橫軸式掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)論文

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1、橫軸式掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 一、懸臂式掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用狀況及發(fā)展 懸臂式掘進(jìn)機(jī)是煤礦掘進(jìn)巷道常用設(shè)備，它的發(fā)展使得礦井巷道的掘進(jìn)速度和效率大幅度提高。 我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段60年代初到70年代末。主要是以引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)機(jī)為主。這一階段的主要特點(diǎn)是：使用范圍越來(lái)越廣，切割能力逐步提高。第二階段70年代末到80年代。與國(guó)外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。這一階段特點(diǎn)是：可靠性高，已能適應(yīng)我國(guó)煤巷掘進(jìn)的需要，出現(xiàn)了重型機(jī)。第三階段由80年代至今。重型機(jī)型大批出現(xiàn)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)與制造水平已相當(dāng)先進(jìn)。這一階段特點(diǎn)是：設(shè)計(jì)水平較為先進(jìn)，可靠性大幅度提高，功能更

2、加完善。經(jīng)過(guò)三階段的發(fā)展，我國(guó)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用進(jìn)入了一個(gè)較高的水平，已跨入國(guó)際先進(jìn)行列，可與國(guó)外的懸臂式掘進(jìn)機(jī)媲美。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展是緊緊圍繞著我國(guó)礦井生產(chǎn)的實(shí)際條件、現(xiàn)場(chǎng)需要及設(shè)計(jì)、制造的工藝水平而不斷進(jìn)行的，其發(fā)展主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、截割功率不斷提高。為適應(yīng)更大范圍的截割條件，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割功率不斷增大，由最初的100kw以下的輕型機(jī)增加到現(xiàn)在的中型機(jī)型的132kw1~200kw，重型機(jī)型可達(dá)200kw以上。 2、在行走裝載截割驅(qū)動(dòng)方面的完善。以往的液壓與電動(dòng)驅(qū)動(dòng)都有缺點(diǎn)，但隨著科技的進(jìn)步，它們的據(jù)點(diǎn)在不斷地被彌補(bǔ)，改進(jìn)，目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)在電、液兩方面

3、發(fā)展速度很快，在裝載，行走，截割等方面大多數(shù)的機(jī)型還是采用電、液混合方式，總之兩種方式互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將共同并存，相互融合。 3、電控系統(tǒng)的完善。早期掘進(jìn)機(jī)的控制、操作回路一般都通過(guò)操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或把手開(kāi)關(guān)來(lái)控制傳統(tǒng)的交流中繼電器電路，進(jìn)而通過(guò)繼電器來(lái)對(duì)主回路交流接觸器的二次控制。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，操作回路逐漸以本安型的先導(dǎo)回路來(lái)替代隔爆型主令箱，這也是適應(yīng)各類保護(hù)傳感器的應(yīng)用和選型的需要。 4、截割效率的提高。截割效率是懸臂式掘進(jìn)機(jī)性能優(yōu)劣的一個(gè)重要衡量參數(shù)，縱軸式截割頭的優(yōu)點(diǎn)是截割較深，截割效率高，缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，裝運(yùn)效果差。橫軸式截割頭的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)

4、定性好，裝載效果好，缺點(diǎn)是在進(jìn)刀時(shí)其截割方向幾乎與其推進(jìn)方向重合，所以必須給予較大的推進(jìn)力，這就需要相應(yīng)增加街功率，切割時(shí)粉塵大再加上其內(nèi)噴霧布置比較復(fù)雜，滅塵效果不好。 5、機(jī)組穩(wěn)定性的提高并實(shí)現(xiàn)矮型化以適應(yīng)小斷面巷道掘進(jìn)。提高機(jī)組穩(wěn)定性的有效方法有兩種：增加機(jī)組重量和降低機(jī)組高度。新機(jī)型的重量都較過(guò)去有很大的增加，并且為適應(yīng)巖巷的掘進(jìn)也必須增加自重。在增加自重的同時(shí)，新機(jī)型在設(shè)計(jì)上還盡量簡(jiǎn)化和緊湊化，降低機(jī)組高度。這可以增加穩(wěn)定性，也是為了適應(yīng)低矮巷道的掘進(jìn)。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)目前也存在一些問(wèn)題。首先是錨桿支護(hù)的成功推廣應(yīng)用提高了巷道支護(hù)的可靠性，但在巷道支護(hù)約占用40%~50%

5、的掘進(jìn)作業(yè)時(shí)間，這就使得掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)機(jī)率大大降低，不能有效提高掘進(jìn)速度。其次現(xiàn)有機(jī)型偏向于中、重型，雖然有些掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)了矮型化設(shè)計(jì)，但整體尺寸仍不能有效縮減，對(duì)低矮巷道的適應(yīng)性還較差。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展有以下幾點(diǎn)：大功率化、重型化、系列化、智能化和自動(dòng)化。 二、懸臂式掘進(jìn)機(jī)的分類及組成 懸臂式掘進(jìn)機(jī)按截割頭的不同分為橫軸式掘進(jìn)機(jī)和縱軸式掘進(jìn)機(jī)。 懸臂式掘進(jìn)機(jī)由六部分組成：工作機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)和除塵裝置六部分。 1、 工作機(jī)構(gòu) 工作機(jī)構(gòu)的主要部分是懸臂和截割頭。截割頭分為橫軸式截割頭和縱軸式截割頭。截割頭上的截齒形式分為片狀截齒和鎬形截齒兩

6、種。截割機(jī)構(gòu)的伸縮裝置分為橫內(nèi)伸縮式和外伸縮式兩種。 切割頭大多為圓錐形或筒形，周圍鑲有截齒，以破碎煤巖。懸臂用油壓控制，可上下或水平擺動(dòng)，也可適當(dāng)伸縮。懸臂筒內(nèi)裝有空心主軸，其一端連接截割頭，另一端連接減速器。 縱軸式截割頭傳動(dòng)方便、結(jié)構(gòu)緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內(nèi)伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。截割頭的形狀有圓柱形、圓錐形和圓錐加圓柱形，由于后兩種截割頭利于鉆進(jìn)，并使截割表面較平整，故使用較多。缺點(diǎn)是由于縱軸式截割頭在橫向擺動(dòng)截割時(shí)的反作用力不通過(guò)機(jī)器中心，與懸臂形成的力矩使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生較大的振動(dòng)，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進(jìn)時(shí)，需加大機(jī)身重量或裝設(shè)輔助支

7、撐裝置。 橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。這種掘進(jìn)機(jī)截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較省力，排屑較方便。由于截深較小，截割與裝載情況較好?？v向截割時(shí)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是傳動(dòng)裝置較復(fù)雜，在切入工作面時(shí)需左右擺動(dòng)，不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便；因?yàn)榻馗铑^較長(zhǎng)對(duì)掘進(jìn)斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側(cè)壁。這種掘進(jìn)機(jī)多使用拋物線或半球形截割頭。 2、裝載機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)構(gòu)就是將工作機(jī)構(gòu)截割下來(lái)的煤巖，裝到輸送機(jī)構(gòu)上的機(jī)構(gòu)。 裝載機(jī)構(gòu)有四種：?jiǎn)坞p環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?、螺旋式、耙爪式和星輪式。下面依次介紹。 單雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?。單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機(jī)體后面的

8、轉(zhuǎn)載機(jī)上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉(zhuǎn)向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開(kāi)或收攏，就能調(diào)節(jié)裝載寬度，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。環(huán)形刮板鏈?zhǔn)窖b載機(jī)構(gòu)制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會(huì)造成卡鏈和斷鏈。同時(shí)，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。 螺旋式。是橫軸式掘進(jìn)機(jī)上使用的一種裝載機(jī)構(gòu)，它利用左右兩個(gè)截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機(jī)構(gòu)。由于頭體形狀的缺點(diǎn)，這種機(jī)構(gòu)目前使用很少。 耙爪式。是利用一對(duì)交替動(dòng)作的耙爪來(lái)不斷地耙取物料并裝入轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、外形尺寸小、能連續(xù)裝載，生產(chǎn)效率高。此外，機(jī)器的高度也較低，目前應(yīng)用很普遍。但這種裝載機(jī)構(gòu)寬度

9、受限制，為擴(kuò)大裝載寬度，可使鏟板連同整個(gè)耙爪機(jī)構(gòu)一起水平擺動(dòng)，或設(shè)計(jì)成雙耙爪機(jī)構(gòu)，以擴(kuò)大裝載范圍。 星輪式。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差。 3輸送機(jī)構(gòu) 輸送機(jī)構(gòu)多采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)一般是由機(jī)尾向機(jī)頭方向傾斜向上布置的。 輸送機(jī)構(gòu)有以機(jī)頭軸為主動(dòng)的，由設(shè)置在機(jī)頭的電動(dòng)機(jī)或油馬達(dá)，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)，有的機(jī)型還同時(shí)以機(jī)尾從動(dòng)軸間接地帶動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)工作。有的掘進(jìn)機(jī)以機(jī)尾軸為主軸，由設(shè)置在機(jī)尾的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)工作，間接地從輸送機(jī)構(gòu)的機(jī)尾為主動(dòng)軸，帶動(dòng)刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)工作，輸送機(jī)構(gòu)則不單獨(dú)設(shè)置減速裝置。 輸送機(jī)構(gòu)可采用

10、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī)靠近機(jī)身一側(cè)，在驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)同時(shí)，間接地以輸送機(jī)構(gòu)機(jī)尾為主動(dòng)軸帶動(dòng)刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。這樣傳動(dòng)系統(tǒng)中元件少、機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但裝載與輸送機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動(dòng)相牽連，相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。 　輸送機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)方式，即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器的一端，通過(guò)減速裝置驅(qū)動(dòng)輸送機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。但由于傳動(dòng)裝置和動(dòng)力元件較多，故障點(diǎn)有所增加。 為充分發(fā)揮煤巷掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力和加快煤巷掘進(jìn)速度，目前運(yùn)輸設(shè)備的配套方式有煤巷掘進(jìn)機(jī)與鏈板輸送機(jī)配套和煤巷掘進(jìn)機(jī)與倉(cāng)式列車配套兩種。

11、 4、 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu) 目前掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)大多采用膠帶輸送機(jī)。 膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式，通常有三種型式，第一種是由液壓馬達(dá)直接或通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)機(jī)尾主動(dòng)卷筒。第二種型式，是由電動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。第三種傳動(dòng)方式，是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。 為實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卸載端作上下調(diào)高和左右擺動(dòng)，以使轉(zhuǎn)運(yùn)的煤巖能夠準(zhǔn)確地卸入礦車或轉(zhuǎn)載機(jī)中，一般將轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部的回轉(zhuǎn)臺(tái)托架上，可以通過(guò)人力或回轉(zhuǎn)油缸，使整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)繞回轉(zhuǎn)中心擺動(dòng)一定角度，并使機(jī)頭卸載端達(dá)到卸載的要求。同時(shí)，通過(guò)升降油缸使卸載端繞機(jī)尾鉸接中心作升降運(yùn)動(dòng)。使卸載端達(dá)到制裁的調(diào)高范圍要求。

12、 5、 行走機(jī)構(gòu) 掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式三種。 邁步式。該種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來(lái)工作的。采用框架結(jié)構(gòu)，使人員能自由進(jìn)出工作面，并可越過(guò)裝載機(jī)構(gòu)到達(dá)機(jī)器的后面。使用支撐裝置可起到掩護(hù)頂板、臨時(shí)支護(hù)的作用。但由于向前推進(jìn)時(shí)，支架反復(fù)交替地作用于頂板，掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機(jī)構(gòu)主要用于巖巷掘進(jìn)機(jī)，在煤巷、半煤巖巷中也有應(yīng)用。 導(dǎo)軌式。將掘進(jìn)機(jī)用導(dǎo)軌吊在巷道頂板上，躲開(kāi)底板，達(dá)到?jīng)_擊破碎巖石的目的。這就要求導(dǎo)軌具有較高的強(qiáng)度。這種行走機(jī)構(gòu)主要用于沖擊式掘進(jìn)機(jī)。 履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機(jī)動(dòng)性能

13、好、工作可靠、調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重。 6、 除塵裝置 掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。 噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來(lái)，達(dá)到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。是在工作機(jī)構(gòu)的懸臂上裝設(shè)噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。由于噴嘴距粉塵源較遠(yuǎn)，粉塵容易擴(kuò)散，除塵效果較差；②內(nèi)噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對(duì)著截齒噴射。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。但噴嘴容易堵塞和

14、損壞，供水管路復(fù)雜，活動(dòng)聯(lián)接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內(nèi)外噴霧相結(jié)合的辦法，并且和截割電機(jī)、液壓系統(tǒng)的冷卻要求結(jié)合起來(lái)考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵。 抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)條件來(lái)選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級(jí)凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，風(fēng)機(jī)的噪音很大，應(yīng)安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設(shè)備增多，使工作面空間減小。近年來(lái)，除塵設(shè)備有向抽出式和噴霧式聯(lián)合并用方向發(fā)展的趨勢(shì)。 三、橫軸式掘進(jìn)機(jī)的選型 將掘進(jìn)機(jī)定為重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)。以AM-50型為例 1、工作機(jī)構(gòu)的選型。 工作機(jī)構(gòu)選擇橫軸

15、式截割頭，每個(gè)截割頭截齒尖端所構(gòu)成的輪廓呈近似的拋物體，兩個(gè)截割頭分別對(duì)稱地裝在截割機(jī)構(gòu)的減速箱輸出軸的兩側(cè)，截割頭的旋轉(zhuǎn)方向，從機(jī)器的左側(cè)看是逆時(shí)針?lè)较?。截割機(jī)構(gòu)懸臂橫向擺動(dòng)，沿巷道的寬度方向截割。懸臂上下擺動(dòng)沿巷道的高度方向截割。這種截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較省力，排屑較方便。由于截深較小，截割與裝載情況較好?？v向截割時(shí)，穩(wěn)定性較好。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。懸臂選用液壓驅(qū)動(dòng)。 2、 裝載機(jī)構(gòu)的選型 裝載部分選擇雙耙爪機(jī)構(gòu)，如圖所示，鏟板上部表面從中線向兩側(cè)傾斜，前面呈三角形結(jié)構(gòu)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、外形尺寸小、能連續(xù)裝載，生產(chǎn)效率高?？紤]工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓

16、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 3、 輸送機(jī)構(gòu)的選型 輸送選擇刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。 4、 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的選型 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)。驅(qū)動(dòng)方式選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 5、 行走機(jī)構(gòu)的選型 行走機(jī)構(gòu)采用履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機(jī)動(dòng)性能好、工作可靠、調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)方式選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。 6、 除塵機(jī)構(gòu)的選型 除塵方式選用噴霧式除塵方式。掘進(jìn)機(jī)懸臂上裝有一個(gè)框架，上面安裝7個(gè)噴嘴，這些噴嘴和附件組成噴霧裝置。其水分配器固定在掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定

17、器、刮板輸送機(jī)構(gòu)上面。噴霧水經(jīng)過(guò)濾，由高壓膠管送到噴嘴噴向工作面，達(dá)到降塵目的。噴嘴壓力要求為1.18~1.47MPa 四、橫軸式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)參數(shù)及相關(guān)圖紙 總體參數(shù) 巷道斷面積 m2 切割硬度 f 巷道最小曲率半徑 m 裝機(jī)功率 kW 質(zhì)量 t 外形尺寸 長(zhǎng)*寬*高 m 7.5~20.3 ≤5.5~6 10 163 24 7.5*1.91*1.65 工作機(jī)構(gòu) 型式 轉(zhuǎn)速r/min 懸臂伸縮長(zhǎng)度 mm 功率 kW 傳動(dòng)型式 橫軸式 73.5/88.7 100 三級(jí)圓柱圓錐齒輪 裝運(yùn)機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)構(gòu)型式 輸送機(jī)構(gòu)型式 動(dòng)

18、作頻率 i/min 鏈速 m/s 功率 kW 耙爪 單鏈刮板 34.28 0.9 2*11 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu) 型式 帶寬 mm 橋式 m/s 橋式膠帶輸送機(jī) 650 1.6 行走機(jī)構(gòu) 型式 行走速度 m/min 接地比壓 kpa 功率 kW 履帶 5 130 2*15 液壓系統(tǒng) 油泵型式 油泵功率 kW 工作壓力 Mpa A2V55--oV 11 20 噴霧 水壓 Mpa 耗水量 m2/h 1.2~1.5 204 相關(guān)圖紙 1、 掘進(jìn)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2、掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)圖 橫軸式掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 姓名： 曹黎黎 班級(jí)： 機(jī)械04-1班 學(xué)號(hào)： 0407100101