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1、华北科技学院毕业设计（论文）第一章 绪论国外发达国家的煤炭行业经过约50年的发展历程,到20世纪末期,其整体技术水平;安全生产条件和劳动生产率大幅度提高，今天的煤炭行业已无异于其他行业，成为一个高技术、高安全、高效率的产业。近二三十年间，随着采煤机械化和综合机械化的发展，大大提高了采掘工作面的开采强度，工作面的掘进速度越来越快，这就要求加快掘进速度，达到采掘平衡。国内外的生产实践表明，只有实现掘进机械化，才能满足这一要求。因此，掘进技术的多元化；掘进综合机械化将是今后掘进技术和设备发展的趋势。1.1 国内外掘进技术和设备发展现状现代国内外煤矿巷道的施工方法主要有钻爆掘进和综合机械化掘进两种，综
2、合机械化掘进又可分为悬臂式掘进机掘进和全断面岩巷掘进机掘进两种技术和设备。岩巷掘进主要采用钻爆掘进技术和设备；全断面岩巷掘进机掘进技术和设备；煤和半煤岩巷主要采用悬臂式掘进机技术和设备，它是国内外煤矿采用最为普遍的一种掘进技术和装备，也是20世纪七八十年代迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术和装备。其主要设备是悬臂式掘进机，它是集采、装、运、行多功能于一体的一种大型煤矿井下机械设备，是一种机、电、液多学科领域知识比较集中的一体化产品。目前国际先进水平的悬臂式掘进机已实现自动控制及离机遥控操作。一、钻爆破岩掘进钻爆破岩掘进是技术相对比较简单、发展最早的一种掘进技术。20世纪50年代，国外已基本实
3、现钻、装、支等工序的单项机械化；60年代以后，主要是改进原有设备，组织平行作业，实现机械化配套作业线；进入70年代以来，自法国的Monda Bert 推出世界上第一台实用的液压凿岩机后，液压凿岩机得到迅速的发展和应用。瑞典Atlas Copco公司于80年代研制推出的三档式液压凿岩机，因可改变输出冲击能，所以适用于在不同硬度的岩石巷道掘进中钻凿炮眼，从而得到世界各国的重视。目前，液压凿岩机新产品更新换代时间短，新产品、新型号不断涌现，产品性能向大转矩、大冲击能和高频率方向发展。二、悬臂式掘进机悬臂式掘进机作业线主要由悬臂式掘进机、桥式转载机及后配套设备组成。掘进机把岩石切割破落下来之后，破碎的
4、岩渣经装运机构收集、转运至机器尾部卸下，由配套桥式转载机、运输机或梭车运走。悬臂式掘进机的切割臂可以上下、左右自由摆动，能切割任意形状的巷道断面，切割出的表面精确、平整，便于支护。履带式行走机构使机器调动灵活，便于转弯、爬坡，对复杂地地质条件适应性强。20世纪后期，通过成功地开发和推广使用锚杆支护技术，使悬臂式掘进机掘进技术适应性大大增强进，进一步推动了该技术的推广使用，目前已成为煤矿巷道掘进的一种最主要的方法。三、连续采煤机第一台连续采煤机出现于20世纪40年代，现已经历了三代产品的更迭。目前最主要是第三代滚筒式连续采煤机，通常由截割机构、转运机构履带行走机构、液压系统、电控系统、冷却喷雾除
5、尘系统及安全保护装置等组成，达到了很高的制造水平。目前使用的代表机型是美国的JOY公司的12CM15-10D、12CM15-10B型连续采煤机，其两台截割电动机横向布置在截割臂的两侧，通过减速器将动力传至截割链及左右截割滚筒。为了最大限度地发挥连续采煤机在煤巷掘进和房柱式采煤作业中生产效率最高的特点，连续采煤机作业线配有机动灵活、快捷高效的配套设备，包括工作面运输设备、顶板支护设备、辅助作业设备和工作面供电设备。四、掘锚联合机组多年以来，世界主要产煤国一直在研究如何使连续采煤机与锚杆钻机合二为一，即在连续采煤机上装设锚杆钻机，用一台设备来完成巷道掘进的落、装煤以及锚杆打眼、安装功能，从而出现了
6、掘锚联合机组。 五、全断面掘进机全断面掘进机出现于19世纪后半叶，至20世纪60年代这一技术已逐渐成熟。进入80年代后，全断面掘进机在国外已广泛用于各种隧道工程，尤其是大断面长距离硬岩隧道的掘进。世界著名的英吉利海峡海底隧道就是用11太全断面掘进机完成的。国外全断面掘进机刀盘直径范围210.5，单刀推力超过220，可切割抗压强度达400的岩石。全断面掘进机作业线由主机和后配套设备组成，其主机主要由截割盘、刀盘驱动系统、支撑和推进机构、机架、转载运输机、操作室等部分组成。全断面掘进机机重身长，切割功率大，迈步式推进机构及支撑机构可提供强大的推进力及水平支撑力，因而切割硬岩的能力强、生产率高，适用
7、于大断面圆形巷道一次成形；也可以先用刀盘直径较小的掘进机掘出一条导硐，再用扩孔掘进机或钻爆法扩大断面至工程要求的形状与尺寸。1.2 掘进技术发展趋势今后，掘进技术仍然会在钻爆破岩掘进；悬臂式掘进机；连续采煤机；掘锚联合机组；全断面掘进机五个方向持续发展。在全硬岩巷道的掘进中，钻爆破岩掘进在很长一段时间内仍会是一种主要方式，但在一些重要领域，全断面掘进机会逐步取代钻爆破岩掘进；在硬度较低的全岩巷道和半煤岩巷道，悬臂式掘进机会得到大力发展，逐步成为主要的掘进方式；在一些条件适宜的煤巷掘进中，掘进效率最高的连续采煤机和掘锚联合机组将会得到推广应用。钻爆破岩掘进法：这种掘进技术的关键设备是凿岩机。由于
8、液压凿岩机具有能量消耗少；凿岩速度快、效率高、噪音小、易于控制、卡钻事故少、钻机寿命长等许多优点，因而将会得到快速的发展。液压凿岩机发展趋势是大扭矩、大冲击能、高频率、液压凿岩技术也会向着钻、装、运、支配套作业方向发展。悬臂式掘进机掘进法：悬臂式掘进机掘进法是目前中等硬度以下使用最为普遍的一种综合机械化掘进技术，其关键设备是悬臂式掘进机。目前，悬臂式掘进机在基本功能；可靠性方面的技术已基本成熟。今后，悬臂式掘进机将会向着大型化；辅助功能多样化及机、电、液一体化的方向发展。连续采煤机及掘锚联合机组掘进法：连续采煤机和锚杆钻机的交叉换位施工，使煤巷掘进速度大幅度提高。在连续采煤机基础上，通过装设锚
9、杆钻机，用一台设备来完成巷道掘进的落；装煤及锚杆打眼；安装功能，从而出现了掘锚机组。掘锚机组引起了世界采矿界的广泛关注，被誉为煤巷掘进机的一次技术革命。相比连续采煤机，掘锚机组适应范围更广，支护效果；掘进功效也有了进一步改善。掘锚机组掘进法将是煤巷掘进的一种主要趋势。全断面掘进机掘进法：在长距离；大断面硬岩掘进方面，全断面掘进机掘进法在世界范围内得到了广泛的使用。全断面掘进今后将会向着大断面化、断面多样化、使用范围扩大化、自动化和长距离的方向发展。1.3 本论文的主要研究内容本论文设计题目为MRH-S50型掘进机履带行走机构设计，包含的主要研究内容有以下几个：一、收集资料。二、现场测绘。在学校
10、实习工厂对MRH-S50型掘进机进行整体结构测绘。通过测绘得到基本数据，以便进行结构分析和图纸绘制。三、结构分析。对MRH-S50型掘进机的整体结构进行结构分析，了解该掘进机的结构组成、功能作用特点以及存在的问题。四、专题分析与设计计算。专题分析与设计计算：履带材料分析与选用设计。第二章 悬臂式掘进机2.1 概述掘进机是具有截割、装载、转载煤岩及有喷雾降尘等功能，并能自己行走，以机械方法破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。根据所掘断面的形状分为全断面掘进机和部分断面掘进机。前者适用于直径一般为2.5/10的全岩巷道；岩石单轴抗压强度50/350的硬岩巷道，可一次截割出所需断面，且断面形状多
11、为圆形，主要用于工程涵洞及隧道的岩石掘进；后者一般适用于单轴抗压强度小于60的煤；半煤岩；软岩水平巷道，但大功率机器也可用于单轴抗压强度达200的硬岩巷道,一次仅能截割断面的一部分,需要工作机构多次摆动;逐次截割才能掘出所需断面,断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状, 其中部分断面掘进机在煤矿使用普遍。悬臂式掘进机按截割头布置方式可分纵轴式和横轴式两种；按掘进对象分为煤巷；半煤岩巷和全岩巷三种；按机器的驱动形式分为电力驱动和电-液驱动两种。掘进机主要机构：悬臂式掘进机要同时实现将煤岩从矿体分离；装载运出及其本身的行走调动和喷雾灭尘等功能。它主要由截割机构、装载机构、机架及回转台、行走机构、
12、液压系统、电器系统、冷却除尘系统及机器的操作控制与保护等部分组成。一、截割机构截割机构主要由截割头、悬臂段、截割减速器、截割电动机组成，部分悬臂式掘进机截割部还设有叉形架，用来保护截割电动机。截割机构工作时，截割电动机通过减速器驱动截割头旋转，利用装在截割头上的截齿破碎煤岩。截割头纵向推进力由行走机构提供。截割机构铰接于回转台上，并借助于安装在截割部和回转台之间的升降液压缸和安装于回转台与机架之间的两个回转液压缸，实现整个截割机构的升；降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。直至掘出所需要的断面。当巷道断面岩石硬度不同时，应先选择软岩截割；截割层状岩石时，应沿层理方向截割，以降低截割比能耗。横
13、轴式掘进机的截割头轴线与悬臂轴线相垂直，工作时也是先进行掏槽截割，掏槽进给力来自履带行走机构或伸缩液压缸，最大掏槽深度为截割头直径的三分之二。掏槽时，截割头需做短幅摆动，以截割位于两半截割头中间部分的煤岩，因而使得操作较复杂。掏槽可在工作面上部或下部进行，但硬岩截割时应尽可能在工作面上部掏槽。 悬臂式掘进机截割机构按悬臂能否伸缩可分为伸缩或不伸缩两种截割机构： （一）不可伸缩式截割机构的结构简单；尺寸小；重量轻，但掏槽时需要借助行走机构的推力使截割头钻入煤壁，因而机器需要频繁调动，对底板的破坏比较严重。另外，在钻进煤壁阻力较大时，履带容易打滑，磨损加剧。 （二）可伸缩截割机构可借助悬臂的伸缩使
14、截割头钻入煤壁，无需开动行走机构，就可提供恒定较大的钻进力。可伸缩截割机构有内、外伸缩两种。外伸缩悬臂机构的尺寸和重量比较大，推进阻力大，机器的稳定性不太好。内伸缩机构也有两种型式，一种是电动机伸缩型，这种伸缩机构结构简单、可靠性高，但伸缩电缆及水管布置困难，且截割电动机损坏后更换困难。二、装载机构装载机构位于机器前端的下方，其主要作用是将被截割机构分离和破碎的物料集中装载到运输机构上去。装载机构主要由铲板及左右对称的收集装置组成。根据收集装置结构的不同，装载机构可分为刮板式装载机构、扒爪式装载机构和星轮装载机构三种。（一）刮板式装载机构。 形成封闭运动链，装载面宽度大，但结构复杂，效率低且装
15、载效果差，已基本不在使用。（二）扒爪式装载机构。 由液压马达或电动机提供动力，经减速器驱动左右扒爪收集物料。通过准确设计的扒爪运动轨迹，可将物料收集搬运至运输机构中。它的生产效率较高，但由于其结构复杂，动载荷大，故障率高，使用量正逐渐减少。（三）星轮装载机构。 一般通过低速大扭矩液压马达直接驱动多爪星轮，达到收集物料的目的，由于它具有运转平稳、结构简单、故障率低等优点，虽过载能力较低，但还是在掘进机上得到了快速的推广应用，目前使用最多。三、运输机构按照破碎岩石的方式不同，悬臂式掘进机截割机构可分为纵轴式和横轴式两类。纵轴式掘进机的截割头轴线和悬臂轴线相重合，截割头多为锥形，为了提高截割能力，有
16、的也被设计为球柱形。工作时，先是将截割头钻进煤壁掏槽，然后按一定方式摆动悬臂，运输机构主要由机前部、机后部、驱动装置、刮板链、张紧装置、脱链器和改向轮等组成。刮板输送机位于机器中轴，前端与主机架或铲板铰接，后部托在机架山。运输机构可采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧通过在运输机尾部的张紧液压缸来实现。运输机构根据刮板链条形式的不同可分为双边链和中单链运输机两种。四、机架和回转台机架是整个机器的骨架，它承受着来自截割；行走和装载的各种载荷。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架联结。机架一般为框架结构，为了井下运输方便，机架多设计为分体式结构。回转台主要用于实现切割机构的升降和回转运动。通过大型回转轴承止口和高强度螺栓支承、联结，使回转台坐落在机架上。工作时，在回转液压缸的作用下，带动切割机构水平摆动。截割机构的升降则是通过回转台支座上左；右耳轴铰接相连的
