毕业论文(综掘机的使用和研究).doc

华北科技学院毕业设计（论文）MRH-S50-13型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 - S50-13 type roadheader mapping and designAbstractThe graduation design is to realize MRH - S50-13 type roadheader mapping and design. Concrete design content includes: collect data, Scene mapping: in the school of MRH S50 - the pilot plant type roadheader whole structure of surveying and mapping. By surveying data, in order to get the basic structural analysis and drawing, Analysis: the structure of MRH S50 - the overall structure of the product type to understand the structural analysis of the structure and function of product function characteristics and existing problems, Project analysis and design calculation: cutting head design.Cutting head is the working orgnaization of the product, main function is broken and separation of coal and rock. Through the study of coal cutting process that many factors influence the effect of cutting, thus makes cutting head design becomes complicated and difficult. At every turn head cut, if in each section cutting teeth are cut from the rock in the same size, volume of coal and rock stress equal to each cutter tooth, wear the same, it is smooth movement, the optimal design of cutting head target.Keywords: cantilever roadheader cutting head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。一、 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Monta Bert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Atlas Copco 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Eimco Secoma 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Atlas Copco 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/m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-HK183010.560.230157.5*2*1.75匈牙利HK-9P224033200.893107.7*1.8*1.83苏联AM-5018702415510016.27.5*1.91*1.65奥地利MRH-S100216025145100/601583*2.8*1.8日本WAV30046100100469.530022.513.25*3.63*2.02德国MK33412096407250/1501813.75*2.81*2.5英国MRH-S2203314056310220/1202210.6*3.6*2.16日本AHM105461201205553002012.2*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 二、 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。三、 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120-3KW，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f5；（二）半煤岩掘进机：经济截割岩石硬度6f8；（三）岩巷掘进机：经济截割岩石硬度f9。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720；（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2060t；(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f10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以上，一方面对存在可燃烧性气体的工作环境造成安全隐患，另一方面对齿尖材料的热硬性要求很高，这就从根本上限制了其可截割岩石硬度的进一步提高。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3.1 MRH-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MRHS4513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39.244.1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2.04.1，底宽约2.24.5；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（） 817 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（） 2.24.5 运输能力（） 1.4切割高度（） 2.04.1 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（）5.413.4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（） 1.51.8 履带板宽度（） 0.35接地比压（） 0.0882 57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（） 0.1960.49三联齿轮泵 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 3-2 MRH-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MIE70XFJD2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M3-42FS140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MT 138-1995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f4678岩石的研磨系数Mg10101515切割煤岩最大单向抗压强度MPa506085100切割机构功率Kw30557590110132纵向最大工作坡度（）16161616机高M1.41.61.82.0可掘巷道断面58.57148201028机重t202030304545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817。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 /min A=(+)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。3.4 MRH-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39.244.1Mpa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39.244.1Mpa的煤或软岩巷道。该机的截割范围为：高2.04.1m，底宽2.24.5m。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