基于模塊化系列化的掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)

摘 要：模塊化、系列化設(shè)計(jì)的掘進(jìn)機(jī)可以提升掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)性、擴(kuò)大它的使用的范圍，能夠發(fā)揮機(jī)器的有效作用，可滿(mǎn)足操作者更多要求，這是一個(gè)非常實(shí)用的課題。此文根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)和系列化設(shè)計(jì)原則，研究了部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法，所得結(jié)論對(duì)于新型掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)、性能的改善、工作效率的提高都具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī);適應(yīng)性;模塊化設(shè)計(jì);系列化設(shè)計(jì)

1 掘進(jìn)機(jī)的簡(jiǎn)單介紹

掘進(jìn)機(jī)是一種被廣泛用于礦井掘進(jìn)、地鐵、隧道以及橋梁等工程中對(duì)石頭、土、煤炭等物質(zhì)能切割、轉(zhuǎn)載運(yùn)輸、噴霧滅塵、截割、調(diào)動(dòng)行走和裝載的聯(lián)合機(jī)組，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展有著不可或缺的作用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有日益重大的比例。然而，因?yàn)槲覈?guó)現(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)在使用范圍上都有一定的限制，導(dǎo)致了較低的工作效率而不能完全滿(mǎn)足各個(gè)客戶(hù)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的各種需求，所以，為了提高掘進(jìn)的對(duì)環(huán)境的普適性而對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行系列化和模塊化的設(shè)計(jì)就顯得非常有必要。本文通過(guò)對(duì)系列化和模塊化設(shè)計(jì)的方法理論描述，對(duì)掘進(jìn)機(jī)主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探究，并對(duì)現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

2 懸臂構(gòu)件的設(shè)計(jì)

懸臂構(gòu)件是決定掘進(jìn)機(jī)的截割能力、運(yùn)行速度和結(jié)構(gòu)從而直接影響整個(gè)掘進(jìn)機(jī)工作穩(wěn)定性、效率以及能力的起到關(guān)鍵作用的工作裝置。橫軸式和縱軸式這兩種各有特點(diǎn)的工作構(gòu)件一般出現(xiàn)在一些斷面掘進(jìn)機(jī)中。而根據(jù)實(shí)踐中生產(chǎn)的要求，我們應(yīng)該設(shè)計(jì)出一種能在橫軸和縱軸兩種模式間按需自由切換構(gòu)件來(lái)供用戶(hù)在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，此外，為了能在不改變整個(gè)掘進(jìn)機(jī)外形尺寸的前提下使得該構(gòu)件可以直接與掘進(jìn)機(jī)機(jī)身進(jìn)行連接，該構(gòu)件應(yīng)當(dāng)與之前傳統(tǒng)的懸臂構(gòu)件具有相同的尺寸和連接方式。更進(jìn)一步，還應(yīng)研制出相應(yīng)不同種類(lèi)可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境地質(zhì)特點(diǎn)（如煤、石頭或土等）來(lái)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整或調(diào)換從而實(shí)現(xiàn)有效截割的截割鉆頭以及不同的破碎刀具（如刀型截齒或鎬型截齒等）和不同形狀的截割頭或刀具，供各種用戶(hù)方便使用。

為了能讓掘進(jìn)機(jī)的截割速度可以隨被截割對(duì)象的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，使其隨截割對(duì)象硬度的減小而增加，來(lái)獲得更小的扭矩，目前大部分掘進(jìn)機(jī)采用在減速機(jī)中加變速機(jī)構(gòu)或采用雙速電機(jī)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在我國(guó)，現(xiàn)階段采用的變極調(diào)速電機(jī)之所以在變速后沒(méi)能使其截割力矩產(chǎn)生較大改變的一個(gè)原因是其變速后的功率也隨之改變。要在目前大部分掘進(jìn)機(jī)是采用雙速電機(jī)的前提下解決這個(gè)問(wèn)題只能在用戶(hù)選用時(shí)在連接減速器與截割電機(jī)之間再加上一個(gè)適合的變速器;在不選用的時(shí)候保留其原結(jié)構(gòu)。

同理，截割頭的伸縮速度也應(yīng)能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的地質(zhì)特點(diǎn)而進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的工作時(shí)間的正面影響。為了加快截割頭行走時(shí)不鉆進(jìn)或者鉆進(jìn)時(shí)機(jī)器卡住時(shí)處理的速度，參照現(xiàn)階段掘進(jìn)機(jī)實(shí)際性能，可通過(guò)在鉆進(jìn)時(shí)將泵進(jìn)行走馬達(dá)的液壓油泵進(jìn)油缸來(lái)進(jìn)行解決。另外，懸臂構(gòu)件的擺動(dòng)速度受被截割對(duì)象的影響和限制而直接影響掘進(jìn)機(jī)的工作效率，再加上大多數(shù)掘進(jìn)機(jī)懸臂構(gòu)件的擺動(dòng)速度是無(wú)法進(jìn)行調(diào)控的，因此，為了更好地適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的地質(zhì)特點(diǎn)使掘進(jìn)機(jī)能夠隨著實(shí)際生產(chǎn)中阻力的變化實(shí)時(shí)調(diào)整懸臂構(gòu)件的擺動(dòng)速度來(lái)最大限度地提升機(jī)器的效率從而保證掘進(jìn)機(jī)工作的穩(wěn)定性和效率，我們可以考慮加裝恒定功率調(diào)速系統(tǒng)。

3 裝載構(gòu)件的設(shè)計(jì)

一般而言裝載機(jī)構(gòu)可分為鏟板和裝載部件這兩大部分。但實(shí)際中大部分掘進(jìn)機(jī)因?yàn)閮H僅有一種樣式裝載機(jī)構(gòu)從而造成了操作上的不便。就這點(diǎn)而言，掘進(jìn)機(jī)的裝載部件有單環(huán)形刮板鏈?zhǔn)?、星輪式、雙環(huán)形刮板鏈?zhǔn)胶桶易κ?。為提高性能，我們可以將掘進(jìn)機(jī)的裝載部分組裝成既能安裝星輪，又能換裝耙爪的形式。通常采用組裝形式的耙爪既能直接作為單耙爪使用又能通過(guò)另外附加一個(gè)耙爪來(lái)構(gòu)成雙耙爪的形式來(lái)提高性能。

鏟板是用以鏟取或承接物料的裝置，它的結(jié)構(gòu)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的裝載性能有著極強(qiáng)的影響。為滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中的不同需求，產(chǎn)生了光滑的鏟板、具有各種不同前緣的鏟板以及中間有棱的鏟板，這些適用于不同生產(chǎn)環(huán)境的鏟板還可依實(shí)際情況進(jìn)行更換。此外，為了與單、雙耙爪進(jìn)行配合，還產(chǎn)生了分主、副的組合式鏟板。選用單耙爪時(shí)，只用主鏟板;選用雙耙爪時(shí)，可通過(guò)在主鏟板兩側(cè)加裝兩個(gè)副鏟板來(lái)滿(mǎn)足裝載要求。但要注意其拆裝要簡(jiǎn)便且連接必須非常可靠。

4 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于行走機(jī)構(gòu)不但使掘進(jìn)機(jī)能進(jìn)行移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等作業(yè)，而且擔(dān)負(fù)著掘進(jìn)機(jī)的所有載荷，所以設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)多方面進(jìn)行考慮。履帶決定著機(jī)器的行走速度，是掘進(jìn)機(jī)與地面直接接觸的地方，因而為了更好地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，我們首先應(yīng)當(dāng)依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)活動(dòng)中掘進(jìn)機(jī)所處底面的承壓能力的不同以及掘進(jìn)機(jī)速度的不同來(lái)設(shè)計(jì)有不同寬度但又具有相同的連接尺寸的履帶板。在此之上，還可設(shè)計(jì)有不同表面形狀的履帶板來(lái)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)可通過(guò)路面的多樣性從而適應(yīng)各種現(xiàn)場(chǎng)條件的愿望。

行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力通常由電動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)來(lái)提供。電動(dòng)機(jī)一般用于干燥環(huán)境下掘進(jìn)機(jī)的驅(qū)動(dòng);液壓馬達(dá)則可在有積水或潮濕的環(huán)境中為掘進(jìn)機(jī)提供動(dòng)力。為了提高機(jī)器的普適性，我們可以考慮在掘進(jìn)機(jī)上同時(shí)安裝上兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從而通過(guò)實(shí)現(xiàn)電、液可互換的方式來(lái)滿(mǎn)足不同的生產(chǎn)環(huán)境中的需求——需要電力驅(qū)動(dòng)，則啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出;在電動(dòng)機(jī)不適合的環(huán)境中，動(dòng)力可由液壓電動(dòng)機(jī)提供。但要保證兩者的互換性，即更換動(dòng)力來(lái)源后掘進(jìn)機(jī)的行進(jìn)速度不會(huì)發(fā)生太大改變，因此還需要合理地設(shè)計(jì)相應(yīng)的減速器。掘進(jìn)機(jī)不同于其他行走車(chē)輛的一點(diǎn)是掘進(jìn)機(jī)的行走速度不需要大的調(diào)整，只需調(diào)整調(diào)動(dòng)時(shí)的行走速度和工作時(shí)的推進(jìn)速度，這一需求對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)的行走方式，在調(diào)動(dòng)時(shí)，截割頭不鉆入，把液壓油提供給行走馬達(dá)，就能實(shí)現(xiàn)快速行走，一般情況下液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)掘進(jìn)機(jī)各功能部分不足的分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，通過(guò)使每種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)具有適用于更多種的生產(chǎn)條件并在其中發(fā)揮出更為強(qiáng)大的作用，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的系列化與模塊化，給廣大用戶(hù)帶來(lái)方便，給使用單位更大的選擇空間。除了上述各項(xiàng)改進(jìn)以外，還應(yīng)進(jìn)一步研制能很好組合的可安裝輔助裝置的掘進(jìn)機(jī)組或掘支綜合機(jī)組以及掘錨聯(lián)合機(jī)組等。

參考文獻(xiàn)：

[1]李曉豁.部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的方案設(shè)計(jì)及選型[J].建井技術(shù)，1998（3）.

[2]李曉豁.掘進(jìn)機(jī)截割頭設(shè)計(jì)與研究[M].北京：中國(guó)華僑出版社，1997.

[3]劉鵬虎.部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)截割頭的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].黑龍江礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（10）.

[4]隗金文.縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭形體尺寸的研究[J].煤礦機(jī)械，1992（5）.