EBZ260M-2 型掘錨機錨桿部關鍵件結構的改進設計

高 生，項 杰，鄭寶義

三一重型裝備有限公司 遼寧沈陽 110027

目前在煤炭開采行業中，掘錨機的使用率大幅增長。針對不同地質條件及特殊巷道要求，在眾多掘錨機種類中，將錨桿部設計安裝在本體兩側，左右錨桿部可實現伸縮滑動的結構形式，能夠有效改善煤礦井下作業環境，降低工作人員勞動強度，加快成巷速度，因此該結構的掘錨機得到用戶的廣泛肯定。但是隨著掘進效率的大幅度提高，其錨固效率卻很難與之匹配。為了提升掘錨機錨桿部結構性能，提高其錨固效率，對錨桿部關鍵件結構的改進設計迫在眉睫[1-2]。

1 概況

EBZ260M-2 型掘錨機包括掘進機傳統“六大件四系統”，即截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行走部和后支撐部，液壓系統、電氣系統、水系統和潤滑系統。該掘錨機結構如圖1 所示，在傳統掘進機本體兩側的行走部上，設計增加了左右錨桿部；在截割部上面設計有可翻轉伸縮的臨時支護[3]。在井下作業時，掘進作業和錨固作業占據著重要地位，當截割部一次進齒結束，切換臨時支護，錨網鋪設后，操控雙級伸縮滑臺和擺動伸縮臂，將錨桿鉆機調至最佳位置，完成錨固作業[4]。

圖1 掘錨機結構示意Fig.1 Structural sketch of anchor digging machine

2 錨桿部結構組成

掘錨機錨桿部結構如圖2 所示，由雙級伸縮滑臺、擺動伸縮臂、翻轉架體及錨桿鉆機4 部分組成。雙級伸縮滑臺的第1 級伸縮為架體和一級滑臺相互滑動，一級滑臺由液壓缸驅動，在滑動導軌上，與架體產生相對移動；第2 級伸縮為一級滑臺和小車相互滑動，采用液壓馬達驅動回轉減速器帶動齒輪旋轉，配合齒條傳動，實現小車與一級滑臺的相對移動。小車設計有橫向和縱向滾輪，與一級滑臺實現滾動摩擦[5]。

圖2 錨桿部結構示意Fig.2 Structural sketch of anchor bolt assembly

擺動伸縮臂由2 個舉升液壓缸和1 個主臂伸縮液壓缸組成，從而實現對錨桿鉆機上下左右前后的全方位控制。通過控制2 個舉升液壓缸的伸縮量，實現伸縮臂上下左右移動：當2 個液壓缸伸縮量相同時，擺動伸縮臂上下移動；當2 個液壓缸伸縮量不同時，擺動伸縮臂左右移動。控制主臂伸縮液壓缸的伸縮量，可實現擺動伸縮臂的前后移動。

翻轉架體中設有擺動液壓缸，可以實現錨桿鉆機的前后翻轉。當掘進作業時，錨桿鉆機翻轉回收，雙級伸縮滑臺也完全回縮到最后端，避免錨桿部對正常掘進產生干擾。錨桿鉆機通過多個液壓缸和回轉減速器實現錨桿鉆孔的精確定位。

3 關鍵件結構改進設計

3.1 雙級伸縮滑臺結構改進設計

目前雙級伸縮滑臺大多采用內部設置液壓缸進行驅動。雙級伸縮滑臺由架體、一級滑臺、小車和2 個液壓缸組成，一級滑臺裝配在架體上，在液壓缸的驅動下，沿滑動導軌完成一級伸縮；小車與一級滑臺也同樣在液壓缸的驅動下，沿滑動導軌完成二級伸縮。此種結構均為滑動摩擦，阻力大，液壓管路布置復雜。針對該情況，對雙級伸縮滑臺進行改進設計。

3.1.1 一級滑臺與小車改為滾動摩擦

將液壓馬達、蝸輪蝸桿減速器及齒輪安裝在小車內，小車通過橫向滾輪和縱向滾輪與一級滑臺滾動連接。齒條固定在一級滑臺上，并與小車內的齒輪相配合。液壓馬達驅動減速器和齒輪旋轉，通過齒輪齒條傳動，使小車在一級滑臺上完成前后移動。改進后的雙級伸縮滑臺結構如圖3 所示。

圖3 改進后的雙級伸縮滑臺Fig.3 Improved two-stage telescopic sliding table

一級滑臺由于本身尺寸過長，焊接時易出現變形，因此將一級滑臺設計成分體焊接結構，以減少焊接變形。小車橫向滾輪可以限制小車與一級滑臺的左右間隙，而小車的縱向滾輪可以限制小車與一級滑臺的上下間隙，二者之間為滾動摩擦，有效減少了小車與一級滑臺相對移動時的摩擦力。改進后的小車結構如圖4 所示。

圖4 進行后的小車結構示意Fig.4 Structural sketch of improved dolly

3.1.2 一級滑臺與架體間采用自潤滑結構

一級滑臺與架體之間仍然采用滑動導軌形式，在滑動導軌面增加自潤滑磨塊。磨塊材質為高力黃銅，并在銅塊中開孔填充固體潤滑劑，架體左右兩側增加手動潤滑注油孔，可以加注2 號極壓鋰基潤滑脂，有效減少摩擦，降低阻力，提升作業效果。自潤滑磨塊結構如圖5 所示。

圖5 自潤滑磨塊Fig.5 Self-lubrication grinding block

3.2 擺動伸縮臂結構改進設計

現有伸縮臂大多采用內部設置液壓缸進行驅動，液壓缸通過外置油管將2 個液壓腔進出油口布置在鉸接點兩側，液壓布管簡潔方便，可避免因液壓缸活塞桿伸縮對管路刮蹭。液壓缸采用外筒固定，活塞桿前端與伸縮臂內筒連接，活塞桿帶動伸縮臂內筒實現相對運動。這種液壓缸布置在伸縮臂內部的形式，會使伸縮臂直徑增大，液壓缸安裝距增長，當伸縮臂伸到最大位置時，整體懸臂長度增加，剛性降低。為解決該問題，對擺動伸縮臂進行改進設計。

3.2.1 伸縮臂液壓缸采用活塞桿中空走管設計

如圖6 所示，將液壓缸活塞桿設計成中空形式，在其內部增加通油管路，并與活塞桿安裝座焊接成一體，活塞桿內部管路分別與液壓缸的2 個腔體連接，完成進出油液功能。在滿足液壓缸剛性的情況下，可有效減小液壓缸整體尺寸。活塞桿相對固定，外筒可伸縮移動，將外筒安裝法蘭設計在靠近活塞桿固定鉸接點處，縮短了安裝距，提高了伸縮臂的整體結構剛度。

圖6 改進后的液壓缸結構示意Fig.6 Structural sketch of improved cylinder

3.2.2 擺動伸縮臂導向結構設計

擺動伸縮臂結構如圖7 所示，擺動伸縮臂主臂固定，伸縮套與主臂利用螺栓固定，伸縮臂內筒可以在液壓缸的帶動下與伸縮套產生相對滑動。伸縮臂內筒外壁沿周向均勻布置4 根導向鍵，對伸縮滑動進行導向。為了減少摩擦力和避免應力集中，在伸縮套中設置4 個耐磨襯套，拼裝為圓筒狀與伸縮臂內筒滑動接觸，并在每根導向鍵兩側增加2 個導向鍵板。耐磨襯套和導向鍵板均采用鋁青銅 QAI9-4 耐磨材料。

圖7 擺動伸縮臂結構示意Fig.7 Structural sketch of swing telescopic arm

4 結語

通過對掘錨機錨桿部整體結構進行分析，從降低滑動阻力、提高結構強度、加強導向效果等方面，對掘錨機錨桿部關鍵件結構進行改進設計。改進后的錨桿部雙級伸縮滑臺移動更加平滑，擺動伸縮臂結構尺寸得到優化。在井下實際應用中，有效提高了錨桿部整體可靠性和錨固效率，基本滿足了錨固與掘進效率的匹配，明顯提高了成巷速度。該結構改進對掘錨機的設計和應用可提供一定的參考。