淺析ebz-135型縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)參數(shù)

1、<p>　　淺析EBZ-135型縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　摘要：在掘進(jìn)的機(jī)械化進(jìn)程中，有關(guān)掘進(jìn)機(jī)選擇和使用的經(jīng)濟(jì)性受巖石地質(zhì)參數(shù)、掘進(jìn)作業(yè)條件、掘進(jìn)設(shè)備本身的特點(diǎn)和生產(chǎn)能力等因素影響。由于設(shè)備的特點(diǎn)和采掘能力是決定掘進(jìn)成本和生產(chǎn)效率的重要因素，所以對(duì)掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題的分析是正確選用掘進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)。在掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中，受到關(guān)注的主要問(wèn)題是：切割頭類型、切割方式及

2、掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：重型 掘進(jìn)機(jī) 問(wèn)題 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U455.3+1文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A </p><p><b>　　1.引言 </b></p><p>　　隨著煤炭生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展,回采率的提高,如何實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)日益成為限制煤炭高產(chǎn)高效的一個(gè)主要因素。上世紀(jì)50年代出現(xiàn)的掘

3、進(jìn)機(jī)以其靈活、高效的優(yōu)點(diǎn)在煤炭開(kāi)采領(lǐng)域迅速推廣開(kāi)來(lái),進(jìn)而擴(kuò)展到許多民用建設(shè)和一些軟巖隧道挖掘中來(lái)。掘進(jìn)機(jī)一般用于軟或中硬程度且研磨性小的巖石。然而,隨著采煤機(jī)械化程度的提高和巷道斷面的不斷擴(kuò)大,掘進(jìn)機(jī)必須面對(duì)越來(lái)越硬和研磨性更強(qiáng)的巖石。這其中最大的挑戰(zhàn)就是一些堅(jiān)固的砂巖,它的單向抗壓強(qiáng)度超過(guò)170 MPa且結(jié)構(gòu)致密、富含石英。為了在硬度較高的巖石中使用掘進(jìn)機(jī),就需要對(duì)截割刀具和截割頭設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究。這種機(jī)器必須具有較強(qiáng)的破巖能力以提

4、高生產(chǎn)率、降低刀具磨損。這就需要足夠的機(jī)器動(dòng)力和機(jī)器質(zhì)量來(lái)承受由此帶來(lái)的巨大截割力,并盡可能降低機(jī)器震動(dòng)。因此,發(fā)展具有高功率、大質(zhì)量的重型硬巖掘進(jìn)機(jī)就顯得尤為迫切。重型掘進(jìn)機(jī)在國(guó)外已有了很好的發(fā)展,但在國(guó)內(nèi)尚處于起步發(fā)展階段,許多問(wèn)題還有待于研究解決。本文在提出重型掘進(jìn)機(jī)性能限制因素的前提下,對(duì)其改進(jìn)方向進(jìn)行了較深入的探討和研究。 </p><p>　　2.EBZ-135型縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭概述 </p&

5、gt;<p>　　2.1主要用途及適用范圍 </p><p>　　該機(jī)主要用于煤巖硬度≤7的煤巷、半煤巖巷及軟巖的巷道、隧道掘進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運(yùn)輸作業(yè)。定位截割斷面20m2（截割寬度5.1米,高度4.0米)，經(jīng)濟(jì)截割硬度≤70MPa，最大可截割硬度80MPa，縱向工作坡度≤±18°。 </p><p>　　2.2EBZ135懸臂式掘進(jìn)機(jī)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

6、 </p><p>　　MT/T238-1991懸臂式掘進(jìn)機(jī)通用技術(shù)條件 </p><p>　　2.3EBZ135懸臂式掘進(jìn)機(jī)使用環(huán)境條件： </p><p>　　EBZ135掘進(jìn)機(jī)在下列條件下可正常工作 </p><p>　　(1). 海拔不超過(guò)2000m; </p><p>　　(2). 環(huán)境溫度-20℃～+40℃

7、; </p><p>　　(3). 周圍空氣相對(duì)濕度不大于90%(+25℃); </p><p>　　(4). 在有瓦斯、煤塵或其他爆炸性氣體環(huán)境礦井中； </p><p>　　(5). 與垂直面的安裝斜度不超過(guò)18°； </p><p>　　(6). 無(wú)破壞絕緣的氣體或蒸氣的環(huán)境中； </p><p>　　

8、(7). 無(wú)長(zhǎng)期連續(xù)漏水的地方； </p><p>　　(8). 污染等級(jí)：3級(jí) </p><p>　　(9). 安裝類別：Ⅲ類 </p><p><b>　　3.切割頭類型 </b></p><p>　　切割頭的類型包括縱軸式切割頭和橫軸式切割頭。在掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)和使用中，由于切割頭類型的選擇對(duì)工程作業(yè)成本影響較大，所以

9、爭(zhēng)論得較為激烈的問(wèn)題是如何在上述兩類型切割頭中進(jìn)行選擇，以及哪一種切割頭更適用切割硬巖。 </p><p>　?。?）縱軸式切割頭。對(duì)于縱軸式掘進(jìn)機(jī)，切割頭的旋轉(zhuǎn)軸與切割臂的軸在同一條直線上，其旋轉(zhuǎn)方向與切割臂電機(jī)軸相同。在橫向弧形切割和向上切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，單個(gè)截齒保持在與巷道橫斷面相同的平面上，作擺線運(yùn)動(dòng)軌跡。電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)減速機(jī)和主軸傳到切割頭，減速機(jī)一般采用減速比較大的結(jié)構(gòu)緊湊的行星輪機(jī)構(gòu)，典型的切割頭速度為20

10、～65r/min </p><p>　?。?）橫軸式切割頭。切割頭由左右兩半部構(gòu)成，安裝在切割臂的兩側(cè)，其旋轉(zhuǎn)軸垂直于切割臂的軸線，與連續(xù)采煤機(jī)的切割動(dòng)作類似。在切割臂上下運(yùn)動(dòng)切割時(shí)，單個(gè)截齒的運(yùn)動(dòng)軌跡為擺線，而當(dāng)橫向弧形切割時(shí)，截齒軌跡為螺旋線。馬達(dá)的動(dòng)力由錐齒輪和正齒輪傳遞，為了結(jié)構(gòu)緊湊，有些掘進(jìn)機(jī)行星減速器外殼安裝在切割頭內(nèi)。比起縱軸式來(lái)說(shuō)，橫軸式切割頭減速比較低，正齒/斜齒布置也不如行星式緊湊，切割頭的兩

11、半部在切割臂的兩側(cè)分別驅(qū)動(dòng)，典型的轉(zhuǎn)速在45～100r/min之間，對(duì)于能力相同的機(jī)器，橫軸式切割頭直徑較縱軸式大。 </p><p><b>　　4.切割方式 </b></p><p>　　通常情況下，巖石的抗壓強(qiáng)度要比抗拉強(qiáng)度或剪切強(qiáng)度大得多，其比值通常是10：1，因此，應(yīng)盡可能利用其抗拉和剪切強(qiáng)度，在實(shí)踐中意味著巖石應(yīng)該切崩出來(lái)，而不是擠壓切割，沿阻力越小的方向

12、切割，能耗越小。當(dāng)切割層狀巖層時(shí)，沿分層方向切割比垂直于分層面切割的能耗明顯要小。在許多情況下，分層面是水平的，有利于橫向弧形的切割方式。在硬巖中，縱軸式掘進(jìn)機(jī)可以充分利用沿巖層強(qiáng)度較弱的方向進(jìn)行切割的有利因素，使其能在中硬以上巖層作業(yè)中順利切割，這是利用了巖石較低的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的緣故。在切割硬巖過(guò)程中，一個(gè)最重要且最基本的要求是使切割刀具有一個(gè)合理的截深，過(guò)低的或不合適的截齒的切割量，只會(huì)引起過(guò)多磨擦，增加截齒的損耗，產(chǎn)生更多的

13、粉塵。為保證適當(dāng)?shù)慕佚X給進(jìn)量，則須最大限度地提高截齒的切割力，而這又與一系列內(nèi)在相關(guān)的基本因素如截齒線速度、切割頭直徑、同時(shí)接觸巖石的截齒數(shù)和產(chǎn)生的最大扭矩等有關(guān)。適當(dāng)?shù)慕o進(jìn)量還要求機(jī)器穩(wěn)定性能好，切割臂具備一定的圓弧方向和向上方向的力量，以保持切割頭上的刀具切進(jìn)巖石，防止切割頭搖擺。對(duì)于橫軸式切割頭，無(wú)論是向上還是向下切割，兩個(gè)切割頭同時(shí)與巖層相接觸，與縱軸式切割頭相比，同時(shí)切</p><p>　　總之，橫軸切

14、割頭在軟巖中效率較高，因?yàn)榇藭r(shí)截齒切割力不是那么重要。然而，在硬巖中則不然，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，必須使用直徑較小，截齒切割力較大的縱軸式切割頭。 </p><p>　　5.硬巖切割中的穩(wěn)定性 </p><p>　　為降低扭矩，減少造成齒輪箱和機(jī)械零件破壞，都必須進(jìn)行平衡設(shè)計(jì)。近年來(lái)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)大大降低了切割頭的振動(dòng)，從而也改進(jìn)了切割性能，降低了截齒消耗，提高了機(jī)器的穩(wěn)定性。所有的巷道掘進(jìn)機(jī)在垂直

15、方向上切割時(shí)，其穩(wěn)定性都有賴于機(jī)器的重量。向下切割時(shí)，其支點(diǎn)是后部穩(wěn)定裝置；向上切割時(shí)，則是裝巖集爪盤的前沿。理論上說(shuō)，上下切割應(yīng)比橫向畫(huà)弧形式切割穩(wěn)定得多，然而實(shí)際上只有軟巖條件下這一理論才能成立。在中硬巖中，機(jī)器的這一優(yōu)勢(shì)不存在，因?yàn)闄C(jī)器此時(shí)無(wú)法進(jìn)行有效切割?？v軸式重型掘進(jìn)機(jī)的切割臂上安裝的都是雙速齒輪箱，因此有高低2種速度。低速用于切割較硬的巖石，此時(shí)由于齒輪速度低，所以截齒切割力較大，切割馬達(dá)的能量經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置得以增大。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)

16、進(jìn)行上下切割而且作用力又較大時(shí)，機(jī)器不穩(wěn)定情況更嚴(yán)重。通過(guò)綜合考慮機(jī)器的重量分布、支點(diǎn)位置、切割臂結(jié)構(gòu)因素后，可最大限度地提高機(jī)器的穩(wěn)定性。 </p><p>　　綜上所述，在重型掘進(jìn)機(jī)選型過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體的地質(zhì)條件選擇合適的機(jī)型，確保可以進(jìn)行有效采掘和機(jī)器的穩(wěn)定。通常在巖石硬度較高的情況下，應(yīng)選擇縱軸式掘進(jìn)機(jī)，而在軟巖中應(yīng)選擇橫軸式掘進(jìn)機(jī)，以發(fā)揮不同機(jī)型的優(yōu)勢(shì)。 </p><p>&l

17、t;b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 劉年霖,彭佑多,王旻輝,胡亮,彭長(zhǎng)清.大功率碟式太陽(yáng)能電站大風(fēng)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2013(03) </p><p>　　[2] 尹喜,何軼,彭佑多,彭長(zhǎng)清,黃軍衛(wèi).基于ANSYS的碟式太陽(yáng)能聚光器網(wǎng)架有限元建模[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化. 2012(06) </p>

18、<p>　　[3] 黃軍衛(wèi),彭佑多,劉繁茂,常騰飛,彭長(zhǎng)清,尹喜,李白雅.斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部工質(zhì)流場(chǎng)特性的數(shù)值模擬[J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2012(04) </p><p>　　[4] 尹喜,彭佑多,龍東平,何軼,彭長(zhǎng)清.碟式太陽(yáng)能電站聚能器網(wǎng)架強(qiáng)度的有限元分析[J]. 湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(01) </p><p>　　[5] 常騰飛