掘进机的总体方案设计

1、部分断面掘进机总体方案设计及选型作者：李晓虎，辽宁工业大学机械工程学院:系统全面地介绍了部分断面掘进机总体方案设计中的工作、装载、输送、转运、行走机构类型和除尘装置。关键词：部分断面掘进机总体方案设计与选择部分断面掘进机是一种能实现截割、装载、转移、行走和喷雾除尘的组合机组。可用于煤矿、金属矿山等隧道施工。掘进机的总体方案设计对整机性能起着决定性的作用。因此，根据掘进机的用途、操作和制造条件，合理选择机型，正确确定各部件的结构类型，对实现整机的技术指标，保证机器的工作性能具有重要意义。1工作机构的选型掘进机的一些工作机理包括切割链式、圆盘铣削式和悬臂切割式。由于悬臂切割掘进机灵活、体积小，可以

2、切割各种形状和断面的巷道，实现选择性切割，切割效果好，掘进速度快；因此，悬臂切割现在主要使用，它已经成为掘进机的一种基本工作机构。根据切割头的排列，可分为纵轴和横轴两种类型。本发明驱动方便，结构紧凑，可以切割任意形状的横截面，容易获得相对平坦的横截面，有利于内部伸缩悬臂的使用，可以挖柱窝或沟。切割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥形加圆柱形。由于后两种切割头有利于钻孔，使切割面更光滑，所以被广泛使用。缺点是纵向截割头横向摆动时，反作用力不通过机器中心，悬臂形成的力矩使掘进机振动大，稳定性差。因此，在煤巷掘进时，必须增加机身重量或安装辅助支撑装置。横向切割头分为辊形、圆盘形、抛物线形和半球形。这种掘

3、进机截齿的切割方向合理，破碎煤岩更加省力，排屑更加方便。由于切割深度小，切割和装载条件更好。纵向切割时，稳定性更好。缺点是传动装置复杂，切入工作面时需要左右摆动，不如纵轴工作机构方便；由于长截割头限制了掘进断面的形状，很难获得平坦的侧壁。这种掘进机通常使用抛物线或半球形截割头。由于负载变化范围大、驱动功率大、工作机构岩石过硬时短期过载运行、冲击载荷大、振动大，要求其传动装置体积小，最好能调速。考虑到掘进机的工作情况，截割头不仅要有一定的扭矩和速度来截割煤和岩石，而且要上下左右摆动，挖出整个断面。掘进机的工作机构一般由单台机器驱动。液压传动虽然具有体积小、调速方便的优点，但由于其对冲击载荷敏感，

4、零部件不能承受大的短时过载，所以一般选用过载能力大的电机驱动。2加载机构的选型部分断面掘进机有四种装载机构：(1)单、双环刮板链型。单环是用一组环形刮板链将煤和岩石直接装载到机身后面的装载机上。双环由两排方向相反的平行刮板链组成。如果刮板链可以左右开合，装载宽度可以调节，但结构复杂。圆形刮板链装载机构使滚筒变薄，但由于单向装载，装载侧容易形成煤岩堆积，造成链条卡死和断链。同时，由于刮板链容易磨损，耗电量大，使用效果差。(2)螺旋。这是一种负荷(3)耙爪型。一对交替的耙用于连续耙料，并将它们装载到传送机构中。该方法结构简单、运行可靠、体积小、加载效果好，目前应用广泛。然而，这种装载机构的宽度是有

5、限的。为了扩大装载宽度，铲板可以与整个耙爪机构一起水平摆动，或者可以设计双耙爪机构来扩大装载范围。(4)星轮型。这种机构比耙爪型更简单、更坚固、更可靠，但装载大物料的能力差。一般应选择耙爪式装载机构，但考虑到装载宽度，可选择双耙爪机构，或设计可互换耙爪和星轮的装载机构。装载机构可以由马达或液压马达驱动。但是，考虑到潮湿的工作环境和泥水，最好用液压马达驱动。3输送机构的选型刮板链输送机构主要用于某些断面掘进机。输送机构可以采用组合驱动方式，即在刮板输送机靠近机体一侧安装电机或液压电机和减速器，在驱动装载机构时，输送机构的尾部间接作为驱动轴来驱动刮板输送机构工作。这样，传动系统中的部件很少，机构简

6、单，但是装载和输送机构的运动是密切相关的，并且相互影响很大。由于空间小，很难安排。输送机构采用独立驱动方式，即在远离机器的一端安装电机或液压电机，输送机构由减速器驱动。这种驱动方式的传动系统布局简单，不影响加载机构的运动。然而，由于更多的传输设备和电力部件，故障点增加了。目前采用这两种输送机构，应在设计中适当确定。通常，采用与装载机构相同的驱动模式。4传送机构的选型掘进机的传送机构有两种布置：作为机器的一部分；是机器的配套设备。目前，使用最多的是带式输送机。皮带传动机构有三种传动方式：通过液压马达或减速器直接驱动尾部传动滚筒；(2)通过电动卷轴驱动驱动卷轴；(3)电机通过减速器驱动驱动滚筒。为

7、了使卸载端上下左右摆动，传送机构的尾部通常安装在掘进机尾部的转盘支架上，它可以通过人力或液压缸绕转盘中心摆动，以满足摆动角度的要求；同时，升降液压缸使其绕尾部铰链中心升降，从而达到卸载的高度调节范围。传送机构应由一台机器驱动，该机器可以是马达或液压马达。5行走机构的选型这种掘进机的行走机构有多种类型，如步进式、导轨式和履带式。(1)步进。这种行走机构采用液压步进装置。采用框架结构，使人们可以自由进出工作面，并可以穿过装载机构到达机器后部。支撑装置的使用可以起到掩护顶板和临时支撑的作用。然而，当向前移动时，支架反复交替地作用在顶板上，掘进机对顶板的稳定性有更高的要求和更大的局限性。因此，该行走机

8、构主要用于岩巷掘进机，也适用于煤巷和半煤岩巷。(2)导轨类型。掘进机悬挂在有导轨的巷道顶板上，避开底板，以达到冲击破碎岩石的目的。这要求导轨具有更高的强度。该行走机构主要用于冲击式掘进机。(3)履带式。适用于底板不平整或松软的情况，无需铺设道路和轨道。它具有牵引能力大、机动性好、运行可靠、调节灵活、对底板适应性好的优点。但是，它的结构复杂，零件磨损严重。目前，履带式行走机构(1)喷雾型。一定压力的水被喷嘴高度扩散和雾化，使灰尘附着在雾状水滴表面并沉降下来，从而达到除尘的效果。除尘方法有两种：外喷雾除尘。喷嘴安装在工作机构的悬臂上，以向切割头喷射加压水，从而包围切割头。该方法结构简单，运行可靠，

9、使用寿命长。由于喷嘴远离尘源，灰尘容易扩散，除尘效果差；内部喷雾减少灰尘。喷嘴按螺旋线排列在切割头上，并向切割齿喷射加压水。由于喷嘴靠近截齿，除尘效果好，耗水量小，稀释气体、冷却截齿和熄灭火花的效果也很好。但是，喷嘴容易堵塞和损坏，供水管道复杂，活动接头密封困难。为了提高除尘效果，一般采用内外喷雾相结合的方法，并考虑切割电机和液压系统的冷却要求，冷却水从喷嘴喷出以减少粉尘。(2)取款类型。常用的集尘装置是吸尘器。设计掘进机时，应根据掘进机的技术条件选择除尘器。为了提高除尘效果，可采用两级净化除尘。当吸尘器随着掘进机移动时，风扇会发出很大的噪音，所以应该安装消音器。萃取除尘装置除尘效果好，但由于

10、设备增加，工作面空间减少。近年来，除尘设备有将萃取和喷雾相结合的趋势。7高压水射流辅助切割技术对于全煤巷道或软岩巷道，使用掘进机效率高，成本低。但是，对于岩巷掘进和隧道掘进，岩体f8(抗压强度在80 100 MPa以上)，掘进机效率明显降低，截齿用量大幅增加，导致生产成本大幅增加。此时，应考虑高压水射流辅助切割技术。该技术从孔径为0.4 1.0毫米的喷嘴中注入流量为4L/min、压力大于20MPa的加压水，对截齿的机械破碎起到辅助作用。掘进机截割头喷出的压力水根据压力进行分级，如附表所示。附表辅助切割压力湿度等级MPa项目低压、中压、中压、高压和超高压水压 400经验表明，煤辅助切割的最小压力约为40兆帕，岩石的最小压力约为70兆帕。安装在掘进机上的高压水射流系统如下：外部水通过控制阀和水过滤器进入增压器，增压后的高压水进入悬臂端的旋转密封，由安装在截割头上的多个喷嘴喷出。增压器由液压油驱动，可提供70兆帕以上的压力水。旋转密封装置安装在切割头的转轴上，以保证切割头处的水压和水量。喷嘴的直径根据水压和流量来选择。在掘进机截割头上，喷嘴有三个安装位置：安装在截割齿前。优点是截齿和齿座通用，成本低；喷嘴的安装位置不受限制，可选择标