側臥式挖掘機在煤礦生產上的應用

張洋 王德剛 宋揚 劉加明 高勇

摘要：介紹一種新型煤礦井下使用的側臥式挖掘機，該挖掘機應用液壓傳動原理實現巷道拉底和清理設備下方的浮貨浮煤工作，能替代人工清煤浮貨，且安全高效能完成巷道標準化工作。尤其是該挖掘機可俯臥旋轉70°角，操作靈活簡便，可減輕煤礦井下作業人員的勞動強度，提高了工作效率，促進煤礦高效安全生產。

關鍵詞：側臥挖掘機;千斤頂;高效節能

前言：

在現代化的煤礦生產礦井中，在面對煤礦井下運輸設備下方出現的浮貨、浮煤及巷道出現的底鼓等問題，以往的煤礦作業均是由人工進行清掃、清除、拉底作業，既費時間又耗費人力、物力。尤其是在運行的膠帶輸送機等設備下方清掃作業時，必須停機停器，確保設備停機無誤后，才能人工進行清掃。停機作業，會中斷膠帶運輸煤炭的生產時間，影響礦井生產效率。針對這一難題，鐵煤集團大興礦設計加工制作一種新型煤礦用側臥挖掘機（以下簡稱側臥挖掘機）解決了上述難題。該機具有運行平穩、動作可靠、除貨拉底效率高等優點。

1 側臥挖掘機設計要求

1.1側臥挖掘機使用要求

由于井下工作環境的特殊性和設備運輸煤炭的復雜性。對側臥挖掘機提出更多要求，要求側臥挖掘機不僅能挖掘和清除巷道底部的浮貨和浮煤，還要能清除設備下方、人員不能進入及犄角旮旯等地點的浮貨和浮煤。這就要求側臥挖掘機的設計高度不能超過1.6m，臥底深度不能小于500mm，且讓側臥挖掘機的動臂像人的手臂一樣旋轉自如，挖鉤到設備最低處最難觸碰到的地點浮貨浮煤。

1.2側臥挖掘機性能要求

側臥挖掘機除具有掘進機的挖掘、清底功能外，增加了側臥清貨功能，它具有使用靈活、能耗低等優點，適用于空間狹小的施工作業地點，保養、維護和運輸方便，可在膠帶輸送機下方清理浮煤浮貨及煤矸石。

2 側臥挖掘機工作原理及技術參數

2.1工作原理

側臥挖掘機是利用液壓傳動原理進行相關動作的執行，液壓動力源取自煤礦井下的液壓泵站，驅動各種千斤頂做直線往復運動，帶動側臥挖掘機動臂和鏟斗進行回轉、伸縮、側臥、挖掘、裝貨及清掃運動。

2.2技術參數

主要技術參數有：側臥挖掘機整機重1200kg，長寬高1400mm×600mm×1600mm，鏟斗長寬高550mm×400mm×400mm，鏟斗容量0.085m，鏟斗挖掘力196KN，動臂轉角70°，泵站壓力31.5Mpa，流量400L/min。最深挖掘深度700mm，最大挖掘半徑4000mm，最小回轉半徑1800mm;底座長寬高1400mm×600mm×400mm。

3 側臥挖掘機簡介

3.1側臥挖掘機各部分組成

側臥挖掘機由底座、側臥架、圓形回轉臺、旋轉臂、可伸縮的推拉千斤頂、鏟斗、膠管和操縱機構組成。

3.2側臥挖掘機功能

側臥挖掘機利用液壓動力源執行各部千斤頂的回轉、推拉、挖掘動作。底座可直接安裝在設備下方，底座上的回轉臺通過回轉千斤頂能向兩側各旋轉70°，使鏟斗的回轉半徑達到4m;側臥架通過側臥千斤頂動作達到側臥260mm，且能使鏟斗臥底700mm深，可伸縮的推拉千斤頂（動臂油缸）布置在動臂下方，實現挖掘機的伸臂、收臂、挖鉤、斗桿和清掃貨物功能。

3.3側臥挖掘機的各種千斤頂行程

伸縮千斤頂行程400mm;回轉千斤頂行程400mm;動臂1千斤頂行程310mm;動臂2千斤頂行程400mm;斗桿千斤頂行程400mm;鏟斗千斤頂行程390mm。

3.4側臥挖掘機強度校核

使用液壓泵站作為動力源，液壓泵站調定壓力為10MPa，缸徑100mm，活塞桿直徑70mm，伸縮長度400mm的千斤頂。

3.4.1千斤頂推力與拉力進行校核

F=PS=ΠdP/4=3.14×100×10×10×10/4=78.5KN

F=PS=Π（D-d）P/4=3.14×（100-70）×10×10×10/4=40KN

鏟斗容積為0.085M物料比重為1.8×10KG/ M則每斗重量m=ρv=0.085×1.8×10=153KG

由于側臥挖掘機主要使用千斤頂做推拉工作，通過上面計算，推力大于鏟斗裝貨的重量，故滿足要求。

3.4.2焊縫焊接強度校核

側臥挖掘機采用16mmQ235鋼板焊接，各個千斤頂支撐連接耳座焊縫強度最弱，耳座大小長*寬*高均為200mm*16mm*200mm，查《機械設計手冊》16mmQ235鋼板許用拉應力【σ、t】=235MPa

由公式σ=F/Lδ≤【σ、t】得F= Lδ【σ、t】式中以知焊縫長度L=200mm=20cm，δ=16mm=1.6cm 【σ、t】=235MPa=2350kgf則F=20×1.6×2350=75200kgf=75200×9.8=736960N≈737KN

通過核算焊縫焊接抗拉強度大于千斤頂的推力與拉力，故強度滿足要求。

4 側臥挖掘機優點及效果：

側臥挖掘機動作平穩可靠，操作簡單，能獨立完成清煤、除貨和裝貨工作。可一人獨立操作，即節省了人力，又提高了工作效率。該機可在運轉的膠帶輸送機下方進行清理浮貨浮煤工作，減少了以往人員在膠帶輸送機下方處理浮貨浮煤必須停器作業而影響生產的時間。使用側臥挖掘機是機械化替代人工作業的新方法，該機既能確保作業人員的人身安全，又能避免了在犄角旮旯作業地點出現的頂板冒落和片幫帶來的安全隱患。

4.1側臥挖掘機具體優點

（1）操作簡單，只需一人即可完成清煤清貨作業。

（2）清煤清貨拉底速度快，減少清煤拉底的復雜工序。

（3）機械化作業，提高工時利用率。

（4）高效率拉底清貨作業可有效地減少和避免了中斷影響生產的時間。

4.2側臥挖掘機應用效果和注意事項

4.2.1側臥挖掘機具體應用效果

2019年3月，該機在鐵煤集團大興煤礦S2-903運順使用后，節省人力同時減輕了作業人員的勞動強度，提高工作效率，是機械化清除浮貨和堆積煤矸石的高效設備。該機自投入使用以來，提高了巷道拉底和膠帶輸送機下方的清貨清煤工作效率，受到井下作業單位的一致認可，值得在各大煤礦推廣和使用。

4.2.2側臥挖掘機操作注意事項

（1）操作前檢查泵站是否達到標準，檢查油箱油質是否合格。

（2）操作前檢查各傳動部件是否連接可靠。

（3）操作前檢查液壓系統管路連接是否正確、到位，U型銷是否齊全可靠。

（4）操作時要時刻注意運行狀態，是否有刮卡現象。

（5）操作前檢查作業地點環境是否暢通，回轉范圍內是否有障礙物。

結束語：

目前，我國煤炭企業在安全生產過程中，仍有很多需靠人工完成搬運、清理浮煤浮貨的工作，怎樣通過先進的科學技術設計出適應煤礦安全生產的機械化、自動化設備，是擺在礦山技術人員面前需要長期探索的課題，該新型側臥挖掘機運用人的手臂動作機理，巧妙地設計出側臥、挖掘、旋轉、清掃、裝運煤矸等多項功能，替代了人工清貨拉底工作，清貨拉底的速度較快，達到了清煤拉底的機械化和高效率，同時能保證作業人員的人身安全，鑒于該設備的諸多優點，具有很好的推廣價值和應用前景。

參考文獻：

[1]? 雷天覺 《新編液壓工程手冊》北京理工大學出版社

[2]? 張群生 《液壓與氣壓傳動》? 機械工業出版社

[3]? 陳榕林 《液壓技術與應用》 北京電子工業出版社

[4]? 徐灝.《機械設計手冊》? 北京機械工業出版社

[5]? 何存興.《液壓傳動與氣壓傳動》.武漢：華中科技大學出版社

作者簡介：張洋，（1980-12-），男，遼寧省法庫縣人，大學本科學歷，工程師，2016年畢業于遼寧工程技術大學，從事煤礦機械制造研究，現任鐵法能源公司大興煤礦綜檢車間主任。曾在多種煤炭專業雜志上發表多篇技術論文。

（作者單位：1.鐵法能源公司大興煤礦;2.鐵法能源公司大隆煤礦）