掘進施工設備防跑車裝置優(yōu)化設計

劉起興

(山西焦煤汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)，山西 晉中 031100)

0 引 言

急傾斜煤層開采過程中，很多情況下會涉及到下山掘進施工。在進行下山掘進施工的過程中，掘進設備安全可靠性相對較差，其中最大的安全隱患便是掘進設備易發(fā)生跑車、下滑問題，對于掘進作業(yè)的安全性帶來極大影響。下山掘進施工中，掘進設備主要是借助于電動進行控制操作，掘進設備下行作業(yè)中，牽引停止的情況下如果制動力出現(xiàn)滯后導致掘進設備出現(xiàn)下滑、跑車安全事故。另外，掘進設備進行零點啟動時，也易出現(xiàn)下滑、跑車問題，對于井下作業(yè)人員的人身安全造成較大威脅，同時也易導致掘進設備發(fā)生損壞。為此筆者針對掘進施工中掘進設備跑車問題進行探討并研制專用的防跑車裝置，以確保下山掘進施工作業(yè)的安全性。

1 掘進設備防跑車裝置存在的問題

掘進設備防跑車裝置通常情況下設置在掘進設備牽引電動裝置的軸承端面位置處，對掘進設備進行防跑車制動過程中，借助于防跑車裝置的摩擦副之間所形成的摩擦力確保掘進設備的動能轉(zhuǎn)變成為防跑車裝置摩擦副的熱能[1]。

掘進設備防跑車裝置運行過程中，因為整個制動過程要求時間較短，加之空氣對流現(xiàn)象相對較弱，而且摩擦產(chǎn)生的熱量傳導性能較差，導致了防跑車裝置產(chǎn)生的摩擦熱集中于摩擦副表面，防跑車制動過程中所產(chǎn)生的摩擦熱量較多，摩擦副溫度增高。防跑車制動時，摩擦副結(jié)構(gòu)的溫度值不斷增高，摩擦所產(chǎn)生的熱量對掘進設備防跑車裝置的穩(wěn)定性與可靠性帶來極大影響。

目前全盤式防跑車裝置在掘進設備進行制動中摩擦熱無法均勻、對稱的分布，這會導致防跑車裝置局部溫度相對較高，導致摩擦片或是制動盤出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，嚴重時會導致開裂出現(xiàn)。摩擦副部件在防跑車裝置內(nèi)部，其溫度分布情況以及溫度高低情況等均無法直接被檢測，要是無法及時發(fā)現(xiàn)并對摩擦副進行維修，極易導致防跑車裝置失效，使得下山掘進施工中掘進設備出現(xiàn)較大安全隱患。

2 掘進設備防跑車裝置設計與應用

2.1 防跑車裝置性能要求

目前掘進設備中所采用的防跑車裝置基本上都是借助于摩擦副部件在防跑車制動過程中所產(chǎn)生的摩擦力完成制動操作，掘進設備在這一過程中的動能轉(zhuǎn)化為摩擦副結(jié)構(gòu)的熱能，從而確保掘進設備實現(xiàn)有效的制動，避免跑車問題出現(xiàn)。防跑車裝置運行的安全可靠性對于掘進設備運行有著極大影響[2]。目前，在防跑車裝置在掘進設備中的應用范圍不斷擴大，掘進施工中對于掘進設備的防跑車裝置性能同樣有了更高要求，大致可以歸納為下列幾個方面：

(1) 防跑車裝置應當保持較大扭矩容量，必須具備相對優(yōu)良的穩(wěn)定性能。

(2) 防跑車裝置應當具備較為優(yōu)良的散熱性能，其摩擦副部件在制動過程中產(chǎn)生的最高溫度值應盡可能小，同時，還應保證摩擦產(chǎn)生的溫度場均勻、對稱的分布，防止出現(xiàn)局部溫度過高。

(3) 防跑車裝置在制動過程中摩擦材料必須具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能及很好的適應反復、頻繁的高溫沖擊性能，受熱時盡量不出現(xiàn)形變。

(4) 防跑車裝置之中所使用的摩擦材料應具備優(yōu)良的耐磨性能，確保摩擦材料能夠長期使用。

(5) 防跑車裝置設計結(jié)構(gòu)必須穩(wěn)定，運行過程中對于出現(xiàn)跑車問題時防跑車裝置能夠快速反應，便于日常維護以及檢修，裝置成本盡可能低。

(6) 防跑車裝置制動過程中的噪音較小，對相關部件不產(chǎn)生損害，在使用過程中必須滿足環(huán)保的標準要求。

2.2 掘進設備防跑車裝置的設計與應用

此次設計中，掘進設備防跑車裝置設計形式屬于常閉式盤形結(jié)構(gòu)濕式防跑車裝置，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 掘進設備防跑車裝置結(jié)構(gòu)示意圖 1.前蓋部件 2.制動盤部件 3.摩擦片部件 4.小彈簧部件 5.分隔圈部件 6.內(nèi)鍵圈部件 7，15,17.螺塞部件 8.缸體 部件 9.螺栓部件 10.活塞部件 11.大彈簧部件 12.后蓋 部件 13,16,19.O型圈部件 14.銷部件 18.螺釘部件

常閉式盤形結(jié)構(gòu)濕式防跑車裝置設計的關鍵部件包含有制動盤部件、摩擦片部件、活塞部件以及缸體部件等等。防跑車裝置中有五個制動盤以及四個摩擦片，他們之間以交叉形式組合在一起，制動盤和摩擦片均被安裝在充滿冷卻油的密封形式殼結(jié)構(gòu)中。其中制動盤結(jié)構(gòu)通過外花鍵和防跑車裝置的外殼結(jié)構(gòu)連接在一起，制動盤能夠沿著軸向方向上移動卻無法轉(zhuǎn)動。

摩擦片部件則借助于內(nèi)花鍵和軸結(jié)構(gòu)相互連接，軸轉(zhuǎn)動時其也會同時轉(zhuǎn)動，同時也沿著軸向方向進行移動。當掘進設備正常運行時，高壓油液會經(jīng)由液壓油管而被輸送至防跑車裝置的油進油口，此時活塞在高壓油液的影響下會向右側(cè)方向運動，確保將活塞部件和制動盤部件完全分離開來，此種情況下防跑車裝置處在松閘狀態(tài)下。若是防跑車系統(tǒng)檢測到出現(xiàn)下滑、跑車信號，則系統(tǒng)會向防跑車裝置發(fā)送制動指令，防跑車裝置接收制動指令后，便會將高壓油路切斷，此時防跑車裝置中活塞部件會受到大彈簧的彈力作用而朝著左側(cè)方向移動，將制動盤和摩擦片壓緊，此種情況下防跑車裝置處在抱閘狀態(tài)下。防跑車裝置對掘進設備進行制動過程中，包含兩種不同的工況，分別為緊急制動工況以及持續(xù)制動工況。處于緊急制動工況，液壓油全部被釋放，此時活塞部件受到了彈簧作用影響將摩擦片部件和制動盤部件壓緊，使得防跑車裝置處在抱閘狀態(tài)下，確保完成制動操作[3]。

處于持續(xù)制動工況下，液壓油會以間歇式方式被輸送至進油口位置，實現(xiàn)持續(xù)的制動操作，避免掘進設備發(fā)生跑車問題。防跑車裝置摩擦片部件設置有油槽結(jié)構(gòu)，這可以確保冷卻油在摩擦片發(fā)生旋轉(zhuǎn)情況下受到離心力作用形成流動，在防跑車裝置對掘進設備進行制動中，冷卻油能有效的帶走摩擦片制動過程中摩擦所產(chǎn)生熱量，使防跑車裝置溫度顯著降低，確保防跑車裝置工作的穩(wěn)定性與可靠性。

3 防跑車裝置應用實際效果

所設計防跑車裝置的運行轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，松閘情況下油壓值是1.4～2.0 MPa，活塞部件的行程為2.4～6.0 mm，空載的情況下力矩不超過7 N·m，當制動時力矩達到50 N·m，靜制動力矩達到125 N·m，完全能夠滿足掘進設備防跑車制動需求。

某煤礦在進行輔運巷道的掘進過程中，其掘進層屬于3下煤層頂板部位巖體，巖體的硬度系數(shù)在6～8之間，巷道結(jié)構(gòu)屬于半圓拱形結(jié)構(gòu)，斷面面積大小為20.6 m2，屬于大坡度下山掘進作業(yè)，巷道掘進長度為1 600 m。不過，由于巷道掘進屬于大坡度下山掘進作業(yè)，所以，在掘進作業(yè)時易發(fā)生跑車問題，對于掘進作業(yè)安全與效率產(chǎn)生較大影響。

在掘進設備應用防跑車裝置之后，有效的避免了掘進設備下滑、跑車問題出現(xiàn)，自2017年4月開展掘進作業(yè)之后，未出現(xiàn)掘進設備跑車事故。該煤礦下山施工中掘進設備防跑車裝置應用的成功，為其他情況相近煤礦提供了具有極高價值的參考與經(jīng)驗，能夠有效的保障下山掘進施工的安全性與可靠性，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供保障。

4 結(jié) 語

通過對下山掘進施工過程中掘進設備防跑車裝置實踐運行的分析，得出了防跑車裝置在實際應用中存在制動可靠性差、制動發(fā)熱量大的問題，影響到掘進設備的穩(wěn)定和安全運行。通過對防跑車裝置的優(yōu)化改進，并將其應用到輔運巷道下山掘進施工過程中，得出了優(yōu)化改進后的防跑車裝置有效的提升了制動效果，防止了制動過程中出現(xiàn)熱量分布不均勻與無法及時散失的問題，確保了防跑車裝置運行可靠性，為掘進設備安全運行提供給了保障。