矿大毕业设计-履带式半煤岩掘进机的设计(版本2).pdf

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1、摘 要 本设计的主要目的是：掌握一般机械产品设计的方法及规律；掌握横轴式截割部的设计步骤。本设计内容为履带式半煤岩掘进机设计。在此，主要进行了掘进机的整体功能设计和掘进部的结构设计。在整体设计中，本设计主要对掘进机的装载系统、物料输送系统、行走系统、液压系统，以及机架和回转台等主要系统和部件进行功能设计，确定其主要的功能参数。本设计对掘进部进行了详细的设计、计算。本掘进机采用横轴式掘进部。在设计中，主要对掘进部中的支撑架，掘进部的减速器等进行了详细的设计、计算；对掘进头进行了功能设计。本掘进部设计的主要特点是：（1）用三级齿轮传动加惰轮的方式增加了掘进部的长度，满足了掘进部的长度要求，并且避免

2、了最后一级齿轮因直径过大而和掘进头产生干涉。（2）第一级使用锥齿轮传动，满足了横轴式掘进部需要改变传动方向的要求。此外，本设计还对半煤岩掘进机的特点和发展概况进行了简单介绍，对掘进机拆运安装和调整，掘进机的井下组装以及掘进机的检修和维护保养作了简单介绍。关键词：掘进机；截割部；减速器 目 录 1 前言.1 1.1设计背景和目的.1 1.2 掘进机发展概括.1 1.3 掘进机技术发展趋势.2 1.4 我国掘进机发展中所要解决的主要问题.3 1.5 掘进机主要机构介绍.3 1.5.1 工作机构的型式选择.4 1.5.2 装载机构的型式选择.4 1.5.3 输送机构的型式选择.5 1.5.4 转载机

3、构的型式选择.5 1.5.5 行走机构的型式选择.5 1.5.6 除尘装置的型式选择.6 1.5.7 高压水细射流辅助切割技术.6 1.6 本掘进机主要特点.7 2 设计任务及相关参数.7 3 总体设计.8 3.1 概述.8 3.1.1 特点.8 3.1.2 主要用途、适用范围.8 3.2 主要技术参数.8 3.3 主要结构和工作原理.10 3.3.1 截割部.11 3.3.2 装载部.12 3.3.3 刮板输送机.12 3.3.4 行走部.13 3.3.5 机架和回转台.14 3.4 液压系统.15 3.4.1 油缸回路.15 3.4.2 行走回路.16 3.4.3 装载回路.16 3.4.

4、4 输送机回路.16 3.4.5 转载机回路.16 3.4.6 锚杆钻机回路.16 3.4.7 油箱补油回路.16 3.4.8 几种主要液压元件的选型设计.17 3.5 内、外喷雾冷却除尘系统.18 4 润滑.19 5 截割部总体结构设计.19 5.1 电动机的选型.19 5.1.1 电机参数.19 5.1.2 电机外形图.20 5.2 截割头的结构设计.20 5.3 截割部减速器传动机构设计.21 5.3.1 传动装置传动比的确定.21 5.3.2 传动系统的运动和动力参数.22 5.3.3 第一级锥齿轮传动计算.23 5.3.4 第二级斜齿轮传动计算.27 5.3.5 第三级齿轮传动计算.

5、31 5.4 轴的设计计算.35 5.5 轴承的校核.38 5.6 键的校核.39 5.7 减速器箱体的设计.39 5.8 掘进部后支撑架的设计.40 6 电气部分.40 6.1 系统的组成.40 6.2 系统的结构.41 6.3 电控箱的主要技术参数.42 6.4 工作原理.43 6.4.1 主回路部分.43 6.4.2 电源部分.43 6.4.3 控制单元.43 6.4.4 保护单元.44 7 掘进机的安装和调整.44 7.1 机器的拆卸和搬运.44 7.2 掘进机的井下组装.45 7.3 机器的井下调试.46 7.4 机器的调整.46 8 掘进机的检修和维护保养.47 8.1 机器的日常

6、维护和保养.47 8.2 机器的定期维护和保养.48 8.3 机器的润滑.49 附录.50 总结.54 参考文献.54 1 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。1.1 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、

7、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 掘进机发展概括：悬臂式掘进机发展至今大致经历了以下四个阶段:第一阶段:40 年代末期到 60 年代中期,悬臂式掘进机从无到有,逐渐发展成能将截割、装运、行走等功能集于一体的联合机组，并在煤巷掘进中应用获得成功。在这个阶段应用的机组为第一代机型，其特点是机器重量在 15t 左右，截割功率 30kw 左

8、右，主要用于软煤巷道掘进，代表机型有原苏联的3和匈牙利的5F等。第二阶段：60 年代中期到 70 年代末期，这个阶段煤巷掘进机发展迅速，机器的性能不断提高，大量掘进机被用于煤巷掘进中。这个阶段的机型为第二代机型，其特点是：煤巷掘进技术性能日趋完善成熟，适用范围扩大，部分截割功率大的机型有过断层和截割夹矸的能力，可截割硬度 f10 的煤岩，其代表机型有 AM-85、AM-105、E200、E250、S200-50 等。我国悬臂式掘进机的研制从 1965 年引进前苏联3型掘进机开始并由设计、制造、使用单位共同参与生产了一些小型掘进机，用于煤巷掘进，但发展不快。从1979 年开始，我国大量从英国、德

9、国、奥地利、日本、前苏联、匈牙利等国引进掘进机，品种约20 多种，数量超过 200 台，对我国煤矿巷道机械化掘进起到了推动和促进作用。自 70 年代中期以来，我国先后研制出 EL-90、EMS-75、EBJ-110、ELMB-75B、EZ-75、EBJ-132、EBH-132 等机型；另外，从引进的掘进机中经过筛选，引进技术，分别生产出 AM-50、S-100 型掘进机，其中有些机型已批量生产，在煤矿中推广使用。目前，我国已形成了掘进机研究、设计、制造、使用骨干队伍，为掘进机的进一步发展创造了有利条件。1.3 掘进机技术发展趋势 悬臂式掘进机工作条件恶劣，工作场地狭窄，外形尺寸受到严格限制，机

10、器结构也比较复杂，涉及机械、电气、液压、材质、工艺、冷却、除尘等一系列技术领域。随着高产高效日产万吨以上综采工作面的出现，要求掘进速度必须大大加快，掘进机的性能更加完善。当前悬臂式部分断面掘进机技术发展有以下一些特点，并面临连续采煤机的挑战。不断扩大适用范围，具有在复杂条件下正常工作的性能。国外新型掘进机的截割功率及重量都在增加，截割能力不断提高，截割硬度可达100MPa 以上，不仅可截割硬煤、半煤岩、还可在钾矿、盐矿及隧洞等工程中应用。部分重型掘进机在不移位的情况下，截割断面可达 35422m，所掘断面形状除拱形、梯形、矩形外，有的机型配上掩护盾还可掘圆形断面。另外，掘进机的爬坡能力也在提高

11、，多数都在纵向16的破上可靠地工作；履带也有加宽趋势，在机器加重后，不会过于增大对巷道底板比压，以扩大适用范围。进一步提高可靠性。掘进机的工作对象主要是煤岩及部分矿物，工作时振动冲击都很大，因此要求其在井下能长期连续工作。例如，英国对截割减速箱设计寿命制定的标准是 50000h，并通过试验进行严格考核。在液压、电气元部件的选用上，要进行严格筛选，许多重要及关键元件都选用世界名牌产品，而且在性能参数方面都具有比较的安全储备，一般常是实际工作工况参数的 2 倍。在制造时，所选用的是优质材料，其强度等性能都很好，另外在设计过程中，尽量采用独立部件或组件，便于拆装检修。提高机电一体化程度。现代掘进机采

12、用新型实用技术，使掘进机的性能更加完善。探索新的截割技术。70 年代初，美国将高压水细射流引入悬臂式掘进机，作为辅助截割，即在截齿为主要截割的同时，充分利用高压水射流撞击、侵蚀、液压楔等作用，达到破碎坚硬岩石的目的。德国在实验室做过试验，在水压为 150180MPa 时，就有辅助切割作用，并用压力为 200MPa 的高压水射流（动力为 350kw）配合平均截割功率 120kw的截割头，就有截割坚硬的岩石。这种岩石如果用截割功率 470kw 的重型掘进机截割，则很不经济，甚至无法截割。但用高压水射流，尤其当其压力大于 200MPa 以上时，其元件研制的难度很大，回转密封等问题也不易解决，研制费用

13、也很高，因而近几年发展不快。另外，俄罗斯图拉工业技术大学帕烈湟尔等教授研制出冲击扭矩截割技术，其工作原理是在原掘进机截割头传动系统变动不大的基础上，加了一套冲击扭矩加载机构，使截割头在正常截割的同时，又得到每分钟 3000 次的冲击扭矩，通过截齿作用到煤岩上。根据俄罗斯改装的样机试验的结果，改装后的掘进机能掘 f=78 的煤岩，生产率提高30%35%。提高掘进机综合配合能力。当前掘进机利用率低，没有充分发挥作用，在很大程度上与综合配套能力低、配套不完善有关。掘进系统中的主要配套环节，包括支护、转载、运输、供电、供水、通风、降尘等。其中，支护与辅助运输工作量最大，占时间最多，若不解决好这两个环节

14、中存在的问题，掘进机的潜力约有一半不能发挥。为了缩短支护时间，当顶板中等稳定时，常用机载锚杆钻机打锚杆支护；而顶板条件差时，掘进一架棚距后必须紧跟着架一架棚子或打一排锚杆，严格控制空顶距，截割与支护不能平行作业。国外用单轨吊运送支护材料，用各种机械扳手拧螺母，而国内多用人工，有时用掘进机上的托梁器协助架棚。为了实现掘进与支护平行作业，运用超前液压支架或主机自带盾牌式掩护支护，但使用效果均不理想，所以直至现在解决迎头临时支护设备仍是各国研制的主要目标。在辅助运输方面，国外主要运用单轨吊或无极绳卡轨车。在煤岩运输方面，通常采用桥式转载机，后配带式输送机，有条件的还设置了活动煤仓。目前转载机只转载煤

15、岩外运，功能比较单一，正在研制自移式转载机，功能将增加。通风除尘方面，在巷道内或主机上设置干式布袋除尘装置，配合内外喷雾综合防尘。英国用空气幕隔离方式，保护工作面的操作人员。国内采用伸缩风筒实现抽出式通风。供电方面，英国有一种线路电压补偿器，可解决供电距离在 3km 以内起动电压下降过大的问题，另外应提高掘进电压等级，逐步实现 1140v 供电。1.4 我国掘进机发展中所要解决的主要问题 虽然我国掘进机的发展取得了一些非常大的成就，但我国掘进机的发展还存在一些主要的问题需要解决。1)提高掘进机的装机功率，以使掘进机的效率和适应性更大。2)解决机器的调向和纠偏的控制问题。3)设计新型结构的交叉轴

16、承，以提高掘进机关键部位的可靠性和使用寿命。4)传动机构的研制，应采用质量轻、结构紧凑、效率高的行星摆线减速机构，或其它的新型齿轮传动。5)采用新的控制系统和保护系统，保证机器工作的准确、灵活、安全和可靠。6)研制新型结构，要适应井下拆装、运搬、前进、后退灵活的要求，便于操作使用。7)可适应复杂地质条件，考虑配备液压掩护支撑板，锚杆钻孔和超前钻孔等设备，便于支护，以保证安全作业和防止机组下沉。8)机组用于井下，应考虑电器防爆和尽量不采用气割，电焊等措施。9)进一步改进湿式集尘器，以解决除尘、集尘以及刀具的合理冷却等问题。10)研究新的转载出碴和后配套运输设备，保证高速掘进的排碴输送。总之，为了

17、提高岩巷掘进的机械化水平，必须努力在破岩理论和截割阻力计算方面，以及采用滚压式，冲击式的工作原理方面，进行深入的研究和探索，加强实验和测试工作；努力搞好液压、电气元件的研制工作，设计制造出适合我国岩巷情况的巷道掘进机，1.5 掘进机主要机构介绍 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。1.5.1工作机构的型式选择 半煤

18、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

19、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

20、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。1.5.2 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)

21、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

22、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。1.5.3 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

23、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.1.5.4 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：作为机器的一部分；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：用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；由电动卷筒驱动主动卷筒；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

24、用电动机或液压马达。1.5.5 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

25、，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。1.5.6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

26、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。1.

27、5.7 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 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 0.41.0mm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1.1所示。附表 1.1 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 0.5 0.520 20140 140400

28、 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，

29、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

30、零件的结构尺寸要根据煤岩体性质合理地确定。1.6 本掘进机主要特点：1 机身矮，结构紧凑，可靠性高，适用于中等断面巷道掘进；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 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；4 采用无支重轮履带行走机构，性能可靠，维护量小；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；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 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；8 电器系统采用

31、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。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。2 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：88.5m 宽：22.2m 高：1.51.55m 卧底深度：245mm 装机功率：250KW 截割功率：160KW 经济截割煤岩硬度：60MPa 可掘巷道断面：1820m2 最大可掘高度：3.754m 最大可掘宽度：5m 刮板速度：0.91.0m/s 运输形式：边双链 履带宽度：2250mm 行走速度：3m/min（工作）6m/min（调动）额定电压

32、：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、完成横轴式截割部总体结构设计；3、截割部减速器三级圆锥圆柱齿轮传动机构设计；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,中英文翻译,可有专题论述.3 总体设计 3.1 概述 3.1.1 特点：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。3.1.2主要用途、适用范围：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。

33、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 主要技术参数 1 总体参数 机 长：10.371m 机 宽：3.364m 机 高:1.899m 截割卧底深度：250mm 总 功 率：250kW 可经济截割煤岩硬度：60MPa 可掘巷道断面：1820m2 最大可掘高度：3.75m 最大可掘宽度：5.0m 适应巷道坡度：16

34、 机器供电电压：660/1140V 2 截割部 电动机：型 号：YB315L1-4 功 率：160KW 转 速：1481r/min 截割头：转 速：74.6r/min 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 2.5m/2.8m 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 链 速 0.93m/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

35、6m/min 接地长度 2.46m 制动形式 摩擦离合器 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 功率 15kW 转速 1470 r/min 锚杆泵站双联齿轮泵流量 32/32ml/r 油

36、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 1.5MPa 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 250kW 隔爆形式 隔爆兼本质安全型 控制箱 隔爆型 3.3 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.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

37、10-护板 3.3.1 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、三级圆锥圆柱齿轮传动减速器、回转台和回转机构、截割头、喷雾降尘装置、起梁装置组成。图 2 截割机构 1-截割头 2-叉型架 3-三级圆锥圆柱减速器 4-弹性联轴节 5-截割电机 6-电机护板 截割部为三级圆锥圆柱齿轮传动减速器，输入轴经弹性联轴器与电动机输出轴连接，电动机输出轴通过涨套联轴器与左右截割头连接。掘进机截割减速器如图3 所示。图 3 三级圆锥圆柱齿轮减速器 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

38、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。3.3.2 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。图 4 装载部 1-铲板体 2-刮板输送机改向链轮组 3-三爪转盘 4-驱动装置 3.3.3 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

39、、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。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 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。3.3.4 行走部 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、10.9 级）与机架相联。左、右履带行走机构各由液压

40、马达经三级园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。图 6 左履带行走机构 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 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

41、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。图 7 左行走减速器 3.3.5 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。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 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

42、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。3.4 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

43、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。图 9 液压系统原理图 3.4.1 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

44、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。3.4.2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

45、并入了装载回路的 50 泵，其系统工作压力为 14Mpa。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 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。3.4.3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

46、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。3.4.4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。3.4.5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。3.

47、4.6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。3.4.7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

48、启。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 3.4.8 几种主要液压元件的选型设计(1)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

49、故障，提高液压系统的可靠性。(2)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 0.35MPa 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 0.4MPa，以保护系统。(3)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

50、 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。(4)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，其中铲板升降油缸和后支撑油缸通用。(5)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