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。 我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段。第一階段60年代初到70年代末。主要是以引進(jìn)國外掘進(jìn)機(jī)為主。這一階段的主要特點(diǎn)是：使用范圍越來越廣，切割能力逐步提高。第二階段70年代末到80年代。與國外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進(jìn)機(jī)并逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。這一階段特點(diǎn)是：可靠性高，已能適應(yīng)我國煤巷掘進(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)過三階段的發(fā)展，我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用進(jìn)入了一個較高的水平，已跨入國際先進(jìn)行列，可與國外的懸臂式掘進(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礦井生產(chǎn)的實(shí)際條件、現(xiàn)場需要及設(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)動方面的完善。以往的液壓與電動驅(qū)動都有缺點(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補(bǔ)短，在今后很長一段時(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操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或把手開關(guān)來控制傳統(tǒng)的交流中繼電器電路，進(jìn)而通過繼電器來對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，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，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。縱向截割時(shí)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是傳動裝置較復(fù)雜，在切入工作面時(shí)需左右擺動，不如縱軸式工作機(jī)構(gòu)使用方便；因?yàn)榻馗铑^較長對掘進(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：單雙環(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。是利用一對交替動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、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，可使鏟板連同整個耙爪機(jī)構(gòu)一起水平擺動，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)頭軸為主動的，由設(shè)置在機(jī)頭的電動機(jī)或油馬達(dá)，通過減速裝置驅(qū)動機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)，有的機(jī)型還同時(shí)以機(jī)尾從動軸間接地帶動裝載機(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)尾的電動機(jī)，通過減速裝置驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)工作，間接地從輸送機(jī)構(gòu)的機(jī)尾為主動軸，帶動刮板鏈?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)動方式，即將電動機(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)尾為主動軸帶動刮板輸送機(jī)構(gòu)工作。這樣傳動系統(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)動方式，即將電動機(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)動輸送機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，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)的傳動方式，通常有三種型式，第一種是由液壓馬達(dá)直接或通過減速器驅(qū)動機(jī)尾主動卷筒。第二種型式，是由電動卷筒驅(qū)動主動卷筒旋轉(zhuǎn)。第三種傳動方式，是由電動機(jī)通過減速器驅(qū)動主動卷筒旋轉(zhuǎn)。 為實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)膠帶轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)卸載端作上下調(diào)高和左右擺動，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)臺托架上，可以通過人力或回轉(zhuǎn)油缸，使整個轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)繞回轉(zhuǎn)中心擺動一定角度，并使機(jī)頭卸載端達(dá)到卸載的要求。同時(shí)，通過升降油缸使卸載端繞機(jī)尾鉸接中心作升降運(yùn)動。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)動性能

13、好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應(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，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。 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，可采用兩級凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進(jìn)機(jī)移動，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。 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，每個截割頭截齒尖端所構(gòu)成的輪廓呈近似的拋物體，兩個截割頭分別對稱地裝在截割機(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)針方向。截割機(jī)構(gòu)懸臂橫向擺動，沿巷道的寬度方向截割。懸臂上下擺動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。懸臂選用液壓驅(qū)動。 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)簡單、工作可靠、外形尺寸小、能連續(xù)裝載，生產(chǎn)效率高。考慮工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓

16、馬達(dá)驅(qū)動。 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。這種驅(qū)動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動互不影響。 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)動方式選用液壓馬達(dá)驅(qū)動。 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)動性能好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動方式選用液壓馬達(dá)驅(qū)動。 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)懸臂上裝有一個框架，上面安裝7個噴嘴，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*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 懸臂伸縮長度 mm 功率 kW 傳動型式 橫軸式 73.5/88.7 100 三級圓柱圓錐齒輪 裝運(yùn)機(jī)構(gòu) 裝載機(jī)構(gòu)型式 輸送機(jī)構(gòu)型式 動

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： 機(jī)械04-1班 學(xué)號： 0407100101