悬臂式掘进机单价(悬臂掘进机参数)

1. 悬臂掘进机参数

在液压系统设计部分，基本上确定各零部件的液压使用原理及参数计算。这里分析计算了截

割部、行走机构、装运机构、中间运输机等载荷分析。马达部分的确定：装载部的星轮机构

马达、行走机构的驱动马达、中间运输机的驱动马达等。油缸部分的确定：升降油缸、回转

油缸、伸缩油缸、履带行走机构的张紧油缸、铲板部的升举油缸的计算设计。

液压缸的结构设计部分，进行了伸缩油缸的机构设计计算，并绘制零件图。也进行了泵站的

参数计算确定和液压系统的计算，评估液压系统性能。

最后进行掘进机的通过性分析与稳定性分析。

关键词：纵轴式掘进机；总体方案设计；液压系统设计

中图分类号：TH

1 引言

1.1 当前国内外掘进机研究水平的状况

近年来，随着我国煤炭行业的快速发展，与之唇齿相依的煤机行业也日益受到重视。在

煤炭行业纲领性文件《关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》中，在全国煤炭工业科学技

术大会上以及国家发改委出台的煤炭行业结构调整政策中，都涉及到发展大型煤炭井下综合

采煤设备等内容。

掘进和回采是煤矿生产的重要生产环节，国家的方针是：采掘并重，掘进先行。煤矿巷

道的快速掘进是煤矿保证矿井高产稳产的关键技术措施。采掘技术及其装备水平直接关系到

煤矿生产的能力和安全。高效机械化掘进与支护技术是保证矿井实现高产高效的必要条件，

也是巷道掘进技术的发展方向。随着综采技术的发展，国内已出现了年产几百万吨级、甚至

千万吨级超级工作面，使年消耗回采巷道数量大幅度增加，从而使巷道掘进成为了煤矿高效

集约化生产的共性及关键性技术。

我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也

称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘

进机。

我国煤巷悬臂式掘进机的研制和应用始于20 世纪60 年代，以30～50kW 的小功率掘进

机为主，研究开发和生产使用都处于试验阶段。80 年代初期，我国淮南煤机厂（现重组为

凯盛重工）引进了奥地利奥钢联公司AM50 型掘进机、佳木斯煤机厂（现隶属于国际煤机）

引进了日本三井三池制作所S-100 型掘进机，通过对国外先进技术的引进、消化、吸收，推

动了我国综掘机械化的发展。但当时引进的掘进机技术属于70 年代的水平，设备功率小、

机重轻、破岩能力低及可靠性差，仅适合在条件较好的煤巷中使用，加之国产机制造缺陷，

在使用中暴露了很多问题。国内进一步加强对引进机型的消化吸收工作，积极研制开发了适

合我国地质条件和生产工艺的综合机械化掘进装备。经过近30 年的消化吸收和自主研发，

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目前，我国已形成年产1000 余台的掘进机加工制造能力，研制生产了20 多种型号的掘进机，

其截割功率从30kW 到200kW ，初步形成系列化产品，尤其是近年来，我国相继开发了以

EBJ-120TP 型掘进机为代表的替代机型，在整体技术性能方面达到了国际先进水平。基本能

够满足国内半煤岩掘进机市场的需求，半煤岩掘进机以中型和重型机为主，能截割岩石硬度

为f＝6～8，截割功率在120kW 以上，机重在35t 以上。煤矿现用主流半煤岩巷悬臂式掘进

机以煤科总院太原研究院院生产的EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及佳木斯煤机厂生产的

S150J 型三种机型为主，占半煤岩掘进机使用量的80％以上。

然而，国内目前岩巷施工仍以钻爆法为主，重型悬臂式掘进机用于大断面岩巷的掘进在

我国处于试验阶段，但国内煤炭生产逐步朝向高产、高效、安全方向发展，煤矿技术设备正

在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展，新集能源股份公司、新汶矿业集

团、淮南矿业集团及平顶山煤业集团公司等企业先后引进了德国WAV300、奥地利AHM105、

英国MK3 型重型悬臂式掘进机。全岩巷重型悬臂式掘进机代表了岩巷掘进技术今后的发展

方向。

虽然三一重装去年推出了国内第一台EBZ200H 型硬岩掘进机，但国产重型掘进机与国

外先进设备的差距除总体性能参数偏低外，在基础研究方面也比较薄弱，适合我国煤矿地质

条件的截割、装运及行走部载荷谱没有建立，没有完整的设计理论依据，计算机动态仿真等

方面还处于空白；在元部件可靠性、控制技术、在截割方式、除尘系统等核心技术方面有较

大差距。

1.2 本设计的主要研究内容

本论文的研究内容有：根据给定的设计要求和目的，按照中国煤炭行业标准和行业设计

规范，进行纵轴式掘进机的总体方案设计与液压系统设计。

主要有以下几个方面：

a. 按行业标准MT138—1995《悬臂式掘进机的型式与参数》，MT238.3—2006《悬臂

式掘进机|第3 部分|通用技术条件》，结合工作要求和设计目的，确定掘进机的总体型式和

总体参数；

b. 分析整个工作部件的工作原理，给出机械传动系统图和绘制整体配置图；

c. 为实现工作要求，进行了整体液压系统原理设计，形成本掘进机的液压系统原理图；

d. 对截割部、行走机构、装载机构、中间运输机构进行载荷分析，确定各部分的载荷，

为进行液压系统各执行元件的设计提供依据。这里通过计算确定了8 个马达和11 个油缸的

主要参数；

e. 重点选取伸缩油缸进行详细的结构设计，确定缸筒壁厚度，缸体外径，进出口布置，

工作行程，平底缸盖厚度，活塞宽度，最小导向长度，缸体长度等，并进行了强度，刚度和

稳定性校核；

f. 进行液压系统参数计算，由各回路的流量、工作压力，完成液压系统参数计算，确定

泵站的主要技术参数，确定6 个小系统所需要的6 个泵及其各自的功率，并综合确定泵站电

机的功率参数。同时，由6 个小系统的总体最大流量，确定油箱容积。进行液压系统的性能

验算，确定整个系统的效率、产生的热量和温升，以评估系统的优越。并做了液压缸的工作

速度验算，保证系统工作的顺利进行。

g. 按照规范进行了掘进机的通过性与稳定性分析。

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2 掘进机总体设计与液压系统设计的理论基础与设计规范

2.1 掘进机型式的基本参数要求

根据MT238.3—2006《悬臂式掘进机|第3 部分|通用技术条件》，确定掘进机型式的基

本参数。

表2-1 掘进机型式的基本参数[1]

Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models

机型

技术参数 单位

特轻 轻 中 重 超重

切割煤岩最大

单向抗拉强度 MPa ≤ 40 ≤ 50 ≤ 60 ≤ 80 ≤ 100

煤,m3 / min 0.6 0.8 — — —

生产能力 煤夹

矸,m3 / min

0.35 0.4 0.5 0.6 0.6

切割机构功率 kW ≤ 55 ≤ 75 90～132 > 150 > 200

适应工作最大

坡度(绝对值)

不小于

(·) ±16 ±16 ±16 ±16 ±16

可掘巷道断面 ㎡ 5～12 6～16 7～20 8～28 10～32

机重(不包括转

载机)

T ≤ 20 ≤ 25 ≤ 50 ≤ 80 > 80

2.2 掘进机的截割头载荷计算公式

截齿截割岩石的阻力产生了截割力, 其值与被切削的岩石有关, 也与截齿的形状和切深

有关。这些参数大多通过假岩壁截割试验取得, 所需截割力的近似计算按式(2-1)求得

K

P h

c

c z

c cos ( / 2)

0.016 2

2

β

σ

= π [2] (2-1)

式中： c P —平均截割力, kN;

c h —切屑厚度(截齿截割煤岩体的深度) , mm;

z σ —岩石的抗拉强度, MPa;

c β —截齿的刀具角, °;

K —岩石的脆性系数, D z K = σ /σ , 其中D σ 为岩石的抗压强度。在K 取值

为10 左右时，本公式准确性比较高。

2.3 纵轴式掘进机的截割头每个截齿的最大切割厚度计算公式

对于纵轴式掘进机截割头,每个截齿的最大切削厚度可由式(2-2)计算求得:

h V n m c b 0 = / [2] (2-2)

式中： b V —截割头牵引速度(或摆动速度),mm/ min ；

0 n —截割头的转速, r / min ；

m—在一条截线上的截齿数。

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2.4 工况分析及载荷计算公式

对于液压缸，外负载为：

c f i F = F + F + F [3] (2-3)

式中： F —工作负载；

f F —摩擦负载；

i F —惯性负载。

对于液压马达，外负载为：

n f i M = M + M + M [3] (2-4)

式中： M —工作负载扭矩；

f M —摩擦阻力矩；

i M —惯性力矩。

3 纵轴式掘进机总体设计

悬臂式掘进机主要由截割、行走、装运、装载四大机构和液压、水路、电气三大系统组

成，并通过主体部将各执行机构有机的组合于一体。总体方案设计主要是进行掘进机的选型

和总体参数的确定。根据任务书的要求，按行业标准MT138—1995《悬臂式掘进机的型式

与参数》，MT238.3—2006《悬臂式掘进机|第3 部分|通用技术条件》选定机型类别为重型

掘进机。按照行业的设计规范和使用的情况，确定各部件的驱动方式和连接结构。这里除了

截割头使用电机驱动外，其余的都采用液压驱动。

本掘进机的总体设计，主要包括以下内容：

1、据设计任务书选择机型及各部件结构型式。

2、定整机的主要技术性能参数，包括尺寸参数、重量参数、运动参数和技术经济指标。

3、按照总体设计的性能要求，确定整机系统的组成及它们之间的匹配性以及各个部件

的主要技术参数。

4、进行必要的总体计算，并绘制传动系统图和总体配置图。

切割头采用圆锥形式，按行业标准MT477-1996《YBU 系列掘进机用隔爆型三相异步电

动机》选取截割电机，减速机采用二级行星减速器。内伸缩式结构紧凑、尺寸小、伸缩灵活

方便，因此采用内伸缩式截割头。耙装部机构采用弧形三齿星轮式，有左右两个，对称布置。

输送机构，采用刮板链式输送机，由机尾向机头方向倾斜向上布置。转载机采用胶带输送机

的形式。行走机构采用履带式，驱动方式由液压马达驱动，可在底板不平或者松软的条件下

工作。采用喷雾式除尘，综合使用内喷雾形式和外喷雾形式。

掘进机的总体参数，是指主要性能参数，它表示了掘进机特性的指标。掘进机的总体参

数有：机重、外形尺寸、可掘断面、生产率、截深、摆动速度、切割力等。

确定的主要参数如表3-1：

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表3-1 主要技术参数

Tab.3-1 main technical parameters

总体参数

总体长度 总体宽度 总体高度 总重 卧底深度

8.7 m 2.8 m 1.8 m 45 t 200 mm

爬坡能力 截割硬度

±16° ≤60 Mpa

截割范围

高度 宽度 面积

4.5 m 5.6 m 22.6 ㎡

截割部

截割头形状 截割头转速 截割头伸缩量 隔爆型三相电动机喷雾

圆锥台形 46 r/min 550 mm

YBUD2-132-4 隔

爆，水冷方式，1 台

内、外喷雾方式

水平回转角 上摆角 下摆角

33° 32° 28°

铲板部

装载形式 装载宽度 星轮转速 装载能力 铲板卧底

三齿星轮式 2.8 m 28 r/min 230m3 /h 300 mm

铲板抬起

340 mm

刮板输送机

运输形式 溜槽宽度 链速 龙门高度 张紧形式

双边链刮板式 540 mm 0.90 m/s 360 mm 油缸张紧

行走部

形式 履带宽度 制动方式 接地比压 行走速度

履带式 450 mm 摩擦离合器制动 0.14 MPa 0-5/10m/min

接地长度 张紧形式

3.3 m 油缸张紧

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在本总体方案设计的最后，给出了本掘进机的传动系统图和总体配置图。

确定的掘进机的传动系统图如图3-1：

7 8 9 10 11 12

19 17 18

1 2 3 4 5 6

13

16

14

15

图3-1 掘进机的传动系统

Fig.3-1 The drive system of roadheader

1—内齿轮 2—中心轮 3—二级中心轮 4—行星轮 5—电动机 6、7—圆锥齿轮 8—链轮

9—链轮轴 10—内齿轮 11—二级行星减速机 12—齿轮 13—油马达 14—齿轮 15—齿圈 16—

油马达 17、18—涡轮蜗杆 19—星轮

4 掘进机液压系统设计

液压系统设计在明确基本要求的基础上，进行工况分析，工作负载计算，拟订液压系统

图。在进行各回路的设计之后，确定总体工作原理图，再进行各回路的执行元件的设计计算。

这里进行了截割部、行走机构、装载部、中间运输机构的载荷分析，详细确定了各部分的工

作情况，载荷大小，公式和分析方法来源于中国煤炭行业标准和中国煤炭科学研究院的研究

成果。由此确定了各部件的驱动方式和驱动元件的参数，包括8 个马达的技术参数和11 个

油缸的主要尺寸确定。

重点选取伸缩油缸进行详细的结构设计，确定缸筒壁厚度，缸体外径，进出口布置，工

作行程，平底缸盖厚度，活塞宽度，最小导向长度，缸体长度等，并进行了强度，刚度和稳

定性校核。

完成液压系统参数计算，确定泵站的主要技术参数，通过计算确定6 个小系统所需要的

6 个泵及其各自的功率，并综合确定泵站电机的功率参数。同时，由6 个小系统的总体最大

流量，确定油箱容积。

进行液压系统的性能验算，确定整个系统的效率、产生的热量和温升，以评估系统的优

越。并做了液压缸的工作速度验算，保证系统工作的顺利进行。

本设计确定的主要液压系统参数如表4-1。

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表4-1 主要液压系统参数

Tab.4-1 main hydraulic system parameters

泵站

三联泵1 三联泵2 系统额定压力 油箱容量

电机额定功

率

电机工作转

速

CBZ2063/63/32 CBZ2063/50/32 16 MPa 640 L 110 kW 1450 r/min

电机额定电压

AC1140V

装载回路

马达型号 泵型号 系统工作压力 泵提供流量 泵工作功率

马达额定工

作转速

2 个NHM1200 CBZ2063 16 MPa 77.6 L/min 24.4 kW 28 r/min

中间运输回路

马达型号 泵型号 系统工作压力 泵提供流量 泵工作功率

马达额定工

作转速

NHM400 CBZ2063 16 MPa 77.6 L/min 24.4 kW 87.2 r/min

行走回路（左、右）

马达型号 泵型号 系统工作压力 泵提供流量 泵工作功率

马达额定工

作转速

NHM175A CBZ2032 16 MPa 45.5 L/min 17.8 kW 280 r/min

转载机与水泵回路

装载机马达 水泵 系统工作压力 串联回路流量泵工作功率

马达额定工

作转速

BM-E630 CBZ2050 16 MPa 77.64 L/min 24.4 kW 87.2 r/min

泵—缸回路

泵型号 系统工作压力 泵提供流量 泵工作功率

CBZ2050 16 MPa 61.63 L/min 19.3 kW

本设计确定的油缸的参数如表4-2。

表4-2 油缸的主要参数

Tab.4-2 main parameters of fuel tank

伸缩油缸1 个

油缸驱动力 杆径 内径 无杆腔有效面积 有杆腔有效面积 工作最大流量

29.7 kN 80 mm 125 mm 123 cm2 72.5 cm2 25.3 L/min

升降油缸2 个

油缸驱动力 杆径 内径 无杆腔有效面积 有杆腔有效面积 工作最大流量

410.4 kN 110 mm 180 mm 254 cm2 159 cm2 13.3 L/min

回转油缸2 个

油缸驱动力 杆径 内径 无杆腔有效面积 有杆腔有效面积 工作最大流量

440.9 kN 110 mm 180 mm 254 cm2 159 cm2 8.3 L/min

履带行走机构张紧油缸2 个

油缸驱动力 杆径 内径 无杆腔有效面积 有杆腔有效面积

106.7 kN 63 mm 100 mm 78.5 cm2 47.4 cm2

铲板油缸2 个

油缸驱动力 杆径 内径 无杆腔有效面积 有杆腔有效面积 工作最大流量

89 kN 63 mm 100 mm 78.5 cm2 47.4 cm2 15.5 L/min

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伸缩油缸结构设计得出的主要参数如表4-3。

表4-3 伸缩油缸的重要参数

Tab.4-3 main parameters of extendable fuel tank

缸筒壁厚度 缸体外径 进出口布置行程 平底缸盖厚度最小导向长度 缸体长度

13.5 mm 152 ㎜

螺纹连接

M33×2

550 mm 12 ㎜ 230 mm 720 ㎜

液压系统的性能参数如表4-4。

表4-4 液压系统的主要性能参数

Tab.4-4 the main performance parameters of hydraulic system

系统效率 系统热量 系统温升

0.218 68.3×103 W 14.15 oC

5 本掘进机液通过性与稳定性分析

稳定性是指掘进机在规定方向行走和工作时不发生翻倒或侧滑的能力。它不仅关系到行

走和工作的安全、机器的生产率，而且还直接影响截齿、机械联接与传动元件、以及电气元

件和液压元件的寿命，是评价悬臂式掘进机使用性能的一项重要指标，只有具有良好的稳定

性，才能保证机器性能的充分发挥。本设计按照规范进行了掘进机的通过性与稳定性分析。

这是评估掘进机的综合性能的重要指标，是最终确定本掘进机的是否可以出产的重要依据。

通过性参数如表5-1。

表5-1 通过性参数

Tab.5-1 the parameters of through performance

离地最小间隙 接地比压 适应巷道坡度

253 mm 0.14Mpa ±16°

稳定性参数有：

（一） 静态稳定性计算结果如表5-2。

表5-2 静态稳定性参数

Tab.5-2 static stability parameters

极限倾翻角

上山（坡）极限倾翻角下山（坡）极限倾翻角横向极限倾翻角

下滑临界坡度角

40° 31° 36° 45°

（二） 动态稳定性计算结果如表5-3。

表5-3 动态稳定性参数

Tab.5-3 dynamic stability parameters

不同截割情况的稳定比

纵向截割（上下截割）

当截割头向上截割时 当截割头向下截割时

横向截割（左右截割） 轴向钻进

K = 3.8 K = 1.8 K = 2.3 K = 3.4

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6 结语

本设计主要是根据掘进机的设计要求和用途，进行本掘进机总体方案设计和液压系统设

计，确定掘进机型号为EBZ132，能够满足中低硬岩、煤层的经济截割，切割能力较强，应

用范围也很广泛，不只在井下采掘作业，也可以在工程建筑里面的航道掘进。EBZ132 整机

结构紧凑，布局合理，机重与截割功率匹配，接地比压小，地隙大，适应性强。

2. 悬臂掘进机适用条件

查了好多资料，总结如下： 1.三一重工的客户培训资料里对EBZ的解释是： E 掘进机、B 悬臂式、Z 纵轴式（H 横轴式）。

2.煤炭科学研究总院太原分院 EBJ-120TP型掘进机的使用维护说明书中定义为： E 掘进机、B 悬臂式、J 纵轴式截割机构。3.GBT 25706-2010 矿山机械产品型号编制方法中： E 掘进机、B 部分断面、Z 纵轴式（H 横轴式）。E 掘进机、Q 全断面、K 敞开式（D 护盾式）。4.采矿工程设计手册（煤炭工业出版社 张荣立 何国纬 李铎主编）中 E 掘进机、B 悬臂式、J 径向切割

3. 悬臂掘进机参数表

我国煤巷高效掘进方式中最主要的方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，也称为煤巷综合机械化掘进，在我国国有重点煤矿得到了广泛应用，主要掘进机械为悬臂式掘进机。

　　悬臂式掘进机是集截割、装运、行走、操作等功能于一体，主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。现在国内的掘进机设计虽然说离国际先进的技术还有段距离，但是国内的技术水平已能基本满足国内的需求。

4. 悬臂式掘进机参数

中科唯实煤矿设备很好，是一家专注于为煤矿企业提供大型生产装备技术解决方案及技术支持的综合服务型企业。公司主营EBZ系列悬臂式掘进机的全生命周期代运营或零成本租用服务业务，以技术方案解决和技术支持为主。

5. 悬臂式掘进机有哪几部分组成

1、EBZ318（H）悬臂式掘进机：该款掘进机搭配长压短抽浴式除尘系统，小的用水量高的除尘效率，除尘效率达95％。整机重量为125吨（含二运、除尘系统），卧底深度为220mm，而截割电机功率则为318kW。

2、EBZ260D悬臂式掘进机：该款掘进机大截割面一次成型，适用性广，可于煤巷、半煤岩巷、全岩巷等环境下使用，且稳定性高（大机重、振动小）。整机重量为91吨（含二运、除尘系统），卧底深度384mm，截割电机功率为260/200kW。

3、EBZ230H悬臂式掘进机：该款掘进机大截割面30m2一次成型，适用于半煤岩、全岩等环境，且稳定性高，大机重、振动小。整机重量77吨（含二运、除尘系统），卧底深度190mm，截割电机功率为230kW。

4、EBZ200悬臂式掘进机：该款掘进机大截割面33㎡一次成型，适用于全煤、半煤岩、软岩等环境，具有稳定性高、结构紧凑、振动小的特定，且施工便捷，双速载割、可伸缩截割部。整机重量90吨（含二运、除尘系统），卧底深度185mm，截割电机功率为260kW。

5、EBZ200H悬臂式掘进机：该款掘进机大截割面30m3一次成型，，适用于全煤、半煤岩、软岩等环境，其次，机型结构紧凑、振动小。具有双速载割、可伸缩截割部的快捷施工功能，整机重量86吨（含二运、除尘系统），卧底深度200mm，截割电机功率为200/150k

6. 悬臂掘进机参数有哪些

E―掘进机 B ― 悬臂式 Z―纵轴式 120是切割机构功率(kW)

7. 悬臂掘进机施工方案

1、 可靠性高。

2、 作业效率高。

3、 智能化程度高 具备齐全的保护、故障诊断和排故方法显示。

4、 输入电压为1140V/660V双电压，适用范围广。

5、 可维修性好，如履带架侧面小窗口可从履带架侧面取出张紧缸等

8. 悬臂掘进机参数设置

轴承安装方法:

1、压入配合

　　轴承内圈与轴使紧配合，外圈与轴承座孔是较松配合时，可用压力机将轴承先压装在轴上，然后将轴连同轴承一起装入轴承座孔内，压装时在轴承内圈端面上，垫一软金属材料做的装配套管(铜或软钢)，装配套管的内径应比轴颈直径略大，外径直径应比轴承内圈挡边略小，以免压在保持架上。

　　轴承外圈与轴承座孔紧配合，内圈与轴为较松配合时，可将轴承先压入轴承座孔内，这时装配套管的外径应略小于座孔的直径。如果轴承套圈与轴及座孔都是紧配合时，安装室内圈和外圈要同时压入轴和座孔，装配套管的结构应能同时押紧轴承内圈和外圈的端面。

　　2、加热配合

　　通过加热轴承或轴承座，利用热膨胀将紧配合转变为松配合的安装方法。是一种常用和省力的安装方法。此法适于过盈量较大的轴承的安装，热装前把轴承或可分离型轴承的套圈放入油箱中均匀加热80-100℃，然后从油中取出尽快装到轴上，为防止冷却后内圈端面和轴肩贴合不紧，轴承冷却后可以再进行轴向紧固。

　　轴承外圈与轻金属制的轴承座紧配合时，采用加热轴承座的热装方法，可以避免配合面受到擦伤。用油箱加热轴承时，在距箱底一定距离处应有一网栅，或者用钩子吊着轴承，轴承不能放到箱底上，以防沉杂质进入轴承内或不均匀的加热，油箱中必须有温度计，严格控制油温不得超过100℃，以防止发生回火效应，使套圈的硬度降低。