小断面煤巷掘进机总体方案及液压系统设计(编辑修改稿)

小断面煤巷掘进机总体方案及液压系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

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。 工作机构设计为悬臂纵轴式。 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。 双环形刮板链式又叫小环形刮板式，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（因为掘进机工作时履带行走机构一般不调动）。 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。 装载机构型式选为耙爪式。 常见的装载机构的型式如下图所示 ，其中 a)双环形刮板链式； b)单环形刮板链式； 王耀雄： 小断面煤 巷掘进机 总体方案及液压系统设计 18 c)螺旋式； d)、 e)蟹爪式； f)耙爪式。 图 31 装载机构的型式 Figure 31 loading mechanism pattern 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。 输送机构一般是由机尾向机头方向倾斜向上布置的。 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。 输送机构型式选为刮板链式输送机构。 辽宁工程技术大学毕业设计 （论文） 19 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： 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，以使转运的煤岩能够正确地卸入矿车或 转载机中，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。 转载机构为机器的配套设备，胶带装载机构由电动卷筒驱动主动卷筒。 行走机构的型式选择 掘进机的行走机构有迈步式、导轨式和履带式几种。 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。 履带式行走机构 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。 行走机构 选为 液压马达驱动的履带式行走机构。 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。 为了提高降尘效果，部分断面掘进机大多采用内、外喷雾相结合的办法，并且和截割电动机、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。 掘进机喷雾系统由内喷雾、外喷雾和引射器三部分组成。 压力水是经过液压系统冷却器、水冷电机后进入引射喷雾器的。 引射喷雾器由喷嘴、引射风筒、底板等组成的。 压力水从装由螺旋芯的喷嘴中射出时在风筒后形成一个负压区，带有煤尘的空气被吸入并随水雾一起 射向前方。 引射喷雾器如 图 32 所示： 王耀雄： 小断面煤 巷掘进机 总体方案及液压系统设计 20 掘进机上使用的喷嘴由平射形喷嘴，旋涡形喷嘴，内冲击形喷嘴和引射形喷嘴。 选择喷嘴的原则是：雾化质量好，喷雾范围大，耗水量小，外形尺寸小，不易堵塞、磨损和损坏，拆装方便。 2)抽出式。 由于仅采用喷雾装置不能保证应有的空气净化程度，一些掘进机上还设有吸尘装置，其作用原理是，用吸尘装置在产生粉尘的地方吸入含尘空气，然后在特别的机构中分离粉尘，清洗后的空 图 32 引射喷雾器 气在掘进机工作位置的后面放入巷道。 Figure 32 ejector sprayer 常用的吸尘装置是集尘器，它是利用风机使集尘器内产生负压，将工作面含尘空气由吸风口吸入后，采用湿式或干式除尘。 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。 总体布置 总体布置的内容 总体布置的内容包括以下几个方面： 1）确定各部件在整机说的位置，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，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）审核个运动部件的运动空间，排除可能发生的运动干涉。 具体要求 在掘进机总体布置时，需注意以下问题： 1）工作机构减速器减速器的进、 出轴尽量同轴线； 辽宁工程技术大学毕业设计 （论文） 21 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中心的位置可以重合，也可以不重合。 从增加机器的稳定性看，摆动这些都高度应尽量降低。 在保证悬臂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； 4） 当各主要部件设计出来之后。 应进行校核，不满足需求时需仅需调整，使重心位于履带中心稍偏前且小于 L/6（ L 为履带接地长度）。 此外，还需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、且位于机身后部，座椅高度应保证司机的视线，使其哪个很好地操纵机器，截割出规则的巷道； 6）操纵台位置要适当，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。 传动型式及动力元件的选择 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：传动系统尽量简单、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，因而传动型式有不同的要求。 1）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很敏感，过载负荷能力低，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。 应利用体积小、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法，变速机构力求简单。 2）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，卡料时易过载。 王耀雄： 小断面煤 巷掘进机 总体方案及液压系统设计 22 耙装、输送机构若采用机械传动，用于电动机尺寸较大，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，这样势必使减速箱的尺寸增大，在铲板下布置较紧张。 此外，考虑耙爪及链板卡链过载情况， 为保护电动机不至烧毁，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）履带行走机构的驱动方式有电动机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。 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，制动方式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，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，有不同的方案。 采用低速大扭矩马达驱动，其特点是系统简单，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 ,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马达的大，但较电动式的小（ MRHS5013 型机的减速器传动比 i=328）。 因此可方便地将马达、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马达传动。 因此具有独特的优点。 行走机构的调速方式有两种，一种是采用变量泵。 另一种是采用分流或并流的调速方案，如 MRHS5013 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，使掘进机有两 种行走速度。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计 （论文） 23 机型大小 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、结构和重量应很好地适应煤岩的性质和巷道的尺寸。 定型化就是根据煤矿地质条件和矿井掘进工艺确定基本机型。 如表 31： 表 31基本机型与主要参数 Table 31 basic type and main parameter 基本机型 主要参数 第一型 第二型 第三型 掘进断面（ m2） 截割岩石硬度（ f） 截割功率（ KW） 机器重量（ t） 6～ 14 ＜ 4 55～ 750 16～ 25 8～ 20 4～ 6 75～ 110 25～ 40 10～ 24 6～ 8 110～ 160 40～ 75 表中第一项以掘进煤巷为主，它的特点突出经济、灵活、方便，在截割巷道截面尺寸方面有较大的适应性。 第二型以掘进半煤岩巷为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不易过于笨重和庞大，在使用时有较大的覆盖面。 第三型是具有更高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。 机器外形尺寸 由于掘进机在井下作业，受巷道断面和空间的约束，其大小对机器的适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。 考虑掘进机应有通过弯道的能力，所以机器固定部分的长度应控制在 7m 左右。 机器的宽度要。