掘進機

截割運動為截割頭的旋轉和懸臂擺動的合成運動，截齒齒尖的運動軌跡近似為平面擺線 工作時，截割頭上受有截割反力和用來使截齒保持截割狀態的進給力(掏槽時，由行走機構或推進液壓缸產生的沿懸臂軸線方向的進給力；橫擺截割時，由回轉液壓缸產生的與擺動方向相同的進給力)，兩者近乎保持垂直關系，使得所需要的進給力較小。當懸臂的擺動力過大時，進給力就大，使截齒摩擦增大，若截割力不足，截割頭就會被卡住；當擺動力過小，截齒無法切入煤巖壁足夠深度，只能在煤壁表面上切削而產生粉塵，并使截齒磨損加劇
現代掘進機多通過液壓調節裝置自動調整懸臂的擺動力和擺動速度，使進給力和截割力相適應，取得良好的截割效果
截割反力的方向和懸臂軸線相垂直，對機器產生繞其縱軸線的扭轉力矩(傾覆力矩)，不利于機器的穩定工作
縱軸式掘進機多采用截錐體截割頭，結構簡單，容易實現內噴霧，較易切出光滑輪廓的巷道，便于用截割頭開水溝和挖柱窩
截割頭上既可安裝扁截齒，也可安裝鎬形截齒。截割硬巖時，鎬形截齒的壽命比扁截齒長。縱軸式截割頭破碎的煤巖向兩側堆積，需用截割頭在工作面下部進行輔助裝載作業，影響裝載效果。由于截割頭埋在被切煤巖中工作，且轉速低——產塵量較少
2．橫軸式
橫軸式掘進機的截割頭軸線與懸臂軸線相垂直

工作時先進行掏槽截割，掏槽進給力來自行走機構，最大掏槽深度為截割頭直徑的2/3。掏槽時，截割頭需做短幅擺動，以截割位于兩半截割頭中間部分的煤巖，因而使得操作較復雜。掏槽可在工作面上部或下部進行，但截割硬巖時應盡可能在工作面上部掏槽

橫擺截割時，截齒齒尖的運動軌跡近似為空間螺旋線
橫擺截割時，截割力方向近乎沿著懸臂的軸線，進給力的方向和截割力的方向近乎一致，與擺動方向近乎垂直，擺動力不作用在進給方向上，進給力主要取決于截割力——掏槽截割時所需要的進給力(推進力)較大，橫擺截割時所需要的擺動力較小
由于進給力來自行走履帶，使得行走機構需要較大的驅動力，且需頻繁開動，磨損加劇
截割反力使掘進機產生向后的推力和作用在截割頭上向上的分力，可被較大的機重所平衡，不會產生傾覆，機器工作時的穩定性較好
橫軸式截割頭的形狀近似為半橢圓球體，不易切出光滑輪廓的巷道，也不能利用截割頭開水溝和挖柱窩。橫軸式截割頭上多安裝鎬形截齒，齒尖的運動方向和煤體的下落方向相同，易將切下的煤巖推到鏟裝板上及時裝載運走，裝載效率較高。但截割頭的轉速高、齒數較多，且不被煤巖體所包埋——產塵量較多
二、截割機構
由截割頭、懸臂和回轉座組成懸臂工作機構
按懸臂長度是否可變，懸臂有伸縮式和不可伸縮式兩種
1．截割頭
截割頭是掘進機上直接截割破碎煤巖的旋轉部件，其形狀、尺寸和其上截齒的排列方式對掘進機的工作性能有重大影響
截割頭主要由截割頭體、螺旋葉片和截齒座等組成。在齒座里裝有截齒，葉片(或頭體)上焊有安裝內噴霧噴嘴用的噴嘴座

截割頭體為組焊式結構，在頭體上焊有截齒座和噴嘴座。頭體內設有內噴霧水道，截割頭通過鍵與主軸相連
截割頭的外形輪廓有球形、球柱形、球錐形和球錐柱形四種，以球錐形截割頭的截齒受力較為合理，得到較多應用
截齒按螺旋線方式分布在頭體上，螺旋線頭數一般為2～3條。截距對截割效果有較大影響。較大截距可增加單齒截割力，但截齒的磨損也隨之增加。在選擇截距時，還應考慮截割頭上不同部位的截齒所受的負荷不同而有所區別，力求各截齒負荷均勻，以減小沖擊載荷和使截齒的磨損速度接近

橫軸式截割頭頭體多為厚鋼板的組焊結構或鏍釘聯接結構，由左右對稱的兩個半體組成。在頭體上焊有齒座和噴嘴座，在頭體內開有內噴霧水道，裝有配水裝置。截割頭體通過漲套式聯軸器同減速器輸出軸相連，起過載保護作用
漲套式聯軸器

6-墊圈
內、外環都有斷口，擰緊螺釘使內環收縮，外環漲開，依靠摩擦力把切割頭聯結在減速器輸出軸上，傳遞轉矩。對中性好，裝拆方便，軸徑小，可以緩和沖擊和過載保護
橫軸式截割頭外形的包絡面(線)一般是由幾段不同曲面(線)組合而成。使用較多的組合型式有：圓曲線一拋物線一圓曲線(拋物線)、圓曲線一橢圓曲線一圓曲線等
設計時應根據不同的工作條件選擇截割頭包絡曲線的組合形式，力爭達到最佳截割效果。橫軸式截割頭的截齒數量較多，且按空間螺旋線方式分布在截割頭體上
螺旋線的旋向為左截割頭右旋、右截割頭左旋，可將截落的煤巖拋向兩個截割頭的中間，改善截齒的受力狀況，提高裝載效果
2．截割減速器
截割減速器作用：將電動機的運動和動力傳遞到截割頭
由于截割頭工作時承受較大的沖擊載荷，要求減速器可靠性高，過載能力大；其箱體作為懸臂的一部分，應有較大的剛性，聯接螺栓應有可靠的防松裝置；減速器最好能實現變速，以適應煤巖硬度的變化，增強掘進機的適應能力
常用傳動型式：圓錐—圓柱齒輪傳動、圓柱齒輪傳動和二級行星齒輪傳動
二級行星傳動可實現同軸傳動，速比大，結構緊湊，傳動功率大，多用于縱軸式截割頭；圓錐一圓柱齒輪傳動的結構簡單，能承受大的沖擊載荷，易實現機械過載保護，多用于橫軸式截割頭；實現截割頭變速的圓柱齒輪傳動，減速箱結構復雜，體積和重量較大

a-二級行星傳動 b-可變速的圓柱齒輪傳動 c、d-圓錐—圓柱齒輪傳動
3．電動機
為實現較強的連續過載能力，適應復雜多變的截割載荷，并利用噴霧水加強冷卻效果，懸臂式掘進機多采用防爆水冷式電動機來驅動截割頭
為滿足懸臂長度的需要和減小電動機的徑向尺寸，可采用串聯雙轉子電動機；為滿足截割不同硬度煤巖的需要，避免在減速箱中變速，可采用雙速電動機
4．懸臂伸縮裝置
掘進機掘進時，截割頭切入煤壁方式：
利用行走機構向前推進，使截割頭切入——截割頭懸臂不伸縮，結構比較簡單，但行走機構移動頻繁
截割頭懸臂可以伸縮，一般是利用液壓缸的推力使截割頭沿懸臂上的導軌移動，使截割頭切入煤壁，履帶不需移動
伸縮懸臂有內伸縮和外伸縮兩種

1花鍵套；2-內伸縮套；3-外伸縮套；4-保護套；5-定位螺釘；6-主軸；7-截割頭

截割減速器輸出軸上聯接有內花鍵套，主軸的右端開有外花鍵，并插入花鍵套內。主軸的左端通過花鍵和定位螺釘與截割頭相聯，使減速器的輸出軸驅動截割頭旋轉
保護套和內伸縮套同截割頭相聯，但不隨截割頭轉動。 外伸縮套則和減速器箱體固聯
推進液壓缸的前端和保護套相聯，后端和電動機殼體相聯，在其作用下，保護套帶動截割頭、主軸和內伸縮套相對于外伸縮套前后移動，實現懸臂的伸縮
結構尺寸小，移動部件重量輕，移動阻力較小，有利于機器的穩定。但需要較長花鍵軸，加工較難，結構也比較復雜

1-截割頭；2-工作臂；3-行星減速器；4-推進液壓缸；5-電動機；6-導軌架
推進液壓缸前端和工作臂相連，后端和導軌架相連，工作臂可相對導軌架作伸縮運動
懸臂結構尺寸和移動重量較大，推進阻力大，不利于機器的工作穩定性，但結構簡單，伸縮部件加工容易，精度要求較低
伸縮懸臂的伸縮行程應與截割深度(最大掏槽深度)相適應，一般在0.5～1m范圍內。推進液壓缸的推進力應能克服伸縮部件的移動阻力和沿懸臂軸線方向的截割反力
5．回轉臺 回轉臺是懸臂支撐機構中的主要部件，位于機器的中央。它連接左右履帶架，支承懸臂，實現懸臂的回轉、升降運動，承受著復雜的交變沖擊載荷

回轉體(盤形支座2)的下端裝有回轉齒輪6，在盤形支座和回轉座(十字構件1)間裝有圓盤止推軸承3，盤形支座的下部和十字構件間裝有球面滾子軸承4，截割反力即通過這兩個軸承傳遞到回轉座(十字構件1)和機架上。回轉液壓缸中的活塞推動和齒輪相嚙合的齒條移動即可帶動回轉體(盤形支座2)及鉸接于其上的懸臂擺動
三、裝運機構
由裝載機構和中間輸送機兩部分組成
裝載機構由電動機(或液壓馬達)、傳動齒輪箱、安全聯軸器、集料裝置、鏟裝板等組成。鏟裝板是基體，呈傾斜安裝在主機架前端，后部與中間輸送機連接，前端與巷道底板相接觸，靠液壓缸推動可作上下擺動。為增加裝載寬度，有的鏟裝板裝有左右副鏟裝板，有的則借助一個水平液壓缸推動鏟裝板左右擺動。鏟裝板上裝有集料裝置，由鏟裝板下面的傳動齒輪箱帶動

(1)刮板式裝載機構可形成封閉運動，裝載寬度大，但機構復雜，裝載效果差，應用較少
(2)扒爪式裝載機構由偏心盤帶動扒爪運動，兩扒爪相位差為180o，扒爪尖的運動軌跡為腰形封閉曲線，可將煤巖準確運至中間刮板輸送機，生產率高，結構簡單，工作可靠，應用較多
(3)圓盤星輪式裝載機構的星輪直接裝在傳動齒輪箱輸出軸上，靠星輪旋轉將煤(巖)扒入中間輸送機。工作平穩，動載荷小，裝載效果好，使用壽命長，多用于中型和重型掘進機 四、行走機構
懸臂式掘進機均采用履帶行走機構
五、液壓系統
工作機構水平和上下擺動，裝載機構和轉載機構的升降和水平擺動以及機器的支撐等，一般均采用液壓泵—液壓缸系統來實現。除工作機構采用電動機單獨驅動外，其他機構如裝運機構、轉載機構、履帶行走機構也可以用液壓泵—液壓馬達系統驅動
1．截割頭水平擺動回路
截割頭水平擺動由多路換向閥中的A1閥控制。當各換向閥都在中位時，液壓泵來的液壓油經各閥中位和過濾器4回油箱
當操縱閥A1使其左閥位通油，液壓油經該閥左閥位打開兩側液控單向閥7進入齒條液壓缸下側，使齒條活塞向上運動，帶動齒輪回轉體回轉，使截割頭向一側擺動；齒條液壓缸上側的油經已打開的上側液控單向閥7、換向閥A1左閥位、回油過濾器4回油箱
如果操縱換向閥A1使其右閥位通油，齒條活塞向下運動，截割頭向另一側擺動。齒條液壓缸的兩側都裝有安全閥，其作用是在截割頭停止擺動而發生過載時，對傳動零件及回轉體彈力套起過載保護作用。安全閥的調定壓力為31.5MPa
回路中的雙向液控單向閥，使齒條液壓缸在不供油時兩側都被鎖住，截割頭停留在調定水平的位置上

1-軸向柱塞泵；2-三位六通多路換向閥；3-壓力表；4-過濾器；5-雙聯液控單向閥
6-單向節流閥；7-液控單向閥；8-安全閥
2．截割頭升降回路
截割頭升降由多路換向閥中的A2閥控制。當操縱A2閥使其左閥位通油時，液壓油經該閥左閥位打開進油管側液控單向閥7后進入兩液壓缸的活塞桿腔，活塞腔的油經液控單向閥7和單向節流閥6(背壓)回油箱，使截割頭緩慢下降
在兩液壓缸活塞腔的端頭上裝有液控單向閥7，其作用是防止截割頭在垂直升降過程中，管路或軟管發生破裂，截割臂突然下落，造成事故。當操縱A2閥使其右閥位通油時，液壓油經單向節流閥中單向閥、液控單向閥7進入活塞腔，活塞桿腔中油經液控單向閥7回油箱
為便于操作，換向閥A1和A2操縱桿的運動方向與截割頭運動方向基本一致，例如Al閥操縱桿推向右側，截割頭向右擺，推向左側則向左擺動；A2閥的操縱桿向后拉，截割頭抬起，向前推截割頭下降
3．鏟裝板升降回路
當操縱B閥使左閥位通油時，液壓油經雙聯液控單向閥5進入液壓缸活塞腔，活塞桿腔油經單向節流閥6回油箱，使鏟裝板緩慢下降
安全閥8(調定壓力18MPa)作用：防止截割頭突然被卡住，使鏟裝板液壓缸活塞桿一側產生尖鋒壓力，損壞液壓缸、鏟裝板等被元件
4．穩定器升降回路
穩定器液壓缸升降由多路換向閥中的C閥控制
向前推控制桿，穩定器下降；向后拉控制桿，穩定器抬高
在穩定器活塞桿腔回路上裝有低壓安全閥(調定壓力5MPa)，作用是防止穩定器由下部位置抬起時，在穩定器與行走電動機之間有大塊碎巖損壞電動機
關鍵詞：掘進機