基于Pro／E5．0软件的截割头设计

截割头是掘进机的工作机构，它决定着掘进机的截割性能，而截齿的损坏是截割头失效的根本原因，其表现形式主要有磨损、丢失、崩刃以及合金头脱落1 J。因此对截齿进行科学合理的定位是提高掘进机截割性能的关键技术∝割头上截齿的空间位置是由截齿座确定的，-般来说其定位参数主要由轴间距、截割半径、圆周角、倒角、转角和截割角组成，合理的截齿排列参数能使截割Iiii耗较小，又不使截割阻力过大，同时又为截齿的强度所容许 J。纵轴式掘进机截割头的截齿数量在 30～60个之间，且每个截齿的定位参数都不-样，这就需要在设计时对这些定位参数进行统-控制，以便于对截割头进行载荷计算时提取相关数据。

2 建立截割头体模型根据破煤理论计算出截割头体的长度和直径，参照截割部的结构尺寸确定截割头体的形状为圆锥台形，根据整机 的上下左右摆动角度计算 出锥角为15。。新建零件 prtl，用插入”菜单中的旋转”命令做出截割头体的三维模型。

3 截齿排布截齿排布是决定截割头性能的关键因素，其排列比较复杂，先来分析截齿的定位过程。

(1)在截割头体上建立圆柱坐标系，先确定某-截齿齿尖 A的位置，截割半径为 轴坐标，圆周角为0轴坐标，轴问距为z轴坐标。

(2)确定倒角平面 做出截齿齿尖A点绕 z轴运动轨迹的切线 ，再做出平面F ，使其垂直于z轴并且经过A点，在平面F 内做出直线 ，使之与 的夹角为截割角(暂定为45。)～平面 沿切线 旋转 。(倒角)，即可得到倒角平面 ，如图 1所示。

(3)确定转角平面 在平面 F 内做经过点A且与 z轴相交的直线 ：，将倒角平面 F 沿直线 旋转度，即可得出转角平面 ，如图2所示。

图1 倒角平面 图2 转角平面直线L 随平面F 旋转到平面F，得到的直线L收稿日期：2013-05-03作者简介：宋金标(1986)，男，山东滕州人，助理工程师，主要从事矿用采掘设备截割机构和电控系统的研制工作。

· 53·应用与试验 2013年第3期(第26卷，总第125期)·机械研究与应用 ·就是截齿的中 tL，轴线，加上截齿齿尖和 点重合，就可准确定位截齿了位置。转角平面 实际上就是截齿座的对称面，这样截齿座的位置也可确定。

按照上述过程建立零件 prt2，做出上述点、线、面，作为骨架模型的原始模型。利用工具”-族表”命令，将截割半径 、轴间距 z、圆周角 0、倒角 、转角卢、截割角 这 6个参数设为变量，然后添加 45个截齿实例，分别输入相对应的参数值，使截齿齿尖沿3条螺旋线均匀分布。

新建组件 asml，执行元件创建”命令，选择骨架模型”，创建方法选择复制 自prt2，依次将第 1～45个实例以骨架模型的形式装配进来。

新建零件 prt3，建立截齿的三维模型。按照截齿齿尖和骨架模型中的 点重合，中心轴线和直线重合的原则，在 asml中装入第 1～45号截齿。然后装入所有截齿座，根据实际装配效果在 prt2的族表中调整 O/、 等参数，以保证截齿座和截割头体的焊接空间，建好之后的模型如图3所示。

图 3 截齿及截齿座装配4 载荷计算装配好截齿座和截齿后可利用载荷计算软件对所设计的截割头进行横摆和钻进工况下的受力分析。

提取数据时打开文件 prt2，利用工具”-族表”命令，提取出45个截齿的定位参数，粘贴到载荷计算软件中，并运行载荷计算程序，计算出3 S内截割功率和三向力载荷情况，根据载荷大型功率波动情况判断设计方案能否满足使用要求。

5 导向板装配装配导向板的功能是将截落的煤岩及时排出，以减少截割阻力，避免截割头被煤岩堵塞。为保证最佳排屑效果，导向板全部采用螺旋叶片的制作方法，在Pro/E 5.0环境中可使用工具”-螺旋扫描”-伸出项”命令 J。由于整体加工成型难度较大，所以改为分段制作后再进行焊接，这样在asml中装配时需要手动调整导向板位置和尺寸参数，以保证整条导向· 54·板旧能光滑。

6 喷嘴座装配截割头设有 18个喷嘴，来实现截割头的内喷雾功能。这些喷嘴的形式全部为液柱流型喷嘴，即线性喷嘴，可将水集中起来喷到截齿齿尖位置，不仅可将粉尘在第-时间内消除，而