掘进机截割头设计
煤矿掘进是煤炭生产和建设的基础工程。近年来，我国煤矿掘进机械化得到了迅速的发展，装备水平也有很大的提高，在自主创新能力上也有长足的进步。
煤炭工业是我国国民经济的主要支柱产业。在未来50年内，煤炭仍是主要的能源和战略物质，具有不可替代性，是国民经济和社会发展的保证。随着国民经济的快速发展，以及国加入WTO后，煤炭工业现代化的步伐也在加快。目前，国内掘进机发展水平相对落后，巷道掘进成为煤矿发展的一个瓶颈，制约着煤炭工业的发展。各国早期研制的悬臂式掘进机都是以煤炭为作业对象，机重在13-17吨之间、切割功率在30KW左右的轻型机，代表机型是前苏联的ЛК-3型掘进机。中期产品主要是用于切割煤系地层中的各种煤岩的中型掘进机，机重在25吨左右、切割功率50-100KW，可切岩石硬度系数f6，如英国的MKA-2400型、奥地利的AM-50型、日本的S100型等。近期产品主要是以煤系地层中的中硬度岩石为作业对象的重型机，一般机重40-80吨、切割功率150-200KW、可切岩石硬度系数f8，如英国的LH-1300型、奥地利的AM-75型、日本的S200M型掘进机等。
我国的掘进机技术开发工作始于1965年，最初是仿前苏联的ЛК-3型掘进机，1979年后，先后从日本、奥地利、英国、美国、西德、原苏联、匈牙利引进了多种型号的掘进机，通过引进日本MRH-5100-41型、奥地利AM-50等型掘进机的制造技术和先进加工设备，并进行技术转化，到1989年底，我国已自行研制成功了AM50、ELM-55、EMIA-30、EL-90、5100等6种8个型号的掘进机，使我国中小型掘进机不再依赖进口。此后，我国又开始了重型掘进机
技术开发和研制工作。1999年，煤科总院太原分院开发出了EBJ-160型掘进机，2001年，佳木斯煤机厂又完成了从日本引进S200M型掘进机的消化吸收、国产化任务。经过几代人的不懈努力，截止到目前为止，我国掘进机的开发研究在轻型及中重型上己其本达到国际先进水平，但在重型掘进机的研究上，与一些发达国家的产品还存在着一定的差距。
1 设计要求及目的
设计用途：设计符合要求的纵轴式悬臂掘进机与截割部设计。
基本要求：
1)最大掘高4.5m；
2)最大掘宽5.6m；
3)巷道坡度±16°；
4) 机高M 小于2M，机重大于45；
5)能够在煤层、半煤层下施工，切割煤岩最大单向抗压强度可达100Mpa，可切割性能指标适用切割煤岩硬度，普氏系数f小于等于8，岩石的研磨系数小于等于Mg15。
2 总体方案设计
悬臂式掘进机主要由截割、行走、装运、装载四大机构和液压、水路、电气三大系统组成，并通过主体部将各执行机构有机的组合于一体。总体方案设计主要是进行掘进机的选型和总体参数的确定。
2.1 机型的选定及主要部件的结构形式的确定
2.1.1 机型的选定
掘进机的发展方向是定型化、系列化、并向“大断面”、“高硬度”发展，掘进机的性能、外形、结构和重量应能很好地适应煤岩的性质和巷道的
尺寸。
根据任务书的要求，按行业标准MT138～1995《悬臂式掘进机的型式与参数》，MT238.3-2006《悬臂式掘进机|第3部分|通用技术条件》选定机型类别。要考虑的掘进机用途有：煤矿井下巷道的掘进、其他行业的工程作业，要考虑掘进机的工作条件：切割煤层巷、半煤层巷，煤岩的单向抗压强度(或普氏系数f值)及岩石的腐蚀系数。
特轻、轻型掘进机以掘进煤巷为主，它的特点应突出经济、灵活、方便，在截割巷道断面尺寸方面有较大的适应性。中型掘进机以掘进半煤岩巷道为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不宜过于笨重和庞大，在使用时有较大的覆盖面。重型掘进机是具有更高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。
根据设计的要求和目的，机型选择重型。基本参数应当符合表格的规定。
表2-1 掘进机型式的基本参数[6]
Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models
技术参数单位
机型
特轻轻中重超重
切割煤岩
最大单向
抗拉强度
MPa
生产能力煤，3/min
m0.6 0.8 ———煤夹矸，
3/min
m
0.35 0.4 0.5 0.6 0.6
切割机构
功率
kW 90～200 适应工作
最大坡度(绝对值)(°)
40
≤50
≤60
≤80
≤100
≤
55
≤75
≤150
>200
>
16
±16
±16
±16
±16
±
不小于
可掘巷道
断面
㎡ 5～12 6～16 7～20 8～28 10～32 机重(不包
括转载机) t
2.1.2 各部件的结构型式的确定
2.1.2.1 切割机构
切割机构主要由切割头，水冷电动机，减速器，伸缩机构和回转台等组成，具有破碎煤岩功能的机构。
(1)切割头的选择
切割头装有截齿，用语破碎煤岩的部件。切割头主要由截割头体、齿座、螺旋叶片、截齿、喷嘴及筋板等构成；螺旋叶片焊在切割头体上，沿螺旋线并按截线间距排列齿座和截齿。纵轴式掘进机切割头的形状通常有圆柱形、圆锥形、圆锥圆柱形几种。圆锥形切割头有利于钻进工作面，也能保证切割出来的巷道表面较平整，保证巷道坡度，也不会给支护工作带来麻烦[5]。所以选择圆锥形切割头。
(2)切割电动机
切割电机为外水冷式，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。切割电机的选择在根据工作条件选取，而且应当符合行业标准MT477-1996《YBU 系列掘进机用隔爆型三相异步电动机》。
(3)行星减速器
主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡20≤25≤50≤80≤80>
圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。
第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。
图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构
Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.
(4)伸缩机构
伸缩机构有内伸缩式和外伸缩式。内伸缩式结构紧凑、尺寸小、伸缩灵活方便，因此采用内伸缩式。伸缩机构由保护筒，伸缩内、外筒，花键套，密封座，主轴，轴承，隔套，旋转密封、油封等构成。位于截割头和二级行星减速器之间，通过花键联接使主轴旋转运动，带动截割头旋转，通过油缸伸缩带动伸缩部实现伸缩[5]。
图2-2 悬臂伸缩原理图
Fig.2-2 The fig of the cantilever flex
(a)外伸缩式 (b)内伸缩式
1 悬臂；
2 减速器；
3 电动机；
4 伸缩油缸；
5 滑架；
6 花键主轴；
7 内套；
8 联轴器；9 外套
(5)回转台的设计要求[5]
1)回转装置反映在切割头上的回转力和回转速度要满足切割工作要求；
2)回转台要能够承受机器工作时的各种载荷反力的作用，要有足够的刚度；
3)与悬臂配合，所具有的回转角度要满足掘进端面的要求；
4)结构紧凑、运转平稳，工作可靠。
同时回转台的设计要符合中国煤炭行业标MT475-1996《悬臂式掘进机回转支承型式基本参数和技术要求》。
2.1.2.2 装运机构
装载机构机构由铲板部分与中间刮板输送机等组成。由2台液压马达，直接驱动链轮，带动刮板链组实现物料运输[5]。
(1)铲板部
铲板部分由耙装部、减速器、耙爪等组成。装载部实现采掘下煤矿等接受采集，经过中间输送机，把煤矿输送到后续的输送带上。
铲板部有双环形刮板链式，螺旋式装载式，蟹爪式装载式，星轮式等。由于星轮式装载式结构简单，工作可靠，外尺寸小，因此选星轮式装载方式[8]。
耙装部机构采用弧形三齿星轮式，有左右两个，对称布置。
(2)中间刮板运输机
输送机构，采用刮板链式输送机，一般由机尾向机头方向倾斜向上布置。输送机构由以机头轴为主动轴时，由设置在机头的液压马达或电机，通过减速器装置驱动机头轴运转。这样机构复杂。可以设置机尾为主动轴，由设置在机尾的驱动装置，带动刮板链式输送机工作，简化结构。
采用双边链运输型式，底板呈直线形，保证运输顺畅，提高溜槽及刮板使用寿命。采用两个液压马达直接驱动链轮，带动刮板链组实现物料运输。可以适当提高龙门，减少一运运输过程中大块物料卡阻[9]。
2.1.2.3 转载机
转载机大多采用胶带输送机的形式。胶带转载机构的传动方式有三种[5]，1、由油马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；2、有电动卷筒驱动主动卷筒旋转。3、有电动机通过减速器驱动主动卷筒旋转。为了实现巷道掘进机胶带转运机构卸载端上下调高和左右摆动，以使运转的煤岩能够准确地卸如矿车或转载机中，可以在转运机构的机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，通过人力或者回转油缸，使整个转运机构的机尾绕回转台中心摆动一定的角度。
这样输送机转座与掘进机体主机架相连接，转座可以围绕立轴左右、上下摆动
20左右。设置由一台水平油缸推动。装载机后架的下部装1个升降油
缸，起支撑转载机的作用，也用来调节转载机的卸载高度。
2.1.2.4 行走机构实现形式及驱动方式
行走机构有迈步式、导轨式和履带式等几种。履带式行走机构可在底板不平或者松软的条件下工作，不需要修路等，牵引力大，机动性能好，工作可靠，调动灵活和对底板适应性好等特点[10]。采用履带式行走机构。
履带式行走机构的驱动方式有两种：电动机和液压马达。由于液压回路的种种优点，选取液压马达驱动。
2.1.2.5 冷却喷雾系统
通常掘进机的除尘方式分为喷雾式和抽出式两种。采用喷雾式除尘，用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散，使其雾化，使粉尘附在雾状水粒表面沉淀下来，以达到灭尘效果。采用内喷雾形式，在切割头上装设喷嘴，对着截齿喷射[9]。
2.1.2.6 电控系统
电控系统包括动力部分、控制部分和检测部分，电控系统必须按照煤矿井下防爆要求设计、制造、检测，必须符合GB3836-2000标准中的有关规定和要求。为了提高掘进机在作业时的安全性，操作的灵活性以及机械传动部分的故障诊断及监控功能，从实用角度考虑，装设必要的离机遥控装置、测控压力、温度、液位及关键部位的故障诊断装置[11]。
2.2 总体参数确定
根据以上设计思想及设计结果进行掘进机的总体参数确定。掘进机的总体参数，是指主要性能参数。它表示了掘进机特性的指标。掘进机的总体参数有：机重、外形尺寸、可掘断面、生产率、截深、摆动速度、切割力等[5]。
2.2.1 机器外形尺寸
根据掘进机工作环境和要求，考虑到巷道的断面和空间约束，机器高度越低越好，同时要满足行业标准，一般小断面掘进高度在1.7m 以下，大断面掘进机应低于2m 。中、重型机高度1.6～2m ，特轻型、轻型机高度1.4～1.6m 。机器固定部分的长度控制在7m 左右。机长的推荐值为：轻型机长5.7≤m ，中型机长5.8≤m ，重型机长10≤m ，对应的宽度分别为m 6.1≤，m 5.2≤，m 3≤[12]。
结合设计要求和工作情况掘进机的外形尺寸(长×宽×高)= 8.7×2.8×
1.8(不含转载机长度)。
2.2.2 重量估算
整机自重是掘进机的一个重要参数。机重太轻， 工作稳定性下降， 摆动截割时会发生摆尾现象、截割效率下降，截齿损耗率增加；机重太重，机动性差，转向灵活性下降。一般它的自重可按2-1估算
)4/(30j V N G =[11]
(2-1)
式中： 0N —截割机构功率，kW ；
j V —截割头平均截割速度，m/s ；
也可参照现有掘进机用类比法来确定，机重(t)与截割功率(kW)之比为0.25～0.4。t G 50≈
2.2.3 机器可掘断面
机器的规格和重量主要取却于巷道断面的大小。悬臂式掘进机掘进断面的大小，决定于悬臂的长度和回转角度。
2.2.
3.1 悬臂的长度和回转角度的确定
根据上文的结构选择，伸缩机构类型采用内伸缩式。
(1)伸缩量。伸缩量要大于或等于截深，考虑伸缩部的结构和机器工作的稳定性，悬臂伸缩量一般为500~600mm [5]，选取550mm 。
(2)悬臂长度和摆角
一般情况下，巷道的形状和规格确定后，按照巷道和最大高度和上下宽度，结合垂直摆动的中心高度，可以初步确定悬臂的长度和摆角。
最大掘高4.5m ，上摆角 451<α，下摆角 352<α，取水平摆角?=?33。
由几何关系可以得出，在最大掘宽5.6m 下，悬臂长为：
mm a L 395055033sin /2800=--=? (2-2)
即悬臂长为3950mm(a 为垂直回转中心1O 至水平回转中心2O 的距离，取
650mm)。
回转中心高：
mm H 1.258135sin 5.4=?≤? (2-3)
??≤-45sin 5.44500H (2-4)
即0.1318≥H mm 尽量降低重心，取H=1600mm 。
根据几何关系确定上摆角和下摆角。既上摆角?=321α，下摆角?=282α。
2.2.
3.2 机器可掘断面参数的确定[5]
最大宽度(当悬臂在水平位置摆动时)：
?sin )(201max a L B +=
(2-5)
m B 6.5max =，mm L 450001=，mm a 650=， 33=?；
上部宽度(当悬臂在上极限位置左右摆动时)：
?αsin )cos (2101a L B += (2-6)
m B 8.401=， 321=α
下部宽度(当悬臂在下部位置左右摆动时)：
?αsin )cos (2202a L B += (2-7)
m B 0.502=， 282=α
上摆高度： 101sin αL H = (2-8)
m H 4.201=
下摆高度： 202sin αL H = (2-9)
m H 1.202=
卧底深度： )sin (sin 230αα-=L h (2-10)
mm h 2000=， 303=α
巷道高度： m H H H 5.40201=+= (2-11)
可掘最大断面： 2max 01max 0102max 021[()()]23.62
S B B H B B H m =+++= (2-12)
上式中： 01L —切割头前端至垂直回转中心1O 的距离；
a —垂直回转中心1O 至水平回转中心2O 的距离；
?—水平回转时，悬臂的摆角；
1α—垂直回转的上摆角；
2α—截割到巷道底面时，垂直回转的下摆角；
3α—卧底时，
悬臂垂直回转的最大下摆角，可根据卧底深度来定，一般可取 300~1000=h mm ，这里取200 mm 。
2.2.4 截割机构技术参数的初步确定
2.2.4.1截割头转速及其功率的初步确定
掘进机的动力源都采用交流电动机。截割机构功率大小，在实际设计中一般采用类比法，再结合掘进机的一些个性因素及经验来确定。
截齿必须具有的一定的截割速度和足够的截割力，才能实现对煤岩的有效破碎。显然在一定的功率下，适当降低截割速度(或转速)，将使截割力矩和截割力相应增加，有利于截割较硬的煤岩。同时，还可以降低截割头上的动载荷，减少截齿的磨损和粉尘。通常，在煤和软岩中，可取m/s 0.3~0.2=j V ，截割头转速为30~100/min r 。对于中硬岩，可选m/s 6.1~8.0=j V ，对于砂岩和石灰岩，平均截割速度j V =0.6~0.8 m/s ，最高j V =0.9~1 m/s ，截割头转速为20~40/min r [11]。目前市场上绝大多数掘进双速掘进机的截割速度为23r/min 和46r/min ，这两种截割速度被认为是截割硬岩和煤岩的经济截割速度，所以本次设计的岩巷掘进机截割转速也设定为46r/min 。
结合行业标准MT477-1996YBU 系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kW 。
2.2.4.2 切割头的有关参数的确定[5]
(1)切割头长度
切割头长度的大小影响工作循环时间，它的选择还与煤岩性质有关。纵轴式掘进机切割头长度应略大于截深。目前，纵轴式掘进机切割头的长度一般为500~700 mm 。大功率的掘进机可以在1000 mm 左右。根据设计要求，确定本掘进机为中型掘进机，选择切割头的长度为780 mm 。
(2)切割头直径
切割头直径影响切割力和工作循环时间。当切割头的功率和转速一定时，切割头的直径将决定切割头的切向切割力。切割头直径过大，将使切向切割力降低，如果切割力小于切割阻力，就不能完成切割任务。目前，纵轴式掘进机切割头的直径一般为600~900 mm 。大功率的掘进机可以在1000 mm 以上。这里选择切割头的平均直径为800 mm 。
(3)切割头锥角
对于纵轴式掘进机的圆锥形切割头，为了获得比较平整的巷道顶、底板或者侧壁，还应结合悬臂长度、回转中心的位置来确定切割头的锥角。
设切割头的半锥角为θ，悬臂水平摆角为?，上下摆角分别为1α、2α。按
几何关系，要保证巷道的顶、底板、侧壁平整，应使?ααθ===21。显然对于确定的掘进机，其切割头的半锥角θ是定值。掘进机的水平摆角通常为??50~30。这样锥形切割头的锥角确定在??50~30之间。
本掘进机设计结合同类掘进机运用情况，选取?45。
(4)螺旋头数和升角
螺旋头数一般为两头和三头。这里选择两头旋转叶片。有关参数在结构设计中确定。
(5)切割速度和摆角速度
截割功率一定时，切割速度决定切割力矩和切割力的大小。 切割力矩为：30
0102?=n N M C π (2-13)
平均切割力：0/2D M P c c =
(2-14)
平均单齿切割力：m C C Z P P /1=
(2-15)
式中： 0D —为切割头平均直径，m ；
0n —为切割头转速，r/min ；
C M —为切割力矩，m N ?
C P —平均切割力，N ；
C P 1—平均单齿切割力，N ；
m Z —同时工作齿数，可取总齿数的一半。
悬臂式掘进机所能达到的最大截割能力总是与其截齿的截割速度有关。截割速度的选取一般取决于被截割岩石的特性， 在1～5m/s 之间选取。对研磨性的硬岩石， 最大截割速度要受到截齿磨损的限制。例如，截割石英含量为30%～40%，抗压强度为100～120MPa 的砂岩时，最佳的截割速度为1.5～2m/s 。对易于截割的岩石(例如白垩和煤)，最大截割速度会受到粉尘浓度的限制。对煤炭一般选用4～5m/s 。
根据本设计要求，确定截割速度2.0m/s 。
考虑到掘进机对煤岩特性应具有一定的适应范围，通常在较软的半煤岩中，可以选合理的工作摆动速度3~2=b V m/min ，在较硬的半煤岩中可以取
0.2~5.1m/min ，对于中硬煤岩石，摆动速度不宜过大，取5.1~1m/min [11]。
根据本设计要求，确定摆动速度为1.4m/min 。
(6)最大扭矩
最大扭矩的确定公式为：
m n K M M /max =
(2-16)
式中： max M —切割最大扭矩；
n M —切割硬度f=6的岩石时候，切割头平均扭矩。
)/()1715044100(3.00ηVC L D V M b n ??+=，m N ?；
式中：0D —切割头平均直径，m ；
0L —切割头长度，m ；
m K —当量载荷因数。
具体数据在结构设计中确定。
(7)牵引力
切割头回转时，必须具有足够的的牵引力，以便切割头在摆动方向能有效地切入煤壁，保证切割工作的正常进行。
切割头平均直径处牵引力为C s P P )34.1~1(=牵引力一般为30~60kN [5]。
具体参数在结构设计中确定。
2.2.4.3 电动机的选择
悬臂式掘进机切割头功率一般在0N =30~200kW 之间，差别比较大。切割
电机功率估算公式为：
kW n M N f ),160/(0η??=，
(2-17)
式中： ?n —切割头每秒转数；
η—为工作机构传动效率，可以取0.8；
f M —作用在切割头旋转轴的切割阻力矩，m N ?，通过如下式子
计算：
c T k k D P m z M P 002
?????= 式中： z —作用在一个齿上的切割阻力，N ；
m —每条截线上的齿数；
P —切割头上的总截线条数；
0D —切割头平均直径，m 。
根据行业标准MT477-1996YBU 系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw ，额定电压AC1140 /660 V ，转速1500rpm
表 2-2电动机的基本参数[13]
Tab.2-2 The basic parameters of motor forms
功率/kW 效率η功率因堵转转堵转电最小转最大转冷却水流
/% 数/
cos?矩流矩矩量/31
m h-
?额定转
矩
额定电
流
额定转
矩
额定转
矩
200 92 0.85 2.0 6.5 1.2 2.6 1.3
图2-3 EBZ200E掘进机的截割电机外形[14]
Fig.2-3 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd.
2.2.4.4 回转台的布置及参数确定
切割臂的上升、下降和左右回转台由装在其上的各油缸来实现。回转台主要由回转油缸、回转座、连接臂、回转架、升降油缸等部件构成。回转座上装有交叉轴承，即可承受径向载荷，又可以承受轴向载荷。连接臂的左端用螺栓与切割臂固定在一起。工作时，切割臂随连接臂助于升降油缸可以在垂直方向上升和下降足够的角度；切割臂随回转台油缸可以在水平方向左右各摆动33°。
回转台中心高在1600mm。回转台直径取1600mm
根据煤炭行业标准MT475-1996《悬臂式掘进机回转支承型式基本参数和技术要求》，选取回转支承结构型式为01系列——单排四点接触球式。具体尺寸在结构设计中确定。
2.2.5 装运机构参数确定
耙装部机构采用弧形三齿星轮式，有左右两个，对称布置。装载机构耙爪的转速一般为25～48r/min[11]，原动机为2台液压马达，工作时交错耙抓。
转速取28 r/min。铲煤板的倾斜角一般为
25
21，它的宽度应该比履带外宽
~
大0.6～1.2m，下降最低位置不应小于卧底深度，上升最大高度应到达350～400mm。
根据上文确定的原则，输送机形式：边双链刮板式，刮板链规格： 18×64圆环链，输送机槽宽：500mm，龙门高度：360mm。
图2-4 EBZ200E掘进机的双边刮板输送机[14]
Fig.2-4 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co., Ltd.
2.2.6 行走履带技术参数的确定与连接
行走履带技术参数的确定要符合煤炭行业标准MT/T577-1996《悬臂式掘进机履带机构型式与参数》的规定。
2.2.6.1 行走履带驱动方式及系统参数的确定
履带机构驱动装置所需要的最小功率应能满足掘进机在最大设计坡度上作业、爬坡、转弯等工况的要求；最大功率应小于在水平路面履带打滑时的功率。履带机构驱动装置为液压马达。液压系统马达回路额定压力应符合下表的规定：
表2-3 液压系统回路额定压力系列[15]
Tab.2-3 Table of hydraulic pressure system circuit rated series
6.3 10.0 12.5 16.0 20.0 25.0
单位：Mpa
结合目前我们同类同功率型号的掘进机，做类比，我们选择液压回路额定压力16.0MPa 。
2.2.6.2 履带的接地长度1l 、行驶宽度1b 和履带宽度10b 的确定[5]
这些参数取决于地面的允许比压、转向性能、坡度横向的稳定性等。行驶宽度1b 按略小：
11)37.1~03.1(b l =
(2-18)
110)17.0~16.0(b b =
(2-19)
履带机构履带板宽度：
表2-4 履带板宽度系列[15]
Tab.2-4 Table of the width of crawler mechanism series
250 300 370 400 450 500 520 550 600 650
单位：mm
结合煤炭行业标准MT/T577-1996《悬臂式掘进机履带机构型式与参数》的规定(如表)，取履带板宽度：450mm ，行驶宽度2800mm ，履带接地长度3300mm 。
2.2.6.3 驱动轮直径1D
采用后轮驱动，掘进机使用重量为1m (kg)，则驱动轮直径1D (mm)经验公
式：
411)85~75(m D =[5]
(2-20)
取1m =1100kg ，1D =460mm
2.2.6.4 履带节距1j l
缩小履带节距1j l (mm)可以减少行驶速度的不均匀性；增大节距1j l ，可以改善接地比压的分布。一般取节距421)33~5.17(m l j =，2m (kg)为转载机的有效
重量[16]。取节距1j l =120mm 。
2.2.6.5 履带机构公称接地比压的计算与确定
公称接地比压由下式计算：
L
b G q 02=[17] (2-21)
式中： q —公称接地比压，MPa ；
G —履带机构所属掘进机的重量，N ；
01b —单边履带机构的履带链宽度，mm ；
1l —单边履带机构的接地长度，mm 。
履带机构的公称接地比压为0.14MPa 。
2.2.6.6 履带机构的行走速度
一般设计有工作和调动两种速度。工作速度一般为2～5m/min ，调动速度一般为10～15m/min [18]。
能实现快速调动和慢速作业的需要，行走机构用液压马达驱动，实现0～10m/min 的无级调速。工作速度为0～5m/min 。
2.2.6.7 履带传动的连接方式与履带机构张紧
结构型式有滑动和滚动两种连接方式，滑动式结构简单，内阻较大，对特轻型、轻型、中型掘进机推荐采用滑动式结构型式。滚动式运行阻力较小，
2.1.2 各部件的结构型式的确定 2.1.2.1 切割机构 (3)行星减速器 主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。 第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。 图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构 Fig.2-1 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. 2.2.4 截割机构技术参数的初步确定 2.2.4.3 电动机的选择 根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm
表2-2电动机的基本参数[13] 功率/kW 效率η/% 功率因数 /cos?堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩冷却水流 量/31 m h- ? 额定转矩额定电流额定转矩额定转矩 200 92 0.85 2.0 6.5 1.2 2.6 1.3
3悬臂式掘进机截割机构方案设计 3.1截割部的组成 掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。因此，工作部的设计是掘进机设计的关键。 1 截割头 2 伸缩部 3 截割减速机 4 截割电机 图3-1 纵轴式截割部 ?3.2 截割部电机及传动系统的选择 切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。电机动力经传动系统传向截割头进行截割，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。 3.5 传动方案设计 悬臂式掘进机的传动方式为电机输出轴通过联轴器将转矩传递给减速器的输入轴，减速器输出轴通过联轴器将转矩传递给主轴，主轴带动截割头转动。
掘进机截割头设计 煤矿掘进是煤炭生产和建设的基础工程。近年来，我国煤矿掘进机械化得到了迅速的发展，装备水平也有很大的提高，在自主创新能力上也有长足的进步。 煤炭工业是我国国民经济的主要支柱产业。在未来50年内，煤炭仍是主要的能源和战略物质，具有不可替代性，是国民经济和社会发展的保证。随着国民经济的快速发展，以及国加入WTO后，煤炭工业现代化的步伐也在加快。目前，国内掘进机发展水平相对落后，巷道掘进成为煤矿发展的一个瓶颈，制约着煤炭工业的发展。各国早期研制的悬臂式掘进机都是以煤炭为作业对象，机重在13-17吨之间、切割功率在30KW左右的轻型机，代表机型是前苏联的ЛК-3型掘进机。中期产品主要是用于切割煤系地层中的各种煤岩的中型掘进机，机重在25吨左右、切割功率50-100KW，可切岩石硬度系数f6，如英国的MKA-2400型、奥地利的AM-50型、日本的S100型等。近期产品主要是以煤系地层中的中硬度岩石为作业对象的重型机，一般机重40-80吨、切割功率150-200KW、可切岩石硬度系数f8，如英国的LH-1300型、奥地利的AM-75型、日本的S200M型掘进机等。 我国的掘进机技术开发工作始于1965年，最初是仿前苏联的ЛК-3型掘进机，1979年后，先后从日本、奥地利、英国、美国、西德、原苏联、匈牙利引进了多种型号的掘进机，通过引进日本MRH-5100-41型、奥地利AM-50等型掘进机的制造技术和先进加工设备，并进行技术转化，到1989年底，我国已自行研制成功了AM50、ELM-55、EMIA-30、EL-90、5100等6种8个型号的掘进机，使我国中小型掘进机不再依赖进口。此后，我国又开始了重型掘进
摘要 随着煤炭行业机械化程度的加快，煤炭行业以前只是重视采煤的机械化，大多数的煤炭行业很少有在掘进方面有较大的投入和研究，这样就造成了采掘速度远远大于开拓速度，此时怎样来提高出煤量，开拓的机械化就显得极其重要了。作为我国主要能源的煤炭资源在开采上日趋机械化的同时，迫切需要拥有先进的掘进机械，掘进机的研制成功标志着我国的煤炭行业已达到世界的先进水平。 掘进机截割机构是掘进机的主要组成部分，按照掘进机截割部的总体、动力部分、传动部分以及执行部分的设计思路进行掘进机截割部的设计。在设计时，动力部分做选型计算，传动部分的行星减速机构做具体的设计计算和校核，执行部分只对执行元件进行设计计算和校核。设计对于提高和改进掘进机工作性能，发展我国大口径全断面掘进机产业以及进一步提高我国的盾构研发能力、改善研发条件具有重大战略意义。 关键词：掘进机; 截割臂; 行星减速器
Abstract With the accelerating of coal industry, the degree of mechanization mining coal industry is the importance before, the most mechanized excavating in coal industry has rarely have large investment and research, thus causing the mining speed than develop, how to improve the speed of coal, development of a mechanized appears very important. As our main source of energy in the exploitation of coal resources in the increasingly urgent need, mechanized excavating the advanced mechanical, swinging the successful development of the coal industry, China has reached the advanced world level. Determing cutting mechanism is the main component, the product in accordance with the overall determing cutting parts, power transmission part and the part, the part of the design thought for the design of determing cutting. In the design, selection of part, transmission parts of planetary gearhead institutions do specific design calculation and test execution part only, design calculation of actuators and checking. Design for improvement in China, the development work performance swinging big caliber, whole section roadheader industry and further enhance our shield developing capability, improve development condition with the strategic significance. Key words：roadheader ; cutting arm ; planetary-gear drive
横轴式掘进机截割头设计 摘要：随着社会的不断发展和科技水平的不断提高，人类征服自然的领域也在不断扩大，其中比较具有代表性的就是掘进机，掘进机的出现具有很重要的实用意义。自从掘进机开始进入人们的生活视线，就被广泛地应用到铁路穿山隧道、引水隧道等各施工过程中.掘进机的功能除了能应用在隧道施工外，像以采掘为目的的煤巷开挖、矿巷开掘中也广泛采用了掘进机，这样工作效率高。以上介绍使用的就是部分断面掘进机，而横轴掘进机是其中的一种。 本次毕业设计就是为了研究横轴式掘进截割头的设计，具体设计内容包括：1.收集基本资料，例如：先对掘进机现在在国内外的发展趋势进行了解，接着对掘进机结构进行学习分析，从而发现掘进机本身有什么需要改进之处，还有就是掘进机对截割的矿岩都有什么要求等；2.对资料进行学习和总结。将自己收集的数据进行整理列表，这样看起来一目了然；3.CAD的学习制作等。通过简单的CAD软件学习，将自己想要设计的截割头画出来。并通过计算得到基本数据，进行数据分析和结构分析相结合。对掘进机的具体结构用途也要进行了解和掌握，这样有利于截割头的整体计算。 掘进机结构的优化设计和制造精度对今后的工作性能都会有决定性的影响因为截割头是掘进机的核心部位，所以它的研究自然也就成了重中之重。煤炭是人类生产生活的重要能源，随着工业的不断发展，生产规模的不断扩大，煤炭在国民经济中的地位也显得越来越重要。随着采煤机械化的发展，大大提高了工作面的广度，对开采强度，工作面的推进速度要求也越来越快，这就要求加快掘进速度，提高工作效率以适应人们对工具的需求。切割头是掘进机的工作机构，它的主要功能就是破碎岩石或者分离煤层。经过对煤岩切割过程的研究了解，认识到影响切割效果的因素很多，因而掘进机截割头的设计变的复杂许多。为提高工作效率，加快生产力，满足人们对机械化的高要求，截割头的设计成了重中之重。如果在截割头的每一转中，参加切割的各个截齿都能同时从岩石中切下等体积的煤岩，也就是每个镐齿的受力相等，磨损程度也相同，机械运动也比较平稳，只有满足这些要求，才可以达到自己当初设计的初衷。 关键词：横轴；掘进机；截割头；截割头参数；截齿
EBZ160型掘进机截割头安装安全技术措施 一、安装场地：本次安装场地设在二采区轨道下山距二采区轨道下山下部车场联络巷口向上10米处。 二、运输路线：地面→副斜井→8#煤运输大巷→8#煤轨道大巷→15#煤轨道暗斜井上部车场→轨道暗斜井→15#煤轨道暗斜井下部车场→二采区轨道下山(组装点)。 三、运输前的准备工作： 1、运输人员必须熟悉运输线路的基本情况。 2、对所用的材料车进行检查，保证完好不带病作业。 3、对捆绑车辆及物件所用的钢丝绳认真检查，严禁使用断丝断股严重锈蚀的钢丝绳。 四、设备卸车 1、设备卸车时，必须将车支设牢靠，且人员站在安全的地点，并且要掌握物件重心平衡，以防物件滑出伤人。 2、所有重车必须根据所装物件的不同，选择不同的卸车方式。 3、设备卸车如果需用起吊时，必须严格遵守本措施起吊安全技术措施的有关规定。 4、设备卸车时如需人工抬运时必须保证同肩同口令，步调统一，轻抬轻放，并清理好退路，保证道路畅通。 五、安装安全技术措施 1、安装前由专人准备好安装所需的吊索吊具及配套工具，将现场场地进行平整，将掘进机接电退至单轨吊轨道下方，使用手拉葫芦将截割头吊起进行安装。 2、安装时使用单轨吊轨道作为起吊点，严禁使用原支护巷道的锚杆起吊设备。设备吊装所用的手拉葫芦、滑轮、链环必须安全可靠。起吊时要有专人指挥，统一信号。 3、现场必须要有专职安全员现场监督，现场工作人员要做好互保,联保工作,要熟悉作业环境和所从事的内容。 六、起吊安全技术措施 1、起吊前，必须认真检查起吊用具（特殊焊制的吊环等）及起吊工具。每次起吊前，保证吊具不滑动，吊钩与重物连接牢固可靠。使用手拉葫芦起吊设备(重物)前，必须对手拉葫芦进行全面检查，检查各部件是否齐全、灵活可靠，发现问题及时处理。严禁手拉葫
各部件的结构型式的确定 2.1.2.1 切割机构 (3)行星减速器 主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。 第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。 图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构
EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. 截割机构技术参数的初步确定 电动机的选择 根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm 表 2-2电动机的基本参数[13] 功率/kW效率η/% 功率因数 /cos?堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩 冷却水流 量/31 m h- ? 额定转矩额定电流额定转矩额定转矩 20092
3悬臂式掘进机截割机构方案设计 截割部的组成 掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。因此，工作部的设计是掘进机设计的关键。 1 截割头 2 伸缩部 3 截割减速机 4 截割电机 图3-1 纵轴式截割部 ? 截割部电机及传动系统的选择 切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。电机动力经传动系统传向截割头进行截割，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。
掘进机主要部件结构及工作原理 1截割部结构 截割部主要由截割头组件1、悬臂段2、截割减速器3、截割电机7组成，如图1所示。截割减速器3两端的法兰盘分别与电动机7和悬臂段2连接成一体，悬臂段2中的传动轴通过花键及螺钉与截割头组件1相连接。电动机7经截割减速器3、悬臂段2中的传动轴驱动截割头组件1旋转截割煤、岩。截割部靠销轴4与截割头升降油缸相连接，靠销轴8 与截 割头 回转 台相 连 接。 在截 割头升降油缸推动下，可绕销轴8上下摆动；在截割头回转油缸推动下，可随截割头回转台左、右摆动。 图1 截割部结构 1-截割头组件；2-悬臂段；3-截割减速器；4、6、8-销轴；5-盖板；7-截割电机2．装运部结构 装运部的作用是将截割头破碎下来的煤和岩石装运到配套的转运设备上去。它由装载部（铲板部）和运输部（第一运输机）两部分组成。装载部（铲板部）的结构如图2所示，它由主铲板2、侧铲板1、星轮驱动装置4、弧形三齿星轮5等组成，两台低速大转矩马达直接驱动两个弧形三齿星轮5旋转，将截割头破碎下来的煤和岩石装运到运输部（第一运输机）的机尾溜槽8中。铲板通过耳座6与铲板升降油缸连接，通过支点耳座7与本体部连接；铲板升降油缸推动铲板绕支点耳座7可上下摆动。 星轮驱动装置结构如图3所示，弧形三齿星轮1通过定位销2和螺钉4与旋转盘3连
接，液压马达6的输出轴插入旋转盘3的花键孔，带动旋转盘3及弧形三齿星轮1旋转。 第一运输机位于机体中部，是中双链刮板式运输机，其结构如图4。运输机分前溜槽1和后溜槽3，前、后溜槽用高强度螺栓2联接，运输机前端通过插口插入铲板部和本体部连接的销轴上，后端通过高强度螺栓固定在本体上。运输机采用二个液压马达5直接驱动链轮，带动刮板链实现物料运输。紧链装置4采用丝杠螺母机构对刮板链的松紧程度进行调整，弹簧座起缓冲的作用。 图2 铲板部结构 1-侧铲板；2-主铲板；3-运输机尾链轮；4-星轮驱动装置；5-三齿星轮； 6-铲板升降油缸连接耳座；7-铲板支点耳座；8-运输机溜槽 图3 星轮驱动装置结构 1-弧形三齿星轮；2-定位销；3-旋转盘；4-螺钉；5-马达座；6-液压马达 图4 第一运输机结构 1-前溜槽；2-高强度螺栓；3-后溜槽；4-紧链装置；5-液压马达 3本体部（机架） 本体部由回转台、回转轴承、本体架等组成，本体架采用整体箱形焊接结构，主要结构件为加厚钢板，其结构如图5所示。 图5本体部结构 1-连接铲板部的销轴；2-连接截割部升降油缸的销轴；3-连接截割部的销轴；
截割头安装角度的转换 在截割头的设计中，截齿安装角度的设计是最关键的步骤之一，但在不同的教材和文献中安装角度的得定义和描述不尽相同。根据调研，大致可以分为两类：第一类是按照角度对截割功能的影响而确定的，一般称之为截割功能角；第二类是按照实际安装工艺中的角度旋转方法定义，称之为安装工艺角[1]。 截割功能角是决定按个截齿工作效率的重要因素，包括切削角、扭转角（或旋转角）和安装角。切削角δ是截齿中心线与齿尖截割轨迹线的切线之间的夹角，一般取45°~48°，参考文献取46°为最佳角度。扭转角ε是过截齿中心线上一点A作截割头轴线的垂面，齿尖B在此平面上的垂足为点C，则∠BAC为扭转角。安装角τ是截齿轴线相对于牵引方向的夹角。由于安装角τ与半锥角θ存在如图1的关系，因此在下文的推导中使用半锥角θ。按照实际安装过程中截齿轴线和齿座底面的定位方法，安装工艺角分为仰角、倒角和转角。仰角γ是截齿轴线与齿座安装平面间的夹角。倒角β是齿座安装平面的垂线与截割头回转轴线间的夹角。转角α是截齿中心线在齿座底面的投影线与垂直于截割头轴线的平面和齿座底面的交线之间的。截割功能角与安装工艺角表示如下： 功能角: ε:扭转角; δ:切削角; θ:半锥角; 工艺角: γ:仰角; β:倒角; α:转角。 如图1所示，安装角与半锥角的关系为, τθυ =+ 其中τ是安装角，υ是截齿轴线与截割头表面法线间的夹角。
图1 半锥角θ与安装角τ的关系截割功能角与安装工艺角的关系如图2所示。 图2 角度转换示意图 下面分别进行功能角与工艺角之间的转换。
1 安装工艺角转换为截割功能角 已知仰角γ，倒角β，转角α。有图2可得， '' ''tan AE BB AA EG IB ID BD β===- (1) '' '' sin DD AA AD AD γ== (2) ' 'sin FD ID β= (3) ' ' sin FD AD ε= (4) tan DB AB α= (5) ' cos AB AD δ= (6) 将(2)~(6)代入 (1)式可得， '''sin sin sin tan sin sin sin cos tan cos tan sin AD AD AD γβγ βεεβδα δαβ == -- 进一步推得， sin cos sin sin cos tan εβγβδα=+ (7) 由于仰角γ，切削角δ，转角α存在如下关系， cos AB AD α= , 'cos AD AD γ=, ' cos AB AD δ= 可得， cos cos cos δαγ= (8) 由于半锥角与倒角互余，从而可得， =2 π θβ- (9) 整理式(7),(8),(9)可得截割功能角为， = 2 a r c c o s (c o s c o s ) a r c s i n (c o s s i n s i n c o s t a n ) π θβδαγεβγβδα-==+ 2 截割功能角转换为安装工艺角 已知切削角δ，扭转角ε，半锥角θ。有图2可见，半锥角与倒角互余，从而可得，
掘进机截割头设计解析 【摘要】在大型施工活动中，都需要借助掘进机才能够顺利推进工程进度，而截割头又是掘进机的重要组成零配件，它被用来打通和破碎坚固的地质岩层。经过多年的施工经验，本文发现影响岩层切割效率的因素十分多样化，因此必须做好截割头的设计工作，以提高其在实际工作中的使用寿命和工作效率。本文针对如何改进截割头的工作性能提出了几点建议和措施。 【关键词】掘进机；截割头；设计 悬臂式掘进机是当前最先进的一种工程设备，它具备切割、装载、运输、搬运、调度和清除场地的多种复合功能。因此，它的内部结构也十分复杂，主要由切割头、液压器、装载头、动力系统、传动系统、控制系统等重要功能配件构成。作为掘进机的重要工作部件，切割功能主要依靠切割刀、液压臂、动力传动器、升压器、动力电源等共同配合来完成。切割机在正常工作时，主要是利用切割头的前后运动和切割液压臂的纵向或横向摆动带动切割刀来完成切割。 截割部在正常运转时，切割头的运动主要是依靠驱动电源带动液压臂运动来实现，装在切割头上的刀片获得足够的力将坚硬的岩层破碎。如果需要推进切割深度，可以通过机械的动力系统朝前驱动来实现。切割机头被安装在能够自由转动的操作平台上，这样就可以利用操作平台连接的两个回转液压缸提供的动力来完成各种切割动作，通过这种动力设计，能够帮助切割机头实现多种工作角度变换，因此可以为操作人员提供多种切割方案。 掘进机的工作效率主要取决于截割头的设计，截割头要求各截齿负荷均匀，切割平稳，摆动小；截割比能消耗低，截齿消耗少；切割效率高，产生粉尘量小。 1设计简述 截割头的主要参数包括：截割头的长度、直径、锥角、螺旋叶片的头数与升角、截线间距等，这些参数直接影响掘进机的截割性能。 1.1截割头的长度 截割头的长度不仅与截割阻力的大小有关，还影响机器工作的循环时间和生产率。因此，必须合理地选取截割头的长度。 由于工作面煤壁附近的煤岩有压张效应，在压出带范围内，煤岩的抗截强度明显减弱，截割能力和单位能耗降低。因此，截割头的长度应设计在压出带范围内。 如果截割头长度过长，能够有效提高掘进机的工作效率，但是需要提供更多的动力。如果切割机的功率太小难以满足这样的施工要求，就会因为过大的阻力
掘进机截割部设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
各部件的结构型式的确定 2.1.2.1 切割机构 (3)行星减速器 主要由箱体、减速齿轮、二级行星轮架、输入、输出轴构成。太阳轮与行星轮相啮合，此行星轮通过两个轴承装在星轮轴上，两端装有孔用弹性挡圈，星轮装在第一级行星架相应的轴孔内，内轮与箱体组成一体并与行星轮啮合带动第一级行星架，实现第一级减速[7]。 第二级的太阳轮与第一级行星架为渐开县花键联结，太阳轮与第二行星轮啮合，此行星轮装在第二级的轮轴，此轮轴装在第二级行星架相应轴孔内。这里内轮与减速器壳体组成一体与行星轮啮合，此星轮不仅自转还绕太阳轮公转，从而实现第二级减速器。 图2-1 EBZ200E掘进机的截割部行星减速器结构 EBZ200E roadheader in Jiamusi Coal Mine Machinery Co. Ltd. 截割机构技术参数的初步确定 电动机的选择 根据行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kw，额定电压AC1140 /660 V，转速1500rpm 表 2-2电动机的基本参数[13] 功率/kW 效率η/% 功率因数 /cos? 堵转转矩堵转电流最小转矩最大转矩冷却水流 量/31 m h- ?额定转矩额定电流额定转矩额定转矩 200 92
3悬臂式掘进机截割机构方案设计 截割部的组成 掘进机截割部主要由截割电动机、截割机构减速器、截割头、悬臂筒组成。见图3-1.截割部是掘进机直接截割煤岩的装置，其结构型式、截割能力、运转情况直接影响掘进 机的生产能力、掘进效率和机体的稳定性，是衡量掘进机性能的主要因素和指标。因 此，工作部的设计是掘进机设计的关键。 1 截割头 2 伸缩部 3 截割减速机 4 截割电机 图3-1 纵轴式截割部 截割部电机及传动系统的选择 切割电机的选择应根据工作条件选取，由设计要求可知，所设计的掘进机可截割硬 度为小于85Mpa的中硬岩，查表2-1可知应该选取功率为200KW的截割电动机。电机动力经传动系统传向截割头进行截割，且机体为焊接结构，前端与行星减速器相联，后端 联接回转台。电机输出力矩，通过花键套传递给减速器，再由花键套传到主轴，主轴通 过内花套键与截割头相联，把力(矩)传递到割头上，截割头以此方式进行工作。 传动方案设计 悬臂式掘进机的传动方式为电机输出轴通过联轴器将转矩传递给减速器的输入轴， 减速器输出轴通过联轴器将转矩传递给主轴，主轴带动截割头转动。 传动类型的设计 由于行星齿轮传动具有多分流传动、低压力啮合、作用力平衡和运行多变性等一系 列特点，所以在同等工作条件下与定轴齿轮传动相比，行星齿轮传动具有外形尺寸小， 重量轻、传动效率高、工作可靠和同轴传动等许多突出优点，因此国内外纵轴式掘进机 的截割结构传动系统均采用行星齿轮传动，以期在提高承载能力、效率和可靠性的同 时，尽可能地减轻重量、缩小外廓尺寸、降低制造成本。要求传动装置体积小、结构紧
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/c91229815.html, 纵轴式掘进机截割头的设计 作者：廉浩冯健 来源：《中国新技术新产品》2014年第03期 摘要：本文介绍了纵轴式掘进机截割头的设计原则，讨论了提高截割头截割效率的合理 方案，提供了设计用的主要数据。 关键词：截割头；设计原则；截割效率 中图分类号：TD42 文献标识码：A 1 概要 本文以纵轴式掘进机的截割头为研究对象。截割头是掘进机的关键部件，它直接参与对工作面的掘进工作。其设计参数较多，这些参数之间互相影响和制约，同时截割头的设计质量的好坏决定了掘进机整机的截割性能，这对截割头的使用寿命，以及整机的稳定性和可靠性都有着直接的影响。 2 工作原理 掘进机的工作过程是：操纵行走机构向工作面推进，使截割头在工作面的左下角钻入，水平摆动油缸使截割头横向截割到巷道的右侧。然后利用升降油缸把截割头上升接近等于截割头直径的距离，并使截割头向巷道左侧截割。如此往复截割运动，截割头就可以完成整个工作面的截割。当然掘进机的截割方式与掘进巷道断面的大小，形状，煤岩的分布情况有关。在截割头截落煤岩后，由装运机构将其装进掘进机中间的输送机构，再最终装进矿车或巷道输送 机。因此，纵向截割头通常的截割过程可以总结为纵向钻进、水平摆动截割和垂直摆动截割三种工作方式。 3 结构研究 3.1 影响设计的因素 如果能保证在旋转截割的过程中，使参加截割的每个截齿都截割相同大小的煤岩，让各截齿的受力相等、运行平稳，并且产生的磨损也基本相同，这样的截割头设计是最理想的。但是有很多因素影响截割头的设计，主要有以下几个方面： （1）煤岩自身的性质，主要有抗截强度、硬度、磨蚀性、坚固性系数等； （2）截割头的结构参数，主要有截割头的几何形状、外形尺寸、截齿排列、截齿数量以及截线间距等；
中国矿业大学本科生毕业设计 姓名： ** 学号：****** 学院：应用技术学院 专业：机械工程及自动化 设计题目：掘进机总体设计及行走部设计专题：行走减速器与机架连接的改进指导教师： **** 职称：副教授 20**年6 月徐州
中国矿业大学毕业设计任务书 学院应用技术学院专业年级学生姓名 ** 任务下达日期：20**年 3 月8 日 毕业设计日期20** 年 3 月9 日至20** 年 6 月13 日毕业设计题目：掘进机总体设计及行走部设计 毕业设计专题题目：行走减速器与机架的连接改进 毕业设计主要内容和要求： 一、主要设计参数： 机身长：8-8.5m 机身宽：2～2.2m 机身高：1.5～1.65m 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：18～20m2 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：双边链履带宽度：2×500mm 行走速度：4.5m/min（工作）9m/min（调动） 额定电压：1140/660v 二、设计要求 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、完成底盘总体传动及结构设计及减速器的设计； 3、主要部件、组件、零件图设计； 4、编写完成整机设计计算说明书 院长签字：指导教师签字：
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成绩：指导教师签字： 年月日
EBZ-160综掘机截割头常见故障及 原因分析 [ 2012-05-12 10:25:00 ] [摘要] 通过研究EBZ -160综掘机截割部的结构形式及现场使用状况分析。提出在使用过程中故障产生的原因及预防方法。 [关键词] 截割头；故障原因；预防方法 概述 贵州盘江精煤股份有限公司现有多台在各矿使用，主要为辽宁三一重型装备有限公司生产的型号为EBZ-160悬臂式综掘机。 该掘进机由截割部铲板部、第一运输机、机架、行走部、后支承座、液压系统、冷却水系统、润滑系统等部分组成；掘进机在液压，电控系统的控制下，配合协调一致，轻松灵活地完成掘进作业。 一、截割部结构形式 截割部由截割头，伸缩油缸，截割减速机，截割电机组成。截割头为圆锥台形，截割头最大外经为1120mm，长925mm，在其圆周分布42组截齿，截割头通过花键套和2个M30的高强度螺栓与花键轴相连；伸缩部位于截割头和截割减速机中间，通过伸缩油缸使截割
头具有550mm的伸缩行程；截割减速机是两级行星齿轮传动，它和伸缩部用26个M24的高强度螺栓相连，截割电机为双速水冷电机，使截割头获得2种转速，它与截割减速机通过定位销和25个M24的高强度螺栓相连。 二、截割头常见故障原因分析 1、截割过负荷引起截割头不转。 EBZ-160掘进机为半煤岩掘进机，截割最大岩石硬度为60~80Mpa，理论生产能力为210m3/h，适应坡度为土18°，若该综掘机在工作过程中，遇到岩石硬度系数超过设计强度时，整个截割部出现过负荷，引起截割头不转，出现该种情况时，要对掘进工艺进行改进，一方面减少进刀量，另一方面可采用放炮破岩的方法降低掘进负荷。 2、伸缩部内主轴损坏引起截割头不转。 主轴损坏有以下情况：一是主轴花键磨损严重或花键严重损坏，导致主轴与截割花键不能正常啮合，造成截割头不转；二是主轴自身断裂或前端轴承抱死，造成截割头不转。 3、截割减速机内轴承、齿轮损坏引起截割头不转。 截割减速机是两级行星齿轮传动，主要完成电
本科生说明书（毕业）题目： EBH-90型掘进机截割部设计
（）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的（），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用（）的规定，即：按照学校要求提交（）的印刷本和电子版本；学校有权保存（）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位原创性声明 本人郑重声明：所呈交的是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位版权使用授权书 本学位作者完全了解学校有关保留、使用学位的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交的复印件和电子版，允许被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位。 涉密按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
截割头的设计 摘要截割头是掘进机截割部的一个重要组成部分，设计的合理与否、使用寿命等因素都是反映了掘进机性价比。 关键词截割头；设计 随着我国经济的发展、综合国力的不断提升，对能源的需求也正与日俱增，特别是对煤炭的需求。因此，给煤炭行业及煤机产业带了前所未有的发展机会。掘进机作为煤炭开采的主力设备，不仅具有采掘效率高等特点，而且极大的减轻了煤矿工人的劳动强度。截割头作为直接的截割工具，设计的合理与否直接关系到掘进机的使用性能。 1 截割头的组成部分 截割头主要由截割头体、截齿座、喷水座、截齿四部分组成。 截齿座是以焊接的方式刚性地固定在截割头体上，而截齿则是插入在截齿座上，并用轴用卡簧锁死，使截齿的更换更加快捷方便。喷水座也是通过焊接的方式与截割头体实现了刚性连接。 2 确定参数 1）外形尺寸确定：根据整机截割范围、结果效果的要求，截割头的最大直径为DMax，总长为L截割头。 2）截齿形状、齿数的确定：截齿分为镐型齿、平截齿、片型齿三种，经过长期的使用比较，镐型齿不仅具有耐磨损、冲击强度好，而且具有磨损均匀、便于更换等优点。齿数则是根据截割头相关的外形尺寸进行确定。 3）截齿仰角α的确定：截齿在截割头上的安装仰角α的范围的为45°～48°，选取一个合理的仰角不仅可以提高截割头的截割效率，还可以使截齿的磨损较均匀，充分发挥截齿的使用寿命。 4）截齿的轴向距离的确定：需要根据具体的机型、工况的不同确定截齿轴向距离。 5）螺旋线头数的确定：为了充分发挥截割头的截割力、又能够顺利的排屑，因此，将截齿的呈螺旋线状排列，根据目前的发展趋势，选择双头螺旋排列的方式。 3 截齿的排列图