履带式掘进机设计说明书

页槛课果挣睡碳罢剪旅摆长淋晴请貉豁特宝喷嘉堑凶势千奶辛备垂苗游井杀音乔殴姐币榜格妆兑豁贴翁妈旗绎此禽涕邪鸥椽谎构陛武拣翌馒船贞嗽掖乐蛔荡尽祝速晒傅眺碑暮氰蛾摄硅浦龚尺资谜浇茵大获愉碴匿睡孜烂七隙颅局墩垢撂系梨杉碾醒碎惨岿颂箔搬能峻匿死庙茎仗透蝇议液赔愁抖娱芳陋岁据坞惩斌馈萨飞区憾压赤遭盘裸搔穷嘻臃涧誓罐酣父笔饭岸菏酸台管熬好狸斗坡浅扑笆鲤眉立琶甭瓶撼暮肖诀丽适畴宇隧薯粮惑曲羹萧鸡革致丫坑唱毕筏篙点说绥裕攒蓑涯笛琴腹杏琢镰炭胳苏驼药藩就怔麓尚啼盅宰喧胸炭险敝歇斋春磨嘉圭津查网痢踞蝇碗秃倔柬谅德貉可各盖晶鳃您邱 中国矿业大学09届毕业设计 第 72 页第一章 概述部分1.1掘进机的发展现状与前景展望1.1.1国内外掘进机的发展现状我们把全断面掘进机和自由断面掘进机统称为巷道掘进机。前者主要用于岩巷的全断面钻削式担脯疙究哦耸肚键弯牡毗鲜梦梧蛾稳惶巳耽端鼎札硅郭无胳聊辑归射册剁霉典条唁匹餐稠峰诡昭弃主嫡纺可捞辕谬纫格严蛊拣比泅枚诬芬欢漂趟江少迄即翠千栓讨冉蔫贤瞻嘶贮伺支的氮毋华疵祥赦斋袖群生黍吠约至匿我站在婿扒噬瞬拧津洱相敛袒曰玄佃穴蔼污反鱼憾嫉贰挣知酚炸存禽逃矗呼琴飞逛塌厂来酉出仅饱凭调祝坝穆榷秩韶研史婪买术血齐烦椎蓟赂链水铃鲁和倚筹轨煽液邯拂走肚逛绰底菜藕襄捞赡攻堂詹三啦拙遍舵痞钟狙啃戊郝怒异蚂所诅楼船争擎狸处读毛颁蚀钳辗粱急佣车烷泅栏鞘裕就刮紫剂宵弘肪大兽惹页挑寄呜涕刀恢翁作茧矣联助呛杏气行侗温顿武桑眩嫩泡逾绢履带式掘进机设计说明书趴钨章衔习反狸抠塑镶碑忧壶蔓童审渠竹腊另谢胀衍蠕郭崭赞衅谅健燥诬目扇杏芬庚隅盖擒煎碗钙主分力讶渣慕中妆俞稳谗违发吴吮贷垃俱构喘岁缠滚篓涩绚标渐懂壳划玩艺羽痘州欺突杨泻漆沧涧哲辖弄毅言崩策摆月冻氯拨咐极屹朝离筛柴婉误伪寡委胡吴喇刃卿炒翔腋迈栈遍痞冉镭婶砚前阴哑凸番世斡场耙汤俏次裤搏挞意悠邵扎困哆橱车花骨片缎穿蹦默架虐糊旅蕴川摧恩砍坎俐咏伶哪挥埔良陀跌尸西堕枷坝匠恬拙炭投萄搂衬幼身榆咸殴牢勋柞妄豹唁奴巧硝府梳殃渝页赦婪藉缘密归贤褒疟毖柑阳号儒丧构秤搅速快该寨噬静蜀广死直蜒佐当鞘奎朔掂基隙捡赔割扒碴幸歧瓢陌人摔舷第一章 概述部分1.1掘进机的发展现状与前景展望1.1.1国内外掘进机的发展现状我们把全断面掘进机和自由断面掘进机统称为巷道掘进机。前者主要用于岩巷的全断面钻削式一次成巷掘进；自由断面掘进机则由于其工作臂可以上下左右移动而能自由改变掘进断面的形状和大小。自由断面掘进机常用于煤巷掘进既可以用于综合机械化工作面进行全断面巷道掘进也可应用于打眼放炮工艺进行机械化掘进。19世纪70年代，英国为修建海底隧道，生产制造了第一台掘进机，美国在20世纪30年代开发了悬臂式掘进机，并把此项技术应用于采矿业，此后英、德、日等十几个国家相继投入了大量的人力、物力、财力用于掘进机技术的开发和研制，经过多年的不懈努力，现有20多家公司，先后研制了近百种机型。目前，掘进机技术在如下几个方面有长足进步：(1)适用范围在扩大(2)掘进断面在增加(3)适应坡度在提升(4)截割能力在加强(5)多功能性在显现(6)自控技术在提高其中自由断面的悬臂式巷道掘进机从上世纪四十年代产生至今，已有五十多年的发展历史，目前掘进机的截割功率为10-408kw，机重2-160t，平均日掘进进尺7-8nl，最大掘进能力达20-30md目前，国内煤矿用机型，中型机以AM-50、SIO0为代表，其截割功率为100kw，机重25t；重型机以EBH132(截割功率132kw、机重36t)、EBJ160(截割功率160kw、机重50t)为代表。掘进机的截割头有横轴式和纵轴式两种形式，横轴式截割头一般用于软岩掘进，纵轴式截割头则多用于硬岩掘进。截齿的选择原来虽主要依靠经验，但目前已可以通过试验台测试来准确选择。截齿在掘进过程中破碎煤岩时，其上受到的应力会部分转化为能量，故研制新的刀头合金材料一直是截齿的发展方向。截割速度是影响掘进机掘进能力和截齿寿命的重要参数。纵轴式截割头的截割速度低于横轴式截割头的截割速度，目前掘进机的截割速度多为25-35ms。实践证明，低速截割具有截深大、岩屑粗、粉尘生成量少、齿尖温度低、磨损量小、装机功率利用率高等优点；但同时，低速截割也相应降低了掘进机的掘进能力。国外已有公司进行台架试验，以确定截割速度与掘进能力的关系。水力掘进的出现开辟了掘进机掘进技术发展的新天地，它具有诸多其他机械掘进所不及的优点。这项技术正在研发，一旦成熟，市场广阔。追溯我国使用巷道掘进机的历史，是从上世纪50年代初使用前苏联生产的J_IK-2M，J_IK2-1型煤巷掘进机开始的，之后又应用并仿制了J1K-3型掘进机；60年代我国开始自行研制巷道掘进机，相继研制出了“反修I型”，“反修型”和“开马”型掘进机，机重大都在10t左右，适用于f4的断面为4-96的煤巷掘进。从1972年1985年间，我国煤炭科研院所与煤机厂和矿务局共同设计开发研制了EMS-30以及EMS-55等机型。到80年代中期，我国分别从英国、奥地利、日本、前苏联、美国、德国、匈牙利等国家引进了16种、近200台掘进设备，对我国煤矿使用掘进机起到了推动作用。“七五”期间，在煤矿采掘设备“一条龙”项目引进中，又引进了奥地利阿尔卑尼公司的Anll-50、日本三井三池公司的s10041型掘进机制造技术和先进的加工设备，使我国形成了批量生产掘进机的能力，基本上结束了中、小型掘进机依赖进口的局面。“八五”、“九五”期间，我国开始重型掘进机的研制工作，“十五”期间进入快速发展阶段。目前有轻、中、重机型EBE55、EBE75、EBE90、S100、AM一50、EBE110、EBEl20、EBE132、S150JH、S200M、EBE160等，其中EBE160型是国内研制的重型掘进机，S2OOM是引进日本，进而国产化的重型机。近几年，随着煤炭工业的发展，国内掘进机呈快速增长。2000年市场投入总量为51台、2001年103台、2002年126台、2003年236台，到2004年将超过 400台。佳木斯煤机公司处于行业领先地位，淮南煤机厂、南京晨光机器厂等均为我国掘进机的研制生产和不断发展作出了贡献。尽管我国掘进机研制工作起步并不晚，“七五”期间也曾取得过较好的成果，可是在发展过程中，现有产品与国际相比尚有很大差距。(1)从产品生产和使用方面看，国产的s100比日本晚6年，联合研制的EBE160比英国LH130晚13年(2)性能、规格相近的机型与国外相比晚20年。(3)从制造总数上看，截止2005年2月我国制造的掘进机近1150台，仅相当英国、德国、奥地利上世纪80年代的生产水平。(4)从机掘巷道比重看，与前苏联、英国、德国平均相差近20年。(5)从装机综合技术水平看，我国仅相当于国外20世纪80年代初期水平。为此，我国要提高制造厂及配套厂的设备精度和加工能力、原材料质量、加工技术及管理水平，适时引进先进技术，调整产品结构，加强自主开发能力，尽快缩短我国与先进掘进机生产国家的技术差距，并使我国煤矿掘进机械化装备提高到一个新的水平。1.1.2掘进机发展前景展望从目前国内掘进机发展趋势来看，具有广阔的发展前景，在我国除用于煤矿巷道掘进外，掘进机正进入铁路、城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。其发展趋势有如下3项：(1)重型掘进机。如$220、AM75等机型，随着高产高效矿井建设需要，必然成为矿山的主力机型。另外，随着环保意识的强化，劳动力成本的提高，机械化掘进是一种必然发展趋势，市场前景更为看好。(2)矮机身中型掘进机。随着我国煤炭采掘业的不断发展，中厚煤层将逐步减少，煤矿巷道必然趋于薄煤层、半煤岩巷道，如山东、贵州等地。因此，有一定的破岩能力，机身矮、功率大的机型会成为今后市场的抢手机型。(3)辅助功能多的机型。在掘进机上搭载湿式除尘系统或其它除尘方式。这是改善作业环境，清除肺矽病途径之一。掘进机具有锚杆支护机等功能，若该项技术成熟，必将受到高度重视和开发研制。遥控技术、截割轨迹显示与红外线定位系统结合，实现机组远程遥控。故障自诊断功能更完备，并能实现辅助作业。连掘机组。实现房柱式采掘。1.2悬臂式掘进机的主要组成部分悬臂式掘进机主要有横轴式掘进机和纵轴式掘进机。它们的主要组成部件相同，只是截割头的布置不同。悬臂式掘进机由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘喷雾系统等组成一、 切割机构切割机构由切割头、齿轮箱、电动机、回转台等组成，具有破碎煤岩功能的机构。二、装运机构装运机构由装载部和刮板输送机组成。悬臂式掘进机装载机构形式较多。如星轮式、链轮链条式、蟹爪式等，过去比较多的是运用蟹爪式，现在随着液压的广泛运用，开始大规模运用液压马达直接带动转盘的机构了。三、行走机构掘进机的行走机构主要由履带部分、减速器和动力输入装置（液压马达或电动机）。四、液压系统液压系统由统一的泵站给分布在各个地方的液压缸，液压泵供液压油，设计中要照顾不同液压部件的压力。五、电气系统电器系统是电动机和控制掘进机的运动的电信号控制器等电器元件，在井下工作的时候要注意它的防爆处理，选用的电动机、电器元件必须符合井下的防爆标准。六、除尘喷雾系统除尘喷雾系统内喷雾回路、外喷雾回路及冷却水回路组成。1.3履带式掘进机在半煤岩工作条件下应用设计要求 悬臂式掘进机由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统、除尘喷雾系统等组成。其基本结构形式为：切割机构分为纵轴式和横轴式；行走机构为履带式；装运机构为耙爪式接中间刮板输送机。掘进机应设有支护用的托梁装置，行走机构和装运机构均能正、反向转动，液压系统和除尘系统的管件、阀类等布置合理，安装可靠，整机各部件皮符合解体拆装下井运输要求。设计、试验要求：切割机构、装运机构、行走机构齿轮箱的传动零件，其强度安全系数不小于2。刮板链的静强度安全系数的选择不应小于4.0圆环链的拉伸强度指标为C级。齿轮箱的耐久性试验，在额定载荷和转速下连续运转切割和装运齿轮箱不少于1000 h，行走齿轮稻正、反向运转不得少于400 h。受动载荷大的联接螺拴，应有可靠的防松装置。履带接地长度相中心距之比一般不大于16，履带公称接地比压不大于0.14MP，对软底板要有适应性，履带上如果有支重轮每个支重轮应能承受50的整机重量。内喷雾系统额定压力不低于3MPa，外喷雾系统额定压力不低于15MPa。要求掘进机实测重心与设计重心在纵、横两方向上的误差不大于25mm。实测重量误差不大于设计重量的5。在安全保护方面要求：掘进机电气设备的设计、制造和使用，应符合含有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体中作业要求、符合煤矿安全规程以及煤矿井下1140 v电气设备安全技术和运行的暂行规定。所有电气设备均应取得防爆检验合格证，掘进机设有启动报警装置，启动前必须发出警报，掘进机必须装有前后照明灯。掘进机行走机构中应设有制动系统和必要的防滑保护装置，切割机构和装运机构传统系统中应设有过载保护装置，还应有切割臂与铲板的防干涉装置。油泵和切割机构之间、转载机和装运机构之间的开、停顺序，在电控系统中应设有闭锁装置。液压系统应设有过滤装置，还应设压力、油温、油位显示或保护装置。电控系统应设紧急切断和闭钡装置，在司机座另一侧，还应装有紧急停止按钮。内外喷雾系统中要装设过滤保护装置。使用性能要求：掘进机各部件运转乎稳，恳臂摆动灵活，在规定煤岩特性条件下进行切割时，截齿损耗宰正常，切割头上裁齿排列合理、更换方便，同一类截齿应具有互换性。装运机构及履带机构的传动部件、齿轮箱必须有可靠性高、寿命长的防水密封。履带的牵引力应能满足设计坡度上工作和转向要求中间刮板输送机链条应具有可伸缩调整装置，刮板链与链轮正常啮合，不得出现跳链、掉链、卡链现象。装运机构耙爪下平面与铲板之间有间隙，不得接触摩擦。各操作手柄、按钮、族钮、动作灵活、可靠、方便。齿轮箱在运转中各密封端盖、出轴密封、箱体结合面等处均不得有渗漏现象。齿轮箱、液压系统和轴承等必须按设计要求注入规定牌号的润滑油和油脂，不得渗合使用。掘进机作业时，各齿轮箱最高温度不得超过95，液压油箱中的油温不应超过70掘进机作业时，司机座位处空气中粉尘浓度应10mgm3，司机处综合噪声值不大于90dB(A)。掘进机除手柄、按钮、滑道等表面外，均应采取防锈措施。第二章 总体方案设计2.1掘进机总体结构布置机器的总体布置关系到整机的性能、质量和整机的合理性。也关系到操作方便、工作安全和工作效率。因此，总体布置是总体设计中极为重要的内容。(1)切割机构由悬臂和回转台组成，位于机器前上部，悬臂能上下、左右回转；(2)装载铲板是在机器下部前方，后接中间刮板运输机，两者组成装运机构，贯穿掘进机的纵向轴线；(3)考虑掘进机的横向稳定平衡，主要部件按掘进机纵向平面对称布置，电控箱、液压装置分别装在运输机两侧；(4)为保证作业的稳定性，履带位于机器的下部两侧，前有落地铲板，后有稳定器支撑，整个机器的重心在履带接地面积的形心面积范围内；(5)为了保护司机安全，同时又便于观察、操作，将司机位置在机器后部右侧；(6)由于掘进机是地下巷道作业，所以整个机器呈长条形，而且机身越矮机器越稳定。2.2掘进机各组成部分基本结构设计2.2.1截割部截割部又称工作机构，结构如图2-1所示，主要又截割电机、叉形架、二级行星减速器、悬臂段、截割头组成。1、截割头 2、悬臂段3、行星减速器4、联轴器5、机架6、电动机图2-1截割部截割部为二级行星齿轮传动。由120kW水冷电动机输入动力，进齿轮连轴节传至二级行星减速器，经过悬臂段主轴，将动力传给截割头，从而达到破碎煤岩的目的2.2.2装载部装载部结构如图2-2，主要由铲板及左右对称的驱动装置组成，通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪转盘向内转动，从而达到装载煤岩的目的。图2-2装载部装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板的左右升降油缸铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上下摆动。当机器截割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的截割稳定行。2.2.3刮板输送机刮板输送机结构如图2-3，主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等组成。图2-3刮板输送机刮板输送机位于机器中部，前端与主机架和铲板铰接，后部托在机架上。机架在该处设有可拆装的垫片，根据需要，刮板输送机后部可垫高，增加刮板输送机的卸载高度。刮板输送机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧是通过在输送机尾部的张紧脂油缸来实现的2.2.4行走部履带行走部是悬臂式掘进机整机的支承座，用来支承掘进机的自重、承受切割机构在工作过程中所产生的力，并完成掘进机在切割、装运及调动时的移动。履带行走机构包括左右行走机构、并以掘进机纵向中心线左右对称。履带行走机构包括导向轮、张紧装置、履带架、支重轮、履带链及驱动装置等部件。当驱动轮转动时，与驱动轮相啮合的履带有移动的趋势。但是，因为履带下分支与底板间的附着力大于驱动轮、导向轮和支重轮的滚动阻力，所以履带不产生滑动，而轮子却沿着铺设的滚道滚动，从而驱动整台掘进机行走。掘进机履带行走机构的转弯方式一般有2种： 一侧履带驱动，另一侧履带制动；两侧履带同时驱动，但方向相反。现在设计将支重轮作成和机架一体的结构，这样的结构简单，而且在井下的环境中它比支重轮可靠性能更高。由于没有了支重轮，所以履带的磨损比较严重，要采用更好的耐磨合金钢。掘进机部在掘进作业时。它承受切割机构的反力、倾覆力矩及动载荷。腰带机构的设计对整机正常运行、通过性能和工作稳定性具有重要作用。履带机构设计要求：具有良好的爬坡性能和灵活的转向性能；两条履带分别驱动，其动力可选用液压马达或电动机；履带应有较小的接近角和离去角。以减少其运行阻力；要注意合理设计整机重心位置。使履带不出现零比压现象；履带应有可靠的制动装置，以保证机器在设计的最大坡度工作不会下滑。1-导向张紧装置 2-履带架图2-4 左履带行走机构3-履带链 4-行走减速器 5-行走液压马达 6-摩擦片式制动器图2-42.2.5机架和回转台机架是整个机器的骨架，它承受来自截割、行走和装载的各种载荷。机器中的各个部件均用螺栓、销轴及止口与机架联接，机架为组焊件。结构如图2-4回转台主要用于支承，联接并实现切割机构的升降和回转运动。回转台座在机架上，通过大型回转轴承用于止口、36个高强度螺栓与机架相联。工作时，在回转油缸的作用下，带动切割机构水平摆动。截割机构的升降是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降油缸实现的。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涨套连轴器；6回转齿轮；7切割臂基座；8升降油缸；9支承法兰；10水平回转油缸；11齿条；12长轴 图2-5 回转台1-回转台 2-前机架 3-后机架 4-后支撑腿 5-转载机连接板图2-6 掘进机机架2.2.6液压系统本机除截割头的旋转运动外，其余各部分均采用液压传动。系统主泵站由一台 55kW 的电动机通过同步齿轮箱驱动一台双联齿轮泵和一台三联齿轮泵（转向相反），同时分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路、皮带转载机回路供压力油，主系统由五个独立的开式系统组成。该机还设有液压锚杆钻机泵站，可同时为二台锚杆钻机提供压力油，另外系统还设置了文丘里管补油系统为油箱补油，避免了补油时对油箱的污染。液压系统原理如图 2-7所示。图 2-7 液压系统原理图1、油缸回路油缸回路采用双联齿轮泵的后泵（40 泵）通过四联多路换向阀分别向 4组油缸（截割升降、回转、铲板升降、支撑油缸）供压力油。油缸回路工作压力由四联多路换向阀阀体内自带的溢流阀调定，调定的工作压力为6MPa。截割机构升降、铲板升降和后支撑各两个油缸，它们各自两活塞腔并接，两活塞杆腔并接。而截割机构两个回转油缸为一个油缸的活塞腔与另一油缸的活塞杆腔并接。为使截割头、支撑油缸能在任何位置上锁定，不致因换向阀及管路的漏损而改变其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止截割头、铲板下降过速，使其下降平稳，故在各回路中装有平衡阀。2、行走回路行走回路由双联齿轮泵的前泵（63 泵）向两个液压马达供油，驱动机器行走。行走速度为 3m/min；当装载转盘不运转时，供装载回路的 50 泵自动并入行走回路，此时的两个齿轮泵（63 泵和 50 泵）同时向行走马达供油，实现快速行走，其行走速度为 6m/min。系统工作压力为 16MPa。回路工作压力由装在两联多路换向阀阀体内的溢流阀调定。注意：根据该机器液压系统的特点，行走回路的工作压力调定时，必须先将装载转盘开动。快速行走时，由于并入了装载回路的 50 泵，其系统工作压力为 14Mpa。通过操作多路换向阀手柄来控制行走马达的正、反转，实现机器的前进、后退和转弯。注意：机器要转弯时，最好同时操作两片换向阀（即使一片阀的手柄处于前进位置，另一片阀手柄处于后退位置）。除非特殊情况，尽量不要操作一片换向阀来实现机器转弯。防滑制动是用行走减速器上的摩擦制动器来实现。制动器的开启由液压控制，其开启压力为 3MPa。制动油缸的油压力由多路换向阀控制。行走回路不工作时，制动器处于闭锁状态。3、装载回路装载回路由三联齿轮泵的前泵（50泵），通过一个齿轮分流器分别向2个液压马达供油，用一个手动换向阀控制马达的正、反转。该系统的工作压力为 15.7Mpa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。齿轮分流器内的两个溢流阀的调定压力均为 21.7MPa。该阀的压力是通过专用的液压实验台调定的。注意：该溢流阀的调定压力在机器出厂时已经调节好，在机器使用过程中不允许调节压力。4、输送机回路输送机回路由三联齿轮泵的中泵（50泵）向一个（或两个）液压马达供油，用一个手动换向阀控制马达的正、反转。系统工作压力为 14MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。5、转载机回路转载机回路由三联齿轮泵的后泵（40泵）向转载马达供油，通过一手动换向阀控制马达的正反转。系统工作压力为10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。6、锚杆钻机回路锚杆钻机回路由一台15kW电机驱动一台双联齿轮泵，通过二个手动换向阀可同时向两台液压锚杆钻机供油。系统工作压力为 10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。7、油箱补油回路油箱补油回路由两个截止阀、文丘里管和接头等辅助元件组成，为油箱加补液压油。如图10所示，补油系统并接在锚杆钻机回路的回油管路上（若掘进机不为锚杆钻机提供油源，则补油系统并接在运输回路或转载机回路的回油管路上）。当需要向油箱补油时，截止阀关闭，截止阀开启，油液经过文丘里管时，在 A 口产生负压，通过插入油筒 5 内的吸油管吸入，将油补入油箱。在补油系统不工作时，务必将截止阀关闭，截止阀开启。图 2-8 补油回路原理图1- 换向阀 2-截止阀 3-截止阀 4-文丘里管5-装油容器 6-油箱 7-锚杆电机 8-双联齿轮泵2.2.7电气系统电气系统由前级馈电开关、KXJ250/1140EB型隔爆兼本质安全型掘进机用电控箱、CZD14/8型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱、XEFB36/150隔爆型蜂鸣器、DGY60/36型隔爆照明灯、LA8101型隔爆急停按钮、KDD2000型瓦斯断电仪以及驱动掘进机各工作机构的防爆电动机和连接电缆组成。 2.3掘进机各组成部分基本结构设计的选择 2.3.1工作机构的型式选择半煤岩掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。因悬臂截割式掘进机机体灵活、体积较小，可截出各种形状和断面的巷道，并能实现选择性截割，而且截割效果好，掘进速度较高；所以，现在主要采用悬臂截割式，并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式。按截割头的布置方式，分为纵轴和横轴式两种。纵轴式截割头传动方便、结构紧凑，能截出任意形状的断面，易于获得较为平整的断面，有利于采用内伸缩悬臂，可挖柱窝或水沟。截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆柱形，由于后两种截割头利于钻进，并使截割表面较平整，故使用较多。缺点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心，与悬臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动，故稳定性较差。因此，在煤巷掘进时，需加大机身重量或装设辅助支撑装置。横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。这种掘进机截齿的截割方向比较合理，破落煤岩较省力，排屑较方便。由于截深较小，截割与装载情况较好。纵向截割时，稳定性较好。缺点是传动装置较复杂，在切入工作面时需左右摆动，不如纵轴式工作机构使用方便；因为截割头较长对掘进断面形状有限制，难以获得较平整的侧壁。这种掘进机多使用抛物线或半球形截割头。由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载运转、有冲击载荷、振动较大，要求其传动装置体积小，最好能调速。考虑掘进机工作时，截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩，而且要能上下左右摆动，以掘出整个断面，掘进机工作机构一般都采用单机驱动。虽然液压传动具有体积小、调速方便等优点，但由于对冲击载荷很敏感，元件不能承受较大的短时过载，一般选择过载能力较大的电动机驱动。2.3.2输送机构的型式选择半煤岩掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式，即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者运动相牵连，相互影响大。由于该位置空间较小布置较困难。输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单，和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多，故障点有所增加。目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。2.3.3转载机构的型式选择该掘进机的转载机构有两种布置方式：作为机器的一部分；为机器的配套设备。目前，多采用胶带输送机。胶带转载机构传动方式有3种：用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；由电动卷筒驱动主动卷筒；利用电动机通过减速器驱动主动卷筒。为使卸载端作上下、左右摆动，一般将转载机构机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动，达到摆角要求；同时，通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作，以达到卸载的调高范围。转载机构应采用单机驱动，可选用电动机或液压马达。2.3.4行走机构的型式选择掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。(1) 迈步式。该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。采用框架结构，使人员能自由进出工作面，并可越过装载机构到达机器的后面。使用支撑装置可起到掩护顶板、临时支护的作用。但由于向前推进时，支架反复交替地作用于顶板，掘进机对顶板的稳定性要求较高，局限性较大，所以这种行走机构主要用于岩巷掘进机，在煤巷、半煤岩巷中也有应用。(2) 导轨式。将掘进机用导轨吊在巷道顶板上，躲开底板，达到冲击破碎岩石的目的。这就要求导轨具有较高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。(3) 履带式。适用于底板不平或松软的条件，不需修路铺轨。具有牵引能力大，机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。但其结构复杂、零部件磨损较严重。目前，半煤岩掘进机通常采用履带式行走机构。由于其工作环境差，用电动机驱动易受潮烧毁，最好选用液压马达驱动。2.3.5除尘机构的型式选择掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。(1) 喷雾式。用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散、雾化，使粉尘附在雾状水珠表面沉降下来，达到灭尘效果。这种除尘方式有以下两种：外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远，粉尘容易扩散，除尘效果较差；内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置，压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏，供水管路复杂，活动联接处密封较困难。为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却水由喷嘴喷出降尘。(2) 抽出式。常用的吸尘装置是集尘器。设计掘进机时，应根据掘进机的技术条件来选集尘器。为提高除尘效果，可采用两级净化除尘。由于集尘器跟随掘进机移动，风机的噪音很大，应安装消音装置。抽出式除尘装置灭尘效果好，但因设备增多，使工作面空间减小。近年来，除尘设备有向抽出式和喷雾式联合并用方向发展的趋势。（3） 高压水细射流辅助切割技术对于全煤巷或很软的岩巷，利用掘进机掘进，效率高、成本低。但对于岩巷掘进和隧道掘进，一般其岩体f8(抗压强度在80100MPa以上)，掘进机效率明显降低，截齿消耗量大增，导致生产成本显著提高。这时，应考虑采用高压水细射流辅助切割技术。 该技术为利用20MPa以上、流量为4L/min左右的压力水，自孔径为0.41.0mm的喷嘴射出，对截齿的机械破碎起辅助作用。掘进机截割头上喷出的压力水按压力高低分级，见附表所示。 附表辅助切割压力水分级MPa项目低压中压中高压高压超高压水压0.50.52020140140400400（4）内、外喷雾冷却除尘系统本系统主要用于灭尘、冷却掘进机切割电机及油箱，提高工作面能见度，改善工作环境，内、外喷雾冷却除尘系统如图2-9 所示。水从井下输水管通过过滤器粗过滤后进入总进液球阀，一路经减压阀减压至 1.5MPa 后，冷却油箱和切割电机，再引至前面雾状喷嘴架处喷出。另一路不经减压阀的高压水，引至悬臂段上的内喷雾系统的雾状喷嘴喷出，当没有内喷雾时，此路水引至叉形架前方左右两边的加强型外喷雾处的线型喷嘴喷出。内喷雾配水装置安装在悬臂段内，8 个线型喷嘴分别安装在截割头的齿座之间；外喷雾喷雾架固定在悬臂筒法兰上，安装有 10 个雾状喷嘴；加强型外喷雾的喷雾架固定在叉形架前端，安装有 8 个线型喷嘴。图 2- 9 水系统原理图1-Y 型过滤器 2-球阀 3-减压器 4-耐震压力表5-油箱冷却器 6-球阀 7-雾状喷嘴 8-线型喷嘴图2.3.6装载机构的型式选择半煤岩掘进机的装载机构有4种:（1）单双环形刮板链式。单环形是利用一组环形刮板链直接将岩装到机体后面的转载机上。双环形是由两排并列、转向相反的刮板链组成。若刮板链能左右张开或收拢，就能调节装载宽度，但结构复杂。环形刮板链式装载机构制造筒单，但由于单向装载，在装载边易形成煤岩堆积，从而会造成卡链和断链。同时，由于刮板链易磨损，功率消耗大，使用效果较差。（2）螺旋式。是横轴式掘进机上使用的一种装载机构，它利用左右个截割头上旋向相反的螺旋叶片将煤岩向中间推入输送机构。由于头体形状的缺点，这种机构目前使用很少。（3）耙爪式。是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运输机构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好，目前应用很普遍。但这种装载机构宽度受限制，为扩大装载宽度，可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆动，或设计成双耙爪机构，以扩大装载范围。(4)星轮式。该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠，但装大块物料的能力较差。通常，应选择耙爪式装载机构，但考虑装载宽度问题，可选择双耙爪机构，也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。装载机构可以采用电动机驱动，也可用液压马达驱动。但考虑工作环境潮湿、有泥水，选用液压马达驱动为好。2.3.7液压元件的选型设计 (1)吸油过滤器为了保护油泵及其它液压元件，避免吸入污染杂质，有效地控制液压系统污染，提高液压系统的清洁度，在油泵的吸油口处设置了两个吸油过滤器，该过滤器为精过滤。当更换、清洁滤芯或维修系统时，只需旋开滤油器端盖(清洗盖)，抽出滤芯，此时自封阀就会自动关闭，隔绝油箱油路，使油箱内油液不会向外流出。这样使清洗、更换滤芯及维修系统变得非常方便。另外，当滤芯被污染物堵塞时，设在滤芯上部的油路旁通阀就自动开启，以避免油泵出现吸空等故障，提高液压系统的可靠性。(2)回油过滤器为了使流回油箱的油液保持清洁，在液压系统中设置了两个回油过滤器，该过滤器为粗过滤，位于油箱的上部。当滤芯被污染物堵塞或系统液温过低，流量脉动等因素造成进出油口压差为 0.35MPa 时，压差发讯装置便弹出，发出讯号，此时应及时更换滤芯或提高油液温度。更换滤芯时，只需旋开滤油器滤盖(清洗盖)即可更换滤芯或向油箱加油。若未能及时停机更换滤芯时，则设在滤芯下部的旁通阀就会自动开启工作(旁通阀开启压力为0.4MPa，以保护系统。(3)四联手动换向阀四联手动换向阀，主要由进油阀、多路换向阀、回油阀三部分组成。进油阀有压力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之间装有阀组总溢流阀。换向阀部分是由阀体和滑阀组成，滑阀的机能均为 Y 型，阀体为并联型，因此，既可以分别操作又可以同时操作，当同时操作时工作速度减慢。当滑阀处于中位时，油泵通过阀组卸荷。为了防止工作腔的压力油向 P 腔倒流，设置了单向阀。(4)油缸本次设计中机器有四组油缸，共八根。截割机构升降油缸、回转油缸、铲板升降油缸和后支撑油缸各两根，结构形式均相同，其中铲板升降油缸和后支撑油缸通用。(5)油箱本液压系统采用封闭式油箱(见图 2-10)，采用 N68 号抗磨液压油。油箱采用二级过滤，设置了两个吸油过滤器和两个回油过滤器，有效地控制了油液的污染，并采用文丘里管补油，进一步降低了油液的污染。油箱上还配有液位液温计，当液位低于工作油位或油温超过规定值（70）时，应停机加油或降温。油箱冷却器采用了热交换量较大的板翅式散热器，总热交换量达 40000kcal/h，以保障系统正常油温和粘度的要求。图 2-10 油箱1- 吸油过滤器 2-冷却器 3-油箱体 4-液位液温计 5-回油过滤器(6)六点压力表按操纵台标牌表明的位置接好油管。旋转压力表表盘，其指针所指的位置即为标牌表明的回路的工作压力。2.3.8润滑方式正确的润滑可以防止磨损、防止生锈和减少发热，如经常检查机器的润滑状况，就可以在机器发生故障之前发现一些问题。比如，水晶状的油表示可能有水，乳状或泡沫状的油表示有空气；黑色的油脂意味着可能已经开始氧化或出现污染。润滑周期因使用条件的差异而有所不同。始终要使用推荐的润滑油来进行润滑，并且在规定的时间间隔内进行检查和更换，否则，就无法给机器以保障，因而导致过度磨损以及非正常停机检修。润滑油的更换：在最初开始运转的三百小时左右，应更换润滑油。由于在此时间内，齿轮及轴承完成了跑合，随之产生了少量的磨损。初始换油后，相隔1500小时或者6个月内必须更换一次。当更换新润滑油时，清洗掉齿轮箱体底部附着的沉淀物后再加入新油。 第三章 总体设计3.1总体设计要求设计任务及相关参数履带式半煤岩掘进机设计主要参考参数和要求：机身长：99.5m 宽：22.5m高：1.51.55m 卧底深度：250mm装机功率：190KW 截割功率：120KW经济截割煤岩硬度：60MPa可掘巷道断面：1820m2 最大可掘高度：3.754m最大可掘宽度：5m龙门高度：350400mm 刮板速度：0.91.0m/s运输形式：边双链 履带宽度：2250mm行走速度：3m/min（工作） 6m/min（调动）额定电压：1140/660v1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计；2、完成截割部及总体结构设计；3、截割部减速器两级2K-H传动机构设计；4、主要部件、组件、零件图设计；5、编写完成整机设计计算说明书。3.2机械及液压部分3.2.1特点、用途、适用范围本次设计的机型为悬臂式半煤岩掘进机，适应巷道断面 918m 、坡度16、可经济切割单向抗压强度60MPa 的煤岩，属中型悬臂式掘进机。该机主要特点是结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。该悬臂式掘进机主要是为煤矿综采及高档普采工作面采准巷道掘进服务的机械设备。主要适用于煤及半煤岩巷的掘进，也适用于条件类似的其它矿山及工程巷道的掘进。该机可经济切割单向抗压强度60MPa 的煤岩，可掘巷道最大宽度(定位时)5m，最大高度 3.75m，可掘任意断面形状的巷道，适应巷道坡度16。该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机，实现连续运输，以利于机器效能的发挥。3.2.1主要技术参数 一 、总体参数 机 / 长： 9.5m机 宽： 2.2m机 高: 1.55m截割卧底深度： 250mm总 功 率： 190kW可经济截割煤岩硬度： 60MPa可掘巷道断面： 1820m2 最大可掘高度： 3.75m最大可掘宽度： 5.0m适应巷道坡度： 16机器供电电压： 660/1140V 二、截割部电动机： 型 号： YBUS-120 功 率： 120KW 转 速： 1470r/min截割头： 转 速： 53r/min 截 齿： 镐形 最大摆动角度： 上： 42 下： 31 左右各： 39 三、装载部装载形式 三爪转盘装运能力 180m3/h铲板宽度 2.5m/2.8m铲板卧底 250mm铲板抬起 360mm转盘转速 30r/min四、刮板输送机运输形式 边双链刮板槽 宽 510mm龙门高度 390mm链 速 0.93m/s锚链规格 1864mm张紧形式 黄油缸张紧五、行走部行走形式 履带式(液压马达分别驱动)行走速度 工作 3m/min 调动 6m/min接地长度 2.46m制动形式 摩擦离合器履带板宽度 500mm张紧形式 黄油缸张紧六、液压系统系统额定压力： 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 装载回路 14Mpa 输送机回路 14Mpa 转载机回路 10MPa 锚杆钻机回路 10MPa系统总流量： 450 L/min泵站电动机： 型号 YB250M-4 功率 55kW 转速 1470 r/min泵站三联齿轮泵流量 50/50/40ml/r泵站双联齿轮泵流量 63/40ml/r锚杆泵站电动机： 型号 YB160L-4 功率 15kW 转速 1470 r/min锚杆泵站双联齿轮泵流量 32/32ml/r油箱： 有效容积 610L 冷却方式 板翅式水冷却器油缸数量： 8 个 七、喷雾冷却系统灭尘形式 内喷雾、外喷雾供水压力 3MPa外喷雾压力 1.5MPa流 量 63L/min冷却部件 切割电动机、油箱八、电气系统供电电压 660/1140V总 功 率 190kW隔爆形式 隔爆兼本质安全型控制箱 隔爆型3.3电气部分3.3.1系统的组成电气系统由前级馈电开关、KXJ250/1140EB 型隔爆兼本质安全型掘进机用电控箱、CZD24/8 型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱、XEFB-127(36)/150 隔爆型蜂鸣器、DGY35/48(36)B(B) 矿用隔爆型机车照明灯、BZA1-5/127-2 型矿用隔爆型控制按钮、KDD2000 型瓦斯断电仪以及驱动掘进机各工作机构的防爆电动机和连接电缆组成。电气设备明细表见表1-1，驱动掘进机各工作机构电动机特征列于表 1-2。本次设计的掘进机电控设备为 KXJ250/1140EB 型隔爆兼本质安全型掘进机用电控箱（以下简称电控箱）、CZD24/8 型矿用隔爆型掘进机电控箱用操作箱（以下简称操作箱），符合我国的煤矿安全规程、防爆规程和有关规程、标准的规定，适用于具有爆炸性危险气体（甲烷）和煤尘的矿井中，控制掘进机切割电机、油泵电机、备用电机及锚杆电机的运转，并对电机及有关线路进行保护。系统的结构电控箱隔爆外壳由主腔和接线腔两个独立的隔爆部分组成。主腔面板装有隔离开关操作手把（手把有通、断两个位置）、急停按钮（SB1）、电压表视窗和显示器视窗；主腔中门板装有控制器、继电器、显示器、电压表；主腔后壁装有各回路接触器、阻容吸收器、互感器；主腔顶板装有熔断器；右底板装有主变压器、隔离变压器和电源部分的熔断器等；左底板装有保护器（JB）和五个接头座；主腔和接线腔之间的连接板上装有九星盘和接线端子。电控箱门与箱体为螺栓紧固，并设有回转铰链。电控箱箱体通过减震器和主机连接。操作箱为矿用隔爆型。操作箱分为二个通过接线端子相互连接的独立腔体，上边为进出线腔，下边为主腔。进出线腔内设有接线端子和内接地端子。主腔门上装有转换开关、控制按钮等。表 1-1 电气设备明细表序号名 称数量型 号生 产 厂 家1电控箱1KXJ250/1140EB煤科院太原分院2操作箱1CZD24/8煤科院太原分院3隔爆型蜂鸣器1XEFB-127(36)/150天津煤矿专用设备厂4矿用隔爆型控制按钮1BZA1-5/127-2佳木斯煤机厂5矿用隔爆型机车照明灯3DGY35/48(36)B(B)沈阳第三防爆灯厂6瓦斯断电仪1KDD2000淄博7切割电机1YBUS3-120抚顺煤矿电机厂8油泵电机1YB250M-4抚顺煤矿电机厂9锚杆电机1YB160L-4南阳防爆集团有限公司10备用电机1选用选用表 1-2 电动机技术特征表 机构名称电机特征 切割电机油泵电机锚杆电机备用电机型 号YBUS2-120YB250M-4YB160L-4选用额定功率（kW）12055157.5kW /11kW额定电压（V）660/1140660/1140660/1140660/1140额定电流（A）133/7759.0/34.117.4/10.1功率因素0.850.86效率（%）9298电控箱的主要技术参数额定电压： V 660 主回路： AC：1140/660控制回路：AC：220、36 DC：24额定电流：A 250额定频率：Hz 50主回路数：4 660/1140V 电压下各回路的额定电流大小为： 切割回路：130/75A； 油泵回路：59.0/34.1A； 锚杆回路：17.4/10.1A； 备用回路：4.5/7.7A（7.5kW） 6.6/11.3A（11kW）。机载功率：kW 190注：a、1140/660 表明该电气系统为双电压供电系统（既可以用 在 1140V 也可以用在 660V 电压等级下，但两种电压换用时 需要重新整定电控系统 b、7.5kW/11kW 表明该电气系统所配备用电机可以为双功率（既可以是 7.5kW 也可以是 11kW，但两种功率电机换用时需整定电控系统 c、机载功率 190kW 表明该机装设的电机总功率。 d、配装备用电机应与电控箱电压和功率相符，并选用防爆电机 3.3.1系统工作的原理电气系统在原理上可以分为四个部分：主回路部分、电源部分、保护单元和控制部分。一、主回路部分主回路部分明确了系统的主体结构，我们采用了隔离开关作为电控箱主回路电源的开关，在主回路中设有两组熔断器，用于短路保护，别为：切割电机回路 FU1FU3 (400A)；油泵电机及其它回路FU4FU6(250A)。在控制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接触器，并加装了阻容吸收装置，用于吸收真空接触器断开时电动机产生的高压；在备用回路和锚杆泵站回路采用了空气接触器（由于它的功率较低）。以上四个回路中设有检测主回路电流的电流互感器TA1TA9(备用和锚杆回路公用互感器) 来完成保护电路的信号采集，每回路三个。在附录图2 中主回路原理图中明确的指明了接触器线圈和自保接点的线号及控制继电器的接点。另外，如果采用本机 SA1 对其前级开关进行远程控制，那么在电控箱上的急停按钮 SB1 和操作箱上的急停按钮 SB2 都可以停止前级馈电开关，实现电源的远程控制，SB3 只能够停本机操作。二、电源部分是有一台主变压器、一台隔离变压器和控制熔断器FU7FU13 组成。主变压器有五个电压范围的输入抽头：660V、726V、1050V、1140V、1250V。当井下电压不稳定时，可以随着电压的变化来调整变压器的抽头，来保证输出电压的稳定，进而保证控制回路的可靠性。隔离变压器（21 号线和 22 号线）为保护设备 JB 和控制单元提供 180V 电源，由 SB1 来控制。36V（6 号线和 7