基于模塊化系列化的掘進機的設計

摘 要：模塊化、系列化設計的掘進機可以提升掘進機的適應性、擴大它的使用的范圍，能夠發揮機器的有效作用，可滿足操作者更多要求，這是一個非常實用的課題。此文根據模塊化設計和系列化設計原則，研究了部分斷面掘進機主要機構的設計方案，提出了改進設計的方法，所得結論對于新型掘進機的設計、性能的改善、工作效率的提高都具有一定的指導意義。

關鍵詞：掘進機;適應性;模塊化設計;系列化設計

1 掘進機的簡單介紹

掘進機是一種被廣泛用于礦井掘進、地鐵、隧道以及橋梁等工程中對石頭、土、煤炭等物質能切割、轉載運輸、噴霧滅塵、截割、調動行走和裝載的聯合機組，對我國經濟的蓬勃發展有著不可或缺的作用，在國民經濟建設中占有日益重大的比例。然而，因為我國現有的掘進機在使用范圍上都有一定的限制，導致了較低的工作效率而不能完全滿足各個客戶對掘進機的各種需求，所以，為了提高掘進的對環境的普適性而對掘進機進行系列化和模塊化的設計就顯得非常有必要。本文通過對系列化和模塊化設計的方法理論描述，對掘進機主要構件的設計方案進行了探究，并對現有掘進機的設計提出了相應的改進建議。

2 懸臂構件的設計

懸臂構件是決定掘進機的截割能力、運行速度和結構從而直接影響整個掘進機工作穩定性、效率以及能力的起到關鍵作用的工作裝置。橫軸式和縱軸式這兩種各有特點的工作構件一般出現在一些斷面掘進機中。而根據實踐中生產的要求，我們應該設計出一種能在橫軸和縱軸兩種模式間按需自由切換構件來供用戶在實際生產活動中依據實際情況進行調節，此外，為了能在不改變整個掘進機外形尺寸的前提下使得該構件可以直接與掘進機機身進行連接，該構件應當與之前傳統的懸臂構件具有相同的尺寸和連接方式。更進一步，還應研制出相應不同種類可根據實際生產環境地質特點（如煤、石頭或土等）來進行相應調整或調換從而實現有效截割的截割鉆頭以及不同的破碎刀具（如刀型截齒或鎬型截齒等）和不同形狀的截割頭或刀具，供各種用戶方便使用。

為了能讓掘進機的截割速度可以隨被截割對象的不同而發生相應的變化，使其隨截割對象硬度的減小而增加，來獲得更小的扭矩，目前大部分掘進機采用在減速機中加變速機構或采用雙速電機等方式來實現調速。在我國，現階段采用的變極調速電機之所以在變速后沒能使其截割力矩產生較大改變的一個原因是其變速后的功率也隨之改變。要在目前大部分掘進機是采用雙速電機的前提下解決這個問題只能在用戶選用時在連接減速器與截割電機之間再加上一個適合的變速器;在不選用的時候保留其原結構。

同理，截割頭的伸縮速度也應能夠根據實際生產環境中的地質特點而進行調整，從而實現對掘進機的工作時間的正面影響。為了加快截割頭行走時不鉆進或者鉆進時機器卡住時處理的速度，參照現階段掘進機實際性能，可通過在鉆進時將泵進行走馬達的液壓油泵進油缸來進行解決。另外，懸臂構件的擺動速度受被截割對象的影響和限制而直接影響掘進機的工作效率，再加上大多數掘進機懸臂構件的擺動速度是無法進行調控的，因此，為了更好地適應實際生產環境中的地質特點使掘進機能夠隨著實際生產中阻力的變化實時調整懸臂構件的擺動速度來最大限度地提升機器的效率從而保證掘進機工作的穩定性和效率，我們可以考慮加裝恒定功率調速系統。

3 裝載構件的設計

一般而言裝載機構可分為鏟板和裝載部件這兩大部分。但實際中大部分掘進機因為僅僅有一種樣式裝載機構從而造成了操作上的不便。就這點而言，掘進機的裝載部件有單環形刮板鏈式、星輪式、雙環形刮板鏈式和耙爪式。為提高性能，我們可以將掘進機的裝載部分組裝成既能安裝星輪，又能換裝耙爪的形式。通常采用組裝形式的耙爪既能直接作為單耙爪使用又能通過另外附加一個耙爪來構成雙耙爪的形式來提高性能。

鏟板是用以鏟取或承接物料的裝置，它的結構對掘進機的裝載性能有著極強的影響。為滿足實際生產活動中的不同需求，產生了光滑的鏟板、具有各種不同前緣的鏟板以及中間有棱的鏟板，這些適用于不同生產環境的鏟板還可依實際情況進行更換。此外，為了與單、雙耙爪進行配合，還產生了分主、副的組合式鏟板。選用單耙爪時，只用主鏟板;選用雙耙爪時，可通過在主鏟板兩側加裝兩個副鏟板來滿足裝載要求。但要注意其拆裝要簡便且連接必須非常可靠。

4 行走機構的設計

由于行走機構不但使掘進機能進行移動、轉彎等作業，而且擔負著掘進機的所有載荷，所以設計時我們應多方面進行考慮。履帶決定著機器的行走速度，是掘進機與地面直接接觸的地方，因而為了更好地滿足用戶的需求，我們首先應當依據實際的生產活動中掘進機所處底面的承壓能力的不同以及掘進機速度的不同來設計有不同寬度但又具有相同的連接尺寸的履帶板。在此之上，還可設計有不同表面形狀的履帶板來實現掘進機可通過路面的多樣性從而適應各種現場條件的愿望。

行走機構的動力通常由電動機或液壓馬達來提供。電動機一般用于干燥環境下掘進機的驅動;液壓馬達則可在有積水或潮濕的環境中為掘進機提供動力。為了提高機器的普適性，我們可以考慮在掘進機上同時安裝上兩套驅動系統從而通過實現電、液可互換的方式來滿足不同的生產環境中的需求——需要電力驅動，則啟動電動機，動力由電動機輸出;在電動機不適合的環境中，動力可由液壓電動機提供。但要保證兩者的互換性，即更換動力來源后掘進機的行進速度不會發生太大改變，因此還需要合理地設計相應的減速器。掘進機不同于其他行走車輛的一點是掘進機的行走速度不需要大的調整，只需調整調動時的行走速度和工作時的推進速度，這一需求對于液壓驅動的行走方式，在調動時，截割頭不鉆入，把液壓油提供給行走馬達，就能實現快速行走，一般情況下液壓系統能實現這一點。

5 結語

本文通過對掘進機各功能部分不足的分析，提出了相應的改進方案，通過使每種型號的掘進機具有適用于更多種的生產條件并在其中發揮出更為強大的作用，在一定程度上實現了真正意義上的系列化與模塊化，給廣大用戶帶來方便，給使用單位更大的選擇空間。除了上述各項改進以外，還應進一步研制能很好組合的可安裝輔助裝置的掘進機組或掘支綜合機組以及掘錨聯合機組等。

參考文獻：

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