對懸臂式硬巖掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析

趙桂麗

摘 要：近年來，隨著國內(nèi)煤炭易采儲量的不斷減少，開拓巷道深度的需求早已迫在眉睫。然而，面對越發(fā)復(fù)雜的地質(zhì)條件，巖石硬度的不斷提高，斷層的不斷增加，硬巖巷道施工數(shù)量的不斷加劇，如何實(shí)現(xiàn)全巖巷道的快速掘進(jìn)早已成為社會各界關(guān)注的重點(diǎn)所在。該文筆者即結(jié)合個人實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，以EBZ300硬巖掘進(jìn)機(jī)為例，從多個層次入手提出設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，從而為更好地解決硬巖掘進(jìn)問題提供有益的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：EBZ300硬巖掘進(jìn)機(jī) 全巖巷道 設(shè)計(jì)優(yōu)化 快速掘進(jìn)

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（a）-0050-02

近年來，我國硬巖巷道施工數(shù)量與日俱增。然而，目前國內(nèi)絕大多數(shù)的硬巖掘進(jìn)機(jī)的截割能力不強(qiáng)且故障頻率較高。尤其是與煤巷、半煤巖巷掘進(jìn)機(jī)相比硬巖掘進(jìn)機(jī)存在著較大的差異。也正因如此，原有普通掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)無法適應(yīng)硬巖掘進(jìn)機(jī)需求。所以，如何做好硬巖掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，以期更好地滿足全巖巷道的快速掘進(jìn)需求早已成為當(dāng)前社會各界關(guān)注的重點(diǎn)。以下筆者結(jié)合個人工作經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，對EBZ300硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以供廣大同行參考。

1 設(shè)計(jì)優(yōu)化遵循的原則

為了能夠滿足硬巖工況下巷道快速掘進(jìn)的根本需求，首先應(yīng)該明確硬巖的截割范圍，從而以此硬度系數(shù)為基準(zhǔn)，對硬巖掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行合理定位與設(shè)計(jì)優(yōu)化。而根據(jù)普氏巖石分類（如表1所示），我們可以看到，硬巖的普氏系數(shù)為f8-10，已經(jīng)基本包含了煤礦井下全巖巷道能夠遇到的所有硬巖石范圍。

以下以EBZ300硬巖掘進(jìn)機(jī)為例，從截割、裝運(yùn)、行走、液壓、電氣、除塵等多個方面入手對其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2 EBZ300硬巖掘進(jìn)機(jī)的總體優(yōu)化策略

第一，根據(jù)實(shí)際作業(yè)需求，對整機(jī)參數(shù)進(jìn)行重新優(yōu)化，如：對掘進(jìn)機(jī)回轉(zhuǎn)力與截割力匹配關(guān)系進(jìn)行重新優(yōu)化，確定最佳的油缸壓力，進(jìn)而有效抑制碰到硬巖時單刀力過大，截齒提前失效，齒座發(fā)生斷裂的問題。同時，也有效防止截割硬巖時所出現(xiàn)的堵轉(zhuǎn)問題。并且降低鏟板龍門的高度，進(jìn)一步提高運(yùn)輸機(jī)內(nèi)部能夠通過的尺寸，從而抑制因大塊巖石進(jìn)入運(yùn)輸機(jī)以后所造成的鏈條卡死問題。

第二，在硬巖掘進(jìn)機(jī)上加裝斷面監(jiān)視系統(tǒng)，進(jìn)一步提高巷道斷面截割的平整性與底板的完整性，避免超掘現(xiàn)象的發(fā)生，加大對硬巖掘進(jìn)機(jī)的整體可控性。

第三，為了能夠有效降低操作人員的勞動強(qiáng)度，可在硬巖掘進(jìn)機(jī)上加裝整機(jī)銷軸以及回轉(zhuǎn)支承集中潤滑系統(tǒng)，做到對各點(diǎn)的及時潤滑，有效防止漏注油現(xiàn)象的發(fā)生。

第四，對硬巖掘進(jìn)機(jī)的所用標(biāo)準(zhǔn)件、襯套類與銷軸類零件進(jìn)行統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

第五，結(jié)合井下與地面安裝方法、安裝工具的不同，對整機(jī)吊點(diǎn)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 對截割機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了能夠更好地適應(yīng)硬巖掘進(jìn)工藝需求，除了要確保掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)擁有足夠的強(qiáng)度與剛度以外，還必須做好以下幾點(diǎn)。

第一，提高截割頭的耐磨性。可以在掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)有基礎(chǔ)上對截割頭的裙部進(jìn)行延長，以此增加尾部截齒數(shù)量，從而提高截割頭的耐磨性。同時，也可以將進(jìn)口高強(qiáng)度碳化鉻合金耐磨復(fù)合板焊接在現(xiàn)有加長裙部以及截割頭的導(dǎo)流板上，并且加厚齒座的實(shí)際厚度，在齒座頂部堆焊耐磨涂塵，從而防止因截齒失效而未及時更換齒座而引發(fā)的迅速磨損與斷裂現(xiàn)象。

第二，應(yīng)該對硬巖截割減速器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將其設(shè)計(jì)為高效透氣塞，確保其僅透氣不會透油，從而有效解決因減速器發(fā)熱，油溫升高帶走潤滑油而未能及時添加造成的損壞問題。

第三，為減速器以及懸臂段下部連接的螺栓設(shè)計(jì)一個加裝防護(hù)裝置，從而避免因掃底時螺栓磨損嚴(yán)重?zé)o法更換的問題。

4 對裝運(yùn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

第一，可將鏟板的裝載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為五爪星輪，并且在不影響掘進(jìn)機(jī)整機(jī)裝載效率的前提下，盡可能地降低裝料爪的高度以及半徑，從而進(jìn)一步增強(qiáng)硬巖掘進(jìn)機(jī)的裝載能力。

第二，為了能夠更好地滿足巖巷掘進(jìn)的實(shí)際運(yùn)輸需求，在裝載星輪的工藝設(shè)計(jì)上，可以采用高強(qiáng)鑄件與超耐磨鋼相結(jié)合的工藝模式，進(jìn)一步提高裝載星輪的耐磨性能。

第三，在鏟板體的設(shè)計(jì)上應(yīng)設(shè)計(jì)為可拆卸式（如圖1所示），從而在嚴(yán)重磨損下只需要更換耐磨板就可以恢復(fù)整個鏟板的實(shí)際使用需求。

第四，可采用22×86高強(qiáng)度刮板鏈，提高硬巖掘進(jìn)機(jī)的抗磨損與抗拉伸能力。尤其是針對小塊硬巖物料可能對裝運(yùn)系統(tǒng)帶來的磨損與卡鏈等問題，我們可以在運(yùn)輸槽內(nèi)的易磨損部位用耐磨材料予以覆蓋或者覆蓋可拆卸耐磨板，從而提高刮板鏈以及驅(qū)動鏈輪的強(qiáng)度等級，提高其抗磨性能，并且通過全程壓鏈進(jìn)一步減少壓力板與刮板鏈之間存在的間隙，最大程度地降低卡鏈風(fēng)險，從而確保硬巖掘進(jìn)機(jī)的裝載運(yùn)行能力，滿足全巖巷道的掘進(jìn)要求。

5 對行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

針對全巖巷道掘進(jìn)過程中，巖石底板較硬極易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，我們可以對硬巖掘進(jìn)機(jī)的履帶行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

第一，為了有效降低履帶板的彎曲應(yīng)力，支重輪可采取中間導(dǎo)向兩側(cè)支撐的結(jié)構(gòu)模式。

第二，采用液壓張緊裝置，提高工作效率。

第三，采用鍛造整體履帶板，提高履帶板的強(qiáng)度與使用壽命。

6 對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

第一，為了有效解決硬巖掘進(jìn)機(jī)在截割與裝運(yùn)巖石物料時的壓力油分配問題，在硬巖掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化上，可讓液壓系統(tǒng)主泵站，采取由一臺電動機(jī)驅(qū)動一臺兩聯(lián)恒功率變量柱塞泵的模式，分別向硬巖掘進(jìn)機(jī)的油缸回路、行走機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)回路進(jìn)行壓力油的提供，從而有效降低系統(tǒng)的發(fā)熱量。此外，在液壓系統(tǒng)中還應(yīng)該配置有單獨(dú)的液壓馬達(dá)驅(qū)動補(bǔ)油系統(tǒng)，從而有效避免在補(bǔ)油的過程中對油箱所造成的污染。

第二，為了有效解決硬巖掘進(jìn)機(jī)截割液壓系統(tǒng)發(fā)熱量過大這一問題，可采用進(jìn)口高校板翅式冷去器作為截割液壓冷卻系統(tǒng)，提高截割冷卻系統(tǒng)的冷卻效率。

7 對電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

在硬巖掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化上，我們著重于對斷面監(jiān)視系統(tǒng)的加裝，從而拓展原有硬巖掘進(jìn)機(jī)型的可控制性。而掘進(jìn)機(jī)監(jiān)控狀態(tài)的顯示，主要是利用各種傳感器以及檢測設(shè)備，對硬巖掘進(jìn)截割斷面、截割位置、電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等各項(xiàng)參數(shù)的采集、分析、顯示、儲存與診斷進(jìn)行支持的。同時，硬巖掘進(jìn)機(jī)的電氣系統(tǒng)還可以與井下的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)予以智能化結(jié)合，進(jìn)而通過遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對掘進(jìn)機(jī)的遠(yuǎn)程準(zhǔn)確操控。此外，還可以在地面檢測掘進(jìn)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，從而為遠(yuǎn)程故障診斷得以實(shí)現(xiàn)提供有力的依據(jù)。

8 對除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

除了要選擇高效離心風(fēng)機(jī)，對掘進(jìn)巷道工作面內(nèi)的所有粉塵進(jìn)行有效控制與處理的同時，還應(yīng)該做好以下幾點(diǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

第一，因?yàn)樵矌r掘進(jìn)機(jī)的除塵風(fēng)機(jī)內(nèi)十分容易積水，因此也極易導(dǎo)致電機(jī)被燒毀。所以，我們應(yīng)該對此進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，為風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)一個排水閥，并且將電機(jī)提高到IP65，從而有效抑制電機(jī)進(jìn)水、被燒壞的問題發(fā)生。

第二，因原來所使用的附壁風(fēng)筒往往都是鋼結(jié)構(gòu)，因此重量也較大，致使工人在同時移動供風(fēng)風(fēng)筒與巖巷道時帶來了較大的勞動強(qiáng)度，同時，由于井下的巷道往往過窄，因此，鋼材質(zhì)的風(fēng)筒也極易因移動時所造成的擠壓而產(chǎn)生變形，無法形成風(fēng)幕，嚴(yán)重影響到實(shí)際除塵效果。所以，我們在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該選用與普通風(fēng)筒材料相同的柔性附壁風(fēng)筒代替原鋼制風(fēng)筒，一方面其重量輕，易于移動；另外一方面當(dāng)其受到擠壓時因?yàn)榫邆湟欢ǖ娜嵝?，所以也不易造成變形、損壞。

9 結(jié)語

綜上所述，該文筆者對EBZ300懸臂式硬巖掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了粗淺的探討，也希望通過該文筆者的粗淺闡述，能夠讓更多的人們清楚地認(rèn)識到，做好硬巖掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)與研制工作早已成為當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)開發(fā)與研制的重點(diǎn)。尤其是針對當(dāng)前全巖巷道掘進(jìn)工程數(shù)量的日益加劇，開發(fā)與研制出符合全巖巷道快速掘進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)則具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。所以，該文筆者對該臺掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，以期為開發(fā)與研制更多符合全巖巷道掘進(jìn)要求的硬巖掘進(jìn)機(jī)型提供有益的參考與借鑒。

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