XMPYT-60 地下撬毛臺車的研制

劉 威 ,趙金元 ,鄧顯俊

(1.長沙礦山研究院有限責任公司,湖南 長沙 410012;2.中鋼集團衡陽機械有限公司,湖南 衡陽 421002)

0 前言

在隧道挖掘或地下礦山開采作業過程中,爆破后由于巖石受到各種作用力的沖擊,巖體松動,巷道頂部及兩側的毛石不穩固,在采掘作業循環中需要及時清理不穩固、隨時有掉落可能的浮巖毛石,以確?，F場操作人員及設備的安全。目前清理毛石的設備主要有兩種,分別是人工手持式撬毛設備和機械化程度較高的專業撬毛設備[1]。人工手持式撬毛設備清除毛石,是一種非常艱苦的工作,勞動強度大、效率低,而且危險性比較大,工作現場冒頂、碎片飛濺、粉塵飛揚、巖石突然移動等,使操作人員的安全存在極大的隱患,并且,受到人力的限制有時浮巖清理很不徹底,留下事故隱患威脅下道作業安全。因此在地下礦山采掘作業或隧道挖掘中實現機械化浮巖毛石清理,使用地下撬毛臺車,替代人力,安全、高效地清除浮巖毛石具有十分重要的意義。因此,采用地下撬毛臺車是地下輔助車輛發展的趨勢之一。

中鋼集團衡陽機械有限公司根據市場的需要,開發出XMPYT-60 地下撬毛臺車,如圖1 所示。該撬毛臺車是一種以柴油機為動力、液力機械傳動、四輪驅動的車輛,具有外形尺寸小、結構緊湊、操作方便、轉彎半徑小、污染低等特點,適用于地下金屬、非金屬礦山井下浮巖毛石清理。

1 XMPYT-60 地下撬毛臺車特點

(1)四輪驅動、中央鉸接;

(2)駕駛室可以升降和俯仰,通過性能和觀察視線更好;

(3)工作臂為伸縮式;

(4)旋轉油缸驅動液壓錘擺動,動作靈活、精準;

(5)機械式旋轉平動機構,定位方便;

(6)模塊化設計,結構緊湊,維修方便;

(7)移動性能好,轉彎半徑小,爬坡能力強;

(8)快速收放支腿;

(9)電控換檔、換向、操作方便、省力;

(10)采用通用底盤,只需改變其工作裝置,還可用于其它輔助作業車,例如運人車、運料車、維修車、油車等;

(11)關鍵零部件均進口,保證了整機可靠性;

(12)通過國家安全生產長沙礦山機電檢測檢驗中心安全檢測,完全達到表1 的技術要求,獲得國家金屬與非金屬礦山礦用產品安全標志認證證書。

2 外形尺寸及主要技術參數

XMPYT-60 地下撬毛臺車外形尺寸圖,如圖2所示,主要技術參數和配置與國外Normet 公司參數比較[5],如表1 所示。

表1 XMPYT-60 地下撬毛臺車與國外Normet 公司2000M 地下撬毛臺車主要技術參數和配置[5]

圖2 XMPYT-60 地下撬毛臺車外形尺寸圖

3 動力系統

動力系統采用美國Cummins 公司生產的電噴第3 階段QSB3.9-C130-30 型低污染柴油發動機,耐久性好、動力強勁、工作可靠、污染小,廢氣排放符合MASH 要求。為了進一步降低排放和噪聲,發動機排氣系統安裝了氧化催化凈化器和消音器。

4 結構特點

4.1 車架結構

本結構由前車架和后車架組成。兩車架在靠近車輛中央的車架鉸接處連接。通過兩個繞立軸轉動的轉向鉸接軸承連接。前車架上裝有前橋、工作機構、排障裝置和駕駛室[2]。后車架上裝有動力裝置、整體式液力變矩器和變速箱、液壓油箱、燃油箱、水箱、散熱器。后橋裝于擺動架上,使后橋在車架橫向上擺動。擺動角為±7°。

4.2 工作裝置

工作裝置由回轉擺動機構、工作臂和液壓錘組成,如圖3 所示。液壓錘是臺車的核心部件,它的正確選擇決定著撬毛效果(既能敲下松動的巖石,又能保證被敲擊部位不會受到二次傷害)。液壓錘為通用型,用戶可根據巖石的性質選用適用的液壓錘。

圖3 工作裝置

工作臂機構采用了先進的萬向節型機構,非常靈活。工作臂機構與液壓錘共有七種運動:一臂仰俯、二臂仰俯、二臂伸縮、三臂仰俯、液壓錘仰俯、液壓錘擺動、工作臂擺動等,它可以使液壓錘全方位工作。

工作臂擺動由液壓馬達驅動的回轉支承完成;一臂、二臂、三臂和液壓錘仰俯及伸縮臂伸縮均由工程油缸完成;液壓錘擺動由旋轉油缸實現。

4.3 推土鏟與支腿機構

推土鏟鉸接于前車架前端,推土鏟起落由推土油缸完成,臺車工作時由兩個伸縮支腿在其油缸的推動下將臺車抬起,以穩定整個機器,如圖4 所示。

圖4 推土裝置

4.4 噴水系統

噴水系統由水箱、微型電動隔膜泵和噴嘴組成,微型電動隔膜泵由電瓶上的電直接驅動。噴水有以下兩種功能:一是將撬毛過程中產生的巖塵捕捉于水霧之中,保護環境;二是在疑似松動巖石處噴水,清洗巖石表面塵埃,便于觀察判斷,如圖5 所示。

圖5 噴水系統

4.5 傳動系統

本機采用液力機械傳動方式[3],四輪驅動。傳動系統主要由柴油機、變矩器、變速箱、前后傳動軸、驅動橋和輪胎等組成。采用液力機械傳動方式能使傳動系統具有自動適應性,即當外載荷增大時,變矩器能使車輛自動增大牽引力,同時車輛自動減速,以克服增大了的外載荷。反之,當外載荷減少時,變矩器能使車輛自動減少牽引力,增加車速。它在一定的范圍內相當于一個自動調節的無級變速器。液力傳動還具過載保護性能,因為液力傳動的工作介質是液體,能吸收并減少來自動力裝置和外載荷的振動與沖擊,可極大提高車輛的使用壽命。

4.6 液壓系統

液壓系統由轉向液壓系統、制動系統液壓系統、支腿和駕駛室升降仰俯液壓系統、工作裝置液壓系統組成,如圖6 所示。

4.6.1 轉向液壓系統

轉向液壓系統由油濾油器、齒輪泵、全液壓轉向器、轉向油缸及管路等組成。安裝在變矩器取力口的齒輪泵提供的液壓油作用于轉向器:當轉向器處于中位時(即直行無轉向,液壓油通過轉向器直接零壓回油箱;當轉向器左轉或右轉時,液壓油通過轉向器分別作用于左、右轉向油缸,轉向油缸推(拉),前、后車架使之繞中央鉸接點相對旋轉實現升降臺車的轉向行駛。轉向靈活、輕便、可靠。

4.6.2 制動系統液壓系統

制動系統分為工作制動、緊急制動及停車制動系統。工作制動用于減速和停車。緊急制動系統和停車制動系統合二為一。緊急及停車制動系統用于工作制動失效后的應急制動。制動系統包括濾油器、齒輪泵、溢流閥、雙回路充液閥、蓄能器、雙回路腳制動閥、驅動橋橋殼內帶濕式多盤制動器;手動換向閥、緊急及停車制動器、管路及壓力表等組成。

為了保證行駛安全,地下撬毛臺車制動液壓系統采用雙回路制動液壓系統,當一個回路出現故障時,另一回路仍可安全制動,從而保證車輛安全。

車輛驅動橋上有兩個彈簧缸用作的停車制動器。當操作停車制動器時,通過兩個彈簧加載缸產生制動。當油從制動閥流入彈簧加載油缸,松開停車制動器,車輛才可啟動行駛。停車制動器松開壓力為2.5 MPa。

4.6.3 支腿油路統液壓系統

當撬毛臺車工作時,必須放下支腿作剛性支撐,而將輪胎架空,把機架調平,每個支腿可單獨升降。

采用液壓鎖可以很好地使執行元件在任意位置停留并鎖緊?；芈分械囊簤烘i是由液控單向閥組成,一個液控單向閥稱單向液壓鎖,兩個則稱雙向液壓鎖。圖中的支腿液壓缸在支柱期間,必須將上腔油路鎖緊防止“軟腿縮回”。當主機提起支腿在行駛途中,又須將下腔油路鎖緊以免自行沉落,所以采用的雙向液壓鎖。伸腿時,壓力油進入缸的上腔并通過控制油路打開下腔的單向閥使下腔回油。同樣在縮腿時,壓力油進入下腔并打開上腔單向閥使上腔回油。當換向閥處于中位時,上下腔油路均被鎖緊,缸不動;這種回路結構簡單,而且一般都直接裝在缸的進出油口處,使泄漏的影響局限于最小范圍,故鎖緊效果較好,常用于承載豎向負荷的液壓缸。

4.6.4 駕駛室升降仰俯回路統液壓系統

駕駛室升降和駕駛室俯仰通過油缸的伸縮運動來實現[4],巷道空間高矮可通過操作閥控制油缸進行調整完成駕駛室升降,通過性好。駕駛室俯仰也是通過操作閥控制油缸進行調整完成駕駛室俯仰,觀察視野好,安全事故得到控制。

4.6.5 工作機構回路液壓系統

壓力油為工作機構的各執行元件提供動力。操縱司機座位左側的四路先導閥手柄使之處于前后、左右位置時,壓力油分別驅動一臂液控換向閥或者回轉馬達液控換向閥,實現一臂油缸活塞桿伸縮、回轉馬達正反轉,從而使一臂仰俯、工作臂左右回轉。

操縱司機座位右側的四路先導閥,使之處于前后、左右位置時,壓力油分別驅動油缸,油缸活塞桿伸縮實現錘頭的仰俯。壓力油分別驅動錘頭擺動油缸左右旋轉,錘頭實現左右擺動。

操縱司機室座位左側的二路先導閥閥桿分別處于前后位置時,壓力油驅動液控換向閥,實現二臂油缸伸縮,從而使二臂仰俯;

操縱司機座位右側的二路先導閥閥桿分別處于前后位置時,壓力油驅動三臂油缸液控換向閥,實現三臂油缸伸縮,從而使三臂仰俯;司機座位右側的四路先導閥手柄上有三個紅色按鈕,呈三角形布置,上面兩個按鈕管控二臂伸縮桿油缸,下面一個管控液壓錘。按下右側按鈕,二臂伸縮桿油缸伸出,帶動二臂伸縮桿伸出。松開按鈕,二臂伸縮桿停止運動;按下左側按鈕,二臂伸縮桿油缸縮回,帶動二臂伸縮桿進入二臂中。松開按鈕,二臂伸縮桿停止運動。按下下面一個按鈕,液壓錘敲擊。松開按鈕,液壓錘停止。

5 與國外同類產品的比較

Normet 礦山機械服務公司,是一家著名的設計、制造先進、可靠、維護成本低的地下輔助車輛公司,其中包括2000M 地下撬毛降臺車。該型外形如圖6 所示、技術參數如表1 所示。

圖6 2000M 地下撬毛降臺車

由表1 比較可知,XMPYT-60 地下撬毛臺車動力系統功率大,可提高承載能力、傳動系統一致,外形尺寸小、操作重量輕、釬桿直徑小、破碎錘輕,設計選用一樣直徑破碎錘、性能、外形尺寸和配置基本一致或接近。

6 結束語

通過上文介紹,并經過多個礦山實際使用,表明中鋼集團衡陽機械有限公司研制的XMPYT-60 地下撬毛臺車技術先進、性能穩定、安全可靠,達到或接近國外先進水平。