煤礦支架搬運拖車快速裝卸系統設計

姚志功

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤礦無軌膠輪式支架搬運車，可實現液壓支架裝載后井口與工作面的直達往返運輸，具有“點對點”的作業特點，可以省去中間轉載環節，從而節約了大量時間，鑒于對液壓支架運輸環節的高效性，支架搬運車被廣泛應用于煤礦井下綜采工作面的輔助作業中，逐漸成為國內大中型礦井綜采工作面快速搬家倒面不可或缺的設備[1]。

除了液壓支架運輸環節的高效性外，液壓支架裝卸環節的高效性也是提升支架搬運車作業效率的關鍵因素。支架搬運車由前機架與后機架通過中央鉸接結構連接而成，前機架承載車輛動力系統、傳動系統、液壓系統、駕駛操作系統等部件，后機架為支架搬運車的工作機構,即支架搬運拖車(以下簡稱支架拖車)。支架拖車是支架搬運車重要的組成部分之一，也是整個液壓支架的運輸載體[2]，拖車上所配套的液壓支架快速裝卸系統，用來實現液壓支架的快速裝卸，本文將對支架拖車的快速裝卸系統進行詳細論述。

1 支架搬運拖車結構

支架搬運拖車是基于U形框架設計的，如圖1所示，按照其提升方式的不同，支架拖車可分為封底式拖車和鏈輪式拖車兩種。鏈輪式拖車屬于液壓支架專用車，結構簡單，裝卸方便[3]，但受其鏈輪間距的影響，這類拖車對液壓支架的尺寸適應范圍較窄。而封底式拖車的運輸可適用于井下所有架型，同時可運輸除支架以外的其他井下設備，因此在井下的應用越來越廣泛[4]。

a) 鏈輪式拖車

封底式拖車主要由U形框架、推移機構、牽引機構、提升機構、輪胎、制動器等組成。U形框架是液壓支架的承載基體，提升機構負責U形框架的升降，推移機構負責推出液壓支架，牽引機構負責牽引液壓支架，推移機構、牽引機構及提升機構3部分共同組成了封底式支架搬運拖車快速裝卸系統。拖車快速裝卸系統各部分的作業協調性和動作靈活性決定了液壓支架的裝卸效率[5]。

2 支架快速裝卸系統工作過程及其控制

支架搬運拖車工作過程為：

1) 裝架過程。首先操作車輛將拖車倒退至支架滑靴處，操作升降機構落低U形框架托板，操作牽引機構伸出繩索將支架拉至U形框架內，頂緊推移機構，然后操作升降機構抬高U形框架托板，實現裝架。

2) 卸架過程。操作升降機構落低U形框架托板，釋放牽引機構繩力，然后操作推移機構將支架推出U形框架，最后操作升降機構復位U形框架托板至水平狀態，實現卸架。

支架搬運拖車快速裝卸系統中執行機構較多，同時在裝架與卸架時，裝卸系統中牽引機構與推移機構的動作順序具有主動隨動先后不一致的特點，因此拖車快速裝卸系統需設計合理的工藝過程。支架搬運拖車裝架時，啟動牽引機構牽引支架，此時推移機構應處于自由不工作狀態，隨著支架逐步進入車倉，推移機構應相應縮回，否則推移機構將會阻止支架進入車倉。卸架時，啟動推移機構推出支架，此時牽引機構應處于自由不工作狀態，隨著支架逐步推出，牽引機構繩索應相應無負載隨動伸出，避免牽引繩索阻礙支架推出，從而實現液壓支架的快速裝卸，滿足支架裝卸過程的高效性要求。

圖2所示為支架快速裝卸系統邏輯集成控制原理，其中牽引回路和推移回路包括一個液壓馬達和一組推移油缸。牽引馬達和推移油缸的動作是通過操作外置先導閥控制支架搬運拖車上的方向控制閥和順序閥來實現的。裝架時，推移油缸先縮回，然后馬達動作，將支架牽引至拖車上。卸架時，推移油缸伸出，推出支架，此時馬達空載隨動自由運行。當支架在U形框架內滑動過快時，順序閥執行動作，牽引機構立即施加反力，從而保證了卸架過程的穩定性。

圖2 支架快速裝卸系統邏輯集成控制原理

3 快速裝卸系統提升機構設計

支架裝卸系統提升機構可實現支架拖車U形框架托板的升降，如圖3所示，傳統型裝卸系統提升機構由提升懸架、提升導槽及2個提升油缸組成。提升懸架與輪胎制動總成相連接，組成獨立的懸架單元，懸架單元嵌入在U形框架提升導槽內，并通過2個提升油缸與U形框架結構連接，懸架單元落于地面，提升油缸動作時即可實現U形框架的升降。

1-提升導槽;2-提升懸架;3-提升油缸;4-輪胎制動總成;5-U形框架。

這種提升機構布置于輪胎制動總成與U形框架結構之間，使得支架拖車車寬方向的尺寸較大，導致其巷道適應性變差，也難以滿足煤礦拖車直接下罐快速下架的要求。另外，提升油缸直接與輪胎制動總成連接，負載較大，拖車在顛簸不平的井下巷道運行時，提升油缸容易泄壓，存在安全隱患。針對這種情況，需要研究一種新型拖車提升機構，以提高拖車的使用性能。

適用于快速裝卸系統的新型提升機構由提升油缸、曲柄、導槽等組成，如圖4所示。與傳統型提升機構一樣，曲柄與輪胎制動總成相連接，組成獨立單元—曲柄懸架，曲柄懸架嵌入至U形框架導槽內，并與U形框架下方銷軸連接，實現轉動，曲柄上方通過提升油缸與U形框架連接。

1-U形框架;2-提升油缸;3-曲柄;4-輪胎制動總成;5-導槽。

快速裝卸系統提升機構工作過程為：提升油缸收縮時，曲柄懸架繞U形框架下方銷軸轉動，此時曲柄懸架繞輪胎中心逆時針擺動，同時曲柄從導槽上部滑出，使U形框架逐漸傾斜，直至支架拖車后邊緣落地，此時操作牽引機構將液壓支架拉至框架倉內；然后提升油缸伸出，曲柄反向動作，直至U形框架升至水平，完成液壓支架的裝載作業，卸架時反向操作即可。

適用于快速裝卸系統的新型提升機構，將提升油缸布置于拖車U形框架上方，優化了拖車寬度方向的尺寸空間，提高了其結構緊湊性，提升了支架搬運拖車的巷道適應性及拖車下罐的便捷性。同時，相比于傳統型提升機構，快速裝卸系統提升機構基于曲柄連桿式杠桿原理，優化了提升油缸的作用力臂，加大了拖車的提升能力，同時加快了拖車U形框架的提升速度，從而提高了支架的裝卸效率。

4 結論

作業高效性一直是支架搬運車發展的核心主題。本文通過闡述影響支架搬運車作業效率的關鍵環節，提出支架拖車快速裝卸系統的重要性。敘述了封底式支架拖車的使用特點及工作原理，定義了拖車快速裝卸系統的組成，詳細分析了拖車快速裝卸系統的工作過程及控制原理，并設計了適用于拖車快速裝卸系統的新型提升機構，保證了拖車快速裝卸系統的作業效率，改善了支架拖車的巷道適應性。