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中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
姓 名： 田雨清 學(xué) 號(hào)： 14030376
學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)題目： 履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)
專 題：
指導(dǎo)教師： 楊寅威 職 稱：副教授
2007 年 6 月 徐州
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 機(jī)自03-8 學(xué)生姓名 田雨清
任務(wù)下達(dá)日期：2007 年 1 月 1 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)日期 07 年 3 月 25 日至 07 年 6 月 20 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：
畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：
履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)
經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度：≤60MP； 可掘巷道斷面：18~20m2
最大可掘高度：3.75~4m； 最大可掘?qū)挾龋?m
1、查閱有關(guān)資料、完成履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)；
2、完成截割部及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3、截割部減速器兩級(jí)2K-H傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4、主要部件、組件、零件圖設(shè)計(jì)；
5、編寫完成整機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書
指導(dǎo)教師評(píng)語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書
評(píng)閱教師評(píng)語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 評(píng)閱教師簽字：
年 月 日
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評(píng)閱教師評(píng)語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 評(píng)閱教師簽字：
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中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 問 題
正 確
基本
正確
有一般性錯(cuò)誤
有原則性錯(cuò)誤
沒有
回答
答辯委員會(huì)評(píng)語及建議成績：
答辯委員會(huì)主任簽字：
年 月 日
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績：
學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人：
年 月 日
摘 要
對(duì)履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)中工作、裝載、輸送、轉(zhuǎn)載、行
走機(jī)構(gòu)型式及除塵裝置作了系統(tǒng)、全面的介紹。半煤巖掘進(jìn)機(jī)是一種能
夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、行走和噴霧除塵的聯(lián)合機(jī)組。它既可用
于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工。
掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù)
掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)
型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。
關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)； 總體設(shè)計(jì)； 截割部設(shè)計(jì)； 減速器設(shè)計(jì)； 零件
ABSTRACT
Crawler half of coal and rock boring machine's overall program design work, loading, transportation, republished, walking patterns and dusting device in a systematic and comprehensive presentation. Coal-rock boring machine is able to achieve cutting, loading, reproduced transport, walking and spray Dust combined unit. It can be used to mine and may also be used for other metal mines and tunnel construction.
The tunneling machine overall plan design is playing the decisive role regarding the entire machine performance. Therefore, in accordance with TBM uses, operations and manufacturing conditions, a reasonable choice of aircraft, and the right to determine its structure type, for the achievement of the technical unit indicators to ensure that the machine performance is of great significance.
Key word：Tunneling machine； System design； Cutting department design；
Reduction gear design； Components
目 錄
1、前言……………………………………………………………………………1
2、設(shè)計(jì)任務(wù)及相關(guān)參數(shù) ……………………………………………………… 9
3、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1機(jī)械、液壓部分……………………………………………………………10
3.1.1 概述……………………………………………………………………10
3.1.2主要技術(shù)參數(shù)…………………………………………………………10
3.1.3主要結(jié)構(gòu)和工作原理……………………………………………14
3.1.4潤滑……………………………………………………………………30
3.2電氣部分
3.2.1系統(tǒng)的組成……………………………………………………………31
3.2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)……………………………………………………………32
3.2.3 工作原理………………………………………………………………34
4、截割部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1電動(dòng)機(jī)的選型……………………………………………………………38
4.2截割頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………39
5、截割部減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1傳動(dòng)方案的擬定…………………………………………………………41
5.2傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)分傳動(dòng)比的分配……………………41
5.3傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)……………………………………………41
5.4高速級(jí)部分………………………………………………………………42
5.5低速級(jí)部分………………………………………………………………46
5.6軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………50
5.7軸承的校核………………………………………………………………53
5.8鍵的校核…………………………………………………………………55
6、參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………56
7、附錄 …………………………………………………………………………57
翻譯部分
英文原文……………………………………………………………………61
中文譯文……………………………………………………………………67
8、致謝 …………………………………………………………………………72
第79頁
中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
前 言
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可經(jīng)濟(jì)截割的煤巖單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa，主要
適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道
的掘進(jìn)。
一、設(shè)計(jì)背景和目的：
當(dāng)前，我國煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用，其開采速度大大加
快，因而帶來采掘機(jī)械化比例失調(diào)的矛盾更加突出。
特別是易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開采比例逐年增加，
在全部采準(zhǔn)巷道中,半煤巖巷的比例已經(jīng)達(dá)到25%，但這些巷道中的90%仍
舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差。
目前，我國大部分局、礦使用的幾種主要機(jī)型多是上世紀(jì)六、七十年代
設(shè)計(jì)的，這些老產(chǎn)品設(shè)計(jì)陳舊過時(shí)、元部件可靠性差、開機(jī)率低、維護(hù)量大，
而且機(jī)重偏輕、截割功率較小、過斷層和截割巖石的能力差，僅適合在煤巷
中使用。
因此急待開發(fā)研制綜合性能好、適應(yīng)范圍廣的新型掘進(jìn)機(jī)，來解決掘進(jìn)
機(jī)更新?lián)Q代的問題，緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面。
二、半煤巖掘進(jìn)機(jī)介紹：
半煤巖掘進(jìn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、行走和噴霧除塵
的聯(lián)合機(jī)組。它既可用于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工。
掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù)
掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)
型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。
掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù)
掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)
型式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。
1 工作機(jī)構(gòu)的型式選擇
半煤巖掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有截鏈?zhǔn)?、圓盤銑削式和懸臂截割式等。因懸
臂截割式掘進(jìn)機(jī)機(jī)體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能
實(shí)現(xiàn)選擇性截割，而且截割效果好，掘進(jìn)速度較高；所以，現(xiàn)在主要采用懸
臂截割式，并已成為當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的一種基本型式。
按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種?？v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。
由于工作機(jī)構(gòu)的載荷變化范圍大、驅(qū)動(dòng)功率大、過堅(jiān)硬巖石時(shí)短期過載
運(yùn)轉(zhuǎn)、有沖擊載荷、振動(dòng)較大，要求其傳動(dòng)裝置體積小，最好能調(diào)速?？紤]
掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，截割頭不僅要具有一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以截割煤巖，而且要能
上下左右擺動(dòng)，以掘出整個(gè)斷面，掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)一般都采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)。雖
然液壓傳動(dòng)具有體積小、調(diào)速方便等優(yōu)點(diǎn)，但由于對(duì)沖擊載荷很敏感，元件
不能承受較大的短時(shí)過載，一般選擇過載能力較大的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
2 裝載機(jī)構(gòu)的型式選擇
半煤巖掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)有4種:
(1) 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。
(2) 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。
(3)耙爪式。是利用一對(duì)交替動(dòng)作的耙爪來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)簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應(yīng)
用很普遍。但這種裝載機(jī)構(gòu)寬度受限制，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。
(4)星輪式。該種機(jī)構(gòu)比耙爪式簡單、強(qiáng)度高、工作可靠，但裝大塊物料
的能力較差。
通常，應(yīng)選擇耙爪式裝載機(jī)構(gòu)，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機(jī)
構(gòu)，也可設(shè)計(jì)成耙爪與星輪可互換的裝載機(jī)構(gòu)。
裝載機(jī)構(gòu)可以采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也可用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。但考慮工作環(huán)境
潮濕、有泥水，選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)為好。
3 輸送機(jī)構(gòu)的型式選擇
半煤巖掘進(jìn)機(jī)多采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)構(gòu)。輸送機(jī)構(gòu)可采用聯(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。
目前，這兩種輸送機(jī)構(gòu)均有采用，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)酌情確定。一般常采用與裝
載機(jī)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)方式。
4 轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的型式選擇
該掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)有兩種布置方式：①作為機(jī)器的一部分；②為機(jī)器
的配套設(shè)備。目前，多采用膠帶輸送機(jī)。
膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式有3種：①用液壓馬達(dá)直接或通過減速器驅(qū)動(dòng)機(jī)
尾主動(dòng)卷筒；②由電動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒；③利用電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)主
動(dòng)卷筒。
為使卸載端作上下、左右擺動(dòng)，一般將轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部
的回轉(zhuǎn)臺(tái)托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉(zhuǎn)臺(tái)中心擺動(dòng)，達(dá)到擺角要求；
同時(shí)，通過升降液壓缸使其繞機(jī)尾鉸接中心作升降動(dòng)作，以達(dá)到卸載的調(diào)高
范圍。
轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)應(yīng)采用單機(jī)驅(qū)動(dòng)，可選用電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。
5 行走機(jī)構(gòu)的型式選擇
該種掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式幾種。
(1) 邁步式。該種行走機(jī)構(gòu)是利用液壓邁步裝置來工作的。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。
(2) 導(dǎo)軌式。將掘進(jìn)機(jī)用導(dǎo)軌吊在巷道頂板上，躲開底板，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)。
(3) 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)。但其結(jié)構(gòu)
復(fù)雜、零部件磨損較嚴(yán)重。
目前，半煤巖掘進(jìn)機(jī)通常采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。由于其工作環(huán)境差，
用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)易受潮燒毀，最好選用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。
6 除塵裝置的型式選擇
掘進(jìn)機(jī)的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。
(1) 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，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)簡單、工作可靠、使用壽命長。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)合起來考慮，將冷卻
水由噴嘴噴出降塵。
(2)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，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)。
7 高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù)
對(duì)于全煤巷或很軟的巖巷，利用掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，效率高、成本低。但對(duì)于
巖巷掘進(jìn)和隧道掘進(jìn)，一般其巖體f≥8(抗壓強(qiáng)度在80～100MPa以上)，掘
進(jìn)機(jī)效率明顯降低，截齒消耗量大增，導(dǎo)致生產(chǎn)成本顯著提高。這時(shí)，應(yīng)考
慮采用高壓水細(xì)射流輔助切割技術(shù)。
該技術(shù)為利用20MPa以上、流量為4L/min左右的壓力水，自孔徑為
0.4～1.0mm的噴嘴射出，對(duì)截齒的機(jī)械破碎起輔助作用。
掘進(jìn)機(jī)截割頭上噴出的壓力水按壓力高低分級(jí)，見附表所示。
附表 輔助切割壓力水分級(jí) MPa
項(xiàng)目
低壓
中壓
中高壓
高壓
超高壓
水壓
＜0.5
0.5～20
20～140
140～400
＞400
三、本掘進(jìn)機(jī)主要特點(diǎn)：
??? ? 3.1 機(jī)身矮，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，適用于中等斷面巷道掘進(jìn)；
??? ? 3.2 采用小直徑截割頭，單刀力大，截齒布置合理，破巖過斷層能力強(qiáng)、
切割震動(dòng)小、工作穩(wěn)定性好；
??? ? 3.3 星輪裝載機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，取消了減速器，提高了裝載
機(jī)構(gòu)的可靠性；
???? 3.4 采用無支重輪履帶行走機(jī)構(gòu)，性能可靠，維護(hù)量??；
??? ? 3.5 采用“三高”硬質(zhì)合金和新工藝生產(chǎn)的截齒，截齒強(qiáng)度高，耐磨，損
耗??；
??? ? 3.6 液壓系統(tǒng)采用自動(dòng)加油系統(tǒng)全封閉油箱，確保了油液清潔度，增加
了液壓系統(tǒng)的可靠性；
???? 3.7 設(shè)有獨(dú)立的錨桿鉆機(jī)及加油泵站，為兩臺(tái)錨桿鉆機(jī)提供動(dòng)力，方便
油箱加油，避免了加油時(shí)的污染；
???? 3.8 電器系統(tǒng)采用了可編程控制器(PLC)作為主控制器，保護(hù)功能強(qiáng)，具
有工況檢測(cè)和故障診斷功能。
3.9設(shè)置了獨(dú)立的液壓錨桿鉆機(jī)動(dòng)力源，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)錨桿鉆機(jī)，
省去了錨桿鉆機(jī)自身配置的動(dòng)力源。
設(shè)計(jì)任務(wù)及相關(guān)參數(shù)
履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)
主要參考參數(shù)和要求：
機(jī)身長：9~9.5m 寬：2~2.5m
高：1.5~1.55m 臥底深度：250mm
裝機(jī)功率：190KW 截割功率：120KW
經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度：≤60MPa
可掘巷道斷面：18~20m2
最大可掘高度：3.75~4m
最大可掘?qū)挾龋?m
龍門高度：350~400mm 刮板速度：0.9~1.0m/s
運(yùn)輸形式：邊雙鏈 履帶寬度：2×250mm
行走速度：3m/min（工作） 6m/min（調(diào)動(dòng)）
額定電壓：1140/660v
1、查閱有關(guān)資料、完成履帶式半煤巖掘進(jìn)機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)；
2、完成截割部及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
3、截割部減速器兩級(jí)2K-H傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；
4、主要部件、組件、零件圖設(shè)計(jì)；
5、編寫完成整機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
總 體 設(shè) 計(jì)
★機(jī)械、液壓部分
一、概述
1.1 特點(diǎn)：
本次設(shè)計(jì)的機(jī)型為懸臂式半煤巖掘進(jìn)機(jī)，適應(yīng)巷道斷面 9～18m 、坡
度±16°、可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa 的煤巖，屬中型懸臂式掘進(jìn)機(jī)。
該機(jī)主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、適應(yīng)性好、機(jī)身矮、重心低、操作簡單、檢修方
便。
1.2 主要用途、適用范圍：
該懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)服
務(wù)的機(jī)械設(shè)備。主要適用于煤及半煤巖巷的掘進(jìn)，也適用于條件類似的其它
礦山及工程巷道的掘進(jìn)。該機(jī)可經(jīng)濟(jì)切割單向抗壓強(qiáng)度￡60MPa 的煤巖，可
掘巷道最大寬度(定位時(shí))5m，最大高度 3.75m，可掘任意斷面形狀的巷道，
適應(yīng)巷道坡度±16°。該機(jī)后配套轉(zhuǎn)載運(yùn)輸設(shè)備可采用橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸
縮式帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，以利于機(jī)器效能的發(fā)揮。
二、主要技術(shù)參數(shù)
2.1 總體參數(shù)
機(jī) 長： 9.471m
機(jī) 寬： 2.2m
機(jī) 高: 1.55m
截割臥底深度： 240mm
總 功 率： 190kW
可經(jīng)濟(jì)截割煤巖硬度： ￡60MPa
可掘巷道斷面： 18~20m2
最大可掘高度： 3.75m
最大可掘?qū)挾龋? 5.0m
適應(yīng)巷道坡度： ±16°
機(jī)器供電電壓： 660/1140V
2.2 截割部
電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào)： YBUS2-120
功 率： 120KW
轉(zhuǎn) 速： 1478r/min
截割頭： 轉(zhuǎn) 速： 53r/min
截 齒： 鎬形
最大擺動(dòng)角度： 上： 42°
下： 31°
左右各 39°
2.3 裝載部
裝載形式 三爪轉(zhuǎn)盤
裝運(yùn)能力 180m3/h
鏟板寬度 2.5m/2.8m
鏟板臥底 250mm
鏟板抬起 360mm
轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 30r/min
2.4 刮板輸送機(jī)
運(yùn)輸形式 邊雙鏈刮板
槽 寬 510mm
龍門高度 390mm
鏈 速 0.93m/s
錨鏈規(guī)格 18×64mm
張緊形式 黃油缸張緊
2.5 行走部
行走形式 履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng))
行走速度 工作 3m/min 調(diào)動(dòng) 6m/min
接地長度 2.46m
制動(dòng)形式 摩擦離合器
履帶板寬度 500mm
張緊形式 黃油缸張緊
2.6 液壓系統(tǒng)
系統(tǒng)額定壓力： 油缸回路 16MPa
行走回路 16MPa
裝載回路 14Mpa
輸送機(jī)回路 14Mpa
轉(zhuǎn)載機(jī)回路 10MPa
錨桿鉆機(jī)回路 ￡10MPa
系統(tǒng)總流量： 450 L/min
泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB250M-4
功率 55kW
轉(zhuǎn)速 1470 r/min
泵站三聯(lián)齒輪泵流量 50/50/40ml/r
泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63/40ml/r
錨桿泵站電動(dòng)機(jī)： 型號(hào) YB160L-4
功率 15kW
轉(zhuǎn)速 1470 r/min
錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32/32ml/r
油箱： 有效容積 610L
冷卻方式 板翅式水冷卻器
油缸數(shù)量： 8 個(gè)
2.7 噴霧冷卻系統(tǒng)
滅塵形式 內(nèi)噴霧、外噴霧
供水壓力 3MPa
外噴霧壓力 1.5MPa
流 量 63L/min
冷卻部件 切割電動(dòng)機(jī)、油箱
2.8 電氣系統(tǒng)
供電電壓 660/1140V
總 功 率 190kW
隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型
控制箱 隔爆型
三、 主要結(jié)構(gòu)和工作原理
掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、裝載部、刮板輸送機(jī)、行走部、機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái)、
液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部分組成，參見圖1.
3.1 截割部
截割部又稱工作機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由截割電機(jī)、叉形架、二
級(jí)行星減速器、懸臂段、截割頭組成。
截割部為二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。行星減速器結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，由 120kW
的水冷電動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力，經(jīng)齒輪聯(lián)軸節(jié)傳至二級(jí)行星減速器，經(jīng)懸臂段，將
動(dòng)力傳給截割頭，從而達(dá)到破碎煤巖的目的。
圖1 整機(jī)系統(tǒng)圖
1-截割部 2-裝載部 3-刮板輸送機(jī) 4-機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái)
5-履帶行走部 6-油箱 7-操作臺(tái) 8-泵站 9-電控箱 10-護(hù)板
整個(gè)截割部通過一個(gè)叉形框架、兩個(gè)銷軸鉸接于回轉(zhuǎn)臺(tái)上。借助安裝于
截割部和回轉(zhuǎn)臺(tái)之間的兩個(gè)升降油缸，以及安裝于回轉(zhuǎn)臺(tái)與機(jī)架之間的兩個(gè)
回轉(zhuǎn)油缸，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)截割部的升、降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此截割出任意形狀的
斷面。
圖2 截割機(jī)構(gòu)
1-截割頭 2-懸臂段 3-二級(jí)行星減速器
4-齒輪聯(lián)軸節(jié) 5-叉形架 6-截割電機(jī) 7-電機(jī)護(hù)板
3.2 裝載部
裝載部結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要由鏟板及左右對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)裝置組成，通
過低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪轉(zhuǎn)盤向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到裝載煤巖的目
的。
裝載部安裝于機(jī)器的前端。通過一對(duì)銷軸和鏟板左右升降油缸鉸接于主
機(jī)架上，在鏟板油缸的作用下，鏟板繞銷軸上、下擺動(dòng),可向上抬起360mm，
向下臥底 250mm。當(dāng)機(jī)器截割煤巖時(shí)，應(yīng)使鏟板前端緊貼底板，以增加機(jī)
器的截割穩(wěn)定性。
3.3 刮板輸送機(jī)
刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙
鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等（改向輪組裝在裝載部上）組成。
刮板輸送機(jī)位于機(jī)器中部，前端與主機(jī)架和鏟板鉸接，后部托在機(jī)架上。
機(jī)架在該處設(shè)有可拆裝的墊塊，根據(jù)需要，刮板輸送機(jī)后部可墊高，增加刮
板輸送機(jī)的卸載高度。刮板輸送機(jī)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，刮板
鏈條的張緊是通過在輸送機(jī)尾部的張緊油缸來實(shí)現(xiàn)的。
圖4 裝載部
1- 鏟板體 2-刮板輸送機(jī)改向鏈輪組 3-三爪轉(zhuǎn)盤 4-驅(qū)動(dòng)裝置
圖5 刮板輸送機(jī)
1-機(jī)前部 2-機(jī)后部 3-邊雙鏈刮板 4-張緊裝置
5-驅(qū)動(dòng)裝置 6-液壓馬達(dá)
3.4 行走部
本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。左、右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置，
分別驅(qū)動(dòng)。各由 10 個(gè)高強(qiáng)度螺栓（M30×2、10.9 級(jí)）與機(jī)架相聯(lián)。左、
右履帶行走機(jī)構(gòu)各由液壓馬達(dá)經(jīng)三級(jí)園柱齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)減速后，
將動(dòng)力傳給主動(dòng)鏈輪，驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)以左行走機(jī)構(gòu)為例，說明其結(jié)構(gòu)組成及傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖 6、圖 7 所
示，左行走機(jī)構(gòu)主要由導(dǎo)向張緊裝置、左履帶架、履帶鏈、左行走減速器、
液壓馬達(dá)、摩擦片式制動(dòng)器等組成。摩擦片式制動(dòng)器為彈簧常閉式，當(dāng)機(jī)器
行走時(shí)，泵站向行走液壓馬達(dá)供油的同時(shí)，向摩擦片式制動(dòng)器提供壓力油推
動(dòng)活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動(dòng)器解除制動(dòng)。
本機(jī)工作行走速度為 3m/min，調(diào)動(dòng)行走速度為 6m/min。通過使用黃
油槍向安裝在導(dǎo)向張緊裝置油缸上的注油嘴注入油脂，來完成履帶鏈的張緊
（油缸張緊行程 120mm），調(diào)整完畢后，裝入適量墊板及一塊鎖板，擰松
注油嘴螺塞，泄除油缸內(nèi)壓力后再擰緊該螺塞，使張緊油缸活塞不承受張緊
力。
3.5 機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái)
機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的骨架，其結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。它承受著來自截割、行
走和裝載的各種載荷。機(jī)器中的各部件均用螺栓或銷軸與機(jī)架聯(lián)接，機(jī)架為
組焊件。
回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于支承、聯(lián)接并實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)如
圖 8 所示?；剞D(zhuǎn)臺(tái)座在機(jī)架上，通過大型回轉(zhuǎn)軸承用止口、36 個(gè)高強(qiáng)度螺
栓與機(jī)架相聯(lián)。工作時(shí)，在回轉(zhuǎn)油缸的作用下，帶動(dòng)切割機(jī)構(gòu)水平擺動(dòng)。截
割機(jī)構(gòu)的升降是通過回轉(zhuǎn)臺(tái)支座上左、右耳軸鉸接相連的兩個(gè)升降油缸實(shí)現(xiàn)
的。
左、右后支撐腿是各通過后支撐油缸及銷軸分別與后機(jī)架連接，它的作
用有四：
1、切割時(shí)使用，以增加機(jī)器的穩(wěn)定性；
2、窩機(jī)時(shí)使用，以便履帶下墊板自救；
3、履帶鏈斷鏈及張緊時(shí)使用，以便操作；
4、抬起機(jī)器后部，以增加臥底深度。
圖6 左履帶行走機(jī)構(gòu)
1-導(dǎo)向張緊裝置 2-履帶架 3-履帶鏈 4-行走減速器 5-行走液壓馬達(dá) 6-摩擦片式制動(dòng)器
圖 7 左行走減速器
圖8 掘進(jìn)機(jī)機(jī)架
1-回轉(zhuǎn)臺(tái) 2-前機(jī)架 3-后機(jī)架 4-后支撐腿 5-轉(zhuǎn)載機(jī)連接板
3.6 液壓系統(tǒng)
本機(jī)除截割頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外，其余各部分均采用液壓傳動(dòng)。系統(tǒng)主泵站
由一臺(tái) 55kW 的電動(dòng)機(jī)通過同步齒輪箱驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵和一臺(tái)三聯(lián)
齒輪泵（轉(zhuǎn)向相反），同時(shí)分別向油缸回路、行走回路、裝載回路、輸送機(jī)
回路、皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)回路供壓力油，主系統(tǒng)由五個(gè)獨(dú)立的開式系統(tǒng)組成。該機(jī)
還設(shè)有液壓錨桿鉆機(jī)泵站，可同時(shí)為二臺(tái)錨桿鉆機(jī)提供壓力油，另外系統(tǒng)還
設(shè)置了文丘里管補(bǔ)油系統(tǒng)為油箱補(bǔ)油，避免了補(bǔ)油時(shí)對(duì)油箱的污染。液壓系
統(tǒng)原理如圖 9 所示。
圖 9 液壓系統(tǒng)原理圖
3.6.1 油缸回路
油缸回路采用雙聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）通過四聯(lián)多路換向閥分別向 4
組油缸（截割升降、回轉(zhuǎn)、鏟板升降、支撐油缸）供壓力油。油缸回路工作
壓力由四聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)自帶的溢流閥調(diào)定，調(diào)定的工作壓力為6MPa。
截割機(jī)構(gòu)升降、鏟板升降和后支撐各兩個(gè)油缸，它們各自兩活塞腔并接，
兩活塞桿腔并接。而截割機(jī)構(gòu)兩個(gè)回轉(zhuǎn)油缸為一個(gè)油缸的活塞腔與另一油缸
的活塞桿腔并接。
為使截割頭、支撐油缸能在任何位置上鎖定，不致因換向閥及管路的漏
損而改變其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止截割頭、鏟板下降過速，
使其下降平穩(wěn)，故在各回路中裝有平衡閥。
3.6.2 行走回路
行走回路由雙聯(lián)齒輪泵的前泵（63 泵）向兩個(gè)液壓馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)機(jī)
器行走。行走速度為 3m/min；當(dāng)裝載轉(zhuǎn)盤不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，供裝載回路的 50 泵
自動(dòng)并入行走回路，此時(shí)的兩個(gè)齒輪泵（63 泵和 50 泵）同時(shí)向行走馬達(dá)
供油，實(shí)現(xiàn)快速行走，其行走速度為 6m/min。系統(tǒng)工作壓力為 16MPa。
回路工作壓力由裝在兩聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)的溢流閥調(diào)定。注意：根據(jù)該機(jī)
器液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，行走回路的工作壓力調(diào)定時(shí)，必須先將裝載轉(zhuǎn)盤開動(dòng)。
快速行走時(shí)，由于并入了裝載回路的 50 泵，其系統(tǒng)工作壓力為 14Mpa。
通過操作多路換向閥手柄來控制行走馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)、
后退和轉(zhuǎn)彎。注意：機(jī)器要轉(zhuǎn)彎時(shí)，最好同時(shí)操作兩片換向閥（即使一片閥
的手柄處于前進(jìn)位置，另一片閥手柄處于后退位置）。除非特殊情況，盡量
不要操作一片換向閥來實(shí)現(xiàn)機(jī)器轉(zhuǎn)彎。防滑制動(dòng)是用行走減速器上的摩擦制
動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)器的開啟由液壓控制，其開啟壓力為 3MPa。制動(dòng)油缸
的油壓力由多路換向閥控制。行走回路不工作時(shí)，制動(dòng)器處于閉鎖狀態(tài)。
3.6.3 裝載回路
裝載回路由三聯(lián)齒輪泵的前泵（50泵），通過一個(gè)齒輪分流器分別向2
個(gè)液壓馬達(dá)供油, 用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)的工作壓
力為 14Mpa，通過調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
齒輪分流器內(nèi)的兩個(gè)溢流閥的調(diào)定壓力均為 16MPa。該閥的壓力是通
過專用的液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)定的。注意：該溢流閥的調(diào)定壓力在機(jī)器出廠時(shí)已經(jīng)
調(diào)節(jié)好，在機(jī)器使用過程中不允許調(diào)節(jié)壓力。
3.6.4 輸送機(jī)回路
輸送機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的中泵（50 泵）向一個(gè)（或兩個(gè)）液壓馬達(dá)
供油，用一個(gè)手動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 14MPa，
通過調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
3.6.5 轉(zhuǎn)載機(jī)回路
轉(zhuǎn)載機(jī)回路由三聯(lián)齒輪泵的后泵（40 泵）向轉(zhuǎn)載馬達(dá)供油，通過一手
動(dòng)換向閥控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過調(diào)節(jié)換向閥體
上的溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
3.6.6 錨桿鉆機(jī)回路
錨桿鉆機(jī)回路由一臺(tái) 15kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)雙聯(lián)齒輪泵，通過二個(gè)手
動(dòng)換向閥可同時(shí)向兩臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)供油。系統(tǒng)工作壓力為 10MPa，通過
調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來實(shí)現(xiàn)。
3.6.7 油箱補(bǔ)油回路
油箱補(bǔ)油回路由兩個(gè)截止閥、文丘里管和接頭等輔助元件組成，為油箱
加補(bǔ)液壓油。如圖 10 所示，補(bǔ)油系統(tǒng)并接在錨桿鉆機(jī)回路的回油管路上
（若掘進(jìn)機(jī)不為錨桿鉆機(jī)提供油源，則補(bǔ)油系統(tǒng)并接在運(yùn)輸回路或轉(zhuǎn)載機(jī)回
路的回油管路上）。當(dāng)需要向油箱補(bǔ)油時(shí)，截止閥Ⅰ關(guān)閉，截止閥Ⅱ開啟，
油液經(jīng)過文丘里管時(shí)，在 A 口產(chǎn)生負(fù)壓，通過插入油筒 5 內(nèi)的吸油管吸入，
將油補(bǔ)入油箱。在補(bǔ)油系統(tǒng)不工作時(shí)，務(wù)必將截止閥Ⅱ關(guān)閉，截止閥Ⅰ開啟。
圖 10 補(bǔ)油回路原理圖
1- 換向閥 2-截止閥Ⅰ 3-截止閥Ⅱ 4-文丘里管
5-裝油容器 6-油箱 7-錨桿電機(jī) 8-雙聯(lián)齒輪泵
3.6.8 幾種主要液壓元件的選型設(shè)計(jì)
(1) 吸油過濾器
為了保護(hù)油泵及其它液壓元件，避免吸入污染雜質(zhì)，有效地控制液壓系
統(tǒng)污染，提高液壓系統(tǒng)的清潔度，在油泵的吸油口處設(shè)置了兩個(gè)吸油過濾器，
該過濾器為精過濾。當(dāng)更換、清潔濾芯或維修系統(tǒng)時(shí)，只需旋開濾油器端蓋
(清洗蓋)，抽出濾芯，此時(shí)自封閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，隔絕油箱油路，使油箱內(nèi)
油液不會(huì)向外流出。這樣使清洗、更換濾芯及維修系統(tǒng)變得非常方便。另外，
當(dāng)濾芯被污染物堵塞時(shí)，設(shè)在濾芯上部的油路旁通閥就自動(dòng)開啟，以避免油
泵出現(xiàn)吸空等故障，提高液壓系統(tǒng)的可靠性。
2) 回油過濾器
為了使流回油箱的油液保持清潔，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)回油過濾
器，該過濾器為粗過濾，位于油箱的上部。當(dāng)濾芯被污染物堵塞或系統(tǒng)液溫
過低，流量脈動(dòng)等因素造成進(jìn)出油口壓差為 0.35MPa 時(shí)，壓差發(fā)訊裝置便
彈出，發(fā)出訊號(hào)，此時(shí)應(yīng)及時(shí)更換濾芯或提高油液溫度。更換濾芯時(shí)，只需
旋開濾油器濾蓋(清洗蓋)即可更換濾芯或向油箱加油。若未能及時(shí)停機(jī)更換
濾芯時(shí)，則設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會(huì)自動(dòng)開啟工作(旁通閥開啟壓力為
0.4MPa，以保護(hù)系統(tǒng)。
(3) 四聯(lián)手動(dòng)換向閥
四聯(lián)手動(dòng)換向閥，主要由進(jìn)油閥、多路換向閥、回油閥三部分組成。進(jìn)
油閥有壓力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之間裝有閥組總溢流閥。換向
閥部分是由閥體和滑閥組成，滑閥的機(jī)能均為 Y 型，閥體為并聯(lián)型，因此，
既可以分別操作又可以同時(shí)操作，當(dāng)同時(shí)操作時(shí)工作速度減慢。當(dāng)滑閥處于
中位時(shí)，油泵通過閥組卸荷。為了防止工作腔的壓力油向 P 腔倒流，設(shè)置
了單向閥。
(4) 油缸
本次設(shè)計(jì)中機(jī)器有四組油缸，共八根。截割機(jī)構(gòu)升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、
鏟板升降油缸和后支撐油缸各兩根，結(jié)構(gòu)形式均相同，其中鏟板升降油缸和
后支撐油缸通用。
(5) 油箱
本液壓系統(tǒng)采用封閉式油箱(見圖 11)，采用 N68 號(hào)抗磨液壓油。油箱
采用二級(jí)過濾，設(shè)置了兩個(gè)吸油過濾器和兩個(gè)回油過濾器，有效地控制了油
液的污染，并采用文丘里管補(bǔ)油，進(jìn)一步降低了油液的污染。油箱上還配有
液位液溫計(jì)，當(dāng)液位低于工作油位或油溫超過規(guī)定值（70℃）時(shí)，應(yīng)停機(jī)加
油或降溫。油箱冷卻器采用了熱交換量較大的板翅式散熱器，總熱交換量達(dá)
40000kcal/h，以保障系統(tǒng)正常油溫和粘度的要求。
圖 11 油箱
1- 吸油過濾器 2-冷卻器 3-油箱體 4-液位液溫計(jì) 5-回油過濾器
(6) 六點(diǎn)壓力表
按操縱臺(tái)標(biāo)牌表明的位置接好油管。旋轉(zhuǎn)壓力表表盤，其指針?biāo)傅奈?
置即為標(biāo)牌表明的回路的工作壓力。
3.7 內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)
本系統(tǒng)主要用于滅塵、冷卻掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)及油箱，提高工作面能見度，
改善工作環(huán)境，內(nèi)、外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)如圖 12 所示。
水從井下輸水管通過過濾器粗過濾后進(jìn)入總進(jìn)液球閥，一路經(jīng)減壓閥減
壓至 1.5MPa 后，冷卻油箱和切割電機(jī)，再引至前面霧狀噴嘴架處噴出。另
一路不經(jīng)減壓閥的高壓水，引至懸臂段上的內(nèi)噴霧系統(tǒng)的霧狀噴嘴噴出，當(dāng)
沒有內(nèi)噴霧時(shí)，此路水引至叉形架前方左右兩邊的加強(qiáng)型外噴霧處的線型噴
嘴噴出。
內(nèi)噴霧配水裝置安裝在懸臂段內(nèi)，8 個(gè)線型噴嘴分別安裝在截割頭的
齒座之間；外噴霧噴霧架固定在懸臂筒法蘭上，安裝有 10 個(gè)霧狀噴嘴；
加強(qiáng)型外噴霧的噴霧架固定在叉形架前端，安裝有 8 個(gè)線型噴嘴。
圖 12 水系統(tǒng)原理圖
1-Y 型過濾器 2-球閥 3-減壓器 4-耐震壓力表
5-油箱冷卻器 6-球閥 7-霧狀噴嘴 8-線型噴嘴圖
四、潤滑
正確的潤滑可以防止磨損、防止生銹和減少發(fā)熱，如經(jīng)常檢查機(jī)器的潤
滑狀況，就可以在機(jī)器發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)一些問題。比如，水晶狀的油表示
可能有水，乳狀或泡沫狀的油表示有空氣；黑色的油脂意味著可能已經(jīng)開始
氧化或出現(xiàn)污染。潤滑周期因使用條件的差異而有所不同。始終要使用推薦
的潤滑油來進(jìn)行潤滑，并且在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行檢查和更換，否則，就
無法給機(jī)器以保障，因而導(dǎo)致過度磨損以及非正常停機(jī)檢修。
潤滑油的更換：
在最初開始運(yùn)轉(zhuǎn)的三百小時(shí)左右，應(yīng)更換潤滑油。由于在此時(shí)間內(nèi)，齒
輪及軸承完成了跑合，隨之產(chǎn)生了少量的磨損。
初始換油后，相隔1500小時(shí)或者6個(gè)月內(nèi)必須更換一次。當(dāng)更換新潤
滑油時(shí)，清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油。
★電氣部分
一、系統(tǒng)的組成
電氣系統(tǒng)由前級(jí)饋電開關(guān)、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)
機(jī)用電控箱、CZD24/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱、
XEFB-127(36)/150 隔爆型蜂鳴器、DGY35/48(36)B(B) 礦用隔爆型機(jī)車照
明燈、BZA1-5/127-2 型礦用隔爆型控制按鈕、KDD2000 型瓦斯斷電儀以及
驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的防爆電動(dòng)機(jī)和連接電纜組成。電氣設(shè)備明細(xì)表見表
1-1，驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)特征列于表 1-2。
本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備為 KXJ250/1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型
掘進(jìn)機(jī)用電控箱（以下簡稱電控箱）、CZD24/8 型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱
用操作箱（以下簡稱操作箱），符合我國的煤礦安全規(guī)程、防爆規(guī)程和有關(guān)
規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，適用于具有爆炸性危險(xiǎn)氣體（甲烷）和煤塵的礦井中，
控制掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)、油泵電機(jī)、備用電機(jī)及錨桿電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)電機(jī)及
有關(guān)線路進(jìn)行保護(hù)。
二、 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
電控箱隔爆外殼由主腔和接線腔兩個(gè)獨(dú)立的隔爆部分組成。
主腔面板裝有隔離開關(guān)操作手把（手把有通、斷兩個(gè)位置）、急停按鈕
（SB1）、電壓表視窗和顯示器視窗；主腔中門板裝有控制器、繼電器、顯
示器、電壓表；主腔后壁裝有各回路接觸器、阻容吸收器、互感器；主腔頂
板裝有熔斷器；右底板裝有主變壓器、隔離變壓器和電源部分的熔斷器等；
左底板裝有保護(hù)器（JB）和五個(gè)接頭座；主腔和接線腔之間的連接板上裝有
九星盤和接線端子。
電控箱門與箱體為螺栓緊固，并設(shè)有回轉(zhuǎn)鉸鏈。電控箱箱體通過減震器
和主機(jī)連接。
操作箱為礦用隔爆型。操作箱分為二個(gè)通過接線端子相互連接的獨(dú)立腔
體，上邊為進(jìn)出線腔，下邊為主腔。進(jìn)出線腔內(nèi)設(shè)有接線端子和內(nèi)接地端子。
主腔門上裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制按鈕等。
表 1-1 電氣設(shè)備明細(xì)表
序號(hào)
名 稱
數(shù)量
型 號(hào)
生 產(chǎn) 廠 家
1
電控箱
1
KXJ250/1140EB
煤科院太原分院
2
操作箱
1
CZD24/8
煤科院太原分院
3
隔爆型蜂鳴器
1
XEFB-127(36)/150
天津煤礦專用設(shè)備廠
4
礦用隔爆型控制按鈕
1
BZA1-5/127-2
佳木斯煤機(jī)廠
5
礦用隔爆型機(jī)車照明燈
3
DGY35/48(36)B(B)
沈陽第三防爆燈廠
6
瓦斯斷電儀
1
KDD2000
淄博
7
切割電機(jī)
1
YBUS3-120
撫順煤礦電機(jī)廠
8
油泵電機(jī)
1
YB250M-4
撫順煤礦電機(jī)廠
9
錨桿電機(jī)
1
YB160L-4
南陽防爆集團(tuán)有限公司
10
備用電機(jī)
1
選用
選用
表 1-2 電動(dòng)機(jī)技術(shù)特征表
機(jī)構(gòu)名稱電機(jī)特征
切割電機(jī)
油泵電機(jī)
錨桿電機(jī)
備用電機(jī)
型 號(hào)
YBUS2-120
YB250M-4
YB160L-4
選用
額定功率（kW）
120
55
15
7.5kW /11kW
額定電壓（V）
660/1140
660/1140
660/1140
660/1140
額定電流（A）
133/77
59.0/34.1
17.4/10.1
功率因素
0.85
0.86
效率（%）
92
98
2.1 電控箱的主要技術(shù)參數(shù)
額定電壓： V
主回路： AC：1140/660
控制回路：AC：220、36 DC：24
額定電流：A 250
額定頻率：Hz 50
主回路數(shù)：4
660/1140V 電壓下各回路的額定電流大小為：
切割回路：130/75A；
油泵回路：59.0/34.1A；
錨桿回路：17.4/10.1A；
備用回路：4.5/7.7A（7.5kW） 6.6/11.3A（11kW）。
機(jī)載功率：kW 190
注：a、1140/660 表明該電氣系統(tǒng)為雙電壓供電系統(tǒng)（既可以用
在 1140V 也可以用在 660V 電壓等級(jí)下，但兩種電壓換用時(shí)
需要重新整定電控系統(tǒng)。
b、7.5kW/11kW 表明該電氣系統(tǒng)所配備用電機(jī)可以為雙功率（既
可以是 7.5kW 也可以是 11kW，但兩種功率電機(jī)換用時(shí)需要
整定電控系統(tǒng)
c、機(jī)載功率 190kW 表明該機(jī)裝設(shè)的電機(jī)總功率。
d、配裝備用電機(jī)應(yīng)與電控箱電壓和功率相符，并選用防爆電機(jī)。
三、 工作原理
電氣系統(tǒng)在原理上可以分為四個(gè)部分：主回路部分、電源部分、保護(hù)單
元和控制部分。
3.1、主回路部分
主回路部分明確了系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，我們采用了隔離開關(guān)作為電控箱
主回路電源的開關(guān)，在主回路中設(shè)有兩組熔斷器，用于短路保護(hù)，別為：切
割電機(jī)回路 FU1~FU3 (400A)；油泵電機(jī)及其它回路FU4~FU6(250A)。在控
制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接觸器，并加裝了阻容吸收裝置，
用于吸收真空接觸器斷開時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高壓；在備用回路和錨桿泵站回路
采用了空氣接觸器（由于它的功率較低）。以上四個(gè)回路中設(shè)有檢測(cè)主回路
電流的電流互感器TA1~TA9(備用和錨桿回路公用互感器) 來完成保護(hù)電路
的信號(hào)采集，每回路三個(gè)。在附錄圖2 中主回路原理圖中明確的指明了接觸
器線圈和自保接點(diǎn)的線號(hào)及控制繼電器的接點(diǎn)。
另外，如果采用本機(jī) SA1 對(duì)其前級(jí)開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，那么在電控
箱上的急停按鈕 SB1 和操作箱上的急停按鈕 SB2 都可以停止前級(jí)饋電開
關(guān)，實(shí)現(xiàn)電源的遠(yuǎn)程控制，SB3 只能夠停本機(jī)操作。
3.2、電源部分
電源部分是有一臺(tái)主變壓器、一臺(tái)隔離變壓器和控制熔斷器FU7~FU13
組成。主變壓器有五個(gè)電壓范圍的輸入抽頭：660V、726V、1050V、1140V、
1250V。當(dāng)井下電壓不穩(wěn)定時(shí)，可以隨著電壓的變化來調(diào)整變壓器的抽頭，
來保證輸出電壓的穩(wěn)定，進(jìn)而保證控制回路的可靠性。隔離變壓器（21 號(hào)
線和 22 號(hào)線）為保護(hù)設(shè)備 JB 和控制單元提供 180V 電源，由 SB1 來控
制。36V（6 號(hào)線和 7 號(hào)線）為照明燈、蜂鳴器和瓦斯斷電儀提供電源。220V
（17 號(hào)線和 18 號(hào)線）為接觸器線圈提供電源。繼電器的線圈電源由保護(hù)
器 JB 內(nèi)部模塊（27 號(hào)線和 28 號(hào)線）供 24V 直流電源。熔斷器 FU7~FU13
的位置見附錄圖 3所示。
3.3、控制單元
控制單元由四部分組成，主要控制部件為西門子 PLC-CPU226；另外，
包括三擴(kuò)展單元。在附錄圖4 主控單元中，可以很明確的顯示出系統(tǒng)的啟動(dòng)
和停止的控制接點(diǎn)、各保護(hù)接點(diǎn)的輸入接點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出接點(diǎn)，同時(shí)也表
示出了顯示器（TD200）和控制器的接口；由于輸入為模擬信號(hào)，所以又增
添了模擬量擴(kuò)展模塊（3 個(gè)模塊），其接線情況如附錄圖5 所示。TD200 為
兩行中文液晶顯示器，可以顯示整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，如果在多
項(xiàng)故障同時(shí)出現(xiàn)的情況下，顯示器的右下角出現(xiàn)閃動(dòng)的光標(biāo)提示。
本系統(tǒng)采用 PLC 作為主控元件，從而在軟件上實(shí)現(xiàn)了各機(jī)構(gòu)電機(jī)的邏
輯控制和保護(hù)中斷功能。
3.4、保護(hù)單元
保護(hù)單元由綜合保護(hù)器 JB 組成。各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的漏電閉鎖、36V漏電
以及切割電機(jī)的過熱保護(hù)由 JB 來實(shí)現(xiàn)，同時(shí) JB 還提供互感器的電源。保
護(hù)單元通過對(duì)主回路和控制回路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行信號(hào)的采集，經(jīng)過電子電路
的處理，將系統(tǒng)的狀態(tài)反映到控制單元，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)并及時(shí)故障中斷
系統(tǒng)運(yùn)行。保護(hù)單元主要為保護(hù)設(shè)備和工作人員的人身安全而設(shè)置。保護(hù)單
元接線情況如附錄圖6 所示。保護(hù)器正常時(shí)，（PLC 相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)燈亮），
保護(hù)動(dòng)作時(shí) TD200 顯示其動(dòng)作情況（相對(duì)應(yīng)的 PLC 輸入點(diǎn)燈滅）。
截割部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它主要由電動(dòng)機(jī)、叉形架、減速器、截割頭等組成。電動(dòng)機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)減速器，將動(dòng)力傳給截割頭，通過截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)而達(dá)到破碎煤巖的目的。
★電動(dòng)機(jī)的選型
一、電機(jī)參數(shù)：
二、電機(jī)外形圖：
三、電機(jī)外形尺寸：
★截割頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
作為新一代的煤巷掘進(jìn)設(shè)備，要求掘進(jìn)機(jī)具有生產(chǎn)效率高、截割塊度大、截割比能耗低的特點(diǎn)，在使用上能替代20世紀(jì)80年代末的AM-50煤巷掘進(jìn)機(jī)，因此，截割頭的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。影響截割效果的因素很多，有運(yùn)動(dòng)參數(shù)和幾何參數(shù)兩方面。其中運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要表現(xiàn)在截割頭橫向擺動(dòng)速度和轉(zhuǎn)速。增加橫向擺動(dòng)速度可提高生產(chǎn)率，增大截割塊度，降低截割比能耗，但卻使截割頭載荷加大，所需截割功率增加；而提高轉(zhuǎn)速能降低截割頭載荷，但又使粉塵量增加，截割效率降低。合理確定截割頭的工作參數(shù)是保證截割頭高效工作的關(guān)鍵之一。經(jīng)綜合考慮，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭的橫向擺動(dòng)速度為10m/min，截割頭轉(zhuǎn)速為53r/min。
? ? 另一方面，截割頭的幾何參數(shù)是截割頭設(shè)計(jì)的又一關(guān)鍵。截割頭的幾何參數(shù)包括截割頭的形狀、長度、直徑及錐角等。為了使截割頭鉆進(jìn)容易，保證在鉆進(jìn)過程中有較多截齒參加工作，要求截割頭鉆孔輪廓為擴(kuò)散形?？v軸式掘進(jìn)機(jī)的截割頭形狀大致為柱形、錐形和球頭與錐形的復(fù)合體，本次設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)采用球頭與錐形的復(fù)合體形式；截割頭長度與煤巷特征和截割的循環(huán)速度有關(guān)，太長或太短對(duì)截割頭的使用均不利，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭長度設(shè)計(jì)為973mm；截割頭的直徑?jīng)Q定掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率和截齒的截割能力，與巷道斷面大小有關(guān)，在截割頭功率和轉(zhuǎn)速一定的條件下，不合理的直徑會(huì)使每把截齒的截割能力降低，甚至無法正常工作，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭最大直徑設(shè)計(jì)為1056mm；截割頭錐角的大小與鉆進(jìn)效果、巷道表面光滑性及截齒的工況有關(guān)，錐角太大，截割頭兩端截齒截割力相差懸殊，大端截齒因過載很快磨損，而小端截齒未被充分利用，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)截割頭錐角為15°。達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
截割部減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、傳動(dòng)方案的擬定
根據(jù)工作機(jī)的要求，傳動(dòng)裝置將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作機(jī)。實(shí)際表明，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)得合理與否，對(duì)整部裝置的性能，成本以及整體尺寸都有很大影響。因此，合理地設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置是整部機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，即合理地?cái)M定傳動(dòng)方案又是保證傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)要求使用二級(jí)行星減速減速器，此減速器的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比較大，適用于載荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合，要求軸具有較大的剛度。行星傳動(dòng)是通過幾個(gè)行星輪傳遞動(dòng)力的，為了補(bǔ)償制造及裝配誤差的影響，使各行星輪均勻地分擔(dān)載荷，在傳動(dòng)中采用載荷均衡機(jī)構(gòu)，高速級(jí)采用行星架浮動(dòng)，低速級(jí)采用太陽輪浮動(dòng)，這是兩級(jí)行星減速器中最常用的應(yīng)用最廣泛的一種。高速級(jí)和低速級(jí)行星輪組件全部采用雙壁整體式，行星架材料為ZG340-640，正火。兩級(jí)之間力矩的傳動(dòng)是通過漸開線花鍵聯(lián)接的。
二、傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比的確定及各級(jí)分傳動(dòng)比的分配：
通過查閱有關(guān)資料，截割頭的轉(zhuǎn)速范圍為50~60r/min，為了便于計(jì)算按
以下方法分配傳動(dòng)比：
高速級(jí)傳動(dòng)比i1=5.6 低速級(jí)傳動(dòng)比i2=5
截割頭轉(zhuǎn)速：
三、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)：
轉(zhuǎn)矩：T1=768Nm
T2=T1×η1（聯(lián)軸器效率）×η2（行星傳動(dòng)效率）×i1
=768×0.985×0.99×5.6
=4194Nm
T3=T2×η2×i2=4194×0.985×5=20655Nm
轉(zhuǎn)速：n1=1478r/min
n2=n1/i1=1478/5.6=264r/min
n3=n2/i2=264/5=53r/min
功率：P1=120KW
P2=P1×η1×η2×η3（漸開線花鍵傳動(dòng)）
=120×0.99×0.985×0.99
=115.85KW
P3=P2×η2×η3=115.85×0.985×0.99=112.97KW
四、高速級(jí)部分：
1、 齒數(shù)選擇：
查手冊(cè)當(dāng)i1=5.6時(shí)，Za=16,Zc=29,Zb=74。滿足同心條件，Za=16
N0 取NL=N0 有YNT=1
應(yīng)力修正系數(shù) Ysa(a)=0.78 Ysa(c)=0.76 Ysa(b)=0.86
尺寸系數(shù) m=8 取YX=0.98
彎曲疲勞許用應(yīng)力
7、彎曲疲勞強(qiáng)度校核
動(dòng)載系數(shù) KFV=KHV=1.02
a-c計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Ta-c=768N/m
c-b計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc-b=Ta-c(Zc/Za