1、河北工程大学毕业设计（论文） - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 课题的提出 煤炭工业作为我国国民经济的主要支柱产业，在未来 50 年内，煤炭仍是主要的能源和战略物质，具有不可替代性，是国民经济和社会发展的保证。随着国民经济的快速发展，以及中国加入 WTO 后，煤炭工业现代化的步伐也在加快。目前，国内煤炭巷道掘进面的装载机发展水平相对落后，巷道掘进成为煤矿发展的一个瓶颈，制约着煤炭工业的高产与发展。因此，煤炭机械化是煤炭工业持续、稳定、协调的发展，是顺利实现社会主义建设宏伟目标的重要条件。采绝机械化是煤工业增加产量、提高劳动生产率、改善劳动环境、保障安全生产的 必要技术手段，也是煤炭生产过程
2、中节约能源、人力和原材料消耗的有效技术措施。 目前，我国井下铲斗式装载机中，装岩机以滚动斗臂、轨轮行走方式为主，其动力有电动、气动两种。装载机则全系轨轮式行走方式，而动力以电动居多。装运机则均为轮胎行走方式，动力虽有内燃机驱动，但以气动为主。内燃驱动、轮胎行走的铲运机已开始批量生产。此外，蟹爪式装载机、顶耙式装载机等的研制和配套工作也都取得了良好的效果。 当前我国各类井下矿在巷道中主要采用有轨运输方式，轨轮式电动和气动装岩机和装载机仍然是应用最为广泛的装载设备，由于多年来一直没 有进行大的、突破性的改进，以不能很好的满足高效掘进的要求。轮胎式、轨道式装载机由于其体积大，且轮轨式装载机行走受轨道
3、的限制，存在工作时调车困难等因素；电动装载机有电动机提供动力，其安全性一般较差，电气装置易发生故障，作业时拖带的输电缆线使行走不便；气动式装载机 一压气作为动力，其总效率低，且体积大，而机器作业时也要拖带输气管线使行走不便；内燃装载机利用内燃机作为动力，虽然具有能源独立，不需要拖带能源输送线等辅助设备，但在井下作业时需要解决废气净化等问题。因此，研制一种先进性、可靠性、适应性和高效性的掘进装载 机以成为煤机市场的一种需求。 1.2 国内外同类课题研究现状 各国早期研制的悬臂式装载机都是以煤炭作为作业对象，机重在 1317 吨之间、装载功率在 30KW 左右的轻型机，代表机型是前苏联的 k-3
4、型掘进机。中期产品主要是用于切割煤系地层中的各种煤岩的中型机，机重在 25 吨左右，装机功率 50100KW，河北工程大学毕业设计（论文） - 2 - 如英国的 MKA-2400 型、奥地利的 AM-52 型、日本的 S100 型等。 我国的装载机制造技术开始于 1954 年，最初仿照苏联的 C-153 型机， 1979 年后，先后从日本、奥地利、英国、美国、西德、 原苏联、匈牙利引进了 多种型号的装载机，通过引进这些机械的制造技术和先进加工设备，并进行技术转化，到八十年代，我国已自行研制成功了蟹爪式装载机、立爪式装载机、顶耙式装载机等。从此使我国的装载机不再依赖进口。 从现在起至 2010
5、年，将是我国煤矿采掘机械化的又一个重要发展时期。我们将要引进和研制日产 0.71 万吨煤的高效宗采设备。攻克电液控制，机械化联网等关键技术；还要把设备的可靠性大大提高，不仅装机功率大，还要配备工况参数显示装置、健康检测或故障诊断系统、自动化和遥控系统，及可靠的保护装置，以确保机械设备能够长期正常运转。 经过几 待人得不懈努力，我国的装载机械的开发研究以基本达到国际先进水平，但与一些发达国家的产品相比还存在者一定的差距。 1.3 研究内容 ZMZ 100/45 蟹爪式装煤机是一种全液压式装煤机，是一种集装载、运输、行走于一体的液压传动装载机械化设备，是目前中国装载机市场所需的一种产品。适用于港道
6、断面尺寸（宽高） 1800 1400mm 的煤矿企业的炮采采煤工作面和掘进工作面。特别适用于半岩巷掘进装运。本装煤机的装载能力为每小时一百立方米，装机功率为 45千瓦，行走灵活，可原地转弯，操作方便。其采煤和掘进效率高，使 用安全，大大的降低了采煤工的工作强度，减少掘进头的用工人数。 本论文主要分析研究了 ZMZ 蟹爪式装煤机的装载、行走、转运、电气、液压系统，并重点介绍装载机的装载部、运输部、行走部的液压系统及其改进。通过对装载机的分析研究，并充分借鉴国内外成熟技术，结合国内生产实际，进行优化设计，设计后达到如下要求： 1、装载部机头架能起落，可实现铲板抬起高度 324mm，铲板卧底深度 2
7、13mm。 2、装载部采用蟹爪式，工作时两蟹爪交替运动，实现连续作业。 3、运输部设有回转台，可实现转载机头的左右摆动 角度 4338 4、运输部设有升降液压缸，可实现转载机构的升降。 5、行走部采用履带式行走机构，可前进后退，也可原地转弯，行走灵活，操作方河北工程大学毕业设计（论文） - 3 - 便。 6、配备水泵喷务系统，可有效的抑制装载产生的粉尘火花，提高工作环境的安全性。 7、采用直动与先导相结合的操作方式，通过合理选用先导阀、多路换向阀、梭阀等液压元件，满足装载机各种功能要求。 8、具有温度、漏电、欠电压、过流、过压、缺相等保护功能。 9、设有报警装置，可实现装载机启动、行走报警功能
8、。 1.4 论文难点与重点 本论文主要分析研究了 ZMZ 蟹爪式装煤机的装载、 行走、运输、电气、液压系统，并重点介绍装载机的装载部、运输部、行走部的改进及其液压系统。 河北工程大学毕业设计（论文） - 4 - 第 2 章 总体设计 2.1 概述 ZMZ 蟹爪式装煤机是一种全液压式装煤机，是一种集装载、运输、行走于一体的液压传动装载机械化设备，适用于港道断面尺寸（宽高） 1800 1400mm 的煤矿企业的炮采采煤工作面和掘进工作面。特别适用于半岩巷掘进装运。可与矿车、刮板输送机、带式输送机等配套使用，亦可用于地面煤场的装载。本装煤机的装载能力为每小时一百立方米，装机功率为 45 千瓦。 ZM
9、Z 蟹爪式装煤机行走灵活 ，可原地转弯，操作方便，运行平稳。其采煤和掘进效率高，使用安全。 电控系统采用典型的模拟控制 继电器控制 在温度控制电路中，油泵、电机往往由于启动、超负荷、缺相及机械传动部分发生故障等原因造成绕组发热，当温度升高到超过电机允许的最高温度时，将会使电机烧坏。因此，采用正温度系数的 PTC 热敏电阻组成的电路产生温控信号去控制油泵与装载电机回路，从而避免电动机温度过高，产生事故。 装载机的液压系统是一个开式回路系统，系统由两台三联齿轮泵供油，输出压力油分别提供给左右行走马达、装载马达、喷雾马达及液压油缸回路。在每 个回路的油泵出口处，都装有一个溢流阀，对系统进行安全保护。
10、 改进后的装载机，装载部机头架能起落，可实现铲板抬起高度 324mm，铲板卧底深度 213mm，装载部采用蟹爪式，工作时两蟹爪交替运动，实现连续作业，运输部设有回转台，可实现转载机头的左右摆动角度 4338，同时还设有升降液压缸，可实现转载机构的升降。 通过试验表明： ZMZ 蟹爪式装煤机设计合理，电气、液压系统性能稳定可靠，适应性强，并具备操作简单，故障率低等优点。 2.2 主要组成 ZMZ 蟹爪式装载机外形如图 2-1 所示。主要由装载机构、行走机构、运输机 构、液压系统、电气系统组成，并通过主体部将各执行机构有机的组合于一体。 河北工程大学毕业设计（论文） - 5 - ZM Z 100/
11、45MA图 2-1 ZMZ 蟹爪式装载机 2.2.1 装载部 机器工作时，机头液压马达通过减速器内的伞齿轮带动偏心盘转动，两个耙爪在偏心盘的带动下，交替作有规律的耙取运动，将铲板上的煤块耙到刮板运输机上。在进行装载工作时，内喷雾压力水通过中心水管输送至喷嘴喷射出来，达到降尘的目的。 装载部的所有部件均安装在机头架上。机头架是机头部分的骨架。机头架采用型钢焊接而成。在机头架的 端部，用螺栓把铲板紧固在机头架上，便于磨损后更换。机头架本身，是通过回转轴支撑在机器两侧操纵箱的壁板上的。机头架可以起落，它的起落是借助固定在履带架上的升降油缸的作用实现的。这样，可以 保证机器在倾斜不平的地面上也能正常工
12、作。 左、右蟹爪减速器装于机头两侧的装载耙下面。由三个螺旋伞齿轮组成的两对齿轮副及一对直齿轮副，机壳和偏心盘等组成。 装载部运动机构的形式为曲柄遥杆机构，它由装载耙爪、偏心圆盘、连杆、遥杆组成。 蟹爪装在曲柄遥杆机构的遥杆上，遥杆分别与偏心盘和连杆铰接，铲板就是固定杆，连杆安装在 铲板上，遥杆一端与连杆铰接，另一端安装在偏心圆盘上，蟹爪则按适合装载工作要求的规律运动。其结构如图 2-2 所示。 河北工程大学毕业设计（论文） - 6 - 图 2-2 装 载部蟹爪机构 对称布置的左、右装载耙爪与相应的主动偏心圆盘和连杆组成柄遥杆机构。两个主动圆盘相向回转的驱动两个装载耙在铲板表面上作平面复合运动，
13、两个装载耙的运动相位差为 180。当一个装载耙在耙取铲板上的煤块时，另一个装载耙处于返回行程。因此，左、右装载耙交替地耙取煤块，使工作连续进行。转载前端装有可更换的耙爪，以便磨损后能更换。 为了保证左、右两个耙爪相互错开 180相位工作，耙爪减速机内一对伞齿轮及圆柱齿轮副同时用连轮轴把两侧的耙爪减速机的动力相互连接起来，组成刚性联接传动系统。 2.2.2 行走部 行走机构安装在主体部的左右两侧，有液压马达驱动，通过一级直齿轮，两级行星减速，将动力传到驱动链轮上，驱动链轮带动履带转动，从而实现装载机的各种动作。根据需要，操作控制系统可实现装载机的前进、后退及左右转弯等动作。 2.2.3 运输部
14、运输部由刮板运输机组成，安装在主体部的中间。运输部动力来源于装载部的液压马达，直接 带动耙爪运动，在驱动刮板链轮转动。耙爪将铲板上的煤块耙装到刮板输送机上，并通过后配的转载机将煤运出巷道。 在刮板运输机的中后部设有回转台，用来实现，当装载机在较大的巷道工作时，后河北工程大学毕业设计（论文） - 7 - 配矿车不在装载机纵向中心线的后面，装载机不作整机转向移动也能扩大它的装载范围，使装载机左、右摆尾的性能。同时，刮板运输机还设有升降油缸，以适应不同地面都能转载的能力。 2.2.4 液压泵站 液压泵站主要由油箱和泵站传动两部分组成，本转载机均由液压驱动，动力来源于液压泵站。通过弹性连轴节将动力传递
15、传动箱，在传递给两台三联齿轮泵。油 箱采用封闭结构，主要由吸油过滤器、回油过滤器、液位控制器等组成，并设有液位显示，精滤芯堵塞发讯功能。 2.2.5 操纵箱 操纵箱安装在主体部右部，集中了该机大部分的功能阀组和所有的液压操纵手柄、电气操作按钮。 2.2.6 主体部 主体部是各主 要不件的载体，其 由钢板、型钢等焊接而成，基本结构如图 2-3所示。中间设为空壳，用作油箱，前部安装装载部，底部左、右两侧安装行走机构，左部装有泵站，右部装有泵站传动部，右后部装有操纵台及电气控制箱，尾部装有转载机架以连接转载机。 图 2-3 主体部焊件 2.2.7 液压系统 河北工程大学毕业设计（论文） - 8 -
16、本机所有系统均采用液压传动，除满足主机传动需要外，还可以为外接统提供一组油路的液压油，当不用外接其它系统时，则将此油路堵上，主机性能不受影响， 2.2.7.1 行走液压马达回路 此回路基本动力为 CBQLQ-F532/F532 双联泵的前泵，该泵输出的压力油经 FL-B20H-S分流阀分别进入左、右行走液压马达回路的两组三位四通阀，从而控制左、右液压马达的动作。若要实现机器的快速行走，则需转动阀 1 使 CBQLQ-F532/F532 双联泵的后泵所提供的压力油也进入行走液压马 达回路，使其流量增大，液压马达的转速增快，该回路通过调定压力为 14Mpa 的 DBDS20K10/200 型溢流阀
17、起过载保护作用。 2.2.7.2 装载部输送机液压马达回路 此回路的基本动力为 CBQLQ-F540/F520 双联泵 F540 泵。当机器各部高度调整完毕后， F520 泵的压力油自行进入装载部、输送机的液压马达回路，液压油通过三位四通换向阀 34SM-B20H-W 而控制马达工作，在正常工作情况下，为实现快装慢行可操纵 转阀 1 将 CBQLQ-F532/F532 的后泵 532 泵所提供的压力油送进装载部、输送机 液压马达回路，从而增大此回路的流量，耙装速度增快，此回路的调定压力为 14Mpa。 当需要外接系统时，则转动阀 2 使 CBQLQ-F540/F520 的前泵 540 泵的压力
18、油送进外接系统，供应外接系统。 2.2.7.3 液压缸回路 此回路由 CBQLQ-F540/F520 双连泵 的后泵，即 520 泵供油，液压油通过一组三联阀控制三组液压缸工作，回路的调定压力为 14Mpa。 为防止机器因外界不测因素影响而发生意外，在输送机升降液压缸和铲板升降液压缸回路中安装了闭锁阀。 2.2.8 喷雾及液压油冷却系统 喷雾系统主要是为了整机有效的抑制装载、装载时产生的粉尘和火花，提高工作的安全性，由内喷雾、外喷雾及冷却水三个回路组成。 本机在主体部焊件的内腔装置 CL.L-L-2M2 列管式油冷却器， 该冷却器在主体部焊件外部有上下水口法兰结构，下方水口法兰为接近水，上方水
19、口法兰为接出水，供水压力应小于 1.6Mpa，从而对液压油进行水循环式冷却。 2.2.9 电气系统 河北工程大学毕业设计（论文） - 9 - 主要电器设备为电机、启动器、照明灯、连击电铃、甲烷、断电仪和开关等，均为使用于煤矿井下的隔爆型或隔爆兼本安型。一根四芯电缆连接电源和启动器， 由另一根四芯电缆连接启动器和电机，其它控制电缆均为二芯电缆。 2.3 主要技术参数 2.3.1 总体参数 生产能力 100m3 /h 外形尺寸 7480 1600 1200mm 装机功率 45kw 重量 8200kg 适应巷道端面尺寸（宽高） 1800 1400mm 2.3.2 装载机构 耙装方式 蟹爪式 耙爪转速
20、 52（ 40） r/min 铲板抬起高度 324mm 铲板卧底深度 213mm 2.3.3 运输机构 运输机形式 中间圆环链刮板式 圆环链规格 14 50-c 机头回转角度 4338 机头链轮中心距底版高度 750 2050mm 刮板链速 1.25(0.86)m/s 运输机槽宽 420mm 2.3.4 行走机构 行走形式 履带式 行走速度 10(5)m/min 履带板宽度 250mm 履带板中心距 1720mm 河北工程大学毕业设计（论文） - 10 - 平均接地比压 0.1MPa 履带最大牵引力 44.1KN 2.3.5 液压系统 系统压力 14Mpa 流量 400L/Min 工作介质 N
21、68抗磨液压油 双联齿轮泵（一） 型号 CBQL-F540/F520-CFH 额定压力（前泵 /后泵） 20/20Mpa 公称排量（前泵 /后泵） 40/20mL/r 双联齿轮泵（ 二 ） 型号 CBQL-F532/F532-CFH 额定压力（前泵 /后泵） 20/20Mpa 公称排量（前泵 /后泵） 32/32mL/r 装载液压马达 型号 BM-E500 额定功率 22KW 额定转速 200r/min 额定差压 16Mpa 额定流量 100L/min 行走液压马达 型号 BM-E500 额定功率 22KW 额定转速 160r/min 额定差压 16Mpa 额定流量 100L/min 2.3.6 电气系统 电动机 型号 YBK2-225M-4 额定功率 45KW
