横轴式掘进机总体方案设计及液压系统设计

摘要横轴式掘进机的总体方案设计对于整机的性能起着决定性的作用。因此，根据掘进机的用途、作业情况及制造条件合理选择机型，并正确确定各部结构型式。这对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。本设计是关于横轴式掘进机总体方案设计及液压系统的设计，通过查阅书籍对掘进机进行了进一步的了解。设计第一部分介绍了横轴式掘进机的主要组成部分，包括截割机构、装载机构、行走机构、转运机构四大部分。对各个机构的组成、分类、各类型的优缺点以及选择方式进行了说明，并对其主要参数进行了设计计算和校核。最后通过各个机构的数据进行了总体的校核验算。第二部分对液压系统的定义及组成进行了简要概述，对各机构的液压缸、泵、马达进行了设计计算和选型，对所选型号的元件也同样进行了校验，结果满足条件。关键词横轴式；液压缸；泵；马达；ABSTRACTOVERALLDESIGNOFHORIZONTALSHAFTTYPEMACHINEFORTHEPERFORMANCEOFTHEWHOLEMACHINEPLAYSADECISIVEROLETHEREFORE,ACCORDINGTOTHEPURPOSEOFTHEMACHINE,OPERATIONCONDITIONSANDMANUFACTURINGCONDITIONSOFRATIONALCHOICEMODELS,ANDACCURATELYDETERMINETHEMINISTRIESSTRUCTURETECHNICALINDICATORSFORTHEIMPLEMENTATIONOFTHEMACHINE,ENSURETHEMACHINESWORKINGPERFORMANCEISOFGREATSIGNIFICANCETHISDESIGNISABOUTTHEHORIZONTALAXISMACHINEOVERALLSCHEMEDESIGNANDTHEDESIGNOFTHEHYDRAULICSYSTEM,ACCESSTOBOOKSTOFURTHERUNDERSTANDINGOFTHEMACHINEDESIGNINTHEFIRSTPARTINTRODUCESTHEMAINCOMPONENTOFHORIZONTALSHAFTTYPEMACHINE,INCLUDINGCUTTINGAGENCY,LOADINGMECHANISM,TRAVELMECHANISM,TRANSITAGENCIESONTHECOMPOSITIONOFVARIOUSAGENCIES,CLASSIFICATION,ADVANTAGESANDDISADVANTAGESOFEACHTYPEANDSELECTIONAPPROACHISILLUSTRATED,ANDTHEMAINPARAMETERSFORTHEDESIGNANDCALCULATIONANDCHECKINGATLAST,THROUGHVARIOUSAGENCIESDATATOCARRYONTHEOVERALLCHECKCALCULATIONTHESECONDPARTOFTHEDEFINITIONOFTHEHYDRAULICSYSTEMANDHASCARRIEDONTHEBRIEFOVERVIEWOFTHEVARIOUSINSTITUTIONSOFTHEHYDRAULICCYLINDER,PUMP,MOTORDESIGNCALCULATIONANDSELECTION,ASWELLASFORTHESELECTEDMODELSOFCOMPONENTSFORTHECALIBRATION,THERESULTSMEETTHECONDITIONSKEYWORDSHORIZONTALSHAFTTYPEMACHINEOVERALLSCHEMEDESIGNTHEHYDRAULICSYSTEMDESIGN目录摘要IABSTRACTII1设计依据12总体方案设计221掘进机型号选择222各机构型式的确定2221截割机构2222装运机构3223行走机构4224转载机构5225冷却喷雾系统5226电控系统523总体参数的确定5231机器外形尺寸5232悬臂参数的确定5233掘进机断面近似计算6234截割机构参数计算7235装运机构参数计算8236行走机构参数计算9237生产率1124掘进机总体布置图1325掘进机的稳定性分析13251掘进机的稳定性分析与计算1326总体参数总结173液压系统设计1831设计依据18311液压系统的基本要求18312液压系统的外形尺寸要求1932工况分析及载荷计算19321执行原件上的负载1933拟定液压系统20331初选系统压力20332确定执行元件的型式20333确定回路类型20334选择合适的回路2134油泵型式的选择2235编制整机的系统原理图2336选取液压元件2337各液压系统的执行原件设计27371铲板升降液压缸的设计计算27372星轮机构计算29373中间输送机构的液压回路的设计计算32374转运机与水泵选择33375行走机构功率确定与张紧液压缸的设计计算3438升降液压缸的结构设计38381液压缸壁厚和外径的计算38382液压缸进出油口尺寸的确定39383液压缸工作行程的确定39384缸盖厚度的确定40385最小导向长度的确定40386缸体长度的确定41387液压缸强度计算4239液压系统参数计算45391各回路泵的确定与功率计算45392泵站电动机的确定50393油箱容积的确定50394液压系统性能验算50395液压缸工作速度校核514总结525致谢536参考文献55附录A56附录B661设计要求1）可截割硬度70MPA；2）适用巷道断面20M2；3）机身高度185M；4）截割头伸缩量400MM；5）接地比压014MPA；6）卧底深度250MM；7）龙门高度400MM；8）爬坡能力15；9）最小转弯半径7M；10）离地最小间隙150MM；11）行走速度5M/MIN，调运速度8M/MIN；12）理论截割生产率70M3/H；13）理论装运能力150M3/H；14）降尘形式内、外喷雾和引射喷雾。2总体方案设计横轴悬臂式掘进机主要由截割、装载、行走、转运几大机构以及液压系统、电控系统、冷却喷雾系统组成。掘进机在矿山井下设备中属于大型机械设备，它集矿岩的破碎、装载和转运于一身，结构复杂，对设计制造要求的方面较多1。掘进机的总体方案设计主要是对掘进机的选型和参数进行确定。21掘进机型号选择不同的巷道条件要选择不同类型的掘进机。特轻、轻型掘进机以掘进煤巷为主，它的特点应突出经济、灵活、方便，在截割巷道断面尺寸方面有较大的适应性。中型掘进机以掘进半煤岩巷道为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不宜过于笨重和庞大，在使用时有较大的覆盖面。重型掘进机是具有更高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。下表为掘进机的基本参数表，所选掘进机应满足下表要求。表21掘进机型式的基本参数2TAB21TABLEOFTHEBASICPARAMETERSOFROADHEADERMODELS机型技术参数单位特轻轻中重超重切割煤岩最大单向抗拉强度MPA405060810煤，3/MIN0608生产能力煤夹矸，3/I03504050606切割机构功率KW575901321502适应工作最大坡度绝对值不小于161666可掘巷道断面5126167208281032机重不包括转载机T20250022各机构结构型式的确定221截割机构截割机构是掘进机工作过程中截割煤岩的执行机构，属轴向截割外伸缩式，主要的组成部分包括截割头、悬臂伸缩装置、电动机及减速器。1）截割头截割头主要由左右对称的两个半体组成，齿座和喷嘴座焊接在头体上，还装配有内喷雾水道和配水装置。截割头体是通过涨套式联轴器同减速器的输出轴相连，可起过载保护作用。掘进机所采用的截齿有扁形和镐形两种,经长期的实践证明，在截割硬岩时,镐形截齿的寿命通常要比扁形截齿的寿命长，并且镐形齿在使用中有自转磨锐性,耐冲击，所以近十年来，横轴式截割头也较多采用了镐形截齿。2）悬臂伸缩装置煤巷掘进机的悬臂有不可伸缩和伸缩式两种。其各自的优缺点如下外伸缩悬臂的结构它主要由导轨架,工作臂和推进油缸组成，推进油缸的前端和工作臂相连，后端和导轨架相连。在其作用下，工作臂和相对导轨架做伸缩运动。此种悬臂的结构尺寸和移动重量较大，推进阻力大,不利于机器的工作稳定性，但其结构简单，伸缩部件加工也较为容易，精度要求低。内伸缩悬臂的结构主要由花键套、内，外伸缩套、保护套、主轴等组成。截割减速器的轴上联结有内花键套，主轴的右端开有外花键，并插入花键套内。主轴的左端通过花键和定位螺钉与截割头相联，使减速器的输出轴可驱动截割头旋转，保护套和内伸缩套同截割头相联，但不随截割头转动，外伸缩套则和减速器箱体相联。推进油缸的前端和保护套相联，后端和电动机壳体相联，在其作用下，保护套带动截割头，主轴和内伸缩套相对于外伸缩套前后移动，实现悬臂的伸缩。3）截割电动机为实现较强的连续过载能力，适应复杂多变的截割载荷。并利用喷雾水加强冷却效果，采用防爆水冷式电动机来驱动截割头是很好的选择。因此在截割电动机的选择上，电动机的防爆性能是要优先考虑的。并且电动机在工作过程中大多为空载起动。当遇到岩石时，会有较大的阻力矩，所以要求电动机应有较大的最大转矩。不仅如此，截割电动机还必须符合GB3836的有关规定和掘进机作业的要求。222装运机构装运机构的作用是负责把截割头破碎下来的煤或碎石等由此装运并通过刮板运出。该机采用星轮式装运机构，截落的煤岩会被装运到刮板输送机上。装运机构和刮板输送机采用分动驱动方式。耙装部耙装部主要由耙爪，铲板，升降油缸，减速器组成。目前悬臂式掘进机所采用的耙装部有蟹爪式刮板式和星盘星轮式三种。1）蟹爪式装载机构能调整耙爪的运动轨迹，并将煤岩运输到中间刮板运输机上，其生产率高，结构简单，工作可靠，应用较多。2）刮板式装载机构可形成封闭运动，装载宽度大，但结构复杂，装在效果差，应用较少。3）圆盘星轮式装载机构工作平稳，动载荷小，装载效果好，使用寿命长，多用于中型和重型机。图21悬臂式掘进机耙装部的型式FIGURE13ROADHEADERLOADINGTYPERAKE鉴于工况条件，和实际使用的情况，选用圆盘星轮式耙装运机构。输送机构输送机构，采用刮板链式输送机，其布置方式一般为由机尾倾斜向上至机头。输送机构由以机头轴为主动轴时，通过减速器装置驱动机头轴运转。这样机构复杂。设置机尾为主动轴，在机尾的驱动装置可以带动刮板链式输送机工作，简化结构。为保证运输顺畅，提高溜槽及刮板使用寿命，选用边双链刮板输送机。223行走机构行走机构是掘进机行走的执行机构，也是整机连接支承的基础，用于驱动悬臂式掘进机前进、后退和转弯，并能在掘进作业时使机器向前推进。它由左右减速器、左右张紧装置、左右履带架、履带、驱动轮、后支承及导轨组成。行走机构可分为履带式、导轨式和迈步式。由于履带式行走机构的牵引力大、工作可靠以及对底板适应性好，故选用履带式。224转载机构转载机构为后转载输送机，布置在机器中间部位，由驱动轴、改向轴、机前部、机后部和刮板链组成。它与装载机械配套使用，能一次装载多辆矿车，以减少调车和运输时间，提高掘进速度。常用的有带式装载机、刮板转载机、斗式转载机三种。225冷却喷雾系统通常掘进机的除尘方式分为喷雾式和抽出式两种。采用喷雾式除尘，用喷嘴把具有一定压力的水高度扩散，使其雾化，使粉尘附在雾状水粒表面沉淀下来，以达到灭尘效果。采用内喷雾形式，在切割头上装设喷嘴，用来喷射截齿。226电控系统电控系统包括动力部分、控制部分和检测部分，电控系统必须按照煤矿井下防爆要求设计、制造、检测，必须符合GB38362000标准中的有关规定和要求。为了提高掘进机在作业时的安全性，操作的灵活性以及机械传动部分的故障诊断及监控功能，从实用角度考虑，装设必要的离机遥控装置、测控压力、温度、液位及关键部位的故障诊断装置。623总体参数的确定231机器外型尺寸结合设计要求和工作情况选取掘进机外型尺寸为24218M232悬臂参数的确定伸缩悬臂的伸缩行程应与截割深度（最大掏槽深度相适应，一般为500MM至600MM。推进油缸的推进力应能克服伸缩部件的移动阻力和沿悬臂轴线方向的截割反力。本次设计的巷道面积为20,上摆角44，下摆角21，水平摆角33。巷道高取45M，巷道宽取55M。由条件可得悬臂长度L275/SIN33A42992MM回转中心高度4500H42992SIN44（12）H42992SIN21（13）经计算得H1514MM，为使掘进机更紧凑工作平稳应尽量降低中心，取H为1500MM。233掘进机断面近似计算1最大宽度21SINAL2BMAX）（其中L43M；A075M；33计算得55MMAXB2）上部宽度22SINALCO2B1O1）（其中144计算得419MOB3）下部宽度23SINALCO2B2O）（其中221计算得519MOB4）上摆高度24M92LSINH1O15）下摆高度2554SI2O26）卧底深度26M93SINILH230）（7）巷道高度2754HO218）可掘最大断面282S2MAX2121MAXOOOBB由以上数据可得225AX其中切割头前端至垂直回转中心O1的距离；LA垂直回转中心至水平回转中心的距离；水平回转时的悬臂摆角；1垂直回转的上摆角；2截割到巷道地面时，垂直回转的下摆角，3卧底时，悬臂垂直回转的最大下摆角，可根据卧底深度来确定，一般可取H0100300MM,取H0为200MM。234截割机构参数确定截割头转速截割头截割必须具有一定的截割速度和足够的截割力，才能实现对煤岩的有效破碎。根据此型号的掘进机的性能参数，掘进机截割转速定为80R/MIN。截割头长度横轴式掘进机截割头长度应略大于截深。根据本次设计的需求，选取截割头的长度为700MM。截割头直径目前，在我国适用的横轴式掘进机的截割头的直径尺寸一般在6001000MM。取直径为1000MM。截割头锥角设截割头的半锥角为,本设计根据参照同类型掘进机的工作运行情况选取为45。截割速度截割石英含量在3040，抗压强度为100120MPA的砂岩时，最佳的截割速度为152M/S。对易于截割的岩石，最大截割速度会收到粉尘浓度的限制。对煤岩一般选用45M/S。根据本设计的要求，确定截割速度35M/S。2截割电动机为实现较强的连续过载能力，适应复杂多变的截割载荷。并利用喷雾水加强冷却效果，采用防爆水冷式电动机来驱动截割头是很好的选择。因此在截割电动机的选择上，电动机的防爆性能是要优先考虑的。3根据截割阻力利用下列公式进行计算进行计算JVFN截割阻抗，根据已有的数据可知截割阻抗大约为35KN左右。F截割头的截割速度，35M/S。JVJV计算得N1225KW。根据上面计算得知，选用标准电动机的功率为135KW。因此选用YBUS1354型掘进机专用隔爆型三相异步水冷电动机。电动机的主要技术参数如下型号YBUS1354功率（KW）135KW电压（V）660满载转速（R/MIN）1475同步转速（R/MIN）1500效率92235装运机构参数确定图22装运机构结构图FIGURE22STRUCTURECHARTOFTHESHIPPINGAGENCY1机前部2机后部3边双链刮板4张紧装置5驱动装置6液压马达表22输送机参数表TABLE22CONVEYORPARAMETERLIST运输机型式边双链刮板输送机驱动方式液压刮板链速M/S13电动机功率KW259运输能力T/H160溜槽宽度高度450350根据设计要求，选取电动机为YB225M型电动机，其主要技术参数如下型号YB225M功率因数（KW）30额定电流（A）595额定转速（R/MIN）980效率（）902236行走机构参数确定A驱动轮直径的计算履带掘进机采用后轮驱动形式，若以为掘进机的使用重量，则驱动轮直径的经验M公式为2（29）4857D式中M为实际重量43KG为驱动轮的直径MMD由式得（210）4758306M1D选驱动轮直径为。60B履带的接地长度计算接地比压（211）LBGP2由式（110）得（212）BPGL2130541408936式中机器总重量NG履带接地板长度ML履带板宽MB履带平均接地比压MPAPC履带节距缩小履带节距，可以减小行走速度的不均匀性；增大节距，可以改善接地比压JLJL的分布。一般取节距，M2掘进机的有效重量。M2的单位为KG，的单J43517）（JL位为MM。目前，我国的掘进机履带的标准节距为173、203、216、2285MM，确定履带的节距值，应该符合国家标准。4经计算履带节距的可取范围223至331，所以取标准节距LJ2285MMD支重轮直径和轮距支重轮的个数，有多个支点式和少支点式之分。当掘进机主要在松软路面上工作时，采用多支点式，履带在各支重轮之间不弯曲，使支重轮下面的履带，和支重轮之间的履带，其接地比压相差不多，使其压力趋于均匀分布，减小滚动阻力。但支重轮与履带板之间的阻力增大。采用多支点式时，可按下列经验公式计算支重轮直径DB和轮距LB；（213）JBL714L25）（）（D由于掘进机的工作环境恶劣，地质差异大取DB250MMLB320。6285BE行走功率计算行走机构使用履带式支撑结构；由于机重由略微的改变所以要对所选参数进行验算，计算功率是否满足要求。工作阻力计算1行走阻力R当水平行走时，0（214）GFR当爬坡时，0215SINCO0FF式中坡角；本文取15F滚动阻力系数，煤低板取F00801，碎石路面为006007本文F01G机器自重；2转向阻力当掘进机载水平或坡度巷道上转向时，它的悬臂位于机器中间位置，俩履带的载荷和是相同的，这时俩履带同时驱动，一履带前进，另一履带后退，转向阻力矩MR将在俩履带上形成同样大小的牵引力FR，即（216）COSLBGMF21RRE4式中G1单边履带行走机构承受的掘进机重量，G1G/22107KN；L单边履带行走机构接地长度，L3100MM；B两条履带的中心距，B1740MM；E掘进机重心与履带行走机构的接地形心的纵向偏心，E590；转向阻力系数，060985综合外阻力值，在水平转向和爬坡转向时各不相同。水平转向时；RI2FR爬坡转向时。COSSRI得210KN,IFMIN32PKW综上所述，单侧履带行走机构驱动装置所需最小功率为32KW。237生产率A截割生产率QTSRVBSRAEQT截割头的理论生产率,70M3/H。SR截割头的有效截割面积，取065M2。VB截割时摆动的平均速度，取003M/S。A截割厚度，12M。左右截割头各06M。E截割时的截割深度，取截割头直径的2/3为500MM。B中间输送机生产率中间输送机的最大生产能力为206AVQTS（217）式中生产率，；SQHM/3装满系数。依使用条件，如输送机倾角、煤岩硬度、块度、温度及溜槽结构定，一般取09509；TV链速，；IN/20A输送机断面，由下式确定2220TAN41BHA（218）式中输送机槽宽，M；2BH输送机有效高度，M；2货载堆积角。2220TAN41BHA21610T535M。（2HAVQTS/691603019）掘进机的设计以截割生产率为依据，装载机的生产能力应稍高于截割生产率，要满足以下关系STQ所以满足要求。24掘进机总体布置图123456787825掘进机的稳定性分析251掘进机的稳定性分析与计算掘进机的稳定性是指在规定方向行走和工作时不发生翻到或侧滑的能力。它是掘进机性能评价的重要标准，掘进机的稳定性良好可以充分发挥机器的性能。掘进机的稳定性可以分为静态稳定性和动态稳定性。A静态稳定性静态稳定性是掘进机在行走状态和截割状态下的稳定性。1行走状态下的静态稳定性计算1极限倾翻角的确定220O3/08/321HCARTGBT式中掘进机上坡时的极限倾翻角；1掘进机下坡时的极限倾翻角；2掘进机横向动作时的极限倾翻角；3掘进机重心与履带后轮轴心线间的距离，M；A掘进机重心与履带前轮轴心线间的距离，M；B掘进机重心与履带边缘间的距离，M；E掘进机重心距离地面的高度，M。H2下滑临界坡度角为防止掘进机倾翻前发生下滑或靠帮现象，履带板与巷道底间的附着力应足够大。履带板与巷道底板的附着力为221COS1UGF式中履带板与巷道底板的附着力，KN；1F履带板与底板的附着系数，通常取1012；UU掘进机重力，KN；G巷道的坡度角，。掘进机与底板平行的重力分力为222SIN2GF当二力平衡便可求得下滑的临界坡度角L223ARCTGUARCTG1045结果显示机器的极限倾翻角和下滑临界坡度均比本设计的适应坡度大。满足静态稳定性要求。2截割时的静态稳定性计算掘进机截割时的静态稳定性是按照回转机构和推进机构在截割头上产生的力分析掘进机稳定性的方法。掘进机截割煤岩时的受力图如下1纵向截割上下截割根据液压缸压力计算和机器外形尺寸，并考虑平衡阀1/4的压力损失，得，NRA5108MD601当截割头向上截割时图A，极限倾翻力矩为NM2245108DRMAF由机器自重产生的稳定力矩NM22551167CBG当截割头向下截割时，极限倾翻力矩为NM2265202DARMF这时的稳定力矩为7702150227MNGG5218式中、分别为截割头向上、向下截割时的阻力，其取值为大小与截割1AR2头纵向进给力相等，方向相反，N；履带前轮轴心线至铲板前缘的距离，M；C铲板前缘至截割头载荷中心的水平距离。E显然，两种情况下的稳定条件为1MF2F由上分析可知，。显然，机器向下截割时稳定性不及向上11FF截割时。为了使两种工况的稳定性程度接近，在整体布置时应使机器重心居于履带中心稍偏前，即AB。但为兼顾正常工作时部分履带不出现零比压，应使偏前值小于六分之一轮轴中心距，即ABAB/6。2横向截割左右截割掘进机横向截割时，最不利的状况是截割头位于最高位置，这时机器的受力如图B所示。其极限倾翻力矩为PMNM228510672FRBP式中截割头横向截割时的阻力，取其大小与横向进给力相等方向相反，N；BR截割头最高位置时载荷中心距底板的高度，M。F这时，机器的稳定力矩为NM229531076EGM掘进机横向截割时的稳定条件3P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状况。这将使截割头产生让刀现象，造成横向进刀困难以致无法实现。3轴向钻进截割头轴向钻进时的受力如图C所示。极限倾翻力矩为23023HRMCF稳定力矩为231AG4显然，这时的稳定条件为CRU4M3F式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，CR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。2H行走机构得牵引力为153105N，伸缩油缸得推力为048105N；取NRE5103则（2MNHRMEF52310732）（233）AG5489根据上述计算，合格。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。稳定力矩与WM倾翻力矩之比，称为稳定比，即FM234FWMK当1时，机器稳定；当1时，掘进机倾翻；当1时，掘进机处于将要倾KK翻而又未倾翻的临界状态。一般情况下，取1113。对本掘进机，取K13。因此，可保证掘进机在截割过程中有很好的稳定性。A纵向截割上下截割当截割头向上截割时（2831067FM35）当截割头向下截割时（28267FK36）B横向截割左右截割（237）367213PMC轴向钻进（2458934FK38）所以本掘进机稳定。26总体参数总结表23掘进机总体参数表TABLE23OVERALLPARAMETERSOFTHEDRIVINGMACHINE截割电机功率KW132最大掘宽M55截割头转速MIN/R80巷道坡度15履带行走速度I/05/8水平回转时，悬臂的摆角33履带板宽MM450垂直回转的上摆角44行驶宽度MM3000截割到巷道底面时垂直回转的下摆角21履带接地长度MM3100卧底时，悬臂垂直回转的最大下摆角30机长M24可掘最大断面M22机宽M2悬臂长为MM4300机高M18伸缩部伸缩量MM550最大掘高M45供电电源AC1140V3液压系统设计液压系统主要由油泵站、液压操纵台、油马达、油缸及油管等组成。油泵站由90KW电动机1470R/MIN、分动箱、齿轮泵、油箱、吸油过滤器、回油过滤器、冷却器及空气过滤器等组成。除截割机构用电动机驱动外，其余转运、行走等各个机构都应采用液压传动。31设计依据311液压系统的基本要求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。7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大小的变化规律，工作速度的大小及变化范围，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，其中湿度、煤尘污染和防爆要特别考虑。5其他要求312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。掘进机工作面空问狭窄，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。832工况分析及载荷计算321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（31）IFF其中工作负载。F摩擦负载，F惯性负载I对于液压马达，外负载为（32）IFNM工作负载扭矩M摩擦阻力矩F惯性力矩I33拟定液压系统331初选系统压力系统的初选压力为20MPA；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，可见系统上力的大小，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。332确定执行元件的形式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。因为内地线马达结构紧凑、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，这些高压油缸一般没有定型的产品，应该根据要求参照典型结构进行设计。333确定回路类型回路循环方式有开式和闭式两种。掘进机的工作条件煤尘和岩粉较多、通风条件差、机器的体积受工作面空间的严格限制。根据循环方式的特点，一般具有较大空间可以存放油箱且不另设散热装置的系统，都采用开式回路；凡允许采用辅助泵进行补油并借此进行冷却油交换来达到冷却目的的系统，都采用闭式回路。由于掘进机液压系统多为泵缸系统，泵缸和泵马达组合成混合系统，油泵向两个以上执行组件供液的组合式系统，所以掘进机的液压系统通常选用闭式系统。通常节流调速系统采用开式回路。容积调速系统采用闭式回路。334选择合适的回路A调速方式的选择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流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。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注意液压系统的震动、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，在这种借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。如采用变量泵将节流调速改成联合调速，可节省一个定量泵和其他一些液压组件，设备的费用反而会降低。另外，从长期使用来看，功率消耗也不可忽视。另外，对于多泵系统，也可根据各执行组件的工作程序来获得不同的速度。如将装载机构油马达的供油管路经过其换向阀与行机走构油马达的供油管路相并联。装载机构停止工作时，掘进机可以较高的速度行驶。以实现快速调动，而当行走机构油马达停止工作时，使该油路卸荷，不向装载机构油马达提供油，保证装载工作正常运行。B压力控制方案的选择选择各种压力控制回路时，应仔细推敲各种回路在选用时需注意的问题以及特点和适用场合。例如卸荷回路，选择时要考虑卸荷所造成的功率损失、温升、流量和压力的瞬时变化等。恒压系统如进口节流和出口节流调速回路等，一般采用溢流阀起稳压溢流用。同时也限定了系统的最高压力。定压容积节流调速回路本身能够定压不需压力控制阀。另外还可采用恒压变量泵加安全阀的方式。对非恒压系统，如旁路节流调速。容积调速和非定压容积节流调速，其系统的最高压力由安全阀限定。对系统中某一个支路要求比油源压力低的稳压输出，可采用减压阀实现。C顺序动作控制方案的选择由于设备类型不同，各执行机构顺序动作有的按固定程序进行，有的则是随机的或人为的。对于工程机械，一般用手动多路换向阀控制，手动操纵机构。对于加工机械，各液压执行元件的顺序动作多数采用行程控制。行程控制普遍采用行程开关控制，因其信号传输方便，而行程阀由于涉及油路的连接，只适用于管路安装较紧凑的场合。另外还有时间控制、压力控制和可编程序控制等。选择一些主要液压回路时，还应注意以下几点1）系统的调速方案决定调压回路的选择。2）速度换接回路的选择主要依据换接时的位置精度和平稳性的要求。同时还应结构简单、调节方便、控制灵活。3）多个液压缸顺序动作回路的选择主要考虑顺序动作的可变换性、行程的可调性、顺序动作的可靠性。4）多个液压缸同步动作回路的选择主要考虑同步精度系统调整、控制和维护的难易程度等。当选择液压回路有多种方案可以选择时，应平行展开，反复进行分析对比，不要轻易做出取舍决定。34油泵型式的选择油泵选择齿轮泵。油泵的选择除了考虑压力能否满足之外，还应该考虑效率，质量及外型尺寸，污染敏感性，自吸能力，调节特性，噪声以及成本和维修方便等因素。部分断面掘进机的液压系统中，齿轮泵和柱寨泵应用较多，而螺杆泵和叶片泵应用较少。因为低压系统不易污染环境，工作较可靠，使用寿命长，所以许多掘进机上已经基本放弃使用柱塞泵的高压液压系统，而倾向于采用齿轮泵的低压系统。1235编制整机的系统原理图整机的系统图主要由以上所确定的各回路组合而成，将挑选出来的各个回路合并整理，增加必要的元件或辅助回路，加以综合，构成一个完美的系统。在满足工作机构运动要求及生产率的前提下，力求所设计的系统结构简单、工作安全可靠、运动平稳、效率高、调整和维护保养方便。此时应该注意以下几个方面的问题1）去掉重复多余的原件，使系统结构尽可能简单，同时要仔细斟酌，避免由于某个元件的去掉或并用而引起相互干扰。2）增设安全装置，确保设备及工作人员的人身安全。3）工作介质的净化必须予以足够的重视。4对于大型的贵重设备，为了确保生产的连续性，在液压系统的关键部位要加设必要的设备回路元件。5）为了便于系统的安装、维修、检查、管理，在回路上要适当装设一些截止阀、测压点。6）尽量选用标准的高质量元件和定型的液压装置。36选取液压元件1）液压泵的计算与选择。确定液压泵的最高供油压力PP1对于执行元件在行程终了才需要最高压力的工况，可取执行元件的最高压力作为泵的最大工作压力。对于执行元件在工作过程中需要最大工作压力的情况，可按下式PPP1P1式中P1执行元件的最高工作压力P1从液压泵出口到执行元件入口之间总的压力损失对简单系统流速较小时，取P10205MPA；对复杂系统流速较大时，取P10515MPA。确定液压泵的最大供油量QP2液压泵的最大供油量为QPK1QMAX33式中K1系统的泄露修正系数，一般取K11113，大流量取小值，小流量取大值。QMAX同时动作的执行元件所需流量之和的最大值，对于工作中始终需要溢流的系统，尚需要加上溢流阀的最小溢流量，溢流阀的最小溢流量可取其额定流量的10。系统中采用蓄能器供油时，QP由系统一个工作周期T的平均流量确定QP34IK1式中QI系统在整个周期中第I个阶段内的流量选取液压泵的规格型号3根据上述所得数据以及系统中拟定的液压泵形式，查阅相关书籍便可确定液压泵的规格型号。但要注意，选择的液压泵的额定流量要大于或等于前面计算所得的液压泵的最大输出流量，并且尽可能接近计算值；所选泵的额定压力应大于或等于计算所得的最大工作压力。有时尚需考虑一定的压力储备，使所选泵的额定压力高出计算所得的最大工作压力2560。泵的额定流量则宜与QP相当，不要超过太多，以免造成过大的功率损失。选择驱动液压泵的电动机4驱动液压泵的电动机通过泵的转数以及电动机的驱动功率来选择。表31液压泵种类与特性TAB31THETYPESANDCHARACTERISTICSOFHYDRAULICPUMP柱塞泵特性种类齿轮泵叶片泵轴向式径向式额定压力MPA251753525排量RML/15001350410006500最高转速IN90040001200300050001800总效率7590759085958092适用粘度205002020020200自吸能力非常好好差变量能力不能能好外形尺寸对功率比中大小输出压力脉动小小大污染敏感度大小小历时变化齿轮磨损后效率下降即使叶片磨损效率下降较小配流盘、滑靴或分配阀磨损时效率下降较大粘度对效率的影响很大稍小很小噪声小大小中中大适用场合工程机械、搬运机械、车辆机床冶金机械、锻压机械、建筑机械表32定量泵与变量泵的适用场合TAB32THEAPPLICATIONOCCASIONSOFQUANTITATIVEPUMPANDVARIABLEPUMP定量泵变量泵液压功率小于10，而且能源成本不KW是重要因素工作循环是开关式，而且泵在不工作时可以完全卸载虽然负载变化很大，但多数工况下需要泵输出全部流量工作制不繁重，温升不成液压功率超过10，流量需求变化很KW大要求大负载下小而精密的运动和变化负载下的快速运动泵服务于可任意组合的多个负载要求很的承载能力一个原动机带动多个泵，而泵的装机容量大于原动机功率2）液压控制元件的选用和设计一个设计的好的液压系统应尽可能多的由标准液压元件组成，使自行设计的专用液压元件减少到最低限度。11溢流阀的选择1直动式溢流阀的响应快，适合流量较小的场合，宜作制动阀、安全阀用；先导式溢流阀的启闭特性好，用于中、高压和流量较大的场合，宜作调压阀、背压阀用。二级同心先导式溢流阀的泄漏量比三级同心的要小，故在保压回路中常被选用。先导式溢流阀的最低调定压力范围为051MPA溢流阀的流量应按液压泵的最大流量选取，并应注意其允许的最小稳定流量，一般来说，最小稳定流量为额定流量的15以上流量阀的选择2一般中、低压流量阀的最小稳定流量为50100ML/MIN；高压流量阀为2520ML/MIN。流量阀的进出口需要有一定的压差，高精度流量控制阀约需1MPA的压差。换向阀的选择3A按通过阀的流量来选择结构形式，可选择二通插装阀、滑阀型换向阀、电磁换向阀、电液换向阀。B按换向阀换向性能来选择电磁铁类型，直流湿式电磁铁寿命较长，可靠性高，故应尽可能选择直流湿式电磁换向阀。在某些特殊场合，还要选用安全防爆型、耐压防爆型、无冲击型以及节能型等电磁铁。C按系统要求来选择滑阀机能。当选择三位换向阀时，要特别注意中位机能。D选取单向阀及液控单向阀时要注意不要选取开启压力大的单向阀，因为它可以当做背压阀用。选取开启压力小的单向阀较为合适。外泄式液控单向阀的控制压力比內泄式的低，且工作可靠，选用时可优先考虑。3）辅助元件的选择蓄能器的选择1蓄能器在液压系统中的作用是储存压力能，也用于减小液压冲击和吸收压力脉动。在选择时可根据蓄能器在液压系统中所起的作用，相应确定其容量，具体可参阅相关手册。滤油器的选择2滤油器的作用是保持工作介质的清洁，是系统正常工作必不可少的辅助元件。滤油器应根据其在系统中所处部位及被保护元件对工作介质的过滤精度要求、工作压力过流能力及其他性能要求而定，通常应注意以下几点A其过滤精度要满足被保护元件或系统对工作介质清洁度的要求；B过滤能力应大于或等于实际通过流量的2倍；C过滤器的耐压应大于其安装部位的系统压力；D适用的场合一般按产品样本上的说明。油箱的设计3油箱在液压系统中的作用是储油、给系统提供充分的油液；散热，液压系统中由于能量损失所转换的热量大部分由油箱表面散逸沉淀油中的杂质；分离油中的气泡，净化油液。在油箱的设计中具体可参阅相关手册。4）液压系统密封装置选用与设计在液压传动中，通过密封装置来防止工作介质的泄漏及污染。工作介质的泄漏会给液压系统带来调压不高、效率下降及污染环境等诸多问题，从而损坏液压技术的声誉；进而导致系统出现故障。所以，在液压系统的设计过程中，必须正确设计和合理选用密封装置和密封元件，以提高液压系统的工作性能和使用寿命。影响密封性能的因素1密封性能的好坏与很多因素有关，下面列举其主要方面密封装置的结构与形式。密封部位的表面加工质量与密封间隙的大小；密封件与接合面的装配质量与偏心程度；工作介质的种类、特性和黏度；工作温度与工作压力；密封接合面的相对运动速度。密封装置的设计要点2密封装置设计的基本要求是密封性能良好，并能随着工作压力的增大自动提高其密封性能；所选用的密封件应性能稳定，使用寿命长；动密封装置的动、静摩擦因数要小而稳定，且耐磨；工艺性好，维修方便，价格低廉。密封装置设计的要点是明确密封装置的使用条件和工作要求，如负载情况、压力高低、速度大小及其变化范围、使用温度、环境条件及对密封性能的具体要求等；根据密封装置的使用条件和工作要求，正确选用或设计密封结构并合理选择密封件；根据工作介质的种类，合理选用密封材料；对于在尘埃严重的环切中使用的密封装置，还应选用或设计与主密封相适应的防尘装置；所设计的密封装置应尽可能符合国家有关标准的规定并选用标准密封件。37各液压系统的执行元件设计表33典型液压马达的比较TAB33THECOMPARISONOFTYPICALHYDRAULICMOTOR高速马达低速马达特性种类齿轮式叶片柱塞式径向柱塞马达额定压力MPA排量/1RML转速/IN总效率/堵转效率/堵转泄漏污染敏感度变量能力214300300500075905085大大不能17525300400300075907085大小困难3510100010500085958090小小可2112538000150080927585小小可371铲板升降液压缸的设计计算A进行工况分析以铲板作为研究对象，受力图形如下图31铲板受力图FIG31THEANALYSISDIAGRAMOFSHOVELBOARD取E点为支点350M021LF式中铲板和煤的总重力，取；1FKN1左右两侧铲板升降油缸作用给铲板的推力；的力臂，680MM；1LF1L的力臂，420MM。222则。KNL8940621B主要参数确定参数的确定包括系统工作压力，液压缸型式，规格，以及最大流量需求等的确定。1系统工作压力的初步选择依照目前实际情况，系统的工作压力初步选定为20MPA。2确定液压缸型式、规格由于工作环境比较差，进行进给，确定采用合适的液压缸。回路上取背压，根据具体工作情况及要求，确定宽径比MPAP512620/DD216A/MPFA246108690/59/ADCM9取规范标准，由，MD10216MDD620取标准值，杆径D63两腔实际有效面积22147,578CAC3最大流量需求MAX21MAXVQSLS/590/0834液压缸的载荷参数如表表34各工况所需要的压力、流量和功率TAB34THEPRESSURE，FLOWANDPOWEROFALLCONDITIONSREQUIRED工况计算公式KN/0F回油腔压MPA/2P进油腔压A/1输入流量1SL/Q输入功率KW/P升举1201APVQ2PP189151220259317372星轮机构计算A星轮装载机构工况分析1星轮装载机构结构尺寸确定星轮结构如图23，有关尺寸确定如下图32星轮机构的基本尺寸FIG34THEBASICDIMENSIONSOFSTARFERRYAGENCIES1星轮大径3D星轮大径主要通过与铲板和驱动装置外形尺寸及星轮回转中心确定，设计时结合铲板设计综合考虑确定。2星轮小径3D星轮小径主要通过驱动装置外形尺寸确定，设计时在满足强度要求的条件下，应尽量减小星轮小径的尺寸。3星轮小径高度3H星轮小径高度的确定要结合铲板和驱动装置结构尺寸及机器总体布置要求确定，并使之尽量小。4星轮爪子的数量及宽度3M3L星轮爪子的数量以三爪、四爪及六爪居多。爪子数量越多，结构也越为复杂，装载效率也较低，建议设计时采用三爪星轮。星轮爪子的宽度设计时，要求在满足强度的条件下，尽量减小其宽度。星轮转速的确定还要结合现有机型使用的实际情况，综合考虑确定。一般星轮转速推荐采用3050，根据实际情况，在总体方案设计中选定为40。MIN/RMIN/R3装载功率确定装载功率主要由2部分组成一是克服物料与铲板间的摩擦力所消耗的功率；二31N是以一定速度推动物料所消耗的功率。其它不能确定因素需要的功率，计算时给出安32N全系数1316保证。AS1星轮工作静摩擦需消耗的功率3673311095DFNQTND2动能需消耗的功率371023326NWXD3装载星轮工作需要输出功率38102373321362109DNQDFNNXDD4装载马达所需要输出功率39106210923733NWFNSXDDZAZAM通过计算，选定装载功率KWN23B星轮机构马达的确定则选取马达的型号参数如下表35星轮马达的型号参数TAB35THEMODELPARAMETERSOFWH