小斷面煤巷掘進機總體方案及行走機構設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 擬出掘進機各部分之間搭配關系表，從而得出可行性方案 ： 表 91 Table 91 1 2 3 4 A工作機構 縱軸式 橫軸式 B行走機構 履帶式 邁步式 輪胎式 導軌式 C裝載機構 圓盤星輪式 耙爪式 環形刮板 螺旋式 序 號 原 理 基 本 單 元 遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 17 D轉運機構 膠帶式 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。 繪制評價計算表，進行技術經濟評價 表 92 為這三個設計方案的評價表。按技術觀點并且依據評價標準對方案進行分析對比，給出評價分數 jiW ，按 04 級確定分數，亦填入表中。 經過簡單計算，求出各方案的成本、無權重總價 GWj、有權重總價 GWjg． gi、總技術價 Wtj、總經濟價 Wwj以及總價 Wtj。計算結果都要填入表格 92中 繪制價值強度圖和價值斷面圖 根據計算結果，繪制出價值強度圖（圖 35）。 把有權重總價較高并且在價值圖中位于右上角的兩個方案（方案 1 和方案 2），作為較好的方案，再借助于價值斷面圖（圖 36）進行比較。比較的結果表明，方案 1 是最有前途的，而方案 3列為備用方案。 表 92 掘進機經濟技術評價簡表 Table 92 roadheader economical technical appraisal simple list 評價標準 重要性系數 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 維修方便 3 2 2 成本較低 4 4 2 求和 1 1GW =19 1gGW = 2GW =15 2gGW = 3GW =11 3gGW = 邱銳敏：小斷面煤巷 掘進機總體方案設計及行 走機構設計 18 總技術價 1tW = 2tW = 3tW = 制造成本（萬元） 1H =120 2H =250 3H =100 總經濟價 1wW = 2wW = 3wW = 圖 91 價值強度圖 Diagram 91 value intensity diagram 圖 92 價值斷面圖 Diagram 92 value sectional drawing 3 總體布置 總體布置的內容 遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 19 總體布置的內容包括以下幾個方面： 1) 確定各部件在整機上的位置，并對外形尺寸提出要求； 2) 確定各部件、部件與整機之間的連接方式； 3) 估算整機重量及重心位置，并對各部件的重量提出要求； 4) 布置各操縱機構、司機座位等； 5) 審核各運動件的運動空間，排出可能發生的運動干涉。 總體布置的原則 總體布置時，要考慮以下幾條原則： 1) 保證整機的原則性； 2) 結構緊湊， 并有較高的傳動效率； 3) 便于操作和維修，工作安全可靠； 4) 外形平整美觀。 具體要求 在掘進機總體布置時，需注意以下問題： 1) 工作機構減速器的進、出軸盡量同軸線； 2） 懸臂和鏟板的尺寸關系相適應，既有利于裝載，又要避免截割頭截割鏟板； 3） 懸臂的水平和垂直擺動重心的位置可以重合，也可以不重合。從增加機器的穩定情況 看，擺動中心的高度應盡量降低。在保證懸臂擺動不與其他機構干涉的條件下，擺動中心的位置應盡量靠后，但必須保證中心在機器的縱向對稱平面內； 總體設計時，其重心的位置僅需估算縱向坐標 x 值 。 4） 當各主要部件設計出來之后，應進行校核，不滿足要求時需進行調整，使重心位于履帶重心稍偏前且小于 L／ 6 范圍內（ L 為履帶接地長度）。此外，還要求重心位置在截割機構回轉臺中心線之后，而且重心高度越低越好，以提高機器 作業 時的穩定性； 5） 總體布置應考慮左右兩側重量對稱并照顧工作習慣及方便操作。司機座一般設在機身左側、且違約機身后部，座椅高度應保證司機的實現，使其能夠保證司機的實現，使其能夠很好的操縱及其，截割出規則的巷道； 6）操縱臺的位置要適當，應保證司機操縱方便、省力。儀表顯示裝置的位置要便于司機觀察，又不分散 司機正常操作的注意力。 傳動型式及動力原件的選擇 邱銳敏：小斷面煤巷 掘進機總體方案設計及行 走機構設計 20 傳動型式及元件選擇應遵循的原則 1）技術先進性：能夠改善機器性能，提高生產率； 2）經濟合理性：傳動系統精良簡單、元件少，易加工，價格低，維修容易，使用壽命長； 3）工作可靠性：傳動系統的可靠性表現為元件的使用壽命，因此也是對元件質量的要求； 4）適應性：元件應適應傳動系統的載荷、工況及環境等條件的要求。 各機構對傳動系統的要求及傳動型式的選擇 掘進機的截割、裝載、運輸、行走等機構一般均為分別傳動，各部件受力狀態及工作條件不同 ，因而對傳動型式有不同的要求。 1） 工作機構 工作機構 要求有較大的短時過載能力，而油馬達對沖擊負荷狠敏感，過負荷能力低，影響截割頭正常連續運轉。 所以，掘進機的工作機構宜采用電動機為動力的機械傳動型式。應采用體積小、功率大、過負荷能力強的專用電動機，并配備可靠的電氣保護裝置。根據工作機構結構緊湊的特點，通常工作機構的減速器設在懸臂內，成為懸臂的組成部分。截割頭調速方式一般采用配換掛輪的方式，變速機構力求簡單。 2） 耙裝 輸送 機構 耙裝機構 傳動裝置的特點是：減速器需裝在尺寸有限的鏟板下部，因而設計空間較小，工作條 件惡劣，減速器經常浸泡在煤巖泥水中，卡料時容易過載。 耙裝、輸送機構若采用機械傳動，由于電動機尺寸較大，不便在輸送機尾安裝，一般是在鏟板上部兩側安裝兩臺電動機，作為耙裝、輸送機構的共同動力，這樣勢必使減速箱尺寸增大，在鏟板下布置較緊張。此外，考慮耙爪及鏈板卡鏈過載工況，為保護電動機不至于燒毀，一般需要在減速器內設安全摩擦片離合器。 耙裝輸送機構若采用齒輪油馬達傳動，由于尺寸小、重量輕，可使二者分別傳動，從而簡化傳動裝置，便于在鏟板下布置，便于設計密封效果好的 機械密封或將減速器與鏟板分離，同時可實現過載自動保 護。 3） 履帶行走機構 履帶行走機構 的驅動方式有電動機驅動和油馬達驅動兩種方式。分別通過機械減速裝置或直接由油馬達帶動履帶的主動鏈輪運轉。 遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 21 機械傳動的履帶行走機構，一般是將電動機裝于兩條履帶減速器后部，制動裝置采用機械液壓制動方式。這種傳動方式傳動可靠性高，電動機價格低，維修容易，但不能調速，減速箱體積較大（如 EL— 90 型，采用 4 級電機，總傳動比 i=1147）；巷道淋水大時，電動機易受潮而燒毀。 履帶行走機構采用液壓傳動型式，系統簡單性能較好、技術先進。液壓傳動的行走機構中，在液壓馬達型式選擇及調速方式設計方面 ，有著不同的方案。 采用低速大扭矩馬達驅動（如 ELMA 型掘進機為變量軸向柱塞馬達），其特點是傳動系統簡單，尺寸小，重量輕，能夠實現無級調速及過載自動保護。但液壓馬達傳動復雜。制造費用高，維護較難。 采用齒輪油馬達（如 MRH— S50— 13），容積效率高，耐沖擊性能好，維修容易，造價較低，一臺 10KW 左右齒輪油馬達的價格只有同功率徑向柱塞油馬達的 1／ 10，尺寸小、重量輕。一臺 10KW 左右齒輪油馬達的重量，僅為同功率低速大扭矩油馬達的 1／ 18，為電動機重量的 1／ 13。采用齒輪油馬達后，減速器尺寸雖然較低速大扭矩油 馬達的大，但較電動勢的小（ MRH— S50— 13 型的減速器傳動比 i=328）。因此可方便的將馬達、減速器、液壓制動閥、緊鏈裝置等安裝于履帶架中間。這種方式在技術性能上優于機械傳動，在經濟指標上優于低速大扭矩油馬達傳動。因此具有獨特的優點。 行走機構的調速方式由兩種，一種是采用變量泵，如 EV— 100 型機。另一種是采用分流或并流的調速方案（如 MRH— S50— 13 型機），即在機器快速調動時，停止向裝載馬達供油，僅向行走馬達供油，使掘進機具有兩種行走速度。 4 總體參數的確定 掘進機的總體參數，是指主要性能參數。它表 示了掘進機特性的指標。掘進機的總體參數有：機重、外形尺寸、可掘斷面、生產率、截深、擺動速度、截割力等。 機器外形尺寸 及機重 由于掘進機在井下作業，受巷道斷面和空間的約束，其大小對機器的使用范圍有直接的影響，因此，掘進機的外形尺寸有嚴格的限制。 機器的高度越低越好，但由于離地最小間隙和龍門高度的要求，機器不可能太低，一般小斷面掘進機應在 ，大斷面掘進機應低于 2m。 所以結合實際設計要求來看，該機器的高度決定選擇在 。 考慮掘進機 應有通過彎道的能力，所以機器的固定部分的長度應控制在 7m左右 。 邱銳敏：小斷面煤巷 掘進機總體方案設計及行 走機構設計 22 機器的寬度要與巷道寬度相適應，機器兩側距巷道兩壁應保持適應的距離，以便于人員的通過和材料的搬運。 一般 掘進機外形尺寸（長179。寬179。高），一般為 6179。 179。 179。 179。 2m（不含轉載機長度）。 所以根據設計要求以及實際操作環境，本設計方案將大概確定外形尺寸（長 x 寬 x 高）為 6179。 179。 。 機器重量則根據掘進機選型（表 11），初步選擇第二型，機器重量為 30 噸。 機器可掘斷面 機器的規格和重量主要取決于巷道斷面的大小。設計掘進機時，應把滿足巷道斷面的要求作為一個 主要依據，要滿足下列 關系： Smin≤ S≤ Smax （ 41） 式中 Smin— 機器可掘最小斷面； Smax— 機器可掘最大斷面； S 巷道斷面。 機器可掘最小斷面是指掘進機可進行正常作業的最小巷道斷面。 機器可掘最大斷面是指掘進機定點截割（機器在巷道中間不動）時，能夠截割出的最大巷道斷面。 懸臂式掘進機掘進斷面的大小，決定于懸臂的長度和回轉角度，其截割頭頂端的運動軌跡為一球面，由于水平回轉半徑 在各個高度位置是變化的，故掘進斷面的實際極限形狀如圖 41 所示 遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 23 圖 41掘進機斷面尺寸 Figure 41 boring machine section size 可近似計算如下： 最大寬度（當懸臂在水平位置擺動時）： 2( ) sinB L a ??? （ 42） 上部寬度（當懸臂在上極限位置左右擺動時） ： 112( c os ) si nB L a???? （ 43） 下部寬度（當懸臂在下部位置左右擺動時）： 222( c os ) sinB L a???? （ 44） 上擺高度： 11sinHL?? （ 45） 下擺高度： 22sinHL?? （ 46） 臥底深度： 32(si n si n )hL ???? （ 47） 邱銳敏：小斷面煤巷 掘進機總體方案設計及行 走機構設計 24 巷道高度： 12H H H?? （ 48） 可掘最大斷面： m a x 1 1 2 21 [ ( ) ( ) ]2S B B H B B H? ? ? ? （ 49） 式中 L截割頭前端至懸臂垂直回轉中心 O1； a垂直回轉中心 O1至水平回轉中心 O2的距離； ? 水平回轉時，懸臂的擺角； 1? 垂直回轉的上擺角； 2? 截割到巷道底平面時，垂直回轉的下擺角； 3? 臥底時，懸臂垂直回轉的最大下擺角，可根據臥底 深度來定，一般可 取h=100— 300mm。 實際上，由于 掘進斷面多為梯形或拱形，所以實際得到的有效斷面積較上述計算值 小。也應 按上述關系和實際要求的斷面形狀與大小來確定 B1,B2