千瓦掘进机的设计II.doc

5 西安科技大学毕业设计（论文） 题目： 15KW小型掘进机的设计 摘要：掘进机具有掘进速度快、巷道成型和稳定性好、超挖量小、利于支护、生产安全等优点，因而在桥涵、隧道、地铁和矿井巷道掘进等工程中被广泛采用。当前，为了提高中小型煤矿生产效率、降低劳动强度、保障安全生产提升煤矿综合机械化水平。根据现场实际，简化、缩小并改进现有的掘进机，从而设计出一种能够适应小型煤矿的超轻型掘进机已成为迫切需要。本文主要对15KW小型掘进机的液压系统、装载机构、运输机构进行结构设计，使其具有体积小，重量轻，结构简单，性能可靠等优点。关键词：掘进机；装载机构；运输机构；题目类型：工程设计类； The roadheader design of 15KWAbstract:Roadheader has advantages of excavating with rapid speed, being well in models of tunnel and stability with small quantity of super excavation.Also it benefits in pay to protect and produce safely. And therefore it is widely applied in projects of bridge, tunnel, subway and tunnel of mineral well. At the present time, in order to improve production efficiency, reduce labor and guarantee the safety of production, it is a urgent demand to design a super light roadheader suitable to the small scaled coal mine by simplifying, shrinking and improve the modern roadheaders. This text is mainly about the structure of 15KW roadheader in hydraulic system, loading organization and transportation organization. By doing this it make roadheader small in volume, light in weight, simple in structure and reliable in function.Keywords: roadheader；Loading organization;Transportation organization Topic type:Engineering designed research 目 录第一章 概述11.1巷道掘进机的总体结构与分类31.1.1巷道掘进机的总体结构31.1.2巷道掘进机的分类31.2掘进机的发展71.2.1掘进机发展概况81.2.2国外掘进设备及综掘技术发展现状101.2.3国产掘进机存在的主要问题111.2.4我国掘进机的发展方向12第二章 掘进机机械传动系统152.1掘进机机械传动系统的特点152.2 XK15型巷道掘进机的主要技术参数17第三章 巷道掘进机的装载机构203.1巷道掘进机装载机构的传动方式203.2巷道掘进机的装载机构213.3XK15型巷道掘进机的装载机构传动装置233.3.1装载机构的传动方式与结构233.3.2耙爪式装载机构的工作原理253.3.3耙爪机构的铰接结构26第四章巷道掘进机的输送机构274.1XK-15型掘进机输送机构的传动装置274.2 XK15型巷道掘进机的刮板链式与链轮结构29第五章巷道掘进机的液压系统315.1液压传动的基本工作原理315.2主要液压元件325.3XK15型巷道掘进机的液压系统345.3.1XK15型巷道掘进机液压系统的工作原理345.3.2XK15型巷道掘进机液压系统的主要液压元件355.4 液压系统的设计计算与校核365.4.1液压缸的设计计算：365.4.1.1 截割机构伸缩液压缸设计计算：(采用单杆活塞缸)375.4.1.2 截割机构升降油缸设计计算：385.4.1.3 支重油缸的设计计算：385.4.2油缸稳定性和活塞杆强度的计算395.4.2.1缸稳定性计算415.4.2.2活塞杆强度计算42附：输送机构减速器蜗杆轴的设计校核46零件加工工艺设计51总结52参考文献53 5656 西安科技大学毕业设计（论文） 第一章 概述 煤炭是重要的一次能源。随着工业的发展，生产规模不断扩大，煤炭在国民经济中的地位越来越重要。六十年代以来，随着采煤机械化和综合机械化的发展，各主要产煤国家大大提高了工作面的开采强度，工作面的推进速度越来越快，这就要求加快掘进速度，以达到采掘平衡。国内外的生产实践已证实，只有实现掘进机机械化才能满足这一要求。因而，研制新型高效巷道掘进机和以掘进机为主体的掘落、装载、支护、运输、防尘等配套设备，是国外掘进机机械化现阶段主要的发展方向。 掘进机械主要用于矿山及地下工程的巷道掘进。同传统的钻爆法相比，采用掘进机作业，具有掘进速度快、巷道对称性和稳定性好、超挖量小、瓦斯突出少、利于支护、工程量小、劳动强度低、生产安全等优点。我国于1962年开始掘进机的研制工作，最初是仿苏联产品，机身轻、功率小、性能差，未广泛应用。八十年代佳木斯煤矿机械厂与国外公司合作制造了AM250及5100型掘进机，这两种机型现已成为国内市场主导产品。同时，国产掘进机研制步伐也在加快，先后研制出EL290, ELMB255, EBJ26548等机型。其中ELMB255得到较大规模的应用。上述产品主要适用于煤巷掘进，对于硬煤及半煤岩巷道适应性差，机器振动过大，故障率高。进入九十年代后，发展重点转向半煤岩巷道掘进机。先后研制了EBJ2132, EBH2132, EBJ2160等机型，机重为3650 t，切割功率160 kW。同时，机重20 t的煤巷掘进机也在改进提高，由ELM系列发展创新的ELM B 275B型掘进机在技术指标与经济合理性方面结合得较好，近几年来销售势头看好。总的说来，我国生产的掘进机基本属于第二代机型，截割功率在30130KW之间, 适用于截割岩石硬度f=6左右的巷道，这些产品已初步形成系列，性能正在不断完善。生产厂家不断增多，如佳木斯煤矿机械厂、石家庄煤矿机械厂、淮南煤矿机械、包头机械二厂等一大批骨干生产掘进机在全国大中煤矿使用获得成功。另外，第三代机型也已研制成功，如EBJ-160型 ,截割功率160KW,机重60t左右，已通过技术鉴定，正组织批量生产，推广使用。1997年我国还签订了引进S200-50型掘进机的制造技术协议，为发展第三、四代机型创造了有利条件。 当前，我国煤及半煤岩巷掘进机尚存在以下问题:(1)适用煤岩硬度偏低。半煤巷掘进切齿损耗大，机身震动严重。(2)薄煤层综采尚处在起步阶段，中厚煤层的综采巷道因支护问题没有解决，生产准备巷道普遍偏小(煤巷10m2左右)，现有掘进机显得体积偏大，前后配套设备(尤其是支护、除尘设备)布置困难，影响开机率。(3)电控故障高。由于我国单孔掘进，根据安全规程，移动变电站只能放在巷道口，不能随机移动，因此，供电质量不能满足是机器运转要求。另外电器元件的减振也差。(4)内外喷雾对呼吸性粉尘降尘效果差，且喷嘴堵塞严重。工人作业粉尘大，容易产生职业病。(5)目前、由于采巷道断面过小，辅助运输和端头机械化支护还没有一个较理想的解决方案。因此，为了尽快缩短与国外先进技术的差距，必须针对国产掘进机存在的产品设计水平偏低、技术引进缺少创新、制造质量较差、配套设备等不足之处加大投入力度，综合起来主要有以下4个方面：1）发展巷道快速掘进技术；2）进一步提高掘进机的截割能力；3）推进机电一体化技术；4）开展对重要元部件的研究。更为重要的是，当前我国还存在许多小型煤矿，且薄煤层综采尚处于起步阶段，这就需要我们在吸收国内外轻型掘进机的基础上，研制出适合于小型煤矿的造价低廉、性能可靠的超轻型机，不断完善和提高超轻型掘进机的性能。因此，发展综合机械化掘进、提高掘进效率、保障安全生产、降低劳动强度已成为开采小型煤矿的迫切需要。1.1巷道掘进机的总体结构与分类1.1.1巷道掘进机的总体结构目前，国内外研制和使用的巷道掘进机，类型很多。但按照巷道掘进机对于巷道断面的作用方式，可分为全断面巷道掘进机和部分断面掘进机两类，其总体结构均由下述几部分组成： 1） 巷道掘进机中直接截割、破碎煤岩的工作机构，即切割部，由切割电机、减速机构、切割头等组成。2） 将工作机构截落的煤、岩集中并装载到输送机构中的装载机构，即通常我们说的装运部，主要由星轮和铲板组成。3） 将转载机构运来的煤、岩运输、转载到机后运输设备上去的输送机构。即通常我们说的一运刮板机。4） 驱动巷道掘进机前进、后退、调动和转弯，并能在巷道掘进机工作时使巷道掘进机向前推进的行走机构，即工人现场讲的行走部。5） 驱动、控制巷道掘进机的各个油缸和油马达的液压系统。6） 驱动、控制巷道掘进机所有电动机，并可控制与机遥控电磁阀动作的电气系统。7） 利用抽出式通风除尘装置和利用压力水进行内、外喷雾，以改善卫生保健条件的喷雾除尘系统。8） 安装、支承和连结上述各机构、系统部件的机架。9） 前后照明系统，为司机作业和安全提供保障。1.1.2巷道掘进机的分类根据前述各种主要机构和系统的不同工作要求，巷道掘进机的截割方式传动布置、结构型式和控制系统等，可有多种形式。巷道掘进机主要按结构特征和使用范围进行分类。如按照结构特点分类，即按照工作机构、煤岩的装载转运与移动行走的不同形式等进行分类；按照使用范围分类，即按照所能截割煤岩的物理机械性质和所适应的巷道断面大小进行分类。（一） 按巷道掘进机的适用范围分类1 根据巷道掘进机所能截割煤岩的坚硬系数，可分为以下三类。第一类，适用于坚硬系数煤巷，称为煤巷掘进机。第二类，适用于坚硬系数的煤或软岩巷道，称为半煤岩巷掘进机。第三类，适用于坚硬系数f6或研磨性较高的岩石巷道，称为岩巷掘进机。2 根据巷道掘进机可掘巷道的断面大小，一般可分为断面小于8m2的小断面掘进机和大于8m2的大断面掘进机两类。（二） 按照掘进机的结构特征分类1 按工作机构的分类 按工作机构作用于煤岩断面的作用方式可分为两大类，即全断面巷道掘进机和部分断面巷道掘进机。（1）全断面巷道掘进机 全断面巷道掘进机，也称为连续作用式巷道掘进机。其工作机构，由一个或数个装有盘形滚刀或截割刀具的圆盘以及锥形刀盘组成。在平行于工作面的平面内工作机构绕机器中心轴线旋转，对整个工作面同时进行截割。采用这种圆盘式工作机构的巷道掘进机，只适用于掘进圆形、拱形断面的巷道，且主要用于岩巷掘进。（2）部分断面巷道掘进机 部分断面巷道掘进机，也称为循环作用式巷道掘进机。其工作机构仅能同时截割工作面煤岩断面的一部分。为截割、破落整个工作面的煤岩，必须在断面内多次连续地移动工作机构的截割头。将不同形式的截割头安装在工作机构的悬臂上，悬臂又可沿工作面的水平或垂直方向作左右或上下的摆动，这种工作机构称为悬臂式工作机构。具有悬臂式工作机构的掘进机，通常又称为悬臂式掘进机。悬臂式工作机构，根据截割头的布置方式，又可以分为横轴式、纵轴式两种。横轴式 横轴式工作机构，截割头的旋转轴与悬臂主轴垂直布置。该类型的巷道掘进机，可以在截割过程中，截割抗压强度较高的岩石。这种截割头的布置形式和运动方式，在匈牙利生产的F系列巷道掘进机和奥地利生产的AM-50型以及西德生产的EVA-160等型号的掘进机中得到应用。纵轴式 纵轴式工作机构，截割头的旋转轴与悬臂主轴同轴布置。在截割过程中，截割头的整个一侧剥落煤岩。这种截割头的布置形式和运动方式，在我国EL-90型大断面半煤岩巷道掘进机和ELMA型、EM1-30型小断面巷道掘进机，以及苏联IIK-9P型，英国多斯科MK-IIA 型、日本MRH系列煤巷掘进机中得到应用。 这两种工作机构形式适用于煤巷和半煤岩巷道。在使用效果方面各有优缺点。由于横轴式巷道掘进机的截割阻力，易被肌体自重所吸收，因此与纵轴式巷道掘进机相比，在同样功率的情况下，横轴式巷道掘进机的重量要轻三分之一左右。但这种巷道掘进机的截割头一般不易截出平整的巷道侧壁，在巷道两侧壁上会出现与截割头形状相应的台阶，为此，必须加设专门的附属设备，或通过控制行走部，或者将截割悬臂做成铰接式结构，使截割悬臂的伸出长度可以调节，才能截割出平整的巷道侧壁。 纵轴式巷道掘进机，当截割头的形状和悬臂的铰接点与巷道断面形状相适应时，就能截割出平整的巷道。由于纵轴式截割头的反作用力较大，为了提高掘进机的工作稳定性，一般机体的重量较大，不利于巷道掘进机的拆装，运输。 上述两种悬臂式工作机构，由于本身的工作特点所决定，工作时需要沿掘进机工作面连续移动、循环作业。与全断面巷道掘进机的工作机构相比，其生产能力较低；与之配合的装载机构的结构较为复杂；由于工作悬臂较长，纵向和横向的受力都不平衡，稳定性较差。这些则是悬臂式工作机构的缺点。2按装载机构的分类 按照巷道掘进机装载机构的不同形式，可分为耙爪式、环形刮板式、转盘式、螺旋式及铲斗式等。目前在煤巷掘进机和半煤岩巷掘进机中以耙爪式和环形刮板式应用较多；而在岩巷掘进机中，则多采用铲斗式。（1）铲斗式装载机构 铲斗式装载机构，适用于全断面巷道掘进机。（2耙爪式装载机构 耙爪式装载机构，适用于部分断面巷道掘进与悬臂式工作机构配合使用。（3）环形刮板链式装载机构 这种装载机构，又可分为单环形刮板链式和双环形刮板链式两种类型。（4）螺旋式装载机构 这种装载机构，是利用左右两个旋向相反的螺旋滚筒，将煤岩推向中部的中间输送机构。这种装载机构目前很少应用。 3按行走机构的分类 巷道掘进机的行走机构，可分为履带式、液压迈步式、轮胎式等。其中轮胎式应用较少。 （1）履带式行走机构 履带式行走机构，目前在煤巷、半煤岩巷掘进机中应用最广。因其具有调动速度快、机动性好、对底板比压小和不受顶、底板限制等优点。这种行走机构的缺点是：受上下山坡度的限制，以及横向稳定性等。（2）液压迈步式行走机构 这种行走机构，广泛地应用于岩巷掘进机，在煤巷、半煤岩巷道掘进机中也有应用。4按输送机构的分类 巷道掘进机的输送机构，一般可分为刮板链式输送机构和胶带输送机构两类。前者主要用于部分断面掘进机，后者主要用于全断面掘进机的输送机构，也用于部分断面掘进机的转运机构。 5按喷雾除尘系统的分类 一般可分为内喷雾、外喷雾以及内、外喷雾结合的三种喷雾类型。 6按液压系统的分类 掘进机的液压系统，可分为油泵-油缸系统和油泵-油马达系统两种了类型。 7按电气控制系统的分类 按掘进机电气系统的控制方式，可分为手动控制、载波控制和无线电遥控三种类型。1.2掘进机的发展巷道掘进机是一种能够完成截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾灭尘等功能的巷道掘进机组，根据工作方式的不同可分为全断面掘进机和部分断面掘进机。前者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；后者一次仅能截割断面的一部分，需工作机构上下左右多次摆动、移动，逐渐截割才能掘出所需断面，断面形状可以是矩形、梯形、拱形等，其中悬臂式部分断面掘进机在煤矿中使用很普遍。当前，随着掘进机在土木隧道和采矿工程中的大量使用，目前掘进机已成为各主要产煤国家不可缺少的生产设备，且各国制造、推广使用的煤、岩和煤岩巷掘进机多以部分断面悬臂式为主。悬臂式巷道掘进机技术是发展综合机械化掘进、提高掘进效率、保障安全生产、降低劳动强度的重要一环。我国对悬臂式掘进机技术的研究始于60年代中期，通过对引进NK3型掘进机的消化吸收和国产化工作，积累了一些设计悬臂式掘进机的初步经验，但当时研制规模较小，成效甚微。我国煤矿真正推广应用悬臂式掘进机则是在1979年引进了100余台国外产品以后。在此后的20年中，我国在引进悬臂式掘进机产品及制造技术的同时，翻开了自主开发研制、规模生产的一页，随着掘进机的广泛应用，使我国综合机械化掘进程度逐年提高。实践证明，悬臂式部分断面掘进机具有以下优点:a.掘进速度快、质量好。掘进机可实现连续掘进，能同时完成破煤岩、运输等作业，效率高，且掘进机是机械破岩，掘进后巷道周围煤岩壁完整光滑，超挖掘量少，减少了支护量。这与传统的钻爆法相比，掘进速度可提高1.52倍，并避免了爆破作业时巷道周围煤岩因爆破振动而破坏的现象发生。 b.结构紧凑、技术先进。目前悬臂式掘进机多采用耙装式装载机构和履带式行走机构。其装载能力大、调运灵活、工作可靠。 c.经济、安全。掘进机掘进速度快、经济效益和社会效益高。改善了工人的劳动条件，体力劳动量减少0.51倍(与钻爆法相比)。避免了因爆破掘进造成的人员伤亡，事故率大大减少。1.2.1掘进机发展概况悬臂式掘进机发展至今大致经历了以下四个阶段：第一阶段：40年代末期到60年代中期，悬臂式掘进机从无到有，逐渐发展成能截割、运行、走等功能集于一体的联合机组，并在煤巷掘进中应用获得成功。在这一阶段应用的机组为第一代机型，其特点是机器重量在15t左右，截割功率30KW左右，主要用于软煤巷道掘进，代表机型有原苏联的IIK-3和匈牙利的F5等。第二阶段：60年代中期到70年代末期，这一阶段煤巷掘进机发展迅速，机器的性能不断提高，大量掘进机被用于煤巷掘进中。这个阶段的机型为第二代机型，其特点是：煤巷掘进技术性能日趋完善成熟，适用范围广，部分截割功率大的机型有过断层和截割夹矸的能力，可截割硬度f10的煤岩，其代表机型有AM-85、AM-105、E200、E250、S200-50等。我国悬臂式掘进机的研制从1965年引进前苏联K3型掘进机开始，并由设计、制造、使用单位共同参与生产了一些小型掘进机，用于煤巷掘进，但发展不快。从1979年开始，我国大量从英国、德国、奥地利、日本、前苏联、匈牙利等国引进掘进机，品种约20多种，数量超过200台，对我国煤矿巷道机械化掘进起到了推动和促进作用。自70年代中期以来，我国先后研制出EL-90、EMS-75、EBJ-110、ELMB-75B、EZ-75、EBJ-132、EBH-132 等机型；另外，从引进的掘进机中经过筛选，引进技术，分别生产出AM-50、S-100型掘进机，其中有些机型已批量生产，在煤矿中推广使用。目前，我国已形成了掘进机研究、设计、制造、使用骨干队伍，为掘进机的进一步发展创造了有利条件。悬臂式巷道掘进机具有掘进速度快，巷道成形好，便于与其它设备配套组成综掘作业线以及成本较为合理等优点，因而应用广泛。近年来掘进机不仅广泛用于煤及软岩巷道的掘进，在中等硬度的半煤岩巷道掘进中也获得良好的技术经济效果。国外的某些重型掘进机已能切割抗压强度达170M Pa的硬岩。据统计，目前国外各主要产煤国采用掘进机掘进的巷道占采准巷道的40%以上。而我国综掘比率为8%左右，与国外先进水平相比尚存在很大差距，与我国煤炭生产的需要，特别是现代化高产高效矿井建设的需要也是极不相适应的，因此，我国掘进机的研制开发以及推广应用，还需作大量工作。1.2.2国外掘进设备及综掘技术发展现状1） 切割能力稳定提高掘进机经历了切割软煤、硬煤及半煤岩的过程。近期一些重型掘进机已能切割硬岩。据报道，日本成功地使用TM 60K型掘进机掘进全岩巷引水隧道，岩石硬度高达170-200M Pa。目前最大的W A V 408型掘进机重达160 t，切割功率可达408 kW，定位切割断面可达8715 。 2 ） 机器的可靠性高。以先进的制造技术为基础，从原材料质量到零部件的加工精度都能严格控制，又有优越的国际协作条件，选购外购件范围的宽广，有效地保证了主机的质量水平。此外，近年来广泛地采用了可靠性技术，其突出表现为简化机械结构、采用降额设计。在齿轮传动、机械联接及液压传动方面尽量减少串联系统，有的地方以嵌装式结构代替螺栓组结构。既简化了结构，又大大提高了可靠性。3 ）采用机电一体化技术 国外新型掘进机均配备有完善的工况监测和故障诊断系统，从而可早期发现故障，快速排出故障，大大减少停机时间。有些重型掘进机还可配置自动控制系统，可以使机器的生产率提高30%左右，还可以保证切割机构的负载平稳，避免由于人工操作不当引起的尖峰负荷，从而延长机器的使用寿命约20%。4 ）发展采掘锚机组 采掘锚机组，实现了掘进与支护平行作业，为快速掘进巷道开辟了新的途径。主要形式有两种:一种为连续采煤机与液压锚杆钻机相结合;另一种为在悬臂式掘进机上加装液压锚杆钻机。前者因为切割效率高，在快速掘进方面更为优越。5）配套设备多样化 支护、运输和除尘所需的配套设备是保证综掘效益的必备条件。国外综掘效率高的煤矿多采用机载锚杆支护或配套专用的锚杆钻车，与掘进机交替工作，架棚则采用托梁装置或架棚机，后配套运输采用桥式、悬臂式转载机及胶带输送机、梭车等，辅助材料的运输则有单轨吊、卡轨车等，除尘主要靠大抽出量的除尘风机，辅以内外喷雾除尘装置、风帘等，可有效地降低工作面粉尘含量。1.2.3国产掘进机存在的主要问题（1） 产品设计水平偏低目前国内应用最多的几种机型中AM 250和5100是国外七十年代研制的产品，除切割硬度偏低之外，内喷雾系统及防碰撞装置实际上不起作用，许多电气保护工作不可靠，普遍存在用户甩保护现象，电控系统抗振性差。国内自行研制的机型如EL 290,ELM系列等结构比较杂乱，体积庞大，总体设计造型很差。新近研制的EB J 2132, EB H 2132, EBJ2160等较多地吸收了国外八十年代产品的技术，总体设计水平有很大提高，主要表现为结构紧凑、造型简洁、重心降低，选用外购元件性能及质量有较大幅度提高，安全保护更为完善，代表了我国掘进机最新技术水平。但与国外新型掘进机相比，仍存在约10倍的差距。(2) 技术引进缺少创新我国引进技术生产的机型生产多年改进不大，尤其是不能结合我国制造、使用水平进行改进，逐渐暴露出许多缺点。(3) 制造质量较差国产掘进机在使用中普遍存在联接螺栓易松动或断裂、液压系统泄漏严重、机电保护装置易失灵以及溜槽、齿座等耐磨性差的现象。特别是引进技术生产的掘进机，因部分元部件质量较差影响整机性能，有些液压电气元件寿命比国外进口件差很多，形成强烈对比。(4) 配套设备不足 配套设备不足主要表现在支护、转载、辅助材料运输及通风除尘等方面。如支护方面尚无适用的架棚机，运输方面缺少转载机，通风除尘缺少风机等。1.2.4我国掘进机的发展方向1）煤巷掘进仍然是主力军我国统配煤矿采准巷道绝大部分为煤巷，巷道断面多在712 范围内。国内外经验表明:用于此范围的煤巷掘进机以重量201 25 t、切割功率5575 kW为最适宜，这样的机型能达到必要的切割硬度和生产效率，而且体积小、轻便灵活、成本低，最易于大面积推广。另一类功能较强的煤巷掘进机应以重30余吨、切割功率100 千瓦左右为宜。这类机型可具有较强的切割硬煤及夹矸能力，机器的功能成本比适中，是百万吨以上的大型和特大型矿井的主力机型。但这两类机型远未达到完善程度，应针对不同工况进一步研制多种机型，以提高综掘应用率。另外，考虑到我国煤矿经济效益差，职工文化技术水平较低的状况，在今后相当长的时期内难有根本性改变，设计此类机型不宜追求过多的功能及复杂完备的监测、保护，而应突出价格低廉、结构简单牢固、易于操作及维护的特点。2）半煤岩巷道掘进机应推广提高随着开采深度的加大及薄煤层开采的需要，切割煤岩的硬度及半煤岩巷道的掘进量将会相应增长。我国现已研制出了EBJ2132,EBH2132, EBJ2160等几种掘进机，其中EBH2132, EBJ2160已经试验证明能够胜任半煤岩巷道掘进。但这些样机尚存在一些薄弱环节，某些元部件与整机性能不够协调，应抓紧时间改进完善，以期尽快形成批量。预计今后几年半煤岩巷道掘进机产量将稳步增长。按煤矿需求及经济承担能力估计，达到总产量的10%是必要的和可能的。 3）机器的重型化有必要进一步发展根据国外使用情况看，半煤岩巷道掘进机适用机型重量约45- 90 t。切割岩石抗压强度以不大于80M Pa为宜。用于801- 100M Pa的岩石，机器重量及切割功率还需增大，才能得较高的技术经济效果。EBJ216在切割局部硬岩时，出现强烈的振动，表明50吨的重量还不是足够的。经常处于此工况，机器寿命必将大大缩短。如果说国外的LH 1300重50 吨是适当的话，考虑到我国在原材料与制造精度等方面与先进国家比尚存在一定差距，则以6070 吨重的机型相似工况，可以使机器振动减轻，机器零件寿命延长，总体上经济效果必然会更好。4）采掘锚机组和连续采煤机采掘锚机组解决了切割与支护平行作业的难题，极大地提高了掘进速度，国外现已进入推广应用阶段。锚杆支护适合于中等稳定的煤层顶板，而我国中等稳定的煤层顶板占50%以上。因此，采掘锚机组在我国具有广阔前景，特别是对于现代化高产高效矿井，这是一种理想的快速掘进设备。5）发展多品种综掘配套设备 当前配套设备品种、规格少，性能及质量水平不高仍是造成综掘效益不高、适应范围不广的重要原因。建议有关设计及制造单位对配套设备给予足够重视，花大力气研制出一批先进、实用的配套设备。下列设备与工艺可作为近期研究重点:可沿顶梁导轨移动或放置在掘进机上的轻便、简易的架棚机。吊挂式、龙门式胶带转载机，这两种设备可解决后配矿车的转载运输问题，有利于掘进机向大型基建矿井及不具备连续运输设备的矿井和隧道工程推广。逐步推广单轨吊，其前提条件是采用金属棚及扩大巷道断面，这是提高综合机械化水平的方向。体积小、移动方便的除尘器。研究综合防尘措施，采用加强通风、外喷雾或局部防护的方法减少煤尘的危害。提高电压等级，解决长距离供电问题。 第二章 掘进机机械传动系统2.1掘进机机械传动系统的特点巷道掘进机的传动系统，是由工作机构、装载输送机构、行走机构、转载机构等各自独立的传动系统组成。上述各部件的执行机构，若由电动机或油马达通过变速装置、减速装置等驱动时，这种传动系统称为电力驱动或液压驱动的机械传动系统；若由油马达直接驱动，则称为液压传动系统。由于电力驱动的机械传动系统，具有工作可靠、故障较少、零部件易于加工、便于维护检修和更换，以及过载能力较高等特点，所以目前在巷道掘进机中应用较为广泛。巷道掘进机由于受井下空间条件的控制，要求机体结构必须紧凑。但由于巷道掘进的特殊工作条件，掘进机不仅要满足零部件必须具有足够的强度、刚度的要求，而且要满足整机高度、截割头升降回转范围输送机的运料龙门高度以及机体的离地间隙等方面的使用要求，所以机器的总体结构布置是很比较困难的。同时为达到各部件所需的不同转速，一般传动装置的减速比都比较大，特别是掘进机的工作机构和行走机构，承受载荷大，减速比也大，传动装置的体积也随之增大。基于上述情况，为使机体结构紧凑，有的掘进机采用了另外一种驱动方式，即由电动机驱动油泵，通过液压系统控制油马达，直接或经过机械减速装置，带动部分执行机构进行工作。这种驱动方式具有以下主要特点：1） 油马达的尺寸和重量较小，有利于机器的总体布置。2） 采用电动机机或油马达的组合方式，可大大减少、简化隔爆电气设备。3） 当采用变量油泵或变量油马达时，易实现无级调速和自动调速。 4） 换向容易。换向时无需通过附加的机械换向装置或改变电动机的转动方向。5） 系统压力易于控制，容易实现过载保护。当然，采用这种驱动方式，对于液压元件的制造质量和使用的可靠性，对液压系统的要求和检修技术水平，都有较高等要求。目前，这两种驱动方式在掘进机中均有应用。此外，掘进机传动系统的驱动方式，还与载荷的性质有关。如工作机构要求有较大的过载能力，而油马达则对冲击载荷很敏感，不能承受较大的短时过载，所以一般掘进机的工作机构多采用电力驱动方式，而不宜采用液压驱动方式。掘进机的传动方式，也取决于机器的工作方式。在截割工作中，掘进机的工作机构、装载机构、以及转载机构，都需要升降或摆动；掘进机的履带式行走机构，一般还需要左右两侧分别驱动。各部件之间没有固定的相对位置。另外，根据掘进机的工作特点和结构紧凑的要求，通常需要将机械传动装置和执行机构组成一个装配整体，如掘进机工作机构的减速器，通常设在截割悬臂内，成为悬臂的组成部分。所以巷道掘进机不宜采用一个电动机集中驱动的单机驱动方式，而需要采用有多个电动机或油马达分别驱动各部件工作的多机工作方式。各部件的传动各自成为独立的系统。这种多机驱动方式与单机集中驱动方式相比，具有可以简化传动系统，提高传动精度、缩小体积等优点。有利于实现部件的标准化和通用化，有利于机器的设计制造，也有利于根据掘进工作面煤、岩的不同情况进行部件更换，以及掘进机的拆装检修和下井运输。对于掘进机在井下的使用来说，还可以避免由于各部件可能出现的局部故障，而影响整机的全部传动系统。这种驱动方式，各部件的分别驱动，起停顺序与闭锁，需靠掘进机司机通过电气操作开关或液压操纵阀组性操纵来实现。掘进机的传动系统起着以下几方面的作用：1） 将电动机或油马达的动力传递给各个部件的执行机构。2） 将电动机或油马达的转速降低到各机构所需要的转速。3） 将电动机的一种转速，变为各机构所需要的不同转速。如在工作机构中，为分别截割煤、岩，采用了变速箱，以改变截割头的不同转速。对于常用的鼠笼型异步电动机，改变电机本身的转速，则是困难而不经济的。 4） 改变运动形式。如在耙爪式装载机构中，通过减速装置和曲柄摇杆机构，将电动机的旋转运动转变为耙爪的复杂平面运动。2.2 XK15型巷道掘进机的主要技术参数1总体：外形尺寸（长宽高）（mm） 530018001567 适应巷道断面() 6.13m 适应巷道形状 任意 巷道最小曲率半径（m） 6m 经济切割硬度 f4 适应巷道坡度 100 最大掘进高度（m） 2.35 卧室深度(mm) 200 龙门高 250 地隙( mm) 155 平均比压(KPa) 96 机器总重(t) 8 总功率 (KW) 452切割机构 切割头转速 (r/min) 72.1 切割头伸缩行程 400 电动机型号 YB160L4 功率 (KW) 15 转速 (r/min) 14603装运机构 装载形式 耙爪 装载机构铲板宽度(m) 1.8 中间输送机形式 单链刮板 链条规格 圆环链64（mm） 链速 (m/s) 1.2 电动机型号 YB132M4 功率 (KW) 7.5 转速 (r/min) 32 装运能力 50 4行走机构 行走形式 履带 行走速度 （m/s） 5.1 履带板宽度 (mm) 250 电动机型号 YB132M4 功率 (KW) 27.5转速 (r/min) 1440 5液压系统 系统压力 （MPa） 8 工作介质牌号 上稠501稠化液压油 油泵型号 CBF18CFL 流量 (L/min) 10额定压力(MPa) 14 电动机型号 YB132M4功率(KW) 7.5转速(r/min) 1440油箱容积(L) 100 6电气系统： 电压 (V) 680总功率(KW) 45 控制照明电压(V) 36 电气箱、控制箱防爆类型： 隔爆型 7喷雾水冷系统 水压（MPa） 0.5水量（t/h） 3 第三章 巷道掘进机的装载机构3.1巷道掘进机装载机构的传动方式 悬臂式掘进机装运系统是掘进机的主要组成部分，其作用是将切割下的煤岩装载输送到后配套的运输系统中，以实现切割、装运一体化。装运系统主要由装载机构和中间刮板输送机(以下简称输送机)组成，大多数掘进机的装运机构将这两部分统由2台或1台原动机联动工作，也有少数采用分开单独驱动方式，由于两者联系密切，所以一般作为一个整体系统来分析研究。由于装运系统的工作环境恶劣，载荷冲击较大，同时受整机布局限制，结构要求紧凑，所以对设计要求很高，设计难度较大。从而，对装运系统的传动方式、执行元件及主要元部件进行结构分析，探讨和提出较为理想的结构形式就显得尤为重要。 根据掘进机总体布置的要求及装载、运输顺序工作的性质，装运系统的传动方式有多种形式，按驱动装置及传动系统的不同布置，大体上可分为3种方式。既单独传动方式和集中传动方式，其中集中传动方式又可分为前集中传动方式和后集中传动方式2种。1）单独传动方式 单独传动方式是装载机械和输送机分别由原动机驱动，如日本5100型掘进机，该传动方式具有以下特点: al输送机紧边运煤岩，磨损小，工作状况较好; b1单台原动机功率较小，易于小体积减速器设计; c1总体布置灵活，装载机构和输送机均可处于较理想的工作状态。 对于单独传动方式，由于采用多动力源驱动，主回路和控制回路复杂，同时需增设顺序操作控制回路，使得元器件数量增加，故障率有所上升，对于传动系统来说，虽然可减小减速器体积，但系统复杂，所以在掘进机装运系统中极少采用。2）集中传动方式 集中传动方式就是装载、运输两机构由1台或2台原动机集中驱动，实现两机构的联动。在集中传动方式中，原动机布置在输送机卸载端，经减速器带动输送机运转，同时改向链轮经左右锥齿轮减速器带动装载机构执行元件工作。这种传动方式称为后集中传动方式，如国产EBJ-160型、奥地利AM65型等掘进机。如果原动机布置在装载机构上，动力经装载机构后传递到输送机上，称为前集中传动方式，如国产EL -90型、英国LH-1300型等掘进机，后集中传动方式具有如下特点: al输送机紧边运煤岩，磨损较小，工作状况较好; b1装载机构传动系统简单，锥齿轮减速器调整方便; c1装运系统的总体布置合理，原动机工作环境良好; dl刮板链传递动力，机械损失较大，链子动负载振幅较大，对于刮板链及链轮不利; el刮板链紧链装置设置在机头，由于工作时的内张力较大，紧链装置结构复杂。 前集中传动方式特点与后集中传动方式相反，但两者还有一个共同特点，即无需顺序操作控制回路，操作系统简单，操作方便。综上所述，在掘进机总体布置允许的条件下，应尽量采用后集中传动方式。3.2巷道掘进机的装载机构 装载机构包括装载部件和铲板两部分。掘进机的装载部件有双环形刮板链式、螺旋式、耙爪式和星轮式等几种，由于受煤岩块度大小等因素的影响，该执行元件受载荷冲击较大，工作环境恶劣。目前通常采用两种装载方式:即星轮式和蟹爪式。蟹爪式装载机构是普遍采用的一种型式，属于四连杆机构，其基本形式有曲柄、摇杆和曲柄导杆机构，左右两蟹爪以180的相位交替工作，两者尖端的运动轨迹为双腰形曲线。如图所示为蟹爪装载机构： 图1改进前的装载结构它由装煤铲板和左右两个蟹爪机构组成，而蟹爪机构由减速箱的输出偏心转盘、蟹爪、摇杆及固定销座组成的一个曲柄摇杆机构。在工作时，蟹爪式装载机构和刮板输送机是联动的，由掘进机刮板输送机的刮板链带动输送机的机尾从动链轮旋转，同时从动链轮通过连轴节带动左右两个蟹爪减速箱旋转，进而偏心转盘做匀速圆周运动，通过曲柄连杆机构，主蟹爪则形成一个肾型复合曲线的运动轨迹，每个运动分为插入、拾取、耙装、返回四个阶段，且两个蟹爪的平面复合运动相差180，这样就实现了一个蟹爪耙装，另一个蟹爪返回的交替装载的过程。此种装载机构可连续装载，但在两个偏心转盘同时旋转一周时，只有两次装载过程，如果想要提高装载效率就要增加偏心转盘每转一周装载次数。3.3XK15型巷道掘进机的装载机构传动装置XK15巷道掘进机装载机构采用的是后传动方式，由输送机上的1台电动机经离合器、输送机减速器驱动刮板输送机主动链轮旋转，主动链轮又通过单边刮板链驱动从动链轮旋转，从动链轮又将动力传给装载部减速器中的圆锥齿轮，圆锥齿轮驱动左、右装载执行件运动，实现装载运输联动，完成装煤岩的任务。装载机构装载机器的前部，通过一对销轴铰接在主机架上。装载机构前端的铲板在铲板液压缸作用下可绕销轴上下摆动。当机器截割煤岩时，应使铲板下摆使其前端紧贴在巷道底板上，以增加机器截割时的稳定性。刮板输送机位于机器中部，前端用法兰盘作为销轴铰接在铲板上，后部用销轴托在主机架上。装载机构将落在铲板上的煤岩，利用不断运动的装载执行件（扒爪），将煤岩装到刮板输送机内，输送到后配备运输设备中去。3.3.1装载机构的传动方式与结构 装载部由铲板1、耙爪2、减速器3、铲板碰块4、铲板连接销孔5、升降液压缸6和挡板7等部分组成。装载部减速器是一个单级圆锥齿轮减速器，速比为2.25。链轮1，保险