基于模塊化、系列化的掘進機設計探究

田遠巍

（久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

基于模塊化、系列化的掘進機設計探究

田遠巍

（久益環球（佳木斯）采礦設備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

摘要：現如今掘進機被廣泛應用在橋涵、隧道、地鐵、礦井巷道等掘進工程之中，并在國民經濟建設之中發揮著重大的作用。雖然近些年來不斷地出現各種型號的新型掘進機，但是其使用范圍都存在很大的限制，無法滿足不同用戶對掘進機的各種實際要求。因此，對掘進機進行模塊化、系列化設計，提高其適用性，擴大其使用范圍則尤為重要。本文筆者即結合個人實踐工作經驗與相關參考文獻，基于模塊化、系列化設計理論，提出掘進機主要機構設計的改進方案，以期為廣大同行在今后掘進機的設計工作上提供全新的思路與有益的參考。

模塊化；系列化；掘進機；設計

隨著我國經濟的快速發展，掘進機在國民經濟發展中正發揮著不可或缺的重要作用，并在國民經濟建設中占據著日益重大的比例。因此，不斷地提高掘進機對環境的適應性，擴大其使用范圍，以滿足各個客戶對掘進機各種各樣的需求則具有十分重要的現實意義。所以，以下筆者結合個人實踐工作經驗與相關參考文獻，依據模塊化、系列化設計理論，對掘進機的主要機構設計方案進行深入的探討與分析，提出全新的改進設計方案，以供參考。

1.掘進機懸臂工作機構的設計改進

在掘進機所有的工作裝置中懸臂工作機構具有十分重要的作用，尤其是其截割能力、結構形式、運行情況都會對掘進機的實際生產能力、掘進工作效率、掘進工作穩定性直接產生巨大的影響。也正因如此，為了能夠滿足實際使用用戶的各種需求，可將當前主要的縱軸式和橫軸式懸臂工作機構進行改進，設計為能夠相互之間進行縱、橫軸二者互換的工作機構，以便適應用戶的各種需求，如圖1所示。這里需要注意的是，為了確保縱、橫軸，這兩種懸臂工作機構在連接方式、尺寸上都相同，并能夠與掘進機的機身進行直接連接，保證其整機外形尺寸不會改變。此外，為了能夠確保互換之后的機器同樣具有相同的生產力與穩定性，還應該根據不同的截割對象，相對應的研制不同用途的截割頭出來，只需要更換截割頭就能夠按照不同的對象要求進行截割作業，從而更加有效地實現掘進機的截割工作。同時，還可以相應地設計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　可互換的工作機構

圖2　調整截割速度的方法

掘進機的截割速度則應該根據不同截割對象的機械特性給予適當地調整，使其能夠隨著煤石、巖礦硬度的增加而不斷地減少，以此獲得最大的轉矩。一般來講，目前絕大多數的掘進機其調速應該采用如圖1（a）所示的雙速電機，或者是如圖2（a）、2（b）所示的減速級中加變速機構。而在實際應用中，掘進機往往多采用變極調速電機，但卻不能對掘進機的實際截割力矩產生較大的提高，且并未考慮到用戶是否有變速的實際需求。因此在本文中筆者建議結合當前我國掘進機多采用雙速電機的實際情況，如圖2（c）所示設計一個變速箱。如若用戶選擇增加變速箱的設計，那么在掘進機的截割過程中，能夠更加容易地將截割電機與減速機進行連接，且仍保留了原機械結構，并能夠根據煤石、巖礦的硬度調整截割速度。

尤其是通過分析，我們結合實際工況能夠認識到，機器在掘進機的截割頭鉆進時是不行走的，而在行走時機器又是不鉆進的。所以，要想進一步提高掘進機的截割頭的鉆進速度，就可以將鉆進時行走馬達的液壓油提供給推進油缸，進而加快截割頭的實際鉆進速度。同時，掘進機的實際生產效率又受到懸臂擺動速度、截割對象的直接限制。因此，為了能夠進一步增強掘進機在煤巖作業中的適應性，則應該采用恒功率調速系統，使其阻力大小能夠隨著其懸臂的擺動速度而不斷調整，最大限度的利用掘進機機械功率，去提高掘進機的工作效率與可靠性。

2.掘進機裝載機構的設計改進

裝載部分與鏟板作為掘進機裝載機構重要的兩部分，其在通常情況下裝載機構只有一種形式，一種尺寸，在使用上會受到很大的限制。因此，為了提高掘進機的適應性，我們基于模塊化、系列化的設計理論，對掘進機的裝載機構進行設計改進。將每一種型號的掘進機的裝載部分，在設計安裝上進行改變，使其既能安裝耙爪，又安裝星輪，且采用組裝的耙爪形式，也就是說耙爪不僅可以當成單耙爪使用，也可以安裝成副耙爪使用，構成雙耙爪，以此提高耙裝的生產率。

而鏟板作為肩負著掘進機承接、鏟取物料職責的重要機械機構，其結構形式勢必會對掘進機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際需求，我們在鏟板的設計過程中，可以將鏟板中間設計出一條棱線或者是平面鏟板。并且，根據不同前緣的鏟板進行隨意的更換。此外，考慮到單、雙耙爪相適應的情況，鏟板也應該設計成組合形式的，即主鏟板與副鏟板，兩部分，以滿足不同掘進機的作業需求，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單。

3.掘進機行走機構的設計改進

作為承擔掘進機整機質量、工作載荷、移動、轉彎等作業工作的行走機構，其是掘進機十分重要的機械裝置。因此，對掘進機行走機構進行設計改進時，我們應該考慮到掘進機行走機構的各個部分組成，并對其各個部分機構進行設計改進，以此提高掘進機行走機構的適應性。

首先，掘進機履帶作為掘進機與地面進行直接接觸的重要部分，其對掘進機的附著性與行走質量起著至關重要的作用。所以，考慮到掘進機會在不同的工作場合，不同的地表承壓能力下進行作業，在履帶的設計改進上就應該考慮到實際環境因素的不同影響，根據客戶的實際需求設計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，尤其是還應該根據掘進機行走路面不同，設計出不同表面形狀的履帶板，如：單履刺形式、短履刺形式、平履刺形式、三履刺形式，以適應掘進機在不同現場條件下的不同作業需求。

其次，由電動機、液壓馬達，這兩者組成的掘進機行走機構動力部件，其在環境較為干燥的情況下，通常采用電動機驅動，而在環境較為潮濕，經常淋水的情況下則多采用液壓馬達。因此，在設計改進方案中，將電動機與液壓馬達組合在一起設計成能夠相互替換的機構模式。即在用戶選擇電動機驅動的情況下選擇電動機，如若選擇液壓驅動則可直接轉換成液壓馬達，且在二者的互換過程中，掘進機的行走速度并不受到任何的影響。

最后，掘進機的行走速度并不需要進行大范圍地調整，這是因為掘進機只有工作時的推進速度與調動時的行走速度，這兩個檔位。因此，在掘進機快速行走時其推進油缸并不進行工作，所以只需要將供給截割頭鉆進時的液壓油提供給行走馬達，就能夠通過液壓系統快速地實現快速行走這一目標要求。

結語

綜上所述，本文筆者基于模塊化、系列化的掘進機設計改進方案進行了粗淺的探討，也希望通過本文筆者的粗淺闡述，能夠進一步提高掘進機的適應性，并擴大其實際使用范圍，使其能夠最大限度地發揮出其機械化作用，滿足不同用戶對掘進機的不同需求，進而為國民經濟建設提供更大的助力。所以，不斷地提高并加強對掘進機模塊化、系列化的設計研究，尋求全新的設計方案與設計思路尤為重要，相關的設計研究人員也必須要投入更多的精力去研制掘進機的設計發展，從而給用戶提供更大的便利，最大程度上提高掘進機的實際使用價值與經濟價值。

[1]劉建平.淺談掘進機機電一體化的研究方向[A].中國科協2004年學術年會第16分會場論文集[C].2004：112-115.

[2]李曉豁.改善工作面環境與安全的采煤機工作參數的研究[A].中國煤炭學會煤礦機電一體化專業委員會、中國電工技術學會煤礦電工專業委員會2004年學術年會論文集[C].2004：166-170.

[3]張鑫，李新平.掘進機截割頭運動參數的優化設計[A].中國煤炭學會煤礦機電一體化專業委員會、中國電工技術學會煤礦電工專業委員會2004年學術年會論文集[C].2004：42-44.

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