B01?2(Lcos?1?a)sin? (2-6)
B01?4.8m，?1?32?
下部宽度(当悬臂在下部位置左右摆动时)：
B02?2(Lcos?2?a)sin? (2-7)
B02?5.0m，?2?28?
上摆高度： H01?Lsin?1 (2-8)
H01?2.4m
下摆高度： H02?Lsin?2 (2-9)
H02?2.1m
卧底深度： h0?L(sin?3?sin?2) (2-10)
h0?200mm，?3?30?
巷道高度： H?H01?H02?4.5m (2-11)
可掘最大断面： Smax?[(B01?Bmax)H01?(B02?Bmax)H02]?23.6m2 (2-12)
上式中： L01—切割头前端至垂直回转中心O1的距离；
11
12
a—垂直回转中心O1至水平回转中心O2的距离； ?—水平回转时，悬臂的摆角；
?1—垂直回转的上摆角；
?2—截割到巷道底面时，垂直回转的下摆角；
悬臂垂直回转的最大下摆角，可根据卧底深度来定，?3—卧底时，
一般可取 h0?100~300mm，这里取200 mm。
2.2.4 截割机构技术参数的初步确定 2.2.4.1截割头转速及其功率的初步确定
掘进机的动力源都采用交流电动机。截割机构功率大小，在实际设计中一般采用类比法，再结合掘进机的一些个性因素及经验来确定。
截齿必须具有的一定的截割速度和足够的截割力，才能实现对煤岩的有效破碎。显然在一定的功率下，适当降低截割速度(或转速)，将使截割力矩和截割力相应增加，有利于截割较硬的煤岩。同时，还可以降低截割头上的动载荷，减少截齿的磨损和粉尘。通常，在煤和软岩中，可取Vj?2.0~3.0m/s，截割头转速为30~100r/min。对于中硬岩，可选Vj?0.8~1.6m/s，对于砂岩和石灰岩，平均截割速度Vj=0.6~0.8 m/s，最高Vj=0.9~1 m/s，截割头转速为20~40r/min[11]。目前市场上绝大多数掘进双速掘进机的截割速度为23r/min和46r/min，这两种截割速度被认为是截割硬岩和煤岩的经济截割速度，所以本次设计的岩巷掘进机截割转速也设定为46r/min。
结合行业标准MT477-1996YBU系列掘进机用隔爆型三相异步电动机选择，确定截割功率为200kW。
12
2.2.4.2 切割头的有关参数的确定[5]
(1)切割头长度
切割头长度的大小影响工作循环时间，它的选择还与煤岩性质有关。纵轴式掘进机切割头长度应略大于截深。目前，纵轴式掘进机切割头的长度一般为500~700 mm。大功率的掘进机可以在1000 mm左右。根据设计要求，确定本掘进机为中型掘进机，选择切割头的长度为780 mm。
(2)切割头直径
切割头直径影响切割力和工作循环时间。当切割头的功率和转速一定时，切割头的直径将决定切割头的切向切割力。切割头直径过大，将使切向切割力降低，如果切割力小于切割阻力，就不能完成切割任务。目前，纵轴式掘进机切割头的直径一般为600~900 mm。大功率的掘进机可以在1000 mm以上。这里选择切割头的平均直径为800 mm。
(3)切割头锥角
对于纵轴式掘进机的圆锥形切割头，为了获得比较平整的巷道顶、底板或者侧壁，还应结合悬臂长度、回转中心的位置来确定切割头的锥角。
设切割头的半锥角为?，悬臂水平摆角为?，上下摆角分别为?1、?2。按几何关系，要保证巷道的顶、底板、侧壁平整，应使???1??2??。显然对于确定的掘进机，其切割头的半锥角?是定值。掘进机的水平摆角通常为
30?~50?。这样锥形切割头的锥角确定在30?~50?之间。
本掘进机设计结合同类掘进机运用情况，选取45?。 (4)螺旋头数和升角
螺旋头数一般为两头和三头。这里选择两头旋转叶片。有关参数在结构设计中确定。
13
(5)切割速度和摆角速度
截割功率一定时，切割速度决定切割力矩和切割力的大小。
切割力矩为：MC?N0?103 2?n0(2-13)
平均切割力：Pc?2Mc/D0
(2-14)
平均单齿切割力：P1C?PC/Zm
(2-15)
式中： D0—为切割头平均直径，m；
n0—为切割头转速，r/min； MC—为切割力矩，N?m PC—平均切割力，N；
P1C—平均单齿切割力，N；
Zm—同时工作齿数，可取总齿数的一半。
悬臂式掘进机所能达到的最大截割能力总是与其截齿的截割速度有关。截割速度的选取一般取决于被截割岩石的特性， 在1～5m/s之间选取。对研磨性的硬岩石， 最大截割速度要受到截齿磨损的限制。例如，截割石英含量为30%～40%，抗压强度为100～120MPa的砂岩时，最佳的截割速度为1.5～2m/s。对易于截割的岩石(例如白垩和煤)，最大截割速度会受到粉尘浓度的限制。对煤炭一般选用4～5m/s。
14
根据本设计要求，确定截割速度2.0m/s。
考虑到掘进机对煤岩特性应具有一定的适应范围，通常在较软的半煤岩中，可以选合理的工作摆动速度Vb?2~3m/min，在较硬的半煤岩中可以取
1.5~2.0m/min，对于中硬煤岩石，摆动速度不宜过大，取1~1.5m/min[11]
。
根据本设计要求，确定摆动速度为1.4m/min。
(6)最大扭矩
最大扭矩的确定公式为：
Mmax?Mn/Km
(2-16)
式中： Mmax—切割最大扭矩；
Mn—切割硬度f=6的岩石时候，切割头平均扭矩。
Mn?(44100Vb?17150)?D0?L/(VC0.3?)，N?m；
式中：D0—切割头平均直径，m；
L0—切割头长度，m； Km—当量载荷因数。
具体数据在结构设计中确定。 (7)牵引力
切割头回转时，必须具有足够的的牵引力，以便切割头在摆动方向能有效地切入煤壁，保证切割工作的正常进行。
15
掘进机截割头设计
