悬臂式部分断面掘进机总体方案设计及液压系统设计(编辑修改稿)

悬臂式部分断面掘进机总体方案设计及液压系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

截割头平均直径处的牵引力为 P =(1～ ) cP。 牵引力一般为 30～ 60KN，对于半煤岩或中硬岩应取大值，在掘 进 f＞ 6 以上的岩石时，牵引力应提高到 100KN 左右，而牵引速度降低到 ，但牵引力太大时，将影响机器的稳定性，需增设辅助支撑装置。 表 12截割头主要性能参数范围 表 Parameter range of main performance of cutting head 硬度 参数 截割头转速(rpm) 截齿平均调速(m/s) 单刀受力 (KN) 牵引力 (KN) 牵引速度(m/min) f＜ 4 30110 24 f=46 2060 首先计算截割阻力： 截齿截割岩石的阻力产生了截割力 , 其值与被切削的岩石有关 , 也与截齿的形状和切深有关。 这些参数大多通过假岩壁截割试验取得 , 所需截割力的近似计算按下式求得 : 李威：掘进机总体方案设计及液压系统设计 16 KhF zss )2/(c 22 （ 19） 式中 sF —— 平均截割力 , kN ； sh —— 切屑厚度 (截齿截割煤岩体的深度 ) , mm； z —— 岩石的抗拉强度 , Mpa，根据设计要求得 60Mpa；  —— 截齿的刀具角 , ( 176。 )，这里取 45176。 ； K —— 岩石的脆性系数 , zDK  / , 其中 D 为岩石的抗压强度。 截割某种岩石时 , 首先应考虑切屑厚度 sh 和刀具角  , 这两个参数工作中很少变化 , 因为经常使用的有效值都是经试验得出的 , 故截割力主要与被截割的岩石有关。 只有当脆性系数 K 的平均值为 10左右 , 切屑厚度 sh 在一定范围的下限 , 按式 (19) 算出的截割力sF 才与实际大致相符。 而当比值较高或较低时 , 偏差则很大 , 故该公式适用于进行近似计算。 对于纵轴式掘进机截割头 ,每个截齿的最大切削厚度可由下式计算求得 : /snh v nZ （ 110） =150060 2 = mm 式中 nv —— 截割头牵引速度 (或摆动速度 ) ,mm /min，根据表 12和掘进机的设计要求及特点，选取牵引速度为 1500 mm /min； n —— 截割头的转速 , r /min，这里取 60r/min； Z —— 在一条截线上的截齿数。 则得到平均截割力如下： KhF zss )2/(c 22 =  221 2 . 5 6 00 . 0 1 6 3 . 1 4 c o s 4 5 2 1 0  = KN 根据经验 , 截割单向抗压强度为 60 MPa的岩石时 , 最小切削厚度为 8 mm。 某重型掘进辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 机假岩壁切割试验中 , 截割功率为 120 kW,每条截线装 2个截齿。 表 13 牵引力与截割力比值 表 (经验值 ) The ratio of traction force and cutting force (Experience value) 岩石名称 D /MPa z /MPa sa FF/ 煤 砂岩 页岩 石灰岩 5～ 50 20～ 170 10～ 100 30～ 250 2～ 5 4～ 25 2～ 10 5～ 25 ～ ～ ～ ～ 根据表格得 [4]： 牵引力 1 . 2 1 . 2 5 5 . 4 6 6 . 4 8asFF    KN 8） 悬臂参数确定 已经在前面机器可掘断面计算中确定。 9） 截割机构电动机的确定 结合表 11 和设计要求，确定 掘进机 截割机构电动机选择型号为 YBU（ S） — 120，截割功率为 120KW， 机器供电电压 1140/660V， 转速 1470rpm[5]。 行走机构基本参 数的确定 1） 履带板宽度 b 根据该掘进机的型号特点和履带板宽度表，选 取 b=370 mm 2） 左右履带中心距离 B ( ~ )Bb （ 111） =1295~ 1665(mm) 取 B=1500mm 3） 单侧履带接地长度 L   ~  （ 112） =2400~ 3300（ mm） 取 L=3200mm 4） 履带板平均接地比压 p 李威：掘进机总体方案设计及液压系统设计 18 10002sGp bL （ 113） 310 10002 370 3200  = MPa  KPa， 符合要求。 式中 p —— 履带平均接地比压， KPa（应小于 ）； sG —— 掘进机总重量 ， KN（ GS=310KN）； b —— 履带 板宽度 ， mm； L—— 履带接地长度， mm。 铲板 的 主要参数 确定 1）曲柄圆盘直径 d 的 确定 d 通常取： m a x(0 .7 ~ 0 .8 )dD （ 114） 420~480 mm 则取 d =550 mm 式中 maxD — 物料最大块度 ；（ 一般取 maxD =300~600mm。 因此取 maxD =600mm。 ） 2） 转载运输机宽度 1b 的确定 1b  d （ 115） 550 =825 mm 取 1b =1000 mm 3） 铲板宽度 b 及其对地面的倾角  的确定 铲板宽度 b 通常取为： b 2d + 1b （ 116） 2 550 1000   =2100 mm 根据掘进机整体结构， 取 b =3000 mm 铲板对地面的倾角  直接影响插入力、耙爪长度和铲板下面的空 间尺寸。 当铲板长度一定时，倾角小则插入阻力小，但铲板下面的空间也将变小，给传动装置的设计带来困难。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 若即要减小倾角，又要增大铲板下面的空间，则必须加长铲板；这势必造成耙爪过长而使受力状况恶化。 故通常取  =20o~25o 取  =23o 总体部分主要技术参数如下 机 长 机 宽 机 高 地 隙 200mm 卧底深度 300mm（ 200~400mm） 接地比压 可经济截割煤岩硬度 ≤ 60Mpa 可掘巷道断面 20m2 最大可掘高度 4m 最大可掘宽度 适应巷道坡度 177。 16176。 机器供电电压 1140/660V 截割功率 120KW 截割头长度 600mm 截割头直径 800mm 截割 头锥角 40176。 截齿截割速度 摆动速度 悬臂伸缩量 500mm 悬臂长度 3500mm 上 摆 角 48176。 下 摆 角 25176。 水平摆角 36176。 履带板宽度 370mm 李威：掘进机总体方案设计及液压系统设计 20 左右履带中心距离 1500mm 履带接地长度 3200mm 曲柄圆盘直径 550mm 铲板宽度 3000 mm 铲板 对地面的倾角 23176。 总体部分的装配图 具体见 掘进机总体装配 图 图纸 1。 2 理论 生产率 及静态稳定性计算 掘进机的生产率包括截割生产率、装载生产率和运输生产率，它们之间存在一定的关系。 掘进机 理论生产率计算 掘进机理论生产率： bT AVQ 60 （ 21） =60179。 179。 0. 5179。 2=90 m3/h 式中 TQ —— 掘进机理论生产率 ,m3/h； TQ —— 掘进机理论生产率 ,t/h；  —— 煤岩松散系数，一般取 ； A —— 截割头的横截面积 ,经计算得 0. 5m2； （截割头直径选择 800mm，则 横截 面积 约 为 0. 5m2） bV —— 截割头横向摆动速度 ,m/min； （因为该掘进机适用于半煤岩巷道的掘进，故选取 bV =2m/min）  —— 煤岩的容重 ,t/m3。 掘进机 静态稳定性 计算 掘进机的静态稳定性是指机器在行走和截割两种状态下的稳定性。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 行走时的静态稳定性计算 1）极限倾翻角 掘进机在上山、下山、横向倾斜停留及行走时的极限倾翻角由下式确定： 1 arctan( / )ah  （ 22）   =71176。 2 arctan( / )bh  （ 23）   =176。 3 arctan( / )eh  （ 24）   =46176。 式中 1 —— 上山（坡）极限倾翻角，176。 ； 2 —— 下山（坡）极限倾 翻角，176。 ； 3 —— 横向极限倾翻角，176。 ； a —— 掘进机重心至履带后 接地点 距离， m； b —— 掘进机重心至履带前 接地点 距离， m； e —— 掘进机重心至履带边缘的距离， m； h —— 掘进机重心离地高度， m。 因掘进机重心位置 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，所以估算 a=， b=， e=， h=。 顺便求得 c=， d=。 2）下滑临界坡度角 在掘进机发生倾翻之前，若履带板与巷道底板附着力不足，则可能导致机器下滑或靠李威：掘进机总体方案设计及液压系统设计 22 帮。 履带板与巷道底板的附着力为： 1 cos LFG （ 25） 1. 0 31 0 cos L   式中 1F —— 履带板与巷道底板的附着力， kN；  —— 履带板与底板的附着系数 ，一般取 u =； G —— 掘进机的重力， KN（ G=310KN） ； L —— 下滑临界坡度角 ，176。