矿大毕业设计-小断面履带式半煤岩掘进机设计(版本2).pdf

中国矿业大学 2014成人教育毕业设计 1 摘 要 掘进机是煤矿采掘的主要设备。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，具有广阔的发展前景对履带式半煤岩掘进机的总体方案设计做了简单的介绍。对履带式半煤岩掘进机的行走部分以及该部分减速装置的设计做了详细的介绍。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。本次设计主要针对掘进行走部分，工作时实现低速行走，高速调动，并可实现快速拖动等特点对该部分减速器以及链轮、履带等结构做了比较详细的设计计算。此外，如何最大限度地发挥掘进机的工作潜能和根据井下实际工作环境正确选择掘进机，避免高能耗、低效率的现象发生，已成为巷道掘进机的热点话题。关键词：掘进机；总体设计；行走部设计；减速器设计；发展趋势 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 1 目 录 1 绪 论.1 1.1 概述.1 1.2 掘进机的发展.1 1.3 掘进机的工作原理.2 2 设计任务及相关参数.3 2.1 履带式半煤岩掘进机行走部设计.3 2.2 主要技术参数.3 3 总体结构选型与设计.6 3.1 掘进机的选型.6 3.2 掘进机机械械液压部他分设计.9 3.3 电气部分.19 3.4 本掘进机主要特点.22 4 掘进机行走部总体结构设计.24 4.1 马达选型.24 4.2 主动链轮的设计.24 5 掘进机行走部减速器传动机构设计.27 5.1 传动方案的拟定.27 5.2 传动装置运动参数的计算.27 5.3 减速器前两级传动设计计算.28 6 键的选用.39 6.1 平键的选用与校核.39 6.2 行星轮系花键的选用与校核.39 7 制动器的选用.41 7.1 选择制动器类型.41 7.2 确定制动器型号.41 参考文献.42 致 谢.43 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 1 1 绪 论 1.1 概述 随着我国煤炭事业的发展。因采煤机械和综合机械化水平的速度提高，要求有与之相适应巷道掘进速度。传统的钻煤掘进效率低，人海战术和小型机械化装备，还是不能满意足需要。目前，国内外研制和使用巷道掘进机种类繁多。主要分为两大类：全断面巷道掘进机和部分断面掘进机。全断面巷道掘进机主要用于掘进岩石巷道，这类掘进机功率大，结构复杂，巷道断面形状单一。在煤炭工业中没有得到广泛应用。部分断面掘进机，其工作机构仅能同时截割工作面煤岩断面的一部分。为截割破落整个工作面的煤岩必须在断面内多次连续地移动工作机构的截割头。故此它能实际掘出所需巷道断面形状。它主要用于掘进煤或半煤岩巷道。近年研制的掘进机有以下趋势：广泛采用悬臂式可伸缩的工作机构，改善起截割性能和使用范围。采用横轴式截割头，以减少机器振动，增加机器稳定性。广泛采用触爪式装载机构和履带式行走机构。加大掘进机的总功率和提高液压系统的工作压力。改进喷雾除主装置，支护设备和配套转载设备。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。1.2 掘进机的发展 掘进机的发展，经历了从小到大、从单一到多样化、从不完善到完善的过程，已形成了轻型、中型和重型系列。随着高产高效日产万吨综采工作面的出现，要求掘进速度必须加快，掘进机的性能更加完善。当前悬臂式掘进机技术发展有下述一些特征，并面临连续采煤机的挑战。（1）增大截割能力 为了实现较强的截割能力，采用较大的截割功率和较低的截割速度。现代中型部分娄面掘进机的截割功率为了 132200kw，重型掘进机为了 200kw以上。截割头转速一般为了2050r/min，截割速度为 1 2m/s，截割力为 100200KN，经济截割强度达 100124Mpa。现代全断面掘进机则采用大直径盘形滚刀，加大推力和刀盘驱动功率，截割强度达 300Mpa。（2）提高可靠性 由于地质条件下复杂多变，掘进机工作时承受交变的冲击负荷，且磨损和腐蚀严重。井下环境恶劣，检修不便，因此要求通过完善的设计、制造、使用和良好的维护，实现掘中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 2 进机较长的无故障工作时间及较高的可靠性。（3）提高机电一体化程度 为避免掘进机中出现超挖，采用现代控制技术,包括推进方向的控制（控制和纠正掘进机与标准位置的平行偏差和角度偏差）,断面尺寸控制,截割电动机功率自动调节,掘进机工况监测和故障诊断。（4）研究新刀具和新的截割技术 为增强截割能力，提高刀具的使用寿命，应采用新材料，改进刀具结构，研究新的截割技术。利用高压水射流撞击、侵蚀、液压楔等作用，作为辅助截割。研究冲击转矩通过截齿作用到煤岩上，达到破碎硬岩的目的。（5）发展掘锚机组，实现巷道快速掘进 传统型式的悬臂式部分断面掘进机不能实现支护工作的机械化，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率。装有较长的横滚筒和锚杆钻机的掘锚机组，既能快速掘进，以能同时支护顶板和侧帮，实现掘、装、运、支平行作业，一次成巷，可提高掘进速度和工效，并能离机自动操作。掘锚机组是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景。1.3 掘进机的工作原理 掘进机行走机构的工作原理：液压马达依靠液压泵送来的高压油旋转，与其联接的减速机构减速得到低转速大扭矩，液压马达、减速机构和链轮做成一个整体，液压马达的转动带动驱动轮（链轮）旋转，链轮的轮齿和履带的链轨销咬合，从而实现掘进机在履带上爬行。同时导向轮起到导向作用，导向轮和张紧油缸一起作用对履带的松紧进行调节，支重轮起到对车身支撑作用，拖轮主要是支撑履带。在设计和装配过程中，必须保证驱动轮、引导轮、支重轮、拖轮四轮一线。悬臂式巷道掘进机的行走机构，需要满足驱动机体前进、后退以及左右转弯调动的工作要求，所以履带式行走机构的左、右履带装置都采用分别单独驱动的传动方式。掘进机行走速度的调节是通过两液压泵的合流与否来实现的。掘进机前进、后退时，左、右液压马达同时驱动链轮带动履带运转。当掘进机要转弯时，可以单独驱动转弯方向的另外一侧液压马达，而使转弯一侧的液压马达停止运转，或者可以采用以相反方向分别驱动左右液压马达的方法，使机体急转弯。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 3 2 设计任务及相关参数 2.1 履带式半煤岩掘进机行走部设计 主要参考参数和要求：机身长：885m 宽：222m 高：15155m 卧底深度：245mm 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：1820m2 最大可掘高度：3754m 最大可掘宽度：5m 龙门高度：350400mm 刮板速度：0910m/s 运输形式：边双链 履带宽度：2300mm 行走速度：3m/min（工作）6m/min（调动）额定电压：1140/660v（1）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）完成行走部总体结构设计；（3）完成行走部两级 2K-H 传动件速装置设计；（4）行星传动主要组件、零件图设计及零件加工工艺编制；（5）编写完成整机设计计算说明书、中英文翻译，可有专题论述。2.2 主要技术参数（1）总体参数 机 长：8486m 机 宽：22m 机 高:1547m 截割卧底深度：245mm 总 功 率：190kW 可经济截割煤岩硬度：60MPa 可掘巷道断面：1820m2 最大可掘高度：375m 最大可掘宽度：50m 适应巷道坡度：16 机器供电电压：660/1140V（2）截割部 电动机：型 号：YBUS2-120 功 率：120KW 转 速：1478r/min 截割头：转 速：53r/min 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 4 截 齿：镐形 最大摆动角度：上：42 下：31 左右各 39（3）装载部 装载形式 三爪转盘 装运能力 180m3/h 铲板宽度 25m/28m 铲板卧底 250mm 铲板抬起 360mm 转盘转速 30r/min（4）刮板输送机 运输形式 边双链刮板 槽 宽 510mm 龙门高度 390mm 链 速 093m/s 锚链规格 1864mm 张紧形式 黄油缸张紧（5）行走部 行走形式 履带式（液压马达分别驱动）行走速度 工作 3m/min 调动 6m/min 接地长度 246m 制动形式 摩擦制动器 履带板宽度 500mm 张紧形式 黄油缸张紧（6）液压系统 系统额定压力：油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 装载回路 14Mpa 输送机回路 14Mpa 转载机回路 10MPa 锚杆钻机回路 10MPa 系统总流量：450 L/min 泵站电动机：型号 YB250M-4 功率 55kW 转速 1470 r/min 泵站三联齿轮泵流量 50/50/40ml/r 泵站双联齿轮泵流量 63/40ml/r 锚杆泵站电动机：型号 YB160L-4 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 5 功率 15kW 转速 1470 r/min 锚杆泵站双联齿轮泵流量 32/32ml/r 油箱：有效容积 610L 冷却方式 板翅式水冷却器 油缸数量：8 个（7）喷雾冷却系统 灭尘形式 内喷雾、外喷雾 供水压力 3MPa 外喷雾压力 15MPa 流 量 63L/min 冷却部件 切割电动机、油箱（8）电气系统 供电电压 660/1140V 总 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本质安全型 控制箱 隔爆型 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 6 3 总体结构选型与设计 掘进机是具有截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾降尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。本次设计采用部分断面掘进机，一般适用于单轴抗压强度小于 60MPa 的煤、煤岩、软岩水平巷道，但大功率掘进机也可用于单轴抗压强度达 200MPa 的硬岩巷道，一次仅能截割断面一部分，需要工作机构多次摆动，逐次截割才能掘出所需断面，断面形状可以是矩形、梯形、拱形等多种形状，其中悬臂式掘进机在煤矿使用普遍。悬臂式掘进机由截割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电控系统和喷雾降尘系统等组成，各部分作用为：（1）截割机构 由截割头、悬臂和回转座组成的破煤（岩）机构。电动机通过减速器驱动截割头旋转，利用装在截割头上的截齿破碎煤岩。截割头纵向推进力由行走履带（或伸缩悬臂的推进液压缸）提供。升降和回转液压缸使悬臂在垂直和水平方向摆动，以截割不同部位的煤岩，掘出所需形状和尺寸的断面。（2）装运机构 由装载机构和中间输送机两部分组成。电动机经减速后驱动刮板链和扒爪或星轮，将截割破碎下来的煤岩集中装载、转运到掘进机后面的转载机或其他运输设备中，运出工作面。（3）行走机构 驱动掘进机前进、后退和转弯并能在掘进作业时使机器向前推进。（4）液压系统 由液压泵、液压马达、液压缸、控制阀及辅助液压元件等组成，用以提供压力油，控制悬臂上下移动，驱动装运机构中间输送机、集料装置及行走机构的驱动轮，并进行液压保护。（5）电气系统 向掘进机提供动力，驱动掘进机上的所有，同时也对照明、故障显示、瓦斯报警等。（6）喷雾降尘系统 为降低掘进机在作业中产生的粉尘而装备的设施，有喷雾降尘系统两种形式。喷雾降尘系统由内、外喷雾装置组成，用以向工作面喷射水雾，达到降尘的目的。3.1 掘进机的选型 3.1.1 工作机构的型式选择 部分断面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，由于后两种截割中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 7 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。3.1.2 装载机构的型式选择 部分断面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。3.1.3 输送机构的型式选择 部分断面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。3.1.4 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：中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 8（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。3.1.5 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，部分断面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。3.1.6 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：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。（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。3.1.7 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 f8（抗压强度在 80100MPa 以上），掘进机效率明显降低，截齿消中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 9 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。41。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 400 经验表明，对煤辅助切割作用的最低压力约 40MPa，对岩石的最低水压为 70MPa 左右。在掘进机上安装的高压水细射流系统为：外来水经过控制阀、滤水器进入增压器，压力增高后的高压水进入悬臂端的旋转密封，由截割头上安装的数个喷嘴喷射出去。增压器由液压油驱动，可提供 70MPa 以上的压力水，旋转密封装置装在截割头转轴处，保证截割头处的水压和水量，喷嘴的直径根据水压和流量选取。在掘进机的截割头上，喷嘴安装位置有 3 种：装设在截齿前方。优点是截齿和齿座为通常型，成本低；喷嘴安装位置不受限制，可选用标准喷嘴；更换截齿或喷嘴互不影响，便于维修；不存在岩粒回弹损坏喷嘴问题；但喷嘴因水束流程远，打击岩石的力较小，能耗高、水耗大，破岩效率不佳。安装在截齿上靠近齿尖处。优点是冷水通过齿座和齿身对截齿的冷却效果好，可延长截齿寿命；喷嘴靠近煤岩体，破岩效果好；除尘和扑灭火的效果也很好。缺点是需用专用的截齿和齿座，其结构复杂，制造成本高；喷嘴离煤岩体近，回弹的岩粒会加速喷嘴的损坏。喷嘴装在齿座上。当截齿与煤岩体接触才喷水的方式，齿不工作时不喷射，可节省水；除尘和扑灭火花的效果好。缺点是在截割软煤时不射流；水射流破岩作用滞后于齿尖的切割作用；齿和齿座结构复杂，制造成本高，事故多，维修量大。应用高压水细射流辅助切割技术，是扩大掘进机的使用范围、提高掘进速度的最佳途径，但其系统形式、水压和流量，及其零件的结构尺寸要根据煤岩体性质合理地确定。3.2 掘进机机械械液压部他分设计 3.2.1 特点、主要用途及适用范围 本次设计的机型为悬臂式半煤岩掘进机，适应巷道断面 918m、坡度16、可经济切割单向抗压强度 60MPa 的煤岩，属中型悬臂式掘进机该机主要特点是结构紧凑、适应性好、机身矮、重心低、操作简单、检修方便。该悬臂式掘进机主要是为煤矿综采及高档普采工作面采准巷道掘进服务的机械设备。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。该机可经济切割单向抗压强度 60MPa 的煤岩，可掘巷道最大宽度（定位时）5m，最大高度 3。75m，可掘任意断面形状的巷道，适应巷道坡度16。该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机，实现连续运输，以利于机器效能的发挥。3.2.2 主要结构和工作原理 掘进机主要由截割部、装载部、刮板输送机、行走部、机架和回转台、液压系统、水系统及电气系统等部分组成，参见图1 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 10 图 1 整机系统图 1-截割部 2-装载部 3-刮板输送机 4-机架和回转台 5-履带行走部 6-油箱 7-操作台 8-泵站 9-电控箱 10-护板（1）截割部 截割部又称工作机构，结构如图 2 所示，主要由截割电机、叉形架、二级行星减速器、悬臂段、截割头组成。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 11 图 2 截割机构 1-截割头 2-悬臂段 3-二级行星减速器 4-齿轮联轴节 5-叉形架 6-截割电机 7-电机护板 截割部为二级行星齿轮传动。行星减速器结构如图 3 所示，由 120kW 的水冷电动机输入动力，经齿轮联轴节传至二级行星减速器，经悬臂段，将动力传给截割头，从而达到破碎煤岩的目的。整个截割部通过一个叉形框架、两个销轴铰接于回转台上。借助安装于截割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装于回转台与机架之间的两个回转油缸，来实现整个截割部的升、降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。（2）装载部 装载部结构如图 4 所示，主要由铲板及左右对称的驱动装置组成，通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪转盘向内转动，从而达到装载煤岩的目的。装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板左右升降油缸铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上、下摆动，可向上抬起 360mm，向下卧底 250mm。当机器截割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的截割稳定性。（3）刮板输送机 刮板输送机结构如图 5 所示，主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等（改向轮组装在装载部上）组成。刮板输送机位于机器中部，前端与主机架和铲板铰接，后部托在机架上。机架在该处设有可拆装的垫块，根据需要，刮板输送机后部可垫高，增加刮板输送机的卸载高度。刮板输送机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧是通过在输送机尾部的张紧油缸来实现的。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 12 图 4 装载部 铲板体 2-刮板输送机改向链轮组 3-三爪转盘 4-驱动装置 图 5 刮板输送机 1-机前部 2-机后部 3-边双链刮板 4-张紧装置 5-驱动装置 6-液压马达（4）行走部 掘进机行走机构的工作原理：液压马达依靠液压泵送来的高压油旋转，与其联接的减速机构减速得到低转速大扭矩，液压马达、减速机构和链轮做成一个整体，液压马达的转动带动驱动轮（链轮）旋转，链轮的轮齿和履带的链轨销咬合，从而实现掘进机在履带上爬行。同时导向轮起到导向作用，导向轮和张紧油缸一起作用对履带的松紧进行调节，支重轮起到对车身支撑作用，拖轮主要是支撑履带。在设计和装配过程中，必须保证驱动轮、引导轮、支重轮、拖轮四轮一线。悬臂式巷道掘进机的行走机构，需要满足驱动机体前进、后退以及左右转弯调动的工作要求，所以履带式行走机构的左、右履带装置都采用分别单独驱动的传动方式。掘进机行走速度的调节是通过两液压泵的合流与否来实现的。掘进机前进、后退时，左、右液压马达同时驱动链轮带动履带运转。当掘进机要转弯时，可以单独驱动转弯方向的另外一侧液压马达，而使转弯一侧的液压马达停止运转，或者可以采用以相反方向分别驱动左右液压马达的方法，使机体急转弯。行走机构是掘进机非常重要的部件之一，行走性能的好坏关键在于其传动系统的计算和设计和履带板的设计。行走机构一般采用履带型式，两条履带分别由各自的动力来驱动，可实现原地转向。履带的驱动动力有电动机和液压马达两种，电动机驱动一般只置一种行中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 13 走速度，液压马达驱动可采用低速大扭矩马达直接带动履带链轮，或采用中速液压马达+减速器带动履带链轮的传动方式，它可实现无极调速。履带结构型式有滑动和滚动两种，当机器调动速度10m/min 的中、轻型掘进机，宜采用滑动结构型式；当机器的调动速 度10m/min 的重型、特重型掘进机，应采用滚动结构型式。本次设计的掘进机采用履带式行走机构。左、右履带行走机构对称布置，分别驱动。各由 10 个高强度螺栓（M302、109 级）与机架相联。左、右履带行走机构各由液压马达经三级圆柱齿轮和二级行星齿轮传动减速后，将动力传给主动链轮，驱动履带运动。现以左行走机构为例，说明其结构组成及传动系统。如图 6、图 7 所示，左行走机构主要由导向张紧装置、左履带架、履带链、左行走减速器、液压马达、摩擦片式制动器等组成。摩擦片式制动器为弹簧常闭式，当机器行走时，泵站向行走液压马达供油的同时，向摩擦片式制动器提供压力油推动活塞，压缩弹簧，使摩擦片式制动器解除制动。本机工作行走速度为 3m/min，调动行走速度为 6m/min。通过使用黄油枪向安装在导向张紧装置油缸上的注油嘴注入油脂，来完成履带链的张紧（油缸张紧行程 120mm），调整完毕后，装入适量垫板及一块锁板，拧松注油嘴螺塞，泄除油缸内压力后再拧紧该螺塞，使张紧油缸活塞不承受张紧力。（5）机架和回转台 机架是整个机器的骨架，其结构如图 8 所示。它承受着来自截割、行走和装载的各种载荷。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架联接，机架为组焊件。回转台主要用于支承、联接并实现切割机构的升降和回转运动。结构如图 8 所示。回转台座在机架上，通过大型回转轴承用止口、36 个高强度螺栓与机架相联。工作时，在回转油缸的作用下，带动切割机构水平摆动。截割机构的升降是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降油缸实现的。左、右后支撑腿是各通过后支撑油缸及销轴分别与后机架连接，它的作用有四：1）切割时使用，以增加机器的稳定性；2）窝机时使用，以便履带下垫板自救；3）履带链断链及张紧时使用，以便操作；4）抬起机器后部，以增加卧底深度。图 6 左履带行走机构 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 14 1-导向张紧装置 2-履带架 3-履带链 4-行走减速器 5-行走液压马达 6-摩擦片式制动器 图 7 左行走减速器 图 8 掘进机机架 1-回转台 2-前机架 3-后机架 4-后支撑腿 5-转载机连接板（6）液压系统 本机除截割头的旋转运动外，其余各部分均采用液压传动。系统主泵站由一台 55kW 的电动机通过同步齿轮箱驱动一台双联齿轮泵和一台三联齿轮泵（转向相反），同时分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路、皮带转载机回路供压力油，主系统由五个独立的开式系统组成。该机还设有液压锚杆钻机泵站，可同时为二台锚杆钻机提供压力油，另外系统还设置了文丘里管补油系统为油箱补油，避免了补油时对油箱的污染。液压系统原理如图 9 所示。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 15 图 9 液压系统原理图 1）油缸回路 油缸回路采用双联齿轮泵的后泵（40 泵）通过四联多路换向阀分别向 4 组油缸（截割升降、回转、铲板升降、支撑油缸）供压力油。油缸回路工作压力由四联多路换向阀阀体内自带的溢流阀调定，调定的工作压力为 6MPa。截割机构升降、铲板升降和后支撑各两个油缸，它们各自两活塞腔并接，两活塞杆腔并接。而截割机构两个回转油缸为一个油缸的活塞腔与另一油缸的活塞杆腔并接。为使截割头、支撑油缸能在任何位置上锁定，不致因换向阀及管路的漏损而改变其位置，或因油管破裂造成事故，以及防止截割头、铲板下降过速，使其下降平稳，故在各回路中装有平衡阀。2）行走回路 行走回路由双联齿轮泵的前泵（63 泵）向两个液压马达供油，驱动机器行走。行走速度为 3m/min；当装载转盘不运转时，供装载回路的 50 泵自动并入行走回路，此时的两个齿轮泵（63 泵和 50 泵）同时向行走马达供油，实现快速行走，其行走速度为 6m/min。系统工作压力为 16MPa。回路工作压力由装在两联多路换向阀阀体内的溢流阀调定。注意：根据该机器液压系统的特点，行走回路的工作压力调定时，必须先将装载转盘开动。快速行走时，由于并入了装载回路的 50 泵，其系统工作压力为 4Mpa。通过操作多路换向阀手柄来控制行走马达的正、反转，实现机器的前进、后退和转弯。注意：机器要转弯时，最好同时操作两片换向阀（即使一片阀的手柄处于前进位置，另一片阀手柄处于后退位置）。除非特殊情况，尽量不要操作一片换向阀来实现机器转弯。防滑制动是用行走减速器上的摩擦制动器来实现。制动器的开启由液压控制，其开启压力为 中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 16 3MPa。制动油缸的油压力由多路换向阀控制。行走回路不工作时，制动器处于闭锁状态。3）装载回路 装载回路由三联齿轮泵的前泵（50 泵），通过一个齿轮分流器分别向 2 个液压马达供油，用一个手动换向阀控制马达的正、反转。该系统的工作压力为 14Mpa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。齿轮分流器内的两个溢流阀的调定压力均为 16MPa。该阀的压力是通过专用的液压实验台调定的。注意：该溢流阀的调定压力在机器出厂时已经调节好，在机器使用过程中不允许调节压力。4）输送机回路 输送机回路由三联齿轮泵的中泵（50 泵）向一个（或两个）液压马达供油，用一个手动换向阀控制马达的正、反转。系统工作压力为 14MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。5）转载机回路 转载机回路由三联齿轮泵的后泵（40 泵）向转载马达供油，通过一手动换向阀控制马达的正反转。系统工作压力为 10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。6）锚杆钻机回路 锚杆钻机回路由一台 15kW 电机驱动一台双联齿轮泵，通过二个手动换向阀可同时向两台液压锚杆钻机供油。系统工作压力为 10MPa，通过调节换向阀体上的溢流阀来实现。7）油箱补油回路 油箱补油回路由两个截止阀、文丘里管和接头等辅助元件组成，为油箱加补液压油。如图 10 所示，补油系统并接在锚杆钻机回路的回油管路上（若掘进机不为锚杆钻机提供油源，则补油系统并接在运输回路或转载机回路的回油管路上）。当需要向油箱补油时，截止阀关闭，截止阀开启，油液经过文丘里管时，在 A 口产生负压，通过插入油筒 5 内的吸油管吸入，将油补入油箱。在补油系统不工作时，务必将截止阀关闭，截止阀开启。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 17 图 10 补油回路原理图 1-换向阀 2-截止阀 3-截止阀 4-文丘里管 5-装油容器 6-油箱 7-锚杆电机 8-双联齿轮泵 8）几种主要液压元件的选型设计 吸油过滤器 为了保护油泵及其它液压元件，避免吸入污染杂质，有效地控制液压系统污染，提高液压系统的清洁度，在油泵的吸油口处设置了两个吸油过滤器，该过滤器为精过滤。当更换、清洁滤芯或维修系统时，只需旋开滤油器端盖（清洗盖），抽出滤芯，此时自封阀就会自动关闭，隔绝油箱油路，使油箱内油液不会向外流出。这样使清洗、更换滤芯及维修系统变得非常方便。另外，当滤芯被污染物堵塞时，设在滤芯上部的油路旁通阀就自动开启，以避免油泵出现吸空等故障，提高液压系统的可靠性。回油过滤器 为了使流回油箱的油液保持清洁，在液压系统中设置了两个回油过滤器，该过滤器为粗过滤，位于油箱的上部。当滤芯被污染物堵塞或系统液温过低，流量脉动等因素造成进出油口压差为 035MPa 时，压差发讯装置便弹出，发出讯号，此时应及时更换滤芯或提高油液温度。更换滤芯时，只需旋开滤油器滤盖（清洗盖）即可更换滤芯或向油箱加油。若未能及时停机更换滤芯时，则设在滤芯下部的旁通阀就会自动开启工作（旁通阀开启压力为 04MPa，以保护系统。四联手动换向阀 四联手动换向阀，主要由进油阀、多路换向阀、回油阀三部分组成。进油阀有压力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之间装有阀组总溢流阀。换向阀部分是由阀体和滑阀组成，滑阀的机能均为 Y 型，阀体为并联型，因此，既可以分别操作又可以同时操作，当同时操作时工作速度减慢。当滑阀处于中位时，油泵通过阀组卸荷。为了防止工作腔的压力油向 P 腔倒流，设置了单向阀。油缸本次设计中机器有四组油缸，共八根。截割机构升降油缸、回转油缸、铲板升降油缸和后支撑油缸各两根，结构形式均相同，其中铲板升降油中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 18 缸和后支撑油缸通用。油箱 本液压系统采用封闭式油箱（见图 11），采用 N68 号抗磨液压油。油箱采用二级过滤，设置了两个吸油过滤器和两个回油过滤器，有效地控制了油液的污染，并采用文丘里管补油，进一步降低了油液的污染。油箱上还配有液位液温计，当液位低于工作油位或油温超过规定值（70）时，应停机加油或降温。油箱冷却器采用了热交换量较大的板翅式散热器，总热交换量 40000kcal/h，以保障系统正常油温和粘度的要求。图 11 油箱 1-吸油过滤器 2-冷却器 3-油箱体 4-液位液温计 5-回油过滤器 六点压力表 按操纵台标牌表明的位置接好油管。旋转压力表表盘，其指针所指的位置即为标牌表明的回路的工作压力。内、外喷雾冷却除尘系统 本系统主要用于灭尘、冷却掘进机切割电机及油箱，提高工作面能见度，改善工作环境，内、外喷雾冷却除尘系统如图 12 所示。水从井下输水管通过过滤器粗过滤后进入总进液球阀，一路经减压阀减压至 1。5MPa 后，冷却油箱和切割电机，再引至前面雾状喷嘴架处喷出。另一路不经减压阀的高压水，引至悬臂段上的内喷雾系统的雾状喷嘴喷出，当没有内喷雾时，此路水引至叉形架前方左右两边的加强型外喷雾处的线型喷嘴喷出。内喷雾配水装置安装在悬臂段内，8 个线型喷嘴分别安装在截割头的齿座之间；外喷雾喷雾架固定在悬臂筒法兰上，安装有 10 个雾状喷嘴；加强型外喷雾的喷雾架固定在叉形架前端，安装有 8 个线型喷嘴。中国矿业大学 2014成人教育本科毕业设计 19 图 12 水系统原理图 1-Y 型过滤器 2-球阀 3-减压器 4-耐震压力表 5-油箱冷却器 6-球阀 7-雾状喷嘴 8-线型喷嘴图 润滑 正确的润滑可以防止磨损、防止生锈和减少发热，如经常检查机器的润滑状况，就可以在机器发生故障之前发现一些问题。比如，水晶状的油表示可能有水，乳状或泡沫状的油表示有空气；黑色的油脂意味着可能已经开始氧化或出现污染。润滑周期因使用条件的差异而有所不同。始终要使用推荐的润滑油来进行润滑，并且在规定的时间间隔内进行检查和更换，否则，就无法给机器以保障，因而导致过度磨损以及非正常停机检修。润滑油的更换：在最初开始运转的三百小时左右，应更换润滑油。由于在此时间内，齿轮