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摘要
掘進(jìn)機(jī)是巷道掘進(jìn)和隧道施工的重要設(shè)備，它具有截割、裝載、轉(zhuǎn)運(yùn)、獨(dú)立行走、噴霧降塵等功能。但隨著現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加快，礦山機(jī)械的迅猛發(fā)展以及對(duì)能源和建設(shè)等要求的不斷增大，掘進(jìn)機(jī)的性能還不能夠完全滿足要求，所以迫切要求設(shè)計(jì)出能夠滿足工況要求的新型掘進(jìn)機(jī)。
掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)十分重要的工作機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)輸能力的大小直接影響掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)縱軸式掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及其技術(shù)設(shè)計(jì)。通過應(yīng)用掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的一系列知識(shí)，對(duì)掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)加以分析設(shè)計(jì)，運(yùn)輸系統(tǒng)采用刮板輸送機(jī)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，取消轉(zhuǎn)運(yùn)減速器，運(yùn)輸部根據(jù)需要選用的圓環(huán)鏈為邊雙鏈，使轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)更加協(xié)調(diào)，減少了故障的發(fā)生，以更好的適應(yīng)井下復(fù)雜多變的巷道情況。
關(guān)鍵詞： 縱軸式掘進(jìn)機(jī)；轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；邊雙鏈
Ⅰ
Abstract
The driving machine is the important equipment of tunnel excavation and tunnel construction, which has 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, 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 influences 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, transportation 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, to better adapt to the underground complex tunnel.
Key words: Roadheader; transport mechanism design; double side chain
目錄
摘要 I
Abstract II
前言 1
1 概述 2
1.1 國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展、現(xiàn)狀 2
1.1.1國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展概況 2
1.1.2國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展概況 3
1.2掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3掘進(jìn)機(jī)的基本組成 4
2 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 6
2.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 6
2.1.1 運(yùn)輸方式選擇 6
2.1.2刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇 8
2.1.3刮板輸送機(jī)的布置形式選擇 9
2.1.4 驅(qū)動(dòng)裝置布置 10
2.1.5 刮板鏈的布置 10
2.1.6 溜槽的布置 13
2.1.7 張緊裝置 14
2.2 參數(shù)確定 18
2.3 動(dòng)力元件選擇 19
2.3.1 電動(dòng)機(jī)與馬達(dá)的比較 19
2.3.2 液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算 20
2.4傳動(dòng)系統(tǒng)確定 25
3.轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì) 26
3.1鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
3.1.1 鏈輪齒數(shù)選擇和圓環(huán)鏈的選擇 26
3.1.2 鏈輪的各部分幾何尺寸計(jì)算 27
3.2 鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
3.2.1確定最小直徑 32
3.2.2軸的長(zhǎng)度確定 32
3.3刮板鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
3.3.1判斷最小張力點(diǎn) 33
3.3.2各點(diǎn)張力計(jì)算 34
3.3.3刮板鏈強(qiáng)度驗(yàn)算 35
3.4轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)參數(shù)驗(yàn)算 35
3.4.1溜槽斷面驗(yàn)算 35
3.4.2鏈輪軸的強(qiáng)度校驗(yàn) 36
4經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 39
5總結(jié) 40
致謝 41
參考文獻(xiàn) 42
附錄A 43
附錄B 4
3
前言
隨著回采工作面綜合機(jī)械化程度的不斷提高，要求巷道掘進(jìn)速度隨之加快，以保證采掘比例協(xié)調(diào)和礦井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。
目前，巷道掘進(jìn)有兩種方法，分別是鉆爆法和掘進(jìn)機(jī)法。鉆爆法首先要在工作面上鉆出炮眼，然后在炮眼內(nèi)裝入炸藥進(jìn)行爆破，然后用裝載機(jī)械把爆破下來的巖塊裝入礦車中運(yùn)走。鉆爆法是巷道掘進(jìn)的傳統(tǒng)技術(shù)，它不受煤、巖物理力學(xué)特性的限制，但其掘進(jìn)速度較低。掘進(jìn)機(jī)法沒有鉆眼爆破工序，直接用掘進(jìn)機(jī)上的刀具破落工作面上的巖石，形成所需形狀的巷道，并同時(shí)將破落下來的巖塊裝入礦車或運(yùn)輸機(jī)運(yùn)走，實(shí)現(xiàn)了落、裝、運(yùn)一體化。顯然，掘進(jìn)機(jī)法比鉆爆法掘進(jìn)速度快、效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低和安全性較好[1]。
為了保證掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度，對(duì)其運(yùn)輸能力有一定要求，完成運(yùn)輸功能的是掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)重要的工作機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)輸能力的大小直接決定著整機(jī)的生產(chǎn)能力，而其參數(shù)選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接影響整機(jī)的適應(yīng)性和可靠性。
1 概述
巷道掘進(jìn)機(jī)是一種能夠完成截割、裝載、轉(zhuǎn)載煤巖，并能自己行走，具有噴霧滅塵等功能的巷道掘進(jìn)聯(lián)合機(jī)組[2]，根據(jù)其不同的工作方式可將其分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)。全斷面掘進(jìn)機(jī)能夠一次性截割出所需要的斷面，且斷面形狀大部分為圓形，主要被用于工程涵洞和隧道等巖石掘進(jìn)；部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)一次只能截割斷面的一部分，它需要工作機(jī)構(gòu)多次上下、左右擺動(dòng)、移動(dòng)，才能逐漸地截割掘出所需斷面，其斷面形狀有矩形、梯形、拱形等形狀。其中懸臂式斷面掘進(jìn)機(jī)的使用比較普遍。
1.1 國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展、現(xiàn)狀
1.1.1國(guó)外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展概況
英國(guó)、前蘇聯(lián)、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)在上個(gè)世紀(jì)的30年代，就已經(jīng)開始了煤礦巷道用掘進(jìn)機(jī)的研制工作，但其得到較廣泛的工業(yè)性應(yīng)用還是在第二次世界大戰(zhàn)之后。1948年，匈牙利開始研制F系列煤巷掘進(jìn)機(jī)。1949年生產(chǎn)的F2型掘進(jìn)機(jī)，是世界上的第一臺(tái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)，不過當(dāng)時(shí)還未能實(shí)現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的全部功能。1951年匈牙利研制了采用履帶行走機(jī)構(gòu)的F4型懸臂式掘進(jìn)機(jī)，這種機(jī)型除采用橫軸截割方式和調(diào)動(dòng)靈活的履帶行走機(jī)構(gòu)之外，還采用了鏟板和星輪裝載機(jī)構(gòu)，并采用了刮板運(yùn)輸機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)物料。這種機(jī)型已經(jīng)具備了現(xiàn)代懸臂式掘進(jìn)機(jī)的雛形。F系列掘進(jìn)機(jī)是目前懸臂式橫軸掘進(jìn)機(jī)的原始機(jī)型。
目前國(guó)外的掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)單位有：奧地利的奧鋼聯(lián)、德國(guó)的阿特拉斯普客-?？嘶舴蚓蜻M(jìn)機(jī)技術(shù)公司，保拉特有限公司級(jí)維斯特法利亞呂恩公司等。這些公司的掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展水平基本上代表著國(guó)外先進(jìn)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀。國(guó)外早期掘進(jìn)機(jī)的控制。操作回路一般都通過操作安裝在隔爆型主令箱上的按鈕或手把開關(guān)來控制傳統(tǒng)的交流中間繼電器電路，進(jìn)而通過繼電器接點(diǎn)來對(duì)主回路交流接觸器進(jìn)行二次控制。近幾十年來，體積小、功率低、可靠性高的光電耦合元件作為隔離和轉(zhuǎn)換器件在本安型控制先導(dǎo)回路中得到了廣泛額應(yīng)用并取得了良好的效果，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。
經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前，國(guó)外掘進(jìn)機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)有：英、德、俄羅斯、奧地利、日本等國(guó)，所生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)已被廣泛用于硬度較低的半煤巖的采準(zhǔn)巷道掘進(jìn)，并擴(kuò)大到巖巷。重型機(jī)不移位截割斷面達(dá)35~42m，多數(shù)機(jī)型能在縱向16°、橫向8°的斜坡上可靠工作，截割功率在132~300kW，機(jī)重在50~100t，切割巖石硬度f為12。部分機(jī)型截割速度已降至1m/s以下，牽引速度采用負(fù)載反饋調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同巖石硬度；一些機(jī)型除設(shè)有后支撐外，還在履帶前后安裝了卡爪式液壓扎腳機(jī)構(gòu)，以便在切割巖石時(shí)錨固定位。機(jī)電一體化已成為掘進(jìn)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，新推出的掘進(jìn)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)方向和斷面監(jiān)控、電動(dòng)機(jī)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)、離機(jī)遙控操作及工況監(jiān)測(cè)和故障診斷，部分掘進(jìn)機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC控制，實(shí)現(xiàn)回路循環(huán)檢測(cè)。
1.1.2國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展概況
我國(guó)煤巷高效掘進(jìn)方式中最主要的方式是懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)，在我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦得到了廣泛應(yīng)用，主要掘進(jìn)機(jī)械為懸臂式掘進(jìn)機(jī)。
懸臂式掘進(jìn)機(jī)是集支撐、截割、裝運(yùn)、行走、操作等功能于一體，主要用于截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)雖然說離國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)還有段距離，但是國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平已能基本滿足國(guó)內(nèi)的需求。大中型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)不斷被創(chuàng)新。主要廠家石煤機(jī)、三一、佳木斯都以各自特點(diǎn)屹立國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
然而，國(guó)內(nèi)目前巖巷施工仍以鉆爆法為主，重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)用于大斷面巖巷的掘進(jìn)在我國(guó)處于試驗(yàn)階段，但國(guó)內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐步朝向高產(chǎn)、高效、安全方向發(fā)展，煤礦技術(shù)設(shè)備正在向重型化、大型化、強(qiáng)力化、大功率和機(jī)電一體化發(fā)展，新集能源股份公司、新汶礦業(yè)集團(tuán)、淮南礦業(yè)集團(tuán)及平頂山煤業(yè)集團(tuán)公司等企業(yè)先后引進(jìn)了德國(guó)WAV300、奧地利AHM105、英國(guó)MK3型重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)。全巖巷重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)代表了巖巷掘進(jìn)技術(shù)今后的發(fā)展方向。雖然三一重裝前幾年推出了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)EBZ200H型硬巖掘進(jìn)機(jī)，但國(guó)產(chǎn)重型掘進(jìn)機(jī)與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的差距除總體性能參數(shù)偏低外，在基礎(chǔ)研究方面也比較薄弱。
1.2掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了由小到大、從單一到多樣化的過程，現(xiàn)在已形成輕型、中型、重型3個(gè)系列。掘進(jìn)機(jī)正向以下幾個(gè)方面發(fā)展：
1）增強(qiáng)截割能力。為了實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的截割能力，現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)截割功率不斷增大，截割速度逐漸降低。現(xiàn)代中重型懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割功率120~300kW,個(gè)別機(jī)型達(dá)到400kw。截割頭轉(zhuǎn)速一般為20~50r/min,截割速度1~2m/s，部分機(jī)型降低到1 m/s以下。經(jīng)濟(jì)截割硬度100~120MPa,最大可達(dá)140 MPa。
2）提高工作可靠性。由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，使掘進(jìn)機(jī)在工作時(shí)承受交變的沖擊載荷，且磨損和腐蝕嚴(yán)重。而井下的環(huán)境惡劣，空間狹小，檢修不便，因此要求通過完善的設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的制造及合理的使用和良好的維護(hù)來提高其可靠性。
3）采用緊湊化設(shè)計(jì)，降低重心，提高工作穩(wěn)定性。由于掘進(jìn)機(jī)懸臂過長(zhǎng)，使得截割反力較大，不利于機(jī)器穩(wěn)定工作。針對(duì)這個(gè)問題，應(yīng)采用緊湊化設(shè)計(jì)，努力降低機(jī)器的重心，并在機(jī)器的后部或兩側(cè)增設(shè)油缸穩(wěn)定裝置，以提高機(jī)器的工作穩(wěn)定性。
4）增強(qiáng)對(duì)各種復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性。懸臂式掘進(jìn)機(jī)普遍采用履帶行走裝置，以減小接地比壓；通過增大驅(qū)動(dòng)功率，以增強(qiáng)牽引力和爬坡能力，從而提高對(duì)各種底板、工況的適應(yīng)性。
5）發(fā)展自動(dòng)控制技術(shù)。截割斷面監(jiān)視和控制技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。采用該技術(shù)將實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面切割情況較直觀、全面的觀察和了解，并能對(duì)斷面切割精度和巷道質(zhì)量進(jìn)行控制?；窘鉀Q了掘進(jìn)機(jī)械操作人員在截割過程中離開迎頭，安全、準(zhǔn)確操縱的問題和提高巷道質(zhì)量、生產(chǎn)效率的問題。該技術(shù)包括隨設(shè)備水平姿態(tài)識(shí)別、調(diào)整；切割軌跡記錄和顯示；斷面邊界設(shè)定；斷面成形控制；前進(jìn)方向指示和引導(dǎo)；偏離方向和切割超限報(bào)警等幾個(gè)方面的內(nèi)容。該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)掘進(jìn)。
6）研究新型刀具和新的截割技術(shù)。為增強(qiáng)截割能力、提高刀具的使用壽命，應(yīng)努力改進(jìn)刀具的結(jié)構(gòu)，采用新材料，研究新的破巖方法。
7）發(fā)展掘錨機(jī)組，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。目前，影響懸臂式掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度的主要因素就是支護(hù)時(shí)間過長(zhǎng)。掘進(jìn)、支護(hù)不能同步作業(yè)，制約了巷道掘進(jìn)速度，降低了掘進(jìn)效率。掘錨機(jī)組是一種新型、高效、快速的掘進(jìn)設(shè)備，是一種理想的作業(yè)方式，具有良好的發(fā)展前景。
8）向重型化方向發(fā)展。掘進(jìn)機(jī)除用于煤礦巷道掘進(jìn)外，正在進(jìn)入鐵路、城市地鐵隧道的掘進(jìn)以及公路建設(shè)等行業(yè)。這就需要掘進(jìn)機(jī)不僅能截割煤，也能截割巖石，并且是全巖的巷道。為了能真正截割全巖，在破巖方法和效率、減振、防塵以及運(yùn)輸上考慮解決方案，首先截割巖石要有較大的截割力，這樣就必然要增加截割電動(dòng)機(jī)的功率，電動(dòng)機(jī)功率的增加其外形也會(huì)相應(yīng)加大，這樣會(huì)使整個(gè)掘進(jìn)機(jī)的外形及機(jī)體重量隨之增加。掘進(jìn)機(jī)機(jī)體重量增加后會(huì)有更好的穩(wěn)定性，機(jī)體的重力會(huì)平衡掉截割力。
1.3掘進(jìn)機(jī)的基本組成
懸臂式掘進(jìn)機(jī)要同時(shí)實(shí)現(xiàn)將煤巖從礦體分離、裝載運(yùn)出、并實(shí)現(xiàn)機(jī)器本身的行走調(diào)動(dòng)和噴霧滅塵等功能。工作時(shí)，截割機(jī)構(gòu)的截割頭輸出的扭矩和升降或回轉(zhuǎn)液壓缸的推、拉力共同轉(zhuǎn)化為截齒的截割力并施于煤（巖）壁上，將煤（巖）從煤層或圍巖的基體上破落。同時(shí)，裝載機(jī)構(gòu)不斷地將破落下的煤（巖）裝入中間刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至機(jī)后卸載。依靠臂桿帶動(dòng)截割頭上、下、左、右，依次截割完巷置（或吸塵器），以減少空氣中粉塵濃度。各個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和各個(gè)系統(tǒng)的控制均由司機(jī)在機(jī)器的操縱臺(tái)上操縱。
它主要由截割機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、機(jī)架及回轉(zhuǎn)臺(tái)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻滅塵系統(tǒng)及機(jī)器的操作控制與保護(hù)等九部分組成[3]。
1）截割機(jī)構(gòu)：又稱為工作機(jī)構(gòu)，主要是由截割頭、懸臂段、截割減速器以及截割電動(dòng)機(jī)組成，部分懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部還設(shè)有叉形架，用來保護(hù)截割電動(dòng)機(jī)；
2）裝載機(jī)構(gòu)：主要由鏟板及左右對(duì)稱的收集裝置組成，裝載機(jī)構(gòu)位于機(jī)器前端的下方，其主要作用是將截割機(jī)構(gòu)分離和破碎的物料集中裝載到運(yùn)輸機(jī)構(gòu)上去；
3）運(yùn)輸機(jī)構(gòu)：主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、刮板鏈、張緊裝置、脫鏈器和改向輪等組成，運(yùn)輸機(jī)構(gòu)可采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)（或用電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)），刮板鏈條的張緊通過在運(yùn)輸機(jī)尾部的張緊油缸來實(shí)現(xiàn)；
4）機(jī)架和回轉(zhuǎn)臺(tái)：機(jī)架是整個(gè)機(jī)器的骨架，承受著來自截割、行走和裝載的各種載荷；回轉(zhuǎn)臺(tái)主要用于實(shí)現(xiàn)切割機(jī)構(gòu)的升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過大型回轉(zhuǎn)軸承止口和高強(qiáng)度螺栓支承、聯(lián)接，是回轉(zhuǎn)臺(tái)座落在機(jī)架上；
5）行走機(jī)構(gòu)：現(xiàn)代掘進(jìn)機(jī)多采用履帶式行走機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的履帶行走機(jī)構(gòu)通常由“四輪一帶”即：驅(qū)動(dòng)輪、改向輪、支重輪和托鏈輪四輪以及履帶組成。但為了降低行走機(jī)構(gòu)的高度，也有用耐磨框架代替支重輪和托鏈輪的；
6）液壓系統(tǒng)：主要由泵站、控制閥組、油缸、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)及輔助液壓元件組成，為掘進(jìn)機(jī)提供壓力油，驅(qū)動(dòng)和控制各油缸及馬達(dá)，是機(jī)器實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動(dòng)作，并進(jìn)行液壓保護(hù)；
7）電氣系統(tǒng)：向機(jī)器提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)器中的所有電動(dòng)機(jī)、電控裝置、照明裝置等，并可實(shí)現(xiàn)電氣保護(hù)；
8）除塵系統(tǒng)：由內(nèi)外噴霧裝置組成，用以向工作面噴霧，除去截割時(shí)產(chǎn)生的粉塵，還有冷卻截割電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)的功能。
2 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
2.1.1 運(yùn)輸方式選擇
轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)運(yùn)輸能力大小直接影響掘進(jìn)機(jī)整機(jī)的工作效率，其運(yùn)輸方式可選刮板輸送機(jī)運(yùn)輸或膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸。
1）膠帶輸送機(jī)。
膠帶輸送機(jī)是以膠帶作為牽引機(jī)構(gòu)和承載機(jī)構(gòu)的一種連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)輸設(shè)備。主要由機(jī)架、輸送帶、托輥、滾筒、張緊裝置、傳動(dòng)裝置組成。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)滾筒通過與膠帶間的摩擦力帶動(dòng)膠帶及貨載一同運(yùn)行，當(dāng)膠帶繞經(jīng)端部卸載滾筒時(shí)進(jìn)行卸載。它既可以運(yùn)輸碎散物料，也可進(jìn)行成件物品的運(yùn)輸。膠帶輸送機(jī)可用于水平及傾斜運(yùn)輸，傾斜向上運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)送原煤時(shí)，允許傾角不大于20°，運(yùn)送煤塊時(shí)，傾角小于18°，向下運(yùn)輸時(shí)，傾角不大于15°。
膠帶輸送機(jī)一般分為以下幾類：
a.普通型膠帶輸送機(jī)
b.繩架吊掛式膠帶輸送機(jī)
c.可伸縮膠帶輸送機(jī)
d.鋼絲繩芯膠帶輸送機(jī)
e.鋼絲繩牽引膠帶輸送機(jī)
膠帶輸送機(jī)的特點(diǎn)：
a.優(yōu)點(diǎn)
膠帶輸送機(jī)的運(yùn)輸能力大，工作阻力小，耗電量低，與刮板輸送機(jī)相比，其耗電量為刮板輸送機(jī)的20%~30%；貨載同膠帶一起運(yùn)動(dòng)，對(duì)膠帶的磨損小，貨載破碎性小，工作噪聲低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋪設(shè)長(zhǎng)度大，減少了轉(zhuǎn)載次數(shù)，節(jié)省人員和設(shè)備。
b.缺點(diǎn)
膠帶成本高，初期投資大；強(qiáng)度低，容易損壞，無法承受較大的沖擊與摩擦；機(jī)身高，需要專門的裝載設(shè)備；不能用于彎曲巷道。
2)刮板輸送機(jī)
刮板輸送機(jī)作為煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)中起著非常重要的作用。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高、節(jié)能高效、輸送距離長(zhǎng)、密封性能好且維修方便，在冶金、建材、化工、火電、礦山等行業(yè)里同樣被廣泛使用。
刮板輸送機(jī)是一種有撓性牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械。溜槽是煤炭的承載機(jī)構(gòu)，其牽引推運(yùn)機(jī)構(gòu)是繞過機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈輪（或滾筒）而進(jìn)行循環(huán)運(yùn)動(dòng)的無極閉合的刮板鏈。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)液力聯(lián)軸器、減速器傳動(dòng)鏈輪而驅(qū)動(dòng)刮板鏈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將裝在溜槽中的煤炭推運(yùn)到機(jī)頭處卸載轉(zhuǎn)運(yùn)。刮板輸送機(jī)適用于煤層傾角不超過25度的采煤工作面，但對(duì)于間作采煤機(jī)軌道與機(jī)組配合工作的刮板輸送機(jī)，適用的煤層角度一般不超過10度。煤層傾角大時(shí)，要采用防滑措施。此外，在采煤工作面下順槽和聯(lián)絡(luò)眼都可以使用刮板輸送機(jī)運(yùn)送煤炭。目前，采煤工作面多使用可彎曲刮板輸送機(jī)，以適應(yīng)機(jī)械化、綜合機(jī)械化采煤的需要，與相應(yīng)的采煤機(jī)、金屬支架或自移式液壓支架配套使用。
刮板輸送機(jī)常用的分類方式有以下幾種：
a.按牽引的條數(shù)和布置方式，可分為單中鏈、邊雙聯(lián)和中雙鏈及三鏈型刮板輸送機(jī)。
b.按溜槽的布置方式，可分為重疊式和并列式溜槽刮板輸送機(jī)。
c.按溜槽的結(jié)構(gòu)，可分為開底式和封底式溜槽刮板輸送機(jī)。
d.按卸載方式，可分為端卸式和側(cè)卸式刮板輸送機(jī)。
e.按功率大小，可分為輕型（單電動(dòng)機(jī)額定功率小于或等于40kw）、中型（大于40kw,小于等于90kw）和重型（大于90kw）刮板輸送機(jī)。
刮板輸送機(jī)的主要特點(diǎn)：
a.優(yōu)點(diǎn)
由于它機(jī)身低矮，可以彎曲，運(yùn)輸能力大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，能適應(yīng)采煤工作面較惡劣的工作條件，并可作為采煤機(jī)運(yùn)行軌道，有時(shí)還作為移置液壓支架的支點(diǎn)：在推移刮板輸送機(jī)時(shí)，鏟煤板可自動(dòng)清掃機(jī)道浮煤；擋煤板后面有安全電纜、水管的槽架，并對(duì)電纜、水管起保護(hù)作用，推移輸送機(jī)時(shí)，電纜、水管隨著同時(shí)移動(dòng)。
b.缺點(diǎn)
運(yùn)行阻力大，耗電量高，溜槽磨損嚴(yán)重；使用維護(hù)不當(dāng)時(shí)易出現(xiàn)掉鏈、漂鏈、卡鏈、甚至斷鏈等事故，影響正常運(yùn)行。
綜上所述，本設(shè)計(jì)中掘進(jìn)機(jī)主要用于巷道掘進(jìn)工作，其輸送的物料多為硬度較大、塊度較大的煤巖，對(duì)輸送機(jī)承受沖擊與摩擦的能力要求較高，故轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)選擇刮板輸送機(jī)，其位于掘進(jìn)機(jī)中部，前端鉸接于鏟板上，后部托在機(jī)架上，其作用是將裝載機(jī)構(gòu)收集起來的物料運(yùn)至機(jī)后的轉(zhuǎn)載設(shè)備，由前溜槽、后溜槽、刮板鏈組件、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)裝置等幾部分組成。
2.1.2刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式選擇
目前，掘進(jìn)機(jī)中的刮板輸送機(jī)主要有直輸送機(jī)和尾部可擺動(dòng)輸送機(jī)兩種形式。
1）直輸送機(jī)的形式如圖2-1所示，這種形式的輸送機(jī)的后配套設(shè)備為皮帶轉(zhuǎn)載機(jī)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。大多數(shù)掘進(jìn)機(jī)都采用直輸送機(jī)的形式。
圖2-1 直輸送機(jī)
FIG.2-1 straight conveyor
2） 尾部可擺動(dòng)的輸送機(jī)如圖2-2所示,這種形式的輸送機(jī)多用于短壁開采掘進(jìn)機(jī)，適用于各種后配套設(shè)備，用于開采殘采區(qū)的塊段及回收煤柱，也適用于“三下” 采煤。但輸送機(jī)尾部擺動(dòng)時(shí)，刮板鏈的松緊程度變化較大，容易造成刮板鏈與鏈輪的嚙合不好，出現(xiàn)跳鏈等故障。
圖2-2 尾部可擺動(dòng)的輸送機(jī)
FIG.2- 2 the tail swinging conveyor
綜上所述，本設(shè)計(jì)選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的直輸送機(jī)的形式。
2.1.3刮板輸送機(jī)的布置形式選擇
刮板輸送機(jī)的幾種常用的布置形式，如圖2-3。
圖2-3 刮板輸送機(jī)常用的幾種布置形式
a水平型 b傾斜型 c 傾斜水平型
FIG. 2- 3 scraper conveyor commonly used several kinds of decorate a form
a.Horizontal b.Tilting type c.Inclined horizontal
選擇和確定刮板輸送機(jī)的布置形式，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
1)必須滿足工藝要求。即應(yīng)符合工藝提出的運(yùn)輸路線、輸送量和需要在其上面完成的工業(yè)作業(yè)等要求。
2)在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)力求最簡(jiǎn)單的布置形式。布置形式越簡(jiǎn)單，輸送機(jī)線路的轉(zhuǎn)折越少，其運(yùn)行阻力就越小，從而可降低制造成本，提高其使用的經(jīng)濟(jì)性。
3)布置時(shí)，應(yīng)充分考慮輸送機(jī)與各有關(guān)專業(yè)工種的關(guān)系。如安設(shè)在地坑中的板式輸送機(jī)，容易和土建、水道、通風(fēng)及除塵等設(shè)施發(fā)生矛盾，故應(yīng)綜合研究各方面的情況，求得整機(jī)布置的合理性和經(jīng)濟(jì)性。
4)輸送機(jī)在作傾斜輸送時(shí)，不得超過允許的傾角范圍。
綜上所述，本設(shè)計(jì)中掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸路線較短，可選用較簡(jiǎn)單的直線運(yùn)輸且輸送機(jī)構(gòu)前后部高度不同，故選用b傾斜型布置形式。
2.1.4 驅(qū)動(dòng)裝置布置
掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式主要有裝-運(yùn)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
裝-運(yùn)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)即裝載機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)共用驅(qū)動(dòng)裝置。即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)和減速器布置在刮板輸送機(jī)靠近機(jī)身一側(cè)，由刮板輸送機(jī)的尾軸作為裝載機(jī)構(gòu)減速器的輸入軸，減速器輸出軸驅(qū)動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。刮板輸送機(jī)由布置在刮板輸送機(jī)后部的驅(qū)動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)。這樣傳動(dòng)系統(tǒng)中元件少、機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但裝載與輸送機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動(dòng)相牽連，相互影響大。此種布置方式將驅(qū)動(dòng)裝置布置在刮板輸送機(jī)后部，而刮板輸送機(jī)后部空間比較狹小，高度較低，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)維修困難且平時(shí)檢修也不方便。
轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)一般將驅(qū)動(dòng)裝置布置在刮板輸送機(jī)后部。即將電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)布置在遠(yuǎn)離機(jī)器的一端。這種驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單，和裝載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)互不影響。轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)與裝載機(jī)構(gòu)分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修維修方便。
綜上所述，本設(shè)計(jì)選用轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)裝置布置在刮板輸送機(jī)前部。
2.1.5 刮板鏈的布置
刮板鏈由鏈條和刮板組成，是刮板輸送機(jī)的牽引構(gòu)件，具有推移貨載的功能。
刮板鏈的型式分為中單鏈型、中雙鏈型、邊雙鏈型和三鏈型幾種，其中中雙鏈型、邊雙鏈型在掘進(jìn)機(jī)中應(yīng)用較廣。
中單鏈刮板的圓環(huán)鏈在刮板中間用U型螺栓連接，刮板兩端在槽幫內(nèi)運(yùn)行，這種鏈子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體彎曲性能好，與邊雙鏈相比鏈子無受力不均現(xiàn)象。與中雙鏈相比結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，不存在鏈子受力不均現(xiàn)象，且彎曲性能更好些。缺點(diǎn)是一股鏈子強(qiáng)度受到限制，不適用于功率較大的輸送機(jī)，且刮板兩端磨損后，稍有歪斜就易出槽。運(yùn)行阻力比邊雙鏈稍高。
圖2-4 中單鏈?zhǔn)焦伟彐?
1--接鏈器；2--開口銷；3--刮板；4--U形螺栓；5--自鎖螺母；6--圓環(huán)鏈
FIG. 2-4 single chain scraper chain
1 -- answer the chain;2 - split pin;3 - scraper;4 - U bolt;5 - self-locking nuts;6 - round link chain
中雙鏈刮板上的兩股鏈條中心距不大于槽寬的20%，刮板在機(jī)槽內(nèi)起導(dǎo)向作用。刮板強(qiáng)度高，可以適用于重型和超重型刮板輸送機(jī)。有鏈子受力較均勻，不易彎曲變形、打斜，受力均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，很少出現(xiàn)脫鏈現(xiàn)象，彎曲性能較好等優(yōu)點(diǎn)，使用效果較好。缺點(diǎn)是運(yùn)行阻力較高，并且在煤質(zhì)較硬，煤的塊度大的情況下，運(yùn)輸效果不佳，不宜采用，主要適用于割煤工況，由刮板、礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈、扁平接鏈環(huán)等組成。
圖2-5 中雙鏈?zhǔn)焦伟彐?
1--卡鏈橫梁；2--刮板；3--螺栓；4--螺母；5--圓環(huán)鏈；6--接鏈環(huán)
FIG.2-5 in the double chain scraper chain
1 - card chain beam;2 - scraper;3 - bolt;4 -- nut;5 - ring chain;6 - connect link
邊雙鏈刮板上的鏈條位于刮板兩端，鏈條和連接環(huán)在機(jī)槽內(nèi)起導(dǎo)向作用。由刮板、礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈、開口式連接環(huán)組件等組成。邊雙鏈型刮板輸送機(jī)的兩條圓環(huán)鏈在刮板兩端用連接環(huán)與刮板連接，每節(jié)鏈條的長(zhǎng)度就是刮板的間距，因此，鏈條都是短節(jié)。鏈條和連接環(huán)在槽幫鋼的槽內(nèi)運(yùn)行，刮板的空間較大，能運(yùn)輸較大的煤塊，這種鏈子的預(yù)張力較小，運(yùn)行阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)，因此，得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是兩條鏈子受力不均，刮板易歪斜；刮板中間受力大，易彎曲；由于鏈環(huán)與連接環(huán)在槽幫內(nèi)運(yùn)行，空間受到限制，不能使用較大的圓環(huán)鏈，強(qiáng)度受到限制。
圖2-6 邊雙鏈?zhǔn)焦伟彐?
1--圓環(huán)鏈；2--連接環(huán)；3--刮板；4、5、6--螺栓、螺母、彈簧墊圈
FIG. 2-6 double chain scraper chain
1 - ring chain;2 - link;3 - scraper;4, 5, 6- bolt, nut, spring washer
綜上所述，本設(shè)計(jì)中掘進(jìn)機(jī)主要用于礦井下煤巖掘進(jìn)，煤塊較硬，塊度較大，運(yùn)輸距離較短，故選用拉煤能力較強(qiáng)，運(yùn)行阻力小，適應(yīng)性強(qiáng)的邊雙鏈型刮板。
2.1.6 溜槽的布置
掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)中溜槽與綜采工作面刮板輸送機(jī)中溜槽有一定區(qū)別。
綜采工作面刮板輸送機(jī)中溜槽既是刮板輸送機(jī)機(jī)身的主體，作為貨載和刮板鏈的支撐機(jī)構(gòu)，又是采煤機(jī)的運(yùn)行軌道。煤和刮板鏈在溜槽中滑行，不僅工作阻力大，而且對(duì)溜槽的磨損嚴(yán)重；同時(shí)溜槽承受采煤機(jī)的全部重力，采煤機(jī)在槽幫上滑行對(duì)槽幫產(chǎn)生磨損。為此，要求溜槽要有足夠的強(qiáng)度和剛度以及較高的耐磨性能。
綜采工作面刮板輸送機(jī)中溜槽有中部槽、調(diào)節(jié)槽、連接槽（或過度槽）等類型。工作面刮板輸送機(jī)溜槽靠采空側(cè)安裝擋煤板，以提高裝載力；靠煤壁側(cè)安裝鏟煤板，以清掃機(jī)道，便于輸送機(jī)推向煤壁。擋煤板和鏟煤板屬于附件。
1) 中部槽由槽幫鋼和中板焊接而成。上槽為裝運(yùn)物料的承載槽，下槽有敞底和封底式兩種。封底式可減小刮板鏈返程中的阻力，故可用于松軟底板，但安裝維修較為困難。
2) 調(diào)節(jié)槽、過度槽
調(diào)節(jié)槽與中部槽結(jié)構(gòu)基本相同，用來調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)的長(zhǎng)度，以適應(yīng)工作面長(zhǎng)度的變化。
過度槽用于機(jī)頭架和機(jī)尾架與中部槽的過度或連接，使機(jī)頭架、機(jī)尾架和中部槽連成整體。
掘進(jìn)機(jī)的中間刮板機(jī)輸送機(jī)不同于工作面輸送機(jī)，其輸送長(zhǎng)度短，不需要對(duì)接，也不需要段之間的互換性能；另一方面，輸送機(jī)受力不大。本設(shè)計(jì)中溜槽分為前溜槽與后溜槽，前后溜槽用M24高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，前后溜槽應(yīng)盡量平直，以提高運(yùn)輸能力。為增強(qiáng)溜槽的耐磨性、強(qiáng)度以及使用壽命，前后溜槽中與刮板鏈組件相接觸的鏈條擋板、托鏈板、中底板的材料均選用厚度為20mm的高強(qiáng)度耐磨鋼板，使用壽命可提高2-3倍。
2.1.7 張緊裝置
張緊裝置的功能是調(diào)節(jié)刮板鏈的松緊程度，使其具有一定的預(yù)張緊張力，防止刮板鏈運(yùn)行是發(fā)生松鏈或堆鏈現(xiàn)象，保證刮板鏈正常運(yùn)轉(zhuǎn)。緊鏈常用的方法是鏈輪反轉(zhuǎn)式，其原理如圖2-7所示，緊鏈時(shí)先把刮板鏈一端固定在機(jī)頭架上，另一端繞經(jīng)機(jī)頭鏈輪，反向點(diǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)，待鏈條拉緊時(shí)立即用緊鏈器閘住鏈輪，拆除多余的鏈條，再接好刮板鏈。刮板鏈的張緊程度，以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)頭下方下垂兩個(gè)鏈環(huán)為宜。
圖2-7 鏈輪反轉(zhuǎn)緊鏈?zhǔn)疽鈭D
FIG. 2-7 sprockets inversion tight chain diagram
目前應(yīng)用的緊鏈方式有三種：一種是將刮板鏈一端固定在機(jī)頭架上，另一端繞經(jīng)機(jī)頭鏈輪，用機(jī)頭部的電動(dòng)機(jī)使鏈輪反轉(zhuǎn)，將鏈條拉緊；另一種方式與前一種基本相同，只是不用電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)緊鏈，而用專設(shè)的液壓馬達(dá)緊鏈；第三種是采用專用的液壓缸緊鏈。
第一種緊鏈方式的緊鏈器主要有以下幾種：1）棘輪緊鏈器、2）摩擦輪緊鏈器、3）閘盤緊鏈器。
1） 棘輪緊鏈器是總功率在150kW以下的刮板輸送使用的一種緊鏈器。此種緊鏈?zhǔn)墙杓Σ宓郊啿凵?，而使棘輪只能向著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，借此來完成刮板鏈的張緊。
棘輪緊鏈器操作方便、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要用于輕型刮板輸送機(jī)。因?yàn)檩^大功率的刮板輸送機(jī)會(huì)使棘輪與插爪之間產(chǎn)生的壓力過大，緊鏈過程不安全。
2）摩擦輪緊鏈器又叫閘帶緊鏈器，主要用于總功率在150~220kW以下的刮板輸送機(jī)的刮板鏈張緊。其結(jié)構(gòu)如圖2-8所示。緊鏈時(shí)的制動(dòng)力是由閘帶與制動(dòng)輪之間的摩擦力而來，此種緊鏈方式是利用輸送機(jī)動(dòng)力部提供給鏈輪軸組的旋轉(zhuǎn)力來張緊刮板鏈的。目測(cè)刮板鏈松緊適度時(shí)，用緊鏈器將動(dòng)力部制動(dòng)，是刮板處于靜止張緊狀態(tài)，等刮板鏈斷開點(diǎn)重新連接后，松開閘帶，使鏈條重新達(dá)到自由張緊。
圖2-8摩擦輪緊鏈器
FIG. 2-8 friction wheel chain tensioner
3） 閘盤緊鏈器主要用于總功率在220~800kW以下的刮板輸送機(jī)中。其主要由制動(dòng)裝置和閘盤組成如圖2-9所示。與前兩種緊鏈器不同，它的緊鏈過程不是獨(dú)立完成的，是由閘盤緊鏈器和阻鏈器共同完成的。阻鏈器用來在緊鏈過程中卡阻刮板鏈，使其張緊。之后目測(cè)
刮板鏈松緊適度斷開點(diǎn)，閉合時(shí)松開被制動(dòng)的閘盤，之后刮板鏈恢復(fù)自由張緊。
圖2-9 閘盤緊鏈器
1--減速器一軸；2--夾鉗式制動(dòng)裝置；3--閘盤；4--液力耦合器；5--連接罩；6--彈性聯(lián)軸器
FIG. 2-9 Brake disc chain tensioner
1 - a reducer shaft;2 - clamp type brake;3 - brake disc;4 - hydraulic coupler;5 - the connection cover;
6 - elastic coupling
第二種緊鏈方式使用的液壓馬達(dá)，安在聯(lián)接筒上，減速箱一軸上裝緊鏈齒輪。如圖2-10所示。
液壓馬達(dá)緊鏈裝置的液壓系統(tǒng)裝置的液壓系統(tǒng)及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。緊鏈時(shí)，將操作手把扳到起始位，惰輪將與主減速器一軸上的緊鏈齒輪與緊鏈減速器上的齒輪嚙合。手動(dòng)換向閥扳到緊鏈位置，壓力液經(jīng)梭閥進(jìn)入液控腔，克服彈簧壓力，時(shí)插爪從齒槽中脫出，與此同時(shí)液壓馬達(dá)供壓力液，液壓馬達(dá)帶動(dòng)機(jī)頭鏈輪反轉(zhuǎn)緊鏈，緊鏈力的大小用溢流閥調(diào)節(jié)，有壓力表上的讀數(shù)經(jīng)換算得到，緊鏈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓力表上升到規(guī)定的壓力值，即表明已達(dá)到了規(guī)定的緊鏈力。將手動(dòng)換向閥扳到中間位置，馬達(dá)停止，液控鎖卸壓，在彈簧作用下，插爪插入齒輪的齒槽。刮板鏈保持張緊狀態(tài)。拆去多余的鏈段，接好鏈子后，將手動(dòng)換向閥換到運(yùn)轉(zhuǎn)位置，液壓馬達(dá)帶動(dòng)接好的刮板鏈運(yùn)轉(zhuǎn)，緊鏈掛鉤松開后，停止馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，卸載緊鏈掛鉤，將操作手把扳到結(jié)束位，惰輪脫開緊鏈齒輪，關(guān)斷截止閥，完成緊鏈操作。
圖2-10 液壓馬達(dá)緊鏈裝置
1--液壓馬達(dá)；2--齒輪箱；3--液控機(jī)械閉鎖裝置；4--惰輪；5--聯(lián)接閥
6--減速器輸入軸；7--緊鏈齒輪
FIG 2-10 hydraulic motor chain unit
1 - hydraulic motor;2 - gear box;3 - hydraulic control mechanical locking device;4 - idler;
5 - connecting valve 6 - reducer input shaft;7 - tight chain gear
第三種緊鏈方式是使用單獨(dú)的液壓缸緊鏈器。這種緊鏈器是一個(gè)帶增壓缸的液壓千斤頂裝置，由泵站供給壓力液，緊鏈時(shí)需要將它抬到緊鏈位置使用。
上述各種緊鏈裝置中：
（1） 棘輪緊鏈器和摩擦緊鏈器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，單它們不能顯示出鏈子張力的大小。其余三種都能顯示和準(zhǔn)確控制鏈子的張緊力。
（2） 液壓馬達(dá)緊鏈裝置的操作簡(jiǎn)單，安全性高。
（3） 液壓缸緊鏈器體積較小，可以在任意位置使用。
綜上所述，使用電機(jī)或馬達(dá)緊鏈的張緊裝置體積較大且位置固定，故本設(shè)計(jì)選用彈簧和液壓缸進(jìn)行漲緊，其體積較小，位置靈活，使用方便，如圖2-11.。
圖2-11 液壓缸張緊
FIG. 2-11 The hydraulic cylinder tensioning
2.2 參數(shù)確定
原始參數(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)的依據(jù)，不論是結(jié)構(gòu)形式的選擇，還是理論分析計(jì)算，它都起著決定性的作用。
畢業(yè)設(shè)計(jì)原始參數(shù)：
適用巷道斷面：23m,高2.4-4.5m，寬3.0-5.5m；
臥底深度：250mm；
爬坡能力：≤±16；
溜槽斷面：540mm（寬）x350mm(高）；
龍門高度：≥420mm；
理論運(yùn)轉(zhuǎn)能力：≥250m/h；
設(shè)計(jì)長(zhǎng)度：3700mm；
牽引速度：0.96m/s。
2.3 動(dòng)力元件選擇
2.3.1 電動(dòng)機(jī)與馬達(dá)的比較
動(dòng)力元件一般可選電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)。
電動(dòng)機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
電動(dòng)機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：
1)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬千瓦級(jí)；
2)電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動(dòng)、加速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；
3)電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)牢固。
電動(dòng)機(jī)有以下缺點(diǎn)：
1)輸出扭矩比較?。?
2)傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，體積較大；
3)難于進(jìn)行無級(jí)變速；
4)長(zhǎng)時(shí)間使用精度下降；
5)不可連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作 否則易出故障縮減使用壽命。
液壓馬達(dá)由液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
1）易于獲得較大的力或力矩
2）功率重量比大
3）易于實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)
4）易于實(shí)現(xiàn)較大范圍的無級(jí)變速
5）傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)
6）可實(shí)現(xiàn)快速而且無沖擊的變速和換向
7）與機(jī)械傳動(dòng)相比易于布局和操縱
8）易于防止過載事故
9）自動(dòng)潤(rùn)滑、元件壽命較長(zhǎng)
10）易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化
液壓傳動(dòng)有以下缺點(diǎn)：
?? 1）易出現(xiàn)泄漏
2）油的粘度隨溫度變化，引起工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定
3）空氣滲入液壓油后會(huì)引起爬行、振動(dòng)、噪聲
4）用礦物油作液壓介質(zhì)時(shí)，有燃燒危險(xiǎn)應(yīng)注意防火。
? 5）物油與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化，使油變質(zhì)必須定期換油。
?? 6）液壓件的零件加工質(zhì)量（幾何精度、表面粗糙度等）要求較高。
本設(shè)計(jì)中掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)為一刮板輸送機(jī)，主要用于運(yùn)送塊度較大的煤巖，其運(yùn)動(dòng)速度較小，且需長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。而液壓馬達(dá)主要應(yīng)用于低速重載，同等扭矩或者輸出功率下，液壓馬達(dá)的體積及重量相較電機(jī)要小的多，而且馬達(dá)能夠通過控制油液，輕易實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，且液壓傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，故障環(huán)節(jié)少，液壓的反應(yīng)快靈敏精度高壽命高。
綜上所述，本設(shè)計(jì)動(dòng)力元件選用液壓馬達(dá)。
2.3.2 液壓馬達(dá)的選擇計(jì)算
1） 運(yùn)輸能力計(jì)算
刮板輸送機(jī)的輸送能力，是指輸送機(jī)每小時(shí)運(yùn)送貨載的質(zhì)量。它取決于輸送機(jī)每米長(zhǎng)度上的貨載的質(zhì)量和鏈速。即：
=3.6 (2-1)
=3.6 (2-2)
式中：
——刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，t/h；
q ——每米長(zhǎng)度貨載質(zhì)量，kg/m；
A ——溜槽物料運(yùn)行時(shí)的斷面積，m；
——物料的散碎密度，kg/m,對(duì)于煤kg/m，取900kg/m；
——刮板鏈牽引速度，m/s。
因?yàn)楣伟彐湵旧碚紦?jù)一定的空間且運(yùn)輸角度有一定的影響，貨載實(shí)際斷面積比A小一點(diǎn)，計(jì)算時(shí)要乘以一個(gè)小于1的裝滿系數(shù)。故運(yùn)輸能力按式（2-3）計(jì)算，
(2-3)
式中：
——裝滿系數(shù)，水平及向下運(yùn)輸時(shí)，=0.9~1；傾斜向上運(yùn)輸時(shí)=0?.6~0.9?（傾角<5°時(shí)，；傾角為5°~10°時(shí)，=0.8；傾角>15°時(shí)，=0.6）。
由式（2-3）有：
t/h
則其每米上貨載為：
kg/m
2）刮板輸送機(jī)的運(yùn)行阻力計(jì)算
運(yùn)行阻力包括直線段運(yùn)行阻力和曲線段運(yùn)行阻力。
a. 直線段阻力
直線段運(yùn)行阻力是指貨載及刮板鏈在溜槽中運(yùn)行時(shí)的阻力（摩擦阻力），以及傾斜運(yùn)輸時(shí)貨載與刮板鏈的自重沿斜面的分力。
圖2-12 阻力計(jì)算簡(jiǎn)圖
FIG. 2-12 resistance calculation diagram
運(yùn)行阻力有重段阻力和空段阻力，如圖2-12 所示。
即：
（2-4）
（2-5）
式中：
——重段阻力，N；
——空段阻力，N；
g——重力加速度，9.8m/;
q——每米長(zhǎng)度貨載質(zhì)量，109kg/m；
——刮板連每米質(zhì)量，查[4]表5-1得，18.8kg/m；
L——輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度，3.7m；
——輸送機(jī)鋪設(shè)傾角，16；
——貨載及刮板鏈在溜槽內(nèi)的阻力系數(shù)，見表2-1；
--對(duì)于重段，向上運(yùn)行取“+”，向下運(yùn)行取“-”；對(duì)于空段，符號(hào)與重段相反。
表2-1 煤及刮板鏈在溜槽中移動(dòng)的阻力系數(shù)
Table 2-1 coal and scraper chain moving drag coefficient in the chute
阻力系數(shù)
單鏈 0.4~0.6 0.3~0.4
雙鏈 0.6~0.8 0.3~0.4
由式（2-4）和（2-5）有：
b.曲線段運(yùn)行阻力。
曲線段運(yùn)行阻力，是指刮板鏈繞過機(jī)頭和機(jī)尾時(shí)的彎曲附加阻力和軸承阻力，以及水平彎曲時(shí)，刮板鏈在彎曲溜槽中運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的附加阻力，對(duì)掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)來說，曲線段運(yùn)行阻力只有刮板鏈繞過機(jī)頭和機(jī)尾時(shí)的彎曲附加阻力和軸承阻力。這部分阻力的計(jì)算十分繁瑣，通常來講，按照重段阻力W和空段阻力W之和的10%來計(jì)算。
c.總阻力和牽引力。
總阻力是指直線段和曲線段運(yùn)行阻力之和，
其值為：
(2-6)
式中：
——刮板輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的總阻力，N；
——附加阻力系數(shù)，=1.1，輸送機(jī)不彎曲時(shí)=1。
代入式（2-6）得：
總阻力即為主動(dòng)鏈輪的牽引力。
3） 液壓馬達(dá)的確定
a.所需軸功率計(jì)算
（2-7）
式中：
P ——鏈輪軸所需的軸功率，kW;
——主動(dòng)鏈輪牽引力（總阻力），5764.8N；
v ——刮板鏈的運(yùn)行速度，0.96m/s.
由式（2-7）有：
kw
再考慮15%-20%的備用功率后，
將其圓整為10kw.
則馬達(dá)扭矩為：
（2-8）
式中：
n —— 鏈輪轉(zhuǎn)速，由已知有，,r為鏈輪節(jié)圓半徑，則n=73r/min
則：
Nm
由[5]得表2-2。
表2-2 NHM型徑向柱塞馬達(dá)的性能參數(shù)
Table 2-2 type NHM radial piston motor performance parameters
型號(hào)
排量
mL/r
壓力 MPa
額定轉(zhuǎn)矩
Nm
轉(zhuǎn)速范圍
r/min
質(zhì)量
kg
額定
最高
NHM1-100
96
25 32
300
15~1000
20
NHM1-125
126
20 25
380
15~1000
20
NHM1-160
159
20 25
472
15~1000
20
NHM2-100
113
25 32
420
10~1250
27
NHM2-150
159
25 32
620
10~1000
27
NHM2-175
180
20 25
526
10~1000
27
NHM3-175
181
25 32
670
8~1000
35
NHM3-200
201
25 32
800
8~800
35
NHM3-300
289
20 25
864
6~500
35
NHM6-400
397
25 32
1483
5~630
57.5
NHM6-500
491
20 25
1463
5~630
57.5
由表2-2選擇液壓馬達(dá)型號(hào)為NHM6—500,其參數(shù)見表2-3。
表2-3 液壓馬達(dá)參數(shù)表
Table 2-3 hydraulic motor parameter table
型號(hào)
排量
mL/r
壓力 MPa
額定轉(zhuǎn)矩
Nm
轉(zhuǎn)速范圍
r/min
質(zhì)量
kg
額定
最高
NHM6—500
491
20
25
1463
5~630
57.5
2.4傳動(dòng)系統(tǒng)確定
本設(shè)計(jì)中刮板輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)鏈輪軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)刮板鏈的運(yùn)轉(zhuǎn)。傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：
圖2-13 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
FIG. 2-13 transmission system diagram
3.轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)
3.1鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 鏈輪齒數(shù)選擇和圓環(huán)鏈的選擇
為滿足鏈輪強(qiáng)度要求，鏈輪材料選取45鋼，鏈輪必須進(jìn)行調(diào)制處理，調(diào)制硬度應(yīng)達(dá)到HB260~320，鏈窩和齒形表面須進(jìn)行淬火處理，淬火硬度應(yīng)達(dá)到HRC45~55，淬火硬度層深度不低于3mm.
圓環(huán)鏈鏈輪的齒形結(jié)構(gòu)和尺寸如圖3.1所示,鏈輪的每一齒距內(nèi)有兩個(gè)鏈環(huán).其中,平臥于齒輪間鏈窩里的稱為平環(huán);松卡在齒寬中間立槽內(nèi)的稱為立環(huán).鏈窩的形狀與鏈環(huán)的外形想適應(yīng),其長(zhǎng)度應(yīng)比鏈環(huán)略長(zhǎng); 立槽的寬度L,也比鏈環(huán)棒料的直徑稍大. 鏈輪的齒廓為兩段圓弧,頂部齒廓圓弧的半徑為R1,根據(jù)齒廓圓弧的半徑為R2.當(dāng)圓環(huán)鏈的規(guī)格D*P和鏈輪齒數(shù)N選定后, 鏈輪的各部分幾何尺寸可計(jì)算。
圖3.1 圓環(huán)鏈鏈輪的齒形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
FIG. 3.1 ring chain sprocket tooth structure diagram
1) 基本參數(shù)
刮板輸送機(jī)的鏈輪齒數(shù)一般為4~12齒，現(xiàn)選鏈輪齒數(shù)為7齒。
圓環(huán)鏈鏈環(huán)基本參數(shù)見表3.1。
表3.1 圓環(huán)鏈的基本參數(shù)
Table 3.1 Basic parameters of ring chain
成品鏈環(huán)直邊直徑d
節(jié)距p
寬度
圓弧半徑r
公稱尺寸
極限偏差
公稱尺寸
極限偏差
最小內(nèi)寬a
最大外寬b
公稱尺寸
極限偏差
10
0.4
40
0.5
12
34
15
+2
0
14
0.4
50
0.5
17
48
22
+2
0
18
0.5
64
0.6
21
60
28
+2
0
22
0.7
86
0.9
26
74
34
+2
0
由于鏈條在槽幫內(nèi)運(yùn)行，其大小受槽幫大小限制無法選擇較大鏈條，但鏈條過小會(huì)使其強(qiáng)度太低，易斷裂，故取圓環(huán)鏈的規(guī)格為18x64-C級(jí)，其最小內(nèi)寬為21mm,最大外寬為60mm,圓弧半徑為28mm。
3.1.2 鏈輪的各部分幾何尺寸計(jì)算
圓環(huán)鏈輪的幾何尺寸和齒形計(jì)算中,一部分參數(shù)是由幾何分析,結(jié)合工作要求而推導(dǎo)出的計(jì)算公式;另一部分是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，見表3.2，
表3.2 圓環(huán)鏈輪的幾何尺寸和齒形計(jì)算公式表
Table 3.2 ring chain wheel geometry size and calculation formula of tooth profile table
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式
鏈輪節(jié)距角
鏈輪節(jié)圓直徑
D
鏈輪頂圓直徑
鏈輪立環(huán)槽直徑
鏈輪立環(huán)槽寬度
l
齒跟圓弧半徑
R
鏈窩長(zhǎng)度
L
鏈窩平面圓弧半徑
R
R的值為扁平連接鏈環(huán)圓弧部分的最大外圓半徑
鏈輪中心至鏈窩底平面的距離
H
短齒厚度
W
鏈窩中心距離
A
齒形圓弧半徑
R
立環(huán)槽圓弧半徑
R
短齒跟部圓弧半徑
R
鏈窩間隙
T
限制W的最大值保證圓環(huán)鏈在鏈窩中得到足夠的支撐開口式連接環(huán)和保證刮板在鏈窩中有足夠的間隙
計(jì)算過程如下：
1）鏈輪節(jié)距角
（3-1）
式中：
——鏈輪節(jié)距角；
N——鏈輪齒數(shù)，7齒。
代入式（3-1）：
= （3-2）
2）鏈輪節(jié)圓直徑
（3-3）
式中：
D——鏈輪節(jié)圓直徑：
p ——圓環(huán)鏈鏈條節(jié)距，p=64mm；
d ——圓環(huán)鏈鏈條直徑，d=18mm。
代入式（3-3）：
mm
根據(jù)鏈條及鏈輪實(shí)際磨損情況，設(shè)計(jì)將鏈輪節(jié)圓直徑略有增加，設(shè)計(jì)取鏈輪節(jié)圓直徑=288mm。
3）鏈輪頂圓直徑
De=D0+2d （3-4）
由式（3-4）有：
mm
4）鏈輪立環(huán)的立槽