采掘机械复习提纲及课件第4篇第3章.ppt

第三章掘进机 掘进机是具有截割 装载 转载煤岩 喷雾灭尘 并能自己行走 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 煤 岩 软岩水平巷道 但大功率掘进机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 工作方式灵活 适用性强 应用广泛 1 优点 掘进速度提高1 1 5倍 工效提高1 2倍 进尺成本降低30 50 快速掘进有利于及时查明采区地质条件 正确部署回采工作面的准备和接替岩巷围岩不易破坏 利用支护 减少冒顶和瓦斯突出的危险减少超挖量和支护作业充填量改善劳动条件 减少笨重的体力劳动 2 第一节部分断面掘进机部分断面掘进机截割工作机构的刀具作用在巷道局部断面上 靠截割工作机构的摆动依次破落所掘进断面的煤 岩 从而掘进出所需断面的形状 实现整个断面的掘进按工作机构可分为悬臂式掘进机 冲击式掘进机 连续采煤机和圆盘滚刀式掘进机冲击式掘进机以安装在臂杆前端的冲击器 冲击碎落岩 煤 并通过臂杆上 下 左 右摆动 实现整个断面的掘进连续采煤机利用摇臂滚筒式截割机构破煤 将剥落的煤装载 输送到机后转运设备中的采煤机械圆盘滚刀式掘进机利用周边装有多把盘形滚刀的旋转刀盘切割岩石 旋转刀盘依靠推进液压缸 摆动液压缸的轴向伸缩及左右摆动实现整个断面的切割 具有装载 转载及行走功能 适用于单轴抗压强度200 350MPa的硬岩巷道 3 一 组成和工作原理悬臂式掘进机组成 截割机构 装运机构 行走机构 液压系统 电控系统和喷雾降尘系统等 1 截割臂2 回转台3 装载机构4 转载机构5 行走机构6 电控箱7 运输机构8 液压系统 4 1 截割机构由截割头 悬臂和回转座组成的破煤 岩 机构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履带 或伸缩悬臂的推进液压缸 提供 升降和回转液压缸使悬臂在垂直和水平方向摆动 以截割不同部位的煤岩 掘出所需形状和尺寸的断面 2 装运机构由装载机构和中间输送机两部分组成 电动机经减速后驱动刮板链和蟹爪 将截割破碎下来的煤岩集中装载 转运到机器后面的转载机或其他运输设备中 运出工作面 3 行走机构驱动掘进机前进 后退和转弯并能在掘进作业时使机器向前推进 4 液压系统由液压泵 液压马达 液压缸 控制阀组及辅助液压元件等组成 用以提供压力油 控制悬臂上下左右移动 驱动装运机构中间输送机 集料装置及行走机构的驱动轮 并进行液压保护 5 5 电气系统向机器提供动力 驱动掘进机上的所有电动机 同时也对照明 故障显示 瓦斯报警等进行控制 并可实现电气保护 6 喷雾降尘系统为降低掘进机在作业中产生的粉尘而装备的设施 有喷雾降尘系统和除尘器降尘系统两种形式 喷雾降尘系统由内 外喷雾装置组成 用以向工作面喷射水雾 达到降尘的目的 悬臂式掘进机按截割头布置方式分纵轴式和横轴式1 纵轴式纵轴式掘进机的截割头轴线和悬臂轴线相重合 工作时 先将截割头钻进煤壁掏槽 然后按一定方式摆动悬臂 直至掘出所需要的断面 二 截割机构由截割头 悬臂和回转座组成悬臂工作机构 6 截割运动为截割头的旋转和悬臂摆动的合成运动 截齿齿尖的运动轨迹近似为平面摆线 工作时 截割头上受有截割反力和用来使截齿保持截割状态的进给力 掏槽时 由行走机构或推进液压缸产生的沿悬臂轴线方向的进给力 横摆截割时 由回转液压缸产生的与摆动方向相同的进给力 两者近乎保持垂直关系 使得所需要的进给力较小 当悬臂的摆动力过大时 进给力就大 使截齿摩擦增大 若截割力不足 截割头就会被卡住 当摆动力过小 截齿无法切入煤岩壁足够深度 只能在煤壁表面上切削而产生粉尘 并使截齿磨损加剧现代掘进机多通过液压调节装置自动调整悬臂的摆动力和摆动速度 使进给力和截割力相适应 取得良好的截割效果 7 工作中截割头仅半边剥落煤岩 较大的反作用力使机器有倾倒的趋势 为了提高稳定性 机器重量比较大 能截割出平整的巷道 且可开挖支架的柱窝和水沟 2 横轴式横轴式掘进机的截割头轴线与悬臂轴线相垂直 工作时先进行掏槽截割 掏槽进给力来自行走机构 最大掏槽深度为截割头直径的2 3 掏槽和上下截割时 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 操作较复杂 8 横摆截割时 截齿齿尖的运动轨迹近似为空间螺旋线 工作时截齿的截割方向比较合理 破落煤岩比较省力 截割反力使掘进机产生向后的推力和作用在截割头上向上的分力 可被较大的机重所平衡 不会产生倾覆 机器工作时的稳定性较好 重量约为同功率纵轴式掘进机的三分之一横轴式截割头的形状近似为半椭圆球体 不易切出光滑轮廓的巷道 也不能利用截割头开水沟和挖柱窝 横轴式截割头上多安装镐形截齿 齿尖的运动方向和煤体的下落方向相同 易将切下的煤岩推到铲装板上及时装载运走 装载效率较高 但截割头的转速高 齿数较多 且不被煤岩体所包埋 产尘量较多 9 1 截割头 1 中心钻 2 镐形截齿 3 喷嘴 4 截齿座 5 截割头体 截割头是掘进机上直接截割破碎煤岩的旋转部件 其形状 尺寸和其上截齿的排列方式对掘进机的工作性能有重大影响 纵轴式截割头的外形轮廓有球形 球柱形 球锥形和球锥柱形四种 以球锥形截割头的截齿受力较为合理 得到较多应用截割头体为组焊式结构 在头体上焊有截齿座和喷嘴座 头体内设有内喷雾水道 截割头通过键与主轴相连 截齿按螺旋线方式分布在头体上 一般为2 3头 截距对截割效果有较大影响 较大截距可增加单齿截割力 但截齿的磨损也随之增加 在选择截距时 还应考虑截割头上不同部位的截齿所受的负荷不同而有所区别 力求各截齿负荷均匀 以减小冲击载荷和使截齿的磨损速度接近 10 横轴式截割头结构l 截割头体 2 迷宫环3 O型密封圈 4 涨套联轴器5 防尘圈 6 截割头端盘7 连接键 8 螺钉 9 注油嘴 横轴式截割头头体多为厚钢板的组焊结构或镙钉联接结构 由左右对称的两个半体组成 在头体上焊有齿座和喷嘴座 在头体内开有内喷雾水道 装有配水装置 截割头体通过涨套式联轴器同减速器输出轴相连 起过载保护作用 11 涨套式联轴器 1 外环 2 内环 3 4 涨紧环 5 螺钉 6 垫圈 内 外环都有断口 拧紧螺钉使内环收缩 外环涨开 依靠摩擦力把切割头联结在减速器输出轴上 传递转矩 对中性好 装拆方便 轴径小 可以缓和冲击和过载保护 截齿有径向扁截齿和镐形截齿两种 煤巷中一般两种都可使用 半煤岩巷道中一般采用径向扁截齿 12 2 截割减速器截割减速器作用 将电动机的运动和动力传递到截割头由于截割头工作时承受较大的冲击载荷 要求减速器可靠性高 过载能力大 为充分利用悬臂长度 其箱体一般作为悬臂的一部分 应有较大的刚性 联接螺栓应有可靠的防松装置 减速器最好能实现变速 以适应煤岩硬度的变化 增强掘进机的适应能力常用传动型式 圆锥 圆柱齿轮传动 圆柱齿轮传动和二级行星齿轮传动 二级行星传动可实现同轴传动 结构紧凑 重量较轻 传动功率和速比大 效率高 多用于纵轴式截割头 但制造和装配要求高 圆锥一圆柱齿轮传动的结构简单 能承受大的冲击载荷 易实现机械过载保护 多用于横轴式截割头 实现截割头变速的圆柱齿轮传动 高速割煤 低速破碎岩石 减速箱结构复杂 体积和重量较大 13 a 二级行星传动b 可变速的圆柱齿轮传动c d 圆锥 圆柱齿轮传动 14 3 电动机为实现较强的连续过载能力 适应复杂多变的截割载荷 并利用喷雾水加强冷却效果 悬臂式掘进机多采用防爆水冷式电动机来驱动截割头为满足悬臂长度的需要和减小电动机的径向尺寸 可采用串联双转子电动机 为满足截割不同硬度煤岩的需要 避免在减速箱中变速 可采用双速电动机 4 悬臂伸缩装置按悬臂长度是否可变 悬臂有伸缩式和不可伸缩式两种掘进机掘进时 截割头切入煤壁方式 利用行走机构向前推进 使截割头切入 截割头悬臂不伸缩 结构比较简单 但行走机构移动频繁 不能开挖水沟柱窝截割头悬臂可以伸缩 一般是利用液压缸的推力使截割头沿悬臂上的导轨移动 使截割头切入煤壁 履带不需移动伸缩悬臂有内伸缩和外伸缩两种 15 内伸缩悬臂1花键套 2 内伸缩套3 外伸缩套 4 保护套5 定位螺钉 6 主轴7 截割头 截割减速器输出轴上联接有内花键套 主轴的右端开有外花键 并插入花键套内 主轴的左端通过花键和定位螺钉与截割头相联 使减速器的输出轴驱动截割头旋转保护套和内伸缩套同截割头相联 但不随截割头转动 外伸缩套则和减速器箱体固联推进液压缸的前端和保护套相联 后端和电动机壳体相联 在其作用下 保护套带动截割头 主轴和内伸缩套相对于外伸缩套前后移动 实现悬臂的伸缩结构尺寸小 移动部件重量轻 移动阻力较小 有利于机器的稳定 但需要较长花键轴 加工较难 结构也比较复杂 16 外伸缩悬臂 推进液压缸前端和工作臂相连 后端和导轨架相连 工作臂可相对导轨架作伸缩运动悬臂结构尺寸和移动重量较大 推进阻力大 不利于机器的工作稳定性 但结构简单 伸缩部件加工容易 精度要求较低 伸缩悬臂的伸缩行程应与截割深度 最大掏槽深度 相适应 一般在0 5 1m范围内 推进液压缸的推进力应能克服伸缩部件的移动阻力和沿悬臂轴线方向的截割反力 1 截割头 2 工作臂 3 行星减速器 4 推进液压缸 5 电动机 6 导轨架 17 5 回转台回转台是悬臂支撑机构中的主要部件 位于机器的中央 它连接左右履带架 支承悬臂 实现悬臂的回转 升降运动 承受着复杂的交变冲击载荷 回转体 盘形支座2 的下端装有回转齿轮6 在盘形支座和回转座 十字构件1 间装有圆盘止推轴承3 盘形支座的下部和十字构件间装有球面滚子轴承4 截割反力即通过这两个轴承传递到回转座 十字构件1 和机架上 回转液压缸中的活塞推动和齿轮相啮合的齿条移动即可带动回转体 盘形支座2 及铰接于其上的悬臂摆动 18 1 十字构件2 盘形支座3 圆盘止推轴承4 球面滚子轴承5 涨套联轴器6 回转齿轮7 截割臂基座8 升降油缸9 支承法兰10 水平回转油缸11 齿条12 长轴 19 三 装载与转运机构装载机构由电动机 或液压马达 传动齿轮箱 安全联轴器 集料装置 铲装板等组成 铲装板是基体 呈倾斜安装在主机架前端 后部与中间输送机连接 前端与巷道底板相接触 靠液压缸推动可作上下摆动 为增加装载宽度 有的铲装板装有左右副铲装板 有的则借助一个水平液压缸推动铲装板左右摆动 装载机构型式 转运机构有两级 中间刮板输送机和皮带转载机 装载机构与中间刮板输送机组成装运机构 多数为连动 1 摆线液压马达 2 曲柄圆盘 3 蟹爪 4 摇杆 图为ELMB型掘进机装运机构传动系统 铲板下无动力装置 但刮板链受力较大 20 1 蟹爪式装载机构由偏心盘带动蟹爪运动 两蟹爪相位差为180o 蟹爪尖的运动轨迹为腰形封闭曲线 可将煤岩准确运至中间刮板输送机 生产率高 结构简单 工作可靠 应用较多 2 刮板式装载机构可形成封闭运动 装载宽度大 但机构复杂 装载效果差 应用较少 3 圆盘星轮式装载机构的星轮直接装在传动齿轮箱输出轴上 靠星轮旋转将煤 岩 扒入中间输送机 工作平稳 动载荷小 装载效果好 使用寿命长 多用于中型和重型掘进机 装载机构型式a 蟹爪式b c d 刮板式e 圆盘星轮式 21 四 行走机构悬臂式掘进机均采用履带行走机构 牵引力大 机动性好 工作可靠 对底板适应性好一般采用液压驱动 高速马达 减速器 低速大扭矩马达分别直接驱动两条履带的主动链轮 五 液压系统工作机构水平和上下摆动 装载机构和转载机构的升降和水平摆动以及机器的支撑等 一般均采用液压泵 液压缸系统来实现 除工作机构采用电动机单独驱动外 其他机构如装运机构 转载机构 履带行走机构也可以用液压泵 液压马达系统驱动 二级转载机一般采用带式输送机驱动方式 ELMB 两台摆线马达直接驱动主动滚筒AM 50 电动机经减速器驱动主动滚筒EM1A 30 电动滚筒 22 1 轴向柱塞泵2 三位六通多路换向阀3 压力表4 过滤器5 双联液控单向阀6 单向节流阀7 液控单向阀8 安全阀 23 1 截割头水平摆动回路截割头水平摆动由多路换向阀中的A1阀控制 当各换向阀都在中位时 液压泵来的液压油经各阀中位和过滤器4回油箱当操纵阀A1使其左阀位通油 液压油经该阀左阀位打开两侧液控单向阀7进入齿条液压缸下侧 使齿条活塞向上运动 带动齿轮回转体回转 使截割头向一侧摆动 齿条液压缸上侧的油经已打开的上侧液控单向阀7 换向阀A1左阀位 回油过滤器4回油箱 齿条液压缸的两侧都装有安全阀 其作用是在截割头停止摆动而发生过载时 对传动零件及回转体弹力套起过载保护作用 安全阀的调定压力为31 5MPa回路中的双向液控单向阀 使齿条液压缸在不供油时两侧都被锁住 截割头停留在调定水平的位置上 如果操纵换向阀A1使其右阀位通油 齿条活塞向下运动 截割头向另一侧摆动 24 2 截割头升降回路截割头升降由多路换向阀中的A2阀控制 当操纵A2阀使其左阀位通油时 液压油经该阀左阀位打开进油管侧液控单向阀7后进入两液压缸的活塞杆腔 活塞腔的油经液控单向阀7和单向节流阀6 背压 回油箱 使截割头缓慢下降 在两液压缸活塞腔的端头上装有液控单向阀7 其作用是防止截割头在垂直升降过程中 管路或软管