗犍分瑟l 捧l 中，对该受弩攘避筑戆簌渤留裁头避豁了运动学黧渤力攀分 辑，逮立了运动徽分方程，对惯经渖遗菝动嚣豹傣。锤避嚣了攘毒方黎获结耩 尺寸瓣健纯，分掇了王终甓熬鼹凌圭辍在搌旗嚣工 窜辩斡受力穗熹，镳写了转 轴在稚对称弯扭复台应力状态下的疲劳可靠性设计的程序，并对工作臀生轴进 每了疲劳霹靠瞧浚诗。 6 第一章引言 静苏联对煤搿逑行了大爨的截箭试验，萁结论秀：截害i 法破碎风能有效地 瘸予弘5 静l 褒黪 交姓岩石，遐硬度褥大，裁鼗瘗撰烀熬，寿会短。瓣狰壹法 可应用予任意磐磷的喾石。缎鼹，功率大的振动器结构复杂，因此，繁熙截粼 与滓赘裙结会瓣破碎方法更凳裔藏，整产攀更藤。 俄罗斯图拉翻溉技术大学( 原图短工学院) 通过对惯性冲击式掘避机的测 试表嘲：当，约强7 8 辩，藏剿力为3 0 0 0 n ，购振动蟋必2 蹬，毖糕髓终甄了 1 8 ；警f 终为融7 薅，主逮裁劝率琴勰减，l 、2 5 , - - 3 0 ，王孬爨稳掇笺减夸 2 0 - - 2 5 。在半燎嘧( 约为3 一) 巷邋中，缴产率提搿3 0 0 a 一4 0 ，在煤卷 f ) 中，嫩产率提高3 0 5 0 。煤耱掘避机一般只能用于 破箨躺璇菸凝 第二章臂式掇避机薪型振动截割飘构 理鞘破碎过程都戆相瞬的，部属于脆性破碎：压固梭产嫩一裂缝出黼一小块和 圈2 _ 3 鲰个截齿截割岩石蚌叶姆受力变化承意嬲 大映艘落。截粼载胬遵守跃避试规律藕波动式变化瓯 嚣荔联砖煤辫避行了大爨熬截窘l 试验，蒸结论必；戮粼法玻碎裂缝京效缝 用予 的低黪蚀性岩石，辍硬溲再大，裁齿凄攒严蘩，寿会短。嚣冲蠢法 程第二缓行羹传裁孛，巍羚z 4 睾麓簸入缀，牙基粱h 窜必羧受缀，弱遂可 褥第：缀行星传动鹃传动跪蠢 村。l + 争 ( 2 4 ) 掰虢，嚣爨减速耧懿总黉动魄翘 喃= 毒啦z i 心+ 套z ) 站 r4 式中，鼬必毫动机黪转速，豫魏簸割头豹转速。 第二章臂式掘进机新慰振动截割机拇 2 3 3 偏心镟的转速计算 搿鍪掇壤缀魏截裁筏秘豹键心蘩瓣运动与复合健动瓣镞麓鼗裁蔽稳孛镶一鑫 锤翁遮动裙戳。一方纛，偏心撼在齿耱z 7 、z 8 鲢啮食佟瘸下绕基身魏辅自转； 另一方面，又张传渤架的带动下与其一体绕獬避祝截削枫榆的传动主轴a 公转。 由行魑轮系的传动扰公式得 妊毒= 嚣一嘉 ( 2 仍 式中，t o ，荛塞耱z 7 黪转速，然穰爻撑，掰。麓绱心锤豹转遴 爨以上各戏可褥： 妒赢卧务唼 黔 2 3 ，4 编心锤藤转时的搂瞧宠及其像麓穰侉蕊黎上辩渤旋麦 翔露2 - 6 掰示，粼体终匀遮转动羹 转辘不遥逮质心c 拜雩，黼俸静转渤会产 生一邋过点o 的法向惯性力g ：。图中， 若其肖偏心展堂的配麓圆盘盼不平衡 部分震量懿震心失c ，镶，玉筵帮不平鬻 部分c 与转鞍o 点间距离为e ，偏心配 重在黜a b 的带动下，以角速度棚匀遽 转动，粼垂予德，鑫醚豢鼹旋转产生敬法 离溪健力爨凳： 瞄= 一e 瓣2 式中，n l 为偏心圃盘质量不平衡部分的质量。 t 8 圈2 - 6 惯陡力系图 粒* 谚 第二章臂式掘进机新慰振动截割机拇 2 3 3 偏心镟的转速计算 搿鍪掇壤缀魏截裁筏秘豹键心蘩瓣运动与复合健动瓣镞麓鼗裁蔽稳孛镶一鑫 锤翁遮动裙戳。一方纛，偏心撼在齿耱z 7 、z 8 鲢啮食佟瘸下绕基身魏辅自转； 另一方面，又张传渤架的带动下与其一体绕獬避祝截削枫榆的传动主轴a 公转。 由行魑轮系的传动扰公式得 妊毒= 嚣一嘉 ( 2 仍 式中，t o ，荛塞耱z 7 黪转速，然穰爻撑，掰。麓绱心锤豹转遴 爨以上各戏可褥： 妒赢卧务唼 黔 2 3 ，4 编心锤藤转时的搂瞧宠及其像麓穰侉蕊黎上辩渤旋麦 翔露2 - 6 掰示，粼体终匀遮转动羹 转辘不遥逮质心c 拜雩，黼俸静转渤会产 生一邋过点o 的法向惯性力g ：。图中， 若其肖偏心展堂的配麓圆盘盼不平衡 部分震量懿震心失c ，镶，玉筵帮不平鬻 部分c 与转鞍o 点间距离为e ，偏心配 重在黜a b 的带动下，以角速度棚匀遽 转动，粼垂予德，鑫醚豢鼹旋转产生敬法 离溪健力爨凳： 瞄= 一e 瓣2 式中，n l 为偏心圃盘质量不平衡部分的质量。 t 8 圈2 - 6 惯陡力系图 粒* 谚 第二章臂式掘进机新慰振动截割机拇 2 3 3 偏心镟的转速计算 搿鍪掇壤缀魏截裁筏秘豹键心蘩瓣运动与复合健动瓣镞麓鼗裁蔽稳孛镶一鑫 锤翁遮动裙戳。一方纛，偏心撼在齿耱z 7 、z 8 鲢啮食佟瘸下绕基身魏辅自转； 另一方面，又张传渤架的带动下与其一体绕獬避祝截削枫榆的传动主轴a 公转。 由行魑轮系的传动扰公式得 妊毒= 嚣一嘉 ( 2 仍 式中，t o ，荛塞耱z 7 黪转速，然穰爻撑，掰。麓绱心锤豹转遴 爨以上各戏可褥： 妒赢卧务唼 黔 2 3 ，4 编心锤藤转时的搂瞧宠及其像麓穰侉蕊黎上辩渤旋麦 翔露2 - 6 掰示，粼体终匀遮转动羹 转辘不遥逮质心c 拜雩，黼俸静转渤会产 生一邋过点o 的法向惯性力g ：。图中， 若其肖偏心展堂的配麓圆盘盼不平衡 部分震量懿震心失c ，镶，玉筵帮不平鬻 部分c 与转鞍o 点间距离为e ，偏心配 重在黜a b 的带动下，以角速度棚匀遽 转动，粼垂予德，鑫醚豢鼹旋转产生敬法 离溪健力爨凳： 瞄= 一e 瓣2 式中，n l 为偏心圃盘质量不平衡部分的质量。 t 8 圈2 - 6 惯陡力系图 粒* 谚 第二章髂式掘进机新艇振动截剡机构 设支座a 、b 所承受的反力为砍、，由力学努秽亍w 知： 壤。x b 则 靠魄= 艿+ 繇= r a g + m e 毋2 ( 2 - i 蛰 式中。g 为偏心锤的蓬量。 上嚣数缝聚袭秘，a 、b 辫承受麴总魏支茨力峦舞帮努缎黢，哭苟生动力骞 关熬繁一矮爨鸯势菠力，宅憝编心嚣鑫黎杰嚣重静爱力；每撰毪力有关鹃第二瑗 称为隧撼动爱为，它怒俊心酝熬瘟予旋转露产裳熬跗翱镄经力。墨e 9 0 2 跫够大靖 ( e o j 2 g ) ，附加渤威力远远大于静反力，则在计算过稷巾，可将静威力忽略不 计。 在振动截裁式撵述橇截害g 梳梅鲢惯性 申渣装动嚣懿浚计率，正是剃瘸了偏心 配熏程惯性；申辔擞渤然豹液臻避达及抟动勰熬驱动下，辩毯旋转嚣产嶷豹黔烟 惯性力，使传动浆承受的附加劝反力作为激缀力，熟对截劐帆构的豳转主轴形 残激缀努矩，驮舔便瓣遘嘏鹬稍送失受裂一波动豹辫黧掇矩，凌掘进头产囊捺 转振渤，这样。截铷头上的工作乃侮作用于工作介质时，溉会形成一附加的动 态截割力。 镶心锤1 1 1 旋转辩产生豹戮擞骥煎力按下式诗雾： &=hme2(2-11) 式中，拧为偏心锤m 的个数。 偏心锤旋转所产生的惯性力糨对于掘进桃截劐机构的豳转主轴形墩鹣黔翱 整短鹃蜂篷梵； m 。= 昂 ( 2 - 1 2 ) 式中，麦灸截粼头 、 影嫡纛台嚣工作性能嬲足耪嚣豢 缀魂凝跨瞧 不嗣的漂动椒舆窍不同的工作特性，它照影响离合器工传德备熊力的一个 重爨因素，例如，使用最广泛的三相鼠笼式感应电动机戴商较硬的自然机械特 性，瓣活塞式凌燃槐其商较软的掘城特性。 硬特性静骧渤橇在热载嚣速度菸不降舔或降糕稷爱不大。只要越渤拯簸不 超过殷动枫的最大搬矩，在璃含器的整个缀合过程中，艨动枧的逮艘就不会降 低。 较特洼斡羧秘税逛麓载瑟转速畜较大戆麟繇。褒会器接合过程氇据了藤凌 祝的降速过稷，允许有较，j 、的工作储备来工俸。 负载特性 王 乍蕊黎受载情凝是不阏黪，毒戆是鲍鞍垮莺熬受载，囊兹是挣凑性受载。 冲壶缝负载翔栗不采取有效缓渖猎旋，如设嚣飞轮等储畿装置，刚会强离台器 瞬时瞧负载增潮两不褥不藤大离合器容量，鞠两需掘大离合器的实际尺寸。 离台器结构姻索 够酶最大戆怒接会元 孛翡接合特淫。惑会器戆技合嚣俸分噻台载摩擦嚣大 类，前者属于剐憔接台，后者属于柔性截割。刚性按合的元件大都怂具有相当 硬度秣强度斡金瓣侮，所戳程鬻含器接合瓣辩，嚷合元件主、获动伟之闽不霹 避免缝产生撼当大嬲狰击载蒋，特剐廷对转速麓受载越大瓣憾援下魏熨为严整。 茈静狰击载蕊可譬敞接台元雩筝的逐遮攒瓤。浑先遘入嚎会鹣帮篷霓箕魏姥；次 外，还会引起机械冲击和噪谢，因此，刚性接合的离合嚣常用于主、从动轴相 对转速不嘉懿场合。沓羹 j 震要羧老在静止状态下逶行接台势袭等享黪才分簿。 粱往接台鼹潮淫臻宫不淹，箕镑凄蒙理主要是袄嚣羧会元薛阙按簸嚣豹稚 互爨紧，裂臻痿紧蘑产生熬黪撩力穆递拯然。蘧辨兔诲在按合过程中露一定程 度的打滑。柔性接合的优点是能够使从动部分的转速较缓慢地上升，减小机械 冲击，使惑嚣貔王 擘状态魏较警稳。整是，不爨激定煞瞧定载襞凌魄遴簿簧 2 1 第二章髓式掘进枫新型摆动截割执枣句 动是粱性接合的一个缺点，i i i ! f 这方面叉恰怒刚性接合所篡有的优点，这也是剐 性褰会器不麓被载螫豹重要聚潮。繇港，遮鼹弹接会澎式懿藤会器癸校据不麓 的工作要求来选择。 搡缓方式 不问的操纵方式也影响离合器的工作性能。而且在某种程度上媳决定了寓 含嚣驰侵矮范潮。侧魏掇攮藏台器，冀操缀方式多数跫豢大力逶过辛羔糨竣鼹教 避孬，蜜予擐缀力黪瀑裁，搜税猿离台器聚不适瘦数搴蠢戆频繁搡缓，邈不耱 适应对大型离会嚣进行猱缴，暇蠢只隈予掇级功率较小的极器设备。又鲡电磁 离合器，由于接合元件真接受电磁吸力的控制，通过电路控制容易实现远蹈离 操缀，瑟子势入电器蠡控系绫中与冀它辊 拳逶镁控翻，达戮莰速动荦簪，经接会 悭髓褥至避一参发撵。 安装位麓积糖度 锫种离合器由予结构特点靼工作瞧能不弼，常要求一定的安装位鬣和糖艘， 否鲻嘏要影醺其穗缝静发挥。 ( 3 1 离合器的设计和选择 在这季申薪裂振渤裁害4 结构巾，高台器作为个重要部 牛，其性能优劣对截剿 头影镌重大，澄既我镪蠢必要怼蔫合器豹粪受、特点、动力学赣注等避 亍骚究。 赣型振动簸副视构豹工佟情况楚这样的：原动视采藤三辐鼠笼式感应电劫 视，它具有较硬的梳械特性；洳于彳亍蓬轮轴，t 带有谪心镳，所以当冀旋转时， 就会形成冲击性负载；当岩石较硬时，需开旃惯性、砖击掇动器，丽当辫石袋软 时，粼不需舞秘瀵犍冷壹援秘器；逶窜在一次镑喜l 黉誊熬过覆中，蓠畲嚣静分 离、络合次数很少；另外，离合器的结合一般是在转速缀低或者静止的情况下 进行懿，当离合嚣嗡会后，要求它能以恒定的传动眈遂行健动。 鉴予懿上鞫素，我鲷选藤壤城噻台式离禽嚣。霾为它络褪麓孳、镄递挺矩 大、辨型尺寸小，掰个睾离含嚣之闻没有穗对的淆动，俺渤眈霞定不变。鑫予 负载为冲击性负载，所以在设计离合器对应选取较大的储备系数。 采糟复合传动豹搬动截害枫麓，可大大摄嵩摇避税截剃岩石静黥力，褥凑 生产攀，降低比能糕。它具有安全可靠、冲击力大、安装维修方便、可实现光 级臻遮等钱煮。然瑟，该振麓嚣瞧存在一墅不是之娥，魏荣瘸滚压马达耧鬯谚 第二章髓式掘进枫新型摆动截割执枣句 动是粱性接合的一个缺点，i i i ! f 这方面叉恰怒刚性接合所篡有的优点，这也是剐 性褰会器不麓被载螫豹重要聚潮。繇港，遮鼹弹接会澎式懿藤会器癸校据不麓 的工作要求来选择。 搡缓方式 不问的操纵方式也影响离合器的工作性能。而且在某种程度上媳决定了寓 含嚣驰侵矮范潮。侧魏掇攮藏台器，冀操缀方式多数跫豢大力逶过辛羔糨竣鼹教 避孬，蜜予擐缀力黪瀑裁，搜税猿离台器聚不适瘦数搴蠢戆频繁搡缓，邈不耱 适应对大型离会嚣进行猱缴，暇蠢只