硬巖橫軸式掘進(jìn)機(jī)的研制與模擬試驗(yàn)

姜彪，李琳，李振，龐晴晴

(兗礦東華重工有限公司， 山東 鄒城 273500)

0 引言

隨著采煤機(jī)械化的迅速發(fā)展，日產(chǎn)萬噸以上的工作面不斷涌現(xiàn)，使之采區(qū)工作面的推進(jìn)速度日益加快[1-3]。但巷道掘進(jìn)速度明顯落后，采掘比例失調(diào)矛盾日益突出，尤其是我國東部地區(qū)產(chǎn)煤礦井和新建礦井，涉及到采區(qū)銜接、水平轉(zhuǎn)接的延伸巷道，巖巷開拓任務(wù)重，問題更加突出，嚴(yán)重制約煤炭產(chǎn)量[4-6]。

本文系統(tǒng)介紹兗礦集團(tuán)設(shè)計(jì)研制的EBH320硬巖掘進(jìn)機(jī)和試驗(yàn)過程，該掘進(jìn)機(jī)的研制成功，能有效提高煤礦巖巷掘進(jìn)速度和機(jī)械化水平，進(jìn)一步緩和煤炭行業(yè)“采掘比例”失調(diào)的矛盾，對促進(jìn)我國煤炭生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

EBH320掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、鏟板部、第一運(yùn)輸機(jī)、本體部、行走部、回轉(zhuǎn)部、護(hù)板組件、標(biāo)牌組件、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 EBH320掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)截割硬度/MPa 最大100(節(jié)理發(fā)育)

定位截割范圍/m 寬度6.8，高度5.65

截齒損耗/(個(gè)/m3) 不超過0.2～0.4

裝運(yùn)能力/(m3·h-1) 350

爬坡能力/℃ ±18°

整機(jī)功能可無線操作。

1-截割部；2-鏟板部；3-回轉(zhuǎn)部；4-水系統(tǒng)；5-液壓系統(tǒng)；6-電氣系統(tǒng)；7-第一運(yùn)輸機(jī)；8-本體部；9-護(hù)板組件；10-行走部；11-標(biāo)牌組件;12-潤滑系統(tǒng)。圖1 總體結(jié)構(gòu)

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 截割部

截割部由截割頭、截割減速器、聯(lián)軸器、截割電動機(jī)、機(jī)座、截割護(hù)板及銷軸等附件組成，如圖2所示。通過升降液壓缸連接在主機(jī)架上，在回轉(zhuǎn)和升降液壓缸的聯(lián)動作用下，可使整個(gè)截割臂進(jìn)行硬性直線或柔性曲線運(yùn)動，配合截割頭的旋轉(zhuǎn)，從而完成破落巖石(煤巖)的動作，截割出所需的任意斷面形狀的巷道。截割齒輪減速箱增加齒輪帶動的自潤滑泵組，可對箱體里的齒輪、軸承進(jìn)行有效潤滑。

1-截割頭；2-截割減速機(jī)；3-截割電動機(jī)；4-截割護(hù)板；5-機(jī)座。圖2 截割部結(jié)構(gòu)

2.2 鏟板部

鏟板部主要是由主鏟板、側(cè)鏟板、鏟板驅(qū)動裝置、從動輪裝置、耐磨板組等組成，如圖3所示。將切割部破碎下來的巖石(煤巖)通過鏟板星輪扒運(yùn)到掘進(jìn)機(jī)的第一運(yùn)輸機(jī)上。鏟板驅(qū)動裝置通過同一油路下的2個(gè)控制閥各自控制1個(gè)液壓馬達(dá)，對弧形五齒星輪進(jìn)行驅(qū)動。

2.3 第一運(yùn)輸機(jī)

第一運(yùn)輸機(jī)主要由前溜槽、中溜槽、后溜槽、刮板鏈組件、張緊裝置、驅(qū)動裝置及溜槽連接板等組成，如圖4所示。其位于機(jī)體中部，是邊雙鏈刮板式運(yùn)輸機(jī)。張緊裝置采用油缸張緊加彈簧緩沖的結(jié)構(gòu)，對刮板鏈的松緊程度進(jìn)行調(diào)整。

1-側(cè)鏟板；2-星輪組件；3-耐磨板;4-主鏟板；5-從動輪裝置。
圖3 鏟板部結(jié)構(gòu)

1-前溜槽；2-中溜槽；3-后溜槽；4-驅(qū)動裝置；5-張緊裝置；6-刮板鏈組件。圖4 第一運(yùn)輸機(jī)

2.4 本體支撐部

本體支撐部位于機(jī)體中部，主要由前架、后架、尾架、二運(yùn)連接架、支撐組件等組成，如圖5所示。后架采用滑靴式橫向后支撐設(shè)計(jì)，接地面積較大，減小了接地比壓，通過后支撐升降油缸和后支撐擺動油缸的配合，實(shí)現(xiàn)后支撐上下、左右位置的調(diào)整，可在無行走情況下實(shí)現(xiàn)小角度的機(jī)身姿態(tài)調(diào)整。

1-前架；2-后架；3-尾架；4-二運(yùn)連接架；5-支撐組件。圖5 本體支撐部

2.5 液壓系統(tǒng)

為保證各部件的動作靈活，并保證節(jié)能及系統(tǒng)的可靠性，研究開發(fā)了開式恒功率系統(tǒng)，負(fù)載敏感控制系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力設(shè)定為25 MPa。液壓系統(tǒng)包括液壓油箱、主泵、多路閥、液壓先導(dǎo)操作臺、液壓馬達(dá)、油缸、冷卻器以及各油管總成、接頭、密封件、過濾器、壓力表等，是一個(gè)開式回路系統(tǒng)，如圖6所示。系統(tǒng)工作介質(zhì)為N68#抗磨液壓油，系統(tǒng)工作壓力：一聯(lián)泵額定壓力25 MPa，二聯(lián)泵額定壓力25 MPa。

圖6 液壓系統(tǒng)原理

系統(tǒng)中由一臺三相異步電動機(jī)提供動力的雙聯(lián)泵，從油箱吸出液壓油向多路閥供液；多路閥在先導(dǎo)閥的低壓操作控制下，向各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)供液，并產(chǎn)生相應(yīng)直線往復(fù)或回轉(zhuǎn)動作；回液及溢流均經(jīng)過冷卻器回流至油箱中，供雙聯(lián)泵重復(fù)使用。

3 模擬試驗(yàn)

為進(jìn)行充分模擬試驗(yàn)，新建了掘進(jìn)機(jī)綜合試驗(yàn)臺，包括爬坡、截割和裝運(yùn)轉(zhuǎn)載等功能。

3.1 爬坡試驗(yàn)

穩(wěn)定性是評價(jià)掘進(jìn)機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，直接影響機(jī)器的可靠性。按照MT/T 238.3—2006標(biāo)準(zhǔn)要求，依據(jù)采掘設(shè)備設(shè)計(jì)爬坡能力確定坡度，試驗(yàn)臺角度變化依次為8°、14°、18°，整機(jī)爬坡時(shí)，測錄了履帶打滑時(shí)的臨界，其驅(qū)動力符合設(shè)計(jì)要求。爬坡試驗(yàn)如圖7所示。

圖7 爬坡試驗(yàn)

3.2 截割試驗(yàn)

試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)多種硬度等級的巖壁，其硬度分為普氏系數(shù)f6、f8、f10級別的巖壁硬度以及變硬度巖壁。截割試驗(yàn)時(shí)，通過截割與機(jī)型設(shè)計(jì)相對應(yīng)的巖石硬度，通過振動、噪聲及溫度等傳感器對試驗(yàn)關(guān)鍵位置的溫升、粉末濃度、截割噪聲、振動等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測和采集，通過工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。截割試驗(yàn)如圖8所示。

圖8 截割試驗(yàn)

3.3 裝運(yùn)試驗(yàn)

由于巖巷掘進(jìn)機(jī)使用工況惡劣，在運(yùn)輸過程中極易造成卡鏈，為充分模擬掘進(jìn)機(jī)井下裝運(yùn)環(huán)境，利用堆放的不同顆粒度的硬煤矸石進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)裝運(yùn)試驗(yàn)，先后對運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)、從動輪結(jié)構(gòu)、主鏟板前部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效避免卡鏈。裝運(yùn)試驗(yàn)如圖9所示。

圖9 裝運(yùn)試驗(yàn)

4 結(jié)論

本裝備已通過了模擬試驗(yàn)，該裝備的成功研制，將為巖巷機(jī)械化掘進(jìn)高效作業(yè)提供裝備支持，對提高我國綜掘機(jī)械化程度，縮短掘進(jìn)周期，對促進(jìn)我國煤炭生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。