掘进机截割头设计

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1、1掘 进 机 截 割 头 设 计煤 矿 掘 进 是 煤 炭 生 产 和 建 设 的 基 础 工 程 。 近 年 来 ， 我 国 煤 矿 掘 进 机 械 化得 到 了 迅 速 的 发 展 ， 装 备 水 平 也 有 很 大 的 提 高 ， 在 自 主 创 新 能 力 上 也 有 长 足的 进 步 。煤 炭 工 业 是 我 国 国 民 经 济 的 主 要 支 柱 产 业 。 在 未 来 50年 内 ， 煤 炭 仍 是 主要 的 能 源 和 战 略 物 质 ， 具 有 不 可 替 代 性 ， 是 国 民 经 济 和 社 会 发 展 的 保 证 。 随着 国 民 经 济 的 快 速 发 展 ， 以 及

2、 国 加 入 WTO后 ， 煤 炭 工 业 现 代 化 的 步 伐 也 在 加 快 。目 前 ， 国 内 掘 进 机 发 展 水 平 相 对 落 后 ， 巷 道 掘 进 成 为 煤 矿 发 展 的 一 个 瓶 颈 ，制 约 着 煤 炭 工 业 的 发 展 。 各 国 早 期 研 制 的 悬 臂 式 掘 进 机 都 是 以 煤 炭 为 作 业 对象 ， 机 重 在 13-17吨 之 间 、 切 割 功 率 在 30KW左 右 的 轻 型 机 ， 代 表 机 型 是 前 苏 联的 -3型 掘 进 机 。 中 期 产 品 主 要 是 用 于 切 割 煤 系 地 层 中 的 各 种 煤 岩 的 中 型

3、掘 进 机 ， 机 重 在 25吨 左 右 、 切 割 功 率 50-100KW， 可 切 岩 石 硬 度 系 数 f6， 如 英国 的 MKA-2400型 、 奥 地 利 的 AM-50型 、 日 本 的 S100型 等 。 近 期 产 品 主 要 是 以 煤系 地 层 中 的 中 硬 度 岩 石 为 作 业 对 象 的 重 型 机 ， 一 般 机 重 40-80吨 、 切 割 功 率150-200KW、 可 切 岩 石 硬 度 系 数 f8， 如 英 国 的 LH-1300型 、 奥 地 利 的 AM-75型 、日 本 的 S200M型 掘 进 机 等 。我 国 的 掘 进 机 技 术 开

4、 发 工 作 始 于 1965年 ， 最 初 是 仿 前 苏 联 的 -3型 掘进 机 ， 1979年 后 ， 先 后 从 日 本 、 奥 地 利 、 英 国 、 美 国 、 西 德 、 原 苏 联 、 匈 牙利 引 进 了 多 种 型 号 的 掘 进 机 ， 通 过 引 进 日 本 MRH-5100-41型 、 奥 地 利 AM-50等型 掘 进 机 的 制 造 技 术 和 先 进 加 工 设 备 ， 并 进 行 技 术 转 化 ， 到 1989年 底 ， 我 国已 自 行 研 制 成 功 了 AM50、 ELM-55、 EMIA-30、 EL-90、 5100等 6种 8个 型 号 的 掘

5、进 机 ， 使 我 国 中 小 型 掘 进 机 不 再 依 赖 进 口 。 此 后 ， 我 国 又 开 始 了 重 型 掘 进 机2技 术 开 发 和 研 制 工 作 。 1999年 ， 煤 科 总 院 太 原 分 院 开 发 出 了 EBJ-160型 掘 进 机 ，2001年 ， 佳 木 斯 煤 机 厂 又 完 成 了 从 日 本 引 进 S200M型 掘 进 机 的 消 化 吸 收 、 国 产化 任 务 。 经 过 几 代 人 的 不 懈 努 力 ， 截 止 到 目 前 为 止 ， 我 国 掘 进 机 的 开 发 研 究在 轻 型 及 中 重 型 上 己 其 本 达 到 国 际 先 进 水

6、 平 ， 但 在 重 型 掘 进 机 的 研 究 上 ， 与一 些 发 达 国 家 的 产 品 还 存 在 着 一 定 的 差 距 。1 设 计 要 求 及 目 的设 计 用 途 ： 设 计 符 合 要 求 的 纵 轴 式 悬 臂 掘 进 机 与 截 割 部 设 计 。基 本 要 求 ：1)最 大 掘 高 4.5m；2)最 大 掘 宽 5.6m；3)巷 道 坡 度 16 ；4) 机 高 M 小 于 2M， 机 重 大 于 45；5)能 够 在 煤 层 、 半 煤 层 下 施 工 ， 切 割 煤 岩 最 大 单 向 抗 压 强 度 可 达 100Mpa，可 切 割 性 能 指 标 适 用 切 割

7、 煤 岩 硬 度 ， 普 氏 系 数 f 小 于 等 于 8， 岩 石 的 研 磨 系 数小 于 等 于 Mg15。2 总 体 方 案 设 计悬 臂 式 掘 进 机 主 要 由 截 割 、 行 走 、 装 运 、 装 载 四 大 机 构 和 液 压 、 水 路 、电 气 三 大 系 统 组 成 ， 并 通 过 主 体 部 将 各 执 行 机 构 有 机 的 组 合 于 一 体 。 总 体 方案 设 计 主 要 是 进 行 掘 进 机 的 选 型 和 总 体 参 数 的 确 定 。2.1 机 型 的 选 定 及 主 要 部 件 的 结 构 形 式 的 确 定2.1.1 机 型 的 选 定掘 进

8、机 的 发 展 方 向 是 定 型 化 、 系 列 化 、 并 向 “ 大 断 面 ” 、 “ 高 硬 度 ” 发展 ， 掘 进 机 的 性 能 、 外 形 、 结 构 和 重 量 应 能 很 好 地 适 应 煤 岩 的 性 质 和 巷 道 的3尺 寸 。根 据 任 务 书 的 要 求 ， 按 行 业 标 准 MT138 1995 悬 臂 式 掘 进 机 的 型 式 与 参数 ， MT238.3-2006 悬 臂 式 掘 进 机 |第 3 部 分 |通 用 技 术 条 件 选 定 机 型 类别 。 要 考 虑 的 掘 进 机 用 途 有 ： 煤 矿 井 下 巷 道 的 掘 进 、 其 他 行

9、业 的 工 程 作 业 ，要 考 虑 掘 进 机 的 工 作 条 件 ： 切 割 煤 层 巷 、 半 煤 层 巷 ， 煤 岩 的 单 向 抗 压 强 度 (或普 氏 系 数 f值 )及 岩 石 的 腐 蚀 系 数 。特 轻 、 轻 型 掘 进 机 以 掘 进 煤 巷 为 主 ， 它 的 特 点 应 突 出 经 济 、 灵 活 、 方 便 ，在 截 割 巷 道 断 面 尺 寸 方 面 有 较 大 的 适 应 性 。 中 型 掘 进 机 以 掘 进 半 煤 岩 巷 道 为主 ， 在 截 割 岩 石 硬 度 方 面 适 应 性 较 强 ， 但 机 器 设 计 不 宜 过 于 笨 重 和 庞 大 ，

10、在使 用 时 有 较 大 的 覆 盖 面 。 重 型 掘 进 机 是 具 有 更 高 切 割 能 力 的 掘 进 机 ， 应 用 范围 更 加 广 泛 。根 据 设 计 的 要 求 和 目 的 ， 机 型 选 择 重 型 。 基 本 参 数 应 当 符 合 表 格 的 规 定 。表 2-1 掘 进 机 型 式 的 基 本 参 数 6Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models技 术 参 数 单 位 机 型特 轻 轻 中 重 超 重切 割 煤 岩最 大 单 向抗 拉 强 度 MPa 40 50 60 80 100生 产 能

11、力 煤 ， 3 / minm 0.6 0.8 煤 夹 矸 ，3 / minm 0.35 0.4 0.5 0.6 0.6切 割 机 构功 率 kW 55 75 90 200 150 200适 应 工 作最 大 坡 度(绝 对 值 ) ( ) 16 16 16 16 164不 小 于可 掘 巷 道断 面 5 12 6 16 7 20 8 28 1032机 重 (不 包括 转 载 机 ) t 20 25 50 80 802.1.2 各 部 件 的 结 构 型 式 的 确 定2.1.2.1 切 割 机 构切 割 机 构 主 要 由 切 割 头 ， 水 冷 电 动 机 ， 减 速 器 ， 伸 缩 机 构

12、 和 回 转 台 等 组成 ， 具 有 破 碎 煤 岩 功 能 的 机 构 。(1)切 割 头 的 选 择切 割 头 装 有 截 齿 ， 用 语 破 碎 煤 岩 的 部 件 。 切 割 头 主 要 由 截 割 头 体 、 齿 座 、螺 旋 叶 片 、 截 齿 、 喷 嘴 及 筋 板 等 构 成 ； 螺 旋 叶 片 焊 在 切 割 头 体 上 ， 沿 螺 旋 线并 按 截 线 间 距 排 列 齿 座 和 截 齿 。 纵 轴 式 掘 进 机 切 割 头 的 形 状 通 常 有 圆 柱 形 、圆 锥 形 、 圆 锥 圆 柱 形 几 种 。 圆 锥 形 切 割 头 有 利 于 钻 进 工 作 面 ，

13、也 能 保 证 切 割出 来 的 巷 道 表 面 较 平 整 ， 保 证 巷 道 坡 度 ， 也 不 会 给 支 护 工 作 带 来 麻 烦 5。 所 以选 择 圆 锥 形 切 割 头 。(2)切 割 电 动 机切 割 电 机 为 外 水 冷 式 ， 且 机 体 为 焊 接 结 构 ， 前 端 与 行 星 减 速 器 相 联 ， 后端 联 接 回 转 台 。 电 机 输 出 力 矩 ， 通 过 花 键 套 传 递 给 减 速 器 ， 再 由 花 键 套 传 到主 轴 ， 主 轴 通 过 内 花 套 键 与 截 割 头 相 联 ， 把 力 (矩 )传 递 到 割 头 上 ， 截 割 头 以此 方

14、 式 进 行 工 作 。 切 割 电 机 的 选 择 在 根 据 工 作 条 件 选 取 ， 而 且 应 当 符 合 行 业标 准 MT477-1996 YBU系 列 掘 进 机 用 隔 爆 型 三 相 异 步 电 动 机 。(3)行 星 减 速 器主 要 由 箱 体 、 减 速 齿 轮 、 二 级 行 星 轮 架 、 输 入 、 输 出 轴 构 成 。 太 阳 轮 与行 星 轮 相 啮 合 ， 此 行 星 轮 通 过 两 个 轴 承 装 在 星 轮 轴 上 ， 两 端 装 有 孔 用 弹 性 挡5圈 ， 星 轮 装 在 第 一 级 行 星 架 相 应 的 轴 孔 内 ， 内 轮 与 箱 体

15、组 成 一 体 并 与 行 星 轮啮 合 带 动 第 一 级 行 星 架 ， 实 现 第 一 级 减 速 7。第 二 级 的 太 阳 轮 与 第 一 级 行 星 架 为 渐 开 县 花 键 联 结 ， 太 阳 轮 与 第 二 行 星轮 啮 合 ， 此 行 星 轮 装 在 第 二 级 的 轮 轴 ， 此 轮 轴 装 在 第 二 级 行 星 架 相 应 轴 孔 内 。这 里 内 轮 与 减 速 器 壳 体 组 成 一 体 与 行 星 轮 啮 合 ， 此 星 轮 不 仅 自 转 还 绕 太 阳 轮公 转 ， 从 而 实 现 第 二 级 减 速 器 。图 2-1 EBZ200E掘 进 机 的 截 割

16、部 行 星 减 速 器 结 构Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.(4)伸 缩 机 构伸 缩 机 构 有 内 伸 缩 式 和 外 伸 缩 式 。 内 伸 缩 式 结 构 紧 凑 、 尺 寸 小 、 伸 缩 灵活 方 便 ， 因 此 采 用 内 伸 缩 式 。 伸 缩 机 构 由 保 护 筒 ， 伸 缩 内 、 外 筒 ， 花 键 套 ，密 封 座 ， 主 轴 ， 轴 承 ， 隔 套 ， 旋 转 密 封 、 油 封 等 构 成 。 位 于 截 割 头 和 二 级 行星 减 速 器 之 间 ， 通 过 花 键 联 接 使 主 轴 旋 转 运 动 ， 带 动 截 割 头 旋 转 ， 通 过 油 缸伸 缩 带 动 伸 缩 部 实 现 伸 缩5。6图 2-2 悬 臂 伸 缩 原 理 图Fig.2-2 The fig of the