机械毕业设计（论文）-横轴式掘进机总体方案设计与液压系统设计【全套图纸】 .doc

77辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1 ebh200概述全套图纸，加153893706本掘进机主要由截割部、装载部、刮板输送机、机架、行走部、液压系统、电气系统等组成。截割部又称工作机构,主要由电动机、叉形架、行星减速器、伸缩部、伸缩油缸、截割头组成。截割部是由一台160/80kw的电动机输入动力经二级行星减速器、伸缩部，将动力传递给截割头，从而达到破碎煤岩的目的。整个截割部通过一个叉型框架，两个支承轴铰接于回转台上，借助安装于截割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装于回转台与机架之间的两个回转油缸，实现整个截割部的升、降和回转运动。截割头为半球形截割头，一种截割头最大外径为500mm ，另一种截在其圆周分布36把镐形截齿，截割头通过花键套和2个m30的高强度螺栓与截割头轴相联。伸缩部位于截割头和截割减速机中间，通过伸缩油缸致使截割头具有500mm的伸缩行程。截割减速机是两级行星齿轮传动，它和伸缩部用17个m30的高强度螺栓相联。1.1 装载部装载部是由铲板本体、侧铲板、铲板驱动装置、从动轮装置等组成。通过两个液压马达带动星轮，把截割下来的物料装到刮板运输机内的装置。装载部是用两个液压马达驱动星轮实现耙装运动，通过多路手动换向阀分别向两个排量为400ml/r的液压马达供油，确保星轮工作基本上平稳一致。铲板宽度有 2.8 /3m ，由侧铲板,铲板本体组成，用 m24 高强度螺栓连结，铲板在油缸作用下可向上抬起 340 mm ，向下卧底 300 mm 1.2 刮板输送机刮板输送机位于机器中部，前端铰接于铲板上，后部托在机架上，刮板输送机为双边链刮板式。由液压马达驱动，主要由机前部、机后部、驱动装置、脱链器等组成。链条张紧装置采用油缸张紧方式。1.3 机架和回转台机架是整个机器的基础，在机器的组成中起着相当重要的作用，也就是说机架是整个机器的骨架，同时它亦承受着来自截割头的各种负载力及其它的作用力。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架相联，机架为铸焊结合件。回转台主要用于支承、联接并实现切割机构的升降和回转运动。回转台座在机架上，与机架用1100止口，36个高强度螺栓相联。工作时，在油缸的作用下，带动切割机构水平摆动，切割机构的升降是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降油缸实现的。1.4 行走部本机采用履带式行走机构，左右两部分对称布置，各由10个螺栓与机架相联，左右行走机构由2台液压马达分别驱动，经四级圆柱齿轮传动和二级行星齿轮传动，将动力传给主动链轮。现以左行走机构为例说明其组成部分及传动系统。左行走机构主要由导向张紧装置、左履带架、履带链、左行走减速器等组成。行走部工作速度为0-5.9 m/min，履带链采用液压油缸张紧装置，采用油管向油缸注油，对履带链进行张紧，再装入锁板，泄掉油缸内压力。1.5 液压系统本机除截割头的旋转运动外，其余各部分的动作均采用液压传动，由一台110kw的电动机驱动一台v30d-140/v30d-140变数轴向柱塞泵分别向油缸回路、行走回路、装载回路、运输回路供压力油。1.6 油缸回路油缸回路采用v30d-140/v30d-140变量轴向柱塞泵的其中一泵，通过多联多路换向阀分别向7组油缸即：截割升降、回转、伸缩，铲板升降、后支撑油缸、紧履带链油缸、运输涨紧油缸供压力油，并由这7组油缸来完掘进机所需要的各种动作，该泵的排量为140 ml/r，系统工作压力为18mpa。为防止截割头铲板下降过速，使其运动平稳，为使截割头支撑油缸能在任何位置上定位，不致因换向阀的漏损而改变其位置或因油管破裂造成事故，故在截割升降回路中有平衡阀，在铲板升降回路、回转油缸回路、后支撑回路装有平衡阀以避免爆管子事故的发生。锚杆钻回路解决了井下单独设锚杆钻泵站的问题，提高了工作效率，减轻了劳动强度。1.7 行走回路行走回路由主泵向两个排量为107ml/r的液压马达供油，驱动机器左右行走，行走速度为0-5.9m/min。防滑制动由行走减速器上的磨擦片制动，制动安全可靠。注意：机器行走时，必须同时操作两片换向阀。1.8 装载回路装载回路由主泵通过手动换向阀分别向2个排量为1400ml/r的液压马达供油，系统工作压力为16mpa。由主泵输出的油液经手动换向阀的动作，来控制马达的正反转。1.9 运输、紧链、锚杆回路运输回路由主泵向两个排量为400ml/r的液压马达供油，输出油液经一个手动换向阀控制马达的正反转。紧链回路是张紧运输机刮板链张紧度的油缸回路。锚杆回路是锚杆钻界面回路。几种主要的液压组件：1）吸油过滤器为了保护油泵及其它液压组件，避免吸入污染杂质，有效地控制液压系统污染，提高液压系统的清洁度，在油泵的吸油口设置了吸油过滤器，当更换清洁滤芯或维修系统时，只需旋开滤油器端盖（清洗盖），此时自封阀就会自动关闭，隔绝油箱油路，使油箱内油液不会向外流出，这样使清洗、更换滤芯及维修系统变得非常方便。另外，当滤芯被污染物堵塞时，设在滤芯上部的油路旁通阀就自动开启，以避免油泵出现吸空等故障，提高液压系统 的可靠性。2）回油过滤器为了使流回油箱的油液保持清洁，在液压系统中设置了回油过滤器，当滤芯被污染物堵塞或系统液温过低，流量脉动等因素造成进出口压差为0.35mpa时，应及时更换滤芯或提高油液温度。更换滤芯时，只需旋开滤油器滤盖（清洗盖）即可更换滤芯或向油箱加油。若不能停机处理以上故障时，设在滤芯下部的旁通阀就会自动开启工作（旁通阀开启压力为0.4mpa），以保护滤油器及液压系统正常工作。3）多联比例换向阀多联比例换向阀，通过摆动手柄的角度控制流量大小实现油缸及液压马达的动作，并可实现无级调速。4）油缸本机共有七种油缸，截割机构升降油缸，回转油缸，伸缩油缸，铲板升降油缸，支撑油缸，紧履带链油缸，紧运输机油缸。结构形式除伸缩油缸，升降油缸，紧履带链油缸，紧运输机油缸外均相同。5）油箱本液压系统采用封闭式油箱。油箱采用二级过滤，吸油粗滤器，回油精过滤器，这样有效地控制了油液的污染，提高了油液的清洁度，减少了故障。油箱上还配有液位液温计和温度保护装置，当液位低于工作油位应停机加油，油温超过规定值时会自动报警，应停机降温，油箱冷却器采用了热交换量较大的板翅式散热器，总热交换量达40000kcal/h，以保障系统正常油温和粘度的要求。1.10 内、外喷雾冷却系统本系统主要用于灭尘，冷却掘进机油箱及切割电机，泵站电机，截齿，提高工作面能见度进而改善工作环境，喷雾冷却系统。水从井下输水管通过总进液球阀进入过滤器进行粗过滤，然后分两路进入机组，一路经减压器减压后进入切割水冷电机；另一路经减压器减压后进入油箱冷却器，泵站水冷电机到前后喷嘴架冷却截齿，压力为1.5mpa。最后一路直接进入内喷雾到切割头，冷却截齿。本机装有paa1.6/60雾状喷嘴63个。2 主要技术参数2.1 整机参数2.1.1 总体参数总体长度：10.33 m总体宽度： 3.6m总体高度： 1.8 m总重 ： 58 t卧底深度： 250 mm爬坡能力： 16 截割硬度： 80 mpa2.1.2 截割范围高度： 2.44.5 m宽度： 3.56.35 m面积： 26.792.1.3 截割部截割头形状： 半球形 截割头转数： 62.5r/min截割头伸缩量： 500 mm隔爆型三相电动机： ybud2-160/80-4/8 隔爆，水冷方式，1 台喷雾： 内、外喷雾方式2.1.4 铲板部装载形式：三齿星轮式装载宽度： 2.8/3 m，星轮转数： 34 r/min装载能力： 260m3 /h铲板卧底： 300 mm铲板抬起： 340 mm2.1.5 刮板输送机运输形式：双边链刮板式溜槽宽度： 540 mm链速：0.96 m/s龙门高度： 420 mm张紧形式：油缸、弹簧张紧2.1.6 行走部形式：履带式履带宽度： 600 mm制动方式：摩擦离合器制动接地比压： 0.14 mpa 行走速度： 0-6.4m/min接地长度： 2.8 m张紧形式：油缸张紧2.1.7 液压系统液压系统总流量： 414 l/min 变数轴向柱塞泵：型号 v30d-140/v30d-140 1台 排量 140ml/r 额定压力：32mpa油缸：数量 14 件油箱容量： 600 l 装载马达：型号 iam1400h4a0d40或jmd-1300 2 台 额定压力 14 mpa 排量 1.3 l/r运输机马达：型号 iam400h2a0d40或jmc-450 2 台 额定压力 16 mpa 排量 400 ml/r行走马达：型号 a2f107w6.1 pz1 2 台 额定压力 16 mpa 排量 107ml/r液压锚杆机界面：界面数量 2 组 额定压力 12 14 mpa油箱冷却器： 板翅式 1 台 蛇形管式 1 台2.1.8 冷却喷雾系统灭尘形式：内外喷雾外来水量： 100 l /min外喷雾水压力： 1.5 mpa内喷雾水压力：3 mpa 2.2 电气部分 额定电压：主回路 ac1140v控制回路：电控箱ac220v ac127v ，ac100v,ac24v操作箱 dc24v额定电流： 171a额定频率： 50 hz 输出分路数： 4 路 额定功率： 270/190 kw2.2.1 截割电机型式：隔爆、水冷、三相异步电动机规格型号： ybus-160/80-4/8 h级绝缘，连续工作制。额定电压： 1140 v额定电流： 101a2.2.2 油泵电机型式：隔爆、水冷、三相异步电机规格型号： ybus5-110 h级绝缘，连续工作制。额定电压： 1140 v额定电流： 69a2.2.3 电控箱型式：矿用隔爆兼本质安全型规格型号：kxj200/1140e主回路电压： ac1140v控制回路电压： ac220v ac127v ， ac100v,ac24v输出分路数： 4 路2.2.4 操作箱型式：矿用隔爆兼本质安全型规格型号：kxbc-1/1140e1控制回路电压： dc24v本安回路最大短路电流： 1 a2.2.5 急停按钮 型式：矿用隔爆型控制按钮规格型号：la810-1额定电压： 250 v额定电流： 5 a用途：用于紧急停机2.2.6 蜂鸣器型式：矿用隔爆型规格型号：xefb-127（36）/150额定电压： ac127v用途：开机信号，启动报警2.2.7 照明灯照明灯 ： 3 盏型式： 矿用隔爆型防震规格型号： ddj70/127w额定电压： 36v3 横轴式掘进机工作机构得运动学和动力学参数计算3.1 横轴式掘进机的工作机构运动学参数计算 3.1.1 截割头向工作面内部切进时运动学参数分析和计算yz(vt+vb)o图3-1 在半径相同的圆周处的速度分布vt： 截割头相工作面的推进速度：10cm/s；： 自转的角速度：62.5r/min；： 第i个齿的绝对速度：88.09m/s； ： 截割速度：45.43m/s；3.1.2截割头摆动截割时运动学参数计算=+=omcos+ （3-1）=42.66 +45.43 =88.09m/s 其中： ： 悬臂摆动角速度 42.66m/s ；om：m点到悬臂旋转中心的距离 3.5m： 第i个齿轮所处位置对水平面的仰角 0；当悬臂=0时m点的摆动速度； =； （3-2）其中： ：om的长度 4.25m ;r ： 截割头转轴到o点的距离 4.25m;轴向工作面一侧的截齿的最大摆动速度为：= ； （3-3） =42.66*；=45.17m/s ；其中： r=截割头最大半径 250mm;远离工作面一侧截齿的最小摆动速度为：=； （3-4）=42.66* ；;=40.15m/s ；合成角速度：=-； （3-5）=62.5-42.66 ；=19.84 m/s ；3.2 横轴式掘进机工作机构的截割参数与动力学参数计算3.2.1 主要截割参数的确定和计算e:截割深度 ；a:截割厚度 ；第i个截齿的横向摆动速度为，当一条截线仅安装一个截齿时，在截割头回转一周后，该齿横向的距离为；= ； （3-6）= ； = 0.25m ； 其中：n: 截割头转速 ； 该齿的实际切削厚度为：=sin = ； （3-7） =0.25m ；3.2.2 截齿的截割阻力计算z=a() ； (3-8) = ； =19 kn ;其中：a：煤岩抗截强度， kn/m；：最大切削厚度平均值；：截割头旋转轴心摆动速度，平均横向摆动速度，m/min；：:截齿形状系数，径向齿为1，切向齿为2；：截齿共同作用系数，0.8；：煤岩应力状态系数，1；： 煤岩对截齿摩擦系数，0.3；：钝齿对径向力影响系数，0.5；3.2.3 截割头旋转轴截割阻力矩计算； (3-9) =20*19*0.25 ； =95 nm ；其中：z=作用在截齿上的截割阻力，n；q=截割头上的截入岩体的齿数； (3-10) = ； =20 ；其中：=截割头在横向摆动截割时有可能参加截割的总齿数；=截割头平均直径；=平均半径，=，m;截割头拖动电动机功率计算 ； (3-11) = ； =11291 kw；其中：z：单齿截割阻力，kn ；：平均截割速度，m/s；：机械传动效率，0.7；：电动机负载荷系数，0.75；4 横轴式掘进机工作机构设计 4.1 工作机构设计截齿的磨损是截齿在截割矿岩体过程中的主要失效形式。这磨损是截齿与矿岩体之间发生机械作用时其表层的破坏过程。磨损的程度与截割力，截割路程，截齿的材料和岩体的物理机械性质，截割速度有关。截割速度越大，磨损越快，当超过经济截割速极限时，磨损加倍。4.1.1 截割速度 ； (4-1) = ； =45.43m/s ；其中：截割头半径 250mm ；：截割头转速 62.5r/min ；：摆动速度 42.66m/min ；4.1.2 生产率 ； (4-2) =0.0625*42.66 ；=2.67 ；其中：截割头的有效截割面积=ae ； (4-3)=0.25*0.25 ；=0.0625 ；其中：e：截割时的截割深度；a：截割厚度；：截割时摆动平均速度；4.1.3 截割力 ； （4-4）横轴式截割头落煤岩体的条件是截割力大于煤岩体对截齿的截割阻力。在工作机构功率和截割速度不变的条件下，截割头上的截齿一定，随着截割头直径的增加，单齿截割力的减小。截割头在某直径处的截割力可由上式所确定。其中：工作机构在i处的直径；：截齿在直径处的转矩 ； 5 工作机构传动设计工作机构传动系统的拟定是动作机构设计的重要阶段。传动系统的类型首先取决于工作机构的类型，工作机构要完成的运动特性，驱动装置输入与输出轴的传动比，所选原动机的可调节能力，起动特性和功率，机械外形尺寸及其使用范围。5.1 工作机构传动的特点及动力组件的选择工作机构传动有以下特点：驱动功率大，载荷变化范围大，过坚硬岩石时短期超载运转；且有冲击载荷；振动较严重；要求传动装置体积小，最好能调速。悬臂式掘进机在掘进工作中，不仅要求工作机构的截割头具有一定的扭矩和转速以截割煤岩，而且要求工作机构的悬臂能够上下和左右摆动。以掘出整个巷道断面，所以工作机构一般都采用单机驱动，传动装置具有单独的传动系统。截割头的动力型式有电动机驱动和液压马达驱动两种。电动机具有较好的短期超载性能，超载系统一般可达1.8-2.2，基本能适应截割头载荷变化的需要。其缺点是体积大，调速不便且需加设电气保护。采用液压马达驱动，体积小，调速方便。但液压马达对冲击载荷很敏感，液压组件经常发生故障不能承受较大的短时超载。因此，目前掘进机截割头一般多为电动机驱动。5.1.1 工作机构电动机要求掘进机特殊的工作条件，对选用工作机构的电动机有一定要求：1）为了兼顾喷雾灰尘，宜采用水冷电动机，以改善散热条件。在体积相同的条件下，采用水冷电动机可提高功率25%左右。2）功率较大的部分断面巷道掘进机宜采用外水冷同轴双电动机，以充分利用悬臂长度，缩小电动机横向尺寸，适应悬臂的外形使结构紧张。3）为了调节截割头转速以适应煤岩机械的变化，可选用双速电机（如mrh-s100-41型）。5.2 减速设计应注意的问题对于掘进机的工作机构而言，减速器是最复杂，制造精度要求最高的部件。除一般对减速器的要求之外，在选择确定减速器的结构时，值得注意的问题有以下几点：1）纵轴式截割头的转速一般为20-65r/min,横轴式的在45-100rpm，而截割电动机的转速约为1470rpm，按此传动比进行传动系统设计，通常采用2-4级减速。传动系统的设计应使靠近输出轴的传动级具有较大的传动比，这样可以降低传动装置的其余高速级的平均载荷。2）外伸缩悬臂的纵轴式工作机构，由于减速器与电动机，联轴器一起整体装入伸缩滑架中，这就要求传动装置体积小，结构紧凑，并满足一定的强度要求。且因2k-h型传动的构件数量少，速比变化范围大，传动设计较容易，所以应用较广。3）外伸缩悬臂的纵轴式工作机构，可采用圆柱齿轮传动或行星齿轮传动。若为两级行星齿轮传动，可将其设计成完全相同的结构，只需要校核第二级，设计计算量小，减少了不同零件的数目，制造成本低，现场使用维护方便。采用行星齿轮传动的另一个优点是减速器输入，输出轴同轴线，有利于掘进机的总体布置。4）由于截割电动机轴线与截割头轴线垂直，横轴式掘进机工作机构一般采用圆锥圆柱齿轮传动。为了更加紧凑，截割头内也可设一周转毂。一些小功率掘进机采用传动链减速。与纵轴式相比，横轴式较难达到大的传动比，布置也不如行星轮系紧凑。对于能力相同的掘进机，横轴式截割头直径比纵轴式的大。由于截割头两部分在悬臂两侧分别驱动，中间要布置减速器，因此两截割头之间通常有一定的间隙。5）选用行星齿轮传动应设均载机构。对于采用三个行星齿轮的机构，中心轮浮动均载较好。即中心轮在三个行星轮间可自由地调节径向位移，使几个行星轮的载荷趋于均匀。6）对于半煤岩巷道掘进机，为使工作机构的截割头有不同的转速，以适应截割煤或岩石时的不同转速要求，一般采用变速箱结构。可通过手把变速。如el-90型（双速），英国rh-20型（三速），匈牙利f-5型（四速）。7）在工作机构截割过程中，电动机超载以致堵转现象是经常发生的。这将式减速器造成严重的机械故障。为此，减速器的设计应从以下两个方面考虑来解决这一问题：使减速器的强度能够满足电动机的最大转矩和动载荷，即使电动机超载以致堵转，减速器也不至于出现机械故障。保证减速器无故障工作，给使用带来很大的方便。为克服冲击载荷，在减速器的输入轴装弹性联轴器是有益的；若减速器的强度不能满足电动机的最大转矩，必须设超载保护装置，如安全销，压紧弹簧，液压或摩擦联轴器等。采用压紧弹簧不仅能保护超载，而且还使截割头卸除方便，其结构如图所示。旋紧螺栓，便可使轴与截割头轮毂相连。若采用安全销，更换必须方便。部分断面掘进机工作机构常见的传动型式如图所示。图5-1 工作机构传动型式6 悬臂支撑设计l1pnl2a1a2o1v1 p1图6-1 垂直回转示意图6.1 回转装置6.1.1 垂直回转悬臂垂直回转时截割头由下向上摆动的进给力和摆动速度为： ； （6-1） ； （6-2）其中：截割头纵向上摆进给力，或升力；：回转油缸推力；：垂直回转油缸对回转中心的作用半径，即摆臂的长度；：悬臂的重力；：悬臂中心至垂直回转中心的距离；：悬臂垂直回转半径，可取为截割头中部至垂直回转中心的距离；：悬臂回转装置和水平线的夹角，向上时=a1,=a2；:摇臂与油缸活塞杆铰接点的线速度，近似活塞杆的伸出速度；悬臂向下回转时，截割头的横向进给力和摆动速度。 ； （6-3） ； （6-4）其中：=截割头向下摆动截割时的进给力，或降力；=回转油缸的拉力；=截割头向下摆动时的牵引速度；=摇臂与油缸活塞杆的缩回速度；6.1.2 水平回转pcl1cosaar1图6-2 水平回转示意图悬臂水平回转截割头的横向进给力和摆动速度分别为： ； （6-5） ； （6-6）其中：截割头的横向进给力；：水平回转油缸的推力；：水平回转油缸的拉力；：水平回转角;:垂直回转中心与水平回转中心的水平距离，若两个中心重合，=0 ；：截割头横向摆动速度；：水平回转油缸的伸缩速度；:回转台与油缸铰接点的回转半径；6.2 回转装置的布置形式图6-3 回转装置的布置形式7 总体设计7.1 总体结构方案设计1）工作机构方案设计：悬臂式；2）截割头的布置形式：横轴式；3）截割头形状：半球形；4）装载机构型式选择：三齿星轮；5）输送机构的选择：刮板输送机；6）行走机构的选择：履带式；7）除尘方式：喷雾式； 8）除尘系统7.2 总体布置的内容7.2.1 总体布置的内容1）确定个各部件在整机上面的位置，并对外形尺寸提出要求；2）确定各个件，部件与整机之间的连接方式；3）估算整机重量及中心的位置，并对各个部件的重量提出要求；4）布置各个操纵机构，司机座位；5）审核各个运动件的运动空间，排除可能发生的运动干扰；7.2.2 总体布置的原则1）保证整机的稳定性；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；7.2.3 具体要求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，即有利于装载，又要避免截割头截割铲板；3）悬臂的水平和垂直摆动中心位置可以重合，也可不重合；4）总体设计时，其重心的位置仅需要估算纵向坐标x值；5）总体布置应该考虑左右两侧重量对称并照顾工作习惯方便操作。司机座位一般设在机身的左侧、且位于机身的后部，座椅高度应保证司机的视线，使其能够很好的操作机器，截割出规整的轨道；6）操纵台的位置应该适当，应保证司机操纵方便、省力。仪表显示设备的位置要便于司机观察，又不分散司机操作的注意力。7.2.4 传动型式及动力组件的选择1）传动形式及组件选择应遵循的原则：技术先进性：能够改善机器性能，提高生产率；经济合理性：传动系统尽量简单，组件少，易加工，价格低，维修容易，使用寿命长；工作的可靠性：传动系统的可靠性表现为组件的使用寿命，因此也是对组件质量的要求；适应性：组件应适应传动系统的载荷，工况及环境等条件的要求；2）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。工作机构要求有较大的短时超载能力，而油马达对冲击负荷很敏感，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、过负荷的能力强的专用电机，并配备可靠的电器保护装置。根据工作机构机构紧凑的特点，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，变速机构力简单。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者季节由油马达带动履带的主动链轮运转。7.3 总体参数的确定图7-1 掘进机断面尺寸计算7.3.1 机器外型尺寸 掘进机外型尺寸：10.33*3.6*1.8m7.3.2 掘进机断面近似计算1）最大宽度： ； （7-1） =2*（4.5+0.425）sin40；=6.35m ； 2）上部宽度： ； （7-2）=2(4.5*cos30+0.425) sin40；=5.56m ； 3）下部宽度： ； （7-3） =2(4.5*cos30+0.425) sin40； =5.56m ； 4）上摆高度： ； （7-4） =4.5* sin30 ； =2.25m ； 5）下摆高度：； (7-5) =4.5* sin30； =2.25m ； 6）卧底深度： ； (7-6) =100mm ； 7）巷道高度： ； (7-7) =2.25+2.25 ； =4.5m ； 8）可掘最大断面： ； (7-8) =0.5*(5.56+6.35)*2.25+(5.56+6.35)*2.25 ； =26.79；其中：l：截割头前端至悬臂回转中心的距离 ；：垂直回转中心至水平回转中心的距离；：水平回转时，悬臂的摆角；：垂直回转上摆角；：截割到巷道平面时，垂直回转下摆角；：卧底时，悬臂垂直回转的最大下摆角，可根卧底深度来定，一般h=100300mm；7.4 生产率7.4.1 截割生产率掘进机的理论生产率： 或 ； (7-9) ； =60*1.5*0.0625*42.66 ； =240；其中：掘进机理论生产率， ；：掘进机理论生产率， ；：煤岩松散系数，取1.5 ；：截割头的横截面积， ；：截割头横向的摆动速度， ；：煤岩的容积， ;技术生产率是指掘进机在给定条件下连续工作一小时获得的最大生产率，技术生产率： 或 若用进尺速度表示： ； (7-10); =90*0.25*0.25*42.66*0.00039 =0.0935其中：技术生产率， ；：技术生产率， ；：进尺速度， ；：截割头沿工作面移动所破碎煤岩的厚度， ；：截割头截入工作面的深度， ；：巷道的毛断面积， ；：掘进机工作不连续的系数，即掘进机纯截割时间与总循环时间的比值； (7-11) = ； =0.00039 ；其中：因更换截齿或者掘进调动等原因使掘进机停歇的时间，min；:可靠性系数，一般取 0.80.9 ；：每个工作循环的工作机构行程，m ； ； (7-12) =4.5* ； =1.998 ；其中：:巷道顶宽，m ；:巷道底宽，m；:接个头直径，m；:巷道高度，m；7.4.2 装载生产率7.4.3 中间输送机生产率中间输送机最大生产力： ； (7-13) = ； =873.7 ；其中：生产率， ；：转载系数，取 0.950.9 ；：链速，0.96m/s=57m/min；：运输机断面， ； ； (7-14) =； =0.2689 ； 其中：输送机宽度， m;：输送机有效高度， m;：货载堆积角，即高于槽帮煤岩的安息角；7.4.4 转载机生产率 ； (7-15) = ；; =270 ；其中：胶带输送能力，：断面系数 ；：带速，m/min ；：倾角系数 ；：带宽，m ；掘进机的设计以截割生产率为主要依据，而装载，输送，转载的生产率应稍高于截割生产率，满足一下要求： ；7.4.5 掘进机的通过性1）离地最小间隙 ； (7-16) =300/13+8.4 ； =24 ；其中：离地最小间隙 cm；：两条履带中心距离 ，cm ;一般掘进机的离地最小间隙为=150300mm ;2）可通过的巷道的最小半径可通过巷道的最小半径是掘进机可以转弯的最小半径（或者为巷道的最小曲率半径）；它表示掘进机通过弯道的能力；该值的大小与机器的长度及较点位置有关；设计掘进机时，控制固定部分长度的目的就是为了保证机器对弯道的通过性能。目前，掘进机可以通过的最小的曲率半径为610m.3）适应巷道坡度部分断面掘进机的工作的巷道一般是有坡度的，适应巷道的坡度的能力是只掘进机在上山或者下山的时候能正常的工作巷道的最大坡度。它反映了掘进机爬越上，下山的能力，是掘进机的一个重要的性能。设计掘进机时，适应巷道坡度一般应补小于10，通常为12到16，如果巷道坡度较大，需要采取相应措施，如行走减速器的第一级采用具有自锁作用的蜗轮杆传动。可防止机器在上山下山时产生下滑自溜，或者设有铺助牵引装置，或者装有制动器。4）适应底板比压巷道底板的性质决定着掘进机的运行工况，是设计掘进机履带行走机构的一个依据。底板许用比压，即单位面积底板能够成熟的最大的压力，决定了机器的接地比压的大小。为保证能够正常的运行和工作，掘进机应该能够适应底板的比压。对于遇水热软化的底板，履带的接地比压p应不大于49 kpa,对于不太软的底面板，p应不大于137 kpa，对于煤岩底板。p167189 kpa .通常，部分断面掘进机的接地比压p=100300 kpa。8 掘进机的稳定性分析于计算8.1 静态稳定性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。1）极限倾翻角：掘进机在上山夏商横向倾斜停留及行走时的极限倾翻较： ； (8-1) ； (8-2) ； (8-3)其中：上山极限倾翻角，16 ；：下山极限倾翻角，16 ；：横向极限倾翻角，16 ；：掘进机中心至履带后轮的轴心线距离，2.1m;：掘进机中心至履带前轮的轴心线距离, 2.1m；：掘进机重心至履带边缘的距离, 1.5 m：掘进机重心离地面高度， 0.5 m；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者靠帮。履带板与巷道底板的附着力： ； (8-4) =1*580*1 ； =580 kn ；其中：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1；g：掘进机的重力，580kn；：巷道坡度角，0；使机器产生下滑力是与底板平行的重力分力 ； (8-5)若二力平衡，即=，可以求出下滑的临界坡度角 ； (8-6)为保证掘进机在坡道上停留及行走的稳定性，机器的极限倾翻角和下滑临界坡度均要大于机器大合集的适应坡度。8.2 截割时的静态稳定性计算1）纵向截割：当截割头上截割时，极限倾翻力矩为： ； (8-7)由机器自重长生的稳定力矩为： ； (8-8)当截割头向下截割时，极限倾翻力矩为：； (8-9)这时的稳定力矩为： ； (8-10)、：分别为截割头向上、向下截割时的阻力，其值取为：大小于截割头纵向进给力；其中：履带前轮轴心线至铲板前缘的距离，m；：铲板前缘至截割头载荷中心的水平距离；两种情况下的稳定条件为：； ；,b。但为兼顾正常工作时部分履带不不出现零比压，应使偏前值小于六分之一轮轴中心距，(a-b) ;实际上，由于截割头载荷中心在纵向方向距机器重心较远，加上机器与底板的附着力较小，所以不会出现横向倾翻，只能造成机器的水平横向摆动的不稳定的状况。浙江使截割头产生让到现象，造成横向进到困难以致无法实现。3）钻向钻进极限倾翻力矩： ； (8-13)稳定力矩为：； (8-14)这时的稳定条件为： ； ；其中：截割头的推进阻力，若靠行走机构推进，取其为行走机构的牵引力，如果靠伸缩机构推进，取为伸缩油缸的推力，n；：截割头摆动中心至底板的距离，m.由上分析可知，作用在掘进机上的外力，对掘进机可能产生两种力矩；一种是使掘进机产生倾翻趋势的倾翻力矩；另一种是使掘进机趋于稳定的稳定力矩。稳定力矩mw与倾翻力矩之比，称为稳定比，即k=mw/当k1时，机器稳定：当k1时，掘进机倾翻；当k=1时，掘进机处于将要倾翻而又未倾翻的临界状态。一般情况下，取k1.1-1.3.8.3 动态稳定性前面在计算计算机截割的静态稳定性时，所取载荷都是不定量，是估算的静载荷。而掘进机工作时的载荷是随时间变化的，因此，掘进机工作时的稳定性为动态稳定性。影响悬臂式掘进机动态稳定性的因素很多。但是，就一台确定的掘进机来讲，其动态稳定性主要取决于机器工作时截割头的载荷。因此，掘进机的动态稳定性计算应根据其实际载荷进行。求出截割头在不同工作状态下的最大载荷。9 液压系统设计9.1 设计依据9.1.1 液压系统的基本要求 掘进机液压系统设计的主要内容是组件的选择与系统的设计。 一个合理的液压系统，在技术上应该满足机构的运动速度，动作配合和传动功率要求，在使用上要保证安全可靠，操作简单，容易维修，在经济上应力要求传动效率高，组件容易制造或购置。为此，在设计掘进机液压系统之前，首先要明确掘进机的负载特性，工况及使用要求，收集各种掘进机的液压系统，并分析各自的特点和存在问题，运用已经掌握的液压组件，基本回路和液压系统的知识，拟定出液压系统的方案，然后进行液压系统的计算，选择和设计所用原件。通过对方案的分析和比较，确定出一种最佳的系统。设计掘进机的液压系统依据包括：1）掘进机的结构 总体布置和工作原理，如机器结构图，个部分的布置，工作方式和工作循环等，这些对选择液压组件及确定其安装是十分重要的。2）掘进机的主要技术参数 如负载的大小和变化规律，工作速度的大小和变化范围，生产率等，他们是确定系统功率及选择泵和执行组件的依据。3）主要技术要求如调速范围，运动平稳性，系统允许温度，效率，自动化程度，以及安全保护要求等。4）液压系统的工作环境如温度、湿度、震动、冲击、污染、以及防爆等，特别要考虑湿度、煤尘污染和防爆。5）其他要求9.1.2 液压系统的外形尺寸要求如对液压组件及系统的外形尺寸、重量经济性等要求。掘进机工作面空间狭窄，机器的外形尺寸受到严格限制，在选择组件时，必须给予重视。传动系统应满足以下要求：1）液压传动系统的工作可靠性要高；2）要有灵敏的超载保护装置，以防止掘进机和液压组件的损坏；3）要能适应载荷变化大的要求，超载能力强，同时易于无级调速；4）传动功率要大，结构紧凑，重量轻；5）控制方式简便集中，便于使用，维护和检修；9.2 工况分析及载荷计算9.2.1 执行元件上的负载对于执行组件上的外负载包括工作载荷，摩擦载荷和惯性载荷三部分；液压缸的外负载为： ；其中：工作负载；：摩擦负载；：惯性负载；对于液压马达，外负载为： ；：工作负载扭矩；：摩擦阻力矩；：惯性力矩;9.3 拟定液压系统9.3.1 初选系统压力系统的初选压力为10mpa; 同样功率的条件下，若系统压力选的低，则流量比较大；反之，压力高则流量小。可见系统压力的大小，直接影响液压组件的尺寸、型号、系统的重量、效率及制造、安装工艺要求等。9.3.2 执行组件的选择执行元件为液压缸和液压马达。执行组件有液压缸和液压马达两种。对于掘进机来说，常用油缸来实现往复运动，如掘进机的支撑与推进机构等；用液压马达实现连续的旋转运动，如悬臂的水平回转机构，行走机构，装载和转运机构等。因为内曲线马达结构紧凑，体积小，输出扭矩大，低速稳定性好，而齿轮油马达的结构简单，维护方便，耐冲性好，所以掘进机常用这两种马达。掘进机通常使用双作用单活塞式油缸，这些中高压油缸一般没有定型的产品，应该根据求参照典型结构进行设计。9.3.3 调速方式调速方式为容积调速。液压系统的调速方式有容积调速和节液调速和两种的混合调速方式。选择调速的方式有以下方法：1）根据压力，调速和负载变化的特点选择压力高，功率大可以选择容积调速，反之选择节流调速。从经济效果看，一般节流调速使用功率在2kw到3kw以下的系统，5kw以上的选择容积调速比较好。要求达到微小的低速时，应选节流调速。负载变化大，又影响速度的稳定性，如要求速度的稳定性比较高，在选择调速方法时应该同时考虑速度稳定的方法；选择调速方法时，还应该考虑负载的变化是恒功率，还是恒扭矩的特性。2）根据工作条件选择特别要主意液压系统的震动、噪音和发热等造成的一些不良的影响，节流调速会导致油液严重发热，在这种情况下，即使功率不大也要考虑选择容积调速，或选择变量泵，节流阀的联合调速。3）根据成本费用选择一般来讲，节流调速费用低，容积调速和联合调速费用高。但有的时候也并非如此，如采用变量泵将