《懸臂式掘進機 切割機構(gòu)設(shè)計導(dǎo)則》

MT/TXXXX-XXXX

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)給出了懸臂式掘進機切割機構(gòu)的設(shè)計計算指南。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于含有瓦斯、煤塵或其他爆炸性混合氣體中作業(yè)的懸臂式掘進機（以下簡稱

掘進機）切割機構(gòu)的設(shè)計計算。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其

隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)

準(zhǔn)表達成協(xié)議的各方研究是否可以使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其

最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)

MT/T475-1996懸臂式掘進機回轉(zhuǎn)支承型式、基本參數(shù)和技術(shù)要求

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

切割速度cuttingvelocity

v

截齒齒尖沿其運動軌跡切線方向的速度。

3.2

切向力dragforce

Fd

切割時截齒沿切割速度方向所受的分力。

3.3

法向力normalforce

Fn

切割時截齒沿切割頭法向，垂直于切割速度方向所受的分力。

3.4

切割力cuttingforce

Fc

切割時所有參與切割的截齒所受切向力(Fd)數(shù)值之和。

1

MT/TXXX-XXXX

3.5

擺動力arcingforce

Fa

擺動時由液壓缸給與切割頭沿擺動方向的力。

3.6

推進力thrustforce/sumpingforce

Ft

掏槽時由行走機構(gòu)或者伸縮機構(gòu)提供給與切割頭的推進力。

4符號

表1所列的符號運用于本標(biāo)準(zhǔn)。

表1符號與定義

符號單位定義

PkW切割功率

nr/min切割頭轉(zhuǎn)速

Ravgm切割頭上所有截齒齒尖分布的平均半徑

Nt個掏槽時，參與切割的截齒數(shù)量

Nb個擺動時，參與切割的截齒數(shù)量

FctN掏槽時的切割力

FcbN擺動時的切割力

FntN掏槽時截齒所受法向力

FnbN擺動時截齒所受法向力

FdtN掏槽時截齒所受切向力

FdbN擺動時截齒所受切向力

（°）錐形截齒齒尖角的一半

cMPa煤-巖的抗壓強度

tMPa煤-巖的抗拉強度

dmm截深

5切割機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式

切割機構(gòu)包括兩種結(jié)構(gòu)形式：縱軸式和橫軸式。圖1為切割機構(gòu)示意圖

2

MT/TXXXX-XXXX

上下擺動

推進1

左右擺動

23

4

1——切割頭；

2——回轉(zhuǎn)臺；

3——回轉(zhuǎn)液壓缸；

4——升降液壓缸。

圖1切割機構(gòu)示意圖

6切割功率P的推薦范圍

特輕型：P≤55kW，輕型：P≤75kW,中型：P=90kW～132kW,重型：P＞150kW，超特

重：P＞200kW。

7切割速度v推薦范圍

切割速度v通常在(1～5)m/s，全煤取v=(2～5)m/s，半煤-巖v≤2m/s。

8截齒受力

目前掘進機普遍使用錐形截齒，錐形截齒受力有很多估算方法，推薦采用艾萬斯(Evans)

理論，其切向力Fd的計算見公式(1)

22

16td……(1)

Fd

Cosc

法向力Fn可由切向力Fd乘以一定系數(shù)算得，切割煤時系數(shù)取1.5，即Fn1.5Fd，切

割半煤-巖時系數(shù)取2。

9切割力、推進力、擺動力三者之間的關(guān)系

9.1全煤掘進

9.1.1縱軸式

3

MT/TXXX-XXXX

掏槽過程：

切割力FctNtFdt

推進力FtNtFnt1.5NtFdt

擺動過程：

切割力FcbNbFdb

擺動力FaNbFnb1.5NbFdb

由切割頭工作方式可以得出，掏槽時接觸齒數(shù)由最前端的2、3把截齒逐漸增加到約為

擺動時齒數(shù)的2倍，即，按計算推力，設(shè)切割功率相同（同樣

Nt（3~2）NbNt2Nb

按額定功率工作），那么Fdb2Fdt，則

Fc:Ft:Fa2NbFdt:1.52NbFdt:1.5NbFdb2:3:31:1.5:1.5

即：

Fc:Ft:Fa1:1.5:1.5…………………(2)

9.1.2橫軸式

與縱軸式不同，橫軸式切割頭掏槽時，剛接觸時齒數(shù)是兩個切割頭同一條母線附近的約

十把截齒(前次切割留下的斷面應(yīng)該是個圓弧面)，所以應(yīng)加大推進力。切割煤時，取：

Fc:Ft:Fa1:3:1.5…………………(3)

9.2半煤-巖掘進

公式（2）、（3）適用于掘進煤巷，基于切割全煤時Fn1.5Fd的比例關(guān)系，如果用于半

煤-巖掘進，則比例關(guān)系應(yīng)為Fn2Fd，得出三力的關(guān)系分別為：

縱軸式：

Fc:Ft:Fa1:2:2………(4)

橫軸式：

Fc:Ft:Fa1:4:2………(5)

10切割機構(gòu)的連接

切割機構(gòu)安裝在回轉(zhuǎn)臺上，回轉(zhuǎn)臺固定在機架上。根據(jù)切割機構(gòu)工作過程中的作用力和

力矩，按MT/T475-1996的規(guī)定選定回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)型式，通過計算確定回轉(zhuǎn)支承規(guī)格尺寸。

切割機構(gòu)的擺動動作由回轉(zhuǎn)、升降液壓缸分別實現(xiàn)，其推力換算到切割頭的上下、左右

擺動力，應(yīng)大于需要的擺動力Fa。

切割機構(gòu)的掏槽動作由行走機構(gòu)或者切割頭伸縮機構(gòu)實現(xiàn)，其推力應(yīng)大于需要的掏槽力

。

Ft

11計算實例

假定需要設(shè)計一個切割功率P200kW的縱軸式掘進機，用于煤巷掘進，切割頭直徑

1，轉(zhuǎn)速r/min，則估算平均半徑m，最大切割速度m/s，平均切割

mn48Ravg0.35v2.5

速度v1.8m/s。

4

MT/TXXXX-XXXX

（1）估算最大切割力：9.55P9.55200kN

Fc113.7

nRavg480.35

（2）按比例算出需要的力：

因為是縱軸式切割