掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)

掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)煤礦掘進(jìn)是煤炭生產(chǎn)和建設(shè)的基礎(chǔ)工程。近年來(lái)，我國(guó)煤礦掘進(jìn)機(jī)械化得到了迅速的發(fā)展，裝備水平也有很大的提高，在自主創(chuàng)新能力上也有長(zhǎng)足的進(jìn)步。煤炭工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。在未來(lái)50年內(nèi)，煤炭仍是重要的能源和戰(zhàn)略物質(zhì)，具有不可替代性，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的保證。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以及國(guó)加入WTO后，煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的步伐也在加快。目前，國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)發(fā)展水平相對(duì)落后，巷道掘進(jìn)成為煤礦發(fā)展的一個(gè)瓶頸，制約著煤炭工業(yè)的發(fā)展。各國(guó)初期研制的懸臂式掘進(jìn)機(jī)都是以煤炭為作業(yè)對(duì)象，機(jī)重在13-17噸之間、切割功率在30KW左右的輕型機(jī)，代表機(jī)型是前蘇聯(lián)的ЛК-3型掘進(jìn)機(jī)。中期產(chǎn)品重要是用于切割煤系地層中的各種煤巖的中型掘進(jìn)機(jī)，機(jī)重在25噸左右、切割功率50-100KW，可切巖石硬度系數(shù)f6，如英國(guó)的MKA-2400型、奧地利的AM-50型、日本的S100型等。近期產(chǎn)品重要是以煤系地層中的中硬度巖石為作業(yè)對(duì)象的重型機(jī)，一般機(jī)重40-80噸、切割功率150-200KW、可切巖石硬度系數(shù)f8，如英國(guó)的LH-1300型、奧地利的AM-75型、日本的S200M型掘進(jìn)機(jī)等。我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)工作始于1965年，最初是仿前蘇聯(lián)的ЛК-3型掘進(jìn)機(jī)，1979年后，先后從日本、奧地利、英國(guó)、美國(guó)、西德、原蘇聯(lián)、匈牙利引進(jìn)了多種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，通過(guò)引進(jìn)日本MRH-5100-41型、奧地利AM-50等型掘進(jìn)機(jī)的制造技術(shù)和先進(jìn)加工設(shè)備，并進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化，到1989年終，我國(guó)已自行研制成功了AM50、ELM-55、EMIA-30、EL-90、5100等6種8個(gè)型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，使我國(guó)中小型掘進(jìn)機(jī)不再依賴進(jìn)口。此后，我國(guó)又開(kāi)始了重型掘進(jìn)機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)和研制工作。1999年，煤科總院太原分院開(kāi)發(fā)出了EBJ-160型掘進(jìn)機(jī)，2023年，佳木斯煤機(jī)廠又完畢了從日本引進(jìn)S200M型掘進(jìn)機(jī)的消化吸取、國(guó)產(chǎn)化任務(wù)。通過(guò)幾代人的不懈努力，截止到目前為止，我國(guó)掘進(jìn)機(jī)的開(kāi)發(fā)研究在輕型及中重型上己其本達(dá)成國(guó)際先進(jìn)水平，但在重型掘進(jìn)機(jī)的研究上，與一些發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品還存在著一定的差距。1設(shè)計(jì)規(guī)定及目的設(shè)計(jì)用途：設(shè)計(jì)符合規(guī)定的縱軸式懸臂掘進(jìn)機(jī)與截割部設(shè)計(jì)。

基本規(guī)定：1)最大掘高4.5m；2)最大掘?qū)?.6m；3)巷道坡度±16°；4)機(jī)高M(jìn)小于2M，機(jī)重大于45；5)可以在煤層、半煤層下施工，切割煤巖最大單向抗壓強(qiáng)度可達(dá)100Mpa，可切割性能指標(biāo)合用切割煤巖硬度，普氏系數(shù)f小于等于8，巖石的研磨系數(shù)小于等于Mg15。2總體方案設(shè)計(jì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)重要由截割、行走、裝運(yùn)、裝載四大機(jī)構(gòu)和液壓、水路、電氣三大系統(tǒng)組成，并通過(guò)主體部將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)的組合于一體?？傮w方案設(shè)計(jì)重要是進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的選型和總體參數(shù)的擬定。2.1機(jī)型的選定及重要部件的結(jié)構(gòu)形式的擬定2.1.1機(jī)型的選定掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展方向是定型化、系列化、并向“大斷面”、“高硬度”發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)的性能、外形、結(jié)構(gòu)和重量應(yīng)能很好地適應(yīng)煤巖的性質(zhì)和巷道的尺寸。根據(jù)任務(wù)書(shū)的規(guī)定，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT138～1995《懸臂式掘進(jìn)機(jī)的型式與參數(shù)》，MT238.3-2023《懸臂式掘進(jìn)機(jī)|第3部分|通用技術(shù)條件》選定機(jī)型類別。要考慮的掘進(jìn)機(jī)用途有：煤礦井下巷道的掘進(jìn)、其他行業(yè)的工程作業(yè)，要考慮掘進(jìn)機(jī)的工作條件：切割煤層巷、半煤層巷，煤巖的單向抗壓強(qiáng)度(或普氏系數(shù)f值)及巖石的腐蝕系數(shù)。特輕、輕型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)煤巷為主，它的特點(diǎn)應(yīng)突出經(jīng)濟(jì)、靈活、方便，在截割巷道斷面尺寸方面有較大的適應(yīng)性。中型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)半煤巖巷道為主，在截割巖石硬度方面適應(yīng)性較強(qiáng)，但機(jī)器設(shè)計(jì)不宜過(guò)于笨重和龐大，在使用時(shí)有較大的覆蓋面。重型掘進(jìn)機(jī)是具有更高切割能力的掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用范圍更加廣泛。根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)定和目的，機(jī)型選擇重型?；緟?shù)應(yīng)當(dāng)符合表格的規(guī)定。表2-1掘進(jìn)機(jī)型式的基本參數(shù)[6]Tab.2-1Tableofthebasicparametersofroadheadermodels技術(shù)參數(shù)單位機(jī)型特輕輕中重超重切割煤巖最大單向抗拉強(qiáng)度MPa生產(chǎn)能力煤，0.60.8———煤夾矸，0.350.40.50.60.6切割機(jī)構(gòu)功率kW90～200適應(yīng)工作最大坡度(絕對(duì)值)不小于(°)可掘巷道斷面㎡5～126～167～208～2810～32機(jī)重(不涉及轉(zhuǎn)載機(jī))t2.1.2各部件的結(jié)構(gòu)型式的擬定2.1.2.1切割機(jī)構(gòu)切割機(jī)構(gòu)重要由切割頭，水冷電動(dòng)機(jī)，減速器，伸縮機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)臺(tái)等組成，具有破碎煤巖功能的機(jī)構(gòu)。(1)切割頭的選擇切割頭裝有截齒，用語(yǔ)破碎煤巖的部件。切割頭重要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成；螺旋葉片焊在切割頭體上，沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒?？v軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的形狀通常有圓柱形、圓錐形、圓錐圓柱形幾種。圓錐形切割頭有助于鉆進(jìn)工作面，也能保證切割出來(lái)的巷道表面較平整，保證巷道坡度，也不會(huì)給支護(hù)工作帶來(lái)麻煩[5]。所以選擇圓錐形切割頭。(2)切割電動(dòng)機(jī)切割電機(jī)為外水冷式，且機(jī)體為焊接結(jié)構(gòu)，前端與行星減速器相聯(lián)，后端聯(lián)接回轉(zhuǎn)臺(tái)。電機(jī)輸出力矩，通過(guò)花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過(guò)內(nèi)花套鍵與截割頭相聯(lián)，把力(矩)傳遞到割頭上，截割頭以此方式進(jìn)行工作。切割電機(jī)的選擇在根據(jù)工作條件選取，并且應(yīng)當(dāng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT477-1996《YBU系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)》。(3)行星減速器重要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。太陽(yáng)輪與行星輪相嚙合，此行星輪通過(guò)兩個(gè)軸承裝在星輪軸上，兩端裝有孔用彈性擋圈，星輪裝在第一級(jí)行星架相應(yīng)的軸孔內(nèi)，內(nèi)輪與箱體組成一體并與行星輪嚙合帶動(dòng)第一級(jí)行星架，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)減速[7]。第二級(jí)的太陽(yáng)輪與第一級(jí)行星架為漸開(kāi)縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽(yáng)輪與第二行星輪嚙合，此行星輪裝在第二級(jí)的輪軸，此輪軸裝在第二級(jí)行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。這里內(nèi)輪與減速器殼體組成一體與行星輪嚙合，此星輪不僅自轉(zhuǎn)還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)減速器。圖2-1EBZ200E掘進(jìn)機(jī)的截割部行星減速器結(jié)構(gòu)Fig.2-1EBZ200EroadheaderinJiamusiCoalMineMachineryCo.Ltd.(4)伸縮機(jī)構(gòu)伸縮機(jī)構(gòu)有內(nèi)伸縮式和外伸縮式。內(nèi)伸縮式結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、伸縮靈活方便，因此采用內(nèi)伸縮式。伸縮機(jī)構(gòu)由保護(hù)筒，伸縮內(nèi)、外筒，花鍵套，密封座，主軸，軸承，隔套，旋轉(zhuǎn)密封、油封等構(gòu)成。位于截割頭和二級(jí)行星減速器之間，通過(guò)花鍵聯(lián)接使主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)截割頭旋轉(zhuǎn)，通過(guò)油缸伸縮帶動(dòng)伸縮部實(shí)現(xiàn)伸縮[5]。圖2-2懸臂伸縮原理圖Fig.2-2Thefigofthecantileverflex(a)外伸縮式(b)內(nèi)伸縮式1懸臂；2減速器；3電動(dòng)機(jī)；4伸縮油缸；5滑架；6花鍵主軸；7內(nèi)套；8聯(lián)軸器；9外套(5)回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)規(guī)定[5]1)回轉(zhuǎn)裝置反映在切割頭上的回轉(zhuǎn)力和回轉(zhuǎn)速度要滿足切割工作規(guī)定；2)回轉(zhuǎn)臺(tái)要可以承受機(jī)器工作時(shí)的各種載荷反力的作用，要有足夠的剛度；3)與懸臂配合，所具有的回轉(zhuǎn)角度要滿足掘進(jìn)端面的規(guī)定；4)結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。同時(shí)回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要符合中國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)MT475-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)支承型式基本參數(shù)和技術(shù)規(guī)定》。2.1.2.2裝運(yùn)機(jī)構(gòu)裝載機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)由鏟板部分與中間刮板輸送機(jī)等組成。由2臺(tái)液壓馬達(dá)，直接驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)送[5]。(1)鏟板部鏟板部分由耙裝部、減速器、耙爪等組成。裝載部實(shí)現(xiàn)采掘下煤礦等接受采集，通過(guò)中間輸送機(jī)，把煤礦輸送到后續(xù)的輸送帶上。鏟板部有雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?，螺旋式裝載式，蟹爪式裝載式，星輪式等。由于星輪式裝載式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，工作可靠，外尺寸小，因此選星輪式裝載方式[8]。耙裝部機(jī)構(gòu)采用弧形三齒星輪式，有左右兩個(gè)，對(duì)稱布置。(2)中間刮板運(yùn)送機(jī)輸送機(jī)構(gòu)，采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，一般由機(jī)尾向機(jī)頭方向傾斜向上布置。輸送機(jī)構(gòu)由以機(jī)頭軸為積極軸時(shí)，由設(shè)立在機(jī)頭的液壓馬達(dá)或電機(jī)，通過(guò)減速器裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣機(jī)構(gòu)復(fù)雜?？梢栽O(shè)立機(jī)尾為積極軸，由設(shè)立在機(jī)尾的驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)工作，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。采用雙邊鏈運(yùn)送型式，底板呈直線形，保證運(yùn)送順暢，提高溜槽及刮板使用壽命。采用兩個(gè)液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)鏈輪，帶動(dòng)刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)送。可以適當(dāng)提高龍門(mén)，減少一運(yùn)運(yùn)送過(guò)程中大塊物料卡阻[9]。2.1.2.3轉(zhuǎn)載機(jī)轉(zhuǎn)載機(jī)大多采用膠帶輸送機(jī)的形式。膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方式有三種[5]，1、由油馬達(dá)直接或通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)機(jī)尾積極卷筒；2、有電動(dòng)卷筒驅(qū)動(dòng)積極卷筒旋轉(zhuǎn)。3、有電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)積極卷筒旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)機(jī)膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)卸載端上下調(diào)高和左右擺動(dòng)，以使運(yùn)轉(zhuǎn)的煤巖可以準(zhǔn)確地卸如礦車(chē)或轉(zhuǎn)載機(jī)中，可以在轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)尾安裝在掘進(jìn)機(jī)尾部的回轉(zhuǎn)臺(tái)托架上，通過(guò)人力或者回轉(zhuǎn)油缸，使整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)的機(jī)尾繞回轉(zhuǎn)臺(tái)中心擺動(dòng)一定的角度。這樣輸送機(jī)轉(zhuǎn)座與掘進(jìn)機(jī)體主機(jī)架相連接，轉(zhuǎn)座可以圍繞立軸左右、上下擺動(dòng)左右。設(shè)立由一臺(tái)水平油缸推動(dòng)。裝載機(jī)后架的下部裝1個(gè)升降油缸，起支撐轉(zhuǎn)載機(jī)的作用，也用來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)載機(jī)的卸載高度。2.1.2.4行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式及驅(qū)動(dòng)方式行走機(jī)構(gòu)有邁步式、導(dǎo)軌式和履帶式等幾種。履帶式行走機(jī)構(gòu)可在底板不平或者松軟的條件下工作，不需要修路等，牽引力大，機(jī)動(dòng)性能好，工作可靠，調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)底板適應(yīng)性好等特點(diǎn)[10]。采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。履帶式行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式有兩種：電動(dòng)機(jī)和液壓馬達(dá)。由于液壓回路的種種優(yōu)點(diǎn)，選取液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.1.2.5冷卻噴霧系統(tǒng)通常掘進(jìn)機(jī)的除塵方式分為噴霧式和抽出式兩種。采用噴霧式除塵，用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散，使其霧化，使粉塵附在霧狀水粒表面沉淀下來(lái)，以達(dá)成滅塵效果。采用內(nèi)噴霧形式，在切割頭上裝設(shè)噴嘴，對(duì)著截齒噴射[9]。2.1.2.6電控系統(tǒng)電控系統(tǒng)涉及動(dòng)力部分、控制部分和檢測(cè)部分，電控系統(tǒng)必須按照煤礦井下防爆規(guī)定設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)，必須符合GB3836-2023標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定和規(guī)定。為了提高掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)的安全性，操作的靈活性以及機(jī)械傳動(dòng)部分的故障診斷及監(jiān)控功能，從實(shí)用角度考慮，裝設(shè)必要的離機(jī)遙控裝置、測(cè)控壓力、溫度、液位及關(guān)鍵部位的故障診斷裝置[11]。2.2總體參數(shù)擬定根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想及設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)擬定。掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)，是指重要性能參數(shù)。它表達(dá)了掘進(jìn)機(jī)特性的指標(biāo)。掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)有：機(jī)重、外形尺寸、可掘斷面、生產(chǎn)率、截深、擺動(dòng)速度、切割力等[5]。2.2.1機(jī)器外形尺寸根據(jù)掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境和規(guī)定，考慮到巷道的斷面和空間約束，機(jī)器高度越低越好，同時(shí)要滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，一般小斷面掘進(jìn)高度在1.7m以下，大斷面掘進(jìn)機(jī)應(yīng)低于2m。中、重型機(jī)高度1.6～2m，特輕型、輕型機(jī)高度1.4～1.6m。機(jī)器固定部分的長(zhǎng)度控制在7m左右。機(jī)長(zhǎng)的推薦值為：輕型機(jī)長(zhǎng)m，中型機(jī)長(zhǎng)m，重型機(jī)長(zhǎng)m，相應(yīng)的寬度分別為，，[12]。結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)定和工作情況掘進(jìn)機(jī)的外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高)=8.7×2.8×1.8(不含轉(zhuǎn)載機(jī)長(zhǎng)度)。2.2.2重量估算整機(jī)自重是掘進(jìn)機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。機(jī)重太輕，工作穩(wěn)定性下降，擺動(dòng)截割時(shí)會(huì)發(fā)生擺尾現(xiàn)象、截割效率下降，截齒損耗率增長(zhǎng)；機(jī)重太重，機(jī)動(dòng)性差，轉(zhuǎn)向靈活性下降。一般它的自重可按2-1估算[11](2-1)式中：—截割機(jī)構(gòu)功率，kW；—截割頭平均截割速度，m/s；也可參照現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)用類比法來(lái)擬定，機(jī)重(t)與截割功率(kW)之比為0.25～0.4。2.2.3機(jī)器可掘斷面機(jī)器的規(guī)格和重量重要取卻于巷道斷面的大小。懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)斷面的大小，決定于懸臂的長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度。2.2.3.1懸臂的長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)角度的擬定根據(jù)上文的結(jié)構(gòu)選擇，伸縮機(jī)構(gòu)類型采用內(nèi)伸縮式。(1)伸縮量。伸縮量要大于或等于截深，考慮伸縮部的結(jié)構(gòu)和機(jī)器工作的穩(wěn)定性，懸臂伸縮量一般為500~600mm[5]，選取550mm。(2)懸臂長(zhǎng)度和擺角一般情況下，巷道的形狀和規(guī)格擬定后，按照巷道和最大高度和上下寬度，結(jié)合垂直擺動(dòng)的中心高度，可以初步擬定懸臂的長(zhǎng)度和擺角。最大掘高4.5m，上擺角，下擺角，取水平擺角=。由幾何關(guān)系可以得出，在最大掘?qū)?.6m下，懸臂長(zhǎng)為：(2-2)即懸臂長(zhǎng)為3950mm(為垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離，取650mm)。回轉(zhuǎn)中心高：(2-3)(2-4)即mm盡量減少重心，取H=1600mm。根據(jù)幾何關(guān)系擬定上擺角和下擺角。既上擺角，下擺角。2.2.3.2機(jī)器可掘斷面參數(shù)的擬定[5]最大寬度(當(dāng)懸臂在水平位置擺動(dòng)時(shí))：(2-5)，，，；上部寬度(當(dāng)懸臂在上極限位置左右擺動(dòng)時(shí))：(2-6)，下部寬度(當(dāng)懸臂在下部位置左右擺動(dòng)時(shí))：(2-7)，上擺高度：(2-8)下擺高度：(2-9)臥底深度：(2-10)，巷道高度：(2-11)可掘最大斷面：(2-12)上式中：—切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心的距離；—垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離；—水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角；—垂直回轉(zhuǎn)的上擺角；—截割到巷道底面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角；—臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角，可根據(jù)臥底深度來(lái)定，一般可取mm，這里取200mm。2.2.4截割機(jī)構(gòu)技術(shù)參數(shù)的初步擬定2.2.4.1截割頭轉(zhuǎn)速及其功率的初步擬定掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力源都采用交流電動(dòng)機(jī)。截割機(jī)構(gòu)功率大小，在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用類比法，再結(jié)合掘進(jìn)機(jī)的一些個(gè)性因素及經(jīng)驗(yàn)來(lái)擬定。截齒必須具有的一定的截割速度和足夠的截割力，才干實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖的有效破碎。顯然在一定的功率下，適當(dāng)減少截割速度(或轉(zhuǎn)速)，將使截割力矩和截割力相應(yīng)增長(zhǎng)，有助于截割較硬的煤巖。同時(shí)，還可以減少截割頭上的動(dòng)載荷，減少截齒的磨損和粉塵。通常，在煤和軟巖中，可取，截割頭轉(zhuǎn)速為30~100。對(duì)于中硬巖，可選，對(duì)于砂巖和石灰?guī)r，平均截割速度=0.6~0.8，最高=0.9~1，截割頭轉(zhuǎn)速為20~40[11]。目前市場(chǎng)上絕大多數(shù)掘進(jìn)雙速掘進(jìn)機(jī)的截割速度為23r/min和46r/min，這兩種截割速度被認(rèn)為是截割硬巖和煤巖的經(jīng)濟(jì)截割速度，所以本次設(shè)計(jì)的巖巷掘進(jìn)機(jī)截割轉(zhuǎn)速也設(shè)定為46r/min。結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT477-1996YBU系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇，擬定截割功率為200kW。2.2.4.2切割頭的有關(guān)參數(shù)的擬定[5](1)切割頭長(zhǎng)度切割頭長(zhǎng)度的大小影響工作循環(huán)時(shí)間，它的選擇還與煤巖性質(zhì)有關(guān)?？v軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭長(zhǎng)度應(yīng)略大于截深。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的長(zhǎng)度一般為500~700mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在1000mm左右。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，擬定本掘進(jìn)機(jī)為中型掘進(jìn)機(jī)，選擇切割頭的長(zhǎng)度為780mm。(2)切割頭直徑切割頭直徑影響切割力和工作循環(huán)時(shí)間。當(dāng)切割頭的功率和轉(zhuǎn)速一定期，切割頭的直徑將決定切割頭的切向切割力。切割頭直徑過(guò)大，將使切向切割力減少，假如切割力小于切割阻力，就不能完畢切割任務(wù)。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的直徑一般為600~900mm。大功率的掘進(jìn)機(jī)可以在1000mm以上。這里選擇切割頭的平均直徑為800mm。(3)切割頭錐角對(duì)于縱軸式掘進(jìn)機(jī)的圓錐形切割頭，為了獲得比較平整的巷道頂、底板或者側(cè)壁，還應(yīng)結(jié)合懸臂長(zhǎng)度、回轉(zhuǎn)中心的位置來(lái)擬定切割頭的錐角。設(shè)切割頭的半錐角為，懸臂水平擺角為，上下擺角分別為、。按幾何關(guān)系，要保證巷道的頂、底板、側(cè)壁平整，應(yīng)使。顯然對(duì)于擬定的掘進(jìn)機(jī)，其切割頭的半錐角是定值。掘進(jìn)機(jī)的水平擺角通常為。這樣錐形切割頭的錐角擬定在之間。本掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)協(xié)議類掘進(jìn)機(jī)運(yùn)用情況，選取。(4)螺旋頭數(shù)和升角螺旋頭數(shù)一般為兩頭和三頭。這里選擇兩頭旋轉(zhuǎn)葉片。有關(guān)參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中擬定。(5)切割速度和擺角速度截割功率一定期，切割速度決定切割力矩和切割力的大小。切割力矩為：(2-13)平均切割力：(2-14)平均單齒切割力：(2-15)式中：—為切割頭平均直徑，m；—為切割頭轉(zhuǎn)速，r/min；—為切割力矩，—平均切割力，N；—平均單齒切割力，N；—同時(shí)工作齒數(shù)，可取總齒數(shù)的一半。懸臂式掘進(jìn)機(jī)所能達(dá)成的最大截割能力總是與其截齒的截割速度有關(guān)。截割速度的選取一般取決于被截割巖石的特性，在1～5m/s之間選取。對(duì)研磨性的硬巖石，最大截割速度要受到截齒磨損的限制。例如，截割石英含量為30%～40%，抗壓強(qiáng)度為100～120MPa的砂巖時(shí)，最佳的截割速度為1.5～2m/s。對(duì)易于截割的巖石(例如白堊和煤)，最大截割速度會(huì)受到粉塵濃度的限制。對(duì)煤炭一般選用4～5m/s。根據(jù)本設(shè)計(jì)規(guī)定，擬定截割速度2.0m/s?？紤]到掘進(jìn)機(jī)對(duì)煤巖特性應(yīng)具有一定的適應(yīng)范圍，通常在較軟的半煤巖中，可以選合理的工作擺動(dòng)速度，在較硬的半煤巖中可以取，對(duì)于中硬煤巖石，擺動(dòng)速度不宜過(guò)大，取[11]。根據(jù)本設(shè)計(jì)規(guī)定，擬定擺動(dòng)速度為1.4。(6)最大扭矩最大扭矩的擬定公式為：(2-16)式中：—切割最大扭矩；—切割硬度f(wàn)=6的巖石時(shí)候，切割頭平均扭矩。，；式中：—切割頭平均直徑，m；—切割頭長(zhǎng)度，m；—當(dāng)量載荷因數(shù)。具體數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中擬定。(7)牽引力切割頭回轉(zhuǎn)時(shí)，必須具有足夠的的牽引力，以便切割頭在擺動(dòng)方向能有效地切入煤壁，保證切割工作的正常進(jìn)行。切割頭平均直徑處牽引力為牽引力一般為30~60kN[5]。具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中擬定。2.2.4.3電動(dòng)機(jī)的選擇懸臂式掘進(jìn)機(jī)切割頭功率一般在=30~200kW之間，差別比較大。切割電機(jī)功率估算公式為：，(2-17)式中：—切割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)；—為工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，可以取0.8；—作用在切割頭旋轉(zhuǎn)軸的切割阻力矩，，通過(guò)如下式子計(jì)算：式中：—作用在一個(gè)齒上的切割阻力，N；—每條截線上的齒數(shù)；—切割頭上的總截線條數(shù)；—切割頭平均直徑，m。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT477-1996YBU系列掘進(jìn)機(jī)用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)選擇，擬定截割功率為200kw，額定電壓AC1140/660V，轉(zhuǎn)速1500rpm表2-2電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)[13]Tab.2-2Thebasicparametersofmotorforms功率/kW效率/%功率因數(shù)/堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最小轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩冷卻水流量/額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩200920.852.06.51.22.61.3圖2-3EBZ200E掘進(jìn)機(jī)的截割電機(jī)外形[14]Fig.2-3EBZ200EroadheaderinJiamusiCoalMineMachineryCo.Ltd.2.2.4.4回轉(zhuǎn)臺(tái)的布置及參數(shù)擬定切割臂的上升、下降和左右回轉(zhuǎn)臺(tái)由裝在其上的各油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)?；剞D(zhuǎn)臺(tái)重要由回轉(zhuǎn)油缸、回轉(zhuǎn)座、連接臂、回轉(zhuǎn)架、升降油缸等部件構(gòu)成。回轉(zhuǎn)座上裝有交叉軸承，即可承受徑向載荷，又可以承受軸向載荷。連接臂的左端用螺栓與切割臂固定在一起。工作時(shí)，切割臂隨連接臂助于升降油缸可以在垂直方向上升和下降足夠的角度；切割臂隨回轉(zhuǎn)臺(tái)油缸可以在水平方向左右各擺動(dòng)33°?；剞D(zhuǎn)臺(tái)中心高在1600mm?；剞D(zhuǎn)臺(tái)直徑取1600mm根據(jù)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT475-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)支承型式基本參數(shù)和技術(shù)規(guī)定》，選取回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)型式為01系列——單排四點(diǎn)接觸球式。具體尺寸在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中擬定。2.2.5裝運(yùn)機(jī)構(gòu)參數(shù)擬定耙裝部機(jī)構(gòu)采用弧形三齒星輪式，有左右兩個(gè)，對(duì)稱布置。裝載機(jī)構(gòu)耙爪的轉(zhuǎn)速一般為25～48r/min[11]，原動(dòng)機(jī)為2臺(tái)液壓馬達(dá)，工作時(shí)交錯(cuò)耙抓。轉(zhuǎn)速取28r/min。鏟煤板的傾斜角一般為，它的寬度應(yīng)當(dāng)比履帶外寬敞0.6～1.2m，下降最低位置不應(yīng)小于臥底深度，上升最大高度應(yīng)到達(dá)350～400mm。根據(jù)上文擬定的原則，輸送機(jī)形式：邊雙鏈刮板式，刮板鏈規(guī)格：18×64圓環(huán)鏈，輸送機(jī)槽寬：500mm，龍門(mén)高度：360mm。圖2-4EBZ200E掘進(jìn)機(jī)的雙邊刮板輸送機(jī)[14]Fig.2-4EBZ200EroadheaderinJiamusiCoalMineMachineryCo.,Ltd.2.2.6行走履帶技術(shù)參數(shù)的擬定與連接行走履帶技術(shù)參數(shù)的擬定要符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T577-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶機(jī)構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定。2.2.6.1行走履帶驅(qū)動(dòng)方式及系統(tǒng)參數(shù)的擬定履帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置所需要的最小功率應(yīng)能滿足掘進(jìn)機(jī)在最大設(shè)計(jì)坡度上作業(yè)、爬坡、轉(zhuǎn)彎等工況的規(guī)定；最大功率應(yīng)小于在水平路面履帶打滑時(shí)的功率。履帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置為液壓馬達(dá)。液壓系統(tǒng)馬達(dá)回路額定壓力應(yīng)符合下表的規(guī)定：表2-3液壓系統(tǒng)回路額定壓力系列[15]Tab.2-3Tableofhydraulicpressuresystemcircuitratedseries6.310.012.516.020.025.0單位：Mpa結(jié)合目前我們同類同功率型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)，做類比，我們選擇液壓回路額定壓力16.0MPa。2.2.6.2履帶的接地長(zhǎng)度、行駛寬度和履帶寬度的擬定[5]這些參數(shù)取決于地面的允許比壓、轉(zhuǎn)向性能、坡度橫向的穩(wěn)定性等。行駛寬度按略?。?2-18)(2-19)履帶機(jī)構(gòu)履帶板寬度：表2-4履帶板寬度系列[15]Tab.2-4Tableofthewidthofcrawlermechanismseries250300370400450500520550600650單位：mm結(jié)合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T577-1996《懸臂式掘進(jìn)機(jī)履帶機(jī)構(gòu)型式與參數(shù)》的規(guī)定(如表)，取履帶板寬度：450mm，行駛寬度2800mm，履帶接地長(zhǎng)度3300mm。2.2.6.3驅(qū)動(dòng)輪直徑采用后輪驅(qū)動(dòng)，掘進(jìn)機(jī)使用重量為(kg)，則驅(qū)動(dòng)輪直徑(mm)經(jīng)驗(yàn)公式：[5](2-20)取=1100kg，=460mm2.2.6.4履帶節(jié)距縮小履帶節(jié)距(mm)可以減少行駛速度的不均勻性；增大節(jié)距，可以改善接地比壓的分布。一般取節(jié)距，(kg)為轉(zhuǎn)載機(jī)的有效重量[16]。取節(jié)距=120mm。2.2.6.5履帶機(jī)構(gòu)公稱接地比壓的計(jì)算與擬定公稱接地比壓由下式計(jì)算：[17](2-21)式中：—公稱接地比壓，MPa；—履帶機(jī)構(gòu)所屬掘進(jìn)機(jī)的重量，N；—單邊履帶機(jī)構(gòu)的履帶鏈寬度，mm；—單邊履帶機(jī)構(gòu)的接地長(zhǎng)度，mm。履帶機(jī)構(gòu)的公稱接地比壓為0.14MPa。2.2.6.6履帶機(jī)構(gòu)的行走速度一般設(shè)計(jì)有工作和調(diào)動(dòng)兩種速度。工作速度一般為2～5m/min，調(diào)動(dòng)速度一般為10～15m/min[18]。能實(shí)現(xiàn)快速調(diào)動(dòng)和慢速作業(yè)的需要，行走機(jī)構(gòu)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)0～10m/min的無(wú)級(jí)調(diào)速。工作速度為0～5m/min。2.2.6.7履帶傳動(dòng)的連接方式與履帶機(jī)構(gòu)張緊結(jié)構(gòu)型式有滑動(dòng)和滾動(dòng)兩種連接方式，滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸，內(nèi)阻較大，對(duì)特輕型、輕型、中型掘進(jìn)機(jī)推薦采用滑動(dòng)式結(jié)構(gòu)型式。滾動(dòng)式運(yùn)營(yíng)阻力較小，履帶架底部與履帶鏈相接接觸面磨損小。重型和特重型掘進(jìn)機(jī)推薦采用這種結(jié)構(gòu)形式。在履帶架底部裝設(shè)的支重輪，每個(gè)承載力應(yīng)不小于機(jī)重的50%，間距一般為履帶板節(jié)距的1.5倍[19]。履帶機(jī)構(gòu)張緊行程應(yīng)大于履帶鏈節(jié)距的一半。具體參數(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中擬定。2.2.7噴霧系統(tǒng)的參數(shù)外噴霧系統(tǒng)，噴嘴設(shè)立在截割機(jī)構(gòu)懸臂的前端，水壓為1.5MPa。內(nèi)噴霧系統(tǒng)的噴嘴裝置設(shè)在截割頭截齒座的后面。內(nèi)噴霧系統(tǒng)的壓力不低于4MPa。對(duì)截割硬巖石的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高水壓和水量。同時(shí)內(nèi)外噴霧系統(tǒng)總水量不得超過(guò)掘進(jìn)機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力的6～8%，否則導(dǎo)致工作面煤泥積水現(xiàn)象[18]。2.2.8生產(chǎn)率掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)率涉及截割生產(chǎn)率、裝載生產(chǎn)率和運(yùn)送生產(chǎn)率，它們之間存在一定的關(guān)系。(1)截割生產(chǎn)率截割生產(chǎn)率即機(jī)器的生產(chǎn)率，它又分為理論生產(chǎn)率、技術(shù)生產(chǎn)率和實(shí)際生產(chǎn)率。掘進(jìn)機(jī)的理論生產(chǎn)率為[20]：(2-22)或者式中：—掘進(jìn)機(jī)理論生產(chǎn)率，；—掘進(jìn)機(jī)理論生產(chǎn)率，；—煤巖松散系數(shù)，一般取=1.5；—截割頭的橫截面積，㎡；—截割頭橫向擺動(dòng)速度，；—煤巖的容重，。技術(shù)生產(chǎn)率是指掘進(jìn)機(jī)在給定條件下連續(xù)工作一小時(shí)獲得的最大生產(chǎn)率，可按下式擬定：(2-23)或若用進(jìn)尺速度表達(dá)，則為：(2-24)式中：—技術(shù)生產(chǎn)率，；—技術(shù)生產(chǎn)率，；—進(jìn)尺速度，m/h；—截割頭沿工作面移動(dòng)所破碎煤巖的厚度，m；—截割頭截入工作面的深度，m；—巷道的毛斷面積，㎡；—掘進(jìn)機(jī)工作不連續(xù)系數(shù)，即掘進(jìn)機(jī)純截割時(shí)間與總循環(huán)時(shí)間的比值。式中：—因更換截齒或掘進(jìn)調(diào)動(dòng)等因素使掘進(jìn)機(jī)停歇的時(shí)間，min；—可靠性系數(shù)，一般取K=0.9～0.8；—每個(gè)工作循環(huán)的工作機(jī)構(gòu)行程，m，可按下式擬定：式中：—巷道頂寬，m；—巷道底寬，m；—截割頭直徑，m；—巷道高度，m；實(shí)際生產(chǎn)率是指掘進(jìn)機(jī)在一般工作時(shí)間內(nèi)的實(shí)際平均生產(chǎn)率。要考慮司機(jī)操縱機(jī)器和工作面實(shí)際情況導(dǎo)致的一些不可避免的時(shí)間損失等。(2)中間輸送機(jī)生產(chǎn)率中間輸送機(jī)的最大生產(chǎn)能力為：(2-25)式中：—生產(chǎn)率，；—裝滿系數(shù)。依使用條件，如輸送機(jī)傾角、煤巖硬度、塊度、溫度及溜槽結(jié)構(gòu)定，一般取=0.95～0.9；—鏈速，；—輸送機(jī)斷面，㎡，由下式擬定：式中：—輸送機(jī)槽寬，m；—輸送機(jī)有效高度，m；—貨載堆積角，即高于槽幫煤巖的安息角。。(3)裝載機(jī)生產(chǎn)率膠帶式裝載機(jī)的輸送能力按下式計(jì)算：(2-26)式中：—膠帶輸送能力，；K—斷面系數(shù)；—帶速，；C—傾角系數(shù)；B—帶寬，m；掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)以截割生產(chǎn)率為依據(jù)，而裝載、輸送、裝載的生產(chǎn)能力應(yīng)稍高于截割生產(chǎn)率，要滿足以下關(guān)系：(2-27)過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響設(shè)備的協(xié)調(diào)工作。本掘進(jìn)機(jī)設(shè)定的裝載效率為230，在做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候以此為依據(jù)，所以裝載機(jī)的效率可以是230。由此滿足式(2-27)，掘進(jìn)機(jī)工作協(xié)調(diào)。2.3掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)上文的設(shè)計(jì)和選型，擬定的掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖如下：圖2-5掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)Fig.2-5Thedrivesystemofroadheader1—內(nèi)齒輪2—中心輪3—二級(jí)中心輪4—行星輪5—電動(dòng)機(jī)6、7—圓錐齒輪8—鏈輪9—鏈輪軸10—內(nèi)齒輪11—二級(jí)行星減速機(jī)12—齒輪13—油馬達(dá)14—齒輪15—齒圈16—油馬達(dá)17、18—渦輪蝸桿19—星輪2.4總體布置圖圖2-6掘進(jìn)機(jī)的總體布置圖Fig.2-6Theoveralllayoutofroadheader1—切割部；2—裝載部；3—行走部；4—液壓系統(tǒng)；5—電氣系統(tǒng)；6—轉(zhuǎn)載部；7—噴霧系統(tǒng)2.5總體參數(shù)總結(jié)根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)定和目的，進(jìn)行了掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。這里擬定了本掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)為EBZ200。這里大多運(yùn)用到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及各煤炭科學(xué)研究院所的研究成果和經(jīng)驗(yàn)公式。為了保證實(shí)用性，在參數(shù)的選取上，盡量實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，現(xiàn)把各總體參數(shù)總結(jié)如下：1)初步擬定切割電機(jī)功率

200kW

；2)截割頭轉(zhuǎn)速

46；3)履帶行走速度

0～5/10；4)履帶板寬

450mm；5)行駛寬度3000mm；6)履帶接地長(zhǎng)度3300mm；7)機(jī)

長(zhǎng)

8.7m；8)機(jī)

寬

2.8m；9)機(jī)高

1.8m；10)最大掘高4.5m；11)最大掘?qū)?.6m；12)巷道坡度±16°；13)水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角；14)垂直回轉(zhuǎn)的上擺角；15)截割到巷道底面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角；16)臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角；17)可掘最大斷面；18)懸臂長(zhǎng)為3950mm；19)伸縮部伸縮量550mm；20)供電電源

AC1140V；3懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)3.1截割部的組成掘進(jìn)機(jī)截割部重要由截割電動(dòng)機(jī)、截割機(jī)構(gòu)減速器、截割頭、懸臂筒組成。見(jiàn)圖3-1.截割部是掘進(jìn)機(jī)直接截割煤巖的裝置，其結(jié)構(gòu)型式、截割能力、運(yùn)轉(zhuǎn)情況直接影響掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力、掘進(jìn)效率和機(jī)體的穩(wěn)定性，是衡量掘進(jìn)機(jī)性能的重要因素和指標(biāo)。因此，工作部的設(shè)計(jì)是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。1截割頭2伸縮部3截割減速機(jī)4截割電機(jī)圖3-1縱軸式截割部Figure3-1Verticalaxis-typecuttingunit圖3-2截割頭Figure3-2Cuttinghead?3.2截割部電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇切割電機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)工作條件選取，由設(shè)計(jì)規(guī)定可知，所設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可截割硬度為小于85Mpa的中硬巖，查表2-1可知應(yīng)當(dāng)選取功率為200KW的截割電動(dòng)機(jī)。電機(jī)動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳向截割頭進(jìn)行截割，且機(jī)體為焊接結(jié)構(gòu)，前端與行星減速器相聯(lián)，后端聯(lián)接回轉(zhuǎn)臺(tái)。電機(jī)輸出力矩，通過(guò)花鍵套傳遞給減速器，再由花鍵套傳到主軸，主軸通過(guò)內(nèi)花套鍵與截割頭相聯(lián)，把力(矩)傳遞到割頭上，截割頭以此方式進(jìn)行工作。?3.3截割頭及截齒類型的選擇截割頭是掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，重要功能是破碎和分離煤巖，是掘進(jìn)機(jī)直接用來(lái)破碎煤巖的部件，是掘進(jìn)機(jī)的關(guān)鍵部件。切割頭裝有截齒，用語(yǔ)破碎煤巖的部件。切割頭重要由截割頭體、齒座、螺旋葉片、截齒、噴嘴及筋板等構(gòu)成；螺旋葉片焊在切割頭體上，沿螺旋線并按截線間距排列齒座和截齒?？v軸式掘進(jìn)機(jī)切割頭的形狀通常有圓柱形、圓錐形、圓錐圓柱形幾種。圓錐形切割頭有助于鉆進(jìn)工作面，也能保證切割出來(lái)的巷道表面較平整，保證巷道坡度，也不會(huì)給支護(hù)工作帶來(lái)麻煩[5]。所以選擇圓錐形切割頭。?3.3.1截齒的設(shè)計(jì)（1）截齒類型的選擇在截割頭上安裝扁齒（又稱刀齒或徑向齒）或鎬齒（又稱錐形齒或切向齒）。由于煤巖超硬即按原蘇聯(lián)根據(jù)接觸強(qiáng)度值的大小把巖石分為六類中的中檔堅(jiān)固，選用鎬齒。齒柄為圓錐體，插入齒座后，用U型銷(xiāo)或環(huán)形鋼絲固定。當(dāng)截割煤巖時(shí)，齒能在齒座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒尖磨損均勻，保持齒鋒利利。齒柄上有環(huán)形槽，用之以卡住齒。（2）截齒排列參數(shù)的擬定①每線齒數(shù)對(duì)于較硬的煤和硬巖，通常選用毎線一齒。否則，就會(huì)出現(xiàn)加深截槽的現(xiàn)象，即同一截線上的截齒只是加深由前一個(gè)截齒截出的截槽，而崩落的效果極為薄弱。對(duì)于每線一齒，在排列上應(yīng)使第i條截線上的截齒的圓周角與螺旋角頭數(shù)和相鄰截線上截齒的角度保持下列關(guān)系：。②截線間距S它表征相鄰截齒齒尖軌跡的距離，其值影響單個(gè)截齒載荷、受力大小、破碎效果和功率消耗。對(duì)縱軸式切割頭選擇截線間距時(shí)，特別應(yīng)考慮煤巖特性和水平擺動(dòng)速度，由于截線間距在切割過(guò)程中發(fā)生變化，總之，擬定截線間距時(shí)應(yīng)全面考慮煤巖性質(zhì)、截割厚度、牽引速度等因素。橫切割頭在擺動(dòng)切割時(shí)，實(shí)際截割間距隨擺動(dòng)速度變化，而切深保持不變。實(shí)驗(yàn)證明，被截下的煤巖量與截線間距和切深有關(guān)，過(guò)小的截線間距使煤巖過(guò)于粉碎，產(chǎn)生粉塵、單位能耗高、截割效率低。過(guò)大的間距則會(huì)在煤壁上保存棱邊，也引起截割效率減少，對(duì)的的截線間距是切深的二倍，即。{h-截齒切深，m；-牽引速度或擺動(dòng)速度，m/min；n-切割頭轉(zhuǎn)速，r/min；-一條截線上的截齒數(shù)。具體選取時(shí)可以參照下表的經(jīng)驗(yàn)值。表3-1橫切割頭截割參數(shù)與礦物特性關(guān)系Table3-1therelationoftransversecuttinghead‘scuttingparametersandmineralcharacteristics礦物特性超硬材料硬材料中硬材料軟材料單向抗壓強(qiáng)度/Mpa＞8060-8030-60＜30牽引速度/（m/s）0．2-0．40．3-0．40．35-0．60．65截線距/mm40-5050-6060-10070-120③相鄰鎬齒間的最佳間距由式4-13知：s/d=tgs為兩相鄰截齒的中心距；d為直徑；為斷面傾斜著通過(guò)一時(shí)的計(jì)算值。時(shí)鎬形截齒的圓錐角的一半。?3.3.2截齒的排列（1）截齒排列方式①順序式。截齒是一個(gè)挨一個(gè)進(jìn)行截割的，形成的截槽兩邊不對(duì)稱，截齒兩側(cè)受力不等。此外，這種布置方式，切削斷面較小。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為1.②交叉式。截齒以一個(gè)間隔一個(gè)的順序進(jìn)行截割的，形成兩側(cè)接近對(duì)稱的截槽，可以保證截齒兩側(cè)受力基本平衡，切屑面積大，截割比能耗低。這種排列方式有助于減少截齒的側(cè)向和截割比能耗。其條件是：螺旋頭數(shù)與毎線齒數(shù)之比為2.圖3-3截齒排列方式Figure3-3pickarrangementway（2）截齒排列圖圖3-4截齒排列Figure3-4pickarrangement左截割頭的排列為右旋，右截割頭的排列為左旋。這樣，在工作時(shí)割落的煤巖拋向兩個(gè)截割頭的中間，改善了截割時(shí)的受力情況和裝載效果。（3）截齒的安裝①截割角α（又叫切削角）。截割角是截齒軸線與齒尖運(yùn)動(dòng)軌跡的切線之間的夾角。實(shí)驗(yàn)表白截割角在45°-55°之間時(shí)截割阻力最小。此范圍內(nèi)，截齒以較好的位置鍥入巖石，它對(duì)切割頭很重要。大的角雖然提高切削效率，但磨損比較嚴(yán)重，容易使齒尖變鈍，以致無(wú)法切入礦物。當(dāng)角很小時(shí)，所需進(jìn)給力增大，容易使截齒超載，此時(shí)，截齒不僅軸線方向承受負(fù)荷，并且齒頂方向負(fù)荷較大，使進(jìn)給力和切削力達(dá)成十分有效的使用效果，經(jīng)德國(guó)礦冶技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)分析，推薦最佳的截割角為46°.圖3-5鎬形齒的安裝角度Figure3-5pickaxeshapecuttingpickinstallmentangle②傾斜角β。截齒按傾斜角安裝，保證截齒在橫向擺動(dòng)截割時(shí)，沿合速度方向截入巖體。由于截割頭橫擺速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于截割速度，因此，β角很小。（）。為了使刀齒能磨損均勻，保持銳利的工作狀態(tài)，以便減少截割阻力，根據(jù)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)表白，截齒應(yīng)向截割頭橫擺方向偏轉(zhuǎn)8°。這樣，截齒的運(yùn)動(dòng)方向與進(jìn)入巖體方向一致，也有助于截齒的自轉(zhuǎn)。3.3.3掘進(jìn)機(jī)截割頭載荷計(jì)算當(dāng)截割頭的結(jié)構(gòu)、幾何尺寸以及截齒排列方式等都已擬定，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行截割頭載荷計(jì)算，這是截割頭設(shè)計(jì)的重要一步。截割頭的載荷大小與煤巖性質(zhì)、截齒結(jié)構(gòu)尺寸、截齒布置參數(shù)等因素有關(guān)，并且隨位置不同而變化。這是由于截割頭工作時(shí)，煤巖的破碎是不連續(xù)的，每個(gè)截齒的截割阻力成周期性變化，因此截割頭上的載荷是隨時(shí)間變化的。通過(guò)截割頭載荷計(jì)算可以求得截割頭的各載荷曲線，由此得出載荷的最大值、最小值、平均值和擺動(dòng)值以及載荷的合力作用點(diǎn)。這種擬定截割頭的載荷的方法比較科學(xué)、準(zhǔn)確，便于對(duì)截割頭的載荷和截割特性的研究。（1）切屑厚度的計(jì)算當(dāng)截割頭橫向擺動(dòng)截割時(shí)，在圓周范圍內(nèi)，每個(gè)截齒最大工作角度為180°。假如順著截割頭旋轉(zhuǎn)軸朝工作面方向看，截齒工作半周的切屑斷面成月牙形。當(dāng)每條截線上有兩齒時(shí)，最大切屑厚度是在同一條截線相鄰二齒相繼截割而形成的。當(dāng)每條截線上有一齒時(shí)，這個(gè)齒的切割深度即最大切屑厚度。確切的說(shuō)，最大切屑厚度是指在橫向在與巷道中線垂直方向的切屑斷面厚度。截割頭上第i個(gè)齒的最大切屑厚度himax應(yīng)按下式計(jì)算：式中vbi：第i個(gè)截齒橫向擺動(dòng)速度；βi：第i個(gè)截齒截割頭中心線的角度；n：截割轉(zhuǎn)速；m：同一條截線上截齒數(shù)。在截割頭工作過(guò)程中，n和m是不變化的，βi的變化范圍也不大，只有vbi有較明顯的變化。在截割同一種煤巖時(shí)，靠近截割頭小端處的截齒有較大的切屑厚度。3.3.4截齒受力計(jì)算掘進(jìn)機(jī)截割頭在正常截割狀態(tài)下，截齒受到截割阻力、牽引阻力和側(cè)向力。而具體的某個(gè)截割頭的截割受力與相鄰截線上的截齒排列方式有關(guān)系。當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒在同一個(gè)葉片上，這種截割方式為順序式截割；當(dāng)相鄰兩條截線上的截齒不在同一個(gè)葉片上，這種截割方式稱為交叉式截割。順序式截割，屬半封閉式截割，有明顯的側(cè)向力；交叉式截割，屬淺封閉式截割，截齒幾乎不受側(cè)向力。在計(jì)算瞬時(shí)載荷之前，對(duì)截齒的平均受力、截割頭對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩、截割電機(jī)的功率及其單位能耗等參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，與瞬時(shí)負(fù)載情況對(duì)比分析，對(duì)以后瞬時(shí)負(fù)載、功率等計(jì)算有指導(dǎo)意義。1.單個(gè)截齒平均截割阻力z載荷公式（3-1）鎬形齒牽引阻力y公式N（3-2）鎬齒承受側(cè)向力x計(jì)算公式，N (3-3) 式中PK——巖石接觸強(qiáng)度，單位Mpa；——截齒類型系數(shù)，鎬形齒1.5，徑向齒為1；——截齒幾何形狀影響系數(shù)，鎬形齒徑向齒——硬質(zhì)合金刀頭形狀系數(shù)；——刀桿頭部形狀系數(shù)；——硬質(zhì)合金刀頭直徑系數(shù)；——截齒刀部寬度影響系數(shù)， ，b是刀齒刃布寬度，單位mm；——截齒前刃面形狀影響系數(shù)，前刃面是平面，取1，橢圓形或頭形前刃面取0.95；——截齒截角影響系數(shù)；t——平均截線距，mm；h——平均切屑厚度，mm；——齒的后刃面磨鈍后在牽引方向投影面積，mm2，徑向齒取30-40mm2，切向齒取15-20mm2；2.對(duì)截割頭旋轉(zhuǎn)軸的截割阻力矩計(jì)算（3-4）式中z——作用在一個(gè)截齒上的截割阻力，N；——每條截線上的齒數(shù)；p——截割頭上的總截線條數(shù)；——截割頭平均直徑，m；——截割頭長(zhǎng)度，m；——過(guò)截割頭轉(zhuǎn)軸的截割頭縱斷面面積，m2;——考慮同時(shí)截割煤的截齒個(gè)數(shù)的系數(shù)，最大取0.5；——煤巖體松裂系數(shù)，最大取1。3.截割電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算，Kw（3-5)式中——截割頭每秒轉(zhuǎn)數(shù)；——工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率，可取為0.8。4.單位能耗計(jì)算 ，(3-6)式中z——截齒截割阻力；t——平均截線距，mm；h——平均切屑厚度，mm。負(fù)載和功率的初定為以后設(shè)計(jì)擺動(dòng)速度和鉆進(jìn)速度、計(jì)算載荷提供參考依據(jù)。3.3.5瞬時(shí)載荷、力矩及功率計(jì)算1.單個(gè)截齒瞬時(shí)載荷計(jì)算截割阻力公式，N（3-7）鎬形齒牽引阻力公式，N （3-8）鎬齒承受側(cè)向力計(jì)算公式，N （3-9）式中i為第i個(gè)截齒；為截齒齒尖與截割頭徑向截面中心連線和X軸的夾角。，mm——截齒的切削寬度，mm；由于截線距不等，所以，在計(jì)算時(shí)取截齒所在截線上下各一半，即。2.某一瞬時(shí)截割頭受到的合力及合力矩計(jì)算合力及其合力矩計(jì)算方法（以橫擺為例圖文說(shuō)明）：一方面計(jì)算各個(gè)截齒的截割阻力z和牽引阻力y，如圖4-2所示。然后將z和y轉(zhuǎn)化到相應(yīng)截齒所在截線的平面與截割頭軸線的交點(diǎn)處，力平移過(guò)去同時(shí)截割阻力產(chǎn)生了一個(gè)力矩，如圖4-3所示。在各個(gè)交點(diǎn)處建立局部坐標(biāo)系，其三個(gè)方向和質(zhì)心處的坐標(biāo)系方向一致，即一個(gè)軸沿截割頭軸線，一個(gè)軸位于過(guò)截割頭軸線并垂直于水平地面的面上，另一個(gè)軸方向便擬定，這樣將轉(zhuǎn)化到各個(gè)交點(diǎn)處的力投影到局部坐標(biāo)系中，在將所有的局部坐標(biāo)系的力和力矩轉(zhuǎn)化到質(zhì)心處的坐標(biāo)系并合成為三向力和三向力矩（包具有側(cè)向力，假如沒(méi)有側(cè)向力則只有兩個(gè)方向的力和三向力矩）。圖3-6截齒瞬時(shí)負(fù)荷圖Figure3-6thepictureofthechargesentence圖3-7截齒力矩轉(zhuǎn)化圖Figure3-6momentalofthegare（1）單齒上的載荷，如圖3-7—Zi、Yi。（2）局部坐標(biāo)系上的力和力矩；（3-10）；（3-11） （3-12）式中——截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，rad/s；——在時(shí)刻，第i個(gè)截線上的工作截齒在截割頭圓周方向的角度，rad；——第i個(gè)齒的徑向距離的二倍（即直徑）；（3）截割頭質(zhì)心上的三向力和三向力矩計(jì)算在t時(shí)刻，截割頭受到的瞬時(shí)三向力為： ，； （3-13），； （3-14）在t時(shí)刻，截割頭受到的瞬時(shí)三向力矩為：,； （3-15），； （3-16）,； （3-17）注意：Li有正負(fù)之分，靠近截割頭頭部的為正值，靠近端面的為負(fù)值。3.求功率、均值、方差和波動(dòng)系數(shù)功率：，Kw （3-18）均值： （3-19）均方差:（3-20）波動(dòng)系數(shù)：波動(dòng)系數(shù)是用來(lái)衡量載荷波動(dòng)平穩(wěn)情況，波動(dòng)系數(shù)越小說(shuō)明載荷越平穩(wěn)，掘進(jìn)機(jī)受力情況越好；反之掘進(jìn)機(jī)受力情況相對(duì)惡劣。當(dāng)載荷波動(dòng)系數(shù)很大時(shí)說(shuō)明截割頭設(shè)計(jì)不合理，需重新設(shè)計(jì)。3.4截割速度方案設(shè)計(jì)在掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中，巖石硬度不是恒定的，各種硬度的巖石相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)截割速度不同，所以截割速度最佳是隨時(shí)變化著的，掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)巷道工程中，其工作狀態(tài)與工況參數(shù)有密切關(guān)系。如：截齒的磨損與其線速度有直接關(guān)系；所以傳動(dòng)零件以及緊固件的疲勞破壞都與載荷的性質(zhì)與載荷的穩(wěn)定限度有關(guān)，而載荷的穩(wěn)定限度有是截割頭轉(zhuǎn)速、懸臂擺動(dòng)速度、切屑厚度以及截割阻力等參數(shù)的函數(shù)。對(duì)于不同的截割對(duì)象，為了保證掘進(jìn)機(jī)有高的掘進(jìn)效率和可靠的工作狀態(tài)，從理論方面分析，截割頭轉(zhuǎn)速、截齒線速度、懸臂擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)以及截齒上承受的截割阻力、截割電機(jī)功率等動(dòng)力學(xué)參數(shù)都應(yīng)當(dāng)是不同的。但是，現(xiàn)在正實(shí)用的掘進(jìn)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)這個(gè)規(guī)定。由于尚未研制出截割頭拖動(dòng)裝置的無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，本次設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)有兩種截割速度，高速級(jí)用于截割硬度較小的巖石，低速級(jí)用于截割硬度較大的巖石，工作時(shí)可以根據(jù)巖石變化而隨時(shí)改變截割速度。假如在傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)變速器將使傳動(dòng)系統(tǒng)大大復(fù)雜化，這與掘進(jìn)機(jī)工作部傳動(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)原則相矛盾，所以變速直接采用電機(jī)變速，通過(guò)改變電機(jī)極數(shù)改變速度和功率。3.5傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的傳動(dòng)方式為電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給減速器的輸入軸，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸，主軸帶動(dòng)截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)。3.5.1工況特點(diǎn)及規(guī)定（1）低速重載小體積由于國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)均向著重型化方向發(fā)展，其截割機(jī)構(gòu)傳遞的功率相應(yīng)地也越來(lái)越大，但是截割結(jié)構(gòu)外形尺寸缺沒(méi)有隨功率的增長(zhǎng)而成比例地增長(zhǎng)。特別是一般掘進(jìn)機(jī)由于其工作特點(diǎn)所致，截割臂的外形多設(shè)計(jì)成寶塔狀，即越靠近截割頭（動(dòng)力輸出端），其外形尺寸越小。因此，處在截割臂前端的傳動(dòng)，在設(shè)計(jì)上因尺寸問(wèn)題受到極大的限制。（2）沖擊負(fù)荷大掘進(jìn)機(jī)是通過(guò)截割頭完畢截割煤巖的，因破碎機(jī)理所致，當(dāng)截割煤巖時(shí)，煤巖的反作用力使截割阻力和沖擊負(fù)載毫無(wú)保存地傳遞至齒輪、軸、軸承等傳動(dòng)件上。（3）載荷變化大截割時(shí)，由于受被截割物料軟硬不均，牽引速度和截割深度的影響，載荷始終處在大幅度波動(dòng)之中，而其載荷又不易被測(cè)定。（4）高可靠性我國(guó)越來(lái)越重視掘進(jìn)設(shè)備的可靠性，相應(yīng)地制定了一套實(shí)驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。如新設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)的減速器必須進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)和耐久性實(shí)驗(yàn)，截割減速器的耐久性實(shí)驗(yàn)為連續(xù)滿載運(yùn)營(yíng)1000h。3.5.2傳動(dòng)類型的設(shè)計(jì)由于行星齒輪傳動(dòng)具有多分流傳動(dòng)、低壓力嚙合、作用力平衡和運(yùn)營(yíng)多變性等一系列特點(diǎn)，所以在同等工作條件下與定軸齒輪傳動(dòng)相比，行星齒輪傳動(dòng)具有外形尺寸小，重量輕、傳動(dòng)效率高、工作可靠和同軸傳動(dòng)等許多突出優(yōu)點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外縱軸式掘進(jìn)機(jī)的截割結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)均采用行星齒輪傳動(dòng)，以期在提高承載能力、效率和可靠性的同時(shí)，盡也許地減輕重量、縮小外廓尺寸、減少制導(dǎo)致本。規(guī)定傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，并滿足一定的強(qiáng)度規(guī)定和減速比規(guī)定。因此，這種工作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置多采用行星齒輪傳動(dòng)，以滿足以上規(guī)定。假如采用一級(jí)減速，則傳動(dòng)比太大，導(dǎo)致齒輪結(jié)構(gòu)很難滿足現(xiàn)實(shí)規(guī)定，因此，決定采用2級(jí)齒輪減速。齒輪系的選取有定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系兩種。由于懸臂采用內(nèi)伸縮式，電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、的減速器相對(duì)于軸向是固定的，從傳動(dòng)裝置體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等考慮，采用雙級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)布置圖3-1。圖3-6傳動(dòng)系統(tǒng)Fig3-6Thetransmissionsystem截割電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)、中心輪、行星輪、內(nèi)齒輪、中心輪、行星輪和聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)切割頭進(jìn)行切割。中心輪固定在懸臂主軸上，行星輪與之嚙合，同時(shí)又與一個(gè)內(nèi)齒輪嚙合，內(nèi)齒輪固定在箱體上。使減速器的強(qiáng)度能滿足電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和動(dòng)載荷，即使電動(dòng)機(jī)過(guò)載以至停止，減速器也不至于出現(xiàn)機(jī)械故障。若減速器的強(qiáng)度不能滿足電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，必須設(shè)過(guò)載保護(hù)裝置，如安全銷(xiāo)、壓緊彈簧、液壓或摩擦聯(lián)軸器等。3.6伸縮部方案擬定（1）內(nèi)伸縮式（也稱套筒式）由伸縮部分和固定部分組成。電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器和減速器相對(duì)于懸臂自身在軸向是固定的?；ㄦI主軸、截割頭、內(nèi)套筒和保護(hù)套筒是可伸縮部分，在伸縮油缸作用下，通過(guò)花鍵連接，相對(duì)固定部分移動(dòng)完畢伸縮動(dòng)作。其原理如圖3-2（b）所示。圖3-7懸臂伸縮原理圖Fig3-7Thefigofthecantileverflex(a)內(nèi)伸縮式(b)外伸縮式1懸臂；2減速器；3電動(dòng)機(jī)；4伸縮油缸；5滑架；6花鍵主軸；7內(nèi)套；8聯(lián)軸器；9外套(2)外伸縮式（又稱滑架式）外伸縮式裝置是將電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器和減速器等連成一個(gè)剛性整體，構(gòu)成懸臂的可伸縮部分，而固定部分為一與回轉(zhuǎn)臺(tái)鉸接的滑架?？缮炜s部分裝在滑架內(nèi)，運(yùn)用伸縮油缸使其來(lái)回整體移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮，其原理如（圖2-3a）所示。外伸縮式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)樸、制造方便，主軸與減速器在軸向固定連接，密封性能好，但伸縮時(shí)移動(dòng)部分質(zhì)量較大，不利于機(jī)器的穩(wěn)定性。4截割部減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1電機(jī)選擇4.1.1截割速度根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，截割頭轉(zhuǎn)速n=46r/min4.1.2截割功率根據(jù)所截割煤巖的特性、工作機(jī)構(gòu)的類型，參照類似工作條件、工作范圍的國(guó)內(nèi)外各種掘進(jìn)機(jī)，來(lái)選定截割電機(jī)功率。表4-1我國(guó)主流掘進(jìn)機(jī)的重要技術(shù)性能表Tablet.4-1TableofmainlyperformanceofroadheaderinChina技術(shù)參數(shù)AM50S-100EBJ-120TPEBZ200TYS150JELMB-75CEBJ-200SH斷面/㎡6～188～238～189～219～236～178～24可截割硬度/MPa60706080807080～100機(jī)重/t26.8273651.544.623.453總功率/kW174145190250205130314截割功率/kW100100120200150/8075200適應(yīng)坡度/（°）16161616161616系統(tǒng)壓力/MPa16161623161616外形尺寸/m×m×m7.5×2.1×1.6512.2×2.8×1.88.6×2.1×1.559.8×2.55×1.79.0×2.8×1.88.22×2.5×1.5610.8×2.7×1.5生產(chǎn)廠家淮南佳木斯太原分院太原分院佳木斯南京晨光上海分院根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定，截割硬度小于85Mpa，選擇截割功率為200kW。4.1.3選擇電機(jī)根據(jù)截割功率選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為：YBUD-200隔爆電動(dòng)機(jī)其重要性能數(shù)據(jù)如下：表4-1Tablet.4-1型號(hào)額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速YBUD-200200KW1500r/min1460r/min4.2截割減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)性能規(guī)定：傳動(dòng)比大，輸入軸與輸出軸具有同軸性，選用行星齒輪傳動(dòng)。因傳動(dòng)比較大，采用兩級(jí)行星傳動(dòng)，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖4-2：圖4-1傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig4-1Thediagramoftransmissionsystem行星減速器重要由箱體、減速齒輪、二級(jí)行星輪架、輸入、輸出軸構(gòu)成。太陽(yáng)輪與行星輪相嚙合，此行星輪通過(guò)兩個(gè)軸承裝在星輪軸上，兩端裝有孔用彈性擋圈，星輪裝在第一級(jí)行星架相應(yīng)的軸孔內(nèi)，內(nèi)輪與箱體組成一體并與行星輪嚙合帶動(dòng)第一級(jí)行星架，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)減速[7]。第二級(jí)的太陽(yáng)輪與第一級(jí)行星架為漸開(kāi)縣花鍵聯(lián)結(jié)，太陽(yáng)輪與第二行星輪嚙合，此行星輪裝在第二級(jí)的輪軸，此輪軸裝在第二級(jí)行星架相應(yīng)軸孔內(nèi)。這里內(nèi)輪與減速器殼體組成一體與行星輪嚙合，此星輪不僅自轉(zhuǎn)還繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)第二級(jí)減速器。為了盡量減小減速器體積和重量，將行星減速器的外殼與兩級(jí)行星傳動(dòng)的內(nèi)齒圈設(shè)計(jì)成一體。這種結(jié)構(gòu)使得低速級(jí)和高速級(jí)的內(nèi)齒圈齒數(shù)相等，整個(gè)輪系中齒輪的模數(shù)也相等。4.2.1傳動(dòng)比的分派擬定總傳動(dòng)比并根據(jù)傳動(dòng)比分派理論分派各級(jí)傳動(dòng)比,并選擇齒輪齒數(shù)i總==1460/46=31.739高速級(jí)的傳動(dòng)比：=低速級(jí)的傳動(dòng)比：4.2.2各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算按指導(dǎo)書(shū)表4.2-9擬定各零件效率取：聯(lián)軸器效率=0.99齒輪嚙合效率=0.97（齒輪精度為7級(jí)）滾動(dòng)軸承效率=0.98滾筒效率=0.96開(kāi)式齒輪嚙合效率=0.950軸（電動(dòng)機(jī)軸）：P=P=200kwn=1460r/minT=9.55P/n=9.55×200×10/1460=1308.22N.mⅠ軸：P=P×=P×=200×0.99=198kwn=1460r/minT=9.55×P/n=9.55×198×10/1460=1295.14N.mⅡ軸：P=P×=P××=200×0.97×0.98=190.12kwn=n/i=1460/6.546=223.04r/minT=9.55×P/n=9.55×190.12×103/223.04=8127.33N.mⅢ軸：P=P×=P××=190.12×0.97×0.98=180.73kwn=n/=223.04/4.849=45.997r/minT=9.55×P/n=9.55×180.73×103/45.997=37523.57N.m4.2.3齒輪部分設(shè)計(jì)4.2.3.1高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)(1)選擇齒輪材料：太陽(yáng)輪選用45#鋼調(diào)質(zhì)解決HRC1=56—62行星輪選用45#鋼調(diào)質(zhì)解決HRC2=56—62(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：齒寬系數(shù),查教材表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取=0.5齒輪齒數(shù)的選擇：傳動(dòng)比條件：同心條件（各齒輪模數(shù)相同）：均布條件（N為整數(shù)）：鄰接條件：根據(jù)以上四個(gè)條件選擇=21=57=135k=3實(shí)際傳動(dòng)比u=Z3/Z1+1=7.429傳動(dòng)比誤差=（7.429-7.399）/7.429=0.0041誤差在5%內(nèi)，合適1）擬定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，比照公式：（4-1）估取圓周速度V=6.08m/s,參考教材表8-14，8-15選取=2\*ROMANII公差組7級(jí)2）太陽(yáng)輪分度圓直徑d1,由下式得：（4-2）a齒寬系數(shù):查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取=0.8b太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)矩T1:T1=108494N.mmc載荷系數(shù)K:K=KKKK（4-3）使用系數(shù)K:查表得K=1.3動(dòng)載荷系數(shù)K:查表得K=1.2齒向載荷分布系數(shù)K:查表取K=1齒間載荷分派系數(shù)K：由下式及其=0得=[1.88-3.2()]=1.68查表并插值得K=1.16則載荷系數(shù)K的初值KtKt=1.3×1.2×1×1.16=1.81d彈性系數(shù):查表取得=189.8e節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)（）:根據(jù)條件查圖可得=2.5f重合度系數(shù):查表（），取=0.87g許用接觸應(yīng)力:（4-4）接觸疲勞極限應(yīng)力，，查表可得=570N/mm2,=460N/mm2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N:==1.42×109則查表得出接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)(不允許有點(diǎn)蝕)，硬化系數(shù):根據(jù)設(shè)計(jì)條件查圖可取=1接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH,按照一般可靠度查SHmin=1.0—1.1，取SH=1.1，=570×1×1/1.1=518N/mm2460×1×1/1.1=418N/mm2所以太陽(yáng)輪分度圓直徑d1的設(shè)計(jì)初值d1t為齒輪模數(shù)m：m==73.49/21=3.50取m=4太陽(yáng)輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值：=21×4=84mm圓周速度v：與估取值相近，對(duì)KV取值影響不大，不必修正KV所以可以取定：KV=KVt=1.2，K=Kt=1.81太陽(yáng)輪分度圓直徑d1：d1==84mm行星輪分度圓直徑d2：d2=mZ2=4×57=228mm中心距a：a=mm齒寬b：mm，取37行星輪齒寬b2：b2=b=37mm太陽(yáng)輪齒寬b1：b1=b2+(5--10)取b1=45內(nèi)齒圈分度圓直徑：d3=mZ3=4×135=540mm4.2.3.2低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)(1)選擇齒輪材料：太陽(yáng)輪選用45#鋼調(diào)質(zhì)解決HRC1=56—62行星輪選用45#鋼調(diào)質(zhì)解決HRC2=56—62(2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算：齒寬系數(shù),查教材表8-23按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取=0.5齒輪齒數(shù)的選擇：傳動(dòng)比條件：同心條件（各齒輪模數(shù)相同）：均布條件（N為整數(shù)）：鄰接條件：根據(jù)以上四個(gè)條件選擇=29=53=135k=3實(shí)際傳動(dòng)比u=Z3/Z1+1=5.5傳動(dòng)比誤差=（5.5-5.481）/5.5=0.0035誤差在5%內(nèi)，合適1）擬定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)比照公式：（4-5）估取圓周速度V=1.29m/s,參考教材表8-14，8-15選取=2\*ROMANII公差組7級(jí)2）太陽(yáng)輪分度圓直徑d1,由下式得：（4-6）a齒寬系數(shù):查表按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置，取=0.5b太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)矩T2:T2=7287860N.mmc載荷系數(shù)K:K=KKKK（4-7）使用系數(shù)K:查表得K=1.3動(dòng)載荷系數(shù)K:查表得K=1.2齒向載荷分布系數(shù)K:查表取K=1齒間載荷分派系數(shù)K：由下式及其=0得=[1.88-3.2()]=1.68查表并插值得K=1.16則載荷系數(shù)K的初值KtKt=1.3×1.2×1×1.16=1.81d彈性系數(shù):查表取得=189.8e節(jié)點(diǎn)影響系數(shù)（）:根據(jù)條件查圖可得=2.5f重合度系數(shù):查表（），取=0.87g許用接觸應(yīng)力:（4-8）接觸疲勞極限應(yīng)力，，查表可得=570N/mm2,=460N/mm2應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N:==2.58×107則查表得出接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)(不允許有點(diǎn)蝕)，硬化系數(shù):根據(jù)設(shè)計(jì)條件查圖可取=1接觸強(qiáng)度安全系數(shù)SH,按照一般可靠度查SHmin=1.0—1.1，取SH=1.1，=570×1×1/1.1=518N/mm2460×1×1/1.1=418N/mm2所以太陽(yáng)輪分度圓直徑d1的設(shè)計(jì)初值d1t為齒輪模數(shù)m：m==113.8/29=3.92取m=4太陽(yáng)輪分度圓直徑的參數(shù)圓整值：=29×4=116mm圓周速度v：與估取值相近，對(duì)KV取值影響不大，不必修正KV所以可以取定：KV=KVt=1.2，K=Kt=1.81太陽(yáng)輪分度圓直徑d1：d1==116mm行星輪分度圓直徑d2：d2=mZ2=4×53=212mm中心距a：a=mm齒寬b：mm，取57行星輪齒寬b2：b2=b=57mm太陽(yáng)輪齒寬b1：b1=b2+(5--10)取b1=65mm內(nèi)齒圈分度圓直徑：d3=mZ3=4×135=540mm4.2.4軸設(shè)計(jì)及校核輸入軸、中間空心軸和輸出軸只承受轉(zhuǎn)矩作用而無(wú)彎矩作用，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)只需按照許用轉(zhuǎn)應(yīng)力計(jì)算公式計(jì)算出最小軸徑，然后按照軸上零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要再對(duì)軸進(jìn)行校核計(jì)算輸入軸：材料40Cr（）功率KW轉(zhuǎn)速r/min（4-9）輸出軸：材料40Cr（）功率KW轉(zhuǎn)速r/min（4-10）中間空心軸材料40Cr（）功率KW轉(zhuǎn)速r/min（4-11）（4-12）（4-13）行星輪軸行星輪軸不僅承受?chē)Ш献饔昧?duì)其施加的載荷，并且還要承受行星齒輪的離心力對(duì)其施加的載荷。圖4-2齒輪運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.4-2Thediagramofgear'sload行星輪c作用于中心輪a的切向力：高速級(jí)：N（4-14）低速級(jí)：中心輪a作用于行星輪c的切向力：高速級(jí)：（4-15）低速級(jí)：內(nèi)齒輪b作用于行星輪c的切向力：高速級(jí)：（4-16）低速級(jí)：轉(zhuǎn)臂x作用于行星輪c的切向力：高速級(jí)：（4-17）低速級(jí)：轉(zhuǎn)臂x所受的作用力：高速級(jí)： （4-18）低速級(jí)：內(nèi)齒輪b所受的切向力：高速級(jí)：（4-19）低速級(jí)：嚙合作用力載荷為中心輪a和內(nèi)齒輪b作用于行星輪c的切向力之和：高速級(jí)：（4-20）低速級(jí)：離心力：高速級(jí)：（4-21）低速級(jí)：兩種作用力在同一平面內(nèi)，方向垂直，其合力為：高速級(jí)：（4-22）低速級(jí)：行星輪軸最也許的失效形式是剪斷，應(yīng)校核其剪切應(yīng)力材料40Cr高速級(jí)：（4-23）低速級(jí)：4.2.5軸承設(shè)計(jì)及校核在結(jié)構(gòu)規(guī)定很緊湊時(shí)．可選用無(wú)內(nèi)圈和外圈的滾針軸承，此時(shí)滾道就是行星輪孔壁和行星軸表面。由于掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)行星減速器的外廓尺寸受到極大的限制，行星齒輪直徑太小，其軸承的選用便是要解決的難題之一。根據(jù)上述限制條件，一般要選擇內(nèi)外徑之差如此小的軸承，通常會(huì)一方面選用滾針軸承或滑動(dòng)軸承可是采用滾針軸承雖能滿足尺寸方面的規(guī)定，但在承受強(qiáng)烈沖擊及重負(fù)荷的工況下，其使用壽命不能滿足可靠性方面的規(guī)定。而滑動(dòng)軸承因偏載、潤(rùn)滑等問(wèn)題，同樣保證不了可靠性規(guī)定。為了解決這一難題，在該機(jī)的設(shè)計(jì)中采用了另一種形式，即用行星齒輪內(nèi)孔充當(dāng)軸承滾子的外圈滾道，行星軸圓柱面充當(dāng)本軸承滾子的內(nèi)圈滾道，在內(nèi)外滾道間充填短圓柱滾子，與行星齒輪、行星軸等共同組成行星齒輪軸承。在該軸承的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了以下幾個(gè)方面:1）結(jié)構(gòu)。短圓柱滾子安裝在齒輪內(nèi)孔和軸之間閥。在圓周上排列著的短圓柱滾子問(wèn)設(shè)有保持架，在軸向方向因有多排短圓柱滾子，排與排之間設(shè)有鋁青銅制成的隔環(huán)，防止排與排間的運(yùn)動(dòng)干涉。2）潤(rùn)滑。由于良好的潤(rùn)滑可以減小摩擦，減少發(fā)熱，使行星齒輪軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)．延長(zhǎng)其使用壽命。當(dāng)多排圓柱滾子披密集地安裝在行星齒輪孔及軸之間，處在中間排的短圓柱滾子潤(rùn)滑比較困難。在行星齒輪齒根處鉆幾個(gè)直通至排與排之間的小孔，小孔的個(gè)數(shù)視短圓柱滾子排數(shù)而定．小孔座均勻分布在齒輪圓周上。3）精度。由于行星齒輪內(nèi)孔充當(dāng)軸承外滾道，行星軸表面充當(dāng)軸承內(nèi)滾道，因此對(duì)行星齒輪內(nèi)孔及軸的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度等規(guī)定較高，均按滾動(dòng)軸承的精度標(biāo)準(zhǔn)予以考慮。此外，尺寸公差的給出除參照標(biāo)準(zhǔn)推薦值外，還同時(shí)考慮短圓柱滾子、廂環(huán)、擋環(huán)等相關(guān)件的尺寸精度，并通過(guò)計(jì)算擬定，最終還要滿足滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于滾子軸承軸向游隙和徑向游隙的規(guī)定。4）材料及熱解決。該軸承中與短圓柱滾子相接觸的行星齒輪和軸表面，除具有高的加工質(zhì)量外，還要有很高的熱解決硬度．同時(shí)為兼顧齒輪和軸對(duì)高強(qiáng)度的規(guī)定．因此在選擇材料時(shí)，通常采用高強(qiáng)度滲碳淬火鋼．如18Cr2N4W、20Cr2N4A等．這類鋼材除具有很高的強(qiáng)度，并且通過(guò)滲碳淬火，可使?jié)B碳表面達(dá)成HRC58—63。4.2.6花鍵設(shè)計(jì)及校核花鍵設(shè)計(jì)及校核花鍵聯(lián)結(jié)為多齒工作，承載能力高，對(duì)中性好，導(dǎo)向性好，齒根