其中EBJ-160型掘进机获国家科技进步二等奖（1999年），它的研制成功使我国的掘进机研究与制造水平迈上了一个新台阶，标志着我国掘进机研制开发水平进入国际先进行列，使国产掘进机可经济截割80Mpa 硬度的岩石，使用范围不断扩大，目前已推广到铁路、公路、水利建设等部门，并出口俄罗斯。 (2)完成了硬岩截齿的研究，研制出―三高‖硬质合金刀头和新的截齿制造工艺，使我国的硬岩截齿消耗达到国际先进水平。
(3)对高压水射流辅助截割技术和惯性冲击辅助截割技术进行了探索和尝试，并研制成功了ELMB-75C型振动式掘进机，现已批量生产。
(4)将PLC（可编程控制器）成功应用到部分掘进机电控系统中，在电控系统的保护插件及故障诊断等方面取得了一定的成绩。
以上是简要分析了当今世界上和国内掘进机技术的发展现状与趋势。应当看出，我国掘进机技术发展在某些方面与国外同行相比仍然存在一些不足。
1.2 悬臂式掘进机发展趋势
纵观国内和国外悬臂式掘进机的发展情况，各国都在技术方面进行创新，未来的发展趋向如下:
1. 重型化、大功。随着采煤机械化程度的提高和巷道断面的不断扩大，掘进机面对越来越硬和研磨性更强的岩石，单向抗压强度超过170Mp。因此，开发研制高功率、大质量的重型硬岩掘进机尤为迫切。目前，国外许多重型掘进机截割功率达到200一300KW，最高可达500KW。而我国重型掘进机尚处于发展阶段，截割功率目前己达200K。越来越高的截割功率虽然可提供给截割头巨大的截割力，但使机器的振动进一步加剧，对生产率、机器的寿命和日常保养都将产生不利影响。随之而来的是机器的重量将越来越大，以增加稳定性。
2. 掘、钻、锚一体化。研制集掘、钻、锚为一体的采掘锚综合机组，以实现快速掘进的同时又能打眼安装锚杆，支护顶板、侧帮，实现掘进、支护平行作业，解决掘进机利用率低的问题。因此，掘、钻、锚一体化是实现巷道快速掘进，满足高产、高效工作面发展需要的重要技术途径。
3. 喷雾降尘设备随机化。目前,掘进机大多设有内、外喷雾装置,但对呼吸性粉尘降尘效果差，喷嘴堵塞严重。因此,对现有机型设置机载降尘设备，强化外喷雾的使用效果，将会使掘进机在工作时的粉尘浓度大大降低。
4. 智能化、自动化。配置激光导向系统、计算机断面控制系统和遥控系统，以降低对操作人员的反应要求，提高生产效率和生产能力。
5. 矮型化。在加大机重、截割功率和提高截割硬度的前提下，注重发展机身较低的机型，以易于井下运输和适用于掘进中、小断面巷道，同时也为配置其他辅助设备(锚杆安装机、辅助工作平台等)带来了方便。
6. 附件化。保留必要的截、装、运、行主要组成功能，将降尘、辅助支护等装置以附件形式出现。这样，可根据需要选择装配各种附加件，给设计、制造、使用都带来方便。
7. 装载运输装置亦采用可伸缩型结构，保证机器的机动性和适应性。液压系统逐步趋于完善、可靠。
6
1.3 掘进机分类
掘进机按照对于巷道断面的作用方式可划分为两种：全断面掘进机和部分断面掘进机。如图 1-1 所示
图1-1 部分断面掘进机实物
全断面掘进机，也称为连续作用式巷道掘进机。其工作机构，由一个或数个装有盘形滚刀或截割刀具的圆盘以及锥形刀盘组成。在平行于工作面的平面内工作机构绕机器中心线旋转，对整个工作面同时进行截割，全断面掘进机驱动装置的动力容量大，能在整个工作过程中连续破碎煤、岩石，所以生产能力很高，并且由于破岩刀具能够合理地分散布置在截割圆盘上，对工作面的压力比较均匀，同时其控制系统相对简单，有利于实现掘进机的自动控制。采用这种圆盘式工作机构的巷道掘进机，只适用于掘进圆形、拱形断面的巷道，因此在长距离、大断面的硬岩隧道施工中，全断面掘进机得到了广泛的应用，例如世界著名的英吉利海峡海底隧道就是用11台全断面掘进机完成的，我国秦岭西康铁路隧道也是用两台德国产TB880E全断面掘进机完成的。但是全断面掘进机也存在一些缺点:
1. 对巷道断面的规格和形状适应性差，为掘进不同规格的巷道，还需要安装辅助破碎机构；
2. 掘进半煤岩巷道时，煤、岩不能分别切割；
3. 由于圆盘式工作机构体积庞大，使得进入工作面检查、检修和更换刀具都很困难，必要时还需要使掘进机退离工作面；
4. 作业线投资偏高，对隧道围岩地质和巷道适应性较差
由于全断面掘进机存在以上缺点，影响了其大量推广使用，对于中短巷道的掘进采用全断面掘进机是很不经济的。
部分断面掘进机，也称为循环作用式巷道掘进机。其工作机构仅能同时截割工作面煤岩断面的一部分，为截割破落整个工作面的煤岩，必须在断面内多次连续地移动工作机构的截割头。悬臂式掘进机（如图1.1所示）也称为部分断面掘进机，工作时通过截
7
割头的旋转和悬臂（也称为截割臂）的上、下、左、右自由摆动，能够截割出任意形状的断面。按照悬臂上安装的截割头的形式不同，又可以分为纵轴式和横轴式两大类。实践证明悬臂式部分断面掘进机有以下一些优点：
1. 由于工作机构可在机器的允许范围内任意摆动，截割头能够截割出任意形状不同断面的巷道；可以卧底、钻柱窝和挖水沟；还可以分别截割半煤岩巷道的煤和岩石，对采准巷道断面的规格形状和煤岩赋存情况的适应性较好，所掘进巷道断面的变化范围较宽。
2. 掘进速度快，质量好。如果支护作业安排在作业后进行，掘进机可实现连续掘进，能同时完成破煤岩、运输等工作，效率高，且掘进机是机械破岩，掘进后煤岩巷道周围煤岩壁完整光滑，超挖掘量少，减少了支护量，这与传统的钻爆法相比，掘进速度可提高1-1.5倍，劳动效率提高1-2倍，巷道成本可降低30—50%，并避免了爆破作业时巷道周围煤岩因爆破振动而破坏的现象发生。
3. 结构紧凑、技术先进。目前悬臂式掘进机多采用耙装式装载机构和履带式行走机构。其装载能力大、调运灵活、工作可靠。因为悬臂式工作机构的外形尺寸比掘进断面小，便于维修和更换截齿，也便于在机器附近或靠近掘进工作面安装临时液压自移支架或进行人工支护，空顶面积小，有利于安全生产，从而扩大了使用范围。
4. 安全、成本低，能够连续作业，经济效益和社会效益高。改善了工人的劳动条件尤其是在中短巷道的施工中，在巷道断面尺寸大致相同的情况下，悬臂式掘进机的基本投资费用约为全断面掘进机的15%，因此对于绝大多数的矿山井下巷道掘进，悬臂式部分断面掘进机是很适用的。
1.4 掘进机电气拖动及控制系统研究意义
我国煤矿掘进机电控系统设计是在对进口掘进机电控测绘基础上开展的。当时国内可供选用的低压电器产品和电子产品型号少、水平低、不适应煤矿环境。特别是当时的设计理念局限于全部国内设计生产，致使掘进机电气控制系统技术含里低、结构复杂、元器件质量差，无法适应煤矿井下电压波动范围大、整机振动剧烈、操作频繁、环境湿度大、重载启动等掘进机工况条件，成为煤矿掘进机故障发生率较高的环节。这一阶段掘进机电控设计处于初级水平，主要是实现基本的控制功能。它们的主要技术特征和表现出的主要问题是：
1. 主回路为熔断器一接触器一热继电器结构，以继电器等分立元器件硬节点方式实现较复杂的逻辑控制。元器件多，电气结构和接线复杂，故障点多，维护困难。
2. 电器元件如交流接触器和继电器等均采用通用电气元件，质量不稳定。对振动、 冲击潮湿和频繁操作适应能力差，损坏严重。
3. 接触器、继电器和保护装置等对电网电压波动适应能力差，严重影响掘进机的正常工作。
4. 分立电子元器件组成的保护插件，数童多，设计水平低，元器件质量不稳定或工艺处理不理想等原因，拒动、误动和损坏现象较严重。只能对电控系统进行有限检测和保护，不具有故障诊断及整机工况检测功能。
随着煤矿井下电压等级由440V升至1140V，掘进机电控也升级到1140V。新技术的应用使电控系统在控制、保护各方面都发生了全新的变化，并逐渐成熟，现阶段电控系统不再是影响掘进机正常工作的主要问题。其主要特征是:
1. 主回路升级到1140，并且实现了660/1140V 双电压等级的电控箱，满足各类用
8
户的要求。
2. 广泛采用PLC等工业计算机作为电控系统的核心控制器件，用软件实现复杂的逻辑关系，代替传统的继电器逻辑控制。系统结构简单、连接线少、可靠性高且易于维护和检修。
3. 电源波动适应能力大大提高。普遍采用宽电压范围的PLC、保护模块、接触器、和继电器，用宽输人电压范围的直流电源作为保护装置的供电电源，使电控设备的性能大大提高。
4. 保护环节设计水平提高，模拟或微计算机数字智能综合保护装置取代了以前的保护插件。一些新的控制要点得到应用:延缓换相操作速度，采用提前释放、延时投人检测等措施，提高系统抗干扰、抗冲击能力；电流互感器、变送器作为电流取样单元与综合保护装置一起替代了几乎所有热继电器来实现过流、过载、断相保护。如煤科总院太原研究院的EZB160掘进机用电控箱采用电流传感器作为电流取样单元，信号直接输人作为主控器件的PLC等工业计算机来实现过流、过载、断相保护，减少了中间环节，并充分利用PLC的高可靠性，大大提高了电子保护和系统的可靠性。
5. 随着计算机技术和传感器的应用，故障诊断和整机运行工况检测监视功能流、电压、温度、压力、截割头位置、大屏幕液晶显示等功能）与以前相比有了较大的飞跃，并逐渐完善和丰富。
1.5 论文主要研究内容
1.悬臂式掘进机的结构特点及各部分结构功能。 2.截割部、行走部的调速控制系统。
3.EBZ160悬臂式掘进机电气系统的工作原理。 4.基于PLC掘进机的控制。
9
2 臂式掘进机整机机构
2.1 悬臂式掘进机分类和型号
1. 悬臂式掘进机的分类
按截割头分为横轴式和纵轴式，二者区别：横轴式掘进机的切割头旋转轴线垂直于悬臂轴线，该类型的掘进机可以截割抗压强度较高的岩石；纵轴式掘进机的切割头旋转轴线与悬臂轴线同轴布置，在截割过程中，截割头的一侧剥落煤岩。
2. 悬臂式掘进机的型号
如EBZ(H)-160 每个字母的含义 E—掘进机 B—悬臂式
Z(H)—纵轴式（横轴） 160—截割电机功率kW
2.2 悬臂式掘进机的构成及各部分功能
2.2.1 掘进机整体结构
1. 悬臂式掘进机整体结构：截割部、铲板部、本体部、行走部、后支撑、液压系统、水系统、润滑系统、第一运输机、电气系统组成。如图2-1所示
1-切割部 2-润滑部 3-水系统 4-铲板部 5-本体部 6-行走部 7-铭牌
8-液压系统 9-电气系统 10-后支撑 11-第一运输机
图2-1 掘进机整机结构
2. 掘进机在矿井布置图
掘进机在矿井下掘进煤层产生的煤块通过刮板机转移到皮带运输机，最后通过绞车
10