小断面煤巷掘进机总体方案及行走机构设计(编辑修改稿)

小断面煤巷掘进机总体方案及行走机构设计(编辑修改稿)内容摘要：

拟出掘进机各部分之间搭配关系表，从而得出可行性方案 ： 表 91 Table 91 1 2 3 4 A工作机构 纵轴式 横轴式 B行走机构 履带式 迈步式 轮胎式 导轨式 C装载机构 圆盘星轮式 耙爪式 环形刮板 螺旋式 序 号 原 理 基 本 单 元 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 D转运机构 胶带式 可行方案： 方案一： A1— B1— C2— D1 方案二： A1— B3— C2— D1。 方案三： A1— B1— C1— D1。 绘制评价计算表，进行技术经济评价 表 92 为这三个设计方案的评价表。 按技术观点并且依据评价标准对方案进行分析对比，给出评价分数 jiW ，按 04 级确定分数，亦填入表中。 经过简单计算，求出各方案的成本、无权重总价 GWj、有权重总价 GWjg． gi、总技术价 Wtj、总经济价 Wwj以及总价 Wtj。 计算结果都要填入表格 92中 绘制价值强度图和价值断面图 根据计算结果，绘制出价值强度图（图 35）。 把有权重总价较高并且在价值图中位于右上角的两个方案（方案 1 和方案 2），作为较好的方案，再借助于价值断面图（图 36）进行比较。 比较的结果表明，方案 1 是最有前途的，而方案 3列为备用方案。 表 92 掘进机经济技术评价简表 Table 92 roadheader economical technical appraisal simple list 评价标准 重要性系数 方案 1 方案 2 方案 3 1iW 1giW 2iW 2giW 3iW 3giW 工 作可靠 4 3 3 工作效率 4 3 2 制造容易 4 3 2 维修方便 3 2 2 成本较低 4 4 2 求和 1 1GW =19 1gGW = 2GW =15 2gGW = 3GW =11 3gGW = 邱锐敏：小断面煤巷 掘进机总体方案设计及行 走机构设计 18 总技术价 1tW = 2tW = 3tW = 制造成本（万元） 1H =120 2H =250 3H =100 总经济价 1wW = 2wW = 3wW = 图 91 价值强度图 Diagram 91 value intensity diagram 图 92 价值断面图 Diagram 92 value sectional drawing 3 总体布置 总体布置的内容 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 总体布置的内容包括以下几个方面： 1) 确定各部件在整机上的位置，并对外形尺寸提出要求； 2) 确定各部件、部件与整机之间的连接方式； 3) 估算整机重量及重心位置，并对各部件的重量提出要求； 4) 布置各操纵机构、司机座位等； 5) 审核各运动件的运动空间，排出可能发生的运动干涉。 总体布置的原则 总体布置时，要考虑以下几条原则： 1) 保证整机的原则性； 2) 结构紧凑， 并有较高的传动效率； 3) 便于操作和维修，工作安全可靠； 4) 外形平整美观。 具体要求 在掘进机总体布置时，需注意以下问题： 1) 工作机构减速器的进、出轴尽量同轴线； 2） 悬臂和铲板的尺寸关系相适应，既有利于装载，又要避免截割头截割铲板； 3） 悬臂的水平和垂直摆动重心的位置可以重合，也可以不重合。 从增加机器的稳定情况 看，摆动中心的高度应尽量降低。 在保证悬臂摆动不与其他机构干涉的条件下，摆动中心的位置应尽量靠后，但必须保证中心在机器的纵向对称平面内； 总体设计时，其重心的位置仅需估算纵向坐标 x 值。 4） 当各主要部件设计出来之后，应进行校核，不满足要求时需进行调整，使重心位于履带重心稍偏前且小于 L／ 6 范围内（ L 为履带接地长度）。 此外，还要求重心位置在截割机构回转台中心线之后，而且重心高度越低越好，以提高机器 作业 时的稳定性； 5） 总体布置应考虑左右两侧重量对称并照顾工作习惯及方便操作。 司机座一般设在机身左侧、且违约机身后部，座椅高度应保证司机的实现，使其能够保证司机的实现，使其能够很好的操纵及其，截割出规则的巷道； 6）操纵台的位置要适当，应保证司机操纵方便、省力。 仪表显示装置的位置要便于司机观察，又不分散 司机正常操作的注意力。 传动型式及动力原件的选择 邱锐敏：小断面煤巷 掘进机总体方案设计及行 走机构设计 20 传动型式及元件选择应遵循的原则 1）技术先进性：能够改善机器性能，提高生产率； 2）经济合理性：传动系统精良简单、元件少，易加工，价格低，维修容易，使用寿命长； 3）工作可靠性：传动系统的可靠性表现为元件的使用寿命，因此也是对元件质量的要求； 4）适应性：元件应适应传动系统的载荷、工况及环境等条件的要求。 各机构对传动系统的要求及传动型式的选择 掘进机的截割、装载、运输、行走等机构一般均为分别传动，各部件受力状态及工作条件不同 ，因而对传动型式有不同的要求。 1） 工作机构 工作机构 要求有较大的短时过载能力，而油马达对冲击负荷狠敏感，过负荷能力低，影响截割头正常连续运转。 所以，掘进机的工作机构宜采用电动机为动力的机械传动型式。 应采用体积小、功率大、过负荷能力强的专用电动机，并配备可靠的电气保护装置。 根据工作机构结构紧凑的特点，通常工作机构的减速器设在悬臂内，成为悬臂的组成部分。 截割头调速方式一般采用配换挂轮的方式，变速机构力求简单。 2） 耙装 输送 机构 耙装机构 传动装置的特点是：减速器需装在尺寸有限的铲板下部，因而设计空间较小，工作条 件恶劣，减速器经常浸泡在煤岩泥水中，卡料时容易过载。 耙装、输送机构若采用机械传动，由于电动机尺寸较大，不便在输送机尾安装，一般是在铲板上部两侧安装两台电动机，作为耙装、输送机构的共同动力，这样势必使减速箱尺寸增大，在铲板下布置较紧张。 此外，考虑耙爪及链板卡链过载工况，为保护电动机不至于烧毁，一般需要在减速器内设安全摩擦片离合器。 耙装输送机构若采用齿轮油马达传动，由于尺寸小、重量轻，可使二者分别传动，从而简化传动装置，便于在铲板下布置，便于设计密封效果好的 机械密封或将减速器与铲板分离，同时可实现过载自动保 护。 3） 履带行走机构 履带行走机构 的驱动方式有电动机驱动和油马达驱动两种方式。 分别通过机械减速装置或直接由油马达带动履带的主动链轮运转。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 机械传动的履带行走机构，一般是将电动机装于两条履带减速器后部，制动装置采用机械液压制动方式。 这种传动方式传动可靠性高，电动机价格低，维修容易，但不能调速，减速箱体积较大（如 EL— 90 型，采用 4 级电机，总传动比 i=1147）；巷道淋水大时，电动机易受潮而烧毁。 履带行走机构采用液压传动型式，系统简单性能较好、技术先进。 液压传动的行走机构中，在液压马达型式选择及调速方式设计方面 ，有着不同的方案。 采用低速大扭矩马达驱动（如 ELMA 型掘进机为变量轴向柱塞马达），其特点是传动系统简单，尺寸小，重量轻，能够实现无级调速及过载自动保护。 但液压马达传动复杂。 制造费用高，维护较难。 采用齿轮油马达（如 MRH— S50— 13），容积效率高，耐冲击性能好，维修容易，造价较低，一台 10KW 左右齿轮油马达的价格只有同功率径向柱塞油马达的 1／ 10，尺寸小、重量轻。 一台 10KW 左右齿轮油马达的重量，仅为同功率低速大扭矩油马达的 1／ 18，为电动机重量的 1／ 13。 采用齿轮油马达后，减速器尺寸虽然较低速大扭矩油 马达的大，但较电动势的小（ MRH— S50— 13 型的减速器传动比 i=328）。 因此可方便的将马达、减速器、液压制动阀、紧链装置等安装于履带架中间。 这种方式在技术性能上优于机械传动，在经济指标上优于低速大扭矩油马达传动。 因此具有独特的优点。 行走机构的调速方式由两种，一种是采用变量泵，如 EV— 100 型机。 另一种是采用分流或并流的调速方案（如 MRH— S50— 13 型机），即在机器快速调动时，停止向装载马达供油，仅向行走马达供油，使掘进机具有两种行走速度。 4 总体参数的确定 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、截割力等。 机器外形尺寸 及机重 由于掘进机在井下作业，受巷道断面和空间的约束，其大小对机器的使用范围有直接的影响，因此，掘进机的外形尺寸有严格的限制。 机器的高度越低越好，但由于离地最小间隙和龙门高度的要求，机器不可能太低，一般小断面掘进机应在 ，大断面掘进机应低于 2m。 所以结合实际设计要求来看，该机器的高度决定选择在。 考虑掘进机 应有通过弯道的能力，所以机器的固定部分的长度应控制在 7m左右。 邱锐敏：小断面煤巷 掘进机总体方案设计及行 走机构设计 22 机器的宽度要与巷道宽度相适应，机器两侧距巷道两壁应保持适应的距离，以便于人员的通过和材料的搬运。 一般 掘进机外形尺寸（长179。 宽179。 高），一般为 6179。 179。 179。 179。 2m（不含转载机长度）。 所以根据设计要求以及实际操作环境，本设计方案将大概确定外形尺寸（长 x 宽 x 高）为 6179。 179。 机器重量则根据掘进机选型（表 11），初步选择第二型，机器重量为 30 吨。 机器可掘断面 机器的规格和重量主要取决于巷道断面的大小。 设计掘进机时，应把满足巷道断面的要求作为一个 主要依据，要满足下列 关系： Smin≤ S≤ Smax （ 41） 式中 Smin— 机器可掘最小断面； Smax— 机器可掘最大断面； S 巷道断面。 机器可掘最小断面是指掘进机可进行正常作业的最小巷道断面。 机器可掘最大断面是指掘进机定点截割（机器在巷道中间不动）时，能够截割出的最大巷道断面。 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，其截割头顶端的运动轨迹为一球面，由于水平回转半径 在各个高度位置是变化的，故掘进断面的实际极限形状如图 41 所示 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图 41掘进机断面尺寸 Figure 41 boring machine section size 可近似计算如下： 最大宽度（当悬臂在水平位置摆动时）： 2( ) sinB L a  （ 42） 上部宽度（当悬臂在上极限位置左右摆动时） ： 112( c os ) si nB L a （ 43） 下部宽度（当悬臂在下部位置左右摆动时）： 222( c os ) sinB L a （ 44） 上摆高度： 11sinHL （ 45） 下摆高度： 22sinHL （ 46） 卧底深度： 32(si n si n )hL  （ 47） 邱锐敏：小断面煤巷 掘进机总体方案设计及行 走机构设计 24 巷道高度： 12H H H （ 48） 可掘最大断面： m a x 1 1 2 21 [ ( ) ( ) ]2S B B H B B H    （ 49） 式中 L截割头前端至悬臂垂直回转中心 O1； a垂直回转中心 O1至水平回转中心 O2的距离；  水平回转时，悬臂的摆角； 1 垂直回转的上摆角； 2 截割到巷道底平面时，垂直回转的下摆角； 3 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h=100— 300mm。 实际上，由于 掘进断面多为梯形或拱形，所以实际得到的有效断面积较上述计算值 小。 也应 按上述关系和实际要求的断面形状与大小来确定 B1,B2。