縱、橫軸式掘進(jìn)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、縱、橫軸式掘進(jìn)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1工作原理分析縱、橫軸式掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)巷道時(shí)，截割頭首先要鉆進(jìn)工作面一定深度，然后橫向擺動(dòng)截割，達(dá)到巷道邊界（掏槽結(jié)束）后，沿垂直方向截割一定高度，在水 平擺動(dòng)截割.，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成全斷面的截割。縱、橫軸式截割頭 通常的截割過(guò)程如下圖2-1所示。由上圖可見(jiàn)，縱、橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭的截割過(guò)程可分為縱向鉆進(jìn)、水平（左右）擺動(dòng)截割和垂直（上下）擺動(dòng)截割三種工作方式?？v軸式掘進(jìn)機(jī)的切割頭旋轉(zhuǎn)軸與懸臂軸線平行，它斷面切割破巖的方式主要 是橫向擺動(dòng)水平條帶切割（圖2-2），因此，截齒的切割平面與懸臂軸線垂直、與 牽引（進(jìn)給）方向在同一平面內(nèi)，所以截齒的切割軌跡是

2、與J懸臂軸線相垂直的平面內(nèi)的擺線。截線間距是在切割頭軸線的平行方向布置。 其切割厚度可以等于切 割頭的直徑。d）水平條帶切割（b截齒切割軌遊橫軸式掘進(jìn)機(jī)的切割頭旋轉(zhuǎn)軸與懸臂軸線相垂直， 有兩個(gè)切割頭在輸出軸的 兩端、相對(duì)于懸臂中心面對(duì)稱(chēng)布置（圖2-3）。它斷面切割破巖的主要方式也是橫 向擺動(dòng)水平條帶切割。截齒的切割平面與懸臂軸線相平行、與牽引方向相垂直，截線間距是在切所以截齒的切割軌跡是一條中心線與懸臂軸線相垂直的螺旋線。割頭的徑向布置。其切割頭直徑方向的切厚只能達(dá)到其直徑的1/ 3左右（a ）水平條帶切割（b）截齒切割軌跡4.2縱、橫軸式掘進(jìn)機(jī)切割煤巖的方式分析圖2表示縱軸式和橫軸式工作過(guò)程

3、不同，兩類(lèi)截割頭的切削力FS、進(jìn)給力Fp和擺動(dòng)力F的方向各異。切削煤巖的阻力引起截割頭的切削力，受切割機(jī)構(gòu) 功率限制，切入煤巖的阻力和保持截齒切削狀態(tài)所需的力產(chǎn)生推進(jìn)力Fe,其大小與切削力相關(guān)。推進(jìn)力Fe的方向并不都與擺動(dòng)方向一致，在水平擺動(dòng)過(guò)程中， 縱軸式截割頭的擺動(dòng)力F,的方向與截齒切削力FS和進(jìn)給力Fa構(gòu)成的切割平面 相平行，類(lèi)似橫軸式切割頭掏槽工況。同樣橫軸式截割頭在擺動(dòng)切割時(shí)， 擺動(dòng)力 凡的方向與截割平面垂直，類(lèi)似縱軸式截割頭掏槽工況。如果擺動(dòng)力方向平行于截割平面，進(jìn)給力與切割頭的擺動(dòng)力則呈線性關(guān)系，擺動(dòng)力過(guò)大，截齒磨擦增大。當(dāng)切削力不能滿足切削需要時(shí)， 截割頭就會(huì)被卡 住。如果擺動(dòng)

4、力過(guò)小，截齒則無(wú)法切入煤巖足夠深度，無(wú)法保持截齒正常切削狀態(tài)，只能在煤巖表面切削，產(chǎn)生粉塵，磨損加劇。如果擺動(dòng)力方向垂直于截割平 面，這時(shí)，擺動(dòng)力不是作用在進(jìn)給力方向上，會(huì)造成不必要的能量消耗。因而， 進(jìn)給力和切削力更為密切，它與擺動(dòng)力的關(guān)系是線性關(guān)系。 在機(jī)器設(shè)計(jì)時(shí)，要充 分慮進(jìn)給力對(duì)機(jī)器穩(wěn)定性的影響：縱軸式切割頭的進(jìn)給力使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力 矩，橫軸式切割頭的進(jìn)給力使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生后推力。圖2掘進(jìn)機(jī)工作方式示意圖Fig*2 Sketch map of roadheader working1）掏槽切割使用縱向截割頭時(shí)，推進(jìn)方向與切線方向近似成直角，所以能以較小的力進(jìn) 行掏槽，此時(shí)推進(jìn)力來(lái)自機(jī)體前進(jìn)

5、推力。 掏槽適應(yīng)于巷道斷面任意位置。當(dāng)巖石 較硬時(shí)，懸臂位置與巷道水平時(shí)受力狀態(tài)最好， 在一個(gè)工作循環(huán)中，最大掏槽深 度為截割頭長(zhǎng)度。使用橫向切割頭時(shí)，推進(jìn)方向與切線方向幾乎一致，由于是兩個(gè)截割頭同時(shí) 工作，因而需用較大的力進(jìn)行掏槽切割，掏槽進(jìn)給力來(lái)自行走機(jī)構(gòu)。切割硬巖時(shí)， 掏槽盡可能在工作面上部進(jìn)行，切割成水平槽，最大掏槽深度為其截割頭直徑的 三分之二，這個(gè)過(guò)程的完成是在與切割臂少量擺動(dòng)配合的情況下完成。一般說(shuō)， 橫軸式截割頭下挖深度較小。2）工作面切割實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究表明，如果沿阻力最小方向切割，截割頭比能耗最小，切 割層狀巖石時(shí)，沿層理方向切割比垂直于分層面切割能耗明顯減少。如果層面是

6、水平的，橫向切割最有利，如果層面是傾斜的采用縱軸式切割， 可以進(jìn)行選擇性 切割，先選擇軟巖切割，有了自由面后再切割硬巖，如圖 3示。無(wú)論縱軸式還是橫軸式，其切割方式是自上而下，或自下而上，都是采用順 割的方式最為省力，如圖4所示。對(duì)于橫軸式掘進(jìn)機(jī)，自上而下的順割方式是較 為理想的切割方式，切割煤巖省力，而且能夠提高整機(jī)穩(wěn)定性。右白由面圖4截割頭截割方式閣Fig.4 Cutting mode picture of cutting head3）巷道輪廓切割巷道輪廓光滑與否，與支護(hù)充填量有關(guān)，充填量大，導(dǎo)致成本增大，最終要求巷道輪廓表面光滑、尺寸準(zhǔn)確。由于縱軸式截割頭為錐體外形，如果截割頭和 懸臂的

7、轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)與巷道輪廓相適應(yīng)，可以切出光滑巷道，這主要是對(duì)小斷面巷道而言，對(duì)于大斷面巷道誤差較大。采用橫軸式截割頭，斷面成形與切割頭無(wú)關(guān)，完 全取決于操作人員的技術(shù)狀況，可借助行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光滑輪廓，但比較費(fèi)時(shí)。4.3兩種掘進(jìn)機(jī)截割運(yùn)動(dòng)分析（1）縱軸式掘進(jìn)機(jī)截割運(yùn)動(dòng)分析1）縱向鉆機(jī)時(shí)運(yùn)動(dòng)分析縱向鉆進(jìn)時(shí)，截割頭在繞自身軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在伸縮機(jī)構(gòu)的作用下，延其軸 線向前推進(jìn)，截割頭的運(yùn)動(dòng)如圖所示，這時(shí)，截割頭每個(gè)截齒隨截割頭作縱向推 進(jìn)，并繞其軸線回轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為空間螺旋線如圖&b2）擺動(dòng)截割時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析截割頭水平擺動(dòng)截割時(shí)，截割頭除繞自身軸旋轉(zhuǎn)外，還隨懸臂一起水平擺動(dòng)（圖3 a）,截割頭上截齒的

8、運(yùn)動(dòng)為剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其軌跡為軸心沿垂直平面、且與截割頭 軸心垂直的圓柱面上的擺線，如圖 3b所示。而當(dāng)截割頭作垂直擺動(dòng)截割時(shí)，截割頭一邊繞自身軸旋轉(zhuǎn)，一邊隨懸臂作上 下擺動(dòng)（圖4 a）,其齒尖的運(yùn)動(dòng)軌跡是軸心平行于巷道頂、底板的圓柱面上的擺線，如圖4b所示.* xab(2)橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割運(yùn)動(dòng)分析橫軸式掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)巷道時(shí)，首先是在工作面的某一位置沿巷道掘進(jìn)方向切 進(jìn)一定深度，然后截割頭上下和左右擺動(dòng)擴(kuò)大截割范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)全工作面的截割， 如圖2-1所示鉆進(jìn)當(dāng)截割頭向工作面內(nèi)部切進(jìn)時(shí)，左右兩個(gè)截割頭同時(shí)工作，在圖 2-2a中截割頭 以推進(jìn)速度v。向工作面內(nèi)切進(jìn)，其自轉(zhuǎn)角速度為。，每個(gè)截齒的運(yùn)動(dòng)軌跡為平 面擺線擺動(dòng)截割時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析橫軸式截割頭左右擺動(dòng)截割時(shí)，每個(gè)截齒的