關于縱軸式掘進機截割頭外形設計的討論

摘 要:介紹了縱軸式掘進機截割頭外形的設計要求以及重要的參數要求，聯系實際的工作情況，對于截割頭不同外形尺寸進行分析

關鍵詞:截割頭 外形 參數

中圖分類號:TD4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)02(c)-0101-01

我國各大煤礦采用的掘進機截割頭，按其布置方式分為縱軸式和橫軸式兩大類。而針對我國煤層的工況以及考慮使用的經濟性，縱軸式截割頭普遍被各種掘進機型所應用，現根據幾年來我們公司設計和現場使用縱軸式截割頭的情況，淺談自己的認識。

1 截割頭外形尺寸的確定

截割頭的外形尺寸很關鍵，一個合理的外形尺寸，不僅可以使截割頭具有較強的破煤巖能力，而且在工作過程中可以獲得較平整的巷道頂板、底板和側幫。

(1)截割頭的長度。

縱軸式掘進機截割頭的長度是指沿截割臂軸向方向的長度，其值的大小影響工作效率。截割頭長度較長，工作時截割阻力增加，尤其是在截割臂擺動的過程中，會使截割臂擺動速度降低，一個工作循環的時間加長，影響掘進速度;截割頭太短，鉆進深度就會減小，也會使掘進機的掘進速度降低。另外，截割頭的長度與工作面的棚間距也有一定的關系，理想狀態下，一次或幾次掘進的距離應該等于整數倍的棚間距離(我們假設一次掘進的距離就等于一個截割頭的長度)，但是這種計算方式是不能實現的，因為各個地域地質條件的不同決定了工作面架設的棚間距離不同，所以這種算法不能得出固定的尺寸。通常，根據實際經驗，縱軸掘進機截割頭的長度可取500～900mm，大功率的掘進機可以取到1100mm左右。

(2)截割頭的直徑。

我們先通過截割電機的功率來初步確定截割頭的轉矩:

式中:P—截割頭切割功率(kw)

N—截割頭轉速(r/min)

則截割頭平均切割力F:

式中:R—截割頭的平均直徑

從以上計算可以推斷，在功率和轉速已經固定的前提下，切割力的大小與截割頭直徑有直接的關系，假設截割頭上有m個截齒，且載荷均布，則會有:

f ==

可見，若截齒數量一定，直徑越大，每個截齒的切割力就越小，那么是不是截割頭直徑越小越好呢？顯然不是的，截割頭直徑越小，工作面的循環時間就越長，工作效率就越低。綜合我國大部分地質條件，我們設計縱軸式掘進機截割頭的直徑為600～900mm，一些功率大的掘進機可超過1000mm。

(3)截割頭的錐角。

截割頭的錐角除了關系到掘進的鉆進效果，還和巷道的頂板、底板和兩幫的平整度有關，所以應該結合升降高度與回轉懸臂的極限寬度，合理選擇截割頭的錐角，如圖1所示

如圖1(a)可以看出，截割頭錐角過小(近似圓柱)，切割出的巷道形狀成鋸齒形，極不規整，同時，如圖1(b)、(c)所示，截割臂上升角度為α，下降角度為β，左右橫擺角度為φ，假設截割頭半錐角角度為θ，則由圖示我們可以看出，若想讓巷道上下左右四周的表面絕對平整，應使θ=α=β=φ，但對于一個確定好外形結構的掘進機，其截割頭的錐角也是確定的。顯然，由于各個煤礦巷道結構不同，以上要求是很難同時滿足的，所以不同的煤礦用同一種機型都想達到理想的截割效果是不現實的。特別指出，左右擺角φ取決于巷道的寬度和掘進機自身的懸臂結構。為了適應不同的巷道，擺角φ應該盡量大一些，這樣可以適應更寬的巷道。因此在實際設計過程中，讓θ=φ也很難保證。唯一可以確定的只有懸臂下降的角度β，所以為了巷道底板的平整，我們可以選擇接近β的θ角度，通?？v軸式掘進機截割頭的錐角為30°～50°.

(4)截割頭的截齒螺旋頭數

考慮到排屑的要求，截齒應該成螺旋線排列。在截割頭上若選擇單頭螺旋，為了保證截割效果，必然要選擇較小的螺距，由于升角太小，排屑是非常困難的，這樣就造成了切割阻力增大。同時，單頭螺旋在每個圓截面上只有一個截齒，這時就要求這一個截齒具有很高的強度和很好的耐磨性，顯然，這樣是不可能實現的;如果截割頭選擇3頭以上的螺旋，螺旋升角變得很大，要保證每個截齒有規律的工作就變得比較困難，工作時受力狀態不好。各種實踐經驗表明，螺旋線在2～3頭時，截割頭截齒布置比較合理，受負載比較均勻。

2 結語

截割頭是掘進機用于掘進、切割的重要工作部件，截割頭設計的是否合理，直接關系到掘進機的掘進能力和工作效率，一個設計合理的截割頭應具有以下特點。

(1)鉆進能力強，截割效率高。

(2)截齒合理布局，載荷均布，提高使用壽命。

(3)具有足夠的強度。

(4)具有一定的抗磨措施。

本文通過對掘進機截割頭各項外形尺寸的確定并結合實際，明確了設計中應該注意的重要因素，為掘進機截割頭外形的設計提供了一定的理論依據。

參考文獻

[1]李曉豁.掘進機截割的關鍵技術研究[M].北京:機械工業出版社，2008.

[2]劉立忠.淺談懸臂式巷道掘進機切割頭.