掘进机截割头设计
浅谈EBZ315掘进机截割头设计
浅谈ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计刘青辉刘建伟石家庄中煤装备股份有限公司【摘要】随着煤矿业不断的发展，原有的掘金机械设备已经不能满足现代化煤矿企业发展需求，尤其是掘进机截割头。
在这种情况下，就应该从煤矿掘进实际状况出发，掘进机截割头进行相应研究，以便更好满足实际煤矿企业发展需求。
ＥＢＺ３１５是基于现在煤矿掘进所遇到的实际状况进行研究的，能更好满足煤矿掘金需求。
本文主要从ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计研究的必要性、ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计内容等方面出发，对ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计进行分析。
【关键词】ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计就现在煤矿开采状况来看，其主要在硬质岩道进行开采，这就给掘进机带来了一定负担。
原有掘进机截割头就不能满足硬质岩道掘金开采需求，这就需要采用新的的掘进机并对其掘割头进行重新设计，以满足煤矿硬质岩道开采需求。
而ＥＢＺ３１５掘进机截割头以其平稳、效率高、粉尘吸收少等优势已被应用在煤矿掘进中，为煤矿开采带来了新的生机。
为了使ＥＢＺ３１５掘进机截割头在煤矿掘进中，更好的发挥其作用，还需要对ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计进行深入分析。
如何更好的对ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计进行分析，已经成为相关部门值得思索的事情。
一、对ＥＢＺ３１５掘进机截割头设计研究的必要性正常情况下，载割头质量如何是由其载荷引起的。
而其载荷又是由煤岩抗截程度来决定的，其抗截强度的多变性、切屑厚度及截齿磨损程度等印度都会影响载割头荷载。
而现在的计算在一定程度上还处于还停留在简单煤层计算上，这就无法满足煤矿企业掘进机切割性能需求，需要对掘进机截割头设计进行进一步研究，尤其是对ＥＢＺ３１５掘进机截割头进行进一步研究，毕竟其是现在掘进机截割头中与煤矿掘进现状相一致的截割头。
从ＥＢＺ３１５掘进机截割头实际应用状况可以知道，切割头的荷载是比较复杂的，其在实际应用过程中，受空间因素的影响较大，很多时候会出现大量且难以预测的随机因素。
EBZ160掘进机截割部设计毕业设计
EBZ160掘进机截割部设计摘要悬臂式掘进机是为煤矿综采及高档普采工作面采掘巷道的机械设备，它结构紧凑、适应性好机身矮、重心低、操作简单、检修方便。
本次设计主要是悬臂式掘进机的截割机构，悬臂式掘进机的截割机构是有伸缩式和固定式两种，按照它的截割头的分布可以分为横轴式和纵轴式两种。
我所设计的掘进机截割部是纵轴式带伸缩的形式。
纵轴式与横轴式相比，主要有结构简单，设计方便，便于安装和调试。
在截割过程中，横轴式可以进行上下左右摆动截割，方便灵活。
带伸缩的截割臂，在解决掘进机掘进面窄的问题上发挥了很大作用，掘进机截割部带伸缩，加大了截割部的长度，从而加大了截割头所经过的截割面，提高了掘进效率。
我的设计中动力源是电动机，通过联轴器传动，由减速器进行减速，最后输出转速为40r/min。
本设计中主要的传动结构为三级行星齿轮减速器，它包含了一级直齿轮传动和两级行星齿轮传动，输入和输出都采用花键联结。
本设计中介绍了EBZ160型掘进机的检修及维护保养。
关键词：掘进机；截割部；齿轮减速器；带伸缩AbstractThe cantilever mechanical boring machine is picks and upscale Pu for the coal mine synthesis picks the working surface to excavate the tunnel the mechanical device, its structure compact, the compatibility good, the fuselage short, the center of gravity low, the operation simple, the overhaul is convenient. This design mainly is the cantilever mechanical boring machine cutting organization, the cantilever mechanical boring machine cutting organization has extension and the stationary two kinds, may divide into the abscissa axis type and the ordinate axis type two kinds according to its cutting head distribution. I design mechanical boring machine cutting department is the form which the ordinate axis type belt expands and contracts. The ordinate axis type and the abscissa axis type compare, mainly has the structure to be simple, the design is convenient, is advantageous for the installment and the debugging. About the cutting process, the abscissa axis type may carry on about swings cutting, facilitates nimbly. The belt expands and contracts the cutting arm, played the very major role in the solution mechanical boring machine tunneling surface narrow question, the mechanical boring machine cutting department belt expanded and contracted, has increased the cutting department length, thus has enlarged the cutting surface which a cutting institute passed through, enhanced the tunneling efficiency. In my design the power supply is an electric motor, through the shaft coupling transmission, carries on by the reduction gear decelerates, the final output rotational speed is 40r/min. The design of the three-tier structure as the main transmission planetary gear reducer, which includes level straight gear transmission planetary gear transmission and levels, import and export are used spline up. The design introduced EBZ160 type boring machine overhaul and maintenance.Key word:Mechanical boring machine; Cutting department; Speed reducer gear; Belt expansion and contraction.目录1. 掘进机的概述 (1)1.1 悬臂式掘进机简介 (1).................................................................1.3 国外掘进设备及综掘技术发展现状1.4我国内掘进设备的发展及存在的问题.........................1.4.1 我国悬臂式掘进机的科研成果..........................1.4.2 我国悬臂式掘进机技术发展展望........................1.4.3 我国掘进机目前存在的问题............................ ................................................................. 悬臂式掘进机的基本组成...........................................悬臂式掘进机技术特点......................................2.EBZ160掘进机总体方案设计 (6)2.1 任务说明 (6)2.1.1 题目 (6)2.1.2 课题概况 (6)具体要求 (6)2.1.4 毕业设计工作量 (6)2.1.5 完成时间 (6)2.1.6 提交内容 (7)2.2 主要性能 (7)2.3 主要特点 (7)2.4 主要技术参数 (8)方案的确定 (8)2.5.1 工作机构的型式选择 (9)装载机构的型式选择 (9)工作机构的型式选择 (11)2.7除尘装置的型式选择 (11)2.8高压水细射流辅助切割技术123. EBZ160掘进机截割部的设计 (13)3.1行星传动概述 (13)3.2 传动原理图 (14)3.3 第一级直齿轮传动设计计算 (14)3.3.1.总传动比计算 (14)3选择电动机 (14)3根据齿面接触疲劳强度设计计算 (15)3齿根弯曲疲劳强度校核 (18)3.4高速级行星齿轮的设计计算 (19)传动比分配 (19)选择材料 (19)转距计算 (20)参数的选取和计算 (20)初步计算齿轮模数m和中心距a (21)变位系数的计算 (23)齿轮几何尺寸的计算 (24)行星齿轮啮合要素的计算 (25)行星齿轮装配条件的验算 (26)行星齿轮传动效率计算 (26)行星齿轮强度的计算 (27)高速级行星齿轮设计及校核 (31)配齿计算 (31)初步计算齿轮模数m和中心距a (33)变位系数的计算 (34)齿轮几何尺寸的计算 (35)行星齿轮啮合要素的计算 (36)行星齿轮装配条件的验算 (37)行星齿轮传动效率计算 (37)行星齿轮强度的计算 (38)轴的计算校核 (42)主要已知参数 (42)轴上力的计算 (42)计算轴的最小直径 (42)3.6.4 花键联轴器的选择 (42)花键联结强度校核 (43)轴的强度校核 (44)轴承寿命计算 (45)4. 检修及维护保养 (46)机器的检修 (46)机器维护和保养 (50)机器的日常维护保养 (50)机器的定期维护保养 (51)润滑 (52)电气 (56)机器常见故障的原因及处理方法 (57)总结 (62)参考文献 (64)英文翻译....................................... 错误!未定义书签。
横轴式掘进机截割头设计
横轴式掘进机截割头设计摘要：随着社会的不断发展和科技水平的不断提高，人类征服自然的领域也在不断扩大，其中比较具有代表性的就是掘进机，掘进机的出现具有很重要的实用意义。
自从掘进机开始进入人们的生活视线，就被广泛地应用到铁路穿山隧道、引水隧道等各施工过程中.掘进机的功能除了能应用在隧道施工外，像以采掘为目的的煤巷开挖、矿巷开掘中也广泛采用了掘进机，这样工作效率高。
以上介绍使用的就是部分断面掘进机，而横轴掘进机是其中的一种。
本次毕业设计就是为了研究横轴式掘进截割头的设计，具体设计内容包括：1.收集基本资料，例如：先对掘进机现在在国内外的发展趋势进行了解，接着对掘进机结构进行学习分析，从而发现掘进机本身有什么需要改进之处，还有就是掘进机对截割的矿岩都有什么要求等；2.对资料进行学习和总结。
将自己收集的数据进行整理列表，这样看起来一目了然；3.CAD的学习制作等。
通过简单的CAD软件学习，将自己想要设计的截割头画出来。
并通过计算得到基本数据，进行数据分析和结构分析相结合。
对掘进机的具体结构用途也要进行了解和掌握，这样有利于截割头的整体计算。
掘进机结构的优化设计和制造精度对今后的工作性能都会有决定性的影响因为截割头是掘进机的核心部位，所以它的研究自然也就成了重中之重。
煤炭是人类生产生活的重要能源，随着工业的不断发展，生产规模的不断扩大，煤炭在国民经济中的地位也显得越来越重要。
随着采煤机械化的发展，大大提高了工作面的广度，对开采强度，工作面的推进速度要求也越来越快，这就要求加快掘进速度，提高工作效率以适应人们对工具的需求。
切割头是掘进机的工作机构，它的主要功能就是破碎岩石或者分离煤层。
经过对煤岩切割过程的研究了解，认识到影响切割效果的因素很多，因而掘进机截割头的设计变的复杂许多。
为提高工作效率，加快生产力，满足人们对机械化的高要求，截割头的设计成了重中之重。
如果在截割头的每一转中，参加切割的各个截齿都能同时从岩石中切下等体积的煤岩，也就是每个镐齿的受力相等，磨损程度也相同，机械运动也比较平稳，只有满足这些要求，才可以达到自己当初设计的初衷。
掘进机截割头设计分析
பைடு நூலகம்关键 词
截 割 头； 头体 ； 螺 旋叶 片； 截齿
条件 、截 割速 度等 因素 。 另外 ，在 基础研 究 方面也 比较薄 弱 ，适 合我 国煤 矿地 质条件 的 截割载 荷谱 没 有建立 ，没 有完 整的 设计理 论 依据 ，计 算机 动态仿 真等 方面 还处 于空 白 ； 在元部 件 可靠性 、截 割方 式和 新型 式 的合金 刀 头材 料 等 核心 技 术 方 面 与 国外 有 较 大 差
指 导数 据 。后 面工作 中将 进行 计算 机模拟 ， 找 出理 想 状态 下 ，截 割头 长度 、直 径 、螺旋 线头数 、螺旋 间距 、螺旋 升 角和截 齿排 列等 之 间内在 关系 ，将最 优 的结果 应用 到工程 实 践 ，来 验证 设计 效果 。
２截 割头 的直 径
截 割 头 在 设 计 时 直 径 一 般 按 头 体 加 上 截齿 的大 径 。截割 头直 径 的大 小直接 影 响截 齿 的受 力 ，直 径越 大 ，截 齿阻 力也越 大 ，单 位 时 间 截 割 效 率 也 越 高 ，但 截 齿 磨 损 也 严 重 ，经济 效益 不好 ；截 割头 直径 小 ，影 响效 率 ，掘 进 进 尺 少 。 根 据 实 际 使 用 和 设 计 经 验 ，截割 头 直径 一 般在 ９ ０ ０ ｍｍ ～１ ２ ０ ０ ｍｍ之 间。
进 机截 割 头使 用现状 ，给 出 了截割 头设 计的
引言
掘 进 机 是 集 截 割 、装 运 、行 走 、操 作 等功 能干 一体 ，主要 用于 截割 任意 形状 断面 的井 下岩 石 、煤或 半 煤岩 巷道 。工 作时 ，截 割头 把岩 石切 割破 落 下来 ，装 载机 构把 破碎 的岩 渣转 运至 机尾 部 卸下 ，由后 面 的矿 车或 皮带 运走 ，从 而大 大 地降 低 了工人 的劳 动强 度 ，缩短 劳动 时 间 ，提 高 掘进进 尺 。 截 割 头 是 掘 进 机 关 键 部 件 ，其 功 率 消 耗 占据 了整 机效 率 的 ８ ０ ％左右 。 截割 头分 为 纵 轴 式和 横轴 式 ，纵轴 式采 用铣 削 原理 破坏 煤岩 ，而 横轴 式 则靠 剥削方 式破 坏 岩层 。 由 于 破 坏煤 岩机 理不 同 ，纵轴 式 主要 用于 较硬 岩石 ，而 横轴 式 则用于 较软 岩石 ，因此 纵轴 式 掘 进机 市场 需求 量也 大得 多 。本 文主 要分 析 纵轴 式 掘进 机 的截割 头 。 纵 轴 式 掘 进 机 截 割 头 由头 体 、截 齿 、 截 齿座 和 螺旋 叶片 组成 。 头 体 通 常 有 圆锥 形 、 圆柱 形 和 圆锥 加 圆柱 三种形 式 。 圆锥形 截割 头利 于 钻进 工作 面 ，但 由于 垂直 于 头体 母线 布置 的截 齿是 向 前 倾斜 ，当截割 头 摆动 截割 时 ，截 齿承 受较 大 的侧 向力 ，截 齿 容 易折断 ；圆柱形 头体 则 不 容 易钻进 工 作面 ，同时 ，截割 出 的底板 和 顶 板 呈 锯 齿形 ，支 护 困 难 ，增加 了 辅 助 时 间 ，增 加 了劳动 强 度 ；而 圆锥加 圆柱 则较 好 的 解决 了截 齿 易断 和不 利于 钻进 工作 面 的问 题 。 目前掘 进机 截 割头 设计 时主 要采 用 圆锥 加 圆柱 的形 式 。 截 齿 则 分 为 刀 形 齿 和 镐 形 齿 ，刀 形 齿 采 用径 向安 装 ，刀体 部分 承 受较 大弯矩 ，刀 体 需要 很高 的强 度 ；而镐 形 齿截割 阻力近 于 截 齿轴 线方 向 ，齿 的弯矩 小 ，固定 简单 ，设
掘进机截割部设计(DOC)
2.1.2 各部件的结构型式的确定2.1.2.1 切割机构(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圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体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掘进机的截割部行星减速器结构Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.2.2.4 截割机构技术参数的初步确定2.2.4.3 电动机的选择根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm表2-2电动机的基本参数[13]功率/kW 效率η/%功率因数/cosϕ堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩冷却水流量/31m h-⋅额定转矩额定电流额定转矩额定转矩200 92 0.85 2.0 6.5 1.2 2.6 1.33悬臂式掘进机截割机构方案设计3.1截割部的组成掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。
见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。
因此，工作部的设计是掘进机设计的关键。
1 截割头2 伸缩部3 截割减速机4 截割电机图3-1 纵轴式截割部•3.2 截割部电机及传动系统的选择切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析一、引言掘进机是煤炭开采和隧道掘进中常用的重要设备，掘进机截割头是其关键部件之一。
截割头在掘进作业中承受大量的受力，因此对其受力分析和掘进实例进行分析，对于提高掘进机的工作效率和安全性具有重要意义。
二、掘进机截割头受力分析1. 受力形式截割头在掘进作业中主要承受两种形式的受力：一种是截割力，即对煤矿或岩石进行切割的力；另一种是推进力，即掘进机整体向前推进时对截割头的推力。
这两种受力在掘进作业中交替作用，对截割头的受力要求较高。
2. 受力分析截割头受力分析的关键在于确定其受力方向和大小。
在截割作业中，截割头需要克服煤矿或岩石的抗压强度进行切割，因此截割力的方向是垂直于截割头刀具表面，并且大小与煤矿或岩石的物理性质有关。
在推进作业中，截割头需要承受推进力的作用，推进力的方向是与掘进机整体的推进方向一致，大小与掘进机的工作状态和推进速度有关。
通过受力分析，可以确定截割头在掘进作业中的受力情况，为优化掘进机的工作参数提供参考依据。
三、掘进实例分析下面以某煤矿的掘进实例为例，对掘进机截割头的受力情况进行分析。
某煤矿使用某型号掘进机进行掘进作业，掘进机具有一台功率较大的液压系统和一组精密的截割头。
在掘进作业中，掘进机先是利用截割头对煤矿进行截割，然后利用推进机构对煤矿进行推进，整个掘进过程中截割头都承受着不同程度的截割力和推进力。
通过实际的掘进作业观察和数据分析，发现截割头在截割作业中受到的截割力较大，因为煤矿的抗压强度较高，需要较大的力才能完成切割。
而在推进作业中，截割头受到的推进力较大，因为掘进机需要快速推进，对截割头的推进力要求也较高。
通过对实际掘进作业中截割头受力情况的分析，可以得出以下几点结论：1. 掘进机的液压系统需要具有较大的输出功率，以满足截割头在掘进作业中的大量能量需求。
2. 截割头的材料和结构需要具有较高的强度和刚度，以承受截割力和推进力的作用。
3. 控制推进速度和截割参数，以保证截割头受力平衡和稳定，避免因受力过大造成截割头损坏或工作效率低下的问题。
纵轴式掘进机截割头的设计
纵轴式掘进机截割头的设计作者：廉浩冯健来源：《中国新技术新产品》2014年第03期摘要：本文介绍了纵轴式掘进机截割头的设计原则，讨论了提高截割头截割效率的合理方案，提供了设计用的主要数据。
关键词：截割头；设计原则；截割效率中图分类号：TD42 文献标识码：A1 概要本文以纵轴式掘进机的截割头为研究对象。
截割头是掘进机的关键部件，它直接参与对工作面的掘进工作。
其设计参数较多，这些参数之间互相影响和制约，同时截割头的设计质量的好坏决定了掘进机整机的截割性能，这对截割头的使用寿命，以及整机的稳定性和可靠性都有着直接的影响。
2 工作原理掘进机的工作过程是：操纵行走机构向工作面推进，使截割头在工作面的左下角钻入，水平摆动油缸使截割头横向截割到巷道的右侧。
然后利用升降油缸把截割头上升接近等于截割头直径的距离，并使截割头向巷道左侧截割。
如此往复截割运动，截割头就可以完成整个工作面的截割。
当然掘进机的截割方式与掘进巷道断面的大小，形状，煤岩的分布情况有关。
在截割头截落煤岩后，由装运机构将其装进掘进机中间的输送机构，再最终装进矿车或巷道输送机。
因此，纵向截割头通常的截割过程可以总结为纵向钻进、水平摆动截割和垂直摆动截割三种工作方式。
3 结构研究3.1 影响设计的因素如果能保证在旋转截割的过程中，使参加截割的每个截齿都截割相同大小的煤岩，让各截齿的受力相等、运行平稳，并且产生的磨损也基本相同，这样的截割头设计是最理想的。
但是有很多因素影响截割头的设计，主要有以下几个方面：（1）煤岩自身的性质，主要有抗截强度、硬度、磨蚀性、坚固性系数等；（2）截割头的结构参数，主要有截割头的几何形状、外形尺寸、截齿排列、截齿数量以及截线间距等；（3）截割头的工艺性参数，主要有摆动速度、截割头转速、切削厚度、切削深度等。
在截割头的设计上，这些因素的影响并不是孤立的，它们之间相互关联和制约。
3.2 结构形式3.2.1 外形截割头的外形是指截割头的几何形状，它是由截齿的齿尖所形成的外部轮廓，通常称为截割头包络面。
关于纵轴式掘进机截割头外形设计的讨论
关于纵轴式掘进机截割头外形设计的讨论摘要:介绍了纵轴式掘进机截割头外形的设计要求以及重要的参数要求,联系实际的工作情况,对于截割头不同外形尺寸进行分析关键词:截割头外形参数我国各大煤矿采用的掘进机截割头,按其布置方式分为纵轴式和横轴式两大类。
而针对我国煤层的工况以及考虑使用的经济性,纵轴式截割头普遍被各种掘进机型所应用,现根据几年来我们公司设计和现场使用纵轴式截割头的情况,浅谈自己的认识。
1 截割头外形尺寸的确定截割头的外形尺寸很关键,一个合理的外形尺寸,不仅可以使截割头具有较强的破煤岩能力,而且在工作过程中可以获得较平整的巷道顶板、底板和侧帮。
(1)截割头的长度。
纵轴式掘进机截割头的长度是指沿截割臂轴向方向的长度,其值的大小影响工作效率。
截割头长度较长,工作时截割阻力增加,尤其是在截割臂摆动的过程中,会使截割臂摆动速度降低,一个工作循环的时间加长,影响掘进速度;截割头太短,钻进深度就会减小,也会使掘进机的掘进速度降低。
另外,截割头的长度与工作面的棚间距也有一定的关系,理想状态下,一次或几次掘进的距离应该等于整数倍的棚间距离(我们假设一次掘进的距离就等于一个截割头的长度),但是这种计算方式是不能实现的,因为各个地域地质条件的不同决定了工作面架设的棚间距离不同,所以这种算法不能得出固定的尺寸。
通常,根据实际经验,纵轴掘进机截割头的长度可取500～900mm,大功率的掘进机可以取到1100mm左右。
(2)截割头的直径。
我们先通过截割电机的功率来初步确定截割头的转矩:式中:P—截割头切割功率(kw)N—截割头转速(r/min)则截割头平均切割力F:式中:R—截割头的平均直径从以上计算可以推断,在功率和转速已经固定的前提下,切割力的大小与截割头直径有直接的关系,假设截割头上有m个截齿,且载荷均布,则会有:可见,若截齿数量一定,直径越大,每个截齿的切割力就越小,那么是不是截割头直径越小越好呢？显然不是的,截割头直径越小,工作面的循环时间就越长,工作效率就越低。
掘进机截割头的优化设计
掘进机截割头的优化设计作者：李龙来源：《科技探索》2014年第02期摘要：通过改变截割头的形状、截齿排列，来改善截割头的性能。
关键词：掘进机截割头截齿排列1 概述：掘进机作为巷道掘进设备，在矿山开采中起着重要的作用，截割头是掘进机的重要组成部分，在截割过程中，消耗整机的大部分功率。
截割头结构复杂，装配参数较多，这些参数直接影响截割头性能。
掘进机截割头在使用过程中，发现截割头有偏磨现象，截齿磨损严重，截齿更换频繁，有时还必须补焊齿座，截割头螺旋叶片和尾部磨损快等问题。
严重影响掘进机的截割性能。
分析原因：影响截齿和齿座磨损的因素主要有材料的耐磨性能，截割头外形及外径、截齿的形状及排列，内喷雾系统，截割岩石的地质条件和使用操作等，尤其是截齿排列对截齿磨损和截割头效率有很大影响，介绍图解法分析截齿排列。
2 几何参数2.1 外形尺寸的确定根据EBZ-160掘进机截割范围及效果的原则，截割头的最大外径D=1120mm，总长度为L=900mm。
2.2 截齿数量的确定根据资料查找及截割头的最大长度来确定截齿数为36个。
2.3 截齿在截割头上的仰角a的确定该截割头上的仰角对整机的截割效率和截齿的磨损起决定性的作用。
为了达到最佳的截割力传递，截齿安装的范围一般取a=45一48°，在此取a=46°。
2.4 螺旋线头数的确定为了使该截割头既有较强的截割力，又能较顺利地排屑，将截齿排列呈螺旋线状，因单头螺旋升角过小，排屑困难而不能选取，故选择双头螺旋排列。
3 截齿的布置方法3.1 设计原则3.1.1沿截割头体的轴线采用等间距均匀布置。
该间距称之为截距t，一般推荐取值范围为：t=20～50mm。
它与煤岩性质有关，截割硬度低的煤层时取大值，截割硬岩时取小值，中硬煤岩层，一般取t=25mm。
该，保证截割平稳，保证每个单齿等均匀磨损。
3.1.2沿截割头体的周向采用等角度均匀布置。
该角度称之为周向角θ，其原因、布置方法和目的与上述相同，它与布置的总截齿数相关，一般推荐取值范围为：θ=10°左右。
掘进机截割头设计解析
掘进机截割头设计解析【摘要】在大型施工活动中，都需要借助掘进机才能够顺利推进工程进度，而截割头又是掘进机的重要组成零配件，它被用来打通和破碎坚固的地质岩层。
经过多年的施工经验，本文发现影响岩层切割效率的因素十分多样化，因此必须做好截割头的设计工作，以提高其在实际工作中的使用寿命和工作效率。
本文针对如何改进截割头的工作性能提出了几点建议和措施。
【关键词】掘进机；截割头；设计悬臂式掘进机是当前最先进的一种工程设备，它具备切割、装载、运输、搬运、调度和清除场地的多种复合功能。
因此，它的内部结构也十分复杂，主要由切割头、液压器、装载头、动力系统、传动系统、控制系统等重要功能配件构成。
作为掘进机的重要工作部件，切割功能主要依靠切割刀、液压臂、动力传动器、升压器、动力电源等共同配合来完成。
切割机在正常工作时，主要是利用切割头的前后运动和切割液压臂的纵向或横向摆动带动切割刀来完成切割。
截割部在正常运转时，切割头的运动主要是依靠驱动电源带动液压臂运动来实现，装在切割头上的刀片获得足够的力将坚硬的岩层破碎。
如果需要推进切割深度，可以通过机械的动力系统朝前驱动来实现。
切割机头被安装在能够自由转动的操作平台上，这样就可以利用操作平台连接的两个回转液压缸提供的动力来完成各种切割动作，通过这种动力设计，能够帮助切割机头实现多种工作角度变换，因此可以为操作人员提供多种切割方案。
掘进机的工作效率主要取决于截割头的设计，截割头要求各截齿负荷均匀，切割平稳，摆动小；截割比能消耗低，截齿消耗少；切割效率高，产生粉尘量小。
1设计简述截割头的主要参数包括：截割头的长度、直径、锥角、螺旋叶片的头数与升角、截线间距等，这些参数直接影响掘进机的截割性能。
1.1截割头的长度截割头的长度不仅与截割阻力的大小有关，还影响机器工作的循环时间和生产率。
因此，必须合理地选取截割头的长度。
由于工作面煤壁附近的煤岩有压张效应，在压出带范围内，煤岩的抗截强度明显减弱，截割能力和单位能耗降低。
纵轴式掘进机截割头的设计
工 业 技 术
Ｎｅ Ｗ Ｔ ｅ ｅ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ￣ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｐ ｒ ｏ掘进 机截割头 的设 计
廉 浩 冯 健
（ 北 方重 工集 团有 限公 司。辽 宁 沈阳 １ １ ０ １ ４ １ ）
摘 要： 本 文介 绍 了纵轴 式掘 进机 截割 头 的设计 原 则 ， 讨论 了提 高截 割 头截割 效 率的合 理 方案 ， 提 供 了设 计 用的主要 数据 。 关键 词 ：截割 头 ；设 计原 则 ；截割 效率 中 图分 类号 ： Ｔ Ｄ ４ ２ 文 献标 识码 ：Ａ
１概 要
３ ． ２ ． １ 外 形
截割力 矩 为 ：
Ｍ Ｃ ＝９５ ５ ０×Ｎ
本 文 以纵 轴 式 掘 进 机 的 截 割 头 为研
究对 象。截割头是掘进机 的关键部件 ， 它 直 接参 与对 工 作 面 的掘 进 工 作 。 其设
计 参 数较 多 ，这 些 参 数 之 间 互 相影 响 和 制 约 ， 同时 截 割 头 的 设 计 质 量 的好 坏决 定 了 掘进 机 整 机 的截 割 性 能 ，这对 截割 头 的使 用 寿命 ，以 及 整 机 的 稳 定性 和 可 割头 自身主轴转动就形成 了截割头的空 靠 性都 有 着直 接 的影响 。 问曲面轮廓。 ２工作 原理 ３ ． ２ ． ２ 组 成 纵 轴 式 掘 进 机截 割 头 主 要 由截 割 头 掘 进 机 的工 作 过 程 是 ：操 纵 行 走机 构 向工 作 面推 进 ，使 截 割 头 在 ｌ Ｔ作 面 的 体 、截 齿 、截 齿 座 、螺 旋 叶 片 、喷 嘴 、 左 下 角钻 入 ，水 平 摆 动 油 缸使 截 割 头横 耐 磨 块 等 组 成 。在 截 割 头 体 上 焊 接 螺 旋 向截 割 到 巷 道 的右 侧 。 然 后 利 用 升 降油 叶 片 ，将 截 齿 座 按 照 设 计 要 求 焊 接 在 螺 缸 把 截 割 头 上 升 接 近 等 于 截 割 头 直 径 的 旋 叶 片 上 ，截齿 安 装 在 齿 座 里。 喷 嘴 的 距离 ，并使截割头 向巷道左侧截割。如 位 置 指 向截 齿 齿 尖方 向 ，这 有 利 于 在 截 此 往 复 截 割 运 动 ，截 割 头 就 可 以完 成 整 割 时 对 工 作 面 的 灭尘 。因 为 煤 岩 体具 有 个 工 作 面 的截 割 。 当 然 掘 进机 的截 割方 磨蚀性 ，所 以在截割头体上焊接耐磨块 式 与掘 进 巷 道 断面 的大 小 ，形 状 ，煤 岩 的分 布情况 有关 。 在截 割头 截落 煤岩 后 ， 由装 运 机 构 将 其 装 进 掘 进 机 中 间 的输 送 机 构 ，再最 终 装进 矿 车 或 巷道 输 送 机 。 因此 ，纵 向 截 割 头 通 常 的 截割 过程 可 以 总 结 为 纵 向钻 进 、水 平摆 动截 割 和垂 直 摆 动截 割三 种工 作方 式 。 ３ 结 构研 究 ３ ． １ 影 响设计 的 因素 如果能保证在旋转截割的过程中， 使 参 加 截 割 的 每 个 截 齿都 截割 相 同大 小 的煤岩 ， 让 各截 齿 的受力 相等 、 运 行平 稳 ， 来进 行保 护 。 ３ ． ２ ． ３尺寸 参数 掘进 机截 割头 的尺 寸参 数 主要 包 括 ： 截 割 头 长 度 、截 割 头 直 径 、螺旋 头数 和 升 角等 。 （ １ ） 截 割头 长度 纵 轴式 掘进 机 截 割 头 的 长 度 是 指从 截 割头 顶 端到 底端 在 轴线 方 向上 的距 离 。 截 割 头设 计 的过 长 ，截 齿 的 截 割 阻力 增 大， 导致 截 割机 构的摆 动速 度受 到影 响 ， 截 割 能 耗 也会 增 加 ，如 果 截 割 功率 不 相 适 应 会 影 响 掘 进 速度 。反 之 ，截 割头 长 并 且 产 生 的磨 损 也 基 本 相 同 ，这 样 的截 度 过 短 时 ，虽 然 可 以 充 分 利 用 自由 面 和 割 头 设 计 是 最 理 想 的 。但 是 有 很 多 因素 地 压 的 作 用 ，减 小 截 割 阻 力 ，但 是 截 割 截 割的工 作循 环次 数加 大 ， 影 响 截 割 头 的 设 计 ，主要 有 以下 几 个 方 时 间会加 长 。 面： 使得生产效率降低。所以在截割 头长度 （ １ ） 煤 岩 自身 的性 质 ，主要 有抗 截 的设 计 中 ，应 予 以综 合 考虑 。 （ ２ ）截割 头直 径 强度 、硬度 、磨蚀 性 、坚 固性 系数 等 ； 截 割头 的直 径 主 要 影 响 掘进 机 的截 （ ２） 截 割 头 的结构 参 数 ，主 要有 截 割力 和＿ Ｔ作循 环时 问 。 截割 头直 径过 大 ， 割 头的几 何形 状 、 外形 尺 寸 、 截齿 排列 、 截齿 数量 以及 截线 间距 等 ； 则 切向截割力降低 ，当截割力 降到低于 （ ３） 截 割 头 的工艺 性 参数 ，主要 有 煤 岩 的截 割 阻力 时 ，截 割头 就 无 法 正 常 摆 动 速 度 、截割 头转 速 、切 削 厚 度 、切 工 作 ；而 当 截 割 头 直 径 太 小 ，截 割 头 切 削深 度等 。 向截割力增大 ，但 是由于掘进机截割 的 在 截 割 头 的设 计 上 ，这 些 因素 的 影 循 环 时 间变 长 ，同 样影 响掘 进 机 的掘 进 响 并 不 是 孤立 的 ，它 们 之 间 相 互 关 联 和 速 度 。当截割 功率 和截 割头 转速 一定 时 ， 单 个 截 齿 的平 均 截 割 力 受 到截 割 头 直 径 制约 。
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析掘进机是煤矿生产中常用的设备，它能够高效地进行矿井的掘进作业。
掘进机截割头是掘进机的关键部件之一，在掘进作业中承担着重要的截割和受力任务。
了解掘进机截割头的受力分析对于提高掘进机的工作效率和延长设备的使用寿命具有重要意义。
本文将对掘进机截割头的受力分析进行研究，并结合实际掘进实例进行分析，以期能够更好地理解掘进机截割头的受力特性和工作原理。
一、掘进机截割头受力分析1.截割头结构掘进机截割头通常由刀盘、截割齿、传动系统和支撑系统等部件组成。
刀盘是截割头的核心部件，它通过传动系统驱动进行旋转运动，同时截割齿则位于刀盘上，通过截割齿的旋转和进给运动完成煤岩的切削作业。
支撑系统则用于支撑和固定刀盘，保证其在工作过程中能够稳定运行。
2.受力分析在掘进作业中，掘进机截割头承受着复杂的受力情况。
其主要受到的力包括切向力、法向力和扭矩等。
切向力是指截割头在切削煤岩时所受到的力，它是导致截割齿磨损和切削能力下降的重要因素。
法向力则是指截割头在进给作业中承受的力，它会影响刀盘和截割齿的切削性能和稳定性。
扭矩则是刀盘在旋转过程中所受到的力，它会影响刀盘的旋转稳定性和切削效率。
3.受力特点掘进机截割头在工作过程中受力特点明显，具有以下几个特点：一是受力复杂，同时承受着切削和进给引起的多种受力；二是受力不平衡，受力部位和受力大小不一致，导致截割头在工作中容易出现磨损和损坏；三是受力频繁，掘进机截割头在工作过程中需要频繁进行切削和进给作业，所以其受力频繁变化，对截割头的耐久性和稳定性提出了较高要求。
二、掘进实例分析下面以某矿井的掘进实例为例，来具体分析掘进机截割头的受力特性和工作原理。
某矿井采用掘进机进行煤矿掘进作业，掘进机型号为XCMG EBZ260H，工作面倾角15°，煤岩硬度为3-4级。
在进行掘进作业时，掘进机截割头受力情况如下：切向力为1000N，法向力为500N，扭矩为200Nm。
掘进机截割头的可焊接工艺设计
石 。在 交 变 载 荷 作 用 下 要 求 焊 接 金 属及 热 影 响 区要 有 很 高 的 强 度 ， 冲击 韧 性 和 抗 疲 劳 寿 命 。 因 此 对 抗 焊 接 及 焊 接 热 影 响 区 淬 硬 和 焊 接 工 艺 缺 陷 （ 其 是 尤
裂纹 ） 别敏感 。 特 针 对 以 上 工 况 要 求 ， 用 碳 当量 法 对 焊 接 母 材 利
。
２７ Ｐ ０Ｍ ａ
Ｏｂ＝ ５ ０ ＭＰａ ＂ ０
齿座材料机械性能 ： 材料 ：５ ｒ ３ Ｃ Ｍｏ
＝
４ ０ ＭＰ ９ 接方 法 和 材 料 ２焊 根 据 焊 接 性 能 分 析 ， 合 截 割 滚 筒 的结 构 特 点 ， 结 决 定 采 用 较 小 的 焊 接 能 量 进 行 焊 接 。 由 于 截 割 滚 简 要 截 割 较 硬 的 底 板 岩 石 ， 此 齿 座 焊 缝 要 求 有 很 高 因 的强 度 和抗 冲 击 韧 性 ， 截 割 滚 筒 体 和 齿 座 在 焊 接 而 前 已 进 行 了相 应 的热 处 理 （ 座 淬 火 处理 ， 齿 硬度 达 到 ＨＲ ４ ～５ ， 简 体 铸 造 后 以 正 火 处 理 ） 在 选 择 焊 Ｃ５ ０滚 ， 接 材 料 时 不 必 考 虑 热 处 理 规 范 与 母 材 相 匹 配 的 问
摘
性。
要 ：分 析 了掘 进 机 截 割 头 的 可 焊 性 ， 并根 据 生 产 实践 阐 述 了截 割 滚 筒 和 齿 座 的 焊 接 工 艺
关 键 词 ：掘 进 机 ；截 割 滚 筒 ；焊 接 工 艺
中 图 号 ：Ｔ ４ １５ Ｄ ２ ． 文献 标 识 码 ：Ａ
EBZ-135掘进机截割头结构优化设计
Ａ ｃｒｉｇｔ ｔｅｌ ｄｎ ｏ ｄ ｉ ｓ ｈ ｕｔ ｇｌ ｅｓａｅｏ ｅｐ ｋ ａ ｐ ａ ｄ ｄｕｔ ｎ ｐｉ ｉ ｄａｄｔｕ ｅ ｃｏ ｎ ａ ｉ ｃｎ ｉｏ ，ｔｅ ｔｎ ｎ ｃ ｆｈ ｉ ｓ ｓ ｅ ｅｔ ｌ ａｊｓ ｄａｄｏｔ ｚ ｎ ｓｈ ｄ ｏｈ ｏ ｇ ｔｎ ｃ ｉ ｉ ｐ ｔ ｃ ｗ ｒ ｅｙ ｅ ｍ ｅ ｈ ｔ
ｃ ｔ ｎ ｅ ｄ ａ ｄ ｔｅ ｃ ａ ｎ ｏ ｋ Ｔ ｅ ｌａ ｓｏ ｈ ｕｔ ｇ ｈ ａ ｎ ａ ｈ ｐｃ ｅｅ ｏ ｔｉｅ ｒｍ ｈ ｉ ｌｔ ｎ ｕｔ ｇｈ ａ ｎ ｈ ｏ ｌａ ｄ ｒｃ ． ｈ ｏ ｄ ｆｔｅ ｃ ｔｎ ｅ ｄ ａ ｄ ｅｃ ｉｋ ｗ ｒ ｂａｎ ｄ ｆ ｉ ｉ ｏ ｔｅ ｓｍｕａｉ ． ｏ
截 齿 受力不均 的 问题 ，用 Ａ Ｓ Ｓ Ｌ Ｎ Ｙ ／ Ｓ—Ｄ Ｎ ０ ０软 件建 立 了截 割 头和 煤 岩 的数 值模 拟 模 型 。通 Ｙ Ａ１． 过仿 真得 到 了截 割 头和各截 齿 的 受力 。再根 据 受 力情 况 ，反 复 调整优 化 了截 齿截 线间距 ，使得 截 割 头和各截 齿所 受 力的差 异 系数 趋 于平衡 。 同 时，差异 系数 的减 小 ，使掘 进机 的振 动得到 了有 效 控 制 ，截割 性能 明显提 高。
ｐ ｏ ｌｍｓ ｏ ｅ ｈ ｇ ｉ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ｕ ｔ ｇ ｈ ａ ｎ ｈ ｎ ｖ ｎ ｌａ ｎ ｔｅ ｃ ｔ ｎ ｉｋ ｘｓｅ ｎ ｔ ｅ Ｅ ｒ ｂｅ ｆｔ ｉ ｈ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｅ ｏ ｄ ｏ ｈ ｕ ｔ ｇ ｐ ｃ ｓ ｅ ｉ ｄ ｉ ｈ ＢＺ 一 １ ５ ｈ ｏ ｉ ｉ ｔ ３ ｍａ ｈ ａ ｅ ． Ｔ ｅ ＡＮＳ ／ Ｓ — Ｄ ｄ ｅｄ ｒ ｈ ＹＳ Ｌ ＹＮＡ１ ． ０ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｐ ｌ ｄ ｔ ｓａ ｌ ｈ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉａ ｓ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｓ ｏ ｈ ０ ｏｔ ｒ ｗ ｓ ａ ｐ ｉ ｏ ｅ ｔ ｂｉ ｈ ｕ ｒ ｌ ｉ ａ ｉ ｄ ｌ ｆ ｔｅ ｗ ｅ ｓ ｃ ｍｕ ｏ
关于掘进机截割头截齿分布的研究
关于掘进机截割头截齿分布的研究魏苍栋高春芳(石家庄煤矿机械有限责任公司)摘要通过对掘进机截割头截齿功能的描述、分析，确定截齿、齿座的空间姿态3个定位角度参数。
通过截割头外形几何参数和定位角度的关系研究，确定数学公式、计算机程序，最终由计算机自动模拟仿真且输出各截齿位置参数。
关键词掘进机截割头截齿模拟仿真0引言在掘进机截割头设计中，截齿排列是一项重点内容，它包括确定截割头螺旋线头数和齿尖位置等参数，还包括决定截齿三维空间姿态的角度参数，如倒角廖、转角仅和仰角y。
这些参数关系到截齿工作性能，直接影响掘进机截割头的截割性能，关系到掘进机整机的使用效果。
1截齿及齿座安装定位将截齿及齿座安装到截割头上，齿尖位置由截齿排列参数决定，空间姿态由倒角口、转角理和仰角y决定。
安装定位过程的具体步骤是：(1)建立截割头主坐标系菇。
％‰，按照齿尖位置置入假想平面1。
如图1所示。
．一一、、，、|＼h／＼＼7面1|f图1 置入假想平面1 (2)根据倒角卢的要求，将面1以Y。
为轴“倒”一个卢角度，形成平面2，坐标系用戈：扎z：表示，如图2。
图2形成平面2图3形成平面3 (3)根据转角0[的要求，将面2以石：为轴“转”一个a角度，形成平面3，坐标系用x3Y，彳。
表示，如图3所示。
(4)根据仰角y的要求，将面3以z，为轴“仰”一个0c角度，最终确定截齿空间位置。
、在安装截齿定位过程中齿尖一直保持在设计位置上，而经过“倒”、“转”和“仰”3个步骤，即可确定截齿的空间位置。
从上面的叙述中可以看出，这种方法最显著的特点是，它的每一个步骤都可以用准确和简明的数学方法来进行描述，这不仅能使设计变得准确和直观，而且设计中所遇到繁琐的几何计算可以由计算机来自动处理。
2截齿排列由于决定截割头切削性能优劣的是截齿齿尖的排列，并且截齿座焊接也是以齿尖参数为基准，因此，截齿齿尖如何排列将是问题的关键。
2．1截线间距的确定截线间距作为两条截线间的距离，其大小直接影响截割头的破碎效果，因此，截线间距是设计截割头和进行截齿排列时要考虑的一个重要参数。
掘进机截割头设计
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ЛК-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发工作始于1965年，最初是仿前苏联的ЛК-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。
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析
掘进机截割头受力分析与掘进实例分析掘进机是矿山开采中常用的一种机械设备，主要用于在岩石中开凿通道或隧道。
在掘进机的工作过程中，头部受到较大的受力作用，这对于掘进机的设计和使用都有着重要的影响。
本文将对掘进机截割头的受力分析以及相应的掘进实例进行分析。
我们来看掘进机截割头的受力情况。
掘进机截割头主要由刀盘、刀具和截割机构组成，它们共同协作完成岩石的截割工作。
在截割过程中，刀具通过向前推进和旋转切割岩石。
掘进机截割头的受力主要包括以下几个方面：1. 推进力：掘进机通过推进装置向前移动，推进力作用于截割头上，使其往前运动。
推进力的大小取决于掘进机的性能和工作条件。
2. 切削力：在刀具与岩石接触的瞬间，切削力作用于刀具上，使其切割岩石。
切削力的大小取决于岩石的硬度和切削角度，以及刀具的材质和尺寸。
3. 前进阻力：掘进机在截割过程中需要克服岩石的抗压强度和摩擦阻力，这些阻力作用于截割头上，使其前进速度减慢。
在实际的掘进作业中，掘进机截割头的受力分析对于掘进机的设计和使用都具有重要的指导意义。
根据不同的受力情况，可以选择合适的掘进机型号和工作参数，以提高掘进效率和安全性。
下面我们来看一个掘进实例分析。
假设在一个岩石中进行掘进作业，使用的是一台具有推进力控制功能的掘进机。
在掘进的过程中，掘进机截割头的推进力、切削力和前进阻力如下图所示：[插入掘进机截割头受力分析示意图]根据受力分析结果，我们可以得出以下结论：1. 在掘进机截割头的受力中，推进力是主要的驱动力，它使得截割头向前推进，并与岩石接触。
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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ЛК-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发工作始于1965年，最初是仿前苏联的ЛК-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，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[6]Tab.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≤生产能力煤，3/minm0.6 0.8 ———煤夹矸，3/minm0.35 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)不小于(°) 16±16±16±16±16±可掘巷道㎡5～12 6～16 7～20 8～28 10～断面32机重(不包括转载机) t 20≤25≤50≤80≤80>2.1.2 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，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圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体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]。
图2-2 悬臂伸缩原理图Fig.2-2 The fig of the cantilever flex(a)外伸缩式(b)内伸缩式1 悬臂；2 减速器；3 电动机；4 伸缩油缸；5 滑架；6 花键主轴；7 内套；8 联轴器；9 外套(5)回转台的设计要求[5]1)回转装置反映在切割头上的回转力和回转速度要满足切割工作要求；2)回转台要能够承受机器工作时的各种载荷反力的作用，要有足够的刚度；3)与悬臂配合，所具有的回转角度要满足掘进端面的要求；4)结构紧凑、运转平稳，工作可靠。
同时回转台的设计要符合中国煤炭行业标MT475-1996《悬臂式掘进机回转支承型式基本参数和技术要求》。
2.1.2.2 装运机构装载机构机构由铲板部分与中间刮板输送机等组成。
由2台液压马达，直接驱动链轮，带动刮板链组实现物料运输[5]。
(1)铲板部铲板部分由耙装部、减速器、耙爪等组成。
装载部实现采掘下煤矿等接受采集，经过中间输送机，把煤矿输送到后续的输送带上。
铲板部有双环形刮板链式，螺旋式装载式，蟹爪式装载式，星轮式等。
由于星轮式装载式结构简单，工作可靠，外尺寸小，因此选星轮式装载方式[8]。
耙装部机构采用弧形三齿星轮式，有左右两个，对称布置。
(2)中间刮板运输机输送机构，采用刮板链式输送机，一般由机尾向机头方向倾斜向上布置。
输送机构由以机头轴为主动轴时，由设置在机头的液压马达或电机，通过减速器装置驱动机头轴运转。
这样机构复杂。
可以设置机尾为主动轴，由设置在机尾的驱动装置，带动刮板链式输送机工作，简化结构。
采用双边链运输型式，底板呈直线形，保证运输顺畅，提高溜槽及刮板使用寿命。
采用两个液压马达直接驱动链轮，带动刮板链组实现物料运输。
可以适当提高龙门，减少一运运输过程中大块物料卡阻[9]。
2.1.2.3 转载机转载机大多采用胶带输送机的形式。
胶带转载机构的传动方式有三种[5]，1、由油马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；2、有电动卷筒驱动主动卷筒旋转。
3、有电动机通过减速器驱动主动卷筒旋转。
为了实现巷道掘进机胶带转运机构卸载端上下调高和左右摆动，以使运转的煤岩能够准确地卸如矿车或转载机中，可以在转运机构的机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，通过人力或者回转油缸，使整个转运机构的机尾绕回转台中心摆动一定的角度。
这样输送机转座与掘进机体主机架相连接，转座可以围绕立轴左右、上下摆动20左右。
设置由一台水平油缸推动。
装载机后架的下部装1个升降油缸，起支撑转载机的作用，也用来调节转载机的卸载高度。
2.1.2.4 行走机构实现形式及驱动方式行走机构有迈步式、导轨式和履带式等几种。
履带式行走机构可在底板不平或者松软的条件下工作，不需要修路等，牵引力大，机动性能好，工作可靠，调动灵活和对底板适应性好等特点[10]。
采用履带式行走机构。
履带式行走机构的驱动方式有两种：电动机和液压马达。
由于液压回路的种种优点，选取液压马达驱动。
2.1.2.5 冷却喷雾系统通常掘进机的除尘方式分为喷雾式和抽出式两种。
采用喷雾式除尘，用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散，使其雾化，使粉尘附在雾状水粒表面沉淀下来，以达到灭尘效果。
采用内喷雾形式，在切割头上装设喷嘴，对着截齿喷射[9]。
2.1.2.6 电控系统电控系统包括动力部分、控制部分和检测部分，电控系统必须按照煤矿井下防爆要求设计、制造、检测，必须符合GB3836-2000标准中的有关规定和要求。
为了提高掘进机在作业时的安全性，操作的灵活性以及机械传动部分的故障诊断及监控功能，从实用角度考虑，装设必要的离机遥控装置、测控压力、温度、液位及关键部位的故障诊断装置[11]。
2.2 总体参数确定根据以上设计思想及设计结果进行掘进机的总体参数确定。
掘进机的总体参数，是指主要性能参数。
它表示了掘进机特性的指标。