EBZ120型履帶式半煤巖掘進機行走部(低速系統(tǒng))設計

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1 摘 要 掘進機是煤礦采掘的主要設備 半煤巖掘進機是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割 裝載 轉載運 輸 行走和噴霧除塵的聯(lián)合機組 它既可用于煤礦井下 也可用于金屬礦山以及其他隧 道施工 具有廣闊的發(fā)展前景 對履帶式半煤巖掘進機的總體方案設計做了簡單的介紹 對履帶式半煤巖掘進機的行走部分以及該部分減速裝置的設計做了詳細的介紹 掘進機的總體方案設計對于整機的性能起著決定性的作用 因此 根據(jù)掘進機的用 途 作業(yè)情況及制造條件 合理選擇機型 并正確確定各部結構型式 對于實現(xiàn)整機的 各項技術指標 保證機器的工作性能具有重要意義 本次設計主要針對掘進行走部分 工作時實現(xiàn)低速行走 高速調(diào)動 并可實現(xiàn)快速拖動等特點對該部分減速器以及鏈輪 履帶等結構做了比較詳細的設計計算 此外 如何最大限度地發(fā)揮掘進機的工作潛能和根據(jù)井下實際工作環(huán)境正確選擇掘 進機 避免高能耗 低效率的現(xiàn)象發(fā)生 已成為巷道掘進機的熱點話題 關鍵詞 掘進機 總體設計 行走部設計 減速器設計 發(fā)展趨勢 1 目 錄 1 緒 論 1 1 1 概述 1 1 2 掘進機的發(fā)展 1 1 3 掘進機的工作原理 2 2 設計任務及相關參數(shù) 4 2 1 履帶式半煤巖掘進機行走部設計 4 2 2 主要技術參數(shù) 4 3 總體結構選型與設計 8 3 1 掘進機的選型 9 3 2 掘進機機械械液壓部他分設計 12 3 3 電氣部分 22 3 4 本掘進機主要特點 26 4 掘進機行走部總體結構設計 27 4 1 馬達選型 27 4 2 主動鏈輪的設計 27 5 掘進機行走部減速器傳動機構設計 29 5 1 傳動方案的擬定 29 5 2 傳動裝置運動參數(shù)的計算 29 5 3 減速器前兩級傳動設計計算 30 致 謝 42 參考文獻 43 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 1 1 緒 論 1 1 概述 隨著我國煤炭事業(yè)的發(fā)展 因采煤機械和綜合機械化水平的速度提高 要求有與之 相適應巷道掘進速度 傳統(tǒng)的鉆煤掘進效率低 人海戰(zhàn)術和小型機械化裝備 還是不能 滿意足需要 目前 國內(nèi)外研制和使用巷道掘進機種類繁多 主要分為兩大類 全斷面巷道掘進 機和部分斷面掘進機 全斷面巷道掘進機主要用于掘進巖石巷道 這類掘進機功率大 結構復雜 巷道斷面形狀單一 在煤炭工業(yè)中沒有得到廣泛應用 部分斷面掘進機 其 工作機構僅能同時截割工作面煤巖斷面的一部分 為截割破落整個工作面的煤巖必須在 斷面內(nèi)多次連續(xù)地移動工作機構的截割頭 故此它能實際掘出所需巷道斷面形狀 它主 要用于掘進煤或半煤巖巷道 近年研制的掘進機有以下趨勢 廣泛采用懸臂式可伸縮的工作機構 改善起截割性 能和使用范圍 采用橫軸式截割頭 以減少機器振動 增加機器穩(wěn)定性 廣泛采用觸爪 式裝載機構和履帶式行走機構 加大掘進機的總功率和提高液壓系統(tǒng)的工作壓力 改進 噴霧除主裝置 支護設備和配套轉載設備 當前 我國煤礦由于一井一面采煤方法的普遍采用 其開采速度大大加快 因而帶 來采掘機械化比例失調(diào)的矛盾更加突出 特別是易采的中厚煤層資源日益減少 而薄煤 層的開采比例逐年增加 在全部采準巷道中 半煤巖巷的比例已經(jīng)達到 25 但這些巷道 中的 90 仍舊采用著傳統(tǒng)的炮掘作業(yè) 勞動強度大 安全性差 目前 我國大部分局 礦使用的幾種主要機型多是上世紀六 七十年代設計的 這 些老產(chǎn)品設計陳舊過時 元部件可靠性差 開機率低 維護量大 而且機重偏輕 截割 功率較小 過斷層和截割巖石的能力差 僅適合在煤巷中使用 因此急待開發(fā)研制綜合性能好 適應范圍廣的新型掘進機 來解決掘進機更新?lián)Q代 的問題 緩解采掘比例失調(diào)的緊張局面 1 2 掘進機的發(fā)展 掘進機的發(fā)展 經(jīng)歷了從小到大 從單一到多樣化 從不完善到完善的過程 已形 成了輕型 中型和重型系列 隨著高產(chǎn)高效日產(chǎn)萬噸綜采工作面的出現(xiàn) 要求掘進速度 必須加快 掘進機的性能更加完善 當前懸臂式掘進機技術發(fā)展有下述一些特征 并面 臨連續(xù)采煤機的挑戰(zhàn) 1 增大截割能力 為了實現(xiàn)較強的截割能力 采用較大的截割功率和較低的截割速度 現(xiàn)代中型部分 婁面掘進機的截割功率為了 132 200kw 重型掘進機為了 200kw 以上 截割頭轉速一般 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 2 為了 20 50r min 截割速度為 1 2m s 截割力為 100 200KN 經(jīng)濟截割強度達 100 124Mpa 現(xiàn)代全斷面掘進機則采用大直徑盤形滾刀 加大推力和刀盤驅(qū)動功率 截 割強度達 300Mpa 2 提高可靠性 由于地質(zhì)條件下復雜多變 掘進機工作時承受交變的沖擊負荷 且磨損和腐蝕嚴重 井下環(huán)境惡劣 檢修不便 因此要求通過完善的設計 制造 使用和良好的維護 實現(xiàn) 掘進機較長的無故障工作時間及較高的可靠性 3 提高機電一體化程度 為避免掘進機中出現(xiàn)超挖 采用現(xiàn)代控制技術 包括推進方向的控制 控制和糾正掘 進機與標準位置的平行偏差和角度偏差 斷面尺寸控制 截割電動機功率自動調(diào)節(jié) 掘進機 工況監(jiān)測和故障診斷 4 研究新刀具和新的截割技術 為增強截割能力 提高刀具的使用壽命 應采用新材料 改進刀具結構 研究新的 截割技術 利用高壓水射流撞擊 侵蝕 液壓楔等作用 作為輔助截割 研究沖擊轉矩 通過截齒作用到煤巖上 達到破碎硬巖的目的 5 發(fā)展掘錨機組 實現(xiàn)巷道快速掘進 傳統(tǒng)型式的懸臂式部分斷面掘進機不能實現(xiàn)支護工作的機械化 制約了巷道掘進速 度 降低了掘進效率 裝有較長的橫滾筒和錨桿鉆機的掘錨機組 既能快速掘進 以能 同時支護頂板和側幫 實現(xiàn)掘 裝 運 支平行作業(yè) 一次成巷 可提高掘進速度和工 效 并能離機自動操作 掘錨機組是一種理想的作業(yè)方式 具有良好的發(fā)展前景 1 3 掘進機的工作原理 掘進機行走機構的工作原理 液壓馬達依靠液壓泵送來的高壓油旋轉 與其聯(lián)接的 減速機構減速得到低轉速大扭矩 液壓馬達 減速機構和鏈輪做成一個整體 液壓馬達 的轉動帶動驅(qū)動輪 鏈輪 旋轉 鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合 從而實現(xiàn)掘進機 在履帶上爬行 同時導向輪起到導向作用 導向輪和張緊油缸一起作用對履帶的松緊進 行調(diào)節(jié) 支重輪起到對車身支撐作用 拖輪主要是支撐履帶 在設計和裝配過程中 必 須保證驅(qū)動輪 引導輪 支重輪 拖輪四輪一線 懸臂式巷道掘進機的行走機構 需要 滿足驅(qū)動機體前進 后退以及左右轉彎調(diào)動的工作要求 所以履帶式行走機構的左 右 履帶裝置都采用分別單獨驅(qū)動的傳動方式 掘進機行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的合 流與否來實現(xiàn)的 掘進機前進 后退時 左 右液壓馬達同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運轉 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 3 當掘進機要轉彎時 可以單獨驅(qū)動轉彎方向的另外一側液壓馬達 而使轉彎一側的液壓 馬達停止運轉 或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動左右液壓馬達的方法 使機體急轉彎 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 4 2 設計任務及相關參數(shù) 2 1 履帶式半煤巖掘進機行走部設計 主要參考參數(shù)和要求 機身長 8 8 5m 寬 2 2 2m 高 1 5 1 55m 臥底深度 245mm 裝機功率 190KW 截割功率 120KW 經(jīng)濟截割煤巖硬度 60MPa 可掘巷道斷面 18 20m 2 最大可掘高度 3 75 4m 最大可掘?qū)挾?5m 龍門高度 350 400mm 刮板速度 0 9 1 0m s 運輸形式 邊雙鏈 履帶寬度 2 300mm 行走速度 3m min 工作 6m min 調(diào)動 額定電壓 1140 660v 1 查閱有關資料 完成履帶式半煤巖掘進機總體方案的設計 2 完成行走部總體結構設計 3 完成行走部兩級 2K H 傳動件速裝置設計 4 行星傳動主要組件 零件圖設計及零件加工工藝編制 5 編寫完成整機設計計算說明書 中英文翻譯 可有專題論述 2 2 主要技術參數(shù) 1 總體參數(shù) 機 長 8 486m 機 寬 2 2m 機 高 1 547m 截割臥底深度 245mm 總 功 率 190kW 可經(jīng)濟截割煤巖硬度 60MPa 可掘巷道斷面 18 20m2 最大可掘高度 3 75m 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 5 最大可掘?qū)挾?5 0m 適應巷道坡度 16 機器供電電壓 660 1140V 2 截割部 電動機 型 號 YBUS2 120 功 率 120KW 轉 速 1478r min 截割頭 轉 速 53r min 截 齒 鎬形 最大擺動角度 上 42 下 31 左右各 39 3 裝載部 裝載形式 三爪轉盤 裝運能力 180m3 h 鏟板寬度 2 5m 2 8m 鏟板臥底 250mm 鏟板抬起 360mm 轉盤轉速 30r min 4 刮板輸送機 運輸形式 邊雙鏈刮板 槽 寬 510mm 龍門高度 390mm 鏈 速 0 93m s 錨鏈規(guī)格 18 64mm 張緊形式 黃油缸張緊 5 行走部 行走形式 履帶式 液壓馬達分別驅(qū)動 行走速度 工作 3m min 調(diào)動 6m min 接地長度 2 46m 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 6 制動形式 摩擦制動器 履帶板寬度 500mm 張緊形式 黃油缸張緊 6 液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)額定壓力 油缸回路 16MPa 行走回路 16MPa 裝載回路 14Mpa 輸送機回路 14Mpa 轉載機回路 10MPa 錨桿鉆機回路 10MPa 系統(tǒng)總流量 450 L min 泵站電動機 型號 YB250M 4 功率 55kW 轉速 1470 r min 泵站三聯(lián)齒輪泵流量 50 50 40ml r 泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 63 40ml r 錨桿泵站電動機 型號 YB160L 4 功率 15kW 轉速 1470 r min 錨桿泵站雙聯(lián)齒輪泵流量 32 32ml r 油箱 有效容積 610L 冷卻方式 板翅式水冷卻器 油缸數(shù)量 8 個 7 噴霧冷卻系統(tǒng) 滅塵形式 內(nèi)噴霧 外噴霧 供水壓力 3MPa 外噴霧壓力 1 5MPa 流 量 63L min 冷卻部件 切割電動機 油箱 8 電氣系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 7 供電電壓 660 1140V 總 功 率 190kW 隔爆形式 隔爆兼本質(zhì)安全型 控制箱 隔爆型 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 8 3 總體結構選型與設計 掘進機是具有截割 裝載 轉載煤巖 并能自己行走 具有噴霧降塵等功能 以機 械方式破落煤巖的掘進設備 有的還具有支護功能 本次設計采用部分斷面掘進機 一 般適用于單軸抗壓強度小于 60MPa 的煤 煤 巖 軟巖水平巷道 但大功率掘進機也可 用于單軸抗壓強度達 200MPa 的硬巖巷道 一次僅能截割斷面一部分 需要工作機構多次 擺動 逐次截割才能掘出所需斷面 斷面形狀可以是矩形 梯形 拱形等多種形狀 其 中懸臂式掘進機在煤礦使用普遍 懸臂式掘進機由截割機構 裝運機構 行走機構 液壓系統(tǒng) 電控系統(tǒng)和噴霧降塵 系統(tǒng)等組成 各部分作用為 1 截割機構 由截割頭 懸臂和回轉座組成的破煤 巖 機構 電動機通過減速器驅(qū)動截割頭旋 轉 利用裝在截割頭上的截齒破碎煤巖 截割頭縱向推進力由行走履帶 或伸縮懸臂的 推進液壓缸 提供 升降和回轉液壓缸使懸臂在垂直和水平方向擺動 以截割不同部位 的煤巖 掘出所需形狀和尺寸的斷面 2 裝運機構 由裝載機構和中間輸送機兩部分組成 電動機經(jīng)減速后驅(qū)動刮板鏈和扒爪或星輪 將截割破碎下來的煤巖集中裝載 轉運到掘進機后面的轉載機或其他運輸設備中 運出 工作面 3 行走機構 驅(qū)動掘進機前進 后退和轉彎并能在掘進作業(yè)時使機器向前推進 4 液壓系統(tǒng) 由液壓泵 液壓馬達 液壓缸 控制閥及輔助液壓元件等組成 用以提供壓力油 控制懸臂上下移動 驅(qū)動裝運機構中間輸送機 集料裝置及行走機構的驅(qū)動輪 并進行 液壓保護 5 電氣系統(tǒng) 向掘進機提供動力 驅(qū)動掘進機上的所有 同時也對照明 故障顯示 瓦斯報警等 6 噴霧降塵系統(tǒng) 為降低掘進機在作業(yè)中產(chǎn)生的粉塵而裝備的設施 有噴霧降塵系統(tǒng)兩種形式 噴霧 降塵系統(tǒng)由內(nèi) 外噴霧裝置組成 用以向工作面噴射水霧 達到降塵的目的 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 9 3 1 掘進機的選型 3 1 1 工作機構的型式選擇 部分斷面掘進機的工作機構有截鏈式 圓盤銑削式和懸臂截割式等 因懸臂截割式 掘進機機體靈活 體積較小 可截出各種形狀和斷面的巷道 并能實現(xiàn)選擇性截割 而 且截割效果好 掘進速度較高 所以 現(xiàn)在主要采用懸臂截割式 并已成為當前掘進機 工作機構的一種基本型式 按截割頭的布置方式 分為縱軸和橫軸式兩種 縱軸式截割 頭傳動方便 結構緊湊 能截出任意形狀的斷面 易于獲得較為平整的斷面 有利于采 用內(nèi)伸縮懸臂 可挖柱窩或水溝 截割頭的形狀有圓柱形 圓錐形和圓錐加圓柱形 由 于后兩種截割頭利于鉆進 并使截割表面較平整 故使用較多 缺點是由于縱軸式截割 頭在橫向擺動截割時的反作用力不通過機器中心 與懸臂形成的力矩使掘進機產(chǎn)生較大 的振動 故穩(wěn)定性較差 因此 在煤巷掘進時 需加大機身重量或裝設輔助支撐裝置 橫軸式截割頭分滾筒形 圓盤形 拋物線形和半球形幾種 這種掘進機截齒的截割方向 比較合理 破落煤巖較省力 排屑較方便 由于截深較小 截割與裝載情況較好 縱向 截割時 穩(wěn)定性較好 缺點是傳動裝置較復雜 在切入工作面時需左右擺動 不如縱軸 式工作機構使用方便 因為截割頭較長對掘進斷面形狀有限制 難以獲得較平整的側壁 這種掘進機多使用拋物線或半球形截割頭 由于工作機構的載荷變化范圍大 驅(qū)動功率 大 過堅硬巖石時短期過載運轉 有沖擊載荷 振動較大 要求其傳動裝置體積小 最 好能調(diào)速 考慮掘進機工作時 截割頭不僅要具有一定的轉矩和轉速以截割煤巖 而且 要能上下左右擺動 以掘出整個斷面 掘進機工作機構一般都采用單機驅(qū)動 雖然液壓 傳動具有體積小 調(diào)速方便等優(yōu)點 但由于對沖擊載荷很敏感 元件不能承受較大的短 時過載 一般選擇過載能力較大的電動機驅(qū)動 3 1 2 裝載機構的型式選擇 部分斷面掘進機的裝載機構有 4 種 1 單雙環(huán)形刮板鏈式 單環(huán)形是利用一組 環(huán)形刮板鏈直接將煤巖裝到機體后面的轉載機上 雙環(huán)形是由兩排并列 轉向相反的刮 板鏈組成 若刮板鏈能左右張開或收攏 就能調(diào)節(jié)裝載寬度 但結構復雜 環(huán)形刮板鏈 式裝載機構制造筒單 但由于單向裝載 在裝載邊易形成煤巖堆積 從而會造成卡鏈和 斷鏈 同時 由于刮板鏈易磨損 功率消耗大 使用效果較差 2 螺旋式 是橫軸式 掘進機上使用的一種裝載機構 它利用左右兩個截割頭上旋向相反的螺旋葉片將煤巖向 中間推入輸送機構 由于頭體形狀的缺點 這種機構目前使用很少 3 耙爪式 是利 用一對交替動作的耙爪來不斷地耙取物料并裝入轉載運輸機構 這種方式結構簡單 工 作可靠 外形尺寸小 裝載效果好 目前應用很普遍 但這種裝載機構寬度受限制 為 擴大裝載寬度 可使鏟板連同整個耙爪機構一起水平擺動 或設計成雙耙爪機構 以擴 大裝載范圍 4 星輪式 該種機構比耙爪式簡單 強度高 工作可靠 但裝大塊物料 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 10 的能力較差 通常 應選擇耙爪式裝載機構 但考慮裝載寬度問題 可選擇雙耙爪機構 也可設計成耙爪與星輪可互換的裝載機構 裝載機構可以采用電動機驅(qū)動 也可用液壓 馬達驅(qū)動 但考慮工作環(huán)境潮濕 有泥水 選用液壓馬達驅(qū)動為好 3 1 3 輸送機構的型式選擇 部分斷面掘進機多采用刮板鏈式輸送機構 輸送機構可采用聯(lián)合驅(qū)動方式 即將電 動機或液壓馬達和減速器布置在刮板輸送機靠近機身一側 在驅(qū)動裝載機構同時 間接 地以輸送機構機尾為主動軸帶動刮板輸送機構工作 這樣傳動系統(tǒng)中元件少 機構比較 簡單 但裝載與輸送機構二者運動相牽連 相互影響大 由于該位置空間較小布置較困 難 輸送機構采用獨立的驅(qū)動方式 即將電動機或液壓馬達布置在遠離機器的一端 通 過減速裝置驅(qū)動輸送機構 這種驅(qū)動方式的傳動系統(tǒng)布置簡單 和裝載機構的運動互不 影響 但由于傳動裝置和動力元件較多 故障點有所增加 目前 這兩種輸送機構均有 采用 設計時應酌情確定 一般常采用與裝載機構相同的驅(qū)動方式 3 1 4 轉載機構的型式選擇 該掘進機的轉載機構有兩種布置方式 1 作為機器的一部分 2 為機器的配套設備 目前 多采用膠帶輸送機 膠帶轉載機構傳動方式有 3 種 1 用液壓馬達直接或通過減速器驅(qū)動機尾主動卷筒 2 由電動卷筒驅(qū)動主動卷筒 3 利用電動機通過減速器驅(qū)動主動卷筒 為使卸載端作上下 左右擺動 一般將轉 載機構機尾安裝在掘進機尾部的回轉臺托架上 可用人力或液壓缸使其繞回轉臺中心擺 動 達到擺角要求 同時 通過升降液壓缸使其繞機尾鉸接中心作升降動作 以達到卸 載的調(diào)高范圍 轉載機構應采用單機驅(qū)動 可選用電動機或液壓馬達 3 1 5 行走機構的型式選擇 該種掘進機的行走機構有邁步式 導軌式和履帶式幾種 1 邁步式 該種行走機構是利用液壓邁步裝置來工作的 采用框架結構 使人員 能自由進出工作面 并可越過裝載機構到達機器的后面 使用支撐裝置可起到掩護頂板 臨時支護的作用 但由于向前推進時 支架反復交替地作用于頂板 掘進機對頂板的穩(wěn) 定性要求較高 局限性較大 所以這種行走機構主要用于巖巷掘進機 在煤巷 半煤巖 巷中也有應用 2 導軌式 將掘進機用導軌吊在巷道頂板上 躲開底板 達到?jīng)_擊破碎巖石的目 的 這就要求導軌具有較高的強度 這種行走機構主要用于沖擊式掘進機 3 履帶式 適用于底板不平或松軟的條件 不需修路鋪軌 具有牽引能力大 機 動性能好 工作可靠 調(diào)動靈活和對底板適應性好等優(yōu)點 但其結構復雜 零部件磨損 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 11 較嚴重 目前 部分斷面掘進機通常采用履帶式行走機構 由于其工作環(huán)境差 用電動 機驅(qū)動易受潮燒毀 最好選用液壓馬達驅(qū)動 3 1 6 除塵裝置的型式選擇 掘進機的除塵方式有噴霧式和抽出式兩種 1 噴霧式 用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴散 霧化 使粉塵附在霧狀水珠表 面沉降下來 達到滅塵效果 這種除塵方式有以下兩種 外噴霧降塵 是在工作機構 的懸臂上裝設噴嘴 向截割頭噴射壓力水 將截割頭包圍 這種方式結構簡單 工作可 靠 使用壽命長 由于噴嘴距粉塵源較遠 粉塵容易擴散 除塵效果較差 內(nèi)噴霧降 塵 噴嘴在截割頭上按螺旋線布置 壓力水對著截齒噴射 由于噴嘴距截齒近 除塵效 果好 耗水量少 沖淡瓦斯 冷卻截齒和撲滅火花的效果也較好 但噴嘴容易堵塞和損 壞 供水管路復雜 活動聯(lián)接處密封較困難 為提高除塵效果 一般采用內(nèi)外噴霧相結 合的辦法 并且和截割電機 液壓系統(tǒng)的冷卻要求結合起來考慮 將冷卻水由噴嘴噴出 降塵 2 抽出式 常用的吸塵裝置是集塵器 設計掘進機時 應根據(jù)掘進機的技術條件 來選集塵器 為提高除塵效果 可采用兩級凈化除塵 由于集塵器跟隨掘進機移動 風 機的噪音很大 應安裝消音裝置 抽出式除塵裝置滅塵效果好 但因設備增多 使工作 面空間減小 近年來 除塵設備有向抽出式和噴霧式聯(lián)合并用方向發(fā)展的趨勢 3 1 7 高壓水細射流輔助切割技術 對于全煤巷或很軟的巖巷 利用掘進機掘進 效率高 成本低 但對于巖巷掘進和 隧道掘進 一般其巖體 f 8 抗壓強度在 80 100MPa 以上 掘進機效率明顯降低 截 齒消耗量大增 導致生產(chǎn)成本顯著提高 這時 應考慮采用高壓水細射流輔助切割技術 該技術為利用 20MPa 以上 流量為 4L min 左右的壓力水 自孔徑為 0 4 1 0mm 的噴嘴射出 對截齒的機械破碎起輔助作用 掘進機截割頭上噴出的壓力水按壓力 高低分級 見附表所示 附表 輔助切割壓力水分級 MPa 項目 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 水壓 400 經(jīng)驗表明 對煤輔助切割作用的最低壓力約 40MPa 對巖石的最低水壓為 70MPa 左 右 在掘進機上安裝的高壓水細射流系統(tǒng)為 外來水經(jīng)過控制閥 濾水器進入增壓器 壓力增高后的高壓水進入懸臂端的旋轉密封 由截割頭上安裝的數(shù)個噴嘴噴射出去 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 12 增壓器由液壓油驅(qū)動 可提供 70MPa 以上的壓力水 旋轉密封裝置裝在截割頭轉軸 處 保證截割頭處的水壓和水量 噴嘴的直徑根據(jù)水壓和流量選取 在掘進機的截割頭上 噴嘴安裝位置有 3 種 裝設在截齒前方 優(yōu)點是截齒和齒 座為通常型 成本低 噴嘴安裝位置不受限制 可選用標準噴嘴 更換截齒或噴嘴互不 影響 便于維修 不存在巖?；貜棑p壞噴嘴問題 但噴嘴因水束流程遠 打擊巖石的力 較小 能耗高 水耗大 破巖效率不佳 安裝在截齒上靠近齒尖處 優(yōu)點是冷水通過 齒座和齒身對截齒的冷卻效果好 可延長截齒壽命 噴嘴靠近煤巖體 破巖效果好 除 塵和撲滅火的效果也很好 缺點是需用專用的截齒和齒座 其結構復雜 制造成本高 噴嘴離煤巖體近 回彈的巖粒會加速噴嘴的損壞 噴嘴裝在齒座上 當截齒與煤巖體 接觸才噴水的方式 齒不工作時不噴射 可節(jié)省水 除塵和撲滅火花的效果好 缺點是 在截割軟煤時不射流 水射流破巖作用滯后于齒尖的切割作用 齒和齒座結構復雜 制 造成本高 事故多 維修量大 應用高壓水細射流輔助切割技術 是擴大掘進機的使用 范圍 提高掘進速度的最佳途徑 但其系統(tǒng)形式 水壓和流量 及其零件的結構尺寸要 根據(jù)煤巖體性質(zhì)合理地確定 3 2 掘進機機械械液壓部他分設計 3 2 1 特點 主要用途及適用范圍 本次設計的機型為懸臂式半煤巖掘進機 適應巷道斷面 9 18m 坡度 16 可 經(jīng)濟切割單向抗壓強度 60MPa 的煤巖 屬中型懸臂式掘進機 該機主要特點是結構緊 湊 適應性好 機身矮 重心低 操作簡單 檢修方便 該懸臂式掘進機主要是為煤礦綜采及高檔普采工作面采準巷道掘進服務的機械設備 主要適用于煤及半煤巖巷的掘進 也適用于條件類似的其它礦山及工程巷道的掘進 該 機可經(jīng)濟切割單向抗壓強度 60MPa 的煤巖 可掘巷道最大寬度 定位時 5m 最大高 度 3 75m 可掘任意斷面形狀的巷道 適應巷道坡度 16 該機后配套轉載運輸設備 可采用橋式膠帶轉載機和可伸縮式帶式輸送機 實現(xiàn)連續(xù)運輸 以利于機器效能的發(fā)揮 3 2 2 主要結構和工作原理 掘進機主要由截割部 裝載部 刮板輸送機 行走部 機架和回轉臺 液壓系統(tǒng) 水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部分組成 參見圖 1 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 13 圖 1 整機系統(tǒng)圖 1 截割部 2 裝載部 3 刮板輸送機 4 機架和回轉臺 5 履帶行走部 6 油箱 7 操作臺 8 泵站 9 電控箱 10 護板 1 截割部 截割部又稱工作機構 結構如圖 2 所示 主要由截割電機 叉形架 二級行星減速 器 懸臂段 截割頭組成 圖 2 截割機構 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 14 1 截割頭 2 懸臂段 3 二級行星減速器 4 齒輪聯(lián)軸節(jié) 5 叉形架 6 截割電機 7 電機護板 截割部為二級行星齒輪傳動 行星減速器結構如圖 3 所示 由 120kW 的水冷電動 機輸入動力 經(jīng)齒輪聯(lián)軸節(jié)傳至二級行星減速器 經(jīng)懸臂段 將動力傳給截割頭 從而 達到破碎煤巖的目的 整個截割部通過一個叉形框架 兩個銷軸鉸接于回轉臺上 借助安裝于截割部和回 轉臺之間的兩個升降油缸 以及安裝于回轉臺與機架之間的兩個回轉油缸 來實現(xiàn)整個 截割部的升 降和回轉運動 由此截割出任意形狀的斷面 2 裝載部 裝載部結構如圖 4 所示 主要由鏟板及左右對稱的驅(qū)動裝置組成 通過低速大扭矩 液壓馬達直接驅(qū)動三爪轉盤向內(nèi)轉動 從而達到裝載煤巖的目的 裝載部安裝于機器的 前端 通過一對銷軸和鏟板左右升降油缸鉸接于主機架上 在鏟板油缸的作用下 鏟板 繞銷軸上 下擺動 可向上抬起 360mm 向下臥底 250mm 當機器截割煤巖時 應使鏟 板前端緊貼底板 以增加機器的截割穩(wěn)定性 3 刮板輸送機 刮板輸送機結構如圖 5 所示 主要由機前部 機后部 驅(qū)動裝置 邊雙鏈刮板 張 緊裝置和脫鏈器等 改向輪組裝在裝載部上 組成 刮板輸送機位于機器中部 前端與 主機架和鏟板鉸接 后部托在機架上 機架在該處設有可拆裝的墊塊 根據(jù)需要 刮板 輸送機后部可墊高 增加刮板輸送機的卸載高度 刮板輸送機采用低速大扭矩液壓馬達 直接驅(qū)動 刮板鏈條的張緊是通過在輸送機尾部的張緊油缸來實現(xiàn)的 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 15 圖 4 裝載部 鏟板體 2 刮板輸送機改向鏈輪組 3 三爪轉盤 4 驅(qū)動裝置 圖 5 刮板輸送機 1 機前部 2 機后部 3 邊雙鏈刮板 4 張緊裝置 5 驅(qū)動裝置 6 液壓馬達 4 行走部 掘進機行走機構的工作原理 液壓馬達依靠液壓泵送來的高壓油旋轉 與其聯(lián)接的 減速機構減速得到低轉速大扭矩 液壓馬達 減速機構和鏈輪做成一個整體 液壓馬達 的轉動帶動驅(qū)動輪 鏈輪 旋轉 鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合 從而實現(xiàn)掘進機 在履帶上爬行 同時導向輪起到導向作用 導向輪和張緊油缸一起作用對履帶的松緊進 行調(diào)節(jié) 支重輪起到對車身支撐作用 拖輪主要是支撐履帶 在設計和裝配過程中 必 須保證驅(qū)動輪 引導輪 支重輪 拖輪四輪一線 懸臂式巷道掘進機的行走機構 需要 滿足驅(qū)動機體前進 后退以及左右轉彎調(diào)動的工作要求 所以履帶式行走機構的左 右 履帶裝置都采用分別單獨驅(qū)動的傳動方式 掘進機行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的合 流與否來實現(xiàn)的 掘進機前進 后退時 左 右液壓馬達同時驅(qū)動鏈輪帶動履帶運轉 當掘進機要轉彎時 可以單獨驅(qū)動轉彎方向的另外一側液壓馬達 而使轉彎一側的液壓 馬達停止運轉 或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動左右液壓馬達的方法 使機體急轉彎 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 16 行走機構是掘進機非常重要的部件之一 行走性能的好壞關鍵在于其傳動系統(tǒng)的計 算和設計和履帶板的設計 行走機構一般采用履帶型式 兩條履帶分別由各自的動力來 驅(qū)動 可實現(xiàn)原地轉向 履帶的驅(qū)動動力有電動機和液壓馬達兩種 電動機驅(qū)動一般只 置一種行走速度 液壓馬達驅(qū)動可采用低速大扭矩馬達直接帶動履帶鏈輪 或采用中速 液壓馬達 減速器帶動履帶鏈輪的傳動方式 它可實現(xiàn)無極調(diào)速 履帶結構型式有滑動 和滾動兩種 當機器調(diào)動速度 10m min 的中 輕型掘進機 宜采用滑動結構型式 當 機器的調(diào)動速度 10m min 的重型 特重型掘進機 應采用滾動結構型式 本次設計的掘進機采用履帶式行走機構 左 右履帶行走機構對稱布置 分別驅(qū)動 各由 10 個高強度螺栓 M30 2 10 9 級 與機架相聯(lián) 左 右履帶行走機構各由液 壓馬達經(jīng)三級圓柱齒輪和二級行星齒輪傳動減速后 將動力傳給主動鏈輪 驅(qū)動履帶運 動 現(xiàn)以左行走機構為例 說明其結構組成及傳動系統(tǒng) 如圖 6 圖 7 所示 左行走機 構主要由導向張緊裝置 左履帶架 履帶鏈 左行走減速器 液壓馬達 摩擦片式制動 器等組成 摩擦片式制動器為彈簧常閉式 當機器行走時 泵站向行走液壓馬達供油的 同時 向摩擦片式制動器提供壓力油推動活塞 壓縮彈簧 使摩擦片式制動器解除制動 本機工作行走速度為 3m min 調(diào)動行走速度為 6m min 通過使用黃油槍向安裝 在導向張緊裝置油缸上的注油嘴注入油脂 來完成履帶鏈的張緊 油缸張緊行程 120mm 調(diào)整完畢后 裝入適量墊板及一塊鎖板 擰松注油嘴螺塞 泄除油缸內(nèi)壓力后 再擰緊該螺塞 使張緊油缸活塞不承受張緊力 5 機架和回轉臺 機架是整個機器的骨架 其結構如圖 8 所示 它承受著來自截割 行走和裝載的各 種載荷 機器中的各部件均用螺栓或銷軸與機架聯(lián)接 機架為組焊件 回轉臺主要用于 支承 聯(lián)接并實現(xiàn)切割機構的升降和回轉運動 結構如圖 8 所示 回轉臺座在機架上 通過大型回轉軸承用止口 36 個高強度螺栓與機架相聯(lián) 工作時 在回轉油缸的作用下 帶動切割機構水平擺動 截割機構的升降是通過回轉臺支座上左 右耳軸鉸接相連的兩 個升降油缸實現(xiàn)的 左 右后支撐腿是各通過后支撐油缸及銷軸分別與后機架連接 它的作用有四 1 切割時使用 以增加機器的穩(wěn)定性 2 窩機時使用 以便履帶下墊板自救 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 17 3 履帶鏈斷鏈及張緊時使用 以便操作 4 抬起機器后部 以增加臥底深度 圖 6 左履帶行走機構 1 導向張緊裝置 2 履帶架 3 履帶鏈 4 行走減速器 5 行走液壓馬達 6 摩擦片式制動器 圖 7 左行走減速器 圖 8 掘進機機架 1 回轉臺 2 前機架 3 后機架 4 后支撐腿 5 轉載機連接板 6 液壓系統(tǒng) 本機除截割頭的旋轉運動外 其余各部分均采用液壓傳動 系統(tǒng)主泵站由一臺 55kW 的電動機通過同步齒輪箱驅(qū)動一臺雙聯(lián)齒輪泵和一臺三聯(lián)齒輪泵 轉向相反 同 時分別向油缸回路 行走回路 裝載回路 輸送機回路 皮帶轉載機回路供壓力油 主 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 18 系統(tǒng)由五個獨立的開式系統(tǒng)組成 該機還設有液壓錨桿鉆機泵站 可同時為二臺錨桿鉆 機提供壓力油 另外系統(tǒng)還設置了文丘里管補油系統(tǒng)為油箱補油 避免了補油時對油箱 的污染 液壓系統(tǒng)原理如圖 9 所示 圖 9 液壓系統(tǒng)原理圖 1 油缸回路 油缸回路采用雙聯(lián)齒輪泵的后泵 40 泵 通過四聯(lián)多路換向閥分別向 4 組油缸 截 割升降 回轉 鏟板升降 支撐油缸 供壓力油 油缸回路工作壓力由四聯(lián)多路換向閥 閥體內(nèi)自帶的溢流閥調(diào)定 調(diào)定的工作壓力為 6MPa 截割機構升降 鏟板升降和后支撐 各兩個油缸 它們各自兩活塞腔并接 兩活塞桿腔并接 而截割機構兩個回轉油缸為一 個油缸的活塞腔與另一油缸的活塞桿腔并接 為使截割頭 支撐油缸能在任何位置上鎖定 不致因換向閥及管路的漏損而改變其 位置 或因油管破裂造成事故 以及防止截割頭 鏟板下降過速 使其下降平穩(wěn) 故在 各回路中裝有平衡閥 2 行走回路 行走回路由雙聯(lián)齒輪泵的前泵 63 泵 向兩個液壓馬達供油 驅(qū)動機器行走 行走 速度為 3m min 當裝載轉盤不運轉時 供裝載回路的 50 泵自動并入行走回路 此時的 兩個齒輪泵 63 泵和 50 泵 同時向行走馬達供油 實現(xiàn)快速行走 其行走速度為 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 19 6m min 系統(tǒng)工作壓力為 16MPa 回路工作壓力由裝在兩聯(lián)多路換向閥閥體內(nèi)的溢流 閥調(diào)定 注意 根據(jù)該機器液壓系統(tǒng)的特點 行走回路的工作壓力調(diào)定時 必須先將裝 載轉盤開動 快速行走時 由于并入了裝載回路的 50 泵 其系統(tǒng)工作壓力為 4Mpa 通過操作多路換向閥手柄來控制行走馬達的正 反轉 實現(xiàn)機器的前進 后退和轉 彎 注意 機器要轉彎時 最好同時操作兩片換向閥 即使一片閥的手柄處于前進位置 另一片閥手柄處于后退位置 除非特殊情況 盡量不要操作一片換向閥來實現(xiàn)機器轉 彎 防滑制動是用行走減速器上的摩擦制動器來實現(xiàn) 制動器的開啟由液壓控制 其開 啟壓力為 3MPa 制動油缸的油壓力由多路換向閥控制 行走回路不工作時 制動器處 于閉鎖狀態(tài) 3 裝載回路 裝載回路由三聯(lián)齒輪泵的前泵 50 泵 通過一個齒輪分流器分別向 2 個液壓馬達供 油 用一個手動換向閥控制馬達的正 反轉 該系統(tǒng)的工作壓力為 14Mpa 通過調(diào)節(jié) 換向閥體上的溢流閥來實現(xiàn) 齒輪分流器內(nèi)的兩個溢流閥的調(diào)定壓力均為 16MPa 該閥的壓力是通過專用的液壓 實驗臺調(diào)定的 注意 該溢流閥的調(diào)定壓力在機器出廠時已經(jīng)調(diào)節(jié)好 在機器使用過程 中不允許調(diào)節(jié)壓力 4 輸送機回路 輸送機回路由三聯(lián)齒輪泵的中泵 50 泵 向一個 或兩個 液壓馬達供油 用一個 手動換向閥控制馬達的正 反轉 系統(tǒng)工作壓力為 14MPa 通過調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流 閥來實現(xiàn) 5 轉載機回路 轉載機回路由三聯(lián)齒輪泵的后泵 40 泵 向轉載馬達供油 通過一手動換向閥控制 馬達的正反轉 系統(tǒng)工作壓力為 10MPa 通過調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來實現(xiàn) 6 錨桿鉆機回路 錨桿鉆機回路由一臺 15kW 電機驅(qū)動一臺雙聯(lián)齒輪泵 通過二個手動換向閥可同 時向兩臺液壓錨桿鉆機供油 系統(tǒng)工作壓力為 10MPa 通過調(diào)節(jié)換向閥體上的溢流閥來 實現(xiàn) 7 油箱補油回路 油箱補油回路由兩個截止閥 文丘里管和接頭等輔助元件組成 為油箱加補液壓油 如圖 10 所示 補油系統(tǒng)并接在錨桿鉆機回路的回油管路上 若掘進機不為錨桿鉆機 提供油源 則補油系統(tǒng)并接在運輸回路或轉載機回路的回油管路上 當需要向油箱補油 時 截止閥 關閉 截止閥 開啟 油液經(jīng)過文丘里管時 在 A 口產(chǎn)生負壓 通過插入 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 20 油筒 5 內(nèi)的吸油管吸入 將油補入油箱 在補油系統(tǒng)不工作時 務必將截止閥 關閉 截止閥 開啟 圖 10 補油回路原理圖 1 換向閥 2 截止閥 3 截止閥 4 文丘里管 5 裝油容器 6 油箱 7 錨桿電機 8 雙聯(lián)齒輪泵 8 幾種主要液壓元件的選型設計 吸油過濾器 為了保護油泵及其它液壓元件 避免吸入污染雜質(zhì) 有效地控制液壓系統(tǒng)污染 提 高液壓系統(tǒng)的清潔度 在油泵的吸油口處設置了兩個吸油過濾器 該過濾器為精過濾 當更換 清潔濾芯或維修系統(tǒng)時 只需旋開濾油器端蓋 清洗蓋 抽出濾芯 此時自封 閥就會自動關閉 隔絕油箱油路 使油箱內(nèi)油液不會向外流出 這樣使清洗 更換濾芯 及維修系統(tǒng)變得非常方便 另外 當濾芯被污染物堵塞時 設在濾芯上部的油路旁通閥 就自動開啟 以避免油泵出現(xiàn)吸空等故障 提高液壓系統(tǒng)的可靠性 回油過濾器 為了使流回油箱的油液保持清潔 在液壓系統(tǒng)中設置了兩個回油過濾器 該過濾器 為粗過濾 位于油箱的上部 當濾芯被污染物堵塞或系統(tǒng)液溫過低 流量脈動等因素造 成進出油口壓差為 0 35MPa 時 壓差發(fā)訊裝置便彈出 發(fā)出訊號 此時應及時更換濾 芯或提高油液溫度 更換濾芯時 只需旋開濾油器濾蓋 清洗蓋 即可更換濾芯或向油 箱加油 若未能及時停機更換濾芯時 則設在濾芯下部的旁通閥就會自動開啟工作 旁 通閥開啟壓力為 0 4MPa 以保護系統(tǒng) 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 21 四聯(lián)手動換向閥 四聯(lián)手動換向閥 主要由進油閥 多路換向閥 回油閥三部分組成 進油閥有壓力 油口 P 和回油口 O 在 P 和 O 之間裝有閥組總溢流閥 換向閥部分是由閥體和滑閥 組成 滑閥的機能均為 Y 型 閥體為并聯(lián)型 因此 既可以分別操作又可以同時操作 當同時操作時工作速度減慢 當滑閥處于中位時 油泵通過閥組卸荷 為了防止工作腔 的壓力油向 P 腔倒流 設置了單向閥 油缸本次設計中機器有四組油缸 共八根 截割 機構升降油缸 回轉油缸 鏟板升降油缸和后支撐油缸各兩根 結構形式均相同 其中 鏟板升降油缸和后支撐油缸通用 油箱 本液壓系統(tǒng)采用封閉式油箱 見圖 11 采用 N68 號抗磨液壓油 油箱采用二級過 濾 設置了兩個吸油過濾器和兩個回油過濾器 有效地控制了油液的污染 并采用文丘 里管補油 進一步降低了油液的污染 油箱上還配有液位液溫計 當液位低于工作油位 或油溫超過規(guī)定值 70 時 應停機加油或降溫 油箱冷卻器采用了熱交換量較大的 板翅式散熱器 總熱交換量 40000kcal h 以保障系統(tǒng)正常油溫和粘度的要求 圖 11 油箱 1 吸油過濾器 2 冷卻器 3 油箱體 4 液位液溫計 5 回油過濾器 六點壓力表 按操縱臺標牌表明的位置接好油管 旋轉壓力表表盤 其指針所指的位置即為標牌 表明的回路的工作壓力 內(nèi) 外噴霧冷卻除塵系統(tǒng) 本系統(tǒng)主要用于滅塵 冷卻掘進機切割電機及油箱 提高工作面能見度 改善工作 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 22 環(huán)境 內(nèi) 外噴霧冷卻除塵系統(tǒng)如圖 12 所示 水從井下輸水管通過過濾器粗過濾后進入總進液球閥 一路經(jīng)減壓閥減壓至 1 5MPa 后 冷卻油箱和切割電機 再引至前面霧狀噴嘴架處噴出 另一路不經(jīng)減壓閥 的高壓水 引至懸臂段上的內(nèi)噴霧系統(tǒng)的霧狀噴嘴噴出 當沒有內(nèi)噴霧時 此路水引至 叉形架前方左右兩邊的加強型外噴霧處的線型噴嘴噴出 內(nèi)噴霧配水裝置安裝在懸臂段內(nèi) 8 個線型噴嘴分別安裝在截割頭的齒座之間 外 噴霧噴霧架固定在懸臂筒法蘭上 安裝有 10 個霧狀噴嘴 加強型外噴霧的噴霧架固 定在叉形架前端 安裝有 8 個線型噴嘴 圖 12 水系統(tǒng)原理圖 1 Y 型過濾器 2 球閥 3 減壓器 4 耐震壓力表 5 油箱冷卻器 6 球閥 7 霧狀噴嘴 8 線型噴嘴圖 潤滑 正確的潤滑可以防止磨損 防止生銹和減少發(fā)熱 如經(jīng)常檢查機器的潤滑狀況 就 可以在機器發(fā)生故障之前發(fā)現(xiàn)一些問題 比如 水晶狀的油表示可能有水 乳狀或泡沫 狀的油表示有空氣 黑色的油脂意味著可能已經(jīng)開始氧化或出現(xiàn)污染 潤滑周期因使用 條件的差異而有所不同 始終要使用推薦的潤滑油來進行潤滑 并且在規(guī)定的時間間隔 內(nèi)進行檢查和更換 否則 就無法給機器以保障 因而導致過度磨損以及非正常停機檢 修 潤滑油的更換 在最初開始運轉的三百小時左右 應更換潤滑油 由于在此時間內(nèi) 齒輪及軸承完 成了跑合 隨之產(chǎn)生了少量的磨損 初始換油后 相隔 1500 小時或者 6 個月內(nèi)必須更換 一次 當更換新潤滑油時 清洗掉齒輪箱體底部附著的沉淀物后再加入新油 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 23 3 3 電氣部分 3 3 1 系統(tǒng)的組成 電氣系統(tǒng)由前級饋電開關 KXJ250 1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進機用電控箱 CZD24 8 型礦用隔爆型掘進機電控箱用操作箱 XEFB 127 36 150 隔爆型蜂鳴器 DGY35 48 36 B B 礦用隔爆型機車照明燈 BZA1 5 127 2 型礦用隔爆型控制按 鈕 KDD2000 型瓦斯斷電儀以及驅(qū)動掘進機各工作機構的防爆電動機和連接電纜組成 電氣設備明細表見表 1 1 驅(qū)動掘進機各工作機構電動機特征列于表 1 2 本次設計的掘 進機電控設備為 KXJ250 1140EB 型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進機用電控箱 以下簡稱電控箱 CZD24 8 型礦用隔爆型掘進機電控箱用操作箱 以下簡稱操作箱 符合我國的煤礦安 全規(guī)程 防爆規(guī)程和有關規(guī)程 標準的規(guī)定 適用于具有爆炸性危險氣體 甲烷 和煤 塵的礦井中 控制掘進機切割電機 油泵電機 備用電機及錨桿電機的運轉 并對電機 及有關線路進行保護 3 3 2 系統(tǒng)的結構 電控箱隔爆外殼由主腔和接線腔兩個獨立的隔爆部分組成 主腔面板裝有隔離開關 操作手把 手把有通 斷兩個位置 急停按鈕 SB1 電壓表視窗和顯示器視窗 主腔 中門板裝有控制器 繼電器 顯示器 電壓表 主腔后壁裝有各回路接觸器 阻容吸收 器 互感器 主腔頂板裝有熔斷器 右底板裝有主變壓器 隔離變壓器和電源部分的熔 斷器等 左底板裝有保護器 JB 和五個接頭座 主腔和接線腔之間的連接板上裝有九 星盤和接線端子 電控箱門與箱體為螺栓緊固 并設有回轉鉸鏈 電控箱箱體通過減震 器和主機連接 操作箱為礦用隔爆型 操作箱分為二個通過接線端子相互連接的獨立腔 體 上邊為進出線腔 下邊為主腔 進出線腔內(nèi)設有接線端子和內(nèi)接地端子 主腔門上 裝有轉換開關 控制按表 1 1 表 1 1 電氣設備明細表 序號 名 稱 數(shù)量 型 號 生 產(chǎn) 廠 家 1 電控箱 1 KXJ250 1140EB 煤科院太原分院 2 操作箱 1 CZD24 8 煤科院太原分院 3 隔爆型蜂鳴器 1 XEFB 127 36 150 天津煤礦專用設備廠 4 礦用隔爆型控制 按鈕 1 BZA1 5 127 2 佳木斯煤機廠 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 24 5 礦用隔爆型機車 照明燈 3 DGY35 48 36 B B 沈陽第三防爆燈廠 6 瓦斯斷電儀 1 KDD2000 淄博 7 切割電機 1 YBUS3 120 撫順煤礦電機廠 8 油泵電機 1 YB250M 4 撫順煤礦電機廠 9 錨桿電機 1 YB160L 4 南陽防爆集團有限公司 10 備用電機 1 選用 選用 表 1 2 電動機技術特征表 機構名 稱電機特征 切割電機 油泵電機 錨桿電機 備用電機 型 號 YBUS2 120 YB250M 4 YB160L 4 選用 額定功率 kW 120 55 15 7 5kW 11kW 額定電壓 V 660 1140 660 1140 660 1140 660 1140 額定電流 A 133 77 59 0 34 1 17 4 10 1 功率因素 0 85 0 86 效率 92 98 電控箱的主要技術參數(shù) 額定電壓 V 主回路 AC 1140 660 控制回路 AC 220 36 DC 24 額定電流 A 250 額定頻率 Hz 50 主回路數(shù) 4 660 1140V 電壓下各回路的額定電流大小為 切割回路 130 75A 油泵回路 59 0 34 1A 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 25 錨桿回路 17 4 10 1A 備用回路 4 5 7 7A 7 5kW 6 6 11 3A 11kW 機載功率 kW 190 注 a 1140 660 表明該電氣系統(tǒng)為雙電壓供電系統(tǒng) 既可以用在 1140V 也可以 用在 660V 電壓等級下 但兩種電壓換用時需要重新整定電控系統(tǒng) b 7 5kW 11kW 表明該電氣系統(tǒng)所配備用電機可以為雙功率 既可以是 7 5kW 也可以是 11kW 但兩種功率電機換用時需要整定電控系統(tǒng) c 機載功率 190kW 表明該機裝設的電機總功率 d 配裝備用電機應與電控箱電壓和功率相符 并選用防爆電機 3 3 3 工作原理 電氣系統(tǒng)在原理上可以分為四個部分 主回路部分 電源部分 保護單元和控制部 分 1 主回路部分 主回路部分明確了系統(tǒng)的主體結構 我們采用了隔離開關作為電控箱主回路電源的 開關 在主回路中設有兩組熔斷器 用于短路保護 別為 切割電機回路 FU1 FU3 400A 油泵電機及其它回路 FU4 FU6 250A 在控制上 切割回路和油泵回路均采 用了真空接觸器 并加裝了阻容吸收裝置 用于吸收真空接觸器斷開時電動機產(chǎn)生的高 壓 在備用回路和錨桿泵站回路采用了空氣接觸器 由于它的功率較低 以上四個回路 中設有檢測主回路電流的電流互感器 TA1 TA9 備用和錨桿回路公用互感器 來完成 保護電路的信號采集 每回路三個 在附錄圖 1 中主回路原理圖中明確的指明了接觸器 線圈和自保接點的線號及控制繼電器的接點 另外 如果采用本機 SA1 對其前級開關進行遠程控制 那么在電控箱上的急停按鈕 SB1 和操作箱上的急停按鈕 SB2 都可以停止前級饋電開關 實現(xiàn)電源的遠程控制 SB3 只能夠停本機操作 2 電源部分 電源部分是有一臺主變壓器 一臺隔離變壓器和控制熔斷器 FU7 FU13 組成 主變 壓器有五個電壓范圍的輸入抽頭 660V 726V 1050V 1140V 1250V 當井下電壓不 穩(wěn)定時 可以隨著電壓的變化來調(diào)整變壓器的抽頭 來保證輸出電壓的穩(wěn)定 進而保證 控制回路的可靠性 隔離變壓器 21 號線和 22 號線 為保護設備 JB 和控制單元提供 180V 電源 由 SB1 來控制 36V 6 號線和 7 號線 為照明燈 蜂鳴器和瓦斯斷電儀提 供電源 220V 17 號線和 18 號線 為接觸器線圈提供電源 繼電器的線圈電源由保護器 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 26 JB 內(nèi)部模塊 27 號線和 28 號線 供 24V 直流電源 熔斷器 FU7 FU13 的位置見附錄圖 2 所示 3 控制單元 控制單元由四部分組成 主要控制部件為西門子 PLC CPU226 另外 包括三擴展單 元 在附錄圖 3 主控單元中 可以很明確的顯示出系統(tǒng)的啟動和停止的控制接點 各保 護接點的輸入接點以及相應的輸出接點 同時也表示出了顯示器 TD200 和控制器的接 口 由于輸入為模擬信號 所以又增添了模擬量擴展模塊 3 個模塊 其接線情況如附 錄圖 4 所示 TD200 為兩行中文液晶顯示器 可以顯示整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)和故障情況 如果在多項故障同時出現(xiàn)的情況下 顯示器的右下角出現(xiàn)閃動的光標提示 本系統(tǒng)采用 PLC 作為主控元件 從而在軟件上實現(xiàn)了各機構電機的邏輯控制和保護 中斷功能 4 保護單元 保護單元由綜合保護器 JB 組成 各機構電動機的漏電閉鎖 36V 漏電以及切割電機 的過熱保護由 JB 來實現(xiàn) 同時 JB 還提供互感器的電源 保護單元通過對主回路和控制 回路的運行狀態(tài)進行信號的采集 經(jīng)過電子電路的處理 將系統(tǒng)的狀態(tài)反映到控制單元 達到實時監(jiān)控系統(tǒng)并及時故障中斷系統(tǒng)運行 保護單元主要為保護設備和工作人員的人 身安全而設置 保護單元接線情況如附錄圖 5 所示 保護器正常時 PLC 相對應的輸入 點燈亮 保護動作時 TD200 顯示其動作情況 相對應的 PLC 輸入點燈滅 3 4 本掘進機主要特點 1 調(diào)動性能好 可以連續(xù)向工作面推進 推進方向容易調(diào)整 并且調(diào)動方便 2 履帶與底板之間粘著系數(shù)大 能獲得較大推力 3 履帶接地面積大 接地比壓力小 對不平底板和跨越障礙的通過性也較好 4 具有較大的爬坡能力 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 27 4 掘進機行走部總體結構設計 行走機構為履帶式 分左右兩部分對稱布置 與主機架相連 由于結構相同 這里 只對左行走機構加以說明 行走機構主要由馬達 減速箱 主動鏈輪 從動鏈輪 也稱導輪 履帶架 履帶鏈 履帶張緊機構 4 1 馬達選型 選擇內(nèi)曲線擺線馬達 型號為 NJM G0 7 1 其中 0 7 為壓力級 1 為設計序號 主要參數(shù)如下 排量 額定壓力 最高壓力 額定轉速 0 7ml r 25MPa 31 5MPa 150r min 額定轉矩 最高轉矩 功率 質(zhì)量 2500N m 3150N m 36KW 85kg 4 2 主動鏈輪的設計 4 2 1 安裝 主動鏈輪滑裝在軸套上 軸套與減速器的輸出軸之間用 漸開線花鍵連接 軸套與 30 鏈輪之間用安全銷連接 當履帶牽引力超過一定值時 安全銷斷開 鏈輪與軸套相對滑 動 可以防止由于過載而造成的打壞減速器的輪齒或燒毀馬達的事故 不裝安全銷時 鏈輪與傳動系統(tǒng)脫開 能在軸套上相對轉動 這樣可以實現(xiàn)用外力快速地調(diào)動掘進機 4 2 2 設計計算尺寸 鏈輪分度圓直徑 440mm 齒數(shù) 20 z 由公式 可得 節(jié)距 P zpd18sinmp136 齒頂圓直徑范圍計算 11max 3625 4025 ddpd 1in 36 0 6 dz 根圓直徑 取 所以 01 maf9 齒寬 bd7 4395 1 初定中心距 取鏈為 16 節(jié) 216 中心距采用張緊油缸可調(diào) 故實際中心距取 2200mm 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 28 4 2 3 張緊機構選擇 由于履帶行走時 引導輪和驅(qū)動鏈輪不在同一平面 所以行走時引導輪的有效接觸 齒數(shù)減少 傳動效率下降 故要通過調(diào)整中心距的方法來實現(xiàn)履帶的張緊 本次設計中采用張緊油缸推動引導輪實現(xiàn)履帶的張緊 活塞行程為 80 額定工作壓 力 12MPa 最大工作壓力 18MPa 緩沖裝置采用碟形彈簧 裝配完畢后在油腔里面注滿鋰基潤滑脂 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2010 屆畢業(yè)設計 29 5 掘進機行走部減速器傳動機構設計 5 1 傳動方案的擬定 根據(jù)工作機的要求 傳動裝置將原動機的動力和運動傳遞給工作機 實際表明 傳 動裝置設計得合理與否 對整部裝置的性能 成本以及整體尺寸都有很大影響 因此 合理地設計傳動裝置是整部機器設計工作中的重要環(huán)節(jié) 即合理地擬定傳動方案又是保 證傳動裝置設計質(zhì)量的基礎 本次設計使用四級別減速器 其中后兩級別為二級行星減速減速器 此減速器的優(yōu) 點 傳動比較大 適用于載荷較平穩(wěn)的場合 要求軸具有較大的剛度 行星傳動是通過 幾個行星輪傳遞動力的 為了補償制造及裝配誤差的影響 使各行星輪均勻地分擔載荷 在傳動中采用載荷均衡機構 高速級采用行星架浮動 低速級采用太陽輪浮動 這是兩 級行星減速器中最常用的應用最廣泛的一種 高速級和低速級行星輪組件全部采用雙壁 整體式 行星架材料為 ZG340 640 正火 兩級之間力矩的傳動是通過 漸開線花鍵聯(lián) 30 接的 傳動比的分配 本次行走部設計中為二級圓柱齒輪傳動和二機行星減速 履帶行走速度 由 Dvn 式中 驅(qū)動鏈輪的直徑 可得 Dmin 34 rn 傳動比分配結果為 71 i2i686 34 5 2 傳動裝置運動參數(shù)的計算 從減速器的高速軸開始各軸命名為 軸 軸 軸 軸 1 各軸轉