一種新型井下自動上卸料裝置

李艾民，　陳飛，　彭茜

(中國礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 徐州　221116)

一種新型井下自動上卸料裝置

李艾民，陳飛，彭茜

(中國礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院， 江蘇 徐州221116)

摘要：針對井下噴漿支護(hù)過程中，混凝土干拌物進(jìn)入攪拌機(jī)的過程因采用人工上料方式而導(dǎo)致效率低的問題，通過分析現(xiàn)有自動上卸料裝置結(jié)構(gòu)，提出了一種新型井下自動上卸料裝置，重點(diǎn)介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該裝置采用履帶行走機(jī)構(gòu)，能夠隨攪拌機(jī)移動；采用閉合抓斗，減少了粉塵；自動進(jìn)行上卸料工作，有利于提高支護(hù)效率。

關(guān)鍵詞：噴漿支護(hù)； 自動上卸料裝置； 自動上料； 自動卸料

0引言

目前礦山井巷主要采用噴漿支護(hù)方式。該方式利用壓縮空氣將水泥砂漿以較高的速度噴射到巖體表面，凝結(jié)硬化后形成支護(hù)[1]。傳統(tǒng)噴漿工藝流程中，由人工完成從礦車內(nèi)卸料至料場、拌料、再次上料至礦車等工作，勞動強(qiáng)度大，工作效率低，嚴(yán)重影響支護(hù)施工的速度和噴漿質(zhì)量。本文提出一種能夠代替人工上料的自動上卸料裝置，大大提高了噴漿支護(hù)的效率和質(zhì)量。

1現(xiàn)有自動上卸料裝置分析

某礦用自動上料噴漿機(jī)采用升降式采料裝置[2]。圖1為采料裝置側(cè)面。該采料裝置通過鏈輪使12個挖斗不斷旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行取料、卸料，采用升降油缸解決取料面下移問題。整個裝置由液壓馬達(dá)驅(qū)動。在取料過程中，隨著礦車中混凝土干拌物不斷減少，升降油缸驅(qū)動升降支架下移，挖斗抓取礦車內(nèi)的混凝土干拌物。內(nèi)外壓鏈輪用于在升降支架位置變化時調(diào)節(jié)鏈條的張緊狀態(tài)。該采料裝置每個挖斗取料質(zhì)量小、次數(shù)多，無法從根本上解決取料過程中粉塵飛揚(yáng)的難題；不能將依附在側(cè)壁的混凝土取出，且取料機(jī)構(gòu)與礦車底部的協(xié)調(diào)性不足，無法將物料完全取出；沒有行走機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致裝置無法隨噴漿機(jī)即時移動，效率提升不明顯。

1-被動鏈輪； 2-鏈條； 3-挖斗； 4-升降油缸； 5-回轉(zhuǎn)支承；

圖2為某現(xiàn)有礦用自動上卸料裝置[3]。該裝置采用一個大抓斗抓料，通過縱向平移機(jī)構(gòu)、橫向平移機(jī)構(gòu)和豎直伸縮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抓斗取、卸料過程。該裝置的抓斗機(jī)構(gòu)包括左挖斗、右挖斗、銷軸和挖料油缸，左、右挖斗通過銷軸連接，銷軸側(cè)面固定在豎直伸縮油缸活塞桿端部，挖料油缸兩端分別與左、右挖斗連接。豎直伸縮機(jī)構(gòu)通過豎直伸縮油缸來實(shí)現(xiàn)伸縮。該裝置可在一定程度上解決人工上料粉塵多、耗資大、效率低等問題，但其液壓支腿的爬坡能力較弱，且支撐機(jī)構(gòu)的規(guī)格導(dǎo)致該裝置只適用于固定巷道的施工現(xiàn)場。

1-礦車； 2-支撐機(jī)構(gòu)； 3-抓斗機(jī)構(gòu)； 4-豎直伸縮機(jī)構(gòu)；

2新型井下自動上卸料裝置工作原理

新型井下自動上卸料裝置適用于狹小巷道，能夠代替人工將礦車?yán)锏幕炷粮砂栉锶〕觯缓笮读戏湃霐嚢铏C(jī)，并將干拌物與水按照一定比例混合并攪拌，為噴漿機(jī)提供原料。該裝置工作時將抓斗旋轉(zhuǎn)到礦車軌道上，將抓斗下降，然后打開抓斗抓取物料；再將抓斗提升，旋轉(zhuǎn)到攪拌機(jī)軌道上；打開抓斗，開始放料。裝置行走時如圖3(a)所示，抓取混凝土干拌物時如圖3(b)所示，卸料時如圖3(c)所示。

(a) 行走

(b) 取料

(c) 卸料

3新型井下自動上卸料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1總體結(jié)構(gòu)

新型井下自動上卸料裝置由動力源、傳動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、抓斗機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。動力源用來給整個裝置提供動力；傳動系統(tǒng)控制裝置各機(jī)構(gòu)之間協(xié)調(diào)工作；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制抓斗機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使抓斗機(jī)構(gòu)從礦車旋轉(zhuǎn)至攪拌機(jī)軌道上；升降機(jī)構(gòu)控制抓斗機(jī)構(gòu)升降，使抓斗機(jī)構(gòu)能夠伸入礦車內(nèi)部取料；抓斗機(jī)構(gòu)是整個裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)抓料、取料功能；行走機(jī)構(gòu)使整個裝置能夠隨攪拌機(jī)移動。

1-泵組； 2-抓斗； 3-抓斗油缸； 4-升降油缸； 5-槽鋼；

3.2動力源

井下工作空間受限，溫度較低。防爆柴油機(jī)體積較大，價格較昂貴，且在低溫時較難啟動。而電動機(jī)使用方便，在工作過程中不會產(chǎn)生煙塵、氣味，也不會污染環(huán)境，噪聲較小，因此選擇防爆電動機(jī)為動力源，采用蓄電池為電動機(jī)供電。防爆電動機(jī)型號為ZBQ-7.5,額定轉(zhuǎn)速為1 100 r/min。

3.3傳動系統(tǒng)

井下傳動系統(tǒng)一般采用機(jī)械傳動系統(tǒng)、液力機(jī)械式傳動系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)。受井下空間和環(huán)境條件的限制，傳動系統(tǒng)必須結(jié)構(gòu)緊湊、能自動控制、物理尺寸小[4]。液壓傳動系統(tǒng)的體積相對較小，且傳遞能力很大；傳動時機(jī)器很平穩(wěn)，反應(yīng)速度快，沖擊很小；工作時無需添加其他元件即可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，大大簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)[5]。因此裝置采用液壓傳動系統(tǒng)。電動機(jī)驅(qū)動液壓泵產(chǎn)生壓力油，帶動液壓馬達(dá)、擺動液壓缸、三級液壓缸和單級液壓缸，控制整個裝置運(yùn)行。其中液壓馬達(dá)控制行走機(jī)構(gòu)行走、制動、減速和轉(zhuǎn)彎。在井下小巷道工作時，擺動液壓缸的旋轉(zhuǎn)角度為90°，控制抓斗機(jī)構(gòu)從巷道垂直方向旋轉(zhuǎn)至巷道平行方向。三級液壓缸的最大伸長距離大于礦車高度即可。2個單級液壓缸并聯(lián)控制2個抓斗葉片的張開與閉合。

3.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由擺動液壓缸控制來實(shí)現(xiàn)90°或180°轉(zhuǎn)彎。擺動液壓缸往復(fù)運(yùn)動，帶動齒輪軸正反向擺動旋轉(zhuǎn)，液壓缸的往復(fù)推力轉(zhuǎn)換為齒輪軸的輸出轉(zhuǎn)矩。液壓泵向擺動液壓缸提供壓力油。在井下小巷道內(nèi)工作時，擺動液壓缸需轉(zhuǎn)動90°來移動抓斗機(jī)構(gòu)。在地面上工作時，根據(jù)攪拌機(jī)與混凝土干拌物的放置位置不同，擺動液壓缸有時需旋轉(zhuǎn)180°來完成上卸料工作。

3.5升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)需承受所抓取物料的重力，實(shí)現(xiàn)簡單的上下移動。在井下工作時，升降機(jī)構(gòu)由三級液壓缸來實(shí)現(xiàn)升降。三級液壓缸在收縮時軸向長度較短，占用空間較小，結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)井下惡劣環(huán)境。液壓泵控制三級液壓缸收縮，當(dāng)三級液壓缸伸長時，抓斗機(jī)構(gòu)伸入礦車內(nèi)部抓取物料；當(dāng)三級液壓缸收縮時，抓斗機(jī)構(gòu)將物料從礦車取出。三級液壓缸的進(jìn)出油口均連接平衡閥實(shí)現(xiàn)保壓，防止三級液壓缸因轉(zhuǎn)動慣性導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)角度大于90°。另外，三級液壓缸的進(jìn)出油口連接安全閥，以防止誤操作。

3.6抓斗機(jī)構(gòu)

抓斗機(jī)構(gòu)由2個并聯(lián)的單級液壓缸、2個抓斗葉片、銷軸、銷和支架組成，如圖5所示。抓斗葉片的張開和閉合由并聯(lián)的單級液壓缸控制。單級液壓缸伸長時，2個抓斗葉片閉合取料；單級液壓缸收縮時，2個抓斗葉片張開卸料。該抓斗機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)：① 2個抓斗葉片閉合時中間設(shè)置一塊重合的長度，防止結(jié)合處混凝土干拌物掉落；② 抓斗葉片閉合時底部的弧線為半圓弧線(與礦車底部形狀相同)，使取料更加完全；③ 2個并聯(lián)液壓缸同時控制抓斗葉片，使抓斗葉片推力更大，穩(wěn)定性更好；④ 采用耐磨材料。

1-抓斗葉片； 2-銷軸1； 3-支架； 4-銷軸2； 5-單級液壓缸

3.7行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)采用履帶行走機(jī)構(gòu)，由液壓馬達(dá)、履帶板、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪和托鏈輪組成。液壓馬達(dá)為整個行走機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動力矩；履帶板是用連接銷連接起來的封閉環(huán)，通過傳送牽引力使整個裝置運(yùn)行；驅(qū)動輪為齒塊式，滿足回轉(zhuǎn)輕快、傳動效率高、耐磨損的要求；導(dǎo)向輪輪緣無齒，起導(dǎo)向作用，兼有部分支承作用；支重輪起支承作用；托鏈輪用來承托履帶鏈，防止履帶下垂[6]。

4結(jié)語

新型井下自動上卸料裝置采用履帶行走機(jī)構(gòu)，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜工況；通過閉合的抓斗將混凝土干拌物取出和放下，很大程度上減少了粉塵的產(chǎn)生；代替人工作業(yè)，提高了噴漿效率，降低了施工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛順勛, 聶光國, 姜光杰，等. 軟巖巷道支護(hù)技術(shù)指南[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2001: 48-52.

[2]王錕, 尚玉征, 劉昊. 礦用自動上料混凝土噴射機(jī)用升降式采料裝置:中國, 201220462235.9[P]. 2012-09-12.

[3]陳飛, 李艾民, 張文娟. 一種礦用自動裝卸料裝置:中國, 201320114905.2[P]. 2013-03-14.

[4]石博強(qiáng), 饒綺麟. 地下輔助車輛[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2006: 38.

[5]許福玲, 陳堯明. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007: 4-5.

[6]安東諾夫. 履帶行駛裝置原理[M]. 魏宸官, 譯. 北京: 國防工業(yè)出版社, 1957: 47-53.

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160126.1541.004.html

A new type of underground automatic loading and unloading device

LI Aimin,CHEN Fei,PENG Xi

(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology,

Xuzhou 221116, China)

Abstract：For low efficiency caused by manually putting dry concrete material into pug mill during underground guniting support, a new type of automatic loading and unloading device was proposed by analyzing structures of existing automatic loading and unloading devices, and structure design of the device was introduced in details. The device uses caterpilar belt running gear to move following pug mill, adopts closed clam bucket to reduce dust, and loads and unloads concrete material automatically, so as to improve supporting efficiency.

Key words:guniting support; automatic loading and unloading device; automatic loading; automatic unloading

作者簡介：李艾民(1965-)，男，江蘇邳州人，教授，碩士，研究方向?yàn)樘摂M樣機(jī)，E-mail:liaimin@cumt.edu.cn。通信作者：陳飛(1967-)，女，浙江嵊州人，副教授，博士，研究方向?yàn)闄C(jī)電液一體化和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論及方法，E-mail:cfcumtxz@126.com。

基金項目：江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2014028-04)。

收稿日期：2015-10-28；修回日期：2015-12-30；責(zé)任編輯：李明。

中圖分類號：TD353

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-01-26 15:41

文章編號：1671-251X(2016)02-0016-03

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.02.004

李艾民，陳飛，彭茜.一種新型井下自動上卸料裝置[J].工礦自動化，2016,42(2)：16-18.