掘进机掘进轨迹分析（精选11篇）
掘进机掘进轨迹分析 篇1
0引言
目前, 可伸缩式悬臂掘进机正被广泛应用于煤岩巷道的掘进之中, 并成为煤矿巷道开拓最为重要的设备之一。但从各煤矿的使用情况来看, 掘进机的伸缩部在使用中往往会暴露出诸多问题, 严重影响到掘进效果。所以, 对掘进机的伸缩部进行优化设计, 使其结构更加合理、性能更加优越则成为当前掘进机设计研究者关注的重要课题。笔者以EBZ160掘进机为例, 对其伸缩部进行优化设计。
1掘进机的伸缩部在使用过程中存在的问题及其原因
可伸缩式悬臂式掘进机在使用过程中往往存在以下几个问题: 第一, 掘进机的实际破岩能力不强; 第二, 掘进机伸缩部的主轴承常常遭到损坏; 第三, 掘进机伸缩油缸伸出后, 油缸杆极易发生弯曲问题, 致使油缸杆无法缩回。
造成这一原因的根本问题, 在于现今绝大多数可伸缩式悬臂式掘进机往往采用单油缸伸缩结构。而掘进机是由截割头上的截齿完成施工作业, 在截齿工作时, 伸缩油缸伸出驱动伸缩部轴向钻进运动, 当截割头前部进入煤层时, 煤层带来的阻力和冲击通过截齿传递到截割头、截割主轴及主轴承。此时, 截割头承受的轴向力完全由伸缩部的主轴承担, 因此, 伸缩部的主轴承极易因为超载负荷工作而造成损坏。同时, 如若煤层中存在较为坚硬的矸石时, 那么一旦掘进机伸缩油缸掏窝进给动力不足, 那么油缸杆就会因为前进受阻造成弯曲变形, 进而无法正常使用。
2对掘进机伸缩部的优化设计
笔者以EBZ160掘进机为例, 对其伸缩部设计进行优化改进。并将原有的单缸伸缩油缸改为双缸, 并放在伸缩部的两侧。同时, 将截割主轴承由23238改为抗冲击重载型轴承22338, 进而提高掘进机伸缩部的承载能力。以下便对改优化设计进行验算分析。
2. 1对轴向力的验算分析
当掘进机的截割头进行水平钻井时, 其截割头所承受到的轴向力, 公式为:
式中: F表示伸缩油缸的最大推力, k N
D为液压缸内径, D = 0. 125 m
P为工作油压, p = 16 MPa
通过公式代入可以看到, 由单油缸进行驱动时, 相关参数: D1等于0. 125 m, P1等于16 MPa, Fr1等于171. 72 k N; 由双油缸进行驱动时, 相关参数: D2等于0. 1 m, P2等于12 MPa, 轴向力Fr2等于94. 2 k N, 而两个油缸的轴向力合计则为188. 4 k N。 可以看到由双油缸进行驱动时, 掘进机的轴向力高于单油缸作用9. 7% 。所以, 将原有的伸缩油缸, 单缸改为双缸。
2. 2对主轴承的校核
掘进机的截割部在钻进时, 轴向力是截割主轴承主要受到的作用力。而在此工况条件下, 我们对23238、22338轴承的基本额定动载荷C进行计算。
2. 2. 1轴承的基本额定动载荷
式中: P为动量动载荷, N; fh为寿命因素。因掘进机的横扫时间占90% 以上, 所以对掘进机寿命因素的选择往往定位6 600 h, fh则为2. 17。同时掘进机钻进时间的不足所占比例的10% , 寿命因素则选定为660 h, fh则为1. 085; fn为速度因数, 取值1. 118; fm为力矩载荷因数, 取值2. 0; fd为冲击载荷因素, 取值2. 0; fr为温度因素, 取值1. 0; Cr为轴承基本额定动载荷, 23238轴承的Cr为1 560 k N, 22338轴承的Cr为2 120 k N。
2. 2. 2轴承的当量动载荷
当Fa/Fr≤e时, 那么P=XFr+Y1Fa
当Fa/Fr>e时, 那么P=XFr+Y2Fa
式中: Fr为径向载荷; Fa为轴向载荷; e为计算系数, 23238的计算系数为0. 35, 22338的计算系数为0. 36; X为径向动载荷系数, 0. 67; Y为轴向动载荷系数, 22338轴承, Y1为1. 86, Y2为2. 77; 23238轴承, Y1为1. 9, Y2为2. 9。
1) 对轴承23238进行分析。
当Fa/ Fr> 0. 35
则Pa= 0. 67Fr+ Y2Fa≈Y2Fa= 521. 87 k N
如按照式 ( 2) 进行计算, 那么使用单缸钻进时, C = 1 661. 85 > Cr, 不符合设计要求轴承会发生损坏; 而如若使用双伸缩杆钻进, 那么C = 1 739. 84 > Cr, 同样不满足实际的设计要求。
2) 对轴承22338进行分析。
当Fa/ Fr> 0. 36
则Pa= 0. 67Fr+ Y2Fa≈Y2Fa= 546. 36 k N
如若按照式 ( 2) 进行计算, 那么C = 1 908. 84 < Cr, 满足设计要求且轴承不易发生损坏现象, 所以应该选用轴承22338。
3结语
笔者以EBZ160掘进机为例对其伸缩部进行设计优化, 并提出采用双伸缩油缸, 选用22338抗冲击重载型轴承的设计模式, 旨在增加掘进机钻进驱动力, 提高钻进的破岩能力, 有效解决伸缩部在实际使用过程中存在的问题。
摘要：针对掘进机的伸缩部在实际使用过程中存在的问题, 提出全新的优化改进建议, 旨在改善掘进机伸缩部结构, 使其变得更加合理, 性能更加卓越。
关键词：掘进机,伸缩部,优化设计
参考文献
[1]徐欢.机伸缩部优化设计[J].煤矿机械, 2012 (4) .
[2]韩健.EBZ160掘进机优化设计[J].中小企业管理与科技 (上旬刊) , 2013 (10) .
掘进机掘进轨迹分析 篇2
盘县石桥镇喜乐庆煤矿
11032切眼掘进工作面迎头钻孔涌水情况及水害分析
报告
2015年3月16日
11032切眼掘进工作面迎头钻孔涌水情况及水害分析报告
11032切眼为我矿11032采面接替工作面切眼，现已开口掘进25m，在工作面进行探放水作业过程中，巷道左帮孔出水，为确保水害治理工作安全有效，对水患情况调查分析如下。
一、井田基本情况;
1、矿区总体规划
2010年5月，矿井为贯彻贵州省全省煤矿整合、技改和调整布局工作进度第二十七次调度会议鼓励煤矿做大做强，达到更安全、更合理的目的精神，委托兴源煤矿科技有限责任公司对原开采方案设计和安全专篇进行了变更设计(见黔能源2010［275］和黔煤水安字2010［298］)，变更后生产能力扩大为30万吨/年。
2010年正式建设到目前为止，矿井己完成建井工程，但由于矿井在建设过程中，受隐伏断层和采空区影响，设计的原首采面和接替工作面受断层影响而无法布置，因此，矿井原方案设计进行二次变更，并经贵州省能源局批复（黔能源煤炭[2012]189号文件“《关于对盘县石桥镇喜乐庆煤矿初步设计（变更）的批复》。为此，2012年6月，按现有国家和地方有关规定及矿井实际开采情况，贵州兴源煤矿科技有限责任公司对我矿进行《安全设施设计（变更）》设计。
2、小窑和采空区情况
矿区老窑开采历史悠久，大多是利用冬春农闲时自采自用。矿区内煤层倾角平缓，由于受水、通风等限制，一般开采巷道不长，个别点可达100m，主要开采3号及17号煤层。二十世纪八十年代开始，特别是九十年代，小煤矿滥采乱挖现象较普遍。经近几年的清理、整顿，关停了部分不具备生产条件的小煤矿，情况有所好转。目前大多数老窑井巷均有积水，由于都已封闭，因此未能进行详细调查，积水情况不详。
喜乐庆煤矿整合之前，已经过多年的开采，3号、17号等主采煤层已形成较大面积的采空区。由于龙潭组以砂、泥岩为主，深部风化裂隙弱，起一定的隔水作用，采空区易形成积水。原有的开采系统，采空区将开始积水，长时间的积水是悬在拟开采矿段头上的水患，成为矿井直接充水、突水水源。
矿井必须高度重视老窑积水情况，特别是在采空区或老窑附近采煤时，要采取“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的探放水措施，并做到“有疑必停”。防止采空区积水及老窑积水的突然涌出，二、探水工作情况;
2015年3月13日，11032切眼掘进工作面掘进至25m处时，矿安排进行探放水工作且正常施工，钻探方位为工作面迎头正前方。2015年3月14日夜班打左前方孔（左帮孔）时，由于涌水较小，不能清楚判断是否为涌水，2015年3月15日早班，钻孔出现涌水，出水时涌水无压力，水量较小，水质为无色、透明、无异味，出水时涌出量约2m³/h，出水后涌水量无变小现象。
三、水害情况分析
(一)水文观察情况：
1、经15、16日钻孔涌水情况观察，均为正常涌水量，约为2m³/h。
2、涌水水质：无杂质、无异味，水质透明，被水浸泡区域无水锈，颜色正常。
3、涌水量相对均衡，无变小枯竭趋势。
(二)、水源分析： 1、11032切眼掘进工作面布置在3号煤层（首煤层）中，沿煤层顶板掘进，前方为我矿老系统，无上部煤层地层破坏情况。
2、根据现11042采面揭露断层预测，11032切眼前方有断层且落差较大。
3、我矿现采动区域地表无河流、湖泊，地处分水岭范围，无地表水威胁，地层内无暗河通过。
(三)、水害分析：
1、根据水文情况分析，水质无色、无味、无臭、无杂质，水质呈透明状，可以排出老窑水可能;
2、根据涌水情况，水压较小，水量无枯竭趋势，现为雨季枯竭区，可以排出水量补给源可能;
3、根据上述分析，可能是断层裂隙，形成导水通道。
(三)水害分析结果：
经水文、水质和水源情况分析，该工作面涌出水源为断层裂隙水，根据涌水量变化情况分析，无补给水（仅受雨季大气降水影响）。涌水情况对该工作面掘进无大的影响，但因3号煤层顶、底板岩性松软，掘进区域内存在小断层、裂隙等构造。必须严格执行《煤矿防治水规定》，坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。
四、采掘工程所采取的防治水措施
(1)必须密切观察矿井内的淋水、涌水情况，必须坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原则，同时必须坚持“有疑必停”的原则。
(2)定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下对照图及采掘工程图上标出其位置、开采范围、积水情况、探水红线等。
(3)针对主要含水层(段)建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的“探、防、堵、截、排”综合防治措施。
(4)井巷在掘进过程中必须先探后掘，掌握前方水文情况，若发现有水患时，应及时采取措施，待确认安全后才向前掘进，并将出水点位置标于井上下对照图及采掘工程图上。井巷揭露的主要出水点或地段，必须进行水温、水量、水质等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。
(5)采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突出预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
(6)井下和地面排水设施保证完好，所设沉淀池、水沟要及时进行清理，每年雨季前必须清理一次。每年雨季前对矿井防治水工作进行一次全面检查，成立防洪抢险队伍，并储备足够的防洪抢险物资。
(7)对于巷道破碎和淋水段特别加强支护，并采取导水等措施以免淋水直接淋至电缆上腐蚀电缆，巷道排水沟按规定设置并及时清理，巷道要保证排水坡度，对于巷道局部地段低洼集水段要设潜水泵或泥浆泵及时排水。
(8)以后掘进的开拓、准备巷道应根据井下地层情况选择稳定、淋水小的岩层，尽量避免穿过断层等构造带。
(9)要加强水文地质预测预报工作，提前预测和查清采掘工作面前方“断层、裂隙、陷落柱等构造导水性”的基本情况，以便提前采取针对性的防治水措施。
(10)矿井生产过程中，严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘，严禁破坏各种防隔水煤柱，并加强水文地质观察和资料编录工作。
(11)煤矿企业应编制矿区水害防治规划、年度水害防治计划和水害应急预案，建立水害预测预报制度。
(12)矿井雨季前必须进行水泵排水联合试运转，并编制联合试运转报告。
(13)根据防治水计划及地下水动态观测查明矿区和矿井中的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。
(14)定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑小窑情况，并在井上、下工程对照图上标出其老窑位置、开采范围、开采年限、积水情况，对本矿的采掘情况要及时测量和填图。
(15)每年雨季前必须对防治水工作进行全面检查，雨季前制定防治水措施，并组织抢险队伍，储备足够的防洪抢险物资。对排水能力要进行核定，各排水系统要组织检修。采空区设隔水墙，水沟及时进行清理。
(16)采掘工程要有专人测量，准确填图，巷道掘进要按设计的中腰线施工，防止误穿采空区。
(17)所有巷道掘进必须做到“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”。
(18)探放水必严格按《煤矿防治水规定 》执行。
五、探放水安全措施
(1)打钻前必须明确探水眼的位置、方位、倾角、眼数、孔深，严格按探放水设计施工。
(2)打钻时必须有一名技术员及以上的领导在现场指挥，负责打钻过程中的质量、安全等全面工作。
(3)打钻时必须有一名瓦检员和一名安全员在现场，负责瓦斯及有害气体的检查和打钻过程中的安全检查、监督。
(4)现场施工的所有人员必须清楚发生透水和各种预兆。
(5)透水预兆：
挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底鼓或出现裂隙渗水、水色发浑有臭味等异状时，必须停止作业，报告调度室;如果情况危急，立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。
(6)打钻安全措施：
1)按规定安设好钻机，完善供电系统;
2)打钻时袖口、腰带、灯线必须系牢穿好，严禁戴手套。
3)打钻时只能一人操作，严禁两人以上同时操作;
4)更换钻杆时，两人要互相配合好，以免伤人;
5)打钻时严禁人员站在钻机前方及钻杆两侧，操作人员和附近人员要注意断钎伤人。
(7)瓦斯管理措施：
1)打钻期间，工作面必须正常供风，必须有一名瓦检员跟班作业，时常检查瓦斯和二氧化碳及其他有害气体浓度，并做好记录。
2)在作业地点安设瓦斯报警仪监测瓦斯，瓦斯浓度超过0.8%时，立即停止打钻，查找原因，但不得拔出钻杆，及时进行处理。若是接近老窑，要加强通风管理增加风量，处理涌出气体浓度。
3)在放水完后，也要随时检查巷道中的气体浓度。
(8)放水安全措施：
1)打钻时，由技术员给定钻孔方位角、倾角，施工人员严格按钻孔参数施工;2)不管是那一个钻孔打透老窑，必须停止钻孔作业，要等此钻孔放完后，方可施工其他钻孔;
3)整个放水过程由技术员监测水量并记录;
4)水压大时，必须在探水眼上安装套管、放水阀门，便于调节放水量
(9)严格交接班制度，必须在现场交接班，上一班的探水情况必须逐项向下一班交待清楚，并做好交接班记录。
(10)探放水过程中若发生异常情况时，必须停止钻进，立即撒出人员，汇报矿调度，但钻杆不得拔出。及时制定措施进行处理，隐患没有排出不得进入迎头作业。
(11)若探眼不到5m就穿透积水区，必须立即撒出受水威胁的所有人员，汇报矿调度和矿总工程师，但钻杆不得拔出。及时制定措施进行处理，隐患没有排出不得进入迎头作业。
(12)打钻迎头必须安装有“风电及瓦斯电”闭锁装置，并保证完好、灵敏可靠，探水钻开关必须使用综合保护开关。
(13)严禁随意开停局部通风机，临时停电不得停风。来电后必须检查开关附近20米范围内的瓦斯，只有瓦斯浓度小于0.8%后，方可正常起动。
(14)避灾和通讯联络措施
1)避灾线路见避灾路线图
2)其他地点避灾线路按各《掘进作业规程》中规定撤离。
3)探放水施工期间放水时有可能淹水的其他巷道不准有人作业。
4)通讯联络方式：本掘进巷拨打电话通知矿调度,由矿调度通知其他作业地点人员或由两名探放水作业人员亲自到其他地点撤离，若探放水作业人员亲自到其他地点撤离时，必须与矿调度联系得到批准后方可亲自去撤离。
(15)严格执行“敲帮问顶”制度，严禁无风、微风、瓦斯超限作业。
(16)其他未叙部分严格按《煤矿安全规程》和《操作规程》执行。
掘进机掘进轨迹分析 篇3
【关键词】伸缩保护筒；同轴度；加工分析；加工
1.伸缩保护筒的加工存在的问题
图1为伸缩保护筒的简图, 该工件在镗削加工时存在的质量问题，可以做下简要的分析：
图1
1.1机床精度对镗削加工质量的影响
1.1.1镗床主轴的旋转精度
主轴的旋转精度直接影响到被镗孔的圆度和被镗平面的平面度，镗削加工时，主轴带动刀具旋转时，切削力方向不断发生变化，因此主轴的旋转精度越低，被镗孔的圆度误差越大，被镗平面的平面度越差。
1.1.2镗床导轨的直线度和导轨与主轴轴线的平行度
当工作台进给镗削加工时，导轨的直线度误差会导致被镗孔产生圆柱度误差，镗削同轴孔时会产生同轴度误差，床身导轨与主轴轴线不平行时被镗孔产生圆度误差。选用主轴进给锁镗削加工时，被镗孔会产生圆度误差。镗床导轨在使用过程中出现磨损现象会引起被镗孔产生圆柱度误差，并且加工过程中工作台移动不稳定使工件被镗孔表面粗糙度变粗。
由此可见，机床精度直接影响孔和孔系及被加工平面的镗削质量，因此在镗削孔及孔系工件时，应及时调整机床，并对机床各部位间隙调整到时最佳状态。
1.2镗削加工时安排不合理对镗削加工质量的影响
1.2.1镗杆伸出过长
镗杆伸出过长时，镗杆进给加工会造成被镗孔开始大后来随着镗杆进给逐渐变小，而产生圆柱度误差。
1.2.2毛坯孔偏斜过多
毛坯孔偏斜过多时会影响被镗孔的圆度误差及同轴孔系的同轴度误差。
1.2.3工步、工序安排不当引起的镗削质量问题
工步、工序安排不当会使被镗孔产生变形，形成圆度误差，因此要合理安排粗镗、半精镗、精镗的加工工序。
1.2.4刀具材料选择不当及刀具几何角度选择不对引起的镗削质量问题
刀具选择不当会造成被镗孔的精度下降，表面粗糙度变粗。根据工件材质选择合适的刀具材料。合理选择刀具几何角度镗削加工，在镗削钢件时，主偏角宜选用60°～75°镗刀，精加工时，主偏角选用75°～90°镗刀。
1.3工件的装夹造成的工件变形
工件安装在工件台上进行调整、找正，如工件调整、找正时出现偏斜或装夹不当造成工件变形，工件的安装要平稳可靠，合理选择夹辅具（如筒状工件应选择V型铁安装）装夹时，装夹位置要适当，夹紧力不能过大，尽量使夹紧力均匀。
1.4合理使用刀具和选择刀具几何角度及切削用量
1.4.1粗镗加工
尽量使用较粗刀杆加工，镗刀头安装在刀杆上伸出长度尽量短一些，如加工孔径较大的工件时，可以使用辅助夹刀具来增加刀具刚性。
1.4.2合理选择刀具的几何参数
采用单刃镗刀粗镗削时，刀具的主偏角选择75°～90°，前角5°～10°，后角3°～8°，副偏角10°～15°，刃倾角0°～4°。同时刀尖圆弧半径不宜过大，应以减小进给量来提高表面粗糙度。
1.4.3合理选择切削用量
粗镗加工时应减小切削速度，增大切削深度及进给量，粗镗时单边留量2～3mm作为半精镗余量。
2.伸缩保护筒的加工
1.工作台；2.工件；3.压板；4.压紧螺栓螺母；5.V型铁
图2
使用设备：TK6813×2 双端镗床
如图2将工件装夹在工作台上。
2.1工件装夹
将工件放在V型铁上按线找正，在Φ470和Φ520孔距端面130mm处安装支撑，Φ95孔下方用千斤顶支撑，筒内辅助支撑有手按紧后在辅助支撑上安装压板夹紧，夹紧时用力不宜过大，并且夹紧力要均匀，然后在Φ95上方安装压板夹紧。
2.2粗加工
选用YT5硬质合金刀镗削Φ470和Φ520孔，余留单边2～3mm。用铣刀盘切除Φ470孔外端面，余量0.5mm.用YT5硬质合金推切刀加工Φ470内端面，厚度按37mm。使用夹刀辅具加工Φ520孔外端面，长度按1070。
2.3半精加工
粗镗完成后，将工件上压板全部松开，稍等一会儿后看辅助支撑是否松动，如果松动用手拧紧，如果未松动，先将辅助支撑松开，再用手拧紧后将工件用压板夹紧，注意夹紧力不宜过大，各压板夹紧力分均匀。
使用铣刀盘切除Φ470孔外端面0.5mm余量后，使用推切刀加工Φ470孔内端面，保证尺寸36mm。
使用夹刀辅助和90°推切刀加工Φ520孔外端面保证尺寸1069mm,使用75°镗刀镗削Φ470和Φ520孔留量0.5～1mm后将工件上压板松开后再压紧，夹紧力要小于半精加工前的夹紧力，镗削Φ470和Φ520孔留量0.15～0.3mm。
2.4精加工
使用YT15镗刀镗削加工Φ470和Φ520孔，加工到 后再次松开压板及辅助支撑，测量Φ470和Φ520孔，如发现变形用未缷下的精镗刀再走一刀即可，将压板夹紧倒角。缷下工件时注意防止工件发生碰撞引起已加工孔的变形。
悬臂式掘进机电气系统分析 篇4
悬臂式掘进机电气系统主要是由矿用隔爆兼本质安全型开关箱和矿用隔爆型操作箱两部分组成,它们和矿用隔爆电铃;隔爆型照明灯;瓦斯传感器;矿用隔爆型急停按钮以及油泵电机、截割电机、二运电机等组成了掘进机电气系统。
1 产品特点
掘进机电气控制系统以可编程序控制器和掘进机综合保护器为核心,对截割、液压、二运、三个电机的过压、欠压、过温、过载、过流、三相平衡状态、电机及其电缆的绝缘状态(漏电闭锁)进行监控和保护、并具有瓦斯监控和低压漏电保护功能。控制系统具有程序控制、保护模块化、可靠性高、抗震动、抗干扰等特点,综合保护器与操作箱上液晶显示屏通讯,当工作正常时,显示系统工作电压、各电机运行状态及截割电机负荷大小,使掘进机操作者对机器工作情况一目了然。当系统故障时,显示故障状态并有记忆功能,使操作者及维修人员非常容易的判断故障原因。开关箱仪表盘同时显示系统工作电压、油泵工作时间、截割工作时间及系统故障等情况,系统可在660V或1140V额定电压下工作。
2 适用范围
掘进机电气系统其隔爆型结构适用有瓦斯及煤尘爆炸危险的矿井中。
3 使用工作条件
3.1 运行环境温度为-5℃～+40℃;
3.2 海拔不超过2000m;
3.3 周围空气相对湿度不大于90%(+25℃);
3.4 在无破坏绝缘的气体或蒸气的环境中;
3.5 能防止滴水的地方;
3.6 有显著振动与冲击的地方;
3.7 与水平面的安装倾斜度不超过16°;
3.8 在含有瓦斯等爆炸性混合物的矿井中;
3.9 污染等级3级。
4 工作原理
悬臂式掘进机电气系统主要由主回路,控制电源,控制回路等组成。
4.1 主回路。
主回路主要是由负荷开关熔断器组TQ,真空接触器KV1～KV3;阻容吸收电路FV1～FV3;以及电流互感器CT1～CT6组成。主回路框图如图1。
负荷开关作为电源开关,当其闭合时主回路各接触器上端得电。经控制回路闭合真空接触器KV1,油泵电机得电运转。同理当分别闭合真空接触器KV2或KV3,截割低速或截割高速运转,由于真空接触器KV2和KV3采用了电气联锁,截割电机高低速不能同时启动。各回路利用阻容吸收电路FV1～FV3吸收主回路过电压。电流互感器CT1～CT6取各回路电流,转换成电压信号送掘进机综合保护器,通过程序对各电机给以保护,并通过显示窗口显示出来故障原因。
4.2 控制电源。
控制电源主要是提供电控系统各等级工作电压。控制电源主要是由电源变压器、熔断器、保险端子、本安电源、稳压电源等组成,电源变压器为AC1140V和AC660V通用,必须和系统电压相匹配。
4.3 控制回路。
(1)电路的组成。控制回路是以可编程序控制器(简称PLC)为核心,它接受转换开关、急停按钮的信号,通过内部程序控制继电器输出接口,实现各电机启动和停止。同时PLC接受甲烷传感器及综合保护器的信号,通过程序实现整个电气系统的保护功能。为了增强系统可靠性,在控制回路中增设了漏检接触器及中间继电器,漏检接触器能有效将主回路高电压隔离。当发生紧急情况需要停止机器时,按下紧急停止按钮,电铃及各电机均停止工作。按下总急停按钮自锁,各电机将不能启动,照明灯可正常工作。按下截割紧急停止按钮自锁,截割电机不能启动。转换开关均为自动复位式,控制电铃报警及各电机启动和停止。(2)工作原理。系统送电后,操作箱液晶屏显示系统自检,开关箱仪表指示灯齐亮,检查指示灯有无损坏,稍后熄灭,同时PLC输出S1使漏检继电器吸合,综合保护器进行各回路检测。自检大约30秒时间完成,包括温度检测,漏电闭锁检测,低压漏电检测和甲烷浓度检测,在自检过程中,机器将不能启动。自检完成后,如系统显示正常则按顺序进行操作。
5 小结
掘进机掘进轨迹分析 篇5
关键词：复杂岩石地层；盾构掘进；施工；刀具管理
中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）27-0168-02
随着国内煤矿发展形势的转变，煤矿开采技术也面临着新的挑战，其中复杂岩层盾构掘进技术在煤矿开采过程中被应用的也越来越多。我国地质丰富且复杂，在煤矿开采掘进过程中经常要面临地质条件复杂施工现场，目前，国内盾构掘进施工已经基本实现了机械化，TBM、盾构及顶管等掘进设备已经成为煤矿开采掘进常用的机械设备。机械化设备的应用大大提高了盾构掘进工程的施工效率，因此探究复杂岩石地层盾构掘进效能的影响因素对煤矿开采具有现实的指导意义。
1 复杂岩石地层盾构掘进现状及面临的问题
复杂岩石地层盾构掘进技术是煤矿开采掘进工作的重要技术之一，探究这一技术的效能及影响因素十分必要。
1.1 盾构掘进面临的施工环境越来越复杂
盾构法掘进在隧道掘进过程中应用较多，但该技术主要适宜在单一的软土、软岩地层或砂层及其互层的地层中掘进。但在实际应用过程中施工的地质情况往往比较复杂。例如：软硬不均、软硬交互、岩石强度差异大等等是比较常见矿区地层的实际情况。复杂的岩石地质层对盾构掘进技术提出了更高要求。另一方面，盾构法大多应用于小范围的掘进。但随着煤矿规模的不断扩大，煤炭资源的匮乏，煤矿掘进深度越来越深。现代社会盾构掘进技术施工的环境越来越复杂，对掘进的精度要求越来越高。
1.2 盾构掘进实现了全面机械化掘进
全面机械化掘进大大提高了盾构掘进的施工效率，是国内项目施工技术的一大发展。机械化程度越来高，如何有效使用掘进机械并保持机械的良好工作效率是盾构掘进技术应用的关键。从盾构技术应用的实现来看，机械损害严重是影响该技术发展的关键。掘进过程中机械刀具意外破坏和非正常磨损非常严重，同时其他辅助工作费用也有所增加。管片错台、管片姿态及成型隧道轴线难以控制等等都是盾构掘进过程中暴露的出的问题。不仅增加了掘进成本，还影响了煤矿开采的周期。盾构掘进机械是通过刀盘旋转，利用刀具切割岩石或土体工作的。掘进机械的刀盘、刀具的切割效能是评价掘进效率的重要因素。包括刀盘每转的切入深度及掘进速率。如何提高掘进机械的掘进效率是当前技术公关的主要方向。
1.3 安全事故是掘进工作面临的技术难题
从掘进机械的工作原理来看，机械刀盘工作时通过推力将刀盘切入岩石，随着刀盘的旋转盘形滚刀绕刀盘中心轴公转，在刀盘的推力、扭矩共同作用下，对煤层产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，形成煤块碎片，达到掘进目的。对掘进机械工作原理的理解可以更好地分析影响盾构切深和掘进效率的主要因素。结合相关的理论研究成果，地质条件、机械参数及操作特性等被视为影响盾构掘进机械效率的主要因素。其中地质条件对掘进效率的影响占主要。受复杂地质条件的影响，地下水压力等综合因素的影响，在煤矿开采掘进过程中极易发生坍塌等安全事故。机械参数和操作特性等因素的影响处于其次。复杂地质条件下如何安全开展煤炭开采生产，是煤矿开采技术发展难点和重点。
2 复杂岩石地层盾構掘进效能影响因素分析
盾构掘进技术在现代社会生产活动中扮演着重要角色，复杂岩石地层对盾构掘进效能影响较大，也正是这个原因相关课题的研究备受关注，所以分析复杂岩石地层盾构掘进效能影响因素的是非常必要的。
2.1 煤层的点荷载强度对掘进效能的影响
煤层的点荷载强度对盾构掘进效能影响非常明确。煤层受其煤质质量的影响，煤层的硬度和松软度有一定的区别。以对煤层点荷载强度和掘进的速率建立数学函数分析模型为例，研究结果表明：切深和掘进速率均随煤层强度的增大而降低，而且呈幂函数曲线关系。在该项目的研究过程中煤层点荷载强度对掘进效率的影响是显著的。受煤层点荷载强度的影响，在盾构掘进实践中要特别注意对煤层点荷载强度的分析研究。对开采区域的煤层强度和硬度过高时对煤炭开采的产量要做相应的调整。另一方面，煤层点荷载强度过高时，对掘进机械刀盘刀片的影响也较大。因此，在应用实践中要及时检查机械刀盘及刀片的磨损情况，磨损严重的刀盘要及时跟换。
2.2 煤层土仓压力对掘进效能的影响
所谓盾构土仓压力是用于维持刀盘前方的围岩稳定的推力。合适的土仓压力能有效避免土体坍塌或地下水流失的问题，是维持土体稳定的关键。在煤炭开采过程中如果不能很好地控制土仓压将直接影响周边的地质情况，造成周边坍塌的生产安全事故。另一方面，土仓压对掘进机械的扭矩、推力有一定影响，当提高掘进速度时为减少土体对刀具的磨损，通常采用降低土仓压力技术处理来控制掘进成本。土仓压力的大小的控制是盾构掘进技术的难点。在煤矿掘进方案制定时，需要对矿区区域各方面的因素综合考虑以定出合理的土仓压力值。实践中地层土压力、地下水压力、预备压力等都是计算合理土仓压需要参考的数据。在掘进过程中，螺旋输送机的出煤量对土仓压有一定影响，在掘进过程中需要严格控制，间接地对掘进机螺旋机的转速进行实时调节实现稳定和平衡土仓压。通常对于硬质煤层地层，上部土仓压在0.02～0.06 MPa，下层土仓压在0.08～0.12 MPa，螺旋机转速控制在6～12 r/min；软硬不均的煤层地层，上部土仓压在0.15～0.22 MPa，下层土仓压在0.25～0.32 MPa，螺旋机转速控制在3～8 r/min。
2.3 刀具管理对掘进效能的影响
刀具的工作状态直接影响盾构的掘进效能，因此重视刀具管理是非常重要的。掘进过程中定期开仓检查、更换刀具是刀具管理的重要工作。刀具管理对掘进效能影响明显。硬质地质条件下，刀具在掘进过程中受到冲击加大，容易磨损。因此硬质地质条件下每掘进2～3环就必须开仓检查刀具磨损情况及刀具螺栓松动情况。通常将边缘滚刀及边缘刮刀最大磨损允许值规定为15 mm，超出15 mm的要需要更换。软硬不均的地质条件下，更换刀的工作相对具较为困难，通常采用对掌子面地层进行辅助加固方式固定刀具。通过多年的实践经验发现施工过程中采用全敞开或半敞开的模式掘进，有利于刀具管理。操作过程中根据机械推进力、推进速度和刀盘扭矩变化等的判断刀具是否需要做调整。例如：掘进速度明显降低、或盾构推力明显增大时，开仓检查刀具是非常必要的。检查的内容包括：否出现松动、泄漏、卡滞、是否发生偏磨等。随着技术发展，一些掘进机械已经发展了在刀具上安装液压传感系统装置。安装该装置后刀具磨损到一定程度就会自动报警指示，这样就大大提高刀具管理的效率。除了观察掘进速度、盾构推力综外，对机械的掘进参数、岩碴形状、温度、刀盘振动等指标的观察对判断刀具的状态也是非常有用的。
3 结 语
复杂岩石地质层盾构掘进效能的改善对当前煤炭掘进开采水平的提高有着重要意义。在实现盾构掘进全面机械化操作的基础上，提高机械掘进效能能有效控制掘进成本，实现煤炭开采掘进的科学管理。地质条件、机械参数及操作特性是影响盾构掘进效能的主要因素。复杂矿区地质层盾构掘进效能的控制也是适应社会发展需要的重要技术创新，通过该技术的推广将大大提高煤矿盾构掘进的开采效率。
参考文献：
[1] 赵全民.软、硬岩条件下土压平衡盾构施工控制要点及对策[J].隧道建设，2005，（S1）.
[2] 李茂文，刘建国，韩雪峰，等.长距离硬岩地层盾构施工关键技术研究[J].隧道建设，2009，（4）.
煤矿掘进机液压传动常见故障分析 篇6
在煤矿生产过程中, 掘进机是非常重要的机械设备, 而液压系统是使掘进机非常重要的组成部分。它的工作原理主要是通过将机械能向液压油的压力能转化, 使掘进机的相关部件驱动。液压系统的优劣直接影响了主系统的优劣, 液压系统的故障会造成非常严重的经济损失。在本文中, 笔者根据自身工作经验, 对煤矿掘进机液压系统的结构、常见问题、以及故障排除等方面进行一些粗略的探讨。
1液压系统的组成
一般的液压系统完整组成需要五个部分, 即控制元件、动力元件、执行元件、辅助元件以及液压油。控制元件包括操纵台;动力元件包括行走、运输、内喷雾马达、泵站;执行元件包括截割头升降油缸、截割回转油缸、铲板油缸、后支承油缸、履带张紧油缸;辅助元件包括相关联接的配管、阀组等。
2常见故障问题分析
2.1 机械问题
2.1.1 液压系统压力存在问题
当发现液压系统压力存在问题时, 首先要考虑液压泵是否有流量。如果发现无油液输出, 就要考虑是否是液压泵的转向错误使得吸油回路的阻力破坏了泵正常排出油液。在有油液流出且压力存在问题的情况下, 要首先对各段回路的管路以及管路元件进行检查, 找出泄露部位。液压泵的油液在流经溢流阀回油箱时, 在低压下经常由以下情况造成:一是溢流阀的主阀芯以及先导阀会存在脏物以及锈蚀的情况在开口位置卡死;二是弹簧折断失效;三是阻尼小孔被堵。其失效原理是:压力回路中控制阀在污物或其他情况引起的阀芯卡在了回油位置, 使压力回路短接于低压回路;或因某些压力阀的不严密或密封元件的损坏造成压力泄露。
2.1.2 工作机构的速度达不到工作要求或完全静止
工作机构的速度达不到工作要求的原因大多是由于液压泵输出流量达不到工作要求所致, 而工作机构静止是因为液压泵输出为零流量。与此同时, 系统的泄露、溢流阀设定值过低也是常见的诱发原因。具体原因如下:
1) 液压泵错误转向或吸油量达不到要求。输出流量达不到要求, 往往是由液压泵的吸油量达不到要求引起的, 吸油管路中, 由于油液粘度太大引起阻力过大, 或油箱液面过低以及部分管路存在漏气等情况都会使吸油量不足。
2) 液压泵的泄露。由于机器长时间运转以及使用, 零部件会产生一定的磨损, 密封效果变差, 当累积到一定程度时, 压油腔与吸油腔会发生联通电路现象, 使液压泵造成内泄漏。
3) 溢流阀或其他压力回路的控制阀的阀芯存在锈蚀或卡死现象, 会使压力油直接向低压回路流去, 从而造成整个系统压力不足。
4) 压力回路中的接头以及阀的泄露。此类情况是液压系统泄漏的最普遍的现象之一, 要通过日常的检修维护工作, 尽量减少此类泄露, 并保证密封元件的正常工作。
2.1.3 噪声和震动
噪声和震动往往是同时发生的, 这些都致使了劳动条件的恶化。噪声和震动的主要原因来自于油液中夹杂的空气, 或者是压泵流量有较大的脉动或脉动频率与元件或管路的固有频率相接近, 强化了振动效果。具体分析如下:
1) 气体混入吸油管路而引发的噪声和振动可能由两方面的原因造成:①泵的吸液高度过大, 而吸油管路过细致使流动阻力加大, 由于油箱与大气不是联通的, 泵的转速有很大, 使得液压泵吸液腔吸入的油液不够满, 使得油液中的部分空气析出, 发生气蚀而引起振动。②吸油管的密封存在问题, 使吸油泵在吸油的同时将大量空气吸入系统。
2) 泵和马达质量存在问题。困油现象、柱塞卡死等质量问题都将引起噪声与振动。
3) 其他原因。安装问题:电机与液压泵安装时应该同心安装;联轴器不紧固;管子细长且弯头较多;管路中油体流动速度太高, 这些都是诱发管路震动的原因。
2.1.4 油温过高
1) 泄漏情况严重。
液压泵压力过大, 致使零件磨损加重, 使密封间隙加大;密封元件的损坏以及所使用的油液的粘度较低等都是产生泄漏的原因。
2) 缺少卸荷回路。
当一个工段完成, 不再需要压力油时, 系统中若没有卸荷回路, 则大量高压油将经溢流阀溢流出来, 此时, 执行元件不工作, 油泵就会在原压力之下工作, 会造成大量的功率损失, 以及使油液发热, 所以, 对油泵卸荷的使用是必要的。通过卸荷可以减少油泵的运转压力, 使泵在小流量下运转。
3) 使用了粘度过大的油液。
粘度是油液可用性的指标之一。油液的粘度越大, 则会造成液压损失以及机械摩擦损失的增加, 功率损失则越大, 温度随之而上升。
4) 油冷却器发生故障。
油冷却器的常见故障是器械的内部堵塞或者冷却水发生泄漏, 致使冷却水不能正常循环导致油温升高。
5) 散热不畅。
油液循环速度快、周围环境的温度情况以及空气的流通状况都可能导致散热问题的产生。
2.2 人为问题
人为引起的机械故障导致液压传动不能在正常状态下工作, 主要包括:机械操作人员的操作方式不规范或过于粗暴、以及对机械的维护工作的懈怠两方面的问题。
2.2.1 操作人员不规范或粗暴的操作行为
对于掘进机机械的安全性以及寿命有极其恶劣的影响, 严重时, 可能导致报废。不规范或粗暴操作对掘进机的影响具体如下:
1) 在工作过程中对掘进机产生较大的冲击负荷, 对于各个部件之间的磨损, 严重时会导致零部件的破碎甚至断裂。
2) 对管路造成损害。大的冲击负荷对于掘进机液压系统会造成严重的损坏, 尤其对于一些高压油管的影响非常大, 造成如爆管、漏油以及溢流阀的损坏等情况的发生。
为了使事故频率降低, 对于掘进机司机要进行系统的培训之后才能上岗, 并且对操作行为进行考核, 规范其操作行为, 使暴力操作尽量减少。
2.2.2 机械管理维护不到位
在机械管理存在的问题中, 最典型的问题就是液压油的污染。当然, 操作人员的不规范操作、粗暴操作也都是引起该问题的诱因。液压油污染对于掘进机系统出现问题的影响是非常大的。根据相关故障资料数据统计, 液压油污染引发的故障在所有可能诱发掘进机故障的因素中占60%-80%之多。
被污染后的液压油对于掘进机液压系统的危害是非常致命的, 它引起的常见故障有很多, 例如它能加深零部件的磨损程度, 损坏密封、使泄漏增大、油温升高等, 因此, 降低液压油的污染率从而降低掘进机的故障率是十分必要的。另外, 由于掘进机的作业环境一般是在煤矿井下, 环境非常恶劣, 因此, 必须对掘进机液压系统发生故障的频率进行减低与控制。
掘进机的液压系统常常会由于种种检修维护工作的不到位而引发故障, 一旦液压系统被污染, 严重的就必须进行更换。所以, 在对液压油进行添加时, 也要注意加油工具的清洁, 清理加油口的落煤, 增加必要的过滤系统, 以免不必要的污染发生。同时, 对液压系统的零部件, 例如液压油管路、液压油滤清器以及油箱加油盖等也要进行必要的清洁。
如果需要在工作时进行液压系统的维护, 需要着重对以下几点进行注意:一是保证掘进工作面和掘进机的距离保持定值;二是注意防尘措施的采取或风机的关闭;三是对于零部件拆洗时进行彻底的清洁。以液压油箱的油盖拆卸为例, 对油盖周围的清理, 如去除煤、矸等是十分必要的, 但需要注意的是注油口部位不能用水清洗, 以免水油混杂, 使系统不能正常工作。
3对于常见故障的解决方法
3.1 配管漏油
配管接头经常会因振动而松动, 另外, 密封圈损坏、软管破损等都会引起配管漏油。所以, 对于紧固接头要经常检查, 及时对密封圈进行更换以及对软管进行包扎。
3.2 油缸问题
油压不足、控制阀失效、密封损坏、平衡阀失效等会使压力达不到工作的要求。要想系统的输出压力达到要求, 要对换向阀的流量进行调整, 以及对控制阀和换向阀的正常工作进行检测, 另外, 对密封进行检查。
3.3 油温过高
油箱油温过高的诱发原因上文中已有介绍, 根据不同原因可采取不同的措施, 对油量进行追加, 对异物及时发现并清除, 并保证冷却系统的正常进行。
3.4 液压油污染
若液压油系统被污染, 程度较轻的情况下可通过系统自身的过滤系统清除污染物, 若整个液压油系统已经被重度污染甚至出现变质, 那么应该立即重新更换液压油, 并对相关部件进行清洗。
4结语
本文对于液压系统的结构特点进行了简单的介绍, 对于常见问题如何注意和避免提出了要求。对掘进机进行正常的日常维护是减少和避免掘进机出现故障的有效方法, 可以提高掘进机的使用寿命以及效率, 为企业经济利益的提高做出贡献。
摘要：液压系统出现的故障会直接造成掘进机主系统的失效, 从而造成重大的经济损失。文章对煤矿掘进机液压系统的结构、常见问题以及其原因、故障进行分析讨论。
关键词：煤矿掘进机,液压传动系统,故障分析,原因分析
参考文献
[1]熊宗恒.选煤厂现代机电设备管理存在的问题及对策[J].煤炭加工与综合利用, 2009.
[2]卢安民.选煤厂机电设备状态检修初探[J].煤炭工程, 2007.
[3]代建学.EBZ160悬臂式掘进机液压系统的维护[J].煤矿机械, 2009, 30 (4) :156一158.
悬臂式掘进机切割机构的设计分析 篇7
一、切割机构
1 切割机构工作原理
切割电机输出力矩, 通过花键套将力矩传递给切割减速机, 减速机通过花键套将力矩传递给切割主轴, 切割主轴通过内花键套把力矩传递到切割头, 切割头以此方式进行旋转切割。
伸缩式切割机构配有切割举升油缸、切割回转油缸和切割伸缩油缸, 通过举升油缸实现切割机构的上下方向移动, 通过回转油缸实现切割机构的左右方向移动, 通过伸缩油缸实现切割头的伸缩功能。固定式切割机构只配有举升油缸和回转油缸。
2切割机构组成
切割机构由切割电机、切割减速机、伸缩部 (固定式为悬臂段) 、切割头、辅助部件等组成。
二、切割机构受力分析
下面以EBHZ300型伸缩式掘进机为例进行切割机构的受力分析。
EBZ300型掘进机的工作方式包括:旋转切割掘进, 向前掘进, 上、下升降掘进, 左、右横摆掘进以及以上几种工作方式复合性掘进。
切割机构载荷的确定是为了切割力的计算。切割力的大小并不完全取决于工作载荷的大小, 还与切割头的作业位置、掘进方式和阻力的方向有关。工作点位由切割伸缩油缸、切割举升油缸和切割回转油缸的行程决定, 行程不同对应的切割头的工作点位不同, 本文对每一种位置进行受力分析。
由三种油缸配合, 使切割头固定在不同的极限点位:
垂直悬臂段方向 (切割升降油缸) :水平位置、最高位置、最低位置。水平方向 (切割回转油缸) :最左端、中间、最右端。轴向 (切割伸缩油缸) :最短、最长。
1垂直悬臂段方向切割力
切割机构受的切割力由切割升降油缸作用产生, 其大小与切割机构所处的位置有关。
EBZ300掘进机切割举升油缸的内腔直径φ248mm, 活塞杆径φ122mm, 移动行程750mm, 铰耳安装距1668 mm。按工作压力20MPa计算, 最大推力为980 k N。
最大切割力位置的确定:切割头受切割力如图1所示。切割机构的重心位置处于图中M点。
根据力平衡方程求得:
通过调整举升油缸的行程来调整切割头的上下位置, L3取不同值对应的Ft1, Ft2值大小不同, 从而计算出Ft1, Ft2最大值。
2 切割头水平方向摆动力
回转油缸的参数不同对应的摆动切割力大小不同。
E B Z 3 0 0悬臂式掘进机回转油缸的内腔直径φ2 2 0 m m, 活塞杆直径φ110mm, 移动行程1180mm, 安装距1930 mm。按工作压力20MPa计算, 油缸的最大推力为758 k N。
图2 (a) 为两回转油缸行程相同时示意图, 图2 (b) 为两回转油缸行程不同时示意图。
力矩大小:M=T1L1+T2L2
当回转油缸行程相同, θ=0°时, 回转力矩达到最大, 即最大回转力矩发生在切割机构纵向轴线位置, 此时M=946k N·m。当回转油缸转动后力矩值减小, 所以回转油缸行程相同时, 摆动力最大。
当回转油缸行程相同时, 切割头所处的几个极限位置对应摆动力的大小如下:“切割头水平”196k N, “切割头最高点”261k N, “切割头最低点”210k N。
3 切割进给力
掘进机切割进给力取行走牵引力和伸缩油缸的推力中较小值。
伸缩油缸的内腔直径为φ140mm, 活塞杆直径为φ90mm, 移动行程为420mm, 铰耳安装距为2140 mm。油缸最大推力为300 k N。行走牵引力为770 k N, 所以切割进给力为300k N。
4 切割回转力矩
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002.
掘进机的稳定性分析与计算 篇8
关键词：掘进机,稳定性,静态稳定性,动态稳定性
1 静态稳定性
掘进机的静态稳定性是指机器在行走和截割两种状态下的稳定性。
1.1 行走时的静态稳定性计算。
1.1.1 极限倾翻角。掘进机在上山、下山、横向倾斜停留及行走时的极限倾翻角由下式确定
式中，α1—上山（坡）极限倾斜角；α2—下山（坡）极限倾斜角；α3—上横向极限倾斜角；a—掘进机重心至履带后轮轴心线距离，mm;b—掘进机重心至履带前轮轴心线距离，mm;e—掘进机重心至履带边缘的距离，mm;h—掘进机重心离地高度，mm。
1.1.2 下滑临界坡度角。
式中，F1—履带板与巷道底板的附着力，N，在掘进机发生倾翻之前，若履带板与巷道底板附着力不足，则可能导致机器下滑或靠帮；
μ—履带板与底板的附着系数，一般取μ=0.6;G—掘进机的重力，N，已知掘进机整机重为G=2.6×105N；α—巷道坡度角，已知α=±16°；F2—使机器产生下滑的力是与底板平行的重力分力，N。
1.2 截割时的静态稳定性计算。
1.2.1 纵向截割（上下截割）。当截割头向上截割时，极限倾翻力矩为
由机器自重产生的稳定力矩
当截割头向下截割时，极限倾翻力矩为
这时的稳定力矩为
式中，Ra1,Ra2—分别为截割头向上、向下截割时的阻力，N，其值取为：大小与截割头纵向进给力相等，方向相反；c—履带前轮轴心线至铲板前缘的距离，mm,c=2300mm;d—铲板前缘到截割头载荷中心的水平距离，mm,d=3400mm=3.4m。
1.2.2 横向截割（左右截割）。掘进机横向截割时，最不利的状况是截割头位于最高位置。其极限翻转力矩为：
式中，Rb—截割头横向截割时的阻力，N，取其大小与横向进给力相等方向相反；f—截割头最高位置时载荷中心距底板的高度，mm，已f=2500mm。
这时，机器的稳定力矩为
1.2.3 轴向钻进。截割头轴向钻进极限倾翻力矩为
稳定力矩为
式中，RC—截割头的推进阻力，N，有于靠行走机构推进，取其为行走机构的牵引力；h2—截割头摆动中心至底板的距离，mm,h2=2300mm。
2 动态稳定性
2.1 纵向截割（上下截割）。向上截割时稳定力矩，由公式（4）知
向下截割时稳定力矩，由公式（6）知
所以掘进机纵向截割时满足稳定条件。
2.2 横向截割（左右截割）。稳定力矩，由公式（8）知
所以掘进机横向截割时满足稳定条件。
2.3 轴向钻进。
稳定力矩，由公式（10）知
所以掘进机轴向钻进时满足稳定条件。
3 结语
AM-50型掘进机液压系统分析 篇9
1 主机液压系统
1.1 泵站
斜轴式轴向柱塞变量泵安装在油箱内, 由1台11kW的电动机驱动。液压泵输出油液先进入焊接在油箱上的分配器, 之后进入带式转载机的二联三位六通手动多路换向阀24, 再进入四联三位六通手动换向阀2, 然后经三路流量调节阀3, 分出部分流量供给液压马达6, 最后返回油箱19。该系统齿轮液压马达6与多路换向阀组24、2为串联工作状态。此外, 在司机操纵台上的压力表可以测量主泵的出口压力。泵站的最高工作压力由多路换向阀2和24的溢流阀限定, 其值为20 MPa。多路换向阀均有泄漏油管接回油箱。
1.2 切割电动机冷却回路
系统回油经三路流量调节阀3, 分出部分流量进入齿轮式液压马达6, 驱动马达旋转。马达的两端出轴分别带动冷却水泵和风扇。水泵从水箱18吸水, 排出的压力水进入电动机的定子冷却水套, 经热交换后的热水再经过由风扇冷却的蛇形管冷却器回到水箱, 不断循环, 形成闭式冷却回路。水箱的水温通过遥测线反映在操纵台的遥测温度计上, 最高水温不得超过55℃。三路流量调节阀中的溢流阀3调定, 压力为3 MPa。
1.3 切割悬臂水平摆动和升降液压回路
切割悬臂的运动由四联多路换向阀的手柄A按照A1和A2进行操纵。手柄的动作方向与切割悬臂的运动方向一致。当手柄A处于中间位置时, 水平摆动液压缸13由于液控单向阀的锁紧作用, 使切割悬臂固定在一定的回转角度上;升降液压缸14也由于液控单向阀的锁紧作用, 将切割悬臂固定在一定高度。单向节流阀7的作用是当操纵切割悬臂下降时, 防止因自重引起下降速度过快, 避免冲击和振动, 调定的背压为12~13 MPa。为了防止切割悬臂在其管路上万一发生崩裂故障而突然下降, 在其升降油缸活塞腔油路中装有单向阀10;工作中, 如果切割头一侧受到大的水平阻力引起水平摆动液压缸一侧的液压力增大时, 与之相连的溢流阀11可对推动回转台的齿条油缸及齿条-齿轮副中的压缩涨紧弹力圈进行过载保护, 其调定值为31.5 MPa。
1.4 铲板升降液压回路
装载铲板的升降由多路换向阀的手柄B控制。当手柄B处于中间位置时, 铲板升降液压缸15在液压锁的锁紧作用下, 使装载铲板固定在一定高度。当操纵铲板下降时, 单向节流阀7可限制铲板因自重而下降过快, 调定压力为5~6 MPa。在油缸的两腔之间的管路中, 装有溢路流阀9, 工作中, 当铲板受到过大的向下作用力时, 液压缸有杆腔的压力将增高, 为避免引起元件损坏, 此时由溢流阀9溢流减压实施保护, 其调定值为18 MPa。
1.5 机后稳定器升降回路
机后稳定器是增加掘进机工作稳定性的辅助装置, 以减轻振动, 改善切割效果。掘进机工作时, 应使稳定器紧贴底板, 作为后支点。稳定器液压缸的升降由多路换向阀手柄C控制。液压缸有杆腔的油路接有一个溢流阀8, 它装在油箱侧壁的分配器底板上, 其调定值为5 MPa, 可防止稳定器提起时将大块岩石、物料卡在行走机构与电动机之间而将电动机损坏。
2 带式转载机液压系统
操纵桥式胶带转载机油缸的二联多路换向阀组24有两个手柄, 手柄F控制转载机水平左、右摆动;手柄G控制转载机升降运动。为了使转载机液压缸21和22获得锁紧、缓慢和平稳的动作, 系统中设有单向节流阀7、并联单向节流阀20、溢流阀8和单向阀25。升降油缸的溢流阀8调定压力值应为刮板输送中部承受力超过4000N时, 该阀应打开。系统中装设的单向节流, 7的调整, 应由全开状态逐渐地关闭, 直至转载机的摆动运动达到快速且平稳为止。此时, 摆动液压缸21的压力应为18~19MPa。
3 结语
通过对AM-50型掘进机液压系统的分析, 为检修, 维护人员快速理解系统原理及元件功能提供了参考, 可以减少液压系统故障查找、故障分析和故障排除的时间, 从而为掘进机高效、可靠、经济工作提供基础。
摘要：国产AM-50型掘进机液压系统由主机液压系统和带式转载机液压系统两部分组成。液压系统的主要元件为液压泵、油箱、冷却装置、多路换向阀、溢流阀、液控单向阀、单向节流阀、管路、液压缸等。本文对液压系统中的液压元件的作用进行分析。
关键词：AM-50型掘进机,液压系统,液压元件,压力
参考文献
[1]毋虎城, 王国文.煤矿采掘运机械使用与维护[M].北京:煤矿工业出版社, 2012.
[2]煤炭行业岗位标准化作业标准[S].北京:煤炭工业出版社, 2004.
掘进工作面不同孔径钻孔预抽分析 篇10
关键词：掘进工作面 不同孔径钻孔 预抽分析
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）003-058-0
概况
华晋焦煤公司沙曲矿属高瓦斯且具有煤与瓦斯突出危险的矿井。2010年度矿井绝对瓦斯涌出量335.5m3/min，相对瓦斯涌出量61.2 m3/t。目前全矿瓦斯涌出总量达405.5 m3/min，其中风排瓦斯量为211.2 m3/min左右，抽放瓦斯量为194.3m3/min左右。综采工作面瓦斯涌出量南翼达135m3/min左右，北翼达126m3/min左右。掘进工作面瓦斯涌出量在3-6m3/min之间，在掘进过程中瓦斯异常涌出现象频繁。瓦斯是制约生产和威胁矿井安全的主要因素。
山西煤田地质勘探148队和煤炭科学研究总院抚顺分院对沙曲井田主要可采煤层进行了瓦斯含量测定。
沙曲煤矿主采的4号煤层属于可以抽放的煤层。
掘进工作面采取“先抽后掘”的防突措施，采用双巷布置方式，每个工作面布置6个预抽钻孔，孔径为75mm，深度不得低于55米，预抽时间保证5-7天，经效果检验无突出危险，方可正常掘进，掘进巷道距预抽钻孔终端5米时，停止掘进，然后进入下一个循环打瓦斯预抽钻孔。这样始终保持一个面掘进，一个面预抽，来回循环接替。预抽钻孔采用重庆煤科院的150型液压钻机和ZY-300型钻机钻机施工钻孔。这里选取14203掘进工作面不同直径钻孔进行分析、比较。
€HT94mm（大孔）和€HT75mm（小孔）预抽孔效率分析
在14203胶带巷掘进工作面用150钻机施工€HT75mm预抽孔，该钻机电机功率为15kW，理论钻孔深度为150米，钻杆型号为€%O42*800mm，钻孔直径为€%O75mm。随机选取五个循环的预抽情况，€HT75mm钻孔的平均纯瓦斯量为0.1 m3/min。预抽7天为一个循环，4个孔的预抽总瓦斯纯量平均为4903 m3，工作面正常可掘进50米，回风瓦斯浓度一般在0.6%～1%之间。150钻机的优点是体积小、重量轻，移动方便，易维护，因此在井下使用普遍。
使用150型钻机存在的主要问题是：
(1)由于4#煤层瓦斯含量大，有时受地质构造的影响，在连续掘进或放炮后，瓦斯涌出较大，有时造成工作面瓦斯超限断电，造成安全隐患。
(2)当炮掘面预抽时，机掘面生产，生产正常时掘进速度快，一般5天时间就可以掘进50 米，而此时炮掘面的预抽工作还未完成。
(3)150 钻机功率小，在钻进过程中，经常出现卡钻、喷钻现象，从而造成钻进速度慢，有时只能钻进30米，出现了生产面已完成一个循环进尺而预抽面还没有打完6个钻孔的现象，抽掘衔接失调。
(4)生产队组来回搬家倒面频繁，相应的增加了工作量。
在14203尾巷预抽孔施工中，使用ZY-300型大功率钻机施工了€HT94mm（大孔）的钻孔4个，孔深150米，于2010年8月10日到8月18日进行了阶段预抽；在14203胶带工作面使用150型钻机施工钻孔€HT75mm（小孔）6个，孔深75米，于2010年8月15日到月25日进行预抽
从数据分析如下：
(1)安全方面，大直径钻孔预抽后，整个掘进循环过程中，工作面回风瓦斯浓度在0.4%~0.6%，未出现瓦斯浓度超0.8%
的现象；小钻孔预抽后，在一个循环50米范围内，工作面回风瓦斯浓度在0.6%~0.8%，连续出煤或放炮后有时超1%，存在瓦斯超限断电情况，现场存在安全隐患。
(2)循环进尺方面，采用300型钻机施工钻孔预抽后，连续掘进了140米；采用150钻机施工钻孔预抽后允许连续掘进65米，搬家倒面次数频繁。
(3)预抽时间方面，大孔径、长钻孔，瓦斯浓度高，抽采流量大，可进行连续长时间预抽；而€%O75mm的钻孔，瓦斯浓度低、抽采流量小，一般到5天以后，单孔纯瓦斯量就降到0.1 m3/min以下，长时间连续预抽，效果不好。
(4)抽放量方面，€HT94mm钻孔的抽放效率高，单孔平均抽放纯瓦斯量是小孔的2.6倍，抽放量和浓度明显增加，钻孔中瓦斯浓度保持在50%以上；€HT75mm钻孔瓦斯浓度衰减明显，到抽放结束时，浓度一般在20%以下，这样在掘进过程中大量瓦斯涌出，增加了矿井瓦斯风排量，从而加大了矿井通风系统的管理难度。
3 矿井掘进预抽方案的改进
目前，掘进预抽钻孔工程，主要是150型钻机完成，其优点是体积小、重量轻，搬家容易，但明显的缺点是钻进距离短、功率小，遇到压力带，常出现夹钻、顶钻、喷钻的情况，一般情况下，能打到70m左右，有时只能打20~30m，预抽后，施工距离也短，工作面搬家倒面频繁，掘进效率低，这是造成掘进进尺紧张的主要因素。
因此，首先推广使用300型 (实际可打钻孔深度达到150m以上) 或履带式钻机,逐步减小150钻机的工程量，可以有效提高掘进工作面的掘进效率。虽然300型钻机相对150型钻机体积大、重量重，搬家移动工作量大，但通过好的劳动组织，困难是可以克服的。通过推广使用大功率钻机，可以明显提高掘进进尺，提高掘进效率，对缓解目前掘进进尺紧张，有很明显的现实意义。150钻机作为300钻机的补充，对一些小范围或地质构造复杂的地点进行预抽孔的施工，充分发挥它灵活的特点。
其次，在细节上也应进行一些改进。
(1)根据现场观察，钻孔施工完成后，从孔口往里12m范围内容易出现塌孔现象，影响抽放效果，建议先在孔内下不小于12m的pvc套管，然后再封孔，加长套管后，对减少漏气也有很好的作用。
(2)改进目前的水力排渣工艺。使用水力排渣，孔底部水平范围易积水，影响煤的瓦斯解析和泄出，水的密度比气体大，对煤壁的冲刷作用强，水降低了煤的强度，封闭了瓦斯的涌出通道，阻碍瓦斯的排放，更易造成喷孔。使用风力排渣在松软煤层中有较好的效果，有明显的优点：压风对孔壁的冲击小，不易破坏孔壁，瓦斯得以自由、快速地释放，孔底不易积水。如井下压风不能满足压力需要，可使用防爆空压机.
掘进机掘进轨迹分析 篇11
悬臂式掘进机是煤矿井下综采工作面的核心装备, 其远程可视化控制技术[1]是研究热点之一。掘进断面自动成形控制技术[2]和机身位姿参数检测技术[3]已渐趋成熟, 为掘进机定向掘进控制奠定了基础。当机身位姿出现偏差时, 自动截割断面会出现偏差, 严重影响定向掘进。因此, 在机身位姿出现偏差时如何控制截割臂进行有效断面自动截割补偿的问题亟待解决。解决该问题首先要分析截割臂摆动对截割断面形状和边界值的影响。
1 截割臂回转、升降方向的控制
悬臂式掘进机通过截割头旋转和截割臂相对于掘进机机身的水平与垂直摆动使截割头在空间的行走轨迹形成截割断面。水平与垂直摆动由液压系统控制, 既可实现截割臂回转或升降运动, 也可实现复合运动, 完成任意断面截割。EBZ200型悬臂式掘进机的截割臂回转和升降摆动控制[4]如图1所示。
截割臂回转位置控制[5]分析如图2所示。以水平转台中心为原点建立坐标系, A、B两点是回转液压缸与转台的铰接点, C、D两点为回转液压缸在机身上的固定点, 设截割臂相对于机身的水平偏转角αb为ΔAOB与其初始位置 (即图2中的灰色位置) 的夹角, 且回转液压缸在回转台铰接处到回转中心的半径r、回转液压缸在回转台铰接处相对于回转中心的张角θ、回转中心到回转液压缸在机身两铰接处连线的距离l、两回转液压缸在机身铰接处距离的一半h已知, 则
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或由另一液压缸计算
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式中:undefined;lA、lB为回转液压缸的长度。
截割臂升降位置控制分析如图3所示。H点为截割头齿尖可有效切削的位置, OH表示截割臂水平时截割头中心线所在位置, E、F两点为截割臂与机身的铰接点, G点为升降液压缸与截割臂的铰接点。截割臂以E点为升降中心, OH与Y轴的夹角为截割臂的俯仰角βb。因OHGE为刚体, 则截割臂俯仰角βb即为∠GEF的改变量。
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式中:lG为升降液压缸的长度;lG0为lG的初始值。
2 截割臂回转和升降联合模型
悬臂式掘进机工作时, 截割臂大多同时存在水平偏转角αb和俯仰角βb, 图4为截割臂回转和升降联合控制模型, 该模型揭示了截割曲面的具体形成方式。
图4中, 原点O为水平转台中心, Y轴为掘进方向。在YOZ平面内, 弧H上、H下为截割臂以E为圆心旋转而成。在XOY平面内, 弧H左上、H右上为截割臂在最高点以O″为圆心旋转而成, 弧H左下、H右下为截割臂在最低点以O′为圆心旋转而成。曲面H左上H右上H右下H左下即为截割臂在机身位姿正确时可截得的最大范围。
截割曲面方程为⊙E (⊙为几何图标, 表示圆) 的一段弧线绕Z轴旋转一定角度所得, 根据立体解析几何旋转体生成方法可知, 该曲面方程为
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的一部分。
式中:e为OE的长度;rE为EH的长度。
为适合截割臂的控制, 需分析以截割臂水平、竖直方向偏角αb、βb为参数的截割断面方程:
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3 截割臂回转和升降联合模型验证及应用
将方程组 (6) 代入方程 (5) 中, 验证等式成立, 初步说明截割臂水平和升降联合模型的正确性。本文采用Matlab仿真绘图验证该模型。以Matlab编程, 代入EBZ200型悬臂式掘进机的相关机械尺寸, 结果如图5所示 (截割边界数值与厂家说明书参数一致) , 图5 (a) 给出了建模后截割断面的直观形状, 图5 (b) 中坐标与厂家实际截割数据一致, 说明模型正确。
上文确定了机身位姿正确时, 截割臂带动截割头掘出断面的形状和最大边界值。由此可知, 机身出现位姿偏差时, 预截割断面与标准截割断面在XOZ平面的投影会存在重叠部分, 若重叠部分包含了巷道的轮廓, 则启动机身位姿误差自动补偿程序, 控制截割臂的摆角, 使截割轮廓在机身位姿出现偏差时仍是准确的, 从而达到掘进机机身位姿误差补偿和精确定向掘进的目的。图6为机身出现水平偏距位姿误差[2]时的预截割面、标准截割面与设计的巷道轮廓。当预截割面和标准截割面的重叠部分恰好包含巷道轮廓时, 便可求出截割臂可自动补偿的机身位姿水平偏距误差最大值。
4 结语
为实现悬臂式掘进机截割断面自动补偿功能, 使其服务于巷道断面自动成形控制, 研究了截割臂的控制计算方法, 以立体解析几何的思想对截割臂引起的截割头位置变化进行了空间建模分析, 并给出了Matlab仿真绘图验证。仿真结果验证了建立的截割臂水平和升降联合模型的正确性。
摘要：针对悬臂式掘进机机身位姿出现偏差时截割断面会出现偏差而严重影响定向掘进的问题, 提出了一种控制截割臂进行截割断面自动补偿的方法;分析了截割臂回转和升降摆动控制原理, 建立了截割臂回转和升降联合模型, 并给出了该联合模型的Matlab仿真验证及控制截割臂进行截割断面边界补偿的应用方法。仿真结果验证了该方法的正确性。
关键词：悬臂式掘进机,定向掘进,截割臂,截割断面,位姿,自动补偿,边界补偿
参考文献
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[3]中国矿业大学 (北京) , 石家庄煤矿机械有限责任公司.掘进机机身位姿参数测量系统及其方法:中国, CN101629807[P].2010-01-20.
[4]TIAN J, CHEN G, YANG Y.Application and Testingof a Vertical Angle Control for a Boom-type Road-header[J].Mining Science and Technology, 2010 (20) :152-158.