大斷面橫向切割機構的研究與應用

摘要：分析當前綜掘機械的切割工作方式，改進切割工藝，開發新式切割機構。研究開發和應用了一種既滿足動力傳遞要求，又滿足滾筒橫向伸縮要求的大斷面切割機構，實現了切割臂上下擺動一次切割成巷的快速切割模式。

關鍵詞：大斷面；一次切割成彤；傳動

1、問題的提出

目前，存在于煤礦用巷道掘進機中的切割頭大體有三種形式：一是縱軸式錐型切割頭，二是橫軸式雙錐形切割頭，三是橫向切割滾筒(連續采煤機用)，這三種形式的切割方式局限性都是無法完成大斷面巷道一次擺臂切割成形的要求，效率難以得到根本性的提高，本文提出的大斷面橫向切割機構的研究與應用，能大幅度的提高切割效率，以切割5000(寬)×3500(高)mm斷面、深度1000mm的巷道進尺為例，通過調查統計計算。得出下表1：

通過表1可以看出，一次擺臂切割成形切割機構的研究與應用可以使傳統的巷道掘進割煤效率提高至少2～5倍，是巷道快速掘進的關機技術，它在綜合掘進機械上的推廣意義深遠。

2、設計思路及依據

本機構的設計前期，消化吸收國外掘錨機和連續采煤機切割部傳動結構、安裝形式的特點，進行切割電機結構形式的設計研制t電機、切割減速器承載安裝機架的研制開發t橫軸式滾筒與減速器布置方式的設計開發等幾方面進行突破性思維的轉變。設計中采用了雙級錐齒輪、雙級行星齒輪傳動、減速箱兩端動力輸出再合并的設計思想，與施工工藝及實際工況緊密相結合。并利用Solid Edge三維設計軟件進行左右切割減速器、雙電機安裝方式的結構優化分析。

3、主要結構及工作原理

該切割機構結構組成包括；連接支撐架、原動機(電動機)、傳動軸、減速器、伸縮油缸、切割滾筒等幾大部分。

原理與布置狀態如圖l所示：

具體的技術設計方按為：原動機為兩個背對安裝的三相交流電動機1，通過輸出傳動軸2連接到第一級圓弧錐齒輪3，由齒輪嚙合傳動并經過90度改向到圓弧錐齒輪4，再通過一長傳動軸5，將扭矩和轉速傳遞到第二級圓弧錐齒輪6和8，90度改向后其輸出軸再連接到第一級行星減速器太陽輪9，通過行星減速以后經過行星架11再傳遞到第二級行星減速器太陽輪12，最后通過第二級行星輪13，由第二級行星架14將扭矩和轉速通過傳動軸15分別從兩端輸出到工作機構——中間切割滾筒17和內滾筒19上，實現滾筒的旋轉切割運動。本機構在第二級圓弧錐齒輪傳動機構和兩級行星傳動機構的中間巧妙的設計、布置了一伸縮油缸7，以實現左右兩外滾筒18一定距離的伸縮，滿足在掘進巷道中長距離調車使用。設計研究過程中，著重優化傳動比與切割滾筒直徑之間的數學關系，以達到最優切削力和切削速度，將切割粉塵和截齒磨損降到最低，提高產品的使用適應性。切割工藝步驟如下圖2所示：

采用Solid Edge三位結構設計軟件進行動態優化分析。方如下圖3所示：

4、應用實倒

該切割機構已經應用到天地科技股份有限公司上海分公司研究開發的國內第一臺MLE250／500-M型掘錨連續采煤機組上，并在平朔煤炭工業公司安家嶺二號井工況B907#輛運順槽巷道施工中驗證，切割5000(寬)×3600(高)mm斷面、深度1000mm煤巷(局部10％～30％的巖石比例，≤f6)平均用時7～8min。

5、結語

本研究改觀了傳統掘進機巷道成形的工藝方法，使掘進過程中巷道成形工藝較傳統掘進機更為簡易、快速，電機和切割減速器布置方式對稱，結構緊湊、工作性能可靠，克服了傳統掘進設備切割電機損壞后難以拆卸的缺點，由于整體結構對稱性很高，其工作中受力狀態就比較好，圓弧錐齒輪的傳動方式，平穩性高，兩級行星輪傳動、減速比高、傳動扭矩大，工作效率高。這種整體減速器滾筒內置的方式節省了大量空間，也十分有利于掘進工作面上惡劣的工況條件下對傳動系統以及液壓系統的保護，使設備工作壽命得到延長。

注：本文為國家十一五科技支撐計劃課題《厚煤層快速掘進關鍵技術》研究內容。課題編號2006BABl6802。

參考文獻：

[1]李曉豁，掘進機截割的關鍵技術研究北京機械工業出版社，2007.10

[2]張守柱，張佳偉，采煤機螺旋滾筒參數的優選煤礦機械，2000年04期

[3]李曉豁橫軸式掘進機橫向截割的動力學行為研究，中國工程機械學報，2005年03卷01期

作者簡介：

郭強(1981)，男，助理工程師。2004年畢業于中國礦業大學，現從事煤礦綜合掘進機械的設計研究工作。