基于模塊化、系列化的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)探究

田遠(yuǎn)巍

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

基于模塊化、系列化的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)探究

田遠(yuǎn)巍

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

摘要：現(xiàn)如今掘進(jìn)機(jī)被廣泛應(yīng)用在橋涵、隧道、地鐵、礦井巷道等掘進(jìn)工程之中，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)之中發(fā)揮著重大的作用。雖然近些年來(lái)不斷地出現(xiàn)各種型號(hào)的新型掘進(jìn)機(jī)，但是其使用范圍都存在很大的限制，無(wú)法滿足不同用戶對(duì)掘進(jìn)機(jī)的各種實(shí)際要求。因此，對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行模塊化、系列化設(shè)計(jì)，提高其適用性，擴(kuò)大其使用范圍則尤為重要。本文筆者即結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，基于模塊化、系列化設(shè)計(jì)理論，提出掘進(jìn)機(jī)主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案，以期為廣大同行在今后掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)工作上提供全新的思路與有益的參考。

模塊化；系列化；掘進(jìn)機(jī)；設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中正發(fā)揮著不可或缺的重要作用，并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)著日益重大的比例。因此，不斷地提高掘進(jìn)機(jī)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性，擴(kuò)大其使用范圍，以滿足各個(gè)客戶對(duì)掘進(jìn)機(jī)各種各樣的需求則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以，以下筆者結(jié)合個(gè)人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，依據(jù)模塊化、系列化設(shè)計(jì)理論，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行深入的探討與分析，提出全新的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，以供參考。

1.掘進(jìn)機(jī)懸臂工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

在掘進(jìn)機(jī)所有的工作裝置中懸臂工作機(jī)構(gòu)具有十分重要的作用，尤其是其截割能力、結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)行情況都會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力、掘進(jìn)工作效率、掘進(jìn)工作穩(wěn)定性直接產(chǎn)生巨大的影響。也正因如此，為了能夠滿足實(shí)際使用用戶的各種需求，可將當(dāng)前主要的縱軸式和橫軸式懸臂工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)為能夠相互之間進(jìn)行縱、橫軸二者互換的工作機(jī)構(gòu)，以便適應(yīng)用戶的各種需求，如圖1所示。這里需要注意的是，為了確?？v、橫軸，這兩種懸臂工作機(jī)構(gòu)在連接方式、尺寸上都相同，并能夠與掘進(jìn)機(jī)的機(jī)身進(jìn)行直接連接，保證其整機(jī)外形尺寸不會(huì)改變。此外，為了能夠確?；Q之后的機(jī)器同樣具有相同的生產(chǎn)力與穩(wěn)定性，還應(yīng)該根據(jù)不同的截割對(duì)象，相對(duì)應(yīng)的研制不同用途的截割頭出來(lái)，只需要更換截割頭就能夠按照不同的對(duì)象要求進(jìn)行截割作業(yè)，從而更加有效地實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的截割工作。同時(shí)，還可以相應(yīng)地設(shè)計(jì)出安裝不同的截齒并按不同方式排列的截割頭，以便滿足用戶的不同需求。

圖1　可互換的工作機(jī)構(gòu)

圖2　調(diào)整截割速度的方法

掘進(jìn)機(jī)的截割速度則應(yīng)該根據(jù)不同截割對(duì)象的機(jī)械特性給予適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，使其能夠隨著煤石、巖礦硬度的增加而不斷地減少，以此獲得最大的轉(zhuǎn)矩。一般來(lái)講，目前絕大多數(shù)的掘進(jìn)機(jī)其調(diào)速應(yīng)該采用如圖1（a）所示的雙速電機(jī)，或者是如圖2（a）、2（b）所示的減速級(jí)中加變速機(jī)構(gòu)。而在實(shí)際應(yīng)用中，掘進(jìn)機(jī)往往多采用變極調(diào)速電機(jī)，但卻不能對(duì)掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際截割力矩產(chǎn)生較大的提高，且并未考慮到用戶是否有變速的實(shí)際需求。因此在本文中筆者建議結(jié)合當(dāng)前我國(guó)掘進(jìn)機(jī)多采用雙速電機(jī)的實(shí)際情況，如圖2（c）所示設(shè)計(jì)一個(gè)變速箱。如若用戶選擇增加變速箱的設(shè)計(jì)，那么在掘進(jìn)機(jī)的截割過(guò)程中，能夠更加容易地將截割電機(jī)與減速機(jī)進(jìn)行連接，且仍保留了原機(jī)械結(jié)構(gòu)，并能夠根據(jù)煤石、巖礦的硬度調(diào)整截割速度。

尤其是通過(guò)分析，我們結(jié)合實(shí)際工況能夠認(rèn)識(shí)到，機(jī)器在掘進(jìn)機(jī)的截割頭鉆進(jìn)時(shí)是不行走的，而在行走時(shí)機(jī)器又是不鉆進(jìn)的。所以，要想進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)的截割頭的鉆進(jìn)速度，就可以將鉆進(jìn)時(shí)行走馬達(dá)的液壓油提供給推進(jìn)油缸，進(jìn)而加快截割頭的實(shí)際鉆進(jìn)速度。同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)效率又受到懸臂擺動(dòng)速度、截割對(duì)象的直接限制。因此，為了能夠進(jìn)一步增強(qiáng)掘進(jìn)機(jī)在煤巖作業(yè)中的適應(yīng)性，則應(yīng)該采用恒功率調(diào)速系統(tǒng)，使其阻力大小能夠隨著其懸臂的擺動(dòng)速度而不斷調(diào)整，最大限度的利用掘進(jìn)機(jī)機(jī)械功率，去提高掘進(jìn)機(jī)的工作效率與可靠性。

2.掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

裝載部分與鏟板作為掘進(jìn)機(jī)裝載機(jī)構(gòu)重要的兩部分，其在通常情況下裝載機(jī)構(gòu)只有一種形式，一種尺寸，在使用上會(huì)受到很大的限制。因此，為了提高掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)性，我們基于模塊化、系列化的設(shè)計(jì)理論，對(duì)掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。將每一種型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)的裝載部分，在設(shè)計(jì)安裝上進(jìn)行改變，使其既能安裝耙爪，又安裝星輪，且采用組裝的耙爪形式，也就是說(shuō)耙爪不僅可以當(dāng)成單耙爪使用，也可以安裝成副耙爪使用，構(gòu)成雙耙爪，以此提高耙裝的生產(chǎn)率。

而鏟板作為肩負(fù)著掘進(jìn)機(jī)承接、鏟取物料職責(zé)的重要機(jī)械機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式勢(shì)必會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的整體裝載性能起到巨大的影響。因此，為了能夠更好地滿足用戶的實(shí)際需求，我們?cè)阽P板的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將鏟板中間設(shè)計(jì)出一條棱線或者是平面鏟板。并且，根據(jù)不同前緣的鏟板進(jìn)行隨意的更換。此外，考慮到單、雙耙爪相適應(yīng)的情況，鏟板也應(yīng)該設(shè)計(jì)成組合形式的，即主鏟板與副鏟板，兩部分，以滿足不同掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)需求，需要格外注意的是主鏟板與副鏟板之間的連接必須要十分可靠且拆裝一定要簡(jiǎn)單。

3.掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

作為承擔(dān)掘進(jìn)機(jī)整機(jī)質(zhì)量、工作載荷、移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等作業(yè)工作的行走機(jī)構(gòu)，其是掘進(jìn)機(jī)十分重要的機(jī)械裝置。因此，對(duì)掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)，我們應(yīng)該考慮到掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的各個(gè)部分組成，并對(duì)其各個(gè)部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以此提高掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性。

首先，掘進(jìn)機(jī)履帶作為掘進(jìn)機(jī)與地面進(jìn)行直接接觸的重要部分，其對(duì)掘進(jìn)機(jī)的附著性與行走質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。所以，考慮到掘進(jìn)機(jī)會(huì)在不同的工作場(chǎng)合，不同的地表承壓能力下進(jìn)行作業(yè)，在履帶的設(shè)計(jì)改進(jìn)上就應(yīng)該考慮到實(shí)際環(huán)境因素的不同影響，根據(jù)客戶的實(shí)際需求設(shè)計(jì)出不同寬度的履帶板，以保證履帶板能夠具有同樣的連接尺寸，尤其是還應(yīng)該根據(jù)掘進(jìn)機(jī)行走路面不同，設(shè)計(jì)出不同表面形狀的履帶板，如：?jiǎn)温拇绦问?、短履刺形式、平履刺形式、三履刺形式，以適應(yīng)掘進(jìn)機(jī)在不同現(xiàn)場(chǎng)條件下的不同作業(yè)需求。

其次，由電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)，這兩者組成的掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)動(dòng)力部件，其在環(huán)境較為干燥的情況下，通常采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而在環(huán)境較為潮濕，經(jīng)常淋水的情況下則多采用液壓馬達(dá)。因此，在設(shè)計(jì)改進(jìn)方案中，將電動(dòng)機(jī)與液壓馬達(dá)組合在一起設(shè)計(jì)成能夠相互替換的機(jī)構(gòu)模式。即在用戶選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的情況下選擇電動(dòng)機(jī)，如若選擇液壓驅(qū)動(dòng)則可直接轉(zhuǎn)換成液壓馬達(dá)，且在二者的互換過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)的行走速度并不受到任何的影響。

最后，掘進(jìn)機(jī)的行走速度并不需要進(jìn)行大范圍地調(diào)整，這是因?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)只有工作時(shí)的推進(jìn)速度與調(diào)動(dòng)時(shí)的行走速度，這兩個(gè)檔位。因此，在掘進(jìn)機(jī)快速行走時(shí)其推進(jìn)油缸并不進(jìn)行工作，所以只需要將供給截割頭鉆進(jìn)時(shí)的液壓油提供給行走馬達(dá)，就能夠通過(guò)液壓系統(tǒng)快速地實(shí)現(xiàn)快速行走這一目標(biāo)要求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文筆者基于模塊化、系列化的掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案進(jìn)行了粗淺的探討，也希望通過(guò)本文筆者的粗淺闡述，能夠進(jìn)一步提高掘進(jìn)機(jī)的適應(yīng)性，并擴(kuò)大其實(shí)際使用范圍，使其能夠最大限度地發(fā)揮出其機(jī)械化作用，滿足不同用戶對(duì)掘進(jìn)機(jī)的不同需求，進(jìn)而為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更大的助力。所以，不斷地提高并加強(qiáng)對(duì)掘進(jìn)機(jī)模塊化、系列化的設(shè)計(jì)研究，尋求全新的設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)思路尤為重要，相關(guān)的設(shè)計(jì)研究人員也必須要投入更多的精力去研制掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)展，從而給用戶提供更大的便利，最大程度上提高掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際使用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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[2]李曉豁.改善工作面環(huán)境與安全的采煤機(jī)工作參數(shù)的研究[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)煤礦電工專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2004：166-170.

[3]張?chǎng)危钚缕?掘進(jìn)機(jī)截割頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[A].中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤礦機(jī)電一體化專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)煤礦電工專業(yè)委員會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2004：42-44.

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