.緒論隨著我國煤炭事業(yè)的發(fā)展。因采煤機械和綜合機械化水平的速度提高，要求有與之相適應巷道掘進速度。傳統(tǒng)的鉆煤掘進效率低，人海戰(zhàn)術(shù)和小型機械化裝備，還是不能滿意足需要。目前，國內(nèi)外研制和使用巷道掘進機種類繁多。主要分為兩大類：全斷面巷道掘進機和部分斷面掘進機。全斷面巷道掘進機主要用于掘進巖石巷道，這類掘進機功率大，結(jié)構(gòu)復雜，巷道斷面形狀單一。在煤炭工業(yè)中沒有得到廣泛應用。部分斷面掘進機，其工作機構(gòu)僅能同時截割工作面煤巖斷面的一部分。為截割破落整個工作面的煤巖必須在斷面內(nèi)多次連續(xù)地移動工作機構(gòu)的截割頭。故此它能實際掘出所需巷道斷面形狀。它主要用于掘進煤或半煤巖巷道。近年研制的掘進機有以下趨勢：廣泛采用懸臂式可伸縮的工作機構(gòu)，改善起截割性能和使用范圍。采用橫軸式截割頭，以減少機器振動，增加機器穩(wěn)定性。廣泛采用觸爪式裝載機構(gòu)和履帶式行走機構(gòu)。加大掘進機的總功率和提高液壓系統(tǒng)的工作壓力。改進噴霧除主裝置，支護設(shè)備和配套轉(zhuǎn)載設(shè)備。當前，我國煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用，其開采速度大大加快，因而帶來采掘機械化比例失調(diào)的矛盾更加突出。特別是易采的中厚煤層資源日益減少，而薄煤層的開采比例逐年增加，在全部采準巷道中，半煤巖巷的比例已經(jīng)達到25%，但這些巷道中的90%仍舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè)，勞動強度大，安全性差。目前，我國大部分局、礦使用的幾種主要機型多是上世紀六、七十年代設(shè)計的，這些老產(chǎn)品設(shè)計陳舊過時、元部件可靠性差、開機率低、維護量大，而且機重偏輕、截割功率較小、過斷層和截割巖石的能力差，僅適合在煤巷中使用。因此急待開發(fā)研制綜合性能好、適應范圍廣的新型掘進機，來解決掘進機更新?lián)Q代的問題，緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面。1.1懸臂式掘進機簡介懸臂式掘進機是煤礦井下巷道綜掘法的主要設(shè)備，它集開挖、裝碴和自動行走于一體，操縱方便，對復雜地質(zhì)適應性強，便于支護，用于煤和半煤巖層的掘進因此在采礦工程中得到了越來越廣泛的應用。懸臂式掘進機主要有橫軸式掘進機和縱軸式掘進機。它們的主要組成部件相同，只是截割頭的布置不同。懸臂式掘進機由切割機構(gòu)、裝運機構(gòu)、行走機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)等組成。1.2國外掘進設(shè)備及綜掘技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1949年第一臺懸臂式掘進機在匈牙利問世，經(jīng)過幾十年不斷改進、發(fā)展的歷程。現(xiàn)在世界上掘進機使用已超過幾千臺。有10多個國家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進機設(shè)計研究和制造。主要國家是：奧地利、英國德國、日本、前蘇聯(lián)等。(1)半煤巖巷道掘進機普遍推廣隨著開采深度的加大及薄煤層開采的需要，切割煤巖的硬度及半煤巖巷道的掘進量增長，已研制的EBJ-132,EBH-132,EBJ-160等幾種掘進機能夠勝任半煤巖巷道掘進。半煤巖巷道掘進機適用機型重量約45-90t.切割巖石抗壓強度不大于80MPa為宜。EBJ-160在切割局部硬巖時，出現(xiàn)強烈振動，應以60-70t重的機型為主，可以使機器的振動減輕，機器零件壽命延長，總體經(jīng)濟效果好。(2)機器的可靠性高以先進的制造技術(shù)為基礎(chǔ)，從原材料質(zhì)量到零部件的加工精度都能嚴格控制，又有優(yōu)越的國際協(xié)作條件，選購外購外協(xié)件的范圍寬廣。有效的保證了主機的質(zhì)量水平。此外，今年來廣泛的采用了可靠性技術(shù)，其突出表現(xiàn)為簡化機械結(jié)構(gòu)、采用將額設(shè)計。在齒輪傳動、機械聯(lián)接及液壓傳動方面盡量減少串聯(lián)系統(tǒng)，有的地方以嵌裝式結(jié)構(gòu)代替螺栓組結(jié)構(gòu)。既簡化了結(jié)構(gòu)，又大大提高了可靠性。(3)采用機電一體化技術(shù)國外新型掘進機均配各有完善的工況監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)。從而可早期發(fā)現(xiàn)故障，快速排出故障，大大減少停機時間。有些重型掘進機還可配置自動控制系統(tǒng)，可以使機器的生產(chǎn)率提高30%左右，還可以保證切割機構(gòu)的負載平穩(wěn)，避免由于人工操作不當引起的尖峰負荷，從而延長機器的使用壽命約20%。1.3我國懸臂式掘進機的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀我國懸臂式掘進機研制，從1965年對HK—3仿制開始，之后經(jīng)過設(shè)計、制造、使用三個單位結(jié)合進行多種小型掘進機研制。并定型生產(chǎn)了幾種掘進機。1975年第一臺液壓傳動煤巷掘進機ELMA通過技鑒定并小批量生產(chǎn)。1979年開始,我國從英國、奧地利、日本、前蘇聯(lián)、德國、美國等國家大規(guī)模的引進設(shè)備，據(jù)不完全統(tǒng)計，截至1985年共引進16個品種188臺，對我國煤礦掘進煤和半煤巖巷道起到重要作用。特別是通過AM50和S100的技術(shù)引進、國內(nèi)外合作生產(chǎn)、消化吸收等方式，提高了設(shè)計、工藝制造水平。“八五”后期，我國又研制40～50噸級重型掘進機。但是，這些自行研制的掘進機與國外觀代掘進機產(chǎn)品相比，缺乏競爭力，在性能、效率、可靠性等方面存在較大差距。其主要原因是我國基礎(chǔ)研究不夠；設(shè)計水平不高；缺少創(chuàng)新意識；沒有掌握現(xiàn)代掘進機設(shè)計理論與方法。因此，我國的產(chǎn)品不能滿足現(xiàn)代掘進機切割硬度高、效率高、可靠性高、自動化程度高的要求。當前，我國掘進機的設(shè)計研究工作，面臨三項任務：一是深入消化吸收引進產(chǎn)品技術(shù)，產(chǎn)品的國產(chǎn)化不僅僅是圖紙的轉(zhuǎn)化，制造工藝的工廠化，更重要的是對引進產(chǎn)品在設(shè)計思想、設(shè)計方法、設(shè)計技術(shù)的消化；二是加強基礎(chǔ)研究工作，主要指巖石可切割性和分類研究，整機和主要關(guān)鍵部件的設(shè)計理論與方法研究；三是對現(xiàn)有國產(chǎn)化機型進行設(shè)計改進，提高使用可靠性和開機率。1.4現(xiàn)代掘進機發(fā)展的趨勢分析國內(nèi)外懸臂式掘進機近期產(chǎn)品，可知現(xiàn)代掘進機技術(shù)發(fā)展趨勢是；改善切割技術(shù)、提高對硬巖切割能力、采用現(xiàn)代控制技術(shù)、實現(xiàn)遠程控制和遙控操作、研制掘錨機組，是巷道快速掘進的發(fā)展方向。一、提高對硬巖切割能力從國內(nèi)外懸臂式掘進機產(chǎn)品發(fā)展過程可以看出，早期產(chǎn)品是適應切割煤和軟巖的輕型設(shè)備。70年代后期、人們在機械和液壓兩方面做了大量研究工作，出現(xiàn)了切割半煤巖的中重型設(shè)備，近期多數(shù)掘進機可切割巖石強度達70—100MPa，德國普拉待公司研制的E200型重型掘進機。機重達110噸，可切割巖石強度為70—124MPa，最大達206MPa。可見增加機重、加大切割功率，改進切割技術(shù)，是提高硬巖切割能力的必然發(fā)展趨勢。目前重型掘進機的切割功率多為132～00KW。超重型機都在200KW以上。為了是適應切割硬巖，在增加機器自重的同時，新機型都實行緊湊化設(shè)計，努力降低機器高度，減少機器振動，提高工作穩(wěn)定性。如奧地利AM65型和德國ET110型，機高都低于1.5m，并采用寬履帶，減少對地比壓，增強爬坡能力。在機身前、后部位裝設(shè)油缸式穩(wěn)定器，使機器切割硬巖時牢固定位，減輕振動。機器重型化并不是唯一提高切割硬巖途徑，研究新的切割技術(shù)，不斷完善和提高已有技術(shù)，使之達到最佳切割水平，也是重要內(nèi)容。高壓術(shù)射流破巖是一項新的切割技術(shù)，早在70年代，就由美國人移植到懸臂式掘進機上作為輔助切割，利用高壓水射流的沖擊、侵蝕效應、水楔劈裂作用。達到提高破巖能力之目的。1983年英國采礦研究院與美國能源部合作，用70MPa水壓作井下試驗，證明在提高切割巖石能力、降低刀具損耗、減少粉塵生成量、消滅切割火花等方面有明顯的效果。據(jù)英國、德國、美國等大量實驗研究。一般認為當切割頭上用10～20MPa高壓水射流可顯著減低粉塵、抑制火花，用35～70MPa水射流可以提高切割效率、降低截齒消耗，用150～180MPa時才有助切效果，200MPa以上的水射流可以在硬巖中高效鉆孔。這也就形成現(xiàn)今高壓水射流助切和切割的基本概念。但是，采用高壓水射流技術(shù)，待別是水壓在100MPa以上，其元件和系統(tǒng)研制難度極大，能量消耗大、結(jié)構(gòu)復雜、費用十分昂貴。德國試驗室試驗表明，在乎均切割功率120KW時，加上200MPa水射流，可切割抗拉強度8。3N／mm2、耐磨系數(shù)達2。2N／mm的巖石，而高壓水的動力需要350KW。因此簡化結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)助切和經(jīng)濟效果的統(tǒng)一，是學者和專家門研究的重要課題，也是高壓水射流在掘進機上應用的難題。二、發(fā)展自動控制技術(shù)懸臂式掘進機自動控制技術(shù)是國外80年代以來重點主攻目標之一。包含以下內(nèi)容：推進方向控制；斷面輪廓尺寸控制；切割功率自動調(diào)節(jié)控制；機器運行狀況監(jiān)測和故障診斷；離機遙控操作技術(shù)。德國艾柯夫公司研制的微機輪廓和導向及機器運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)，其持點是用激光導向。由掘進機后面巷道頂部懸掛一個激光發(fā)生器，用棱柱水晶體將激光束分裂為兩個互相垂直面，激光接收器有三條攝像晶體管線，可在600mm寬的激光束面上捕捉激射光，井將信號輸入計算機進行處理，控制掘進機標準位置的平行偏差和推進方向上的角度偏差。這套系統(tǒng)于1983年開始在ET—160和ET—110掘進機上使用。斷面控制是采用微機技術(shù)，精確控制掘進斷面輪廓尺才。避免超挖，減少充填量。提高巷道質(zhì)量。基本原理是利用切割臂位置傳感器，取得信號輸入計算機處理，然后發(fā)出指令，控制切割臂液壓回轉(zhuǎn)、升降油缸，將切割斷面輪廓和切割頭位置同時顯示在屏幕上，然后打印出數(shù)據(jù)。這種程序可實現(xiàn)自動操作和半自動操作。奧地利阿爾卑尼公司的AMCS斷面輪廓與方向控制不用計算機。采用光電傳感器和邏輯電路，利用三維比例顯示器，顯示切割頭在巷道中位置，相應同步跟蹤動作，當切割頭截齒接觸巷道斷面邊緣時，即發(fā)出聲響信號，然后由人工操作控制，這是一種比較簡單實用，沒有反饋功能的非閉環(huán)控制系統(tǒng)。已在AM75、AM65掘進機上使用。日本三并三他公司研制了切割功率自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，美國礦業(yè)局移植機器人技術(shù)，研制具有視覺和某些智力功能的導向系統(tǒng)等。機器正常運行監(jiān)控和故障診斷系統(tǒng)是任何掘進機都需要的，對重型機更是必需的。掘進機的監(jiān)控程序，可早期鑒別技術(shù)故障，必要時發(fā)出指令停止運轉(zhuǎn)。主要功能是對各電機負荷電流和溫升的顯示檢測及示警保護；液壓系統(tǒng)的油壓、油溫、泊位、污染及過濾裝置工況檢測及保護；高壓水和冷卻水系統(tǒng)的檢測與保護等。這些保護系統(tǒng)只要有足夠的傳感器和傳感裝置。需要監(jiān)測那個部位時，只需提供可安裝的位置就可實現(xiàn)。重要的是從必要性和可靠性角度設(shè)計選取。總之，控制技術(shù)發(fā)展日新月異，為實現(xiàn)并下懸臂式掘進機自動控制、遙控開辟廣闊前景。三、發(fā)展掘進機組，實現(xiàn)巷道快速掘進80年代以來，綜采機械化裝備發(fā)展很快，單產(chǎn)效率迅速提高，美國、英國、德國等先進產(chǎn)煤國家，不斷涌現(xiàn)日產(chǎn)萬噸、2萬噸甚至3萬噸高產(chǎn)高效工作面。要求采區(qū)巷道快速掘進，保持后退開采正常接續(xù)，目前懸臂式掘進機效率不能滿足快速掘進要求，必需研制一種新型高效快速掘進設(shè)備。用連續(xù)采煤機開掘煤巷，由于它具有橫向長滾筒、全寬巷道上下擺動割煤、裝運能力大、結(jié)構(gòu)牢固、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，生產(chǎn)能力比一般懸臂式掘進機要高。但由于沒有解決頂板支護機械化問題，仍需掘進幾米。停下來用其它方式支護頂板，因而并沒有真正“連續(xù)”。用連續(xù)采煤機開掘巷道的作業(yè)方式，其效率還不能滿足日產(chǎn)幾萬噸綜采工作面快速回采要求。原因就是不連續(xù)的間斷作業(yè)影響巷道掘進速度。多年來人們一直希望有一種真正連續(xù)掘進的機器，既能快速掘進割煤，又能同時支護頂板和側(cè)板，掘進與文護平行作業(yè)，一次成巷。于是出現(xiàn)了“掘錨機組”的新機型，作為與高產(chǎn)高效工作面的配套設(shè)備，是一種理想作業(yè)方式，具有很好的發(fā)展前景，令人矚目。目前這種“掘進機組”已有幾個國家研制成功、并投入使用。如美國JOY公司的12CM30和12CM20B；奧地利VostA1Pine公司的ABM20型；英國AnJersonGrouP公司的KBⅡ型。這些機器在一般中等地質(zhì)條件下，沿煤層單巷掘進速度可達4～6m／h，每天掘進80～120m。真正實現(xiàn)了快速掘進。1.5我國內(nèi)掘進設(shè)備的發(fā)展及存在的問題1.5.1我國懸臂式掘進機的科研成果目前，我國懸臂式掘進機技術(shù)已躍上了一個新的臺階，總體水平已接近國外同行。在產(chǎn)品的開發(fā)方面，掘進機的切割功率從30kW提高到160kW，機重從13t上升到53t，切割對象從煤擴展到半煤巖，并逐步形成了煤及半煤巖掘進兩大系列、十多個品種。尤其是在“八五”后期至“九五”初期研制成功的EBJ系列半煤巖掘進機，其技術(shù)性能達到并部分超過了某些進口的同類產(chǎn)品，具有良好的性能價格比。代表我國煤巷掘進機設(shè)計水平的主要機型有:上海分院研制的ELMA一40型、ELMB一55型、ELMS一75型系列、EBJ一100型等掘進機，太原分院研制的EMA一30M、EL一90型、EBJ一110型、EBJ一65/48型等掘進機和唐山分院研制的EBZ-75型掘進機。其中上海分院研制的ELMB一75型系列掘進機與引進技術(shù)生產(chǎn)的AM一50型,51001.5.2我國懸臂式掘進機技術(shù)發(fā)展展望(1)產(chǎn)品開發(fā)的適用性我國地域遼闊，地質(zhì)條件差異顯著，井型類別眾多，開采工藝不一。因此，綜掘設(shè)備的研制也可以從三個方面著手。（一）是在現(xiàn)有懸臂式掘進機的基礎(chǔ)上進行變異設(shè)計或二次開發(fā)，使其在適應性、功能性上得到延展。（二）是開發(fā)滿足高產(chǎn)高效礦井發(fā)展要求的快速綜合掘進設(shè)備。（三）是開發(fā)能滿足特殊地質(zhì)條件要求的綜合機械化掘進設(shè)備。(2)產(chǎn)品使用的可靠性煤礦生產(chǎn)對機械設(shè)備的可靠性要求很高。高可靠性的具體體現(xiàn)是設(shè)備的高開機率。影響高開機率的重要因素之一就是設(shè)備的可靠性。因此，不管是舊機型的完善還是新機型的開發(fā)都要以可靠性為前提。作為設(shè)計者應從設(shè)計選型可靠性出發(fā)進行設(shè)計，如容量裕度、等效壽命、元件通用等;作為制造者應從加工工藝的可靠性出發(fā)進行制造，如材料選擇、工藝措施等;作為使用者則應從生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性出發(fā)指導生產(chǎn)，如合理配置、完善系統(tǒng)、文明生產(chǎn)等。通過三個環(huán)節(jié)的互相支撐達到提高整體可靠性的目的。(3)產(chǎn)品與生產(chǎn)系統(tǒng)的配套性巷道的綜合機械化掘進是一項系統(tǒng)工程。只有生產(chǎn)、運輸?shù)扰涮篆h(huán)境都正常運轉(zhuǎn)才能保證掘進作業(yè)的正常進行。根據(jù)不同的資料統(tǒng)計，掘進機在井下作業(yè)時正常掘進、停機支護和運輸系統(tǒng)影響所占的時間約各占總循環(huán)時間的30%。如果我們在綜掘系統(tǒng)配套方面進一步開展一些有效的、合乎生產(chǎn)特點的研究工作，當會對綜掘生產(chǎn)有所裨益。因此，我們的開發(fā)工作還應根據(jù)礦井掘進工作面的工藝條件和工作對象，對適用不同綜掘設(shè)備的開拓掘進系統(tǒng)進行分類，找出典型，提出范例，供生產(chǎn)選擇。1.5.3我國掘進機目前存在的問題(1)目前我國研制的產(chǎn)品主要適用于煤巷掘進，對于硬煤及半煤巖巷道適應性差，機器振動過大，故障率高。(2)國內(nèi)應用最多的幾種機型，除切割硬度偏低之外，內(nèi)噴霧系統(tǒng)及防碰撞裝置實際上不起作用，許多電氣保護工作不可靠，普遍存在用戶甩保護現(xiàn)象，電控系統(tǒng)抗振性差。(3)技術(shù)引進缺少創(chuàng)新我國引進技術(shù)生產(chǎn)的機型生產(chǎn)多年改進不大，尤其是不能結(jié)合我國制造，使用水平進行改進，逐漸暴露出許多缺點。1.6懸臂式掘進機新技術(shù)的發(fā)展懸臂式掘進機技術(shù)的發(fā)展除取決于實際生產(chǎn)需要外，還受基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展水平及技術(shù)可行性的影響。隨著工業(yè)技術(shù)水平的提高和在懸臂式掘進機技術(shù)開發(fā)方面經(jīng)驗的積累，我們正在嘗試將一些新的技術(shù)成果應用于懸臂式掘進機的設(shè)計上。1.6.1新的主機技術(shù)(1)掘錨聯(lián)合機組掘錨聯(lián)合機組是集切割、裝載、行走、錨桿支護、機載除塵等功能為一體的綜合掘進裝備，它具有先進的遙控操作系統(tǒng)和高效的除塵裝置，不僅可用于高效集約化礦井的煤巷快速掘進，而且也可通過開采方式的變化用于回采“三下”壓煤和“井田邊角煤”，最大限度地回收煤炭資源，是煤巷掘進最理想的機型。但由于其新技術(shù)的含量較大，如何立足于現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)，盡快地開發(fā)出適合我國煤礦實際工況條件的掘錨聯(lián)合機組，解決采掘工作面接替緊張、采掘失調(diào)等難題，滿足國內(nèi)的迫切需求，填補我國在這方面的研究空白，是實現(xiàn)“十五”懸臂式掘機主機技術(shù)飛躍的首要任務。(2)盤形滾刀懸臂式掘進機利用滾壓破巖原理設(shè)計的全斷面巖巷掘進機，能有效截割硬巖，具有掘進速度快、效率高、巷道斷面尺寸精確、工程質(zhì)量好、超挖量少、巷道光滑等優(yōu)點，但由于全斷面巖巷掘進機體積大、重量重、能耗高、適應性差、投資巨大等弱點，無法廣泛代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆爆法應用于巖巷或隧道的建設(shè)。盤形滾刀懸臂式掘進機是一嶄新的設(shè)計思路，它將盤形滾刀破巖技術(shù)巧妙地移植在懸臂式掘進機上，一方面保留了懸臂式掘進機輕便、高效、能切割任意形狀斷面的優(yōu)點，另一方面彌補了傳統(tǒng)的鎬形截齒截割方式無法截割硬巖的缺憾，使懸臂式掘進機的切割破巖能力有質(zhì)的變化。而且，與全斷面掘進機相比，可大大降低初期投資。(3)沖擊振動掘進機沖擊振動掘進機是一種利用慣性原理，通過在普通的懸臂式掘進機截割機構(gòu)部分增加一激振部件，利用一定頻率和振幅的沖擊來改善截割效果，以提高掘進機的切割硬度的新技術(shù)。1.6.2新的配套技術(shù)(1)配套自移式轉(zhuǎn)載機運輸技術(shù)的落后是制約掘進技術(shù)發(fā)展的重要因素之一。自移式轉(zhuǎn)載機作為聯(lián)接掘進機和帶式輸送機或礦車的橋梁，是掘進機械化作業(yè)線的重要一環(huán)。由于其自帶動力，具有自行牽引、靈活移動的特點。可滿足不同的運輸要求，實現(xiàn)運輸設(shè)備的配套使用，是實現(xiàn)“十五”懸臂式掘進機配套運輸技術(shù)高效的主要任務。(2)配套機載錨桿支護技術(shù)支護作業(yè)與掘進作業(yè)的不同步是影響掘進技術(shù)發(fā)展的又一關(guān)鍵。錨桿支護技術(shù)，作為先進的支護技術(shù)，具有工藝簡單、工效高、巷道斷面利用率大、材料消耗低、支護速度快、支護成本低等優(yōu)勢，機載錨桿技術(shù)還有功率大、鉆孔能力強、功能齊全、適用范圍廣、可自帶動力、操作安全等優(yōu)點，但存在操作復雜、維護成本高、一次投資大等不利因素。機載錨桿支護技術(shù)能從根本上解決掘進、支護不同步問題，提高掘進生產(chǎn)率。(3)配套機載除塵技術(shù)機載除塵技術(shù)是懸臂式掘進機配套技術(shù)的重要一環(huán)，成為掘進機技術(shù)發(fā)展的另一關(guān)鍵。由于工作環(huán)境惡劣，機載除塵技術(shù)必須做到除塵效果好、設(shè)備體積小、功耗低、耗水量少、使用維護簡單的特點。傳統(tǒng)的內(nèi)、外噴霧除塵技術(shù)因效果差、成本高而一直無法推廣，因而影響掘進工作面的作業(yè)安全。而采用體積龐大的巷道除塵風機又因其不適合國情而難以推廣。具有環(huán)保價值的機載除塵產(chǎn)品“CSHY4.0型懸臂式掘進機機載捕塵裝置”是專門為懸臂式掘進機配套設(shè)計，實現(xiàn)除塵、掘進同步作的國內(nèi)外唯一采用液壓驅(qū)動的機載除塵設(shè)備。配套機載除塵技術(shù)的進一步研究，是實現(xiàn)懸臂式掘進機配套除塵技術(shù)突破的重要課題。1.6.3新的元部件技術(shù)(1)履帶內(nèi)藏式行星減速器懸臂式掘進機的行走機構(gòu)是主機很重要的一大部件，它承擔著主機在作業(yè)過程中的行走、調(diào)動任務，影響主機的靈活性。傳統(tǒng)的履帶驅(qū)動裝置體積大，占用空間多，效率低。尤其對煤礦井下而言，利用的有效空間不足，給結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)備性能帶來一定的影響。履帶內(nèi)藏式行星減速器傳動是近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它具有占用空間小、效率高、機器通過性好等優(yōu)點，已成功地應用于工程機械如挖掘機等。將其應用于結(jié)構(gòu)空間受限的懸臂式掘進機是一種新的嘗試。它從性能上具有傳動比大、傳動效率高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，從結(jié)構(gòu)上具有體積小、重量輕等特點。(2)工況監(jiān)控技術(shù)掘進機工況監(jiān)控技術(shù)包括掘進機工況監(jiān)測、故障診斷兩方面。通過對供電電壓、電動機負荷和溫升控制，液壓系統(tǒng)油壓、油量、污染的監(jiān)測、油液污染和軸承溫度的監(jiān)測，最大限度地保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下工作;在設(shè)備遇到故障時，及時發(fā)現(xiàn)故障原因并予以糾正。掘進機工況監(jiān)測技術(shù)的研究，是實現(xiàn)“懸臂式掘進機智能化的主要方面。(3)負載反饋調(diào)速技術(shù)切割牽引速度是懸臂式掘進機的一個重要工況參數(shù)，合理的切割牽引速度不僅與掘進機自身參數(shù)有關(guān)，還和煤巖硬度、鉆人深度和切削厚度有關(guān)，負載反饋調(diào)速技術(shù)就是利用節(jié)流調(diào)速、變量泵一負反饋無級調(diào)速和定量泵一分流合流有級調(diào)速等方式，合理調(diào)整切割牽引速度。有效地減少功率損耗，降低液壓系統(tǒng)發(fā)熱，延長液壓元部件使用壽命，使掘進機能可靠地工作。掘進機負載反饋調(diào)速技術(shù)的研究，是提高懸臂式掘進機可靠性的一條途徑。1.7掘進機的工作原理掘進機行走機構(gòu)的工作原理：液壓馬達依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn)，與其聯(lián)接的減速機構(gòu)減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達、減速機構(gòu)和鏈輪做成一個整體，液壓馬達的轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動輪(鏈輪)旋轉(zhuǎn)，鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合，從而實現(xiàn)掘進機在履帶上爬行。同時導向輪起到導向作用，導向輪和張緊油缸一起作用對履帶的松緊進行調(diào)節(jié)，支重輪起到對車身支撐作用，拖輪主要是支撐履帶。在設(shè)計和裝配過程中，必須保證驅(qū)動輪、引導輪、支重輪、拖輪四輪一線。懸臂式巷道掘進機的行走機構(gòu)，需要滿足驅(qū)動機體前進、后退以及左右轉(zhuǎn)彎調(diào)動的工作要求，所以履帶式行走機構(gòu)的左、右履帶裝置都采用分別單獨驅(qū)動的傳動方式。掘進機行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的合流與否來實現(xiàn)的。掘進機前進、后退時，左、右液壓馬達同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運轉(zhuǎn)。當掘進機要轉(zhuǎn)彎時，可以單獨驅(qū)動轉(zhuǎn)彎方向的另外一側(cè)液壓馬達，而使轉(zhuǎn)彎一側(cè)的液壓馬達停止運轉(zhuǎn)，或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動左右液壓馬達的方法，使機體急轉(zhuǎn)彎。1.8總體結(jié)構(gòu)掘進機主要由截割部、裝載部、刮板輸送機、行走部、機架和回轉(zhuǎn)臺、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部分組成，參見圖1.11-截割部2-裝載部3-刮板輸送機4-機架和回轉(zhuǎn)臺5-履帶行走部6-油箱7-操作臺8-泵站9-電控箱10-護板圖1-1整機系統(tǒng)圖2掘進機行走部總體結(jié)構(gòu)設(shè)計行走機構(gòu)為履帶式，分左右兩部分對稱布置，與主機架相連。由于結(jié)構(gòu)相同，這里只對左行走機構(gòu)加以說明。行走機構(gòu)主要由馬達、減速箱、主動鏈輪、從動鏈輪（也稱導輪）、履帶架、履帶鏈、履帶張緊機構(gòu)組成。2.1行走機構(gòu)的型式選擇該種掘進機的行走機構(gòu)有邁步式、導軌式和履帶式幾種。(1)邁步式。該種行走機構(gòu)是利用液壓邁步裝置來工作的。采用框架結(jié)構(gòu)，使人員能自由進出工作面，并可越過裝載機構(gòu)到達機器的后面。使用支撐裝置可起到掩護頂板、臨時支護的作用。但由于向前推進時，支架反復交替地作用于頂板，掘進機對頂板的穩(wěn)定性要求較高，局限性較大，所以這種行走機構(gòu)主要用于巖巷掘進機，在煤巷、半煤巖巷中也有應用。(2)導軌式。將掘進機用導軌吊在巷道頂板上，躲開底板，達到?jīng)_擊破碎巖石的目的。這就要求導軌具有較高的強度。這種行走機構(gòu)主要用于沖擊式掘進機。(3)履帶式。適用于底板不平或松軟的條件，不需修路鋪軌。具有牽引能力大，機動性能好、工作可靠、調(diào)動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點。但其結(jié)構(gòu)復雜、零部件磨損較嚴重。目前，部分斷面掘進機通常采用履帶式行走機構(gòu)。由于其工作環(huán)境差，用電動機驅(qū)動易受潮燒毀，最好選用液壓馬達驅(qū)動。綜合上述，因此，選用履帶式。2.2行走部工作原理掘進機行走機構(gòu)的工作原理：液壓馬達依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn)，與其聯(lián)接的減速機構(gòu)減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達、減速機構(gòu)和鏈輪做成一個整體，液壓馬達的轉(zhuǎn)動帶動驅(qū)動輪(鏈輪)旋轉(zhuǎn)，鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合，從而實現(xiàn)掘進機在履帶上爬行。同時導向輪起到導向作用，導向輪和張緊油缸一起作用對履帶的松緊進行調(diào)節(jié)，支重輪起到對車身支撐作用，拖輪主要是支撐履帶。在設(shè)計和裝配過程中，必須保證驅(qū)動輪、引導輪、支重輪、拖輪四輪一線。懸臂式巷道掘進機的行走機構(gòu)，需要滿足驅(qū)動機體前進、后退以及左右轉(zhuǎn)彎調(diào)動的工作要求，所以履帶式行走機構(gòu)的左、右履帶裝置都采用分別單獨驅(qū)動的傳動方式。掘進機行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的合流與否來實現(xiàn)的。掘進機前進、后退時，左、右液壓馬達同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運轉(zhuǎn)。當掘進機要轉(zhuǎn)彎時，可以單獨驅(qū)動轉(zhuǎn)彎方向的另外一側(cè)液壓馬達，而使轉(zhuǎn)彎一側(cè)的液壓馬達停止運轉(zhuǎn)，或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動左右液壓馬達的方法，使機體急轉(zhuǎn)彎。2.2.1驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)特點驅(qū)動輪是將傳動系統(tǒng)的動力傳至履帶，以產(chǎn)生使掘進機運動的驅(qū)動力。驅(qū)動輪齒形分直線齒形和凹形齒形，與履帶板的嚙合形式有關(guān)。本文研究的驅(qū)動輪為凹形齒形，與履帶板凸齒正好相嚙合，此結(jié)構(gòu)履帶板彎度大，驅(qū)動輪結(jié)構(gòu)較簡單，嚙合平穩(wěn)，不易發(fā)生沖擊，適用于礦用掘進機。驅(qū)動輪位于行走機構(gòu)后部，這樣可縮短驅(qū)動段的長度、減少功率損失，又可提高履帶的使用壽命。2．2.2履帶板結(jié)構(gòu)特點履帶是用來將整機的重力傳給地面，并保證機械發(fā)出足夠驅(qū)動力的裝置，由履帶銷將履帶板連接起來構(gòu)成的封閉環(huán)支撐著整機，并傳遞壓力及牽引力而使整機運行。履帶板直接與地面接觸，除受到地面磨損外，還要承受整機重力和工作載荷，并經(jīng)常處于泥、煤、水等惡劣環(huán)境中工作，受到較大的沖擊載荷作用，所以要求履帶板的筋部有較高的硬度，板體應有較高的強度，一般采用耐磨的合金鋼鑄造，本文研究的履帶板材料為精鑄32CrMoV，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，屈服強度σs可達到930MPa。履帶通常有整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)。整體式履帶板是整體澆鑄的，履帶銷孔較長，加工困難，使履帶銷與銷孔之間存在較大間隙，泥沙容易進入，磨損快，可用于不經(jīng)常行走的重型機器上。組合式履帶板摩擦阻力小，轉(zhuǎn)動靈活，但該結(jié)構(gòu)較復雜，重量大，拆裝不便，適用于經(jīng)常行走的工程機械上。行走機構(gòu)是掘進機非常重要的部件之一，行走性能的好壞關(guān)鍵在于其傳動系統(tǒng)的計算和設(shè)計和履帶板的設(shè)計。行走機構(gòu)一般采用履帶型式，兩條履帶分別由各自的動力來驅(qū)動，可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。履帶的驅(qū)動動力有電動機和液壓馬達兩種，電動機驅(qū)動一般只置一種行走速度，液壓馬達驅(qū)動可采用低速大扭矩馬達直接帶動履帶鏈輪，或采用中速液壓馬達+減速器帶動履帶鏈輪的傳動方式，它可實現(xiàn)無極調(diào)速。履帶結(jié)構(gòu)型式有滑動和滾動兩種，當機器調(diào)動速度≤10m/min的中、輕型掘進機，宜采用滑動結(jié)構(gòu)型式；當機器的調(diào)動速度＞10m/min的重型、特重型掘進機，應采用滾動結(jié)構(gòu)型式。本次設(shè)計的掘進機采用履帶式行走機構(gòu)。左、右履帶行走機構(gòu)對稱布置，分別驅(qū)動。各由10個高強度螺栓（M30×2、10．9級）與機架相聯(lián)。左、右履帶行走機構(gòu)各由液壓馬達經(jīng)三級圓柱齒輪和二級行星齒輪傳動減速后，將動力傳給主動鏈輪，驅(qū)動履帶運動。由于現(xiàn)在液壓馬達和減速器都已經(jīng)整合為一體，可直接采購。因此，不必單獨設(shè)計。現(xiàn)以左行走機構(gòu)為例，說明其結(jié)構(gòu)組成及傳動系統(tǒng)。如圖1.2、圖1.3所示，左行走機構(gòu)主要由導向張緊裝置、左履帶架、履帶鏈、左行走減速器、液壓馬達、摩擦片式制動器等組成。摩擦片式制動器為彈簧常閉式，當機器行走時，泵站向行走液壓馬達供油的同時，向摩擦片式制動器提供壓力油推動活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動器解除制動。本機工作行走速度為3m/min，調(diào)動行走速度為6m/min。通過使用黃油槍向安裝在導向張緊裝置油缸上的注油嘴注入油脂，來完成履帶鏈的張緊（油缸張緊行程120mm），調(diào)整完畢后，裝入適量墊板及一塊鎖板，擰松注油嘴螺塞，泄除油缸內(nèi)壓力后再擰緊該螺塞，使張緊油缸活塞不承受張緊力。1-導向張緊裝置2-履帶架3-履帶鏈4-行走減速器5-行走液壓馬達6-摩擦片式制動器圖2-1左履帶行走機構(gòu)2.2主要技術(shù)參數(shù)主要參考參數(shù)和要求：裝機功率：246KW截割功率：160/80KW經(jīng)濟截割煤巖硬度：≤60MPa可掘巷道斷面：18~24m2最大可掘高度：4.7m最大可掘?qū)挾龋?.6m運輸形式：邊雙鏈行走速度：3m/min（工作）6m/min（調(diào)動）額定電壓：1140/660v2.3設(shè)計布置傳動方案參照EBZ-160型掘進機采用履帶式行走機構(gòu)。左、右履帶行走機構(gòu)對稱布置，分別驅(qū)動。各由10個高強螺栓與機架相聯(lián)。左右履帶行走機構(gòu)由液壓馬達經(jīng)三級圓柱齒輪和一級行星齒輪傳動減速后將動力傳給主動鏈輪，驅(qū)動履帶運動。本次的設(shè)計采用的是直聯(lián)高速液壓馬達驅(qū)動，傳動比比較大。對減速的設(shè)計提出了更高的要求。現(xiàn)在以左行走機構(gòu)為例說明其結(jié)構(gòu)及傳動系統(tǒng)。左行走機構(gòu)由導向張緊裝置，左履帶架，履帶鏈，左行走減速器，液壓馬達，摩擦片式制動器等組成。摩擦片式制動器為彈簧常閉式，當機器行走時，泵站向行走液壓馬達供油的同時，向摩擦片式制動器提供壓力油推動活塞，壓縮彈簧，使摩擦片式制動器解除制動。2.4行走部各部分的具體設(shè)計2.4.1履帶的設(shè)計1）接地長度的計算確定（2-1）式中p——掘進機的平均接地比壓；/MPa；G——掘進機整機的重力；/N；b——履帶板寬度；/mm；L——履帶接地長度；/mm平均接地比壓主要是根據(jù)底板巖石條件選取，對于遇水軟化的底板，取較小值，對于底板較硬，遇水不軟化的底板取較大值。在設(shè)計掘進機時，推薦平均接地比壓p≤0．14MPa。掘進機的整機質(zhì)量為45噸，履帶的寬度選擇為580mm。根據(jù)公式（2-1），可以得出：對于左右2條履帶中心距B的值。可以推薦按照式(2-2)進行選取。（2-2）其中．較小的數(shù)值適用于較小的履帶中心距B．較大的數(shù)值適于較大的中心距B。為了降低掘進機轉(zhuǎn)彎的功率。在滿足整機寬度的條件下．應盡量加大B值。取mm。圖3-1履帶板2）選取履帶板的節(jié)距選取履帶板（如圖2-1）的節(jié)距p=180mm，整體式履帶板基本尺寸應符合規(guī)定。3）掘進機接地履帶板個數(shù)的確定本設(shè)計所選取的掘進機履帶板為整體式履帶板，其節(jié)距a=180mm，所以根據(jù)式可以確定履帶板與地面接觸的數(shù)量(2-3)取n=17個履帶板與地面接觸。3）履帶對地面附著力校核計算單邊履帶行走機構(gòu)的牽引力必須大于或等于各阻力之和．但應小于或等于單邊履帶與地面之間的附著力。即（2-4）式中—帶對地面的附著系數(shù)。2.4.2液壓馬達及電機選擇1）單側(cè)履帶行走機構(gòu)牽引力的計算確定。履帶行走機構(gòu)的最小牽引力應滿足掘進機在最大設(shè)計坡度上作業(yè)、爬坡和在水平路面上轉(zhuǎn)彎等工況的要求，最大牽引力應小于在水平路面履帶的附著力。一般情況下，履帶行走機構(gòu)轉(zhuǎn)彎不與掘進機作業(yè)、爬坡同時進行，而掘進機在水平地面轉(zhuǎn)彎時，單側(cè)履帶的牽引力為最大，故單側(cè)履帶行走機構(gòu)的牽引力的計算以平地轉(zhuǎn)彎時的牽引力為計算的依據(jù)。（2-5）其中（2-6）式中T1——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的牽引力，kN；R1——單側(cè)履帶對地面的滾動阻力，kN；f——履帶與地面之間滾動阻力因數(shù)，0.08～0.1；μ——履帶與地面之間的轉(zhuǎn)向阻力因數(shù)，0.8～1.0；n——掘進機重心與履帶行走機構(gòu)接地形心的縱向偏心距離，mm；G1——單側(cè)履帶行走機構(gòu)承受的掘進機的重力，kN。B——左右兩條履帶的中心距，mm。f取0.1，由公式（2-6）得：μ取0.9，n取440mm，B取2600mm,代入公式（2-5）：表2-1附著系數(shù)數(shù)值根據(jù)單側(cè)履帶行走機構(gòu)的牽引力心須大于或等于各阻力之和，但應小于或等于單側(cè)履帶與地面之間的附著力。，由表（2-1）得附著系數(shù)值選取0.7。符合。2）單側(cè)履帶行走機構(gòu)輸入功率的計算確定（2-7）式中——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的輸入功率，kW；V——履帶行走機構(gòu)工作時的行走速度，m／s；——履帶鏈的傳動效率。有支重輪時取，無支重輪時取0.71~0.74；——驅(qū)動裝置減速器的傳動效率，%。在最大速度的情況下計算，V=6m/min=0.1m/s，取0.9，取0.8，根據(jù)公式（2-7）：3）液壓馬達選型根據(jù)設(shè)備工況，選取液壓馬達的型號為基本型號:A2FE125幾何排量V/(mL/r):157最高轉(zhuǎn)速/(r/min):2400最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速/(r/min):50最高工作壓力/MPa:16最大輸出轉(zhuǎn)矩/N·m:178重量/kg:294）泵站電機的功率選擇行走需要電動機的功率為（2-8）式中P——單側(cè)履帶行走機構(gòu)的輸入功率，KW；——液壓馬達的效率，%；——液壓泵的效率，%；——功率傳輸?shù)膿p失，%；、取0.9，取0.95，根據(jù)公式（2-8）：考慮到液壓系統(tǒng)還有其他液壓泵的功率損失．所以選取電動機的型號為YBU-75．功率為75kW。轉(zhuǎn)動速度為1470r／min。2.4.3鏈輪的設(shè)計鏈輪是鏈傳動中的重要零件，鏈輪齒形、節(jié)距等與鏈條相關(guān)尺寸加工是否正確，將直接關(guān)系到鏈條的使用壽命。因此，必須給于足夠的重視。一、常見鏈輪的形狀與結(jié)構(gòu)通常，鏈輪是由齒圈、輪毅和輪幅三部分組成。常見鏈輪形狀有:1．單片式單雙排鏈輪。2.單凸緣式單雙排鏈輪。3。雙凸緣式單雙排鏈輪。鏈輪的結(jié)構(gòu)大致有:1.整體結(jié)構(gòu)。一般應用在標準鏈條P=38.1以下的單、雙排，單、雙凸緣鏈輪的加工。2.焊接結(jié)構(gòu)。主要應用在中、大規(guī)格單、雙凸緣鏈輪的加工。加工時，凸緣部分采用棒料車成凸形。齒圈部分可采用板材切割后加工外徑與軸孔，孔一端車出焊接坡口套入凸緣部分進行焊接。焊接時要兩端焊，采用低氫焊條如T506焊條等。3．鑄造鏈輪。主要應用在大型鏈輪的加工，加工時只加工齒圈、凸緣兩端面、外徑和內(nèi)徑及鍵槽，然后再加工齒形。環(huán)鏈輪都是鑄造的。鑄造鏈輪的材料一般有兩種，鑄鐵和鑄鋼如HTl5O、HT2O0和ZG310-570(ZG45)。4.鍛造鏈輪。主要應用在受力較大的中、大規(guī)格鏈輪的生產(chǎn)上。鍛造時，不管是單凸緣式或雙凸緣式，一般都鍛成凸形，軸孔留出足夠的加工余量，材料利用率較低，成本高。二、鏈輪材料的選擇對于不需要熱處理的片式鏈輪，可采用Q235、Q345(16Mn)、或10、20鋼制造。一般硬度在HBl40以下，適于中速、中等功率、較大的鏈輪加工。要求熱處理的鏈輪一般選用45鋼、45鋼鍛造、45鑄鋼或4OCr鋼加工，適用于受力較大重要場合與高強度鏈條配套的主、從動鏈輪的加工。鑄鐵鏈輪主要應用在精度要求不高或外形復雜的鏈輪，如環(huán)鏈輪等。三、鏈輪的基本參數(shù)l、Z-齒數(shù)，2、P-鏈條節(jié)距，3、d-滾子直徑，4、d分一分度圓直徑，5、d頂一頂圓直徑，6、d根一齒根圓直徑，7、一節(jié)距角8、Q一壓力角，R一齒溝圓弧半徑。前三個參數(shù)為用戶提供的重要數(shù)據(jù)，后序參數(shù)為鏈輪設(shè)計參數(shù)可參照有關(guān)標準計算。四、鏈輪齒形的幾何形狀與設(shè)計原則1.鏈輪齒形的幾何形狀:常見鏈輪的幾何形狀有三圓弧一直線形、兩圓弧一直線形、兩圓弧凸齒形、一圓弧一直線形、齒槽中心有偏移的直線齒形和直線齒形。2.設(shè)計原則:鏈輪齒形設(shè)計主要應滿足三方面要求：即嚙合要求、使用要求、工藝性與精度要求。(1)保證鏈條能順利的嚙入與嚙出，不會有干涉現(xiàn)象。(2)具有足夠的容納鏈條節(jié)距伸長的能力。(3)具有合理的作用角。(4)齒廓曲線與鏈傳動工況相適應。(5)有利于嚙入和防止因鏈條跳動而掉鏈。（6）加工工藝性好。目前我國所執(zhí)行的鏈輪標準為GBl244-85齒形。五、鏈輪參數(shù)計算（一）驅(qū)動輪鏈輪設(shè)計鏈輪的節(jié)距已確定。齒數(shù)就要決定鏈輪的直徑大小。安裝在后驅(qū)動架上就會影響到接地角和離去角，把原有設(shè)計的10個齒改成11齒，減小了接地角。使行走部前進與后退時的受力不均的確點減輕。1、鏈輪分度圓直徑：（2-9）式中：——配用的鏈條節(jié)距，；——鏈輪的齒數(shù)。將，帶入公式（2-7）得：2、齒頂圓直徑：（2-10）帶入數(shù)據(jù)得：3、齒根圓直徑：（2-11）式中——分度圓直徑，mm；——齒根圓直徑，mm；——兩個履帶的厚度，mm。將，帶入（2-9）公式：。。2.4.4履帶架裝置設(shè)計履帶架的地板長度要能保證17個履帶板和地面接觸，在這個設(shè)計中履帶架是承擔了負重輪的功能的。履帶架要保證導向輪和傳動鏈輪的安裝以及保證履帶能在上面運動。履帶架見圖2-2。圖2-2履帶架2.4.5導向輪裝置設(shè)計導向輪作為掘進機行走裝置的重要組成部分，起引導和調(diào)整履帶緊度之用。通過起伏地形時，由于懸掛裝置允許支重輪上下運動，履帶的緊度將會發(fā)生相當大的變化，履帶在與主動輪嚙合之前甚至會完全松弛，同時會伴隨著甩脫履帶的危險，為避免這種情況的發(fā)生，就有必要對動態(tài)緊度進行調(diào)整。導向輪輪一般安裝在前端，通常與裝緊裝置安裝在一起。導向輪用于正確引導履帶繞轉(zhuǎn)，防止跑偏和越軌。按經(jīng)驗導向輪的輪面制成光面，中間有檔肩還作為導向用，兩側(cè)的環(huán)面能支持軌鏈起支重輪的作用。中間的擋肩環(huán)有足夠的高度，兩邊的褻瀆比較小。其密封也采用浮動油封。導向輪主要由導向輪軸；O形密封圈；導向輪堵板；圓柱銷；導向輪輪體；鐵套；雙金屬軸套等組成，其具體結(jié)構(gòu)與安裝見圖2-3。其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸選擇可參考JB/T2983.22001。根據(jù)履帶的節(jié)距t=180mm，參考JB/T2983.2－2001履帶式掘進機引導輪行業(yè)標準，可得出導向輪直徑為，其它安裝尺寸與技術(shù)要求可參考該標準。圖2-3導向輪結(jié)構(gòu)圖1—導向輪軸；2—雙金屬軸套；3—導向輪輪體；4—圓柱銷；5—鐵套；6—螺栓；7—O形密封圈；8—端蓋；9-浮封環(huán)；10-浮動油封O形圈；11-O形密封圈2；12-彈簧墊圈；13-螺塞。2.4.6支重輪裝置設(shè)計支重輪用螺釘固定在輪架下面，用于支撐機械的質(zhì)量，并將質(zhì)量分布在履帶板上。同時還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫（脫軌），保證機械沿履帶方向運動。支重輪按結(jié)構(gòu)可分為單邊支重輪和雙邊支重輪，采用滑動軸承和滾動軸類。支重輪緣都經(jīng)過淬火，其硬度達355—440HB。在臺車架中，特別是為提高剛度而裝置隔板時，形成的一些空腔容易被泥土堵塞而阻礙支重輪轉(zhuǎn)動；在浸泡的土壤上運行時，也容易堵塞支重輪。因此，有一些履帶式推土機，在臺車架外側(cè)裝有帶加強筋的支重輪護板。支重輪主要由值軸、輪體、軸套、浮動油封座、螺塞墊圈、浮動油封、環(huán)形圈、銷等組成，其具體結(jié)構(gòu)與安裝見圖2-4，其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸選擇可參考JG/T59-1999。根據(jù)履帶型號（B型），節(jié)距180mm,參考JG/T59-1999YE掘進機引導輪行業(yè)標準，其安裝尺寸與技術(shù)要求參考該標準。圖2-4支重輪輪結(jié)構(gòu)圖1—值軸；2—輪體；3—軸套；4—浮動油封座；5—螺塞；6—墊圈7—浮動油封環(huán)；8—O形圈；9—銷注：1～4為專用件：5～9為標準件。2.4.7張緊輪設(shè)計張緊裝置是用來調(diào)整履帶的松緊程度的，履帶張緊裝置的形式分為機械式張緊裝置和液壓張緊裝置2種形式．因為履帶不僅工況惡劣，而且需要承受較大的驅(qū)動扭矩，所以，對張緊裝置承受能力提出了更高的要求．既能夠承受較大的張緊力．還要有較高的可靠性．以此保證整機行走結(jié)構(gòu)的工作常態(tài)。其設(shè)計如圖2-5.由于履帶行走時，引導輪和驅(qū)動鏈輪不在同一平面，所以行走時引導輪的有效接觸齒數(shù)減少，傳動效率下降，故要通過調(diào)整中心距的方法來實現(xiàn)履帶的張緊。本次設(shè)計中采用張緊油缸推動引導輪實現(xiàn)履帶的張緊，活塞行程為80，額定工作壓力12MPa，最大工作壓力18MPa。緩沖裝置采用彈簧，裝配完畢后在油腔里面注滿鋰基潤滑脂。張緊裝置預張力的計算:張緊裝置所受的預張力:式中：—履帶鏈單位長度所受的重力，KN/mm—向輪與驅(qū)動輪間之間的距離，mm—懸垂度，mm。1-滑動軸承；2-軸銷；3-滑塊；4-導向輪；5、6-螺釘；7-擋蓋；8-彈簧；9-柱塞；10-柱塞缸筒；11-密封圈；12-液控單向閥；13-密封圈；14-螺母；15-墊圈；16-直軸；17-摩擦環(huán)；18-浮動密封圈；19-螺塞圖2-5導向張緊裝置2.4.8安裝主動鏈輪滑裝在軸套上，軸套與減速器的輸出軸之間用漸開線花鍵連接，軸套與鏈輪之間用安全銷連接。當履帶牽引力超過一定值時，安全銷斷開，鏈輪與軸套相對滑動，可以防止由于過載而造成的打壞減速器的輪齒或燒毀馬達的事故；不裝安全銷時，鏈輪與傳動系統(tǒng)脫開，能在軸套上相對轉(zhuǎn)動，這樣可以實現(xiàn)用外力快速地調(diào)動掘進機。

3液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1液壓系統(tǒng)設(shè)計分析要求系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速無級調(diào)速，可正、反向運轉(zhuǎn)，具有剎車制動功能，雙輪驅(qū)動，兩個驅(qū)動輪可獨立工作已實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向。無極變速系統(tǒng)一般可采用節(jié)流調(diào)速回路和容積調(diào)速回路兩種方式，其中節(jié)流調(diào)速是通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥、伺服閥、比例閥等控制流量的方式實現(xiàn)無極調(diào)速，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較簡單；容積調(diào)速是采用調(diào)節(jié)變量泵輸出的流量來實現(xiàn)無極調(diào)速，其優(yōu)點是控制定位準確，節(jié)約能耗，可調(diào)范圍大；剎車制動功能可采用油壓控制作用于馬達上的閘缸來實現(xiàn)制動功能；雙輪驅(qū)動，而且兩驅(qū)動輪獨立工作，可采用獨立式雙回路系統(tǒng)來實現(xiàn)。3.2液壓系統(tǒng)工作原理根據(jù)以上設(shè)計分析可以得出工作原理圖，如下：

圖3-1系統(tǒng)工作原理圖1-雙向變量液壓泵2-二位二通液控伺服閥3-溢流閥4-液控卸荷閥5-雙向定量液壓馬達6-閘缸7-過濾網(wǎng)8-單向定量泵9-節(jié)流閥10-二位三通踏板式私服換向閥3.3系統(tǒng)性能分析基于以上設(shè)計思路，設(shè)計如圖3-1所示液壓系統(tǒng)，采用容積式調(diào)速方式，閉式調(diào)速回路，靜液壓驅(qū)動裝置，即變量泵—定量馬達的裝置，利用雙向變量泵和雙向定量液壓馬達，通過改變液壓回路流量控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和方向，從而達到控制工程機械前進、后退和轉(zhuǎn)彎的目的。本閉式液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)定位準確靈活，節(jié)約能耗，減少了與外界的接觸，防止大量灰塵進入油路，同時避免油泵從過多吸油和進油，節(jié)省油箱。圖中閉式回路中選用斜盤式雙向變量柱塞泵，用手柄直接連接斜盤，通過控制斜盤傾角來改變泵的排量及油的流向；兩個單向閥對稱連接，中間連接輔助泵構(gòu)成補油回路；平衡結(jié)構(gòu)采用兩對并聯(lián)的單向閥和二位二通液控伺服閥，利用互鎖原理控制回油量，以使系統(tǒng)保持平穩(wěn)，同時具有行走限速和鎖緊回路的功能，防止機械在坡道上自行下滑，也能防止機械下行時油路出現(xiàn)氣穴；圖中3為溢流閥，連接在兩相對的單向閥中間的溢流閥，限制油路的最大壓力，同時在機械起步、停車和換向時起到緩沖的作用；4為液控卸荷閥，由節(jié)流閥控制，打開節(jié)流閥可實現(xiàn)整個閉合回路的卸荷；5為雙向定量液壓泵，連接閘缸，通過輔助回路中的二位三通腳踏式伺服閥實現(xiàn)制動，當踏下踏板后，閘缸與輔助泵相通，通入高壓油，使閘缸鎖緊，此時若關(guān)閉節(jié)流閥，可使閘缸一直保持高壓鎖緊狀態(tài)；8為輔助泵，用以提供輔助回路的油壓，出口接溢流閥，入口接過濾網(wǎng)和油箱。4.檢修及維護保養(yǎng)機械部分檢修包括檢修質(zhì)量的一般技術(shù)要求及各部件的檢修質(zhì)量和檢修方法等。4.1一般技術(shù)要求1.檢修原則掘進機各零部件檢修后應滿足設(shè)計及工藝要求，裝配應按照裝配工藝規(guī)程進行；將整機進行解體清洗干凈，對零部件進行術(shù)鑒定，視各零部件損壞情況確定修復的具體方案；更換的外購件、標準件、備件需有合格證；裝修過程中，不得劃傷、磕碰零件的結(jié)合面、配合面。2.齒輪及傳動齒輪箱齒輪任何部位若有裂紋、折斷、剝落及嚴重磨損等現(xiàn)象應更換。齒輪的失效判斷應根據(jù)MT291.1—92規(guī)定；齒輪齒面需要修刮時，一般只修刮大齒輪齒面；若在齒輪箱內(nèi)對妍時，應防止磨料甩入軸承內(nèi)；齒輪箱體與箱蓋上銷與孔的配合應滿足設(shè)計要求，齒輪箱體與箱蓋的結(jié)合面，不應劃傷，若有局部劃傷，在長度不超過結(jié)合面寬的1/3，深度不大于0.3～0.5mm時，可妍磨修復；齒輪箱體不應有變形、裂紋等，箱體允許補焊修復，但應有防變形消除內(nèi)應力措施；齒輪箱裝配后，轉(zhuǎn)動應靈活無卡阻；齒輪箱裝配后，應按設(shè)計要求進行空載試驗，試驗時不應有沖擊，其噪聲、溫度和滲漏不得超過MT291.1—3．軸及軸孔軸不允許有影響配合要求和強度要求的傷痕。重要的軸彎曲撓度不大于軸頸公差，否則需配新軸；軸孔磨損后，在整體強度允許的前提下，可以修復。4．軸承滑動軸承的磨損間隙，不應超過表6—5規(guī)定，液動軸承徑向間隔不應超過表4.1的規(guī)定，否則予以更換；滑動軸承應無嚴重燒傷、點蝕或脫落現(xiàn)象；對于油脂潤滑的軸承，裝配后應注入符合規(guī)定的潤滑脂，注油量為空腔體積的1／2—2／3；波動軸承的內(nèi)外座因和滾動體不得有裂痕、脫皮、銹蝕。保持架應完整無損，轉(zhuǎn)動應靈活，無異常噪聲；交叉軸承按柱磨損不得更換少數(shù)按接，應全套更換。更換后應轉(zhuǎn)動靈活，無卡阻現(xiàn)象；組裝交叉軸承應防止熱處理軟帶作為承受力帶。表4.1滾動軸承徑向間隙mm軸直徑允許間隙30～500.05～0.1350～800.06～0.1680～1200.07～0.18120～1800.10～0.25180～2500.12～0.305．鏈輪鏈輪齒面無裂紋，無嚴重咬傷，禁止用補焊修復；主動鏈輪與從動鏈輪的輪齒幾何中心平面應重臺，其偏移量不得超出設(shè)計要求，若設(shè)計末規(guī)定，一般應不大于兩軸中心距的千分之二；鏈輪與鏈條嚙合時，工作邊必須拉緊，非工作邊的下垂度應符合設(shè)計要求。6．聯(lián)接件、緊固件、密封件及油脂損壞鍵應嚴格按照裝配工藝規(guī)定配制，鍵槽磨損后允許加寬量為原槽寬的5％，鍵與鍵槽之間不允許加墊，鍵應重新配制；螺釘、螺栓、螺母的螺紋部分如有損傷應更換，主要承力部位的螺栓、螺母應全部更換。在安裝擰緊后，其支承面應貼合完好；檢修時。所有橡膠密封圈、橡膠石棉墊及紙墊等密封件應全部更換；傳動系統(tǒng)采用的潤滑油脂和液壓系統(tǒng)采用的液壓油，應符合原設(shè)計規(guī)定；各種聯(lián)軸器其聯(lián)接配合面不得嚴重磨損，否則應更換損壞件。聯(lián)軸器兩抽同軸度、端面間隙度符合設(shè)計要求。7．液壓件、管路及其他液壓件及系統(tǒng)管路在裝配前必須清洗干凈，不得將臟物帶入油路中。裝配時應注意防塵、防銹；各種管子不得有凹痕、皺褶、壓扁、破裂等現(xiàn)象．管路彎曲處應圓滑，軟管不得有扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象；管路排列應整齊，便于液壓系統(tǒng)的調(diào)整和維修；機器備部位的注油通道修復后應暢通。4.2行走機構(gòu)的要求行走減速箱與機架的結(jié)合面應完好，若有劃傷、凸邊等應修平，履帶架若有局部變形應整形；著重要受力部位有裂紋等缺陷修復應慎重，保證其強度及剛度要求；液壓張緊裝置中張緊柱塞鍍鉻層若有銹蝕、劃傷、剝脫現(xiàn)象應修復或更換；機械張緊裝置修復后應靈活可靠；履帶板。腰帶銷軸損壞一般應更換；履帶板表面上防滑釘、磨損后其高度不低于原高度的40％；履帶板的銷孔磨損的圓度不大于直徑10％；鏈輪齒部嚴重磨損后，應重新更換鏈輪，不允許使用補焊修復輪齒；履帶支重輪內(nèi)易損件，密封件應更換；無支重輪的履帶滑動耐磨板，磨損后應用耐磨材料補焊。4.3液壓系統(tǒng)的使用1．系統(tǒng)要求按系統(tǒng)原理固要求將系統(tǒng)中各回路的溢流閥調(diào)至設(shè)計要求值，若因溢流閥不清潔或密封件損壞無法調(diào)整應檢修溢流閥，若主要零件損壞應整體更換，油箱中按油位加入要求牌號的液壓油；過濾器若無法清洗、更換過濾網(wǎng)時，應整體更換；檢修時高壓膠管一般應更換，硬管做耐壓試驗合格時仍可使用。系統(tǒng)管路應齊全，敷設(shè)整齊、固定可靠。2．油泵、油馬達要求各種油泵和油馬達檢修后，須經(jīng)檢驗合格后．方可裝機使用；油泵若由于密封件損壞．達不到性能要求時、可更換密封件。檢修后進行性能測試，壓力應達到原油泵指標，流量不低于系統(tǒng)設(shè)計要求流量，油泵主要零件損壞，應整體更換；各種油馬達若密封件損壞應更換新件，并對其性能進行測試．若油馬達磨損嚴重，應更換新馬達。3．油缸要求油缸活塞桿鍍鉻層出現(xiàn)輕微銹斑、每處面積小于35mm2、整體上不多于3處，用油石修復至所要求的粗糙度后，方允許使用，否則應重新鍍鉻，修復后尺寸應符合原設(shè)計要求；油缸活塞桿表面粗睡度不大于1．6，缸體內(nèi)孔表面粗糙度不大于3．2；油缸作1．5倍額定壓力試驗，5分鐘不能有內(nèi)外滲漏；試驗后的油缸密封件一般應更換。4．閥件及其它要求各種閥類密封件損壞應更換。主要元件損壞應更換新件。各種閥修復后應能滿足液壓系統(tǒng)要求；閥體上各種配合孔道表面。閥芯表面以及其它銀層表面不得剝落和出現(xiàn)銹蝕；閥用彈簧，不得有銹跡、腐蝕斑點，否則更換；方向控制閥檢修后，應保證其動作靈活，作1．5倍額定壓力的耐壓試驗5分鐘不得滲漏；壓力表、溫度計損壞應更換，若未損壞應對其質(zhì)量進行校核，保證能正確可靠工作。5技術(shù)與經(jīng)濟分析目前，煤礦掘進機的行走部分使用液壓馬達推動履帶進行整機的移動，行走和轉(zhuǎn)向，這種行走裝置有幾點不足：第一是因履帶運行必須循環(huán)，故其高度不能降至很低，顧及對地板壓強的因素，其長度、寬度不能很小，所以液壓馬達、履帶及其傳動減速裝置占據(jù)整機空間的比例較大，使整機體積龐大且壓縮了裝煤溜的過煤面積，不利于提高裝煤效率，第二是液壓馬達結(jié)構(gòu)精密復雜，對油液污染敏感，造價較高，現(xiàn)有掘進機體積和造價在很大程度上受其行走裝置的制約，第三是履帶式行走裝置結(jié)構(gòu)笨重復雜，安裝在整機的下方，不便于拆檢、維修。為了應對這個問題，多段式履帶概念設(shè)計應運而生，但是如果采用多段式的履帶設(shè)計，結(jié)構(gòu)將極其復雜，也為控制帶來諸多困難，實用性大大降低。四履帶橫列布局，控制設(shè)計很難，在低速行走的工程機械中，可采用控制更難的縱列式多履帶設(shè)計。尤其在礦山懸臂式掘進機受巷道截面積的約束，還期望不斷加大功率、檢修快速等，多段式履帶行走機構(gòu)減小了部件的重量，分段檢修，便于支撐拆檢。在懸臂式掘進機進一步大型化的需求下，多段式履帶行走機構(gòu)是可以探討的。

6結(jié)論隨著懸臂式掘進機噸位的不斷加大，行走機構(gòu)的不斷放大，在巷道尺寸要求下，使得行走機構(gòu)加大是有限度的。在掘進機早已開始質(zhì)的飛躍，不再單純放大，隨著窄機身掘進機等一系列的發(fā)明，行走機構(gòu)也已不可以不斷的放大，應有新的設(shè)計。在履帶式工程機械液壓驅(qū)動行走系統(tǒng)設(shè)計中應用了液壓的基礎(chǔ)技術(shù),其系統(tǒng)原理圖的優(yōu)劣決定著驅(qū)動系統(tǒng)性能的高低,在本次設(shè)計中,首先論述了驅(qū)動系統(tǒng)中的主要原理,因為履帶式工程機械液壓行走系統(tǒng)大多應用在掘進機、挖掘機、推土機等大型機械中，除了要有較大的負載之外，在空載的情況下還要具有足夠的靈活性，可實現(xiàn)驅(qū)動輪的前進、快退等基本動作，還要實現(xiàn)它的單動，有助于機器調(diào)頭轉(zhuǎn)彎。其次是設(shè)計中的系統(tǒng)原理圖，最后對主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用和液壓系統(tǒng)中的回路分析。除了采用液壓步行式，多段式履帶可以考慮。多段式履帶行走機構(gòu)的設(shè)計想法。特重型懸臂式掘進機的不斷發(fā)展將繼續(xù)使設(shè)計不斷改進及重大創(chuàng)新