悬臂式掘进机行走机构的功能及设计研究崔学普

崔学普冯彦坤赵岩领

摘要：当前，随着工程建设的发展，为提高岩石巷道掘进工作效率，采用机械化作业，可以使掘进的各道工序高质量完成。悬臂式掘进机属于分断面掘进机，是一种集截割、转运、行走、喷雾、除尘于一体的综合掘进设备，在工程中得到普遍的应用。基于此，文章就悬臂式掘进机行走机构的功能及设计进行简要的分析，希望可以提供一个有效的借鉴。

关键词：悬臂式掘进机；行走机构；功能；设计

1.悬臂式掘进机行走机构的组成、功能

1.1组成

悬臂式掘进机行走机构中的动力源是根据驱动的实际形式来划分的，主要包含2种形式：电机驱动形式以及液压马达驱动形式。悬臂式掘进机行走机构中的履带板是根据结构形式区分的，主要包括整体式履带板以及滚子式履带板。其中铸造的或者是锻造的整体式履带板在当前应用比较广泛。悬臂式掘进机行走机构中的履带链支承的主要方式为支重轮式和摩擦板式两种。相对来说支重轮式的行走结构比较复杂，并且其支重轮损坏的几率非常高，但是在工作的时候传动的效率高，同时能够在不同的环境下被使用，其中的摩擦板式行走结构虽然相对简单，也不易被损坏，但是其传动效率低。因此须根据不同的环境采用不同的履带链支承。悬臂式掘进机行走机构中履带张紧装置包括2种形式：①机械式张紧装置；②液压张紧装置。在行走机构中履带是负重最大的而且起着特别重要的作用，因此行走机构中的张紧装置所承受的压力是很大的，其设计要求也是最高的。只有张紧装置安全可靠，才能保证行走机构的正常使用。

1.2功能

行走机构是悬臂式掘进机主要的构成部分，是保证和实现隧道基本开挖等一系列工作的必要部件。其功能就是保证设备在隧道中不同位置实现移动并对巷道部分的断面进行截割开挖，对整台掘进机进行支撑，并保证设备在隧道中的开挖行走。同时行走机构能够实现对掘进机行走速度的控制，保证岩石的支护、设备维护维修、以及其他行走过程中的辅助功能等等。

2.悬臂式掘进机行走机构的设计措施

2.1掘进机行走部设计要求

（1）掘进机应满足足够的接地比压：（2）行走部应具有良好的制动能力；（3）掘进机应具有足够的驱动能力和转弯性能；（4）行走部应具有良好的防侧倾功能；（5）履带架应具有良好的导向性，履带板有防侧滑功能。

2.2掘进机主要参数的确定

按照大体的顺序对几个关键的参数进行确定，并列出参数确定的公式，其中几个尺寸相互间关联，确定应根据实际情况进行选取，经过反复验证后方可确定。

（1）掘进机牵引力的确定

掘进机在工作状态中，其需要最大牵引力的工况是掘进机在爬最大坡度时转弯所需要的牵引力，其单边牵引力

式中G———掘进机整机重量；

f———履带板组与地面的滚动阻力系数；

μ———履带板组与地面之间的转向阻力系数；

L———单边履带板组接地长度；

B———2条履带中心距；

n———掘进机重心与履带行走部接地形心的纵向偏心距。

（2）掘进机接地比压的确定

在掘进机设计中接地比压指的是掘进机整机重量与2条履带板接地面积的比值，转载机的重量作用于掘进机和刮板机上，所以为了更接近掘进机的实际接地比压，接地比压的重量应更改为掘进机的重量加上1/2的二运重量，在实际设计中也有将掘进机的总重默认为整机重量加上转载机的重量，其比压

式中b———掘进机单块履带板宽度；

g———转载机重量。

一般中型掘进机要求接地比压p≤0.14MPa，对于重型掘进机由于结构限制要求也可以略大于0.14MPa。

（3）行走中心距的确定

行走中心距主要是在设计时考虑掘进机的侧倾能力和转弯功能，行走中心距

B＝（3.5~4.5）b中心距越大，整机的防侧倾能力越大，其转弯所需牵引力越小。

2.3掘进机行走机构的改进设计

掘进机要想移动、转弯，必须依靠行走机构，行走机构几乎承担着掘进机的整个重量。为进一步提高掘进机的适应性，应对掘进机的行走机构进行改进设计。

第一，设计机构的合理化。悬臂式掘进机行走机构设计中应该注意每一个部件的合理性，例如在支重轮的设计中应该根据实际的隧道工作环境中地面情况选择不同的支重系统，因此在支重轮的设计上可以采取不同的方法，实现支重轮的优化，这样不仅能够有效地节约资源，因为如果行走机构其他的部件在要求上都能满足轻型的掘进机，而支重轮无法满足的时候，如果可以有简易的备用轮就能减少很多的时间、精力以及资源，同时能够保证资源的优化配置。在进行履带式机械倒挡，对突起障碍物穿越的时候，需要把全部重量全部压在一个或两个支重轮上，那么该支重轮也就是重心附近的支重轮。

第二，对履带进行改进设计。履带作为掘进机与地面直接接触的重要部分，其自身特性不仅仅决定了掘进机的附着性，也直接决定了掘进机的行走质量情况。为了使掘进机在各种地表情况下都能顺利行走，应对掘进机履带进行改进设计，提高履带的适应性。如，设计具有不同宽度的履带板，设计表现现状各异的履带板，以供掘进机用户选择，更好地满足不同施工作业现场的实际需求。

第三，对动力原件进行改进设计。通常情况下，掘进机的行走机构在干燥的环境下，主要采用电动机进行驱动，而在比较潮湿或存有积水的施工作业环境下，则多采用液压马达进行驱动。为了进一步提高掘进机的适应性，可以将行走机构设计为电动机与液压马达二者可以相互转换的驱动模式。需要注意的是，为确保改进设计后的行走机构行走速度不受影响，还应额外设置一个减速器，调节行走速度。

3.悬臂式掘进设备的应用

悬臂式掘进设备是隧道施工中较为常用的设备，其在隧道掘进施工中所发挥的作用是，采用掘进机掘进，机械技术所发挥的优势是不容忽视的。

1）液压传动系统作为悬臂式掘进设备运行的主导系统，其不仅设计简单，而且操作方便，能够很好地适应隧道掘进时的作业环境。2）电气系统的运行促使悬臂式掘进设备自动化运行。对于掘进设备的作业情况进行监测以及设备故障的诊断，通过可编程逻辑控制器的运行都可以实现，对提高掘进设备的运行效率非常重要。3）从设计结构上来看，悬臂式掘进机的整体结构是非常紧凑的，当设备处于运行状态的时候，其工作性能较为稳定，采掘作业的效率较为高效。4）悬臂式掘进设备采用了先进的模块化设计，系统运行中不仅操作和控制都非常简单，而且便于检修，由此提高了机械设备的运行效率，保证了设备的运行质量。

综上所述，悬臂式掘进机的研发集成了材料工程、信息技术、自动化控制工程等多个学科的研究成果，新技术的发展势必带动悬臂式掘进机技术水平的提高。针对悬臂式掘进机行走机构的设计还应注意每一个部件的合理性，从而提高工作的可靠性和工作效率。

参考文献

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