摘 要

悬臂式掘进机是地下巷道开挖、交通、水下隧道开挖等工程洞穴挖掘中应用最广泛的高科技施工设备，其液压系统的研究对中国掘进机研发具有重要意义。

论文介绍了悬臂掘进机的结构及其工作原理，详细分析了各个机构的工况，并根据工况要求设计了合理的液压系统方案；对液压系统进行了详细的设计计算，确定了主要元件的参数，并进行了元件的选型和性能验算；基于Solidworks对液压装置进行了三维设计，绘制了相关零部件的工程图。

设计的主要特点是综合应用了负载敏感泵和负载敏感多路阀，实现了大功率液压系统的节能设计。

关键词：悬臂式掘进机；液压系统；负载敏感控制；三维设计

Abstract

Cantilever machine is underground roadway excavation, such as traffic, underwater tunnel excavation engineering in cave mining the most widely used construction equipment, high-tech its hydraulic system research on Chinese machine research and development is of great significance.

This paper introduces the structure and working principle of the cantilever tunneling machine, analyzes the working conditions of each mechanism in detail, and designs a reasonable hydraulic system scheme according to the working conditions. The design and calculation of the hydraulic system are carried out in detail, and the parameters of the main components are determined. Based on Solidworks, the hydraulic device was designed in three dimensions and the engineering drawings of related parts were drawn.

The main characteristic of the design is the comprehensive application of load sensitive pump and load sensitive multiway valve, realizing the energy-saving design of high power hydraulic system..

Key Words：cantilever tunneling machine; Hydraulic system; Load sensitive control; 3 d design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 悬臂式掘进机 1

1.1.1掘进机组成 1

1.1.2国内外掘进机现状 2

1.2 掘进机发展趋势 3

1.3设计内容 3

1.4小结 3

第2章 掘进机的结构及工作原理 4

2.1掘进机的结构 4

2.1.1本体部 4

2.1.2切割部 4

2.1.3行走部 5

2.1.4铲板部 5

2.1.5后支撑部 6

2.1.6第一运输机 6

2.1.7液压系统 7

2.1.8电气控制系统 7

2.1.9水循环系统 7

2.1.10润滑系统 8

2.2悬臂式掘进机工作原理 8

第3章 掘进机液压系统组成与工况分析 9

3.1液压系统的组成 9

3.2液压系统的设计要求 9

3.3液压系统的工况分析 9

3.3.1切割部分的工况分析 10

（1）切割部升降的工况分析 10

（2）切割部回转的工况分析 11

（3）切割部伸缩的工况分析 14

3.3.2铲板部的工况分析 14

（1）星轮马达的工况分析 14

（2）铲板油缸的工况分析 15

3.3.3运输机的工况分析 16

3.3.4行走部的工况分析 17

（1）阻力的计算 17

（2）工况分析 18

（3）最大功率计算 20

3.3.5后支撑部的工况分析 20

第4章 液压系统方案设计 22

4.1液压系统额定压力的确定 22

4.2液压系统的控制分析 22

4.2.1负载敏感控制 22

4.2.2压力补偿 22

4.2.3恒功率控制 22

4.3各机构液压系统回路设计 23

4.3.1行走部回路设计 23

4.3.2切割部升降回路设计 24

4.3.3切割部回转回路设计 24

4.3.4后支撑部回路设计 24

4.3.5铲板部星轮回路设计 25

4.3.6铲板部油缸回路设计 25

4.3.7运输机的回路设计 25

4.4液压系统原理图 26

第5章 液压系统技术参数计算 27

5.1行走部的参数计算 27

5.1.1单侧履带行走机构输出扭矩与输出转速的确定 27

5.1.2行走马达参数的确定 27

5.2切割部的参数计算 27

5.3后支撑部的参数计算 28

5.4铲板部的参数计算 28

5.4.1铲板部油缸的设计与参数计算 28

5.4.2星轮马达的参数确定 29

5.5第一运输机的参数计算 29

第6章 液压系统的元件选型 30

6.1液压泵的选型 30

6.2泵站电机的选型 30

6.3液压马达的选型 30

6.3.1行走马达的选型 30

6.3.2星轮马达的选型 31

6.3.3第一运输机马达的选型 31

6.4液压油缸的选型 31

6.5液压控制阀的选型 31

6.6辅助元件的选用 32

6.6.1滤油器 32

6.6.2空气滤清器 32

6.6.3冷却器 32

6.6.4液位液温计 32

6.6.5液压先导控制阀 32

6.7液压油的选择 32

6.8液压元件明细表 33

第7章 液压系统的性能验算 34

7.1 液压系统压力损失计算 34

7.1.1 系统的沿程压力损失 34

7.1.2 流经阀类元件时的局部压力损失 35

7.2 液压系统发热温升的计算 35

第8章 液压装置的结构设计 37

8.1液压泵站的类型及其组件配置形式的选择 37

8.3油箱 37

8.4阀集成块 38

8.5管路及管路布置 38

8.5.1油管 38

8.5.2管路布置 38

第9章 结论 39

9.1结论 39

9.2经济性与环保性展望 39

参考文献 40

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 悬臂式掘进机

悬臂式掘进机(也称部分隧道掘进机)被公认为是地下巷道开挖、交通、水下隧道开挖等工程洞穴挖掘中应用最广泛的高科技施工设备。

在调整产业结构、促进相关产业发展、提高机械装备制造水平方面，悬臂式掘进机的发展将发挥十分重要的作用。掘进机根据不同的应用条件，可根据不同的工作环境，开发不同类型的掘进机。目前，大致可以分为以下几类，如图1.1所示。

图1.1掘进机种类

1.1.1掘进机组成

悬臂式掘进机由切割机构、装载机构、运输机构、行走机构、机架及回转台、液压系统、电气系统、冷却灭尘供水系统以及操作控制系统等组成，总体结构如图1.2所示。

1-切割机构；2-铲板机构；3-运输机；4-主体部；5-行走机构；