掘进机设计

前 言本次毕业设计的掘进机可经济截割的煤岩单向抗压强度£60MPa，主要 适用于煤及半煤岩巷的掘进，也适用于条件类似的其它矿山及工程巷道的掘进。

一、设计背景和目的：当前，我国煤矿由于一井一面采煤方法的普遍采用，其开采速度大大加 快，因而带来采掘机械化比例失调的矛盾更加突出。

特别是易采的中厚煤层资源日益减少，而薄煤层的开采比例逐年增加， 在全部采准巷道中,半煤岩巷的比例已经达到25%，但这些巷道中的90%仍 旧采用着传统的炮掘作业，劳动强度大，安全性差。

目前，我国大部分局、矿使用的几种主要机型多是上世纪六、七十年代 设计的，这些老产品设计陈旧过时、元部件可靠性差、开机率低、维护量大， 而且机重偏轻、截割功率较小、过断层和截割岩石的能力差，仅适合在煤巷 中使用。

因此急待开发研制综合性能好、适应范围广的新型掘进机，来解决掘进 机更新换代的问题，缓解采掘比例失调的紧张局面。

二、半煤岩掘进机介绍：半煤岩掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除尘 的联合机组。

它既可用于煤矿井下，也可用于金属矿山以及其他隧道施工。

掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。

因此，根据 掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构 型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。

掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。

因此，根据 掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构 型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。

1 工作机构的型式选择半煤岩掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。

因悬 臂截割式掘进机机体灵活、体积较小，可截出各种形状和断面的巷道，并能 实现选择性截割，而且截割效果好，掘进速度较高；所以，现在主要采用悬 臂截割式，并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式。

按截割头的布置方式， 分为纵轴和横轴式两种。

纵轴式截割头传动方便、 结构紧凑，能截出任意形状的断面，易于获得较为平整的断面，有利于采用 内伸缩悬臂，可挖柱窝或水沟。

截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆 柱形，由于后两种截割头利于钻进，并使截割表面较平整，故使用较多。

缺 点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心，与悬 臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动，故稳定性较差。

因此，在煤巷掘进 时，需加大机身重量或装设辅助支撑装置。

横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。

这种掘进机截齿的截割方向比较合理，破落煤岩较省力，排屑较方便。

由于截深较小， 截割与装载情况较好。

纵向截割时，稳定性较好。

缺点是传动装置较复杂， 在切入工作面时需左右摆动，不如纵轴式工作机构使用方便；因为截割头较 长对掘进断面形状有限制，难以获得较平整的侧壁。

这种掘进机多使用抛物 线或半球形截割头。

由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载 运转、有冲击载荷、振动较大，要求其传动装置体积小，最好能调速。

考虑 掘进机工作时，截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩，而且要能 上下左右摆动，以掘出整个断面，掘进机工作机构一般都采用单机驱动。

虽 然液压传动具有体积小、调速方便等优点，但由于对冲击载荷很敏感，元件 不能承受较大的短时过载，一般选择过载能力较大的电动机驱动。

2 装载机构的型式选择半煤岩掘进机的装载机构有4种:(1)单双环形刮板链式。

单环形是利用一组环形刮板链直接将煤岩装到 机体后面的转载机上。

双环形是由两排并列、转向相反的刮板链组成。

若刮 板链能左右张开或收拢，就能调节装载宽度，但结构复杂。

环形刮板链式装 载机构制造筒单，但由于单向装载，在装载边易形成煤岩堆积，从而会造成 卡链和断链。

同时，由于刮板链易磨损，功率消耗大，使用效果较差。

(2) 螺旋式。

是横轴式掘进机上使用的一种装载机构，它利用左右两个截割头上旋向相反的螺旋叶片将煤岩向中间推入输送机构。

由于头体形状的 缺点，这种机构目前使用很少。

(3)耙爪式。

是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运 输机构。

这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好，目前应 用很普遍。

但这种装载机构宽度受限制，为扩大装载宽度，可使铲板连同整 个耙爪机构一起水平摆动，或设计成双耙爪机构，以扩大装载范围。

(4)星轮式。

该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠，但装大块物料 的能力较差。

通常，应选择耙爪式装载机构，但考虑装载宽度问题，可选择双耙爪机 构，也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。

装载机构可以采用电动机驱动，也可用液压马达驱动。

但考虑工作环境 潮湿、有泥水，选用液压马达驱动为好。

3 输送机构的型式选择半煤岩掘进机多采用刮板链式输送机构。

输送机构可采用联合驱动方 式，即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧，在驱 动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。

这样传动系统中元件少、 机构比较简单， 但装载与输送机构二者运动相牵连， 相互影响大。

由于该位置空间较小布置较困难。

输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。

这种驱动方式的传动系统布置简单， 和装载机构的运动互不影响。

但由于传动装置和动力元件较多，故障点有所 增加。

目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。

一般常采用与装 载机构相同的驱动方式。

4 转载机构的型式选择该掘进机的转载机构有两种布置方式：①作为机器的一部分；②为机器 的配套设备。

目前，多采用胶带输送机。

胶带转载机构传动方式有3种：①用液压马达直接或通过减速器驱动机 尾主动卷筒；②由电动卷筒驱动主动卷筒；③利用电动机通过减速器驱动主 动卷筒。

为使卸载端作上下、左右摆动，一般将转载机构机尾安装在掘进机尾部 的回转台托架上， 可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动， 达到摆角要求； 同时，通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作，以达到卸载的调高 范围。

转载机构应采用单机驱动，可选用电动机或液压马达。

5 行走机构的型式选择该种掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。

(1) 迈步式。

该种行走机构是利用液压迈步装置来工作的。

采用框架结构，使人员能自由进出工作面，并可越过装载机构到达机器的后面。

使用支撑装 置可起到掩护顶板、临时支护的作用。

但由于向前推进时，支架反复交替地 作用于顶板，掘进机对顶板的稳定性要求较高，局限性较大，所以这种行走 机构主要用于岩巷掘进机，在煤巷、半煤岩巷中也有应用。

(2) 导轨式。

将掘进机用导轨吊在巷道顶板上，躲开底板，达到冲击破碎岩 石的目的。

这就要求导轨具有较高的强度。

这种行走机构主要用于冲击式掘 进机。

(3) 履带式。

适用于底板不平或松软的条件，不需修路铺轨。

具有牵引能力 大，机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。

但其结构 复杂、零部件磨损较严重。

目前，半煤岩掘进机通常采用履带式行走机构。

由于其工作环境差，用电动机驱动易受潮烧毁，最好选用液压马达驱动。

6 除尘装置的型式选择掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。

(1) 喷雾式。

用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散、雾化，使粉尘附在 雾状水珠表面沉降下来，达到灭尘效果。

这种除尘方式有以下两种：①外喷 雾降尘。

是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头 包围。

这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。

由于喷嘴距粉尘源较远， 粉尘容易扩散，除尘效果较差；②内喷雾降尘。

喷嘴在截割头上按螺旋线布置，压力水对着截齿喷射。

由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲 淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。

但喷嘴容易堵塞和损坏，供水 管路复杂，活动联接处密封较困难。

为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相 结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却 水由喷嘴喷出降尘。

(2)抽出式。

常用的吸尘装置是集尘器。

设计掘进机时，应根据掘进机的 技术条件来选集尘器。

为提高除尘效果，可采用两级净化除尘。

由于集尘器 跟随掘进机移动，风机的噪音很大，应安装消音装置。

抽出式除尘装置灭尘 效果好，但因设备增多，使工作面空间减小。

近年来，除尘设备有向抽出式 和喷雾式联合并用方向发展的趋势。

7 高压水细射流辅助切割技术对于全煤巷或很软的岩巷，利用掘进机掘进，效率高、成本低。

但对于 岩巷掘进和隧道掘进，一般其岩体f≥8(抗压强度在80～100MPa以上)，掘 进机效率明显降低，截齿消耗量大增，导致生产成本显著提高。

这时，应考 虑采用高压水细射流辅助切割技术。

该技术为利用20MPa以上、流量为4L/min左右的压力水，自孔径为 0.4～1.0mm的喷嘴射出，对截齿的机械破碎起辅助作用。

掘进机截割头上喷出的压力水按压力高低分级，见附表所示。

附表 辅助切割压力水分级 MPa项目 低压 中压 中高压 高压 超高压水压＜0.50.5～2020～140140～400 ＞400三、本掘进机主要特点：3.1 机身矮，结构紧凑，可靠性高，适用于中等断面巷道掘进；3.2 采用小直径截割头，单刀力大，截齿布置合理，破岩过断层能力强、 切割震动小、工作稳定性好；3.3 星轮装载机构采用液压马达直接驱动，取消了减速器，提高了装载 机构的可靠性；3.4 采用无支重轮履带行走机构，性能可靠，维护量小；3.5 采用“三高”硬质合金和新工艺生产的截齿，截齿强度高，耐磨，损 耗小；3.6 液压系统采用自动加油系统全封闭油箱，确保了油液清洁度，增加 了液压系统的可靠性；3.7 设有独立的锚杆钻机及加油泵站，为两台锚杆钻机提供动力，方便 油箱加油，避免了加油时的污染；3.8 电器系统采用了可编程控制器(PLC)作为主控制器，保护功能强，具 有工况检测和故障诊断功能。

3.9设置了独立的液压锚杆钻机动力源，可以同时驱动两台锚杆钻机， 省去了锚杆钻机自身配置的动力源。

设计任务及相关参数履带式半煤岩掘进机设计主要参考参数和要求：机身长：9~9.5m 宽：2~2.5m高：1.5~1.55m 卧底深度：250mm装机功率：190KW 截割功率：120KW经济截割煤岩硬度：≤60MPa可掘巷道断面：18~20m 2最大可掘高度：3.75~4m最大可掘宽度：5m龙门高度：350~400mm 刮板速度：0.9~1.0m/s运输形式：边双链 履带宽度：2×250mm行走速度：3m/min（工作） 6m/min（调动）额定电压：1140/660v1、查阅有关资料、完成履带式半煤岩掘进机总体方案的设计；2、完成截割部及总体结构设计；3、截割部减速器两级2K­H传动机构设计；4、主要部件、组件、零件图设计；5、编写完成整机设计计算说明书。