盾构机、掘进机主要部件及工作原理

2.1.2　掘进机主要部件的结构及工作原理

悬臂式掘进机一般由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支承、液压系统、水系统、润滑系统、电气系统、护板部等部分构成，其总体结构如图2-3所示。

图2-3　悬臂式掘进机总体结构

1.截割部

截割部主要由截割头组件1、悬臂段2、截割减速器3、截割电机7组成，如图2-4所示。截割减速器3两端的法兰盘分别与电动机7和悬臂段2连接成一体，悬臂段2中的传动轴通过花键及螺钉与截割头组件1相连接。电动机7经截割减速器3、悬臂段2中的传动轴驱动截割头组件1旋转截割煤、岩。截割部靠销轴4与截割头升降油缸相连接，靠销轴8与截割头回转台相连接。在截割头升降油缸推动下，可绕销轴8上下摆动；在截割头回转油缸推动下，可随截割头回转台左、右摆动。

图2-4　截割部结构

1—截割头组件；2—悬臂段；3—截割减速器；4、6、8—销轴；5—盖板；7—截割电机

2.装运部

装运部的作用是将截割头破碎下来的煤和岩石装运到配套的转运设备上去。它由装载部（铲板部）和运输部（第一运输机）两部分组成。装载部（铲板部）的结构如图2-5所示，它由主铲板2、侧铲板1、星轮驱动装置4、弧形三齿星轮5等组成，两台低速大转矩马达直接驱动两个弧形三齿星轮5旋转，将截割头破碎下来的煤和岩石装运到运输部（第一运输机）的机尾溜槽8中。铲板通过耳座6与铲板升降油缸连接，通过支点耳座7与本体部连接；铲板升降油缸推动铲板绕支点耳座7可上下摆动。

图2-5　铲板部结构

1—侧铲板；2—主铲板；3—运输机尾链轮；4—星轮驱动装置；5—三齿星轮；

6—铲板升降油缸连接耳座；7—铲板支点耳座；8—运输机溜槽

星轮驱动装置结构如图2-6所示，弧形三齿星轮1通过定位销2和螺钉4与旋转盘3连接，液压马达6的输出轴插入旋转盘3的花键孔，带动旋转盘3及弧形三齿星轮1旋转。

图2-6　星轮驱动装置结构

1—弧形三齿星轮；2—定位销；3—旋转盘；4—螺钉；5—马达座；6—液压马达

第一运输机位于机体中部，是中双链刮板式运输机，其结构如图2-7。运输机分前溜槽1和后溜槽3，前、后溜槽用高强度螺栓2连接，运输机前端通过插口插入铲板部和本体部连接的销轴上，后端通过高强度螺栓固定在本体上。运输机采用二个液压马达5直接驱动链轮，带动刮板链实现物料运输。紧链装置4采用丝杠螺母机构对刮板链的松紧程度进行调整，弹簧座起缓冲的作用。

图2-7　第一运输机结构

1—前溜槽；2—高强度螺栓；3—后溜槽；4—紧链装置；5—液压马达

3.本体部（机架）

本体部由回转台、回转轴承、本体架等组成，本体架采用整体箱形焊接结构，主要结构件为加厚钢板，其结构如图2-8所示。

本体的右侧上部（即图纸后方）通过高强度螺栓连接液压系统的泵站，左侧上部（即图纸前方）装有液压系统的操纵台。前面上部2、3处通过回转台4和截割部升降油缸与截割部连接，回转台4在安装于6、10之间的截割回转油缸推动下，可绕回转轴承7摆动。前面下部1、5处通过铲板升降油缸和销轴1连接铲板部及第一运输机机尾，第一运输机从本体部中间穿过。本体部左、右侧下部8处通过高强度螺栓分别与左、右行走部履带架连接，后部11处通过高强度螺栓连接后支承部。

4.行走部结构

行走部结构如图2-9所示。主要由定量液压马达12、行星减速器16、驱动轮9、履带6、张紧轮1、张紧油缸4、履带架5等组成。定量液压马达12通过行星减速器16及驱动轮9带动履带6实现行走。履带6的松紧程度是靠张紧油缸4推动张紧轮托架11前后移动来进行调节的。张紧油缸为单作用形式，张紧轮伸出后靠卡板10锁定，卡板的厚度分别为50mm、20mm、10mm、6mm，可随意组合使用。张紧油缸、卡板均安装在履带外侧，方便实用，并均配有盖板以保证外形的美观。液压马达、行星减速器均用高强度螺栓13、15与履带架连接。左右履带架各采用12颗M30的高强度螺栓3、8紧固在本体架的两侧。

图2-8　本体部结构

1—连接铲板部的销轴；2—连接截割部升降油缸的销轴；3—连接截割部的销轴；

4—回转台；5—连接铲板部升降油缸的销轴；6、10—连接截割部回转油缸的销轴；

7—回转轴承；8—连接行走部的螺栓；9—本体架；11—连接后托架的螺栓

图2-9　行走部结构

1—张紧轮；2—张紧轮架联结螺钉；3、8—与本体架联结螺栓；4—张紧油缸；5—履带架；

6—履带；7—脚踏板；9—驱动轮；10—卡板（组）；11—张紧轮架；12—液压马达；(www.xing528.com)

13—液压马达联结螺栓；14、15—减速器联结螺栓；16-减速器

5.后支承

后支承的作用是减少截割时机体的振动，提高工作稳定性并防止机体横向滑动，其结构如图2-10。在后支承架2两边分别装有升降支承器3，利用油缸实现支承。后支承架用键和M24的高强度螺栓1与本体部相连，后支承的后支架4与第二运输机回转台5连接。电控箱、泵站都固定在后支承支架上。

图2-10　后支承的结构

1—联结螺栓；2—后支承架；3—升降支承器；4—后支架；5—第二运输机回转台

6.液压系统

液压系统由油缸（包括：截割头升降油缸、截割头回转油缸、铲板升降油缸、后支撑器升降油缸、履带张紧油缸）、马达（包括：行走马达、第一运输机马达、星轮马达、喷雾泵驱动马达）、泵站、操纵阀及相互连接的管道等组成。可以驱动机器的截割头上下左右摆动、铲板升降、后支撑器升降、履带张紧、行走轮转动、第一运输机运转、星轮转动、喷雾水泵运转等。另外还为锚杆钻机提供了两个备用接口。

液压系统的工作原理如下：液压系统由一台90kW的电动机驱动一台A11VO145/145DRS负载敏感式双联柱塞变量泵，泵1输出的压力液体一路到PSV55/230—3型六联阀，另一路经减压阀到行走马达制动器。泵1具有恒功率、压力切断、负载敏感功能，压力切断阀调整压力为18MPa。泵2输出的压力液体到PSV55/230—3型四联阀，泵2具有恒压力、负载敏感功能，调整压力为18MPa。该泵的各油口分布情况如图2-11所示。

六联阀的第一、二联控制左、右行走马达的运转。当阀芯处于中位（图示位置）时，行走马达两腔与回油连通，制动器处于制动状态，马达不转动。当阀芯处于上或下位（工作位置）时，压力液体进入马达，同时经PSV六联阀Z口（压力4MPa）打开行走马达制动器，制动器解除制动，马达正或反转。若左、右行走马达同时朝一个方向转动可使机器前进或后退，若左、右行走马达只有一个转动可使机器转大弯，若左、右行走马达一正一反转动可使机器转小弯。阀芯三个位置时各油口的连通情况如图2-12所示。

图2-11　双联柱塞泵油口分布图

1—压力切断阀调压弹簧；2—负载敏感调压弹簧；3—恒功率调压弹簧；4—恒压控制调压弹簧；

LS—负载敏感油口；T₁—放气口；P—排油口；T₂—泄漏口；X—吸油口；M—测压口

图2-12　换向阀各位置时的油路连通情况

六联阀的第三～六联分别控制截割头升降、截割头回转、铲板升降、后支撑升降四组油缸。当各阀芯处于中位时，各油缸不动作。当各阀芯处于上或下位时，各油缸伸出或缩回。为了使各油缸运动平稳，在各油缸的进出油口处都设置了平衡阀，以减少各油缸工作过程中的振动。

四联阀分别控制第一运输机马达、左、右星轮马达、内喷雾马达。当各阀芯处于中位时，各马达两腔与回油连通，马达处于浮动状态。当阀芯处于上或下位时，马达正转或反转。

在六联阀的第三联阀上并联了履带张紧油缸，当需要张紧履带时，打开油路上的截止阀，然后操纵第三联换向阀使履带张紧油缸动作。在四联阀的第二、三联阀上各串联了一个二位三通转阀，可将高压液体引到锚杆钻机控制阀处去驱动两台锚杆钻机。

六联阀和四联阀的每一联阀结构都相同，均为三位十三通换向阀，六联阀和四联阀的各油口分布情况如图2-13所示。

a-中位；b-上位；c-下位

图2-13　六联阀和四联阀的各油口分布图

其进油口P处均并接了一个限压阀，调整压力为22MPa，当马达、油缸负载太大时，限压阀会开启溢流，起到保护作用。各阀的A、B油口内部均并联了一条支路，通过梭阀与LS控制油路连通，使换向阀在上、下工作位置时，能将马达、油缸负载的变化反馈到油泵的变量机构上去，使油泵能根据负载变化进行变量。阀的LS口压力信号为每组阀中工作压力通过梭阀进行比较取最大的压力值，两组阀的LS口分别接在两个负载敏感式变量泵的LS口上，泵的压力流量控制器可根据执行元件所需流量总和来控制泵的摆角位置。

系统在非工作状态下，换向阀上公共的负载信号LS口无压力信号，泵的变量机构上的LS口也无压力信号，此时视为无负载状态，泵的斜盘在2～3 MPa压力作用下，使泵处于最小摆角，泵的空载流量2～4 L/min。这样系统在非工作状态的功率损失较小，系统油液的空循环量较少，可提高油液的使用寿命。泵最小摆角时的压力是由变量机构中安装的弹簧决定的，一般出厂时该压力调整为2.5 MPa。

7.喷雾冷却系统

该掘进机的喷雾冷却系统如图2-14所示。外部供水（流量Q =100L/min）经球阀、过滤器后分为两路，一路经球形阀到外喷雾喷嘴喷出，另一路经减压阀进入液压系统的冷却器对液压油进行冷却，然后又分两路，一路经截割电机冷却水管从洒水嘴喷出；另一路经Y形过滤球阀、喷雾水泵、水密封进入截割头，从截割头内喷雾喷嘴喷出。喷雾水泵由液压马达驱动，液压马达则由四联阀中的第四联换向阀控制。内喷雾的水压由压力控制阀调定为3MPa，外喷雾的水压由减压阀限定为1.5 MPa。

图2-14　冷却喷雾系统

8.润滑系统

掘进机的运动环节多，所以润滑点就多。润滑对于掘进机同样非常重要。润滑系统对掘进机的关键部位进行油、脂的补充，使掘进机良好地运转。是对掘进机的维护。

9.电气系统

电气系统相当于人的神经，它同液压系统一起使掘进机各机械部分联动，完成掘进工作。它主要由操作箱、电控箱、截割电机、油泵电机、锚杆电机、矿用隔爆型压扣控制按钮、防爆电铃、照明灯、防爆电缆等组成。

掘进机电控箱防爆形式：Exd[ib]I（隔爆兼本质安全性）