1、本科毕业论文（20 届）纵轴式掘进机转运机构方案设计及其技术设计DESIGN AND TECHNICAL DESIGN OF LONGITUDINAL ROADHEADER TRANSPORT MECHANISM所在学院 专业班级 矿山机电 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 毕业设计（论文）共 52 页（其中：外文文献及译文 10 页）图纸共 4 张辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）学生诚信承诺保证书本人郑重承诺：纵轴式掘进机转运机构方案设计及其技术设计毕业设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下，独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。学生
2、签名：年 月 日辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）指导教师诚信承诺保证书本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计（论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。指导教师签名：年 月 日摘要掘进机是巷道掘进和隧道施工的重要设备，它具有截割、装载、转运、独立行走、喷雾降尘等功能。但随着现代化建设的不断加快，矿山机械的迅猛发展以及对能源和建设等要求的不断增大，掘进机的性能还不能够完全满足要求，所以迫切要求设计出能够满足工况要求的新型掘进机。掘进机的转运机构是掘进机十分重要的工作机构，转运机构运输能力的大小直接影响掘进机的掘
3、进速度。本设计主要针对纵轴式掘进机转运机构方案设计及其技术设计。通过应用掘进机设计的一系列知识，对掘进机转运机构加以分析设计，运输系统采用刮板输送机，液压马达驱动，取消转运减速器，运输部根据需要选用的圆环链为边双链，使转运机构结构更加紧凑，运转更加协调，减少了故障的发生，以更好的适应井下复杂多变的巷道情况。关键词： 纵轴式掘进机；转运机构设计；边双链 辽宁工程技术大学（论文）1AbstractThe driving machine is the important equipment of tunnel excavation and tunnel construction, which has
4、 the function of cutting, loading, transporting, walking independently, spraying dust and dust etc. But with accelerating modernization, the rapid development of mining machinery, as well as demand for energy and construction is increasing, roadheader performance can not fully meet the requirements,
5、 there is an urgent request to design to meet the requirements of working conditions of new type roadheader.The transport mechanism of the tunneling machine is the important working mechanism of the tunneling machine, and the transportation capacity of the transportation mechanism directly influence
6、s the driving speed of the tunneling machine. This design is mainly to the transport mechanism of longitudinal roadheader design and technical design. Through the application of tunnel boring machine design of a series of knowledge, the transport mechanism of roadheader be analysis and design, trans
7、portation system using scraper conveyor, hydraulic motor driven, cancel the transfer speed reducer, Department of transportation according to need to use round link chain for edge double chain, transport structure is more compact, running a more coordinated, and reduce the occurrence of the fault, t
8、o better adapt to the underground complex tunnel.Key words: Roadheader; transport mechanism design; double side chain辽宁工程技术大学（论文）2目录摘要 .IAbstract.II前言 .11 概述 .21.1 国内外掘进机的发展、现状 .21.1.1 国外掘进机的发展概况 .21.1.2 国内掘进机的发展概况 .31.2 掘进机技术的发展趋势 .31.3 掘进机的基本组成 .42 转运机构方案设计 .62.1 结构方案设计 .62.1.1 运输方式选择 .62.1.2 刮板输送
9、机的结构形式选择 .82.1.3 刮板输送机的布置形式选择 .92.1.4 驱动装置布置 .102.1.5 刮板链的布置 .102.1.6 溜槽的布置 .132.1.7 张紧装置 .142.2 参数确定 .182.3 动力元件选择 .192.3.1 电动机与马达的比较 .19辽宁工程技术大学（论文）32.3.2 液压马达的选择计算 .202.4 传动系统确定 .253.转运机构技术设计 .263.1 链轮的设计计算 .263.1.1 链轮齿数选择和圆环链的选择 .263.1.2 链轮的各部分几何尺寸计算 .273.2 链轮轴的设计计算 .313.2.1 确定最小直径 .323.2.2 轴的长度
10、确定 .323.3 刮板链的设计计算 .333.3.1 判断最小张力点 .333.3.2 各点张力计算 .343.3.3 刮板链强度验算 .353.4 转运机构参数验算 .353.4.1 溜槽断面验算 .353.4.2 链轮轴的强度校验 .364 经济技术分析 .395 总结 .40致谢 .41参考文献 .42附录 A.43附录 B.49辽宁工程技术大学（论文）4前言随着回采工作面综合机械化程度的不断提高，要求巷道掘进速度随之加快，以保证采掘比例协调和矿井的高产稳产。目前，巷道掘进有两种方法，分别是钻爆法和掘进机法。钻爆法首先要在工作面上钻出炮眼，然后在炮眼内装入炸药进行爆破，然后用装载机械把
11、爆破下来的岩块装入矿车中运走。钻爆法是巷道掘进的传统技术，它不受煤、岩物理力学特性的限制，但其掘进速度较低。掘进机法没有钻眼爆破工序，直接用掘进机上的刀具破落工作面上的岩石，形成所需形状的巷道，并同时将破落下来的岩块装入矿车或运输机运走，实现了落、装、运一体化。显然，掘进机法比钻爆法掘进速度快、效率高、劳动强度低和安全性较好 1。为了保证掘进机的掘进速度，对其运输能力有一定要求，完成运输功能的是掘进机转运机构，转运机构是掘进机重要的工作机构，转运机构运输能力的大小直接决定着整机的生产能力，而其参数选择、结构设计是否合理直接影响整机的适应性和可靠性。辽宁工程技术大学（论文）51 概述巷道掘进机是
12、一种能够完成截割、装载、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾灭尘等功能的巷道掘进联合机组 2，根据其不同的工作方式可将其分为全断面掘进机和部分断面掘进机。全断面掘进机能够一次性截割出所需要的断面，且断面形状大部分为圆形，主要被用于工程涵洞和隧道等岩石掘进；部分断面掘进机一次只能截割断面的一部分，它需要工作机构多次上下、左右摆动、移动，才能逐渐地截割掘出所需断面，其断面形状有矩形、梯形、拱形等形状。其中悬臂式断面掘进机的使用比较普遍。 1.1 国内外掘进机的发展、现状1.1.1国外掘进机的发展概况英国、前苏联、德国、美国等国在上个世纪的 30 年代，就已经开始了煤矿巷道用掘进机的研制工作，但其得到较
13、广泛的工业性应用还是在第二次世界大战之后。1948 年，匈牙利开始研制 F 系列煤巷掘进机。 1949 年生产的 F2 型掘进机，是世界上的第一台悬臂式掘进机，不过当时还未能实现悬臂式掘进机的全部功能。1951 年匈牙利研制了采用履带行走机构的 F4 型悬臂式掘进机，这种机型除采用横轴截割方式和调动灵活的履带行走机构之外，还采用了铲板和星轮装载机构，并采用了刮板运输机转运物料。这种机型已经具备了现代悬臂式掘进机的雏形。F 系列掘进机是目前悬臂式横轴掘进机的原始机型。目前国外的掘进机生产单位有：奥地利的奥钢联、德国的阿特拉斯普客-埃克霍夫掘进机技术公司，保拉特有限公司级维斯特法利亚吕恩公司等。这
14、些公司的掘进机技术发展水平基本上代表着国外先进的悬臂式掘进机的技术现状。国外早期掘进机的控制。操作回路一般都通过操作安装在隔爆型主令箱上的按钮或手把开关来控制传统的交流中间继电器电路，进而通过继电器接点来对主回路交流接触器进行二次控制。近几十年来，体积小、功率低、可靠性高的光电耦合元件作为隔离和转换器件在本安型控制先导回路中得到了广泛额应用并取得了良好的效果，在实际应用中取得了良好的效果。经过半个多世纪的发展，目前，国外掘进机主要生产国有：英、德、俄罗斯、奥地利、日本等国，所生产的掘进机已被广泛用于硬度较低的半煤岩的采准巷道掘进，并扩大到岩巷。重型机不移位截割断面达 3542m ，多数机型能在
15、纵向 16、横向 8的斜坡2 上可靠工作，截割功率在 132300kW，机重在 50100t，切割岩石硬度 f 为 12。部分机型截割速度已降至 1m/s 以下，牵引速度采用负载反馈调节，以适应不同岩石硬度；一些机型除设有后支撑外，还在履带前后安装了卡爪式液压扎脚机构，以便在切割岩石时锚固辽宁工程技术大学（论文）6定位。机电一体化已成为掘进机发展趋势，新推出的掘进机可以实现推进方向和断面监控、电动机功率自动调节、离机遥控操作及工况监测和故障诊断，部分掘进机实现 PLC控制，实现回路循环检测。1.1.2国内掘进机的发展概况我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，
16、也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。悬臂式掘进机是集支撑、截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。现在国内的掘进机设计虽然说离国际先进的技术还有段距离，但是国内的技术水平已能基本满足国内的需求。大中型号的掘进机不断被创新。主要厂家石煤机、三一、佳木斯都以各自特点屹立国内市场。然而，国内目前岩巷施工仍以钻爆法为主，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在我国处于试验阶段，但国内煤炭生产逐步朝向高产、高效、安全方向发展，煤矿技术设备正在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展，新集能源股份公司
17、、新汶矿业集团、淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国 WAV300、奥地利 AHM105、英国 MK3 型重型悬臂式掘进机。全岩巷重型悬臂式掘进机代表了岩巷掘进技术今后的发展方向。虽然三一重装前几年推出了国内第一台 EBZ200H 型硬岩掘进机，但国产重型掘进机与国外先进设备的差距除总体性能参数偏低外，在基础研究方面也比较薄弱。1.2 掘进机技术的发展趋势掘进机的发展经历了由小到大、从单一到多样化的过程，现在已形成轻型、中型、重型 3 个系列。掘进机正向以下几个方面发展：1）增强截割能力。为了实现较强的截割能力，现代掘进机截割功率不断增大，截割速度逐渐降低。现代中重型悬臂式掘进
18、机截割功率 120300kW,个别机型达到 400kw。截割头转速一般为 2050r/min,截割速度 12m/s，部分机型降低到 1 m/s 以下。经济截割硬度 100120MPa,最大可达 140 MPa。2）提高工作可靠性。由于地质条件复杂多变，使掘进机在工作时承受交变的冲击载荷，且磨损和腐蚀严重。而井下的环境恶劣，空间狭小，检修不便，因此要求通过完善的设计、高质量的制造及合理的使用和良好的维护来提高其可靠性。辽宁工程技术大学（论文）73）采用紧凑化设计，降低重心，提高工作稳定性。由于掘进机悬臂过长，使得截割反力较大，不利于机器稳定工作。针对这个问题，应采用紧凑化设计，努力降低机器的重心
19、，并在机器的后部或两侧增设油缸稳定装置，以提高机器的工作稳定性。4）增强对各种复杂地质条件的适应性。悬臂式掘进机普遍采用履带行走装置，以减小接地比压；通过增大驱动功率，以增强牵引力和爬坡能力，从而提高对各种底板、工况的适应性。5）发展自动控制技术。截割断面监视和控制技术的开发和应用。采用该技术将实现掘进工作面切割情况较直观、全面的观察和了解，并能对断面切割精度和巷道质量进行控制。基本解决了掘进机械操作人员在截割过程中离开迎头，安全、准确操纵的问题和提高巷道质量、生产效率的问题。该技术包括随设备水平姿态识别、调整；切割轨迹记录和显示；断面边界设定；断面成形控制；前进方向指示和引导；偏离方向和切割
20、超限报警等几个方面的内容。该技术的进一步发展将实现掘进机的自动掘进。6）研究新型刀具和新的截割技术。为增强截割能力、提高刀具的使用寿命，应努力改进刀具的结构，采用新材料，研究新的破岩方法。7）发展掘锚机组，实现快速掘进。目前，影响悬臂式掘进机掘进速度的主要因素就是支护时间过长。掘进、支护不能同步作业，制约了巷道掘进速度，降低了掘进效率。掘锚机组是一种新型、高效、快速的掘进设备，是一种理想的作业方式，具有良好的发展前景。 8）向重型化方向发展。掘进机除用于煤矿巷道掘进外，正在进入铁路、城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。这就需要掘进机不仅能截割煤，也能截割岩石，并且是全岩的巷道。为了能真正截割全岩，在破岩方法和效率、减振、防尘以及运输上考虑解决方案，首先截割岩石要有较大的截割力，这样就必然要增加截割电动机的功率，电动机功率的增加其外形也会相应加大，这样会使整个掘进机的外形及机体重量随之增加。掘进机机体重量增加后会有更好的稳定性，机体的重力会平衡掉截割力。1.3 掘进机的基本组成悬臂式掘进机要同时实现将煤岩从矿体分离、装载运出、并实现机器本身的行走调动和喷雾灭尘等功能。工作时，截割机构的截割头输出的扭矩和升降或回转液压缸的推、拉力共同转化为截齿的截割力并施于煤（岩）壁上，将煤（岩）从煤层或围岩的基体上破落。同时，装载机构不断地将破落下的煤（岩）装入中间刮板输送机转运至机后卸载。
