EBZ230型掘进机截割臂的设计研究

摘要：我公司生产的ebz230型半煤岩、软岩巷道掘进机，截割臂采用整体式焊接工艺成型，采用这种工艺，各分件可以独立成形，通过块状组立，容易实现比较复杂的结构。可是采用整体焊接结构也存在加工工艺性不好，装配工艺性不好及强度低等诸多问题。

关键词：掘进机 截割臂 整体强度 优化设计

The research of EBZ230 roadheader cutting arm design

Song Yuchen

Jiamusi coal-mining machinery Co.，Ltd, Heilongjiang Jiamusi 154003

Abstract: The EBZ230 roadheader of semi-coal rock and soft rock tunnel。cutting arm was formed by integral welding technology。 Using this technique, each component could be independently formed, It was easy to realize more complex structure through assembling block, there were also many problems with integral welding structure，such as processing technology and assembly process were not perfect, and the strength was low。

Keywords: roadheader cutting arm strength optimization design

半煤岩、软岩巷道掘进机在矿井下进行掘进作业时的环境非常恶劣，有些岩层节理不发育，软硬程度不一，结构很复杂，普氏硬度能达到6～8，强度和韧性较高，掘进机工作时截割部所承受的冲击、扭转、折弯强度非常大。所以对掘进机的破坏程度也非常大的，特别是对截割臂的法兰面与外筒壁联接处破坏最大，稍有焊接缺陷，在焊口处就可能出现撕裂，针对此问题我特地去了我们掘进机用户（鸡西东海煤矿605井）进行实地考查研究，有针对性的对截割臂在工作时的状态及受力情况进行了分析。

1、掘进机选型

我公司研制的掘进机功率越来越大，对掘进机各结构件的强度要求也就越来越高，而煤矿岩巷截面积不可能无限增大，这就要求我们在设计掘进机的时候既要提高掘进机功率，结构上又不能成倍放大尺寸，同时其强度又要能满足客户的使用寿命要求。基于此等诸多设计要求，我去了鸡西东海煤矿605井，选择EBZ230掘进机作为突破口，进行调查。

2、截割臂改进设计概述

EBZ230型掘进机在该矿井下作业，由于其岩层节理发育不完全，比较硬，强度和韧性较高，机器振动非常强烈，这样除了对截齿磨损大之外，对整个截割部的强度都有很大的冲击。由于掘进机在截割一个巷道断面时是连续工作的，截割部工作时升降和回转两个动作时常会同时完成，所以特别对截割臂与减速机的联接法兰处的弯曲强度造成的冲击最大。基于对上述问题的解决，我对掘进机的截割臂从设计、材料、工艺上进行优化设计，采取以下改进方案：(1)保持原截割臂的整体结构形式，外筒体采用整体铸造工艺成型，最大限度加大可能存在应力集中处的圆角；(2)内喷雾给水方式由前方给水改为后方给水；(3)临时支护座板采用焊接工艺完成。

3、截割臂的改进措施

3.1 措施一：外筒体的改进

截割臂的整体结构形式不变，外筒体采用整体铸造工艺成型，筒体和法兰面联接处采用大圆角过渡，避免大的弯曲力造成的应力集中现象，使整个截割臂抗弯曲强度提高20%。

3.2 措施二：内喷雾的给水方式由前方给水改为后方给水

原焊接式外筒体采用的是前方给水的方式，整个水道以焊接工艺固定在外筒体的外表面，把水输送到前面的浮动密封架，通过密封架流到截割头轴，再传输到截割头。新的给水方式是在截割臂的后端将水输送到截割头轴，再传输到截割头，这样既减化了工艺又避免内喷雾水直接渗漏到轴承内腔，从而避免了渗漏水对轴承的腐蚀。

3.3 措施三：临时支护座板采用焊接工艺完成

由于在截割部要安装临时支护和外喷雾架体，所以外筒体在整体铸造成型后还要以焊接工艺把临时支护座板和外喷雾架焊接在上面，采用整体铸造和焊接工艺相结合的设计方案一是可以保证截割臂的整体强度的需要，二是可以更容易地做到复杂结构的成型。

图1 改进设计前结构 图2 改进设计后结构

4、结语

新型截割臂的掘进机经过井下进行实际工作，总结得出以下结论；(1)EBZ230掘进机整体式截割臂相比焊接结构的截割臂在强度上可以提高20%以上，机加工工艺性有所提高；(2)EBZ230内喷雾漏水对轴承的腐蚀现象得到解决；(3)EBZ230掘进机的截割部整体强度得到加强；(4)EBZ230截割臂改进设计思路可以在别的机型上推而广之。

参考文献

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