1、MT/T 1138-2011 3悬臂式掘进机 切割机构设计导则 1 范围 本标准给出了悬臂式掘进机切割机构的设计计算指南。 本标准适用于含有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体中作业的悬臂式掘进机（以下简称 掘进机）切割机构的设计计算。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其 随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标 准表达成协议的各方研究是否可以使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其 最新版本适用于本标准 MT/T 475-1996 悬臂式掘进机回转支承型式、基本参数和技术要求 3 术语和
2、定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1 切割速度 cutting velocity v 截齿齿尖沿其运动轨迹切线方向的速度。 3.2 切向力 drag force d F 切割时截齿沿切割速度方向所受的分力。 3.3 法向力 normal force n F 切割时截齿沿切割头法向，垂直于切割速度方向所受的分力。 3.4 切割力 cutting force c F MT/T 1138-2011 切割时所有参与切割的截齿所受切向力( d F )数值之和。 3.5 摆动力 arcing force a F 摆动时由液压缸给与切割头沿摆动方向的力。 3.6 推进力 thrust force/su
3、mping force t F 掏槽时由行走机构或者伸缩机构提供给与切割头的推进力。 4 符号 表 1 所列的符号运用于本标准。 表1 符号与定义 符号 单位 定义 P kW 切割功率 n r/min 切割头转速 avg R m 切割头上所有截齿齿尖分布的平均半径 t N 个 掏槽时，参与切割的截齿数量 b N 个 摆动时，参与切割的截齿数量 ct F N 掏槽时的切割力 cb F N 摆动时的切割力 nt F N 掏槽时截齿所受法向力 nb F N 摆动时截齿所受法向力 dt F N 掏槽时截齿所受切向力 db F N 摆动时截齿所受切向力 （） 锥形截齿齿尖角的一半 c MPa 煤-岩的抗
4、压强度 t MPa 煤-岩的抗拉强度 d mm 截深 5 切割机构的结构形式 切割机构包括两种结构形式：纵轴式和横轴式。图 1 为切割机构示意图 MT/T 1138-2011 5上下摆动 推进 1 左右摆动 2 3 4 1切割头； 2回转台； 3回转液压缸； 4升降液压缸。 图 1 切割机构示意图 6 切割功率P的推荐范围 特轻型：P55kW ，轻型：P75kW ,中型：P =90kW132kW ,重型：P150kW ，超特 重：P200kW。 7 切割速度v推荐范围 切割速度v通常在(15)m/s，全煤取v=(25)m/s，半煤-岩v2m/s。 8 截齿受力 目前掘进机普遍使用锥形截齿， 锥
5、形截齿受力有很多估算方法， 推荐采用艾万斯(Evans) 理论，其切向力 d F 的计算见公式(1) (1) 法向力 n F 可由切向力 d F 乘以一定系数算得，切割煤时系数取 1.5，即 d n F F 5 . 1 ，切 割半煤-岩时系数取 2。 9 切割力、推进力、摆动力三者之间的关系 9.1 全煤掘进 c t d Cos d F 2 2 16 MT/T 1138-2011 9.1.1 纵轴式 掏槽过程： 切割力 dt t t F N F c推进力 t t nt t t F N F N F d 5 . 1 摆动过程： 切割力 db b b F N F c摆动力 b b nb b F N
6、F N F d a 5 . 1 由切割头工作方式可以得出，掏槽时接触齿数由最前端的 2、3 把截齿逐渐增加到约为 摆动时齿数的 2 倍，即 b t ）N （ N 2 3 ，按 b t N N 2 计算推力，设切割功率相同（同样 按额定功率工作） ，那么 t db F F d 2 ，则 5 . 1 : 5 . 1 : 1 3 : 3 : 2 5 . 1 : 2 5 . 1 : 2 : : d d c b b dt b t b a t F N F N F N F F F 即： 5 . 1 : 5 . 1 : 1 : : c a t F F F (2) 9.1.2 横轴式 与纵轴式不同，横轴式切割头
7、掏槽时，刚接触时齿数是两个切割头同一条母线附近的约 十把截齿(前次切割留下的断面应该是个圆弧面)，所以应加大推进力。切割煤时，取： 5 . 1 : 3 : 1 : : c a t F F F (3) 9.2 半煤-岩掘进 公式（2） 、 （3）适用于掘进煤巷，基于切割全煤时 d n F F 5 . 1 的比例关系，如果用于半 煤-岩掘进，则比例关系应为 d n F F 2 ，得出三力的关系分别为： 纵轴式： 2 : 2 : 1 : : c a t F F F (4) 横轴式： 2 : 4 : 1 : : c a t F F F (5) 10 切割机构的连接 切割机构安装在回转台上，回转台固定在
8、机架上。根据切割机构工作过程中的作用力和 力矩， 按 MT/T 475-1996的规定选定回转支承的结构型式， 通过计算确定回转支承规格尺寸。 切割机构的摆动动作由回转、升降液压缸分别实现，其推力换算到切割头的上下、左右 摆动力，应大于需要的摆动力 a F 。 切割机构的掏槽动作由行走机构或者切割头伸缩机构实现， 其推力应大于需要的掏槽力 t F 。 11 计算实例 假定需要设计一个切割功率 200 P kW 的纵轴式掘进机，用于煤巷掘进，切割头直径 1m，转速 48 n r/min，则估算平均半径 0.35 avg R m，最大切割速度 2.5 v m/s，平均切割 MT/T 1138-2011 7 速度 1.8 v m/s。 （1）估算最大切割力： 9.55 9.55 200 113.7 48 0.35 c avg P F nR kN （2）按比例算出需要的力： 因为是纵轴式切割头，应用于煤巷掘进，故采用公式（2） ： 5 . 1 : 5 . 1 : 1 : : c a t F F F 所以得 1.5 170.6 ta c FF F kN
