巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成分析概述該機(jī)器人是在懸臂式掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上加以改造形成的新設(shè)備，主體為懸臂式掘進(jìn)機(jī)，具有這種掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)勢，并且還具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，巖巷滾刀式機(jī)器人要同時具有剝離煤巖，裝載運(yùn)出，機(jī)器本身的行走和噴霧除塵等功能，即集切割，裝載，運(yùn)輸。行走于一體。它主要由切割機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、機(jī)架及回轉(zhuǎn)臺、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、冷卻滅塵供水系統(tǒng)以及操作控制系統(tǒng)等組成，總體結(jié)構(gòu)與懸臂式掘進(jìn)機(jī)類似。其中切割臂、回轉(zhuǎn)臺、裝渣板、輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、履帶等為主要工作機(jī)構(gòu)。它與懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要不同之處在于切割頭部處的滾刀。圖一1.1切割機(jī)構(gòu)：滾刀是該機(jī)器人用于掘進(jìn)巷道，打碎巖石的刀具，根據(jù)滾刀的形狀不同，滾刀大致可以分為盤型滾刀，球齒滾刀，楔齒滾刀三種，該機(jī)器人使用的為盤齒滾刀。盤狀滾刀盤狀滾刀是可以更換刀圈的一種刀具，通常有單刃、雙刃和多刃的區(qū)分，常以螺旋狀或輻射狀分布裝在刀盤上。掘進(jìn)機(jī)在千斤頂?shù)淖饔孟孪蚯熬蜻M(jìn)，同時掘進(jìn)機(jī)刀盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，安裝在掘進(jìn)機(jī)刀盤上的刀具隨刀盤公轉(zhuǎn)的時候，刀具也在摩擦力和壓力下作自轉(zhuǎn)，從而借助刀圈刃口對巖層表面產(chǎn)生切削巖層的作用。盤狀滾刀切割巖層的工作原理可以解釋為:在掘進(jìn)時盤形滾刀的刀圈先在巖層內(nèi)擠出一個槽，并在這個槽的周圍生成初始張拉而破壞的裂紋，并且在刀具不斷切入的同時，刀圈的楔形面對刀圈周圍的巖層起到剪切破壞的作用，初始的張拉破壞而產(chǎn)生的裂紋會在剪切力的作用下沿著巖石的切線方向持續(xù)而快速的擴(kuò)張，刀具間的巖石裂紋由于相互影響的作用，從而產(chǎn)生了進(jìn)一步的張拉破壞，使得相臨切槽之間的巖脊被這種張拉破壞影響，從而剝落下來較大的巖塊。安裝在刀盤上部的盤狀滾刀在液壓千斤頂?shù)淖饔孟戮o緊壓在巖石面上，隨著刀盤的轉(zhuǎn)動，盤狀滾刀的運(yùn)動主要有兩個方面，一個是圍繞刀盤中心的旋轉(zhuǎn)軸來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，另一個是圍繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)軸來進(jìn)行自轉(zhuǎn)。由于刀盤的推力和扭矩同時作用，盤型滾刀就可以在巖石面上切出眾多的的同心圓的溝槽。當(dāng)盤型滾刀的推力超過所切割巖層的強(qiáng)度時，盤型滾刀刀尖下的巖層將會被滾刀所直接破壞，刀尖就會插入巖石內(nèi)部，形成所說的壓碎區(qū)和具有放射狀的裂紋;在此同時如果掘進(jìn)機(jī)的動力部分進(jìn)一步的加大壓力，這樣在滾刀的間距滿足一定條件的時候，相鄰盤型滾刀之間巖石的內(nèi)部裂紋就會延伸最終相互貫通，形成小塊的巖石碎片最終脫落，這樣盤狀滾刀就完成了一次完整的破巖全過程。盤形滾刀在工作時除了要承受滾刀周圍的正向壓力以外，還會受到周圍傳遞的切向摩擦力，側(cè)向方向上的交變應(yīng)力的影響，受力比較復(fù)雜，工作條件惡劣。地層和剝落的巖石對刀圈、刀體有著沖蝕和磨損效應(yīng)，極易使得刀具的早期發(fā)生失效，因此，我國對刀具對工作環(huán)境的耐受性能和刀具的破巖效果以及刀具質(zhì)量的穩(wěn)定性提出了非常高的要求。刀具的質(zhì)量將直接決定工程的質(zhì)量、成本、安全形和效率的高低，是地面盾構(gòu)法施工的核心技術(shù)。圖二1.2裝載機(jī)構(gòu)裝載機(jī)構(gòu)是巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)的一個主要的工作機(jī)構(gòu)，它的性能好與壞將直接的影響到整個機(jī)器的生產(chǎn)能力，該巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)的裝載部分主要是由驅(qū)動裝置、鏟煤板和液壓升降油缸等部分組和而成。巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)位于掘進(jìn)機(jī)前端的下方，它的作用是把截割機(jī)構(gòu)采掘下來的煤塊進(jìn)行收集、然后輸送到中間的刮板輸送機(jī)上，經(jīng)過后部轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)進(jìn)行卸載。1.3行走機(jī)構(gòu)在巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)器人中一個非常重要的機(jī)構(gòu)就是行走機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)部分的主要功能是根據(jù)礦井的各種情況來幫助各種不同的機(jī)械對采煤巷道的各個部分截面來進(jìn)行高效的切除，在此期間能在真正的工作過程中幫助大型機(jī)械進(jìn)入到各種不同的工況中順利的運(yùn)行，還能保證機(jī)械在整個開挖隧道的過程中能順利的行走，行走機(jī)構(gòu)在運(yùn)行的過程中可以有效控制整個機(jī)器的運(yùn)行速度快慢，實(shí)現(xiàn)對巖石支護(hù)過程中的質(zhì)量的控制，協(xié)助整個機(jī)械完成實(shí)現(xiàn)支撐并且行走的目的，能對整個機(jī)器實(shí)現(xiàn)安全的運(yùn)行起到良好的促進(jìn)作用，但是，你如果想讓采礦整個活動更加安全順利的進(jìn)行下去就一定要根據(jù)自己實(shí)際的工作正確使用行走機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成：巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的動力裝置主要是按驅(qū)動形式來進(jìn)行分類的，有電機(jī)驅(qū)動和液壓馬達(dá)驅(qū)動兩種形式，本裝置采用電機(jī)驅(qū)動。巖向滾刀式掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的鋁履帶板的區(qū)分依據(jù)是其結(jié)構(gòu)形式來，我認(rèn)為可以采用的有整體式懸臂履帶板或者是滾子式懸臂履帶板。但由于滾子式懸臂履帶板的結(jié)構(gòu)相對而言比較復(fù)雜、并且損毀的概率較高，所以現(xiàn)代機(jī)械中使用范圍日趨減小，因此該裝置決定采用的是鑄造或鍛造的整體式懸臂履帶板。1.4液壓系統(tǒng)在巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)中液壓系統(tǒng)包括液壓油缸，安全閥件，液壓油箱和過濾器等各種裝置。（1）液壓油缸

液壓油缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一，在掘進(jìn)機(jī)當(dāng)中，是十分重要的液壓動作執(zhí)行元件，液壓馬達(dá)與液壓油缸和稱為液動機(jī)。執(zhí)行直線往復(fù)運(yùn)動這就是液壓油缸的主要作用，液壓油缸的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是功率大、油缸維修方便、總體質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、運(yùn)動的時候慣性比較小，可以進(jìn)行頻繁換向操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制操作。為了防止油缸負(fù)荷過大而造成的油缸損壞，各個換向閥內(nèi)部都裝有過載溢流閥。普通的懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)備大部分都是使用的單桿液壓油缸，所謂的單缸液壓油缸就是只有在活塞的一邊有桿，另一邊無桿，單缸液壓油缸具有供油流量相等、往返速度不相等，供油壓力相等、往返時推力的大小不相等，多個油缸可以組成差動式液壓油缸，還具有伸出時作用力大、活塞桿在整體的外部、整體強(qiáng)度高、可以適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。常用的液壓缸結(jié)構(gòu)形式有四種類型，這四種類型分別是活塞式、柱塞式、伸縮式和擺動式。由于伸縮式液壓缸具有伸縮缸可以實(shí)現(xiàn)較長的行程，而縮回時長度較短，結(jié)構(gòu)較為緊湊的優(yōu)點(diǎn)，因此本裝置選擇活塞式液壓油缸。（2）安全閥件在液壓系統(tǒng)中的一個重要的組成部分就是壓力閥件，在一個大型液壓系統(tǒng)當(dāng)中，壓力控制閥簡稱壓力閥，指的是能夠改變液壓油的油壓大小的閥件。它的工作原理是，利用閥芯上彈簧的彈力和液壓油的壓力大小相等方向相反這個原理來實(shí)現(xiàn)工作的，其主要功能是對液壓系統(tǒng)進(jìn)行定壓以及防護(hù)保障。由于溢流閥的主要功能是保持壓力大小穩(wěn)定，所以安全閥件常常被人們用在節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)之中，它和流量控制閥進(jìn)行配合來達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的流量大小的目的，并維持液壓系統(tǒng)的壓力基本恒定。一般來說，安全閥是用于過載保護(hù)的溢流閥，具有靈敏度高，工作穩(wěn)定，定壓精度高，密封性能優(yōu)良、泄漏小等優(yōu)點(diǎn)。（3）液壓油箱及過濾器液壓油箱

液壓油箱的作用一般是存儲液壓系統(tǒng)在工作中所需要的流體介質(zhì)一般與液壓油箱相連接的部件為液壓泵，并且液壓油箱一般配有液壓輔助元件。液壓油箱中貯存的液壓油的作用是供液壓系統(tǒng)循環(huán)所使用。液壓油箱還可以用來釋放混在液壓油中的氣體，散發(fā)各個系統(tǒng)在工作過程中所產(chǎn)生的熱量，防止過熱產(chǎn)生零件損壞，為系統(tǒng)中的元件提供位置信息等各種功能，液壓油

掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障是諸多因素共同導(dǎo)致的，但主要原因是工人對液壓油管理不善，這就要求維修人員加強(qiáng)對液壓系統(tǒng)的維護(hù)管理，如此方能有效的防止液壓系統(tǒng)故障的發(fā)生。我在此總結(jié)了幾點(diǎn)。

(1)為了實(shí)現(xiàn)防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓油的目的，在拆卸液壓系統(tǒng)的過程中，液壓元件(泵、閥、高壓膠管)必須使用活塞將進(jìn)出油口堵住或使用干凈的塑料袋包好。更換油泵的同時，必須將油箱吸油過濾器中的濾芯拔出一段長度，從而使得吸油過濾器中密封閥封閉，防止油箱中油液從吸油口中流出。

(2)要保證充足得油量，使得油箱內(nèi)的油的體積達(dá)到規(guī)定的油量。(3)避免液壓油內(nèi)出現(xiàn)雜物。(4)要在規(guī)定的時間內(nèi)更換過濾器。(5)及時的向液壓油冷卻器內(nèi)裝填足夠的冷卻水，使液壓油溫度不會異常升高。(6)當(dāng)檢測發(fā)現(xiàn)液壓油變質(zhì)時，應(yīng)盡快聯(lián)系維修人員更換液壓油油。過濾器過濾器一般安裝在液壓油箱內(nèi)部，過濾器的主要作用是防止液壓油被污染，過濾液壓油中的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對液壓元件和液壓系統(tǒng)的保護(hù)等作用，過濾器也是液壓系統(tǒng)組成元件中的一種。根據(jù)液壓回路系統(tǒng)的特點(diǎn)，巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)器人的過濾系統(tǒng)有系統(tǒng)進(jìn)油過濾、吸油過濾、系統(tǒng)回油過濾、旁路過濾。1.5電氣系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)一般來說指的是由眾多電器元件進(jìn)行組合，它的作用是實(shí)現(xiàn)對某些元器件的自動化控制，能夠保證被控電器設(shè)備安全、可靠地正常運(yùn)行，電氣控制系統(tǒng)的主要功能為：自動控制、監(jiān)視、保護(hù)和自動測量。巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的組成及功能：巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的組成部分有礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電氣控制箱、主令控制箱、礦用隔爆電鈴、隔爆型電氣照明燈、隔爆型電氣急停按鈕、礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)瓦斯電壓傳感器以及各掘進(jìn)機(jī)工作部分的電機(jī)。巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要是由工作電機(jī)驅(qū)動主回路、保護(hù)驅(qū)動回路、控制驅(qū)動回路及顯示驅(qū)動回路等一系列元件組成。供電系統(tǒng)采用交流50hz、1140/660v供電系統(tǒng)來供電，進(jìn)入巷道內(nèi)的滾刀式掘進(jìn)機(jī)各個工作部分的電機(jī)和回路的停止、啟動、正反轉(zhuǎn)控制均由電控系統(tǒng)來控制，電氣控制系統(tǒng)還控制和保護(hù)各個工作電機(jī)和控制驅(qū)動回路。一系列綜合的元器件組成了電氣控制系統(tǒng)。巖巷滾刀式掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)由8臺三相的交流異步電動機(jī)組成，在主電路結(jié)構(gòu)中每臺主電路的供電電壓1140/660v。各個電機(jī)的控制一般是采用兩級電機(jī)來進(jìn)行控制，即由手動電機(jī)來進(jìn)行操作一級控制變壓器plc，再由plc來控制中間繼電器，中間繼電器來進(jìn)行二級控制交流接觸器。在這之中二級控制交流接觸器輸出線圈的輸出電壓可以通過一級控制變壓器降壓來得到。各個電機(jī)正常工作的過程關(guān)系如下：(1)啟動其他電機(jī)前，首先需要啟動油泵電機(jī)，來檢查油泵電機(jī)的液壓油溫度、液壓油的儲存量是否正常，然后其它電機(jī)的啟動要在油泵電機(jī)平穩(wěn)啟動之后，需要注意的是一定要先啟動轉(zhuǎn)載電機(jī)再啟動刮板電機(jī)。如果想要讓機(jī)器停止運(yùn)行，要先將切割電機(jī)關(guān)閉再將油泵電機(jī)進(jìn)行關(guān)閉。(2)為保證操作的安全性和操作的可靠性以及操作人員的人身安全，要先啟動報警裝置和除塵裝置再啟動主截割電機(jī)。等到報警裝置提示和延遲8s，內(nèi)部噴霧電機(jī)啟動3s后，切割電機(jī)才能進(jìn)行啟動。(3）電機(jī)反轉(zhuǎn)的不同方式以及左右兩個行走電機(jī)的正轉(zhuǎn)共同組合起來完成巖向滾刀式掘進(jìn)機(jī)各種動作的運(yùn)行。(4)為每臺工作電機(jī)配備必要的保護(hù)裝置。在每個設(shè)備和電機(jī)啟動前，保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)檢測電機(jī)的漏電情況，如有漏電現(xiàn)象的出現(xiàn)，工人應(yīng)對每臺電機(jī)進(jìn)行全面系統(tǒng)的檢測，以確定漏電電機(jī)是哪一個并顯現(xiàn)出來；保護(hù)系統(tǒng)還需要在機(jī)器運(yùn)行過程中對每臺電機(jī)進(jìn)行過載、缺相、溫度、短路保護(hù)。(5)給出各種正常工作及故障顯示。(6)電動機(jī)上的安裝設(shè)備具有按鈕可以實(shí)現(xiàn)自動停車急?？刂?。若系統(tǒng)正常工作運(yùn)行中突然發(fā)生了故障，可以隨時將設(shè)備進(jìn)行緊急停止。1.6操作控制系統(tǒng)1.6.1工作原理與此同時差動式推動液壓油缸和大扭矩低轉(zhuǎn)速馬達(dá)進(jìn)行工作，控制中心操作控制偏心盤形滾刀利用低抗拉強(qiáng)度特性巖層按照預(yù)定路徑銑削并進(jìn)行切割巖層，在切割巖石的同時，輔助作業(yè)（如錨、護(hù)）可通過輔助作業(yè)平臺來完成，通過裝載工具和輸送工具將切割的巖石輸送出巷道。懸臂架上鉸接著兩個懸臂盤，懸臂驅(qū)動馬達(dá)設(shè)在懸臂盤上，在懸臂的遠(yuǎn)離懸臂盤一端裝有旋轉(zhuǎn)滾刀，旋轉(zhuǎn)密封裝置裝備在傳動箱上，目的是能夠在施工過程中如果存在堅(jiān)硬的巖石情況下，解決破巖效率低、設(shè)備嚴(yán)重磨損、產(chǎn)生大量粉塵等問題，用來實(shí)現(xiàn)堅(jiān)硬巖體巷道的低成本、安全、高效掘進(jìn)。1.6.2關(guān)于操作系統(tǒng)的組成部分該滾刀式掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為微機(jī)控制單元，微機(jī)控制單元有著對數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集和分析，以及結(jié)算和存儲等各種功能。此次所使用主控芯片信號為TMS320配設(shè)有多款標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)裝置，為整個滾刀式掘進(jìn)機(jī)提供良好的保障的是一個具備高效數(shù)字處理功能和嵌入控制功能的芯片。該系統(tǒng)中CPLD數(shù)據(jù)采集模塊主要作用是對模擬量信號的搜集和相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換。此次選取信號為M