1、本科毕业论文（20 届）纵轴式掘进机总体方案设计及液压系统设计所在学院 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 目录前言 .11 总体结构方案设计 .31.1 各部结构方案设计 .31.1.1 悬臂工作机构方案设计 .31.1.2 装载机构方案设计 .71.1.3 转运机构方案设计 .91.1.4 回转机构和机架方案设计 .121.1.5 行走机构方案设计 .141.1.6 除尘冷却系统方案设计 .151.1.7 液压油箱的方案设计 .161.2 传动系统的确定 .171.2.1 悬臂工作机构传动系统 .181.2.2 装载、转运机构传动系统 .181.2.3 履
2、带行走机构传动系统 .181.2.4 整体传动系统 .191.3 掘进机总体参数确定 .201.3.1 悬臂工作机构技术参数 .201.3.2 装载机构技术参数 .211.3.3 转运机构技术参数 .211.3.4 行走机构技术参数 .211.3.5 喷雾系统的参数 .22辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1.3.6 整机技术性能参数 .221.4 总体布置 .221.5 总体参数验算 .231.5.1 机器可掘进断面 .241.5.2 掘进机的通过性 .261.5.3 掘进机稳定性分析与计算 .271.5.4 生产率 .312 液压系统设计 .362.1 掘进机液压系统的设计依据 .362.2
3、 工况分析和载荷计算公式 .362.3 工况分析、工作负载计算 .372.4 拟定液压系统 .382.4.1 系统压力选择 .382.4.2 拟定主回路 .382.4.3 各机构液压回路设计 .412.4.4 液压系统辅助元件 .422.5 液压系统图 .432.6 各液压系统回路执行元件设计 .452.6.1 悬臂回转液压油缸的设计计算 .452.6.2 升降液压油缸的设计计算 .502.6.3 伸缩液压油缸的设计计算 .522.7 伸缩液压油缸的结构设计 .552.7.1 液压油缸壁厚和外径的计算 .552.7.2 液压油缸进出油口尺寸的确定 .562.7.3 液压油缸工作行程的确定 .5
4、72.7.4 缸盖厚度的确定 .572.7.5 最小导向长度的确定 .572.7.6 缸体长度的确定 .582.7.7 液压油缸强度计算 .592.8 液压系统参数计算 .622.8.1 各回路液压泵的设计计算 .622.8.2 泵站电动机的确定 .672.8.3 油箱容积确定 .682.8.4 液压系统性能验算 .682.8.5 液压油缸工作速度核算 .692.9 液压系统各元件汇总 .693 结语 .71致谢 .72参考文献 .73附录 A 译文 .74附录 B 外文文献 .78辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1前言掘进机械是矿山建设和生产中主要的机械设备之一，有着至关重要的地位。在蒸汽机
5、出现后，1849 年生产出世界上第一台以蒸汽为动力的凿岩机，其工作粗笨，效率低。随后把压缩空气引入了凿岩机，设计了配气系统。从上世纪三十年代苏联在煤巷掘进中使用尚不完善的掘进机，几十年以来，许多新技术被应用到掘进机上，完善了掘进机的诸多功能，例如激光导向、自动确定切割路径等。根据断面形状，可分为全断面掘进机和部分断面掘进机两大类。全断面掘进机可将所需断面一次性截割出来，并且大部分的断面为圆形断面。而后者一次性不能不能截割出整个断面，需要多次来回摆动。本设计通过给定的工况参数以及工作条件，参照行业标准等规范，确定掘进机总体方案型式及液压系统参数。通过分别比较各工作机构结构形式、优缺点、适应工作条
6、件，确定各机构的结构方案。确定整体及各部分的驱动和传动形式。通过工况分析和载荷计算，确定掘进机的液压系统。掘进机由悬臂工作机构、装载机构、转运机构、行走机构、喷雾冷却系统等部分组成。 纵轴式掘进机在工作时是电动机经减速器带动截割头旋转切入煤岩壁下角，达到截深后，再按一定方式沿底板摆动截割头，开出一个自由面后将悬臂向上上升一定高度，横向截割，这样来回往复，直至掘出所要求直至掘出所要求的巷道断面。被截割头切落下来的煤岩由装运机构收集、转运至后面的配套运输设备。在切割作业的同时，开动喷雾除尘系统，以消除截割煤岩时所产生的粉尘。电气系统中的电动机为机器的动力源，与液压系统中的执行元件配合，使机器实现预
7、定功能。电气与液压控制和保护装置用来控制机器的各个动作，自动调整机器的动作状态，并起过载保护等作用。设计要求如下：可截割硬度：80 MPa; 适用巷道断面：23 m2，高 2.44.5 贺志雪：纵轴式掘进机总体方案设计及液压系统设计2m， 宽 3.05.5 m；截割头伸缩量：500 mm；接地比压：250 mm；卧底深度：250 mm；龙门高度：400 mm；爬坡能力： 16 ；最小转弯半径：7 m；离地最小间隙：150 mm；行走速度：05 m/min 可调；理论截割生产率：80 m 3/h；理论装载能力：200 m 3/h。；理论转运能力：250 m 3/h；降尘形式：内、外喷雾。辽宁工程
8、技术大学毕业设计（论文）31 总体结构方案设计1.1 各部结构方案设计1.1.1 悬臂工作机构方案设计悬臂工作机构为掘进机的工作部分，有电动机、减速器、伸缩机构、截割头等结构。（1）悬臂工作机构形式按照截割头工作时破碎煤岩的方式不同，悬臂工作机构有横、纵轴式两种。纵轴式掘进机截割头轴线与悬臂轴线重合，而横轴式掘进机截割头的轴线则与悬臂垂直。纵轴式的掘进机工作时截割头截齿齿尖按照摆线的轨迹运动，推进一次可达截深，效率高，但在截割振动大，稳定性差，在煤巷中使用较为经济，能切割出平整的巷道。而横轴式掘进机工作时切割头截齿按空间螺旋线式运动，一次进尺截割受限制，耐冲击，适合截割半煤岩巷和岩巷，工作振动
9、较小，比纵轴式稳定，但工作循环时间长，巷道不平整。考虑设计要求，选用纵轴式掘进机，其悬臂工作机构结构如图 1-1 所示。图 1-1 悬臂机构4Fig.1-1 The cantilever mechanism1截割头；2托梁机构；3伸缩机构；4截割减速器；5伸缩油缸；6销控；7截割电动机；8盖板（2）伸缩机构伸缩机构有内伸缩式和外伸缩式两种形式。内伸缩结构紧凑、尺寸小、伸缩灵活方便，因此设计采用内伸缩式。伸缩机构位于截割头和截割减速箱中间，通过伸缩油缸使截割头具有一定的伸缩行程。伸缩机构如图 1-2 所示。图 1-2 伸缩机构Fig.1-2 Telescopic institutions1截割头
10、主轴；2伸缩保护筒；3伸缩外筒；4伸缩内筒；5花键套伸缩机构的内筒和伸缩保护筒与截割头连在一起，但不转动。伸缩内筒和伸缩保护筒之间有伸缩外筒，与减速器紧固联接在一起。伸缩保护筒通过销轴、油缸与截割电动机相联。当伸缩液压油缸的活塞杆伸出时，推动截割头伸出，从而使截割头钻入工作面内。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5（3）截割头截割头的功能是将煤岩进行破碎和分离，以获得所需矿物材料。总结截割过程的研究实验，影响截割头设计的主要因素有如下几点：a）煤岩特性参数，包括硬度、抗拉和抗压强度、磨蚀性等。b）截割头结构参数，包括尺寸、几何形状、截齿数目、截齿布置、截齿空间安装位置、截线间距。c）工艺特性参数
11、，主要指切削深度、切削厚度、摆动速度、截割头角速度。以上诸多因素相互制约、关联和影响，在设计中要相互匹配、综合考虑和统一。1）头体结构纵轴式掘进机的截割头头体的形状较多，有圆柱、圆锥和圆锥加圆柱等几种形式，形式见下图 1-3 所示。a b c 图 1-3 截割头形状Fig1-3 Cutting head shape柱形截割头（如图 1-3a）摆动截割时，截齿的轴线与煤壁平行，截齿受力平均，截割头轴向所受载荷比较小，缺点是会截出锯齿形的不平整巷道顶板和底板，如图 1-4 a，这样，增加了工作面巷道支护工作的难度，也不易实现巷道的平整度，掘进机截割后还需要人工进行辅助将顶板和底板修整，不但增加了辅
12、助工序的时间，还增加了工人的劳动强度。 6图 1-4 截割头形状与顶板形状关系Fig.1-4 The relationship between cutting head shape and roof shape对于锥形加柱形的截割头（如图 1-3 b），截齿的轴线垂直于头体的母线，锥端上的截齿是向工作面煤壁方向倾斜的，这样有利于截割头钻进工作面。而柱段上截齿的垂线垂直于钻进方向，横向摆动截割时受力较好，但容易造成断齿、齿座脱落等现象 1。这种截割头的形状复杂并且制造难度高，截齿的排列也比较困难。对于锥形截割头（如图 1-3 c），它能很好地适应钻孔轮廓的要求，使钻进工作相对容易进行，还能够保证
13、截割出来的巷道表面的平整（如图 1-4 b）。可以通过合理地安排截齿排列方式，改善受力。且锥形截割头结构简单、生产制造相对容易，优先选用锥形的截割头。2）截齿形状截齿类型的选择，除要考虑到煤岩的坚固性、截割阻抗、脆性程度等因素外，还要综合考虑含夹矸的软硬程度及其他多种因素的影响。煤质相对较坚硬、裂隙不发达的煤巷来说，优先选用刀型齿。但由于径向安装，承受的弯矩也较大，容易造成截齿断裂。煤质比较坚硬且脆、夹矸较硬的煤层来说，应选用镐形截齿。这种镐形截齿的强度大且耐磨性高，截割阻力的方向几乎与截齿的轴线方向重合，弯矩也比较小；固定方法比较简单。改善截齿设计可延长寿命，降低了更换维修成本。因此，镐形截齿在掘进机截割头上使用的较多。3）截齿的数量和排列方式
