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山西工程技術學院
畢業(yè)設計說明書
畢業(yè)生姓名
：
吳先榮
專業(yè)
：
機械電子工程
學號
：
18735187073
指導教師
：
馬樹煥
所屬系（部）
：
機械電子工程系
二〇二〇年五月
掘進機裝運系統設計
摘 要
掘進機是巷道掘進和隧道施工的重要設備，它具有截割、裝載、轉運、獨立行走、噴霧降塵的功能。根據所掘斷面的形狀大小分，有部分斷面掘進機和全斷面掘進機；依據截割對象的性質劃分，有煤巷掘進機、半煤巷掘進機和巖巷掘進機三種，依據截割頭布置方式劃分，部分斷面掘進機包括縱軸式和橫軸式掘進機。
目前在國內外產品有很多種，使用最多的一種掘進機是縱軸式掘進機，它是截割頭的軸線與懸臂軸線共線或平行的一種部分斷面掘進機，裝載機構是掘進機的主要工作機構之一，其性能能夠直接的影響著整機的生產能力，掘進機的裝載部分主要是由驅動裝置、鏟板體和升降油缸等組成。掘進機的裝載機構位于整個掘進機前端的下方，它的作用是把截割機構所采下來的煤巖進行收集、裝載到中間刮板輸送機上，而后經過后部轉載設施進行卸載。
本設計的內容包括裝載機構的方案設計（含鏟板）、結構方案設計、參數的確定、動力元件的選擇、傳動系統的確定來進行分析及確定，并對裝載機構減速器進行設計和計算。其目的在于，通過該設計使自己對掘進機的裝載結構、組成和原理有更深入的認識。在設計過程中，熟悉裝載機構的方案設計以及減速器的設計過程，把理論與實際相結合。
關鍵詞：懸臂式掘進機；裝載機構；減速器
ii
Design?of?the?roadheader?shipment?system
Abstract
The driving machine is the important equipment of tunnel excavation and tunnel construction, which has cutting, loading, transportation, walking and spraying independently.Function of fog dust fall. According to the excavation section of the shape and size of the points, a part of the tunnel boring machine and full face tunneling machine; according to cutting the object nature of the division, the coal lane tunneling machine, half coal roadway tunneling machine and the rock heading machine three, according to the cutting head arrangement division, part of the tunnel boring machine including longitudinal axis and horizontal boring machine.
Charging mechanism is one of main working body of boring machine. Its performance can directly affect the machine production capacity, boring machine loading part is mainly composed of a driving device, shovel board body and a lifting oil cylinder and. Boring machine loading mechanism located below the front of the whole tunnel boring machine, its role is cut cutting mechanism of the mining down to the coal and rock collection, load and the middle scraper conveyor, and then after posterior reproduced facilities to uninstall.
The content of this design includes loading mechanism design (including the shovel board), structure design, parameter determination, dynamic components, transmission system determined to carry on the analysis and the determination, and the loading mechanism for design and calculation of the decelerator. The purpose is, through the design, to make himself more in-depth understanding of the structure, composition and principle of the driving machine.. In the design process, familiar with the design process of the loading mechanism and the design process of the reducer, the combination of theory and practice.
Keywords: roadheader reducer; loading mechanism;
目 錄
摘 要 .i
Abstract ii
1 緒論 1
1.1 國外掘進機發(fā)展概況 1
1.2 國內掘進機發(fā)展概況 2
1.3 掘進機技術的發(fā)展趨勢 3
1.4 掘進機介紹 3
2 掘進機總體設計 5
2.1 使用條件 5
2.2 結構設計 6
2.2.1 工作機構的型式選擇 6
2.2.2 裝載機構的型式選擇 7
2.2.3 輸送機構的型式選擇 8
2.2.4 轉載機構的型式選擇 9
2.2.5 行走機構的型式選擇 9
2.2.6 除塵裝置的型式選擇 9
2.3 對上述各部分進行選用 10
2.3.1 運用黑箱法 10
2.3.2 繪制強度圖 10
2.3.3 繪制斷面圖 11
2.4 總體參數的確定 11
2.4.1 機型大小 11
2.4.2 總體布置 12
2.4.3 掘進機的通過性 13
3 裝運機構設計 14
3.1 裝運機組成及作用 14
3.2 鏟板部 15
3.3 第一運輸機 16
3.4 液壓系統 17
4 鏟板升降油缸的設計 19
4.1 鏟板升降液壓缸類型的選擇 19
4.2 基本參數的確定 19
4.2.1 工作負載的確定 19
4.2.2 工作壓力的確定 20
4.2.3 工作速度和速比的確定 20
4.2.4 液壓缸內徑確定 21
4.2.5 最大工作行程和最小導向長度的確定 21
4.2.6 活塞寬度（B）和隔離套的選用 22
4.2.7 液壓缸的推力和拉力 23
4.3 缸底厚度的計算 23
4.3.1 缸筒壁厚 23
4.3.2 缸筒壁厚的強度驗算 23
4.4 外徑的選擇 24
5 液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度驗算 24
5.1 液壓缸穩(wěn)定性驗算 24
5.1.1 活塞桿的計算簡圖 24
5.1.2 柔度計算 25
5.1.3 活塞桿強度驗算 25
5.1.4 液壓缸連接零件的強度計算 26
5.1.5 密封、導向和防塵裝置的選擇 28
6 裝機事項與檢修 30
6.1 搬運、安裝和調整 30
6.1.1 機器的拆卸和搬運 30
6.1.2 機器組裝及注意事項 30
6.1.3 機器的調整 31
6.2 機器檢修 31
參考文獻 36
附錄 38
外文資料 42
中文譯文 54
致 謝 63
山西工程技術學院――畢業(yè)設計說明書
1 緒論
1.1 國外掘進機發(fā)展概況
國外主要的生產單位有：英國 Dosco 公司、英國 Anderson 公司，德國的阿特拉斯科普柯-?？苫舴蚓蜻M機技術公司(Atlas Copco -Eick-hoff Roadheading Techbic Gmbh 簡稱 AC -E), 奧地利的奧鋼聯、保拉特(Paurat)有限公司，日本三井三池制作所、前蘇聯雅西諾瓦斯克機械制造廠。這些公司的發(fā)展現狀基本上代表著國外懸臂式掘進機的技術現狀。
在全世界范圍內，自第二次世界大戰(zhàn)的幾十年來，新的理論以及新的技術被廣泛應用到掘進機的設計、制造以及使用之中，使礦山掘進機械有了非常大的進步。使工人的勞動強度得到很大的緩解，生產的效率也得到非常大的提高。
目前，國外的掘進機的型式趨于系列化和多樣化。國外的新型掘進機均配備有完善的工況監(jiān)測和系統故障診斷系統，很早的就能夠發(fā)現故障，所以能夠很快的排除故障，可以減少很長一部分停機時間。有些重型掘進機還能夠配置自動控制系統，使機器的生產率提高30 %左右，以保證切割機構的負載平穩(wěn)，避免由于人為的操作不當等原因引起的尖峰負荷，使機器的使用壽命延長約20%。此外，一些發(fā)達國家的掘進機電控系統，除了可以完成常規(guī)控制以外，還具有遙控、程控的一系列的功能，增設掘進斷面自動控制和掘進定向功能,，使掘進機能夠按照預定的方案進行作業(yè)，極大程度的提高了掘進機的自動化程度與掘進效率。近些年來國外懸臂式掘進機的發(fā)展與研究情況主要體現在以下幾個方面：
(1)切割功率能力穩(wěn)定提高，機器的可靠性高。日本成功使用TM60K 型掘進機掘進全巖巷引水隧道，截割抗壓強度高達170～200 MPa 的巖石，目前最大WAV408 型掘進機重160t。切割功率可達 。定位切割斷面面積可達以先進的制造技術為基礎，從原材料質量到零部件的加工精度都能進行嚴格的控制。有效地保證了主機的質量水平。此外，近年來廣泛采用可靠性的技術。簡化機械結構，在齒輪傳動、機械聯接及液壓傳動等方面盡量減少串聯系統。
(2)配套設備的多樣化。為了充分的發(fā)揮掘進機的效能，人們十分重視綜掘作業(yè)線配套設備的研究。為了大幅度縮短支護時間，在中間頂板穩(wěn)定的前提下，常用機載錨桿鉆機支護，為了讓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。在后配套運輸方面，通常采用橋式、帶式轉載機。
(3)采用機電一體化技術。國外的新型掘進機均配備有完善的工況監(jiān)測和故障診斷系統，很早的就可以發(fā)現故障，所以可以快速的排除故障，能夠很大的減少停機時間。這樣還可以保證切割機構的負載平穩(wěn)，避免因為人為操作的不當所引起的系統載荷，可以極大的延長機器的使用壽命，部分新型掘進機還可實現推進方向監(jiān)控、截割路線循環(huán)程序控制、切割斷面輪廓尺寸監(jiān)控。
1.2 國內掘進機發(fā)展概況
我國于 1962 年開始掘進機的研制工作，最初是仿前蘇聯產品，機身輕，功率小，性能差，未廣泛應用。在20世紀60年代初期到70年代末，這一階段主要是以引進國外掘進機為主，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)展打下了一個很良好的技術基礎。這一階段掘進機的主要特點是：使用的范圍越來越廣泛，切割能力有了逐漸的提高，有了切割夾巖和過斷層的能力。
20世紀70年代末到80年代末，我國與國外合作生產了幾種懸臂式掘進機并逐步地實現了國產化，其典型的代表是與奧地利、日本合作生產的 AM50 型及 S100 型，這兩種機型現已成為國內市場主導產品。隨后，國產掘進機也在加快其研制步伐。我國自行設計以及制造了幾種懸臂式掘進機，比如 EL-90、ELMB-55、 EBJ-65/ 48 、ELMB、 EMIA30、 EMS-75、EL-90、 EBJ-132、 EBJ-160、MRH-S100-41、EBH-132、AM-50、EJ-70等機型 .這一階段懸臂式掘進機的特點是：可靠性較高，已經可以適應本國煤巷掘進的需要。半煤巖巷的掘進技術也達到很高的水平，出現了重型機。
由20世紀80 年代末至今，重型機型大批出現。懸臂式掘進機的設計與制造水平已相當先進。可以根據礦井生產的不同要求實現部分個性化設計。這一階段懸臂式掘進機的特點是：設計水平較為先進，可靠性大幅提高。功能更加完善，功率更大。一些高新技術已用于機組的自動化控制并逐步發(fā)展到全巖巷的掘進。通過幾十年的發(fā)展，我國懸臂式掘進機的設計、生產 、使用進入了一個較高的水平。已經可以跨入了國際先進行列，由于縱軸式掘進機工作中良好的截割性能，整機調用靈活和可截割不同巷道斷面的優(yōu)點，在很多方面得到廣泛的應用。
1.3 掘進機技術的發(fā)展趨勢
綜觀國內和國外懸臂式掘進機的發(fā)展情況,各國都在技術方面進行創(chuàng)新,未來的發(fā)展趨向如下：
(1)重型化、大功率。隨著采煤機械化程度的提高和巷道斷面的不斷擴大，掘進機面對越來越硬和研磨性更強的巖石，單向抗壓強度超過 170 MPa。因此，開發(fā)研制高功率 、大質量的重型硬巖掘進機尤為迫切。目前，國外許多重型掘進機截割功率達到 200～ 300 kW， 最高可達 500 kW 。而我國重型掘進機尚處于發(fā)展階段，截割功率目前已達 200 kW 。越來越高的截割功率雖然可提供給截割頭巨大的截割力, 但使機器的振動進一步加劇。對生產率、機器的壽命和日常保養(yǎng)都將產生不利影響。隨之而來的是機器的重量將越來越大。以增加穩(wěn)定性。
(2)掘、鉆 、錨一體化。研制集掘、鉆、錨為一體的采掘錨綜合機組。以實現快速掘進的同時又能打眼安裝錨桿，支護頂板、側幫，實現掘進、支護平行作業(yè)，解決掘進機利用率低的問題。因此，掘、鉆、錨一體化是實現巷道快速掘進，滿足高產 、高效工作面發(fā)展需要的重要技術途徑。
(3)噴霧降塵設備隨機化。目前，掘進機大多設有內、外噴霧裝置，但對呼吸性粉塵降塵效果差，噴嘴堵塞嚴重。因此，對現有機型設置機載降塵設備，強化外噴霧的使用效果。將會使掘進機在工作時的粉塵濃度大大降低。
(4)智能化、自動化。配置激光導向系統 、計算機斷面控制系統和遙控系統，以降低對操作人員的反應要求，提高生產效率和生產能力。
(5)附件化。保留必要的截、裝、運 、行主要組成功能。將降塵、輔助支護等裝置以附件形式出現.這樣，可根據需要選擇裝配各種附加件，給設計、制造、使用都帶來方便。
(6)裝載運輸裝置亦采用可伸縮型結構，保證機器的機動性和適應性。液壓系統逐步趨于完善、可靠
1.4 掘進機介紹
半煤巖掘進機是一種能夠實現截割、裝載、轉載運輸、行走和噴霧除塵的聯合機組。它既可用于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工
掘進機的總體方案設計對于整機的性能起著決定性的作用。因此，根據掘進機的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機型，并正確確定各部結構型式，對于實現整機的各項技術指標、保證機器的工作性能具有重要意義。
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2 掘進機總體設計
掘進機是一種能夠實現截割，裝運，運輸，裝載煤巖和調動行走，噴霧除塵的聯合機組。與傳統的爆破法相比，使用掘進機有以下優(yōu)點；
1、能夠保證巷道的穩(wěn)定性。2、掘進速度快。3、減少巷道的超控量和不必要的工程量。4、減少巖石的冒落和及瓦斯的突然涌出，有利與安全和通風管理。5、改善勞動條件，減少笨重的體力勞動.它既可用于煤礦井下，也可用于金屬礦山以及其他隧道施工。見圖2-1
圖2-1總體結構圖
掘進機的總體方案設計對于整機的性能起著決定性的作用。因此，根據掘進機的用途、作業(yè)情況及制造條件，合理選擇機型，并正確確定各部結構型式，對于實現整機的各項技術指標、保證機器的工作性能具有重要意義。
2.1 使用條件
用戶的使用條件，巷道為梯形斷面，上底5下底6高4，堅固性系數f=6,底版和兩側要求光滑。見圖2-2
圖2-2巷道端面
掘進機組成；由截割部分，本體部分，裝運部分，行走部分，液壓系統，電氣系統，等組成。見圖2-3
圖2-3總體結構爆炸圖
2.2 結構設計
2.2.1 工作機構的型式選擇
部分斷面掘進機的工作機構有截鏈式、圓盤銑削式和懸臂截割式等。因懸臂截割式掘進機機體靈活、體積較小，可截出各種形狀和斷面的巷道，并能實現選擇性截割，而且截割效果好，掘進速度較高；所以，現在主要采用懸臂截割式，并已成為當前掘進機工作機。
按截割頭的布置方式，分為縱軸和橫軸式兩種。縱軸式截割頭傳動方便、結構緊湊，能截出任意形狀的斷面，易于獲得較為平整的斷面，有利于采用內伸縮懸臂，可挖柱窩或水溝。截割頭的形狀有圓柱形、圓錐形和圓錐加圓柱形，由于后兩種截割頭利于鉆進，并使截割表面較平整，故使用較多。缺點是由于縱軸式截割頭在橫向擺動截割時的反作用力不通過機器中心，與懸臂形成的力矩使掘進機產生較大的振動，故穩(wěn)定性較差。因此，在煤巷掘進時，需加大機身重量或裝設輔助支撐裝置。
橫軸式截割頭分滾筒形、圓盤形、拋物線形和半球形幾種。這種掘進機截齒的截割方向比較合理，破落煤巖較省力，排屑較方便。由于截深較小，截割與裝載情況較好?？v向截割時，穩(wěn)定性較好。缺點是傳動裝置較復雜，在切入工作面時需左右擺動，不如縱軸式工作機構使用方便；因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制，難以獲得較平整的側壁。這種掘進機多使用拋物線或半球形截割頭。
由于工作機構的載荷變化范圍大、驅動功率大、過堅硬巖石時短期過載運轉、有沖擊載荷、振動較大，要求其傳動裝置體積小，最好能調速?？紤]掘進機工作時，截割頭不僅要具有一定的轉矩和轉速以截割煤巖，而且要能上下左右擺動，以掘出整個斷面，掘進機工作機構一般都采用單機驅動。雖然液壓傳動具有體積小、調速方便等優(yōu)點，但由于對沖擊載荷很敏感，元件不能承受較大的短時過載，一般選擇過載能力較大的電動機驅動。
2.2.2 裝載機構的型式選擇
部分斷面掘進機的裝載機構有4種；
1）單雙環(huán)形刮板鏈式：單環(huán)形是利用一組環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體后面的轉載機上。雙環(huán)形是由兩排并列、轉向相反的刮板鏈組成。若刮板鏈能左右張開或收攏，就能調節(jié)裝載寬度，但結構復雜。環(huán)形刮板鏈式裝載機構制造筒單，但由于單向裝載，在裝載邊易形成煤巖堆積，從而會造成卡鏈和斷鏈。同時，由于刮板鏈易磨損，功率消耗大，使用效果較差。
2）螺旋式。是橫軸式掘進機上使用的一種裝載機構，它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向中間推入輸送機構。由于頭體形狀的缺點，這種機構目前使用很少。
3）耙爪式。是利用一對交替動作的耙爪來不斷地耙取物料并裝入轉載運輸機構。這種方式結構簡單、工作可靠、外形尺寸小、裝載效果好，目前應用很普遍。但這種裝載機構寬度受限制，為擴大裝載寬度，可使鏟板連同整個耙爪機構一起水平擺動，或設計成雙耙爪機構，以擴大裝載范圍。見圖2-5
圖2-5 蟹爪結構
4）星輪式。該種機構比耙爪式簡單、強度高、工作可靠，但裝大塊物料的能力較差通常，應選擇耙爪式裝載機構，但考慮裝載寬度問題，可選擇雙耙爪機構，也可設計成耙爪與星輪可互換的裝載機構。見圖2-6
圖2-6星輪結構
裝載機構可以采用電動機驅動，也可用液壓馬達驅動。但考慮工作環(huán)境潮濕、有泥水，選用液壓馬達驅動為好。耙裝裝載機構雖可連續(xù)裝載,然而在兩個偏心
轉盤同時旋轉一周時,只有兩次裝載過程,如果想要提高裝載效率就要增加偏心轉盤每轉一周的裝載次數,因此決定將其原來的蟹爪式裝載機構改為星輪式裝載機構。
2.2.3 輸送機構的型式選擇
部分斷面掘進機多采用刮板鏈式輸送機構。輸送機構可采用聯合驅動方式，即將電動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側，在驅動裝載機構同時，間接地以輸送機構機尾為主動軸帶動刮板輸送機構工作。這樣傳動系統中元件少、機構比較簡單，但裝載與輸送機構二者運動相牽連，相互影響大。由于該位置空間較小布置較困難。
輸送機構采用獨立的驅動方式，即將電動機或液壓馬達布置在遠離機器的一端，通過減速裝置驅動輸送機構。這種驅動方式的傳動系統布置簡單，和裝載機構的運動互不影響。但由于傳動裝置和動力元件較多，故障點有所增加。
目前，這兩種輸送機構均有采用，設計時應酌情確定。一般常采用與裝載機構相同的驅動方式。
2.2.4 轉載機構的型式選擇
該掘進機的轉載機構有兩種布置方式：①作為機器的一部分；②為機器的配套設備。目前，多采用膠帶輸送機。
膠帶轉載機構傳動方式有3種：①用液壓馬達直接或通過減速器驅動機尾主動卷筒；②由電動卷筒驅動主動卷筒；③利用電動機通過減速器驅動主動卷筒。
為使卸載端作上下、左右擺動，一般將轉載機構機尾安裝在掘進機尾部的回轉臺托架上，可用人力或液壓缸使其繞回轉臺中心擺動，達到擺角要求；同時，通過升降液壓缸使其繞機尾鉸接中心作升降動作，以達到卸載的調高范圍。
轉載機構應采用單機驅動，可選用電動機或液壓馬達。
2.2.5 行走機構的型式選擇
該種掘進機的行走機構有邁步式、導軌式和履帶式幾種。
(1)邁步式。該種行走機構是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結構，使人員能自由進出工作面，并可越過裝載機構到達機器的后面。使用支撐裝置可起到掩護頂板、臨時支護的作用。但由于向前推進時，支架反復交替地作用于頂板，掘進機對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機構主要用于巖巷掘進機，在煤巷、半煤巖巷中也有應用。
(2)導軌式。將掘進機用導軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達到沖擊破碎巖石的目的。這就要求導軌具有較高的強度。這種行走機構主要用于沖擊式掘進機。
(3)履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機動性能好、工作可靠、調動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。但其結構復雜、零部件磨損較嚴重。
目前，部分斷面掘進機通常采用履帶式行走機構。由于其工作環(huán)境差，用電動機驅動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達驅動。
2.2.6 除塵裝置的型式選擇
掘進機的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種。
(1)噴霧式。用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散、霧化，使粉塵附在霧狀水珠表面沉降下來，達到滅塵效果。這種除塵方式有以下兩種：①外噴霧降塵。是在工作機構的懸臂上裝設噴嘴，向截割頭噴射壓力水，將截割頭包圍。這種方式結構簡單、工作可靠、使用壽命長。由于噴嘴距粉塵源較遠，粉塵容易擴散，除塵效果較差；②內噴霧降塵。噴嘴在截割頭上按螺旋線布置，壓力水對著截齒噴射。由于噴嘴距截齒近，除塵效果好，耗水量少，沖淡瓦斯、冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好。但噴嘴容易堵塞和損壞，供水管路復雜，活動聯接處密封較困難。為提高除塵效果，一般采用內外噴霧相結合的辦法，并且和截割電機、液壓系統的冷卻要求結合起來考慮，將冷卻水由噴嘴噴出降塵。
(2)抽出式。常用的吸塵裝置是集塵器。設計掘進機時，應根據掘進機的技術條件來選集塵器。為提高除塵效果，可采用兩級凈化除塵。由于集塵器跟隨掘進機移動，風機的噪音很大，應安裝消音裝置。抽出式除塵裝置滅塵效果好，但因設備增多，使工作面空間減小。近年來，除塵設備有向抽出式和噴霧式聯合并用方向發(fā)展的趨勢。
2.3 對上述各部分進行選用
2.3.1 運用黑箱法
表2-1掘進機原理解
功能元件
工作機構
裝載機構
行走機構
除塵機構
A
縱軸式
耙爪式
履帶式
噴霧式
B
橫軸式
星輪式
邁步式
抽出式
C
螺旋式
導軌式
D
單雙環(huán)形刮板鏈式
選兩種組合第一種；a1----b2----a3-----a4
第二種；b1----b2----c3-----b4
第三種；a1----a2----a3-----a4
2.3.2 繪制強度圖
見圖2-7
圖2-7掘進機價值強度圖
把有權重總價高并且在價值強度圖中位于右上角的兩個方案（1、3），作為較好的方案，在借助于價值斷面進行比較，比較結果方案1是最好的。
2.3.3 繪制斷面圖
見圖2-8
圖2-8掘進機價值斷面圖
2.4 總體參數的確定
2.4.1 機型大小
表2-2基本機型與主要參數
基本機型主要參數
1
2
3
掘進斷面(㎡)
巖石硬度(f)
截割功率(kw)
機器重量(t)
6——14
≤4
55——75
16——25
8——20
4——6
75——110
25——40
10——24
6——8
110——160
40——75
根據主要參數與工作條件選3型
2.4.2 總體布置
工作機構要求有較大短時間過載能力，油馬達對沖擊載荷敏感，過載能力低。影響截割頭正常連續(xù)運轉，所以，掘進的工作機構采用電動機為動力的機械傳動形式。利用體積小、功率大、過載能力強的專用電動機，并配備可靠的電氣保護裝置。根據工作機構結構緊湊的特點，通常工作機構的減速器設在懸臂內，成為懸臂的組成部分。截割頭調速方式一般采用配換掛輪的方法，變速機構力求簡單。
耙裝運輸機構采用齒輪油馬達傳動，由于尺寸小，重量輕，可使2者分別傳動，從而簡化傳動裝置，便于在鏟板下布置，便于設計密封效果好的機械密封或將減速器
與鏟板分離，同時可實現過載自動保護。
從而簡化傳動裝置，便于在鏟板下布置，便于設計密封效果好的機械密封或將減速器與鏟板分離，同時可實現過載自動保護。
履帶行走機構的驅動方式有電動機驅動和油馬達驅動兩種方式。分別通過機械減速裝置或直接由馬達帶動履帶的主動鏈輪運轉。
機械傳動的履帶行走機構，一般是將電動機裝于兩條履帶減速器后部，制動裝置采用機械液壓制動方式?？煽啃愿撸荒苷{速，減速箱體積較大采用4級電機，巷道淋水大時，電動機易受潮燒壞。
履帶行走機構采用液壓傳動形式，系統簡單、性能教好、技術先進。液壓傳動的行走機構中，在液壓馬達形式選擇及調速方式設計方面，有不同方案。行走機構的調速方式有兩種，一是采用變量泵另一種是采用分流或并流的調速方案，在機器快速調動時，停止想裝載馬達供油，只向行走馬達供油，使掘進機具有良好的行走速度。
2.4.3 掘進機的通過性
掘進機的通過性是指機器通過彎道、各種底板和障礙物的能力歷史掘進機的使用性能之一。
機器高度越低越好，但由于離地最小間隙和龍門高度的要求，機器不能太低，小斷面在1.7m以下，大斷面在2m以下。長度在8m左右，機器寬度與巷道寬度相適應。機器兩側距離巷道兩壁保持適應距離，以便人員通過和材料的運輸。
掘進機械的通用性離地最小間隙取200mm.可通過巷道最小半徑控制在6-10m.適應底版比壓p=100---130Kpa，
掘進機穩(wěn)定性分析與計算穩(wěn)定性是指在規(guī)定的方向行走和工作的時候不發(fā)生翻到或測滑的能力。靜態(tài)穩(wěn)定性是指機器在行走和截割兩種狀態(tài)下的穩(wěn)定性。掘進機的穩(wěn)定性，是影響掘進機的有效工作的重要因素之一，在總體設計時候應基本予以平衡，而在機器的縱向和高度方向上的重心位置應分、懸臂和機身兩部分分進行計算，主要是便于對懸臂處于各種不同位置和帶動角度時的整機重心計算。當掘進作業(yè)時候，還應分別鉆進工況和橫向擺動切割工況進行縱向和橫向的年扭動穩(wěn)定計算。
3 裝運機構設計
煤礦井下巷道的快速掘進，要求掘進機具有較大的生產能力，因此，在提高掘進機截割能力的同時，其裝載運輸能力也必須相應提高。裝載機構是掘進機的主要工作機構之一，其作用是將截割機構破落下來的煤巖收集、耙裝至中間輸送機。裝載能力的大小取決于裝載機構參數的選擇，它直接決定了整機的生產能力，因此，不斷改進和完善掘進機裝載機構，是提高掘進機整機性能的前提。它目前多采用液壓馬達直接驅動星輪的方式。星輪裝載機構是掘進機的重要組成部分，它設計是否正確合理，將直接影響整機的適用性、生產效率和性能可靠性，裝載機構的設計要與整機相匹配。
3.1 裝運機組成及作用
裝運機構由鏟板部和第一運輸機兩部分組成, 其 主要作用是通過鏟板部星輪或耙爪的旋轉運動, 把由 截割部割下并落在鏟板上的塊煤推到從動輪處; 然后 由第一運輸機通過圓環(huán)刮板鏈把煤從低處向高處運 輸; 刮板把煤運到主動鏈輪處帶出掘進機, 落到第二 運輸機上把煤運走。裝運機構改進前、后的結構分別 見圖 3-1 和圖 3-2
圖3-1裝運機構結構圖
圖3-2改進后裝運機構
3.2 鏟板部
裝運機構鏟板部的改進原掘進機鏟板部采用耙爪式結構，其動力來自運輸機構的左、右擺線馬達，由其帶動主動鏈輪旋轉，然后由主動鏈輪通過圓環(huán)鏈帶動從動輪旋轉，從動輪通 過齒輪箱傳遞動力給耙爪；耙爪按相應軌跡運動，把煤塊推到從動輪刮板處,由第一運輸機把煤運走。其 缺點是：運輸機與耙爪來自同一個動力，互相影響大，耙爪機構運動復雜、容易卡阻；馬達為擺線馬達，耐沖擊性差，容易損壞；通過從動輪剛性連接著兩個錐齒輪箱傳遞動力給耙爪(傳動機構如圖3-1如示)由于錐齒輪箱結構復雜；其加工要求和安裝要求也高；造價更高；在井下使用時, 耙爪經?？ㄗ? 錐齒輪箱容易損壞，不易修，不易更換。
鏟板部是由鏟板本體、側鏟板、鏟板驅動裝置、從動輪裝置等組成。通過兩個低速大扭矩液壓馬達直接驅動星輪，把截割下來的物料收集到第一運輸機內。鏟板部的兩個液壓馬達驅動采用一個液壓分流器，使兩個液壓馬達在工作時能夠獲得均衡的流量，確保星輪平穩(wěn)一致。鏟板本體、側鏟板用M24高強度螺栓連接，鏟板在油缸作用下可向上抬起，向下臥底。
改進后裝運機構改進后使用的掘進機鏟板部為弧形三齒或五齒星 輪結構，如圖3-2所示，其左、右星輪分別單獨動作，各自由柱塞式低速大扭矩馬達直接驅動星輪做旋轉運動，星輪把煤從鏟板上各處推到從動輪處，將煤運走。這種結構的優(yōu)點是：左、右星輪旋轉與主動鏈輪拖動 圓環(huán)刮板鏈運動3方各不相
干，互不影響；同時星輪采用具有一定柔性的進口低速大扭矩液壓馬達驅動馬達耐高壓達到35MPa，其耐用性，抗沖擊能力強，所以星輪的可靠性提高，故障低；星輪單獨動作，判斷故障也容易，拆裝修理也方便。
圖3-3改進前耙爪傳動機構
圖3-4改進后耙爪傳動機構
3.3 第一運輸機
第一運輸機的改進原第一運輸機結構大多采用雙邊鏈刮板型式，由于掘進機使用時間長以及耙爪、星輪偶爾卡阻等因素，致使雙邊鏈刮板彎曲，造成圓環(huán)鏈與主動鏈輪不能正 常嚙合，圓環(huán)脫鏈?，F根據不同地質情況采用中雙鏈 或雙邊鏈刮板等型式來滿足不同工況的需求。割煤時優(yōu)先采用中雙鏈刮板型式(如圖3-5所示)，其優(yōu)點是刮 煤時刮板受力均勻，運動平穩(wěn)，刮板結構較厚實，不易彎曲變形，基本不會造成脫鏈，使用長久。割煤巖或煤泥時采用雙邊鏈刮板型式比較好(如圖 3-6所示)，其特點是使用時間長不易變形，刮板也不易卡阻。其中，小型掘進機使用普通刮板型，以上大型掘進機割巖時采用寬刮板型，第一運輸機刮板在前后溜槽上向上運煤，原設計一般采用曲線軌跡向上運輸，現在設計盡量采用直線軌跡，減少了運行阻力，運輸效果比原來好。此外，現在耐磨板一般采用高強度耐磨材料K400，提高了溜槽的使用壽命。
圖3-5中雙鏈刮板
圖3-6雙邊鏈刮板
3.4 液壓系統
液壓系統的改進，原液壓系統是定量系統，齒輪泵驅動裝運機構的執(zhí)行元件液壓馬達，掘進機只要開機工作，裝運機構就一直運轉，屬于連續(xù)作業(yè)方式。由于液壓馬達一直運轉，所以溢流閥一直保壓，油路溫度較高，液壓元件尤其是密封件容易老化，導致有些液壓元件提前損壞，發(fā)生很多故障?，F在液壓系統采用斜盤式柱塞變量泵及先導比例閥控，系統能耗低，液壓管路溫度低，操作輕便，并具有壓力切斷、負載敏感功能，變量泵根據鏟板部落下堆放的煤量多少和星輪推動阻力變化自動調節(jié)泵的輸出流量和輸出扭矩，這樣就保持了順利出煤。
4 鏟板升降油缸的設計
4.1 鏟板升降液壓缸類型的選擇
根據鏟板的工作情況可知，在工作時候鏟板能向下臥底和向上抬起，這就必須選擇一個活塞桿能實現正反兩個方向運動的液壓缸。所以，選擇雙作用單活塞桿式液壓缸可實現運動要求。
4.2 基本參數的確定
4.2.1 工作負載的確定
液壓缸的工作負載是指工作機構在滿負荷的情況下，以一定的加速度啟動時，對液壓缸產生的總阻力，可如下計算：
(4-1)
式中，Re— 工作機構的阻力及自重等對液壓缸產生的作用力；
Rf— 工作機構滿負荷起動時的靜摩插力對液壓缸產生的作用力；
Rg —工作機構滿負荷起動時的慣性力對液壓缸產生的作用力；
由式(1-1)計算得到的總阻力，即為液壓缸的最大工作負載。
因為抬起和放下鏟板的速度很小這里的慣性力忽略不計，同樣靜摩擦力也忽略不計。
所以算
為了求出鏟板液壓缸的總阻力，首先需給出鏟板的有關尺寸參數，然后對鏟板進行受力分析。
鏟板自重W=8000N；鏟板寬度B=3600mm；長度L=2300mm；物料的重力W=8000N鏟板的受力如圖4-1所示：利用靜力學列方程
(4-2)
、、、、
=89333.33N
所以R=F
圖4-1鏟板受力分析圖
4.2.2 工作壓力的確定
液壓缸的工作壓力是指作用在活塞桿上克服最大工作負載的液體壓力。根據掘進機的實際情況，工作壓力選取16MPa
4.2.3 工作速度和速比的確定
液壓缸的工作速度與供液流量和活塞桿的有效作用面積（有液壓缸缸筒內徑和活塞桿直徑確定）有關。一般情況下，工作機構對液壓缸的工作速度是有一定要求的，因此工作速度往往是已知量。
即活塞桿伸出速度V1和回縮速度V2分別為：
式中，Q—進液流量；
—容積效率=0.96；
—工作速比；
液壓缸的速比，通常是對雙作用單活塞式液壓缸而言的，它與液壓缸的缸筒內徑和活塞桿直徑有關。速比一般不宜過大，否則無桿腔回液流速過高而形成很大的背壓。但也不宜過小，否則活塞桿直徑相對于缸筒內徑太細，穩(wěn)定性差。速比的選取可按表1-1選取，工作壓力高的液壓缸選用較大值（活塞桿較粗），工作壓力低的則選較小值。
表4-1 不同工作壓力推薦的速度比
工作壓力/MPa
≤10
12.5～20
>20
速比
1.33
1.46；2
2
選取工作速比=2。
式中，—機械效率，橡膠密封時取=0.95
P0 — 回油壓力，當回油直接通油箱時取P0=0；
4.2.4 液壓缸內徑確定
(4-3)
通過計算所得的活塞桿直徑，均需按GB2348—80規(guī)定的活塞桿直徑尺寸系列圓整，取160mm。
(4-4)
d=86mm
進行圓整取90mm
4.2.5 最大工作行程和最小導向長度的確定
液壓缸最大工作行程，可根據鏟板動作要求所決定的液壓缸最大和最小極限位置來決定。鏟板水平位置時最大極限位置，鏟板抬起時候得出液壓缸最小極限位置，，液壓缸最小極限位置。根據其差值，按GB2349—80規(guī)定的液壓缸行程系列，向大圓整成標準值，即液壓缸的最大工作行程。
即：
(4-5)
查表選取液壓缸的最大工作行程為125mm。
液壓缸的最小導向長度，是指當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離，如圖1-2所示。若導向太小，將使液壓缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響液壓缸的穩(wěn)定性。對于一般的液壓缸，其最小導向長度H應滿足下式要求：
（4-6）
式中，L—液壓缸的最大工作行；
D—缸筒內徑；
圖4-2導向長度
4.2.6 活塞寬度（B）和隔離套的選用
為了保證最小導向長度而過分地增大導向套長度和活塞桿寬度都是不適宜的，最好的辦法是在導向套與活塞桿之間裝一隔離套K，其長度C由所需的最小導向長度決定。采用隔離套不僅能保證最小導向長度，而且還可以擴大導向套及活塞的通用性。
活塞寬度B取缸筒內徑的0.6～0.8；所以B=96mm。隔離套 (4-8)
4.2.7 液壓缸的推力和拉力
根據液壓缸的內徑；查表選取液壓缸的推力為；液壓缸的拉力；
4.3 缸底厚度的計算
4.3.1 缸筒壁厚
根據實際觀察得知，液壓缸的缸底為平型缸底如圖1-5，無孔時其厚度公 為： （4-9）
式中：—缸筒內徑；
—試驗壓力MPa；工作壓力為16MPa時，
—缸底材料的許用應力MPa; 缸底材料為鍛鋼， =100～120MPa
(4-10)
mm
圖4-3缸底厚度
4.3.2 缸筒壁厚的強度驗算
材料的許用應力計算
(4-11)
式中：—缸體材料的抗拉強度，缸體材料為，=980Mpa；
n—安全系數.一般取n=5。
根據缸筒壁厚條件來驗算強度：
（4-12）
式中，P—系統的工作壓力。
由此可見，缸筒壁厚強度可以滿足要求
4.4 外徑的選擇
根據重型機械用標準液壓缸的缸體系列（JB1068—67）查表根據缸的內徑D=200查表選取缸的外徑和缸筒壁厚分別為：
(4-13)
=160+24=184
查表取整
5 液壓缸穩(wěn)定性和活塞桿強度驗算
5.1 液壓缸穩(wěn)定性驗算
5.1.1 活塞桿的計算簡圖
如圖5-1所示活塞桿，用45鋼制成，桿徑d=110mm，活塞桿伸出量為最大時液壓缸的長L=730mm，E=210MPa，，確定活塞桿臨界載荷。
圖5-1液壓缸簡圖
由圖可知，當活塞靠近鋼蓋時，活塞桿的外伸部分最長，穩(wěn)定性越差。此外，根據鋼體的固定方式及其對活塞桿的約束情況，活塞桿可以近似看作是兩端鉸接，其長度因數為：
5.1.2 柔度計算
根據截面的慣性半徑公式
（5-1）
得：
1.3活塞桿柔性系數
= (5-2)
式中， —為長度折算系數，對于兩端鉸接約束方式一般取1；
L—為有效計算長度。
因為，所以活塞桿屬于粗短桿，又稱為小柔度桿。實驗證明，它的破壞與試穩(wěn)現象無關，應按強度問題處理。
5.1.3 活塞桿強度驗算
(5-3)
當時，活塞桿的驗算按短行程液壓的活塞桿驗算，短行程液壓缸的活塞桿，在工作中主要受軸向壓縮（或拉伸）載荷，故可近似地按中心受壓（或受拉）進行強度驗算，即：
（5-4）
式中，—活塞桿直徑；
—空心活塞桿直徑，對于實心活塞桿=0；
F —液壓缸最大推力（或拉力）；
— 活塞桿的壓（或拉）應力；
—活塞桿的許用壓力，
即活塞桿的強度滿足強度要求。
5.1.4 液壓缸連接零件的強度計算
對于重要的液壓缸，它的各部分連接零件都應進行強度計算。
1)缸筒焊縫的強度計算
焊縫的應力及強度條件為：
（5-5）
式中，F —液壓缸最大推力；
D —缸筒外徑；
—焊縫內徑；
—焊接效率，??；
—焊縫的許用應力。
即焊縫的應力強度條件滿足要求。
2)銷軸連接計算
銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑為：
（5-6）
式中，F— 液壓缸輸出的最大推力；
—銷軸材料的許用應力P；此銷軸所選的材料為，=35～55MP，銷軸的長度L，應根據結構及耳環(huán)寬度EW來確定，一般取L=。
3)、缸蓋卡環(huán)連接的強度計算
缸筒與缸蓋為卡環(huán)連接時，卡環(huán)的剪切應力和強度條件為：
（5-7）
式中，P—系統的工作壓力；
D—缸筒直徑 ；
l—卡環(huán)厚度；
—卡環(huán)材料的許用剪應力。當采用45號鋼調質處理時，取=1800×。
即：
故：
卡環(huán)材料的擠壓應力和強度條件為：
（5-8）
式中，—卡環(huán)寬度之半；
—卡環(huán)許用擠壓應力。對于45號鋼，。
即：
故：
5.1.5 密封、導向和防塵裝置的選擇
密封裝置是液壓缸和其他液壓元件不可缺少的一部分，其作用是防止泄漏（包括內漏和外漏）、防止灰塵、雜質、水分等污染物從外部侵入。通常液壓缸和其他液壓元件及系統的工作性能、效率和可靠性都與密封裝置的結構性能有關，因此，正確選擇密封元件和確定合理的結構是非常重要的。對密封裝置的基本要求是：在工作壓力下密封效果好，且摩擦阻力和泄漏量少；在使用范圍內的耐摩性、耐油性和抗腐蝕性能好，密封元件表面不易損壞且壽命長；結構簡單、使用安裝維修方便。
1.密封裝置的類型
根據運動狀況，密封裝置分為靜密封與動密封，動密封又有往復運動和旋轉運動密封；而根據密封原理，密封裝置分為間隙密封和接觸密封兩大類。
⑴ 間隙密封
間隙密封是依靠相對運動的元件間的微小間隙實現密封的，本身并沒有專門的密封元件，如閥芯與閥套、柱塞與柱塞缸的平面間隙密封等。密封性能與間隙大小、壓力差、配合面長度、寬度或加工精度有關。
⑵ 接觸密封
在密封配合表面間加入彈性元件而實現的密封稱為接觸密封。這種密封效果好能在較大的壓力和溫度范圍內可靠地工作，是使用最廣泛的密封裝置，常用的有O性密封圈和各種唇性密封圈以及活塞環(huán)等。
2.活塞與缸筒和活塞桿間的密封裝置
本設計的活塞與缸筒的密封裝置采用派克·漢尼汾有限公司生產的zw型密封圈和FR型導向環(huán)。
zw型雙作用密封圈由一個橡膠元件、兩個擋圈和兩個導向環(huán)組成。
優(yōu)點：
1、導向和密封功能是由密封元件本身在極小的空間內實現的。
2、適用于礦物油，HFA、HFB、和HFC抗燃液壓油（最高溫在60℃）中使用。
3、安裝簡單
4、簡單、長度短、整體活塞安裝。
5、NBR密封元件的特殊幾何形狀使得安裝時不會在溝槽中扭曲。
6、FR型導向環(huán)為開口式，容易安裝。耐磨性好，適用于活塞和活塞桿的導向。采用這類導向環(huán)可簡化活塞和缸頭的設計。
優(yōu)點：
1、安裝時可簡單快速地扣緊而無需輔助工具
2、使滑動面無金屬接觸，因而可減少金屬零件的損壞。
3、有減震的作用。
4、與熱塑性材料相比，徑向負荷承載能力提高。
5、在潤滑不足的情況下有極好的應急工作條件。
6、有精確的公差和尺寸精度。
6 裝機事項與檢修
6.1 搬運、安裝和調整
6.1.1 機器的拆卸和搬運
掘進機的重量及體積較大，下井前應根據井下實際裝運條件，視機器的具體結構、重量和尺寸，最小限度的將其分解成若干部分，以便運輸、起重和安裝。從設計的角度看，已經考慮到井下運輸的分解情況。
掘進機拆卸及井下運輸注意事項：
1.拆裝前，必須在地面對所有操作方式進行試運轉，確認運轉正常。
2.拆卸人員應根據隨機技術文件熟悉機器的結構，詳細了解各部位連接關系，并準備好起重設備和工具，確保拆卸安全。
3.根據所要通過的巷道斷面尺寸，決定其設備的分解程度。
4.機器各部件下井的運輸順序盡量與井下安裝順序相一致，避免頻繁搬運。
5.對于液壓系統及配管部分，必須采用防塵措施。
6.所有未涂漆的加工面，特別是連接表面下井前應涂上潤滑脂；拆后形成的外露聯結面應包扎保護以防碰壞。
7.小零件應與相應的分解部分一起運送 。
8.下井前，應在地面仔細檢查各部件，發(fā)現問題要及時處理。
9.應充分考慮到用臺車運送時，其臺車的承重能力、運送中貨物的竄動，以及用鋼絲繩固定時，防止設備損壞及劃傷。
10.為了保證電氣元件可靠工作，電控箱運輸時必須裝設在掘進機的減震器上。
6.1.2 機器組裝及注意事項
安裝前作好準備國內工作：應根據機器的最大尺寸和部件的最大重量準備一個安裝場地，該場地要求平整、堅實，巷道中鋪軌、供電、照明、通風、支護良好，在安裝巷道的中頂部裝設滿足要求的起吊設備（5t）。在安裝巷道的一端安裝絞車，二個千斤頂及其他的零部件，如有損壞應在安裝前修復。
注意事項：
1.液壓系統和供水系統各管路和接頭必須擦拭干凈后方可安裝；
2.安裝各連接螺栓和銷軸時，螺栓和銷軸連接部位的螺栓擰緊力和力矩應按規(guī)定的擰緊力矩進行緊固。
3.安裝完畢后，按注油要求加潤滑油和液壓油；
4.嚴格檢查螺栓是否擰緊；油管、水管連接是否正確；U型卡，必要的管卡是否齊全；電動機進線端子的連接是否正確等。
5.檢查刮板輸送機鏈輪組，保證鏈輪組對中；刮板鏈的松緊程度合適。
6.再次檢查電控箱。
6.1.3 機器的調整
機器總裝和使用過程中，需要對行走部履帶鏈松緊、中間刮板輸送機刮板鏈的松緊及液壓系統的壓力，供水系統的壓力作經常檢查，發(fā)現與要求不符時及時適當調整，
1.行走部履帶鏈張緊。
2.刮板輸送機刮板鏈的張緊。
3.液壓系統各回路壓力的調整
6.2 機器檢修
機械部分檢修包括檢修質量的一般技術要求及各部件的檢修質量和檢修方法等。
1.一般技術要求
(1) 檢修原則
掘進機各零部件檢修后應滿足設計及工藝要求，裝配應按照裝配工藝規(guī)程進行；將整機進行解體清洗干凈，對零部件進行術鑒定，視各零部件損壞情況確定修復的具體方案；更換的外購件、標準件、備件需有合格證；裝修過程中，不得劃傷、磕碰零件的結合面、配合面。
(2) 齒輪及傳動齒輪箱
齒輪任何部位若有裂紋、折斷、剝落及嚴重磨損等現象應更換。齒輪的失效判斷應根據MT291.1—92規(guī)定；齒輪齒面需要修刮時，一般只修刮大齒輪齒面；若在齒輪箱內對妍時，應防止磨料甩入軸承內；齒輪箱體與箱蓋上銷與孔的配合應滿足設計要求，齒輪箱體與箱蓋的結合面，不應劃傷，若有局部劃傷，在長度不超過結合面寬的1