纵轴掘进机截割头设计

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1、1截割头形状卧底机的截割过程包括截割头的轴向钻进和摆动截割。为了使截割头钻进容易，应保证在钻进过程中有较多的截齿工作，这就要求截割头的钻孔轮廓为扩散形。而在横切时，从截齿受力合理考虑，应使截齿的轴线与工作面煤壁表面平行，截出的轮廓应为筒形。参考纵轴式掘进机截割头的形状，大致分为柱形、锥形和锥形加柱形3种。柱形截割头横切时，截齿受力较好，但如不采取有效的措施，钻进工作面是困难的。而且，在钻进过程中，主要是由截割头前端靠近煤壁表面的几个截齿工作。为了使柱形截割头形成扩散形的钻孔轮廓，可采用变高度螺旋叶片，即叶片的高度沿截割头

2、轴线方向从前往后是逐渐增加的。这样既可满足钻孔轮廓的要求，又增大了排屑能力，防止截割头堵塞现象的发生。但是，由于截齿位于叶片上，虽然在外廓尺寸一样的条件下截齿受力不变，可是叶片增高后使力臂加长，为保持原有的刚度，就要加大叶片厚度，这将造成截割头重量增加对机器的稳定性不利。而且，变高度叶片加工较困难，给生产带来不便。对于锥形加柱形截头头，由于截齿的布置是其轴线垂直于头体母线，这样，锥段上的截齿是向前倾斜的，有利于截割头钻进工作面。而柱段上的截齿轴线垂直于钻进方向，横切时受力较好，但在钻进时截齿承受较大的侧向载荷，容易造成断

3、齿、齿座脱落等现象。而且，这种截割头的形状复杂，制造麻烦，截齿排列也较困难。显然，锥形截割头能很好地适应钻孔轮廓要求，是保证钻进容易的最佳选择。虽然横切时截齿受有偏载，但如能合理地进行截齿排列，就可改善截齿的受力。而且由于结构简单、制作容易。因此，应优先选用这种形状的截割头。国产掘进机的有些锥形截割头是由前锥盘和截锥体组成的。使用表明，这种截割头强度低．不仅截刀和正切刀易坏，而且前锥盘与锥体的连接也会损坏。因此，建议采用图3所示的．整体结构且使用同一种类型截齿的锥形截割头。2截割头长度卧底机的进刀长度等于皮带机的宽度，实

4、验表明，工作面的煤岩自裸露表面有压张现象，在压张区范围内，应力状态发生变化，煤体外移，横向变形，使抗截强度明显减弱，截割阻力减小，破碎容易，截割比能耗降低。为了利用这一效应，卧底机在压张区内截割．即截割头长度要小于压张区的尺寸。测得的压张区长度约为工作面高度的3／10左右，该值大小与工作面的具体情况有关。但如果截割头长度太小，掘进机的截割虽然省力，可进尺速度却明显降低。截割头尺寸与皮带机机架宽度的关系应满足L·δ=S式中L——截割头长度δ——悬臂伸缩量S——皮带机机架宽度3截割头直径截割头的直径是个很重要的参数，它决定着

5、掘进机的生产率和截齿的截割能力，并与巷遭断面大小有关。掘进机的理论生产率式中λ——煤岩的松散比D——截割头平均直径，mL——截割头长度，mV——横切速度，m／min显然，采用较大直径的截割头，可缩短截割工作面的循环时问生产率高。但是，如果截割头的直径太大，虽然对提高生产率有利，但在截割头功率和转速不变的条件下，每把截齿的截割能力将减小。因为截割头的转矩式中N——截割头的截割功率，kW，n——截割头转速，r／min截割头平均直径处的截割力．该式表明，功率和转速一定时，截割头的截割力大小与直径有关。在截割头上不同位置，由于直

6、径不同，截割能力也不一样。若按平均直径为D的截割头上有ne个截齿来考虑，每把截齿的平均截割力由上分析可知，截割头的直径大对提高卧底机的生产率有利，但截齿具有的截割力将减小，如果截齿的截割力小于截割阻力，就不能完成截割任务。反之，如果截割头直径太小，虽然增强了对煤岩的破碎能力，但却降低了生产率。综上所述，截割头直径应按下面关系确定式中Smax——掘进机可掘最大断面K——最大断面与平均直径的比值，根据国内外掘进机尺寸，K=30º--40ºZ——截齿的截割阻力4截割头锥角截割头锥角的大小与钻进效果、巷道表面光滑性以及截齿的工况

7、等有关。为了分析截割头锥角对掘进机截割性能的影嘀，利用计算机模拟的方法，对不同锥角时截割头作横向截割的过程进行了模拟，模拟结果表明，改变截割锥角人小时，截制头横切的裁荷及波动无明显的变化趋势。可见，就整个截割头的载荷而言，锥角大小对截割头的横切工况影响不大。通过前面的分析可以看出，截割头锥角为零(柱形)时钻进困难。锥角太大时截割头两端的截齿截割力相差悬殊，大端的截齿因过载会很快损坏，而小端的截齿可能还夫被充分利用。可见，这是很不合理的。如果能按照截割阻力的变化规律来设计截割头，就能使截齿的截割力与截割阻力相适应，避免上述

8、现象的发生。由(2)可知，任一瞬时截割头的周向力式中np——参与截割齿数Zi——第i个截齿的截割阻力若某瞬时参与截剖的甫数为1，则由文献(1)式中A——压张区内煤岩的抗截强度式中式中Ko——压张系数Ao——非压张区的抗截强度h——平均切削厚度所以对于正常工作的截齿来说，平均切削厚度是个定值，而对于某一具体工作面的条件