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1、第二章 掘进装载机械第一节概述掘进装载机械是巷道掘进工作面所用的机械，其类型繁多，对不同的掘进工艺、不同的岩石性质，要采用不同的巷道掘进机械和装载机械。目前，煤矿巷道掘进工艺有钻（眼）爆（破）法和掘进机法两种。对于钻爆法工作面，机械化程度较低，钻爆破落的大量煤岩需装入矿车（或其他运输设备）运走；掘进机法工作面没有钻爆工序，直接靠掘进机上的刀具破落工作面的岩石，形成所需断面的巷道，并将破落下来的岩石装入矿车运走。显然，由于掘进机法比钻爆法机械化程度高，故生产率高，劳动强度低，是一种先进的掘进工艺。一、掘进机掘进机是一种能够同时完成破落煤岩、装载与转载运输、喷雾除尘和调动行走的联合机组。掘进机具有
2、掘进速度快，掘进巷道稳定，减少岩石冒落及瓦斯突出，减少巷道的超挖量和支护作业的充填量，改善劳动条件，减轻劳动强度等优点。所以，掘进机在与综采工作面配套使用中发挥着越来越大的作用。掘进机的类型很多，其分类方法主要按使用范围和结构特征进行。根据掘进机所能截割岩石的硬度因数f值分：适用于f6或研磨性较高的岩石巷道，称为岩巷掘进机。根据掘进机可掘巷道的断面大小分：可掘巷道断面大于8,称为大断面掘进机；可掘巷道断面小于8，称为小断面掘进机。掘进机根据工作机构截割工作面的方式分为部分断面掘进机和全断面掘进机。(1)部分断面掘进机主要用于煤与煤一岩巷道掘进，又称循环作用式巷道掘进机。这种掘进机工作机构仅能同
3、时截割工作面的一部分，工作机构前端的截割头在截割断面时，经过上下左右多次连续地移动，逐步完成全断面煤岩的破碎，掘进机才向前推进一段距离。工作机构的截割头一般是安装在悬臂上，通常又称为悬臂式掘进机，其对各种复杂矿山地质条件的适应性很强，也有很大的机动性，所掘巷道断面面积和形状的变化范围较多，可掘出拱形、梯形、矩形断面的巷道。(2)全断面掘进机主要用于岩巷掘进，亦可用于煤巷掘进。其工作机构在整个工作面上同时切割或滚压破碎煤岩并连续推进，故这种掘进机又称连续作用式掘进机。全断面掘进机掘出的巷道为圆形或拱形。这种机器功率大、体积大而且笨重，主要用于开凿涵洞和铁路隧道，在煤矿井下应用甚少。二、装载机械虽
4、然掘进机法比钻爆法有许多优越性，但目前我国煤矿井下巷道的掘进主要还是采用钻爆法，需将爆破下来的煤或岩石装入矿车或输送机中运走。装载工作是掘进过程中最繁重和最费工时的工序，其劳动量约占掘进循环总劳动量的40%70%，装载作业的时间约占掘进循环总时间的30%40%。所以，采用机械装载，对于减轻体力劳动，提高掘进速度，降低成本费用具有十分重要的意义。1装载机的分类装载机械的类型较多，一般按下列方法分类：(1)按所装物料的性质可分为装煤机和装岩机。大多数装载机既可装煤也可装岩，只是工作机构形状和强度要求不同。(2)按工作机构的结构可分为铲斗装载机、耙斗装载机、蟹爪装载机和立爪装载机。常见的是前三种。(
5、3)按所用动力分为电动装载机、气动装载机、液动装载机。目前我国多用电动装载机。(4）按行走方式可分为轨轮式装载机、履带式装载机、轮胎式装载机。2装载机的用途及使用条件为了进一步解决钻爆法掘进机械化间题，近年来又发展了把爆破用钻眼机械和装载机结合成一体的钻装机，既可以钻眼，又可以装载。本章主要介绍耙斗式、铲斗式和蟹爪式三种装载机。(1)耙斗式装载机简称耙装机，普遍应用于我国各矿区，占装载机使用量的80左右，主要用于30以内的斜井上下山和平巷，也可用于巷道的交叉处或拐弯处。所掘巷道断面在410之间。除用于装岩外，还可用于装煤或煤一岩。(2)铲斗装载机又称铲装机，主要用于井下岩巷掘进工作面装载岩石，
6、故又称装岩机。其结构紧凑，尺寸小，机动灵活，适应性强，能在弯曲巷道中工作。铲斗装载机是利用铲斗铲取岩石，然后提升铲斗将岩石卸入矿车或其他运输设备，卸载后再将铲斗放下进行第二次铲取。由于其装载过程为间断式装载过程，故适宜装载较大块度且坚硬的岩石。铲斗装载机主要有两种类型，即后卸式和侧卸式。后卸式在轨道上行走，而侧卸式行走方式采用履带式，机动灵活，可实现无轨作业，逐渐取代了后卸式铲斗装载机。故本章仅介绍侧卸式铲斗装载机的工作原理。(3)蟹爪装载机的主要优点是连续装载，生产率高，工作高度很低，适合在较矮的巷道中使用。早期生产的蟹爪装载机，因结构和材质的原因只能用于装煤或软岩。近年来由于采用了合理的结
7、构和优质材料，蟹爪装载机亦可装中硬以上的岩石。第二节 煤巷掘进机煤巷掘进机有多种型号，现仅介绍目前使用较多、性能比较好的两种国产定型产品，即ELMB型和AM50型掘进机，它们均属于部分断面巷道掘进机。一、ELMB型掘进机ELMB型掘进机是一种悬臂纵轴式径向截割的巷道掘进机，是煤矿掘进综合机械化的主要设备。适用于煤岩硬度f4(局部f=5)，断面612的煤或煤一岩巷道掘进，且掘进巷道的断面形状可任选，适用巷道的最大倾角12。掘进机除截割机构是电动机驱动外，其他各部分都是液压驱动。掘进机采用内、外喷雾装置，且内喷雾截割头有两种形式，可分别安装镐形截齿和强力截齿。掘进机后部还设置了一组起重液压缸，当机
8、器下沉或需检修时，可通过液压缸将机器后部抬起。（一） ELMB型掘进机的组成及主要技术特征1. ELMB型掘进机的组成ELMB型掘进机主要由工作机构2、装运机构3、行走机构4、转载机构10、液压系统5,喷雾降尘系统和电气系统等部分组成，如图121所示。ELMB型掘进机的主要特点：(1)除截割机构外，其他各机构均采用液压驱动，具有良好的适应性和过载保护性能。(2)工作臂可伸缩，除了可以扩大掘进断面外，还便于挖柱窝，整修巷道的顶帮，提高巷道的掘进质量。(3)掘进机设有内外喷雾装置，能有效地提高灭尘效果并增强安全性。(4)液压系统设有冷却装置，可保证掘进机长时工作，行走部采用低速大扭矩液压马达直接驱
9、动，结构简单，传动效率高。(5)工作臂上设有托梁器，可利用工作臂架设顶梁，减轻工人劳动强度。(6）电气控制箱设有各种保护。在液压操作箱上部设有电气操作箱，操作灵活方便，安全可靠。操作箱上附有截割电动机功率指示器，便于司机观察，并可作为调节工作臂移动速度的依据，避免截割电动机长时过载工作。2. ELMB型握进机的主要技术特征掘进断面积/612最大掘进高度/m 3.5 最大掘进底宽/m 4.7掘进断面形状 任意经济截割硬度 f4理论生产率/ 80裁割头电动机功率/kw 55泵站电动机功率/kw 45总功/kw 100等级电/V 600掘进机外形尺寸（长宽高）/mmm 12.421.7总质/t 21
10、.5（二）ELMB型掘进机各主要组成部件的结构原理1工作机构1)工作机构的组成和垂直水平摆动机构工作机构（图122)由截割头1、工作臂2、行星减速器3和电动机4等部件组成一整体，该整体借助于导轨架5两侧的导槽，可以在导轨架上作往复运动，从而带动截割头前后伸缩，这个运动由一对推进液压缸6完成。推进液压缸的最大行程为500 mm，也是掘进机一次工作循环的推进量。装在导轨架5与回转座8之间的升降液压缸7，可以使导轨架绕其与回转座的铰接点向上摆动40，向下摆动28，从而带动截割头作上下摆动。回转座8是支撑整个工作机构的部件，固定在主机架上。回转座左右两侧装有两个水平回转液压缸，在水平回转液压缸的作用下
11、，可使回转座在士40范围内作水平回转，从而通过导轨架带动截割头作水平摆动。这样，通过升降液压缸和水平摆动液压缸的作用，即可使截割头在工作面内切出任意形状的巷道断面。2）截割头及行星减速器ELMB型掘进机的截割头为一圆锥形钻削式机构，它主要由中心钻1,镐形截齿2、齿座4及锥体5等组成。锥形截割头的前端装有一只三刃中心钻，中心钻与截割头体采用螺纹连接。中心钻用来钻出较小直径的超前小孔，为截齿的工作创造有利条件。截齿采用镐形截齿，按螺旋形布置在锥体上。截齿插入齿座的圆孔中，在齿柄的尾端用弹簧挡圈卡住，防止脱落。齿座则焊在锥体上，截割头上共装有30把截齿。截割头的结构如图123所示。ELMB型掘进机工
12、作机构采用二级行星齿轮减速器减速，其传动系统如图124所示。两级行星齿轮完全不同。第一级行星齿轮的模数为4，第二级的模数为6，而且第一级和第二级传动相应齿轮的齿数亦完全不相同。在第一级与第二级之间采用了齿轮联轴器，即第一级的系杆出轴作成内齿轮，第二级的中心轮轴端作成外齿轮，并插入第一级系杆出轴的内齿轮中形成齿轮联轴器。工作机构用一台55 kW的防爆水冷电动机通过二级行星减速器驱动，截割头的工作转速为56r/min。电动机输出轴与减速器输入轴用联轴器连接，减速器输出轴与工作臂主轴亦用联轴器连接。截割头装在主轴上，主轴旋转便带动截割头转动。3）托梁器托梁器位于工作臂上方，用销轴与工作臂连接（见图1
13、21)。当掘进机截割时，托梁器翻到后方。架梁时，用人工将托梁器翻向前方，顶梁放在托架上，工作臂抬起，将顶梁送到要求的位置上，不用人工举起顶梁，免去笨重的体力劳动。2装运机构装运机构如图125所示，主要由装载部1和输送机2两部分组成。装载部采用蟹爪式装载机构，输送机为双边链刮板输送机。当掘进机工作时，破落下来的煤或岩石掉在装载部1的铲板上，靠左右两个装载蟹爪7将煤或岩石耙入双边链刮板输送机2的接收端，向后输送并卸入胶带转载机。张紧装置8为螺杆张紧装置，装在刮板输送机机头架上，用来张紧刮板链。为了保证工作机构回转座底面与刮板输送机间有一定的空间，以便煤或岩石通过，刮板输送机溜槽在垂直平面内呈弯曲状
14、态。装载部铲板上装有全部装载机构，即蟹爪和蟹爪减速器等。铲板后端两侧经轴孔B用销轴与掘进机主机架铰接，铲板升降液压缸一端与铲板两侧耳座A铰接，另一端与机架铰接，这样，通过铲板液压缸的作用，铲板可绕销轴B作上下摆动，使铲板前端抬离地面300 mm，沉到地面下150 mm，以适应巷道倾角的变化。铲板宽度为2 m，当掘进巷道底宽较大时，可在铲板两侧装上副铲板，同时在蟹爪的外侧装上副蟹爪，将装载宽度增加到2.5 m（见图121）。蟹爪装载机构和刮板输送机是联动的，传动系统如图126所示。刮板输送机的主动链轮6由装在机头两侧的2台BM - E630型摆线液压马达7驱动，通过刮板链5带动刮板输送机从动链轮4，然后传递到装载机构蟹爪减速器3的输入轴，使蟹爪减速器输出轴带动装载部的蟹爪运动。3转载机构转载机构的作用是将装运机构刮板输送机运出的煤、岩转载到配套运输设备上去。转载机构由胶带输送机、输送机转座及液压缸等组成，其结构如图127所示。输送机转座2与掘进机主机架相连接，转座可围绕立轴左、右各摆动20，用1台水平液压缸推动
