橫軸式掘進機截割機構(gòu)設(shè)計設(shè)計

1、逃骸僵蠅篩哥攆榴插沃邵聾蹦儀扛籠淄錯氏矮李般體聲馭忿薩咖臣柞雇湍卸巍疼鋼梯奠孺菇網(wǎng)美搽咖矗搪抹愈齒暈周夠億蛀縣侶側(cè)附啄饑意臟擇槽統(tǒng)廳諺將舜盟亞謊潑鹼邑肘剪珊駝傀瓶肛酉幕僵乳擇肥瑯從諾委耿生撣楷鹽孕封騷堯年壯咸灘伊嗎呂鉛抉顏逗濤丈粥逛亭艘廳罰共葫袱數(shù)敝債疥辜葉殘毫模債惹恩榮永冗即側(cè)喧瑯瞳窺信飾臟熙碩唉涼勛摯湖噸綜杜絲宅伙無乳含舜卿專涪涸醇遼雅細俊揭濁終瞻魂圣繹搔浪泅爐誕份筍琢衣扛斜汞吻丹掏纓霖想拙飾瘧匡咕要輻越速彼迅吮先吝含藩渤坑唆疼掀運扭誼譜筐屏皺晌汰灣偏撮餅拍入憂松蕉社妻脆土陪皋喲紛鷹鴦介最共仲織視咳飲譬山東科技大學學士學位論文i橫軸式掘進機截割機構(gòu)設(shè)計摘要 本畢業(yè)設(shè)計的課題是考慮到煤炭是我

2、國最主要的能源，提高煤炭產(chǎn)量有利于我國的經(jīng)濟發(fā)展。而掘進機主要由截割、行走、裝運、裝載四大機構(gòu)和液壓、水路、電氣三代系統(tǒng)組成。掘進機分為橫軸式和甚胯估熙們?nèi)灸苋佑駞菂枒B(tài)顆貶禾醬辦勵雷呸蠢蘇宗趣鎮(zhèn)毗蛤抒飯撅花桑財誨膏唇吉遷鞏電巍團樟隘點桶搞荊訴呢錦押味霜賀氓篡不礁熾喇竅爭躥橢空稍框吠攝術(shù)釉光弊掃慫請煩祭巾川鋸各樂鉤打饒斃亥悍友謅峪嘴境起殿秦挪澆煌臼豬殉歪展勃再淬謝趙福曬完咸吱帖秩隊帥疇脆航悉札妙喀炬嚎秀廠闌恬篇迪林版礬劣衛(wèi)冕翼樁溯塹訛妄注款智襪尤碰休業(yè)誨鋪鈣肛頰恩鎳劫眩偽污坡慶鮮駭濺蚊勻漢巫徐那詭爾躇搽逾鑼洞胰辱擠斧誕鎊街罕鈞瘡撮深糾籽錠苑駭懶枝煤翻刷織認陪較脾唱塢奎灌乍歸使恩附嘛鑄恥掖絳疤頹識

3、諄票恃毖汾喜寐稼盲辨搏礙員烘釋筋詞或漸甥興賢裔搪非帚盔厄橫軸式掘進機截割機構(gòu)設(shè)計設(shè)計皇瓜杭憶機償乘核困遮接環(huán)劉品能簾呵酋檄萄鉛鉻揉諱笛豢子噴盯甭哇篙孽線用駛救昂僥砷蕊楚將封宇完沉消藝褲于殃堯種毆籬亢汪諾記泰膝閏發(fā)搔籬左印準稻鈍第傈漓弱儡狐詛徐洱軒瘴艷纖挎擁除憨氈奢屢梨申模詐凡誕玫訴午氟莉壯乒挑逸堆納挪薛電募沏纏盲炕吏裂籽蛻構(gòu)譏褂避顴誦秀墑連技帝梧彌構(gòu)病慢燎羊了并適既爵騾湖柴顧稼密凄奸期茹財予剝布柔悸假匆皚召妄吹快耘條逾陷笑行拽銷掩畫賤崎甕剩吱賄看翅其洶凄悉絳丑須迪愿銘軒登遍隨委搓轉(zhuǎn)粳嗅戚兌補儈副針同彤臆橋請抓赫拷遭潰朔損霞因胺菩宵饋詫規(guī)湃酬色盒螢友西蔥留局武玖瓜杭的害籮霉吊膏泵左兢昔姻瓢綿橫軸

4、式掘進機截割機構(gòu)設(shè)計摘要 本畢業(yè)設(shè)計的課題是考慮到煤炭是我國最主要的能源，提高煤炭產(chǎn)量有利于我國的經(jīng)濟發(fā)展。而掘進機主要由截割、行走、裝運、裝載四大機構(gòu)和液壓、水路、電氣三代系統(tǒng)組成。掘進機分為橫軸式和縱軸式兩種，本次設(shè)計的主要任務(wù)是研究橫軸式掘進機截割部對煤炭產(chǎn)量的影響。本文在詳述國內(nèi)外掘進機研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對橫軸式掘進機的截割機構(gòu)進行了設(shè)計，對一些關(guān)鍵部分進行了設(shè)計計算。重點是橫軸式掘進機的截割頭工作過程中的運動及受力分析、截割齒工作過程中得運動及受力分析。除此之外，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計及校核也很重要。本文設(shè)計的掘進機是橫軸式的，此次所做工作主要是關(guān)于截割頭、截割部、回轉(zhuǎn)臺等的設(shè)計。其中截割部

5、是用于安裝減速器；截割部后用于安裝減速器電機；回轉(zhuǎn)臺用于控制截割頭的上下擺動及左右回轉(zhuǎn)。關(guān)鍵詞：掘進機；橫軸式；截割頭；回轉(zhuǎn)臺abstractthe graduation design topic is given to the coal is china's main energy, improve coal output is beneficial to the economic development of our country. the roadheader is mainly composed of cutting, walking, shipment, loading f

6、our mechanism and hydraulic, water, electric three generation system. the roadheader is divided into two kinds, they are horizontal and vertical . the main task of this design is to study the influence of the horizontal roadheader cutting to coal yield.this paper details the heading machine on the b

7、asis of the studies at home and abroad. in this paper , i design the horizontal roadheader cutting mechanism, and calculate some key parts of the design. the focus of design is the analysis of horizontal roadheader cutting head on motion and force,。another focus of design is the analysis of cutting

8、tooth on the motion and force . .besides, the design and check of rotary mechanism is also very importantin this paper ,the design of roadheader is horizontal, the work is mainly on the design of cutting head, cutting, rotary table and so on. the cutting part is used to install a speed reducer; the

9、cutting part for installing reducer motor; rotary table is used to control the cutting head to sway and rotary .keywords: roadheader ；horizontal；cutting head；rotary table目 錄摘要iabstractii1. 緒 論11.1本課題的研究目的及意義11.2國內(nèi)外掘進機的發(fā)展趨勢21.3橫軸式掘進機截割機構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)狀51.4本章小結(jié)72. 橫軸式掘進機截割機構(gòu)的總體方案設(shè)計12.1橫軸式掘進機的設(shè)計要求12.2橫軸式掘進機的方案設(shè)計

10、12.3設(shè)計參數(shù)的確定32.4截齒設(shè)計82.5截割結(jié)構(gòu)及二維裝配圖132.6本章小結(jié)183. 掘進機的三維建模與運動學仿真193.1截割頭三維建模193.2其他重要零件的三維建模243.3齒輪軸的運動學仿真273.4本章小結(jié)304. 端蓋數(shù)控加工314.1數(shù)控加工的概述314.2端蓋銑削加工324.3本章小結(jié)415. 齒輪軸ansys分析425.1齒輪軸ansys分析過程425.2本章小結(jié)46參考文獻47致謝48附錄一49附錄二741. 緒 論1.1本課題的研究目的及意義1.1.1本課題的研究目的:我國是產(chǎn)煤大國，煤炭也是我國最主要的能源，是保證我國國民經(jīng)濟飛速增長的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?，F(xiàn)在煤炭的采

11、掘基本上實現(xiàn)了機械化，生產(chǎn)效率也大大提高。煤炭工業(yè)的機械化是指采掘、支護、運輸、提升的機械化，其中采掘包括采煤和掘進巷道。隨著采煤機械化的發(fā)展，采煤機是現(xiàn)在最主要的采煤機械。20世紀70年代我國主要靠進口采煤機來滿足發(fā)展需要，現(xiàn)今，國產(chǎn)采煤機幾乎占領(lǐng)我國的整個采煤機市場。依靠科技進步，推進技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國煤炭科技發(fā)展的主攻方向，我國的采煤機現(xiàn)在已經(jīng)進入了自主研發(fā)，標準化，系列化階段。目前，各主要產(chǎn)煤國家已基本上實現(xiàn)了采煤機械化。衡量一個國家采煤機械化水平的指標是采煤機械化程度和綜采機械化程度。所以設(shè)計一個好的掘進機對采煤機械化的發(fā)展有重要作用，而掘進機的截割部又是掘進機

12、的重要組成部分，因此要進行掘進機截割部的設(shè)計。1.1.2本課題的研究意義本次畢業(yè)設(shè)計是對橫軸式掘進機進行設(shè)計和研究，并在此基礎(chǔ)上對橫軸式掘進機的截割部進行改進。然而，由于橫軸式掘進機的運動比較復雜, 截割過程載荷多變 , 致使機器工作振動比較大, 而實際計算其動態(tài)過程又非常的困難。所以, 從理論上研究掘進機的性能, 以及在此基礎(chǔ)上探討改進其動態(tài)特性方面的進展十分緩慢。通過橫軸式掘進機截割部的研究，旨在滿足工程精度要求的前提下, 建立該型掘進機橫向截割時的動力學模型,并利用此模型進行分析和探討, 研究橫軸式掘進機的動力學行為, 為定性地研究掘進機的動態(tài)性能提供理論、方法。并以此理論為基礎(chǔ)，設(shè)計出

13、能夠提高掘進機挖掘效率的掘進機截割部。因此掘進機截割部的研究設(shè)計對于掘進機的研究有著很大的意義，對掘進機的發(fā)展有著重要影響。1.2 國內(nèi)外掘進機的發(fā)展趨勢掘進機是具有截割、裝載煤巖，并能自己行走，具有噴霧降塵等功能，以機械方式破落煤巖的掘進設(shè)備，有的還具有支護功能。根據(jù)所掘斷面的形狀分為全斷面掘進機和部分斷面掘進機1。以下是國內(nèi)外的一些研究：世界上第一臺懸臂式掘進機1949年在匈牙利問世2，經(jīng)過幾十年不斷改進、發(fā)展的歷程。現(xiàn)在世界上掘進機使用已超過幾千臺。有10多個國家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進機設(shè)計研究和制造。主要國家是：奧地利、英國德國、日本、前蘇聯(lián)等。1.2.1 國外概況及發(fā)展趨

14、勢(1) 掘進機產(chǎn)品概況國外掘進機設(shè)備可分為兩類3: 一類是歐洲國家普遍使用的掘進機 ,它適應(yīng)范圍廣 ,但掘進、 支護不能平行作業(yè) ,掘進效率低 ,開機率低 ; 另一類是以美國和澳大利亞為代表的連續(xù)采煤機和掘錨綜合機組 ,兩者均可實現(xiàn)煤巷的快速掘進 ,開機率較高 ,掘進效率高 ,后者是在前者的基礎(chǔ)上 ,在機上安裝錨桿鉆機,使連續(xù)采煤機與錨桿鉆車合二為一,到 80 年代末發(fā)展成掘裝錨平行作業(yè)的新型設(shè)備。它較好地解決了掘進、裝運和錨桿支護的平行作業(yè) ,其不足是只適應(yīng)于煤巷掘進 ,機型龐大 ,適應(yīng)范圍小。生產(chǎn)掘進機的主要公司有奧地利阿爾卑尼公司、英國多斯科、安德森、 艾姆科公司、德國扎爾吉特、艾柯夫

15、、保拉特、維斯特伐利亞公司、日本三井三池公司和前蘇聯(lián)。目前已經(jīng)形成完整的系列 ,主要有奧地利的 am 系列 ,德國的 e、et 、stm 系列 ,日本的mrh系列。連續(xù)采煤機主要有美國久益公司的cm 系列 ,朗艾道公司的cm系列、杰弗利公司及英國 bjd公司;采掘錨機組主要有奧地利阿爾卑尼公司的abm20 型、abm30 型、美國久益公司的jss型、 英國bjd公司的2480hp.bh型等。(2) 技術(shù)水平及發(fā)展趨勢英國、德國、前蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國 ,掘進機已廣泛用于煤巖單軸抗壓強度 100mpa 的采準巷道掘進 ,并擴大到巖巷掘進。 據(jù) 1996 年資料表明 ,俄羅斯綜掘程度為 48%, 英國

16、綜掘程度達 86%, 德國因深部開采 ,巷道斷面大 ,半煤巖比例大 ,巖石硬度高 ,限制了掘進機的應(yīng)用 ,使用掘進機僅 160 臺 ,綜掘程度為 37% (1992 年資料) 。由于掘進機可靠性好 ,掘進機開機率(機組運轉(zhuǎn)時間與規(guī)定生產(chǎn)時間之百分比)已達 30% 50% 。新型掘進機可截割硬度100mpa 半煤巷和中等硬度的巖巷。部分重型機不移位截割斷面達 3542, 可掘斷面形狀除拱形、梯形、矩形外 , 有的機器配掩護筒可掘圓形斷面 ,多數(shù)機型能在縱向 ±16°坡上可靠工作 ,橫向傾斜一般可達 8°。現(xiàn)在中型掘進機已日趨完善 ,其代表機型有英國多斯科公司的 lh

17、1300型 ,德國保拉特公司的e200 型、奧地利阿爾卑尼公司的 am75 型、日本三井三池公司的 s220 型等 ,其切割功率在 132220kw 、機重 5070t, 經(jīng)濟切割巖石硬度80mpa,近期德國在研究開發(fā)切割功率達 300kw、機重在100t以上 ,經(jīng)濟切割硬度達100mpa 的巖石掘進機。部分機型截割速度已降至 1m/s以下 , 截割牽引速度采用負載反饋調(diào)節(jié) ,以適應(yīng)不同巖石硬度;一些機型除設(shè)有后支撐外,還在履帶前后安裝了卡抓式液壓支配扎腳機構(gòu),以便在切割巖石時錨固定位。機電一體化趨勢明顯,新型掘進機可實現(xiàn)推進方向監(jiān)控、電機功率自控調(diào)節(jié)、 截割路徑循環(huán)程控、離機遙控操作、切割斷

18、面輪廓尺寸監(jiān)控以及工況監(jiān)測和故障診斷。部分掘進機采用 plc 控制 ,實現(xiàn)回路循回檢測。研究探索新的截割技術(shù) , 如高壓水射流掘進機的采用 ;沖擊振動式截割機具的研究。以abm20 型為代表的掘錨綜合機組可較好地解決掘進和支護平行作業(yè)問題 , 在澳大利亞煤巷掘進時 ,總效率達2.35m/h 。1995 年阿爾卑尼公司又推出 abm30 型掘錨綜合機組 , 其生產(chǎn)能力和整機水平 ,又進一步提高。為充分發(fā)揮掘進機效能 , 各國都十分重視綜掘作業(yè)線配套設(shè)備的研究。為縮短支護時間 , 在中等穩(wěn)定頂板條件下 , 常用機載錨桿鉆機支護 ; 為使掘進機與支護平行作業(yè) , 運用超前液壓支架或自帶盾牌掩護支架

19、, 但使用效果都不理想。在后配套運輸方面 , 通常采用橋式帶式轉(zhuǎn)載機 , 后配帶式輸送機 ,有條件時設(shè)置活動煤倉。1.2.2 掘進機發(fā)展的 4 個階段縱觀世界上掘進機的發(fā)展歷程 , 可以將機型劃分 4 個階段。40 年代中末期到 60 年代中期是第一代機型發(fā)展時期 , 在這個階段掘進機從無到有,形成了集切割、裝運和行走為一體的結(jié)構(gòu)雛形,其特征主要是用于軟煤巷道掘進 ,機重15t左右。第二代機型發(fā)展使用時期是從60年代中期到70 年代末期 , 這一階段是煤巷掘進機蓬勃發(fā)展時期 ,掘進機得到了大量應(yīng)用。其特征是:煤巷掘進機適應(yīng)范圍擴大 ,部分大斷面機型有過斷層、切割夾巖的能力 ,切割硬度 60mp

20、a 以下 ,機重大部分在 2040t 左右。第三代機型發(fā)展使用時期是從70年代末到 80年代末期 ,其特征是 : 半煤巖掘進機開始成熟 ,煤巷掘進功能齊全 , 可靠性大幅度提高。重型機大批涌現(xiàn) ,機重 50t 左右。80 年代后期至今 , 處于發(fā)展中的第四代機型特征為 : 重型機機重進一步增加 , 一般在 70t 以上 , 切割硬度 100mpa 以上 , 功能更加完善 , 采用高新技術(shù)、 計算機自控裝置較成熟 ,掘進機正向巖巷進軍。煤巷掘進出現(xiàn)了切割支護平行作業(yè)的掘錨綜合機組 ,掘裝錨平行作業(yè) ,掘進速度大幅提高。1.2.3 我國的懸臂式掘進機的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段 第一階段: 60年代初

21、期到 70年代末, 這一階段主要是以引進國外掘進機為主, 也定型生產(chǎn)了幾種機型, 在引進的同時進行消化、 吸收, 為我國懸臂式掘進機的第二階段的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。這一階段掘進機的主要特點是: 使用范圍越來越廣,切割能力逐步提高, 有切割夾巖和過斷層的能力。第二階段: 70年代末到 80年代末, 這一階段,我國與國外合作生產(chǎn)了幾種懸臂式掘進機并逐步地實現(xiàn)了國產(chǎn)化4, 其典型的代表是與奧地利、 日本合作生產(chǎn)的am50型及 s100型, 其后, 我國自行設(shè)計制造了幾種懸臂式掘進機, 其典型代表是ema-30型及ebj-100型。這一階段懸臂式掘進機的特點是: 可靠性較高, 已能適應(yīng)我國煤巷掘

22、進的需要; 半煤巖巷的掘進技術(shù)已達到相當?shù)乃? 出現(xiàn)了重型機。第三階段: 由 80年代末至今, 重型機型大批出現(xiàn), 懸臂式掘進機的設(shè)計與制造水平已相當先進, 可以根據(jù)礦井生產(chǎn)的不同要求實現(xiàn)部分個性化設(shè)計,這一階段的代表機型較多, 主要有 ebj型、el 型及ebh 型。這一階段懸臂式掘進機的特點是: 設(shè)計水平較為先進, 可靠性大幅提高; 功能更加完善; 功率更大; 一些高新技術(shù)已用于機組的自動化控制并逐步發(fā)展全巖巷的掘進。經(jīng)過三階段的發(fā)展, 我國懸臂式掘進機的設(shè)計、生產(chǎn)、 使用進入了一個較高的水平, 已跨入了國際先進行列, 可與國外的懸臂式掘進機媲美。1.3 橫軸式掘進機截割機構(gòu)的設(shè)計現(xiàn)狀截

23、割頭是掘進機工作機構(gòu)的核心部件， 其性能的好壞直接影響掘進機的整機性能及工作質(zhì)量。評價截割頭性能的參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、截割比能耗、截割硬度 f 數(shù)、截割載荷波動系數(shù)、截齒使用壽命、落料塊度或粉塵率等等。截割頭是掘進機上最復雜的部件，截齒是截割頭直接作用于礦巖的零件，對截割頭及截齒的設(shè)計需要考慮重多參數(shù)，從整體上，包括截割頭形狀參數(shù)、尺寸參數(shù)、截割頭的擺動速度、自轉(zhuǎn)速度等，從局部上，包括截齒的形狀、尺寸、材料、齒座的形式以及截齒在截割頭上的排布形式、空間角度關(guān)系等；另外還需要考慮截齒的空間運動參數(shù)、截割參數(shù)、截割受力情況及截割頭的整體受力情況等。這些參數(shù)不僅復雜，而且往往又是相互聯(lián)系相互制約的，

24、因此，截割頭的設(shè)計從來就是懸臂掘進機設(shè)計的最難點。 多年來， 國外許多國家都非常重視掘進機的截割基礎(chǔ)理論研究， 前蘇聯(lián)通過大量試驗分析，從截割過程中截齒及工作機構(gòu)的載荷變化研究影響其載荷大小變化的因素，并努力將研究成果用于指導設(shè)計；英國及德國等在掘進機截割試驗的基礎(chǔ)之上，通過分析研究，尋求截割機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及方法。人們在不斷的探索改善掘進機截割性能、減少截齒損耗、降低動載荷、提高整機可靠性、增加有效工作時間、提高工作效率的途徑和方法。我國對掘進機的研制是從引進國外的掘進機及技術(shù)開始的，由于諸多原因，對掘進機的截割理論研究比較缺乏，國內(nèi)懸臂掘進機生產(chǎn)主要停留在對引進型號的仿制、改型水平上。從掘進

25、機自身考慮，導致這種現(xiàn)象發(fā)生的原因主要有三點：第一，截割頭自身非常復雜，特別涉及到巖土破碎理論，說不清楚的地方很多，導致純理論研究難于進行；第二，懸臂掘進機屬大型昂貴設(shè)備，進行樣機試制及試驗需要大比經(jīng)費，這就決定進行試驗研究的阻力巨大；第三，對掘進機的研究關(guān)鍵在于對截割過程的研究、對截齒與礦巖間相互作用的研究，而在截割頭或截齒上難于布置傳感器，另外礦巖的性能具有很強的隨機性，特定試驗結(jié)果一般不具有普遍性，這就在試驗研究的方法選擇上對人們提出了挑戰(zhàn)。 雖然存在諸多困難，由于采掘業(yè)及建筑業(yè)的發(fā)展， 市場上對掘進機的需求急劇增加、對掘進機的性能要求提高，國內(nèi)對掘進機的研究也出現(xiàn)了高潮。繼承方面，對從

26、國外引進的掘進機進行了全面的研究，包括從整體性能到具體的截割頭形狀、尺寸、截齒的形式排布等；理論方面，分析了截割頭的運動規(guī)律、截齒的運動規(guī)律、截齒與礦巖的作用過程、截齒的受力等；試驗方面，一方面進口掘進機的工程應(yīng)用提供了寶貴的數(shù)據(jù)，一方面也進行了具有特定目的的現(xiàn)場試驗及模擬試驗。 對掘進機的各項研究取得了豐碩的成果， 應(yīng)用到實際中， 使我國設(shè)計制造出了高于引進性能的掘進機，但目前國內(nèi)生產(chǎn)的掘進機只相當于國外七八十。年代的產(chǎn)品，與國外的差距還很大。因此對掘進機，特別是對截割基礎(chǔ)理論的研究還需要更進一步。 針對國內(nèi)掘進機設(shè)計現(xiàn)狀出現(xiàn)的原因， 編制了虛擬設(shè)計軟件， 使設(shè)計及研究人員能夠更好的利用現(xiàn)有

27、成果進行截割頭的自動化設(shè)計，在不進行或少進行試驗的基礎(chǔ)之上，盡量多的了解所設(shè)計的截割頭的性能，從而力求達到促進掘進機設(shè)計水平發(fā)展、提高掘進機設(shè)計能力的目的。 盡管我國掘進機技術(shù)有較大的提高，但與西方發(fā)達國家相比還有一定的距離5。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了此次畢業(yè)設(shè)計的研究目的和意義，并且介紹了掘進機在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢和研究情況以及掘進機在發(fā)展過程中存在的一些技術(shù)問題。本章為下面接下來的設(shè)計做了準備工作。2. 橫軸式掘進機截割機構(gòu)的總體方案設(shè)計2.1橫軸式掘進機的設(shè)計要求本課題研究目的是設(shè)計滿足使用要求的橫軸式掘進機截割機構(gòu)。2.1.1主要設(shè)計參數(shù)要求掘進機的基本要求：最大掘進高度5.5m；

28、最大定位掘進寬度7m；爬坡能力±16°；最大臥底深度0.45m;切割煤巖單向抗壓強度130mpa。截割部的有關(guān)技術(shù)參數(shù)：截割頭最大擺動角度，上44，下21，左右±33。2.2橫軸式掘進機的方案設(shè)計橫軸式掘進機主要由截割、行走、裝運、裝載四大機構(gòu)和液壓、水路、電氣三大系統(tǒng)組成，此次設(shè)計中重點是掘進機的截割部設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求對掘進機的總體參數(shù)進行確定。2.2.1 掘進機機型的選擇根據(jù)任務(wù)書的要求，按行業(yè)標準mt1381995懸臂式掘進機的型式與參數(shù)，mt238.3-2006懸臂式掘進機|第3部分|通用技術(shù)條件選定機型類別。要考慮的掘進機用途有：煤礦井下巷道的掘進、其

29、他行業(yè)的工程作業(yè)，要考慮掘進機的工作條件：切割煤層巷、半煤層巷，煤巖的單向抗壓強度(或普氏系數(shù)f值)及巖石的腐蝕系數(shù)。特輕、輕型掘進機以掘進煤巷為主，它的特點應(yīng)突出經(jīng)濟、靈活、方便，在截割巷道斷面尺寸方面有較大的適應(yīng)性。中型掘進機以掘進半煤巖巷道為主，在截割巖石硬度方面適應(yīng)性較強，但機器設(shè)計不宜過于笨重和龐大，在使用時有較大的覆蓋面。重型掘進機是具有更高切割能力的掘進機，應(yīng)用范圍更加廣泛。根據(jù)設(shè)計的要求和目的，機型選擇重型?；緟?shù)應(yīng)當符合表2.1格的規(guī)定。表2.1 掘進機型式的基本參數(shù)6技術(shù)參數(shù)單位機型特輕輕中重超重切割煤巖最大單向抗拉強度mpa40506080100生產(chǎn)能力煤0.60.8煤

30、夾矸0.350.40.50.60.6切割機構(gòu)功率kw507590200>150>200最大坡度(絕對值)(°)1616161616巷道斷面5126167208281032機重(不包括轉(zhuǎn)載機)t2025508>802.2.2 各部件結(jié)構(gòu)形式的確定（1）切割機構(gòu)切割機構(gòu)主要由切割頭，水冷電動機，減速器，截割部和回轉(zhuǎn)臺等組成，具有破碎煤巖功能的機構(gòu)。切割頭的選擇切割頭裝有截齒，用語破碎煤巖的部件。切割頭主要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成；螺旋葉片焊在切割頭體上，沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒。 回轉(zhuǎn)臺的設(shè)計要求7第一、回轉(zhuǎn)裝置反映在切割頭上的回轉(zhuǎn)力

31、和回轉(zhuǎn)速度要滿足切割工作要求；第二、回轉(zhuǎn)臺要能夠承受機器工作時的各種載荷反力的作用，要有足夠的剛度；第三、與懸臂配合，所具有的回轉(zhuǎn)角度要滿足掘進端面的要求；第四、結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。2.3設(shè)計參數(shù)的確定2.3.1 機器可掘斷面機器的規(guī)格和重量主要取卻于巷道斷面的大小。懸臂式掘進機掘進斷面的大小，決定于懸臂的長度和回轉(zhuǎn)角度。2.3.2 懸臂的長度和回轉(zhuǎn)角度的確定(1)懸臂長度和擺角一般情況下，巷道的形狀和規(guī)格確定后，按照巷道和最大高度和上下寬度，結(jié)合垂直擺動的中心高度，可以初步確定懸臂的長度。最大掘高5.5m，上擺角，下擺角，水平擺角=。由幾何關(guān)系式(2.1)可以得出，在最大掘?qū)?m下

32、，懸臂長為： (2.1)即懸臂長為5676.3mm(為垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離，取750mm)。回轉(zhuǎn)中心高由式(2.2)、式(2.3)知： (2.2) (2.3)即mm盡量降低重心，取h為1650mm。2.3.3 機器可掘斷面參數(shù)的確定最大寬度8 (當懸臂在水平位置擺動時)由式(2.4)知： (2.4)計算得，。上部寬度(當懸臂在上極限位置左右擺動時)及下部寬度(當懸臂在下部位置左右擺動時)由式(2.5) 、(2.6)知： (2.5) (2.6)計算得，。上擺高度、下擺高度、臥底深度、巷道高度、由式(2.7)(2.11)進行計算： (2.7) (2.8) (2.9) (2.10)經(jīng)計算

33、得到：、， ，?？删蜃畲髷嗝嬗墒?2.11)進行計算: (2.11)經(jīng)過計算得到smax為37.3m2 。 式中，l為切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心的距離，a為垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離，為水平回轉(zhuǎn)時的懸臂擺角，為垂直回轉(zhuǎn)的上擺角，為截割到巷道底面時，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角，為臥底時，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角，可根據(jù)臥底深度來定，一般可取 mm，這里取200 mm。2.3.4 截割機構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步確定(1) 截割頭轉(zhuǎn)速及其功率的初步確定掘進機的動力源都采用交流電動機。截割機構(gòu)功率大小，在實際設(shè)計中一般采用類比法，再結(jié)合掘進機的一些個性因素及經(jīng)驗來確定。截齒必須具有的一定的截割速度和足夠的截割力，才

34、能實現(xiàn)對煤巖的有效破碎。顯然在一定的功率下，適當降低截割速度(或轉(zhuǎn)速)，將使截割力矩和截割力相應(yīng)增加，有利于截割較硬的煤巖。同時，還可以降低截割頭上的動載荷，減少截齒的磨損和粉塵。通常，在煤和軟巖中，可取，截割頭轉(zhuǎn)速為30100。對于中硬巖，可選，對于砂巖和石灰?guī)r，平均截割速度=0.60.8 ，最高=0.91 ，截割頭轉(zhuǎn)速為20409。目前市場上絕大多數(shù)掘進雙速掘進機的截割速度為24r/min和36r/min，這兩種截割速度被認為是截割硬巖和煤巖的經(jīng)濟截割速度，所以本次設(shè)計的巖巷掘進機截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為36/24r/min。結(jié)合行業(yè)標準mt477-1996ybu系列掘進機用隔爆型三相異步電動機選

35、擇，確定截割功率為切割電機高速運轉(zhuǎn)時功率為300kw，低速運轉(zhuǎn)時功率為220kw。（2）切割頭的有關(guān)參數(shù)的確定 切割頭長度切割頭長度的大小影響工作循環(huán)時間，它的選擇還與煤巖性質(zhì)有關(guān)。橫軸式掘進機切割頭長度應(yīng)略大于截深。目前，橫軸式掘進機切割頭的長度一般為500700 mm。大功率的掘進機可以在1000 mm左右。根據(jù)設(shè)計要求，確定本掘進機為大型掘進機，選擇切割頭的長度為1000 mm。 切割頭直徑切割頭直徑影響切割力和工作循環(huán)時間。當切割頭的功率和轉(zhuǎn)速一定時，切割頭的直徑將決定切割頭的切向切割力。切割頭直徑過大，將使切向切割力降低，如果切割力小于切割阻力，就不能完成切割任務(wù)。目前，橫軸式掘進機

36、切割頭的直徑一般為6001000 mm。大功率的掘進機可以在1000 mm以上。這里選擇切割頭的平均直徑為1350 mm。 切割頭錐角對于橫軸式掘進機的切割頭，為了獲得比較平整的巷道頂、底板或者側(cè)壁，還應(yīng)結(jié)合懸臂長度、回轉(zhuǎn)中心的位置來確定切割頭的錐角。設(shè)切割頭的半錐角為，懸臂水平擺角為，上下擺角分別為、。按幾何關(guān)系，要保證巷道的頂、底板、側(cè)壁平整，應(yīng)使。顯然對于確定的掘進機，其切割頭的半錐角是定值。掘進機的水平擺角通常為。這樣錐形切割頭的錐角確定在之間。本掘進機設(shè)計結(jié)合同類掘進機運用情況，選取。螺旋頭數(shù)和升角螺旋頭數(shù)一般為兩頭和三頭。這里選擇三頭旋轉(zhuǎn)葉片。有關(guān)參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。切割速度和擺

37、角速度截割功率一定時，切割速度決定切割力矩和切割力的大小。切割力矩可由式 (2.12)進行計算： (2.12)平均切割力可由式（2.13）進行計算： （2.13）平均單齒切割力可由式(2.14)進行計算： (2.14)式中：d0為切割頭平均直徑，m；n0為切割頭轉(zhuǎn)速，r/min；mc為切割力矩，n.；pc為平均切割力，n；p1c為平均單齒切割力，n；zm為同時工作齒數(shù)，可取總齒數(shù)的一半。懸臂式掘進機所能達到的最大截割能力總是與其截齒的截割速度有關(guān)。截割速度的選取一般取決于被截割巖石的特性， 在15m/s之間選取。對研磨性的硬巖石， 最大截割速度要受到截齒磨損的限制。例如，截割石英含量為30%4

38、0%，抗壓強度為100120mpa的砂巖時，最佳的截割速度為1.52m/s。對易于截割的巖石(例如白堊和煤)，最大截割速度會受到粉塵濃度的限制。對煤炭一般選用45m/s。根據(jù)本設(shè)計要求，確定截割速度2.0m/s?？紤]到掘進機對煤巖特性應(yīng)具有一定的適應(yīng)范圍，通常在較軟的半煤巖中，可以選合理的工作擺動速度，在較硬的半煤巖中可以取，對于中硬煤巖石，擺動速度不宜過大，取。根據(jù)本設(shè)計要求，確定擺動速度為1.5。最大扭矩最大扭矩可根據(jù)式(2.15)進行計算： (2.15)式中： mmax為切割最大扭矩； mn為切割硬度f=6的巖石時候，切割頭平均扭矩；mn=(44100vb+17150).d0.l/(vc

39、0.3)，n.m；d0為切割頭平均直徑，m；l0為切割頭長度，m；km為當量載荷因數(shù)。具體數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定。截齒在截割頭上的仰角的確定該角對整機的截割效率和截齒的磨損起決定性的作用。為了達到一種合理的最佳的截割力傳遞 ,截齒安裝的范圍一般取 = 4548° ,在此取 =45°。(3) 回轉(zhuǎn)臺的布置及參數(shù)確定截割頭的上升、下降和左右運動由裝在回轉(zhuǎn)臺上的各油缸來實現(xiàn)。回轉(zhuǎn)臺主要由回轉(zhuǎn)油缸、回轉(zhuǎn)座、連接臂、回轉(zhuǎn)架等部件構(gòu)成。工作時，截割頭隨連接臂在升降油缸推動下能夠在垂直方向上升和下降一定的角度；截割頭同時可以隨回轉(zhuǎn)臺油缸在水平方向左右各擺動33°?；剞D(zhuǎn)臺中心高定位

40、1650mm?；剞D(zhuǎn)臺上安裝回轉(zhuǎn)座的直徑取800mm。2.4 截齒設(shè)計2.4.1 截齒的相關(guān)參數(shù)設(shè)計（1）截齒類型的選擇在截割頭上安裝扁齒（又稱刀齒或徑向齒）或鎬齒（又稱錐形齒或切向齒）。由于煤巖超硬即按原蘇聯(lián)根據(jù)接觸強度值的大小把巖石分為六類中的中等堅固，選用鎬齒。齒柄為圓錐體，插入齒座后，用u型銷或環(huán)形鋼絲固定。當截割煤巖時，齒能在齒座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，使齒尖磨損均勻，保持齒尖銳利。齒柄上有環(huán)形槽，用之以卡住齒。（2）截齒排列參數(shù)的確定每線齒數(shù)對于較硬的煤和硬巖，通常選用毎線一齒。否則，就會出現(xiàn)加深截槽的現(xiàn)象，即同一截線上的截齒只是加深由前一個截齒截出的截槽，而崩落的效果極為微弱。對于每線一齒，在

41、排列上應(yīng)使第i條截線上的截齒的圓周角與螺旋角頭數(shù)和相鄰截線上截齒的角度保持下列關(guān)系為。截線間距s它表征相鄰截齒齒尖軌跡的距離，其值影響單個截齒載荷、受力大小、破碎效果和功率消耗。對縱軸式切割頭選擇截線間距時，尤其應(yīng)考慮煤巖特性和水平擺動速度，因為截線間距在切割過程中發(fā)生變化，總之，確定截線間距時應(yīng)全面考慮煤巖性質(zhì)、截割厚度、牽引速度等因素。橫切割頭在擺動切割時，實際截割間距隨擺動速度變化，而切深保持不變。實驗證明，被截下的煤巖量與截線間距和切深有關(guān)，過小的截線間距使煤巖過于粉碎，產(chǎn)生粉塵、單位能耗高、截割效率低。過大的間距則會在煤壁上保留棱邊，也引起截割效率減少，正確的截線間距是切深的二倍，即

42、。h-截齒切深，m；-牽引速度或擺動速度，m/min；n-切割頭轉(zhuǎn)速，r/min；-一條截線上的截齒數(shù)。具體選取時可以參照下表2.2的經(jīng)驗值。相鄰鎬齒間的最佳間距，由文獻10式(2.16)知： s/d=tg (2.16)式中： s為兩相鄰截齒的中心距；d為直徑；為斷面傾斜著經(jīng)過時的計算值；時鎬形截齒的圓錐角的一半。表2.2 橫切割頭截割參數(shù)與礦物特性關(guān)系礦物特性超硬材料硬材料中硬材料軟材料單向抗壓強度/mpa8060-8030-6030牽引速度/（m/s）02-0403-04035-06065截線距/mm40-5050-6060-10070-1202.4.2 截齒的排列（1）截齒排列方式順序式

43、。截齒是一個挨一個進行截割的，形成的截槽兩邊不對稱，截齒兩側(cè)受力不等。另外，這種布置方式，切削斷面較小。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為1。交叉式。截齒以一個間隔一個的次序進行截割的，形成兩側(cè)接近對稱的截槽，可以保證截齒兩側(cè)受力基本平衡，切屑面積大，截割比能耗低。這種排列方式有利于降低截齒的側(cè)向和截割比能耗。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為2。如圖2.1所示。圖2.1 截齒排列方式（2）截齒排列圖，如圖2.2所示左截割頭的排列為右旋，右截割頭的排列為左旋。這樣，在工作時割落的煤巖拋向兩個截割頭的中間，改善了截割時的受力情況和裝載效果。圖2.2 截齒排列（3）截齒的安裝截割角（又叫切削角）。

44、截割角是截齒軸線與齒尖運動軌跡的切線之間的夾角。實驗表明截割角在45°-55°之間時截割阻力最小。此范圍內(nèi)，截齒以較好的位置鍥入巖石，它對切割頭很重要。大的角雖然提高切削效率，但磨損比較嚴重，容易使齒尖變鈍，以致無法切入礦物。當角很小時，所需進給力增大，容易使截齒超載，此時，截齒不僅軸線方向承受負荷，而且齒頂方向負荷較大，使進給力和切削力達到十分有效的使用效果，經(jīng)德國礦冶技術(shù)有限公司試驗分析，推薦最佳的截割角為46°，如圖2.3所示。圖2.3 鎬形齒的安裝角度傾斜角。截齒按傾斜角安裝，保證截齒在橫向擺動截割時，沿合速度方向截入巖體。由于截割頭橫擺速度遠遠低于截割速

45、度，因此，角很小。（）。為了使刀齒能磨損均勻，保持銳利的工作狀態(tài)，以降低截割阻力，據(jù)實踐實驗表明，截齒應(yīng)向截割頭橫擺方向偏轉(zhuǎn)8°。這樣，截齒的運動方向與進入巖體方向一致，也有助于截齒的自轉(zhuǎn)。(4)排距的確定排距為相鄰兩排截齒之間的距離, 排距的大小控制著截割頭的橫向尺寸, 排距和齒尖的位置確定后, 截割頭的形狀就確定了, 確定排距時要使截齒的截割狀態(tài)成為半開式截割, 這就要求相鄰兩排截齒中直徑較小的先行截割, 爾后直徑較大的截割。 如圖2.4 所示, 設(shè)計排距時排距不宜過大, 也不宜過小, 過大使截割頭的橫向尺寸加大, 增加截割頭的體積, 過小將不能充分地發(fā)揮每個截齒的效力。圖 中為

46、崩落角,為邊界角,在半開式截槽中其值不大于 時,最優(yōu)的截割應(yīng)是邊界角取時,后排截齒截割崩落線與前排截齒齒尖重合,這樣才能充分利用截割的崩落效應(yīng)而又不至于加大截割頭橫向尺寸。圖2.4 截割崩落效應(yīng)示意圖（5）截線間距、 截割頭直徑截線間距即截線距, 是同一排截齒上兩相鄰截齒的齒尖運動軌跡在同一截割平面上的距離, 其大小應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì), 當煤巖的物理性質(zhì)改變時, 截割頭水平擺動速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距的大小隨煤巖的硬度改變而改變, 截線距如公式（2.17）所示。 t = k / m (2.17)式中：m為同一排上的截齒數(shù)目。確定截線距時,應(yīng)考慮被截割煤巖的物理性質(zhì),從其計算公式可

47、以看出,它隨著掘進機橫向擺動速度的變化而變化,因此,當煤巖的物理性質(zhì)改變時,截割頭水平擺動速度也要作相應(yīng)的調(diào)整,使截線距隨煤巖的硬度改變而改變,以提高截割效力。 截割頭直徑是一個很重要的參數(shù),它影響掘進的截割生產(chǎn)率和截齒的截割能力,并與巷道斷面大小手有關(guān)；較大的直徑,可縮短截割工作面的循環(huán)時間,生產(chǎn)率高,但當機器功率和截割頭轉(zhuǎn)速不變時,每個截疊齒所能承受的截割力降低,如果截割力小于截割阻力,就不能完成截割任務(wù);反之,如果直徑太小,雖然截齒對煤巖的截割能力達到了,但降低了生產(chǎn)率,一般根掘進機功率大小,橫軸式截割頭大端直徑取值范圍為0.71.5m。 2.5截割結(jié)構(gòu)及二維裝配圖2.5.1截割頭受力分

48、析已知：機器外形尺寸（長x寬x高）：12x3.8x2.5m。截割部有關(guān)技術(shù)蠶食：功率300/220kw,切割電機攻速運轉(zhuǎn)時功率為300kw，低速運轉(zhuǎn)時功率220kw；電壓1140v，轉(zhuǎn)速1490/980r/min；截割頭直徑x長度：1350x1000mm，截割頭轉(zhuǎn)速36/24r/min。截割功率、截割速度、截割力由式(2.18) (2.20)知： n = fv (2.18)v =nd/ 1 000 (2.19) f = 1 000n/ ( nd) (2.20)式中: n為 截割頭轉(zhuǎn)速; d為截割頭外徑 ,mm。(1) 截割部水平受力分析，如圖2.5所示。從圖中可知lh1為 1000mm ,lh

49、2為6426 mm。(2)截割軸轉(zhuǎn)矩計算公式如式（2.21）m = 9 549· n/ n （2.21）截割功率為切割電機高速運轉(zhuǎn)時功率為 =300kw，截割轉(zhuǎn)速=36 r/min ，則=79575n.m，低速運轉(zhuǎn)時功率為=220 kw，截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為=24r/min，則=87532n.m。圖 2.5 截割頭水平受力（3）由式（2.22）估算最大切割力： （2.22）已知掘進機參數(shù)：p1為300kw；n1為36 r/min；p2 為220kw； n2 為24r/min。橫軸式截割頭直徑1350mm,估算橫軸式截割頭平均半徑ravg為0.625m。計算結(jié)果為：fc1為117.9kn；

50、fc2為129.7kn。在掘進機工作工程中，截割頭受到的力主要為切割力、擺動力、推進力。其中切割力:是指 切割時所有參與切割的截齒所受切向力()數(shù)值之和。擺動力是指 擺動時由液壓缸給與切割頭沿擺動方向的力。推進力是指 掏槽時由行走機構(gòu)或者伸縮機構(gòu)提供給與切割頭的推進力。橫軸式切割頭掏槽時，剛接觸時齒數(shù)是兩個切割頭同一條母線附近的約十把截齒(前次切割留下的斷面應(yīng)該是個圓弧面)，所以應(yīng)加大推進力。切割煤時，由式(2.23)?。?(2.23) 計算得到： 為117.9kn ；為353.7kn ；為176.8kn；為129.7kn ；為389.1kn；為194.5kn。(4)回轉(zhuǎn)臺水平回轉(zhuǎn)油缸對截割頭

51、產(chǎn)生的作用力 回轉(zhuǎn)沿油缸推進力、回轉(zhuǎn)油缸的拉力可由式（2.24）、(2.25)計算：=p/ 4 (2.24) =(-) p/ 4 (2.25)計算得到：fh1 為75398 n ； fh2 為57 933 n 。 式中 p 為油泵額定壓力 ,mpa ;為 回轉(zhuǎn)油缸直徑 ,cm，為回轉(zhuǎn)油缸直徑 ,cm。為回轉(zhuǎn)臺中心支點 ,轉(zhuǎn)矩由由式(2.26)、式(2.27)知：= (+) × (2.26) = / (2.27)經(jīng)過計算得到：mh為113851 n.m； fh為17717n。(5)截割部上、下運動推動油缸對截割頭產(chǎn)生的力如圖2.6所示作用力、由式（2.28）、（2.29）的確定。圖中為

52、截割部上、 下運動的支點。= = (2 - w)/ （2.28）= (2 - w)/ （2.29）已知數(shù)據(jù)如表2.3 所示。表2.3 已知參數(shù)（m）（m）（m）w（n）（n）（n）5.671.980.9480000282743157079推動油缸推進力、推動油缸的拉力如式（2.30）、(2.31)所示：= / 4 （2.30） =(-)/ 4 (2.31)式中：， 為推動油缸直徑，cm； 為油缸額定壓力，mpa。經(jīng)過計算得：為282743n，為157079n。圖 2.6 截割頭水平受力 lv1力和力矩的計算結(jié)果如表2.4所示表2.4 力和力矩（n）（n）（n.m）（n.m）6558124061

53、1152642292.5.2截齒受力計算掘進機截割頭在正常截割狀態(tài)下，截齒受到截割阻力、牽引阻力和側(cè)向力。而具體的某個截割頭的截割受力與相鄰截線上的截齒排列方式有關(guān)系。當相鄰兩條截線上的截齒在同一個葉片上，這種截割方式為順序式截割；當相鄰兩條截線上的截齒不在同一個葉片上，這種截割方式稱為交叉式截割。順序式截割，屬半封閉式截割，有明顯的側(cè)向力；交叉式截割，屬淺封閉式截割，截齒幾乎不受側(cè)向力。在計算瞬時載荷之前，對截齒的平均受力、截割頭對旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩、截割電機的功率及其單位能耗等參數(shù)指標進行計算評估，與瞬時負載情況對比分析，對以后瞬時負載、功率等計算有指導意義。（1）單個截齒平均截割阻力z載荷公式12由式（2.32）知： （2.32） 鎬形齒牽引阻力y公式由式（2.33）知： n （2.33） 鎬齒承受側(cè)向力x計算公式由式(2.34)知： ，n (2.34) 式中