基于模块化、系列化的掘进机设计探究

田远巍

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

基于模块化、系列化的掘进机设计探究

田远巍

（久益环球（佳木斯）采矿设备有限公司，黑龙江 佳木斯 154003）

摘要：现如今掘进机被广泛应用在桥涵、隧道、地铁、矿井巷道等掘进工程之中，并在国民经济建设之中发挥着重大的作用。虽然近些年来不断地出现各种型号的新型掘进机，但是其使用范围都存在很大的限制，无法满足不同用户对掘进机的各种实际要求。因此，对掘进机进行模块化、系列化设计，提高其适用性，扩大其使用范围则尤为重要。本文笔者即结合个人实践工作经验与相关参考文献，基于模块化、系列化设计理论，提出掘进机主要机构设计的改进方案，以期为广大同行在今后掘进机的设计工作上提供全新的思路与有益的参考。

模块化；系列化；掘进机；设计

随着我国经济的快速发展，掘进机在国民经济发展中正发挥着不可或缺的重要作用，并在国民经济建设中占据着日益重大的比例。因此，不断地提高掘进机对环境的适应性，扩大其使用范围，以满足各个客户对掘进机各种各样的需求则具有十分重要的现实意义。所以，以下笔者结合个人实践工作经验与相关参考文献，依据模块化、系列化设计理论，对掘进机的主要机构设计方案进行深入的探讨与分析，提出全新的改进设计方案，以供参考。

1.掘进机悬臂工作机构的设计改进

在掘进机所有的工作装置中悬臂工作机构具有十分重要的作用，尤其是其截割能力、结构形式、运行情况都会对掘进机的实际生产能力、掘进工作效率、掘进工作稳定性直接产生巨大的影响。也正因如此，为了能够满足实际使用用户的各种需求，可将当前主要的纵轴式和横轴式悬臂工作机构进行改进，设计为能够相互之间进行纵、横轴二者互换的工作机构，以便适应用户的各种需求，如图1所示。这里需要注意的是，为了确保纵、横轴，这两种悬臂工作机构在连接方式、尺寸上都相同，并能够与掘进机的机身进行直接连接，保证其整机外形尺寸不会改变。此外，为了能够确保互换之后的机器同样具有相同的生产力与稳定性，还应该根据不同的截割对象，相对应的研制不同用途的截割头出来，只需要更换截割头就能够按照不同的对象要求进行截割作业，从而更加有效地实现掘进机的截割工作。同时，还可以相应地设计出安装不同的截齿并按不同方式排列的截割头，以便满足用户的不同需求。

图1　可互换的工作机构

图2　调整截割速度的方法

掘进机的截割速度则应该根据不同截割对象的机械特性给予适当地调整，使其能够随着煤石、岩矿硬度的增加而不断地减少，以此获得最大的转矩。一般来讲，目前绝大多数的掘进机其调速应该采用如图1（a）所示的双速电机，或者是如图2（a）、2（b）所示的减速级中加变速机构。而在实际应用中，掘进机往往多采用变极调速电机，但却不能对掘进机的实际截割力矩产生较大的提高，且并未考虑到用户是否有变速的实际需求。因此在本文中笔者建议结合当前我国掘进机多采用双速电机的实际情况，如图2（c）所示设计一个变速箱。如若用户选择增加变速箱的设计，那么在掘进机的截割过程中，能够更加容易地将截割电机与减速机进行连接，且仍保留了原机械结构，并能够根据煤石、岩矿的硬度调整截割速度。

尤其是通过分析，我们结合实际工况能够认识到，机器在掘进机的截割头钻进时是不行走的，而在行走时机器又是不钻进的。所以，要想进一步提高掘进机的截割头的钻进速度，就可以将钻进时行走马达的液压油提供给推进油缸，进而加快截割头的实际钻进速度。同时，掘进机的实际生产效率又受到悬臂摆动速度、截割对象的直接限制。因此，为了能够进一步增强掘进机在煤岩作业中的适应性，则应该采用恒功率调速系统，使其阻力大小能够随着其悬臂的摆动速度而不断调整，最大限度的利用掘进机机械功率，去提高掘进机的工作效率与可靠性。

2.掘进机装载机构的设计改进

装载部分与铲板作为掘进机装载机构重要的两部分，其在通常情况下装载机构只有一种形式，一种尺寸，在使用上会受到很大的限制。因此，为了提高掘进机的适应性，我们基于模块化、系列化的设计理论，对掘进机的装载机构进行设计改进。将每一种型号的掘进机的装载部分，在设计安装上进行改变，使其既能安装耙爪，又安装星轮，且采用组装的耙爪形式，也就是说耙爪不仅可以当成单耙爪使用，也可以安装成副耙爪使用，构成双耙爪，以此提高耙装的生产率。

而铲板作为肩负着掘进机承接、铲取物料职责的重要机械机构，其结构形式势必会对掘进机的整体装载性能起到巨大的影响。因此，为了能够更好地满足用户的实际需求，我们在铲板的设计过程中，可以将铲板中间设计出一条棱线或者是平面铲板。并且，根据不同前缘的铲板进行随意的更换。此外，考虑到单、双耙爪相适应的情况，铲板也应该设计成组合形式的，即主铲板与副铲板，两部分，以满足不同掘进机的作业需求，需要格外注意的是主铲板与副铲板之间的连接必须要十分可靠且拆装一定要简单。

3.掘进机行走机构的设计改进

作为承担掘进机整机质量、工作载荷、移动、转弯等作业工作的行走机构，其是掘进机十分重要的机械装置。因此，对掘进机行走机构进行设计改进时，我们应该考虑到掘进机行走机构的各个部分组成，并对其各个部分机构进行设计改进，以此提高掘进机行走机构的适应性。

首先，掘进机履带作为掘进机与地面进行直接接触的重要部分，其对掘进机的附着性与行走质量起着至关重要的作用。所以，考虑到掘进机会在不同的工作场合，不同的地表承压能力下进行作业，在履带的设计改进上就应该考虑到实际环境因素的不同影响，根据客户的实际需求设计出不同宽度的履带板，以保证履带板能够具有同样的连接尺寸，尤其是还应该根据掘进机行走路面不同，设计出不同表面形状的履带板，如：单履刺形式、短履刺形式、平履刺形式、三履刺形式，以适应掘进机在不同现场条件下的不同作业需求。

其次，由电动机、液压马达，这两者组成的掘进机行走机构动力部件，其在环境较为干燥的情况下，通常采用电动机驱动，而在环境较为潮湿，经常淋水的情况下则多采用液压马达。因此，在设计改进方案中，将电动机与液压马达组合在一起设计成能够相互替换的机构模式。即在用户选择电动机驱动的情况下选择电动机，如若选择液压驱动则可直接转换成液压马达，且在二者的互换过程中，掘进机的行走速度并不受到任何的影响。

最后，掘进机的行走速度并不需要进行大范围地调整，这是因为掘进机只有工作时的推进速度与调动时的行走速度，这两个档位。因此，在掘进机快速行走时其推进油缸并不进行工作，所以只需要将供给截割头钻进时的液压油提供给行走马达，就能够通过液压系统快速地实现快速行走这一目标要求。

结语

综上所述，本文笔者基于模块化、系列化的掘进机设计改进方案进行了粗浅的探讨，也希望通过本文笔者的粗浅阐述，能够进一步提高掘进机的适应性，并扩大其实际使用范围，使其能够最大限度地发挥出其机械化作用，满足不同用户对掘进机的不同需求，进而为国民经济建设提供更大的助力。所以，不断地提高并加强对掘进机模块化、系列化的设计研究，寻求全新的设计方案与设计思路尤为重要，相关的设计研究人员也必须要投入更多的精力去研制掘进机的设计发展，从而给用户提供更大的便利，最大程度上提高掘进机的实际使用价值与经济价值。

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