懸臂式綜掘機干涉問題分析與解決措施

姬 魁

（晉煤集團寺河礦，山西晉城 048200）

0 引言

在近幾年科學技術快速發展的基礎上，我國煤炭開采技術逐漸實現了機械化和自動化，在與煤炭開采有關的行業內也收獲了一大批成果。在煤炭開采技術實現機械化的同時，礦井回采工作區域的生產速度逐漸加快，部分煤炭區域的開采量達到了每日萬噸。但是對巷道進行挖掘時不利因素太多，生產速度較慢，甚至絕大多數的礦井開采難度較大，出現了無面可采的局面，開采工作只能停止。因此，為了解決礦井和巷道的采掘問題，推動開采工作的前進步伐，把發展重心放在提高綜掘機械化是礦井開采的關鍵[1]。

懸臂式綜掘機具有粉碎煤礦巖石的作用，完成煤巖的裝料和行走，而且還能夠實現噴霧和降塵，已廣泛應用于煤礦生產中。懸臂掘進機一旦產生問題，不僅會擾亂礦井的生產進程，還會降低煤礦產出量[2]。某礦經常使用型號為EBZ-120C的懸臂綜掘機，這種型號的儀器存在一定的干涉故障，嚴重影響了礦井巷道的挖掘速度，在此基礎上，本文針對懸臂綜掘機干涉故障來進行討論研究，希望改善懸臂式綜掘機的功能，進而為實現廣泛應用提供一定的理論依據。

1 懸臂綜掘機結構組成

懸臂綜掘機的構成主要包括：首部的截割設備、鏟板部、運輸機和水系統等[3]，如圖1所示。綜掘機在運行時，專業的作業人員負責操控設備的相關按鈕，促進該綜掘機所有零件的工作，液壓零件中流量和壓強的改變能夠掌控對液壓缸前進的尺度范圍，從而實現掌控懸臂綜掘機前進尺度和上下移動范圍的目標。懸臂綜掘機首部的截割設備遵照原先要求的方案進行工藝切割，切割多次才能完成原先方案要求的效果[4]。

圖1 懸臂綜掘機結構組成

2 懸臂綜掘機干涉問題

2.1 理論分析

型號為EBZ-120的懸臂綜掘機進入井下施工時發現，綜掘機中的切割部位經常接觸到鏟板部，造成這2個部位的損壞，增加了綜掘機的故障發生率[5]。掘進工作面進行開采時需要經常進行電焊操作，電焊工作力度大，工作量大，綜掘機的井下作業效率低，每個月前進范圍僅在300 m左右，無法滿足機械化掘機的施工要求。懸臂綜掘機的干涉故障問題造成了礦井巷道無法順利掘進，影響了巷道掘進的安全性。圖2所示為懸臂綜掘機截割頭尺寸圖。如圖所示，l1為掘進機截割設備的長度；l2為鏟板的長度；l3為干涉的長度；l4為轉載設備的長度；B1、B2分別為截割設備的寬度和裝置的寬度；H、H1、H2分別為截割頭的寬度、截割設備放置的高度、設備放置高度；φ1和φ2分別為截割設備和鏟板的運行長度范圍。

圖2 懸臂綜掘機截割頭尺寸示意圖

在儀器正常運行時，綜掘機截割部A′與鏟板A″不進行干涉，換句話說，A′和A″之間的長度范圍大[6]。A′與A″之間的長度D按照以下公式可得。

由式（1）可知，綜掘機懸臂不出現干涉現象的前提是：

式中：H=H1-H2-B1/B2-B2。

2.2 原因分析

在對懸臂式綜掘機的工作機理和井下干涉故障現象進行具體分析后，歸納出綜掘機截割設備和鏟板部位接觸，出現干涉現象的形成原因主要如下。

（1）設計不合理。處于井下的懸臂綜掘機中切割設備和安裝鏟板部位都存在設計不合理的地方，對懸臂綜掘機的切割設備和鏟板部進行分析時只設想了兩者獨自工作時的運轉性質和作業范圍，沒有意識到切割設備和鏟板部位共同作業時會出現軌跡重疊現象；另外懸臂綜掘機的切割設備也沒有防干涉功能，切割處防干涉裝置和鏟板部位出現接觸錯位，絲毫沒有保護作用，這就導致切割設備和鏟板部兩者出現干涉現象[7]。

（2）精度控制不合理。懸臂式綜掘機的截割部和鏟板部使用的都是傳統式液壓油缸，通過對設備進行調減來完成伸縮量的調控。傳統式液壓油缸應用到實際工作中，對運行速度和運行范圍無法實現精準的控制，控制單位不合理使得設備截割部位和鏟板部位發生干涉故障。

（3）限位匹配不合理。懸臂綜掘機在鏟板部位配置的限位設備的尺寸設計不合理，與鏟板尺寸不一致，使得擋板和截割部位之間產生干涉故障。綜合掘進機平時作業時，擋板部位會在原先方案要求的范圍內穩定上下移動，然后截割機在臨近最下面時開始進行切割，同時鏟板部逐漸開始向前面移動，最后移動到最深部位。認真分析井下作業時切割部和鏟板部的實際運行規律和現象，同時檢測切割部位液壓油缸在切割過程中出現的差異，多次重復測量之后發現，鏟板液壓油缸的測量值在0～70 mm，截割部液壓油缸測量值在80～250 mm，這時截割部能夠完成大范圍的垂直和水平移動，鏟板部和截割部也沒有發生干涉故障。如果鏟板液壓油缸測量值不在70～80 mm，鏟板和截割部位就會出現干涉故障，嚴重阻礙綜掘機的順利運行，并且截割部和鏟板在出現干涉故障之后，截割部和鏟板都會產生各種各樣的損耗，這就嚴重影響了礦井巷道在正常挖掘時的安全性和穩定性。表1所示為綜掘機截割部與鏟板部干涉情況。

表1 綜掘機截割部與鏟板部干涉情況

3 懸臂截割部與鏟板部干涉解決措施與效果分析

3.1 解決措施

按照井下真實的作業條件，認真分析歸納懸臂出現干涉故障的原因，依據作業現場中截割部和鏟板部液壓油缸測量值的差異分析干涉發生的范圍值，制定了如下措施。

（1）數字化油缸控制措施。舍棄傳統油缸，使用技術較為先進的可以實現精準控制油缸速率的數字化油缸。雖然數字化油缸的工作機理和傳統油缸很多地方一致，但是數字化油缸能夠按比例增大油缸扭矩，實現數字化油缸的超負荷運行，并且數字化油缸的計算機模式也可以實現對每個運動單元的精準控制，最終達到綜掘機每個運動單元都完成精準動作的目標。數字油缸控制設備如圖3所示。

圖3 數字油缸控制示意圖

（2）對鏟板結構進行優化。完善綜掘機鏟板背面擋煤板設備的限位尺寸，按照截割部和鏟板容易產生干涉的因素和擋煤板設備的不足，將原來擋煤板限位高度減少50 mm，寬度增加50 mm，這樣就能實現滿足限位要求，且截割部和擋板不出現干涉的目標[8]。

3.2 效果分析

在改善綜掘機作業技術之后，綜掘機的工作效率得到了大幅度提高，儀器故障的發生率也大大降低。綜掘機每個月的掘進速度比原先升高了50%左右，而設備故障的發生率下降了40%左右，綜掘機的日常維修減短了25%左右，綜掘機固定零件配對支出金額削減了30%左右。對綜掘機的各項功能優化之后，不僅避免了綜掘機的干涉故障，也提高了巷道挖掘的安全性。效果指標如表2所示。

表2 效果指標

4 結束語

懸臂式綜掘機的廣泛應用，不僅提高了對礦井巷道的開采效率，也解決了綜掘機的干涉故障，推動了巷道的掘進進程，降低了生產成本。本文主要對該礦使用的型號為EBZ-120的懸臂綜掘機出現的干涉問題進行了剖析，提出了相應的改進方案，為推進礦井巷道的高效率掘進奠定了理論基礎。