基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺的研發(fā)論述

楊志丹

摘 要：本文主要分析了基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺的研發(fā)問題，其次對總體結構方案設計、液壓系統(tǒng)設計、技術參數(shù)設計以及結構特點方面的問題進行闡述，通過相關分析希望進一步提高懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺研發(fā)水平，在保障作業(yè)平臺安全可靠的前提下，實現(xiàn)掘進支護工序的協(xié)調性以及架棚支護挑梁作業(yè)的機械化轉型，僅供參考。

關鍵詞：懸臂式掘進機;機載;支護作業(yè)平臺

1 總體結構方案設計

1.1 設計要求

整套基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺無論是對技術參數(shù)的選取，工藝設計還是方案設計均應當符合現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》以及《機械設計手冊》中的有關標準與要求。以EBZ懸臂式掘進機為例，整套基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺放置于掘進機機身上，融合踏踩承載以及機械挑頂?shù)裙δ埽夹g參數(shù)以及材料的選取應當完全符合煤礦巷道掘進工藝的要求，以及斷面施工架棚支護流程。除此以外，在基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺上所配備的挑梁器應當能夠借助懸臂式掘進機懸臂升降系統(tǒng)實現(xiàn)機械化的挑梁作業(yè)。最后一點，在懸臂式掘進機進行截割作業(yè)的過程中，整個基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺應當保持回縮狀態(tài)且不會對掘進機正常掘進作業(yè)的開展產生影響，同時在架棚支護環(huán)節(jié)該基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺應當完全伸出，以支持踏踩承載以及機械挑頂?shù)裙δ艿捻樌麑崿F(xiàn)。

1.2 總體結構

整套懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺結構構成主要包括基座、一級平臺、二級平臺、側翼平臺以及挑梁器這幾個部分。在懸臂式掘進機進行截割作業(yè)的過程中，基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺處于縮回靜止狀態(tài)，基座固定在懸臂上。一級平臺配備有兩個液壓缸，分別設置在基座1#的左右兩側，平臺前端與活塞桿端部采取鉸接方式鏈接，以確保鏈接的可靠性。二級平臺配備一個液壓缸，缸體與一級平臺固定，平臺端部與活塞桿端部通過鉸接方式實現(xiàn)鏈接。在基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺作業(yè)狀態(tài)下，遵循順序前移的基本原則，一級平臺伸出后帶動二級平臺以及側翼平臺的前移。二級平臺達到完全伸出狀態(tài)后，側翼平臺呈展開狀態(tài)，整個作業(yè)平臺達到工作狀態(tài)下的面積最大值。同時，二級平臺與側翼平臺表面設置有防滑紋，為保障上部站立施工人員人身安全性有積極意義。

2 液壓系統(tǒng)設計

2.1 一、二級平臺液壓系統(tǒng)

基于懸臂式掘進機機載支護作業(yè)平臺的液壓系統(tǒng)結構設計方案如下圖（見圖1）所示。圖1中：1為基座，2為一級平臺液壓缸，3為一級平臺，4為二級平臺液壓缸，5為二級平臺，6為側翼，7為掘進機懸臂。結合圖1可知：在不同工況下，對于一級、二級平臺而言，其伸縮功能的實現(xiàn)依托于不同液壓缸的靈活控制，考慮到在一級平臺伸出的工況下，二級以及側翼平臺會出現(xiàn)一定程度上的前移運動，但前移過程中阻力較大，因此結構設計中采用1#、2#液壓缸并聯(lián)的方式確保推動作用力的有效性，而在二級平臺伸出的工況下，僅帶動側翼平臺前移，配置3#液壓缸即可確保推動作用力的有效性。

2.2 挑梁裝置液壓系統(tǒng)

以煤礦作業(yè)巷道掘進流程為前提條件，懸臂式掘進機在正式投入運行后首先對巷道斷面進行截割處理。需要注意的一點是，在巷道斷面截割過程中，挑梁裝置液壓系統(tǒng)處于回縮靜止狀態(tài)，截割循環(huán)作業(yè)結束并進入架棚環(huán)節(jié)后，平臺進行機械挑梁操作。從這一角度上來說，挑梁裝置的運行時間短且工作方式呈現(xiàn)出間接性特點。因此，在結構設計的過程中，可以將挑梁裝置的驅動源設置為掘進機泵站，確保挑梁裝置壓力、流量參數(shù)與掘進機指標適應性，單獨設置液壓缸回路，并參考支護工作進展對其狀態(tài)進行靈活控制。

2.3 操作方式

在懸臂式掘進機運行期間，機載支護作業(yè)平臺液壓系統(tǒng)的操作方式以分級控制為基礎，順序伸縮為重點。正常運行狀態(tài)下，手動操作閥5#處于關閉狀態(tài)，液壓油自泵站引入1#、2#液壓缸裝置活塞腔以及3#液壓缸裝置活塞桿腔內部。考慮到兩者（1#、2#液壓缸與3#液壓缸對比）在受力面積上的存在差異（前者受力面積明顯高于后者），因而在伸出順序上為一級平臺在先，二級平臺在后，整個操作過程無需人工敢于其中。回縮時，手動操作閥5#位于開啟狀態(tài)，同樣受到受力面積差異的影響，二級平臺回縮在先，一級平臺回縮在后。

3 技術參數(shù)及結構特點

3.1 技術參數(shù)

首先，基座方面，該構件的核心目的是確保伸縮平臺的安全性，同時保證與懸臂式掘進機鏈接的可靠性。以EBZ150型懸臂式掘進機的的為例，其具有截割頭伸縮式的特點，工作行程為500.0mm，上部結構剩余空間小，緊湊度高。因此，在基座的設置方面，可以在考慮位置固定以及強度可靠的前提條件下，將位置確定在截割頭伸縮油缸尾部，同時考慮空間尺寸的限制，將基座基本尺寸設置為750.0mm* 800.0mm。

其次，在一級平臺方面，由于需考慮液壓缸長度對平臺尺寸的影響，同時寬度不應超過所設置基座寬度（800.0mm），故為確保基座上一級平臺液壓缸最大安裝寬度得到有效覆蓋，將一級平臺的基礎尺寸設置為1200.0mm*700.0mm。同時，根據(jù)已有應用經驗，煤礦常用液壓缸行程參數(shù)為700.0mm，因此基于對安全性因素的考量，將一級平臺伸出行程的最大參數(shù)設置為600.0mm，以確保平臺伸出過程中行程的可控性。

再次，在二級平臺方面，根據(jù)一級平臺的設計參數(shù)（1200.0mm* 700.0mm），要求二級平臺完全伸出狀態(tài)下能夠對一級平臺進行覆蓋，同時還應滿足對懸臂式掘進機截割頭的覆蓋需求，因此將二級平臺的基礎尺寸設置為1800.0mm*720.0mm。

最后，在側翼平臺方面，該平臺固定于二級平臺上，長度與二級平臺保持相同。同時，考慮現(xiàn)場施工方面的需求，應當確保二級平臺聯(lián)同側翼平臺完全展開條件下最大面積能夠滿足3～4人同時進行架棚支護施工作業(yè)，因此將側翼平臺的基礎尺寸設置為1800.0mm* 220.0mm～1800.0mm*250.0mm。

3.2 結構特點

按照以上方式所研發(fā)設計的基于懸臂式掘進機的機載支護作業(yè)平臺在實際應用中具備以下幾個方面的結構特點：第一，在機載支護作業(yè)平臺架棚支護環(huán)節(jié)最大面積展開的條件下，作業(yè)平臺可以完全覆蓋懸臂式掘進機截割頭，進而保證支護作業(yè)現(xiàn)場的安全性。同時，二級平臺高度略高于一級平臺，在覆蓋截割頭的基礎之上能夠確保作業(yè)人員支護操作的安全性;第二，通過設置二級平臺輔助側翼平臺的方式，有效提升了架棚支護操作環(huán)節(jié)的施工面積。該平臺在掘進截割環(huán)節(jié)中處于折疊狀態(tài)，不會影響掘進施工進度，在挑梁支護環(huán)節(jié)切換至伸出展開狀態(tài)，使支護作業(yè)空間更為理想;第三，二級平臺與側翼平臺表面設置有防滑紋，為保障上部站立施工人員人身安全性有積極意義;第四，通過為作業(yè)平臺配置機械挑梁功能的方式，支承位置安裝支架，使挑梁模式自人工切換至機械，對降低支護強度有積極意義。

4 結束語

以上研究中對基于懸臂式掘進機的機載支護作業(yè)平臺研發(fā)問題進行闡述與分析，通過相關分析得出如下兩個方面的結論：第一，在支護作業(yè)平臺的研發(fā)過程中，所涉及到的組成單元包括基座、一級平臺、二級平臺、側翼平臺以及條良機等，平臺具備機械挑梁的功能，同時操作方式遵循分級控制以及順序伸縮的原則，可由懸臂式掘進機司機一人完成各項平臺伸縮以及挑梁工作任務，煤巷掘進效率得到大大提升;第二，在支護作業(yè)平臺的研發(fā)期間，將平臺與懸臂式掘進機配套應用，掘進截割過程中平臺處于折疊閉合狀態(tài)，不會對整體掘進速度產生影響，而在架棚支護環(huán)節(jié)以最大面積展開，完全覆蓋懸臂式掘進機截割頭，實現(xiàn)了巷道掘進與架棚支護作業(yè)的協(xié)調配合，對確保支護作業(yè)安全可靠有重要意義。

參考文獻：

[1]張偉杰，趙啟峰，王玉懷，等.懸臂式掘進機機載式多功能施工平臺設計[J].煤炭工程，2013，45（9）：122-124，127.

[2]賀飛，曾祥盛，齊志沖.大直徑硬巖掘進機（TBM）在吉林中部城市引松供水工程四標 TBM3的應用[J].隧道建設，2016，36（8）：1016-1022.