横轴式掘进机总体方案设计论文
横轴式掘进机总体方案设计一、悬臂式掘进机的应用状况及发展悬臂式掘进机是煤矿掘进巷道常用设备，它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高。我国悬臂式掘进机的发展主要经历了三个阶段。第一阶段60年代初到70年代末。主要是以引进国外掘进机为主。这一阶段的主要特点是：使用范围越来越广，切割能力逐步提高。第二阶段70年代末到80年代。与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步实现国产化。这一阶段特点是：可靠性高，已能适应我国煤巷掘进的需要，出现了重型机。第三阶段由80年代至今。重型机型大批出现，悬臂式掘进机的设计与制造水平已相当先进。这一阶段特点是：设计水平较为先进，可靠性大幅度提高，功能更加完善。经过三阶段的发展，我国悬臂式掘进机的设计、生产、使用进入了一个较高的水平，已跨入国际先进行列，可与国外的悬臂式掘进机媲美。悬臂式掘进机的发展是紧紧围绕着我国矿井生产的实际条件、现场需要及设计、制造的工艺水平而不断进行的，其发展主要有以下几个特点：1、截割功率不断提高。为适应更大范围的截割条件，悬臂式掘进机的截割功率不断增大，由最初的100kw以下的轻型机增加到现在的中型机型的132kw1200kw，重型机型可达200kw以上。 2、在行走装载截割驱动方面的完善。以往的液压与电动驱动都有缺点，但随着科技的进步，它们的据点在不断地被弥补，改进，目前悬臂式掘进机在电、液两方面发展速度很快，在装载，行走，截割等方面大多数的机型还是采用电、液混合方式，总之两种方式互相取长补短，在今后很长一段时间内将共同并存，相互融合。 3、电控系统的完善。早期掘进机的控制、操作回路一般都通过操作安装在隔爆型主令箱上的按钮或把手开关来控制传统的交流中继电器电路，进而通过继电器来对主回路交流接触器的二次控制。随着控制技术的发展，操作回路逐渐以本安型的先导回路来替代隔爆型主令箱，这也是适应各类保护传感器的应用和选型的需要。 4、截割效率的提高。截割效率是悬臂式掘进机性能优劣的一个重要衡量参数，纵轴式截割头的优点是截割较深，截割效率高，缺点是稳定性差，装运效果差。横轴式截割头的优点是稳定性好，装载效果好，缺点是在进刀时其截割方向几乎与其推进方向重合，所以必须给予较大的推进力，这就需要相应增加街功率，切割时粉尘大再加上其内喷雾布置比较复杂，灭尘效果不好。 5、机组稳定性的提高并实现矮型化以适应小断面巷道掘进。提高机组稳定性的有效方法有两种：增加机组重量和降低机组高度。新机型的重量都较过去有很大的增加，并且为适应岩巷的掘进也必须增加自重。在增加自重的同时，新机型在设计上还尽量简化和紧凑化，降低机组高度。这可以增加稳定性，也是为了适应低矮巷道的掘进。悬臂式掘进机目前也存在一些问题。首先是锚杆支护的成功推广应用提高了巷道支护的可靠性，但在巷道支护约占用40%50%的掘进作业时间，这就使得掘进机的开机率大大降低，不能有效提高掘进速度。其次现有机型偏向于中、重型，虽然有些掘进机实现了矮型化设计，但整体尺寸仍不能有效缩减，对低矮巷道的适应性还较差。悬臂式掘进机技术的发展有以下几点：大功率化、重型化、系列化、智能化和自动化。二、悬臂式掘进机的分类及组成 悬臂式掘进机按截割头的不同分为横轴式掘进机和纵轴式掘进机。悬臂式掘进机由六部分组成：工作机构、装载机构、输送机构、转载机构、行走机构和除尘装置六部分。1、 工作机构工作机构的主要部分是悬臂和截割头。截割头分为横轴式截割头和纵轴式截割头。截割头上的截齿形式分为片状截齿和镐形截齿两种。截割机构的伸缩装置分为横内伸缩式和外伸缩式两种。切割头大多为圆锥形或筒形，周围镶有截齿，以破碎煤岩。悬臂用油压控制，可上下或水平摆动，也可适当伸缩。悬臂筒内装有空心主轴，其一端连接截割头，另一端连接减速器。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。 2、装载机构装载机构就是将工作机构截割下来的煤岩，装到输送机构上的机构。装载机构有四种：单双环形刮板链式、螺旋式、耙爪式和星轮式。下面依次介绍。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。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。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、能连续装载，生产效率高。此外，机器的高度也较低，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。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。3输送机构输送机构多采用刮板链式输送机构。输送机构一般是由机尾向机头方向倾斜向上布置的。输送机构有以机头轴为主动的，由设置在机头的电动机或油马达，通过减速装置驱动机头轴运转，有的机型还同时以机尾从动轴间接地带动装载机构工作。有的掘进机以机尾轴为主轴，由设置在机尾的电动机，通过减速装置驱动装载机构工作，间接地从输送机构的机尾为主动轴，带动刮板链式输送机工作，输送机构则不单独设置减速装置。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。为充分发挥煤巷掘进机的生产能力和加快煤巷掘进速度，目前运输设备的配套方式有煤巷掘进机与链板输送机配套和煤巷掘进机与仓式列车配套两种。4、 转载机构目前掘进机的转载机构大多采用胶带输送机。胶带转载机构的传动方式，通常有三种型式，第一种是由液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒。第二种型式，是由电动卷筒驱动主动卷筒旋转。第三种传动方式，是由电动机通过减速器驱动主动卷筒旋转。为实现巷道掘进机胶带转动机构卸载端作上下调高和左右摆动，以使转运的煤岩能够准确地卸入矿车或转载机中，一般将转运机构的机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，可以通过人力或回转油缸，使整个转动机构绕回转中心摆动一定角度，并使机头卸载端达到卸载的要求。同时，通过升降油缸使卸载端绕机尾铰接中心作升降运动。使卸载端达到制裁的调高范围要求。5、 行走机构掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式三种。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。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。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。6、 除尘装置掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。 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：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；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。 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。三、橫轴式掘进机的选型 将掘进机定为重型悬臂式掘进机。以AM-50型为例1、工作机构的选型。 工作机构选择横轴式截割头，每个截割头截齿尖端所构成的轮廓呈近似的抛物体，两个截割头分别对称地装在截割机构的减速箱输出轴的两侧，截割头的旋转方向，从机器的左侧看是逆时针方向。截割机构悬臂横向摆动，沿巷道的宽度方向截割。悬臂上下摆动沿巷道的高度方向截割。这种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。采用电机驱动。悬臂选用液压驱动。2、 装载机构的选型装载部分选择双耙爪机构，如图所示，铲板上部表面从中线向两侧倾斜，前面呈三角形结构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、能连续装载，生产效率高。考虑工作环境潮湿、有泥水，选用液压马达驱动。3、 输送机构的选型输送选择刮板链式输送机构，选用液压马达驱动。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。4、 转载机构的选型转载机构采用桥式胶带转载机。驱动方式选用液压马达驱动。5、 行走机构的选型行走机构采用履带式。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。驱动方式选用液压马达驱动。6、 除尘机构的选型除尘方式选用喷雾式除尘方式。掘进机悬臂上装有一个框架，上面安装7个喷嘴，这些喷嘴和附件组成喷雾装置。其水分配器固定在掘进机的稳定器、刮板输送机构上面。喷雾水经过滤，由高压胶管送到喷嘴喷向工作面，达到降尘目的。喷嘴压力要求为1.181.47MPa四、横轴式掘进机的技术参数及相关图纸总体参数巷道断面积 m2切割硬度 f巷道最小曲率半径 m装机功率 kW质量 t外形尺寸长*宽*高 m7.520.35.5610163247.5*1.91*1.65工
