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
截齿的排列形式可以分为表示截齿座和表示截齿两种方式。它的固定位置和方向直接影响到截割头的截割性能。通过对比，后一种表示方式既可以表示出截齿尖的位置和方向，又可以把齿座的位置给予限制。
1）圆锥段截齿的分布状态：具体的排列状态如下图1所示。
图 1
图1不仅表示出了截齿的排列状况、肋板的分布状态，还表示出了肋板耐磨层堆焊的部位等。
2）截割头顶部截齿的排列状态：具体的排列状态如图2所示。从图中不难看出截割头顶部截齿的位置以及截齿的方向角。
3）截齿的轴向位置：截齿在轴向位置的布置状况如图3所示。
由图中可以了解到截齿在截割头沿轴向位置的排列状态以及截齿轴线与截割头轴线所夹的角度。
4 截齿的强度计算
截割头的截割功率为：P=Fv；
截割头的截割速度为：v=πnD/1000；
截割力为：F=1000P/πnD，其中，n为截割头转速，r/min；D为截割头外径，mm。
4.1 截割部在水平位置的受力情况
具体的受力情况如图4所示。
4.2 截割轴所传递的扭矩为
M=9550·N/n
图 4
4.3 截割头重心处截齿的受力情况
F=1000M/r，其中，r为截割头重心处的半径。
4.4 回转油缸对截割头的作用力
1）回转台作用时，回转油缸的推进力：
F推=πd1p/4，
其中，d1为回转油缸的直径，mm；p为油泵的额定压力，MPa。
2）回转台作用时，回转油缸的拉力：
F拉=π（d12+d22）p/4，
其中，d2为回转油缸的直径，mm。
3）回转油缸对回转台施加的扭矩：
M回转台=（F推+ F拉）×L1
所以，回转油缸对截割头的作用力为F截割头= M回转台/L，其中，L为回转台中心与截割头重心处的距离，mm。
4）截割部沿Z向作用时，升降油缸驱动截割部，并以与本体部的铰接点为中心，使截割部抬升α角或者下降β角，完成沿Z向的升降截割作动。其中，截割力分为上升截力和下降截割力，具体受力情况如图5所示。
图 5
Ｆ1＝（Ｆ升·L３－W·L２）／Ｌ１
Ｆ2＝（Ｆ降·L３－W·L２）／Ｌ１
5）截割头受力情况分析比较：掘进机在进行截割动作时，只需要考虑单一方向的受力情况，因此，取F截割头、Ｆ１、Ｆ２中的较大者。
6）截割头焊缝强度的计算：应符合∑σ＜［σ］。
５结束语
随着国民经济对煤炭资源依赖程度的加大，煤岩性质的差异、工作面条件和使用要求的不同，设计出具有最佳截割性能和高整机可靠性的截割头的结构参数、排列参数、运动参数和截割参数具有及其重要的意义！
参考文献
[1]成大先.机械设计手册,北京,化学工业出版社,2007.
[2]李晓豁.掘进机截割的关键技术研究,机械工业出版社.
