懸臂式綜掘機(jī)干涉問題分析及解決措施

靳小蕾

(霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦，山西 臨汾 041600)

0 引言

近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷前進(jìn)，我國(guó)煤炭開采行業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化程度不斷提升，與煤炭開采相關(guān)的機(jī)械行業(yè)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展[1-3]。隨著煤炭開采機(jī)械化普及程度不斷提高，礦井回采工作面的推進(jìn)速度越來越快，越來越多的工作面日產(chǎn)超萬噸，然后巷道掘進(jìn)由于受到諸多因素影響，速度較為緩慢[4-7]。很大一部分礦井采掘接替緊張，甚至有些礦井生產(chǎn)面臨無面可采，生產(chǎn)出現(xiàn)停滯。為了緩解礦井采掘矛盾，實(shí)現(xiàn)礦井巷道的快速掘進(jìn)，大力發(fā)展綜掘機(jī)械是礦井的必然選擇。

懸臂式綜掘機(jī)由于可以實(shí)現(xiàn)煤巖的破碎、裝料、行走，同時(shí)還具有噴霧、降塵等功能，在煤礦井下的應(yīng)用日趨廣泛，懸臂掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)故障會(huì)影響礦井的正常工作安排，甚至可以直接影響礦井的生產(chǎn)[8-9]。山西某礦采用的EBZ-120C懸臂綜掘機(jī)，該設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)的干涉問題，影響礦井巷道掘進(jìn)進(jìn)度，基于此，筆者對(duì)懸臂綜掘機(jī)干涉問題展開研究，以期能更好地促進(jìn)懸臂式綜掘機(jī)在礦井中的應(yīng)用，提升礦井生產(chǎn)效率。

1 懸臂綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)組成

懸臂綜掘機(jī)主要由機(jī)頭的截割部、機(jī)械潤(rùn)滑系統(tǒng)、鏟板部、運(yùn)輸機(jī)、行走部、后支撐部、電氣及控制系統(tǒng)、液壓及控制系統(tǒng)、水系統(tǒng)及其他附屬部件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。綜掘機(jī)工作時(shí)，專職操作司機(jī)在操作臺(tái)上操作相關(guān)的按鈕，實(shí)現(xiàn)懸臂綜掘機(jī)各個(gè)液壓元件的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過改變液壓元件中的流量及壓力，來實(shí)現(xiàn)液壓缸前進(jìn)進(jìn)尺的控制，達(dá)到控制懸臂綜掘機(jī)進(jìn)尺及上下移動(dòng)的目的，懸臂綜掘機(jī)截割部按照預(yù)先設(shè)計(jì)的工藝線路進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次作業(yè)最終切割出了預(yù)先設(shè)計(jì)的巷道斷面。

圖1 懸臂綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)組成

2 懸臂綜掘機(jī)干涉問題分析

2.1 理論分析

EBZ-120懸臂綜掘機(jī)在井下施工過程中，發(fā)現(xiàn)綜掘機(jī)的切割部容易與鏟板部出現(xiàn)干涉，從而時(shí)常造成綜掘機(jī)的截割部與鏟板部局部地方出現(xiàn)損壞，綜掘機(jī)出現(xiàn)故障的頻次增加，掘進(jìn)工作面需要多次井下電焊作業(yè)，設(shè)備維修工作量大，同時(shí)綜掘機(jī)的井下運(yùn)行效率低，月平均進(jìn)尺僅約300 m，達(dá)不到綜合機(jī)械化掘機(jī)施工的平均水準(zhǔn)，而且綜掘機(jī)配件費(fèi)用支出較大。懸臂綜掘機(jī)干涉問題給礦井巷道正常掘進(jìn)及巷道掘進(jìn)安全帶來嚴(yán)重不利影響。圖2為懸臂綜掘機(jī)截割頭尺寸示意圖。

圖2 懸臂綜掘機(jī)截割頭尺寸示意圖

圖2中l(wèi)1表示為掘進(jìn)機(jī)截割壁長(zhǎng)度；l2表示鏟板的長(zhǎng)度；l3表示干涉長(zhǎng)度；l4表示為轉(zhuǎn)載裝置長(zhǎng)度；B1、B2分別表示截割壁厚度以及裝置的厚度；H、H1、H2分別表示為截割頭臥底的深度、截割壁安裝高度、裝置安裝高度；φ1以及φ2分別表示為截割壁以及鏟板的最大運(yùn)動(dòng)范圍。正常工作狀態(tài)時(shí)，綜掘機(jī)截割部A′與鏟板A″之間不發(fā)生干涉，也就是說A′與A″兩點(diǎn)之間的距離D大于0。A′與A″兩點(diǎn)之間的距離D可以由下述公式計(jì)算求得。

(1)

2.2 原因分析

通過對(duì)懸臂式綜掘機(jī)工作原理及井下干涉情況的綜合分析，綜掘機(jī)截割部與鏟板部發(fā)生干涉的主要原因有如下幾點(diǎn)。

設(shè)計(jì)缺陷：井下使用的懸臂綜掘機(jī)切割部限位裝置機(jī)鏟板部均不同程度的存在設(shè)計(jì)缺陷，在對(duì)懸臂綜掘機(jī)切割部及鏟板部設(shè)計(jì)時(shí)僅僅考慮了各自單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性及運(yùn)動(dòng)范圍，忽視了切割部與鏟板部同時(shí)工作中存在軌跡重疊的情況，而且懸臂綜掘機(jī)切割部安設(shè)的防干涉設(shè)備起不到相應(yīng)的防干涉作用，切割部防干涉裝置與鏟板部限位模塊錯(cuò)位，限位裝置不能起到相應(yīng)的保護(hù)作用，引起切割部與鏟板部時(shí)常發(fā)生干涉。

控制精度：懸臂式綜掘機(jī)截割部及鏟板部均采用傳統(tǒng)的液壓油缸設(shè)備調(diào)減設(shè)備對(duì)其的伸縮量進(jìn)行控制，傳統(tǒng)的液壓油缸在具體的工作過程中無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度和運(yùn)動(dòng)位移的精準(zhǔn)控制，這些控制出現(xiàn)的誤差也容易導(dǎo)致設(shè)備的截割部與鏟板部出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

限位匹配：懸臂綜掘機(jī)的鏟板部安裝的限位裝置尺寸設(shè)計(jì)與鏟板不匹配，導(dǎo)致?lián)醢迮c截割部出現(xiàn)干涉。在綜合掘進(jìn)機(jī)具體工作過程中，擋板部在預(yù)先設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)正常的進(jìn)行上下移動(dòng)，截割機(jī)在垂直方向的最下部進(jìn)行臥底切割的同時(shí)鏟板部緩慢的開始向前進(jìn)行移動(dòng)，并達(dá)到臥底最大深度處。在井下對(duì)切割部及鏟板部在這個(gè)階段運(yùn)動(dòng)的情況進(jìn)行仔細(xì)觀察，并測(cè)量切割部液壓油缸隨臥底切割的變化、鏟板部液壓油缸隨鏟板運(yùn)動(dòng)的變化情況，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次的重復(fù)觀測(cè)測(cè)量，最終發(fā)現(xiàn)鏟板液壓油缸伸出0～70 mm范圍、截割部液壓油缸伸出80～250 mm范圍時(shí)，截割部可以實(shí)現(xiàn)最大范圍的垂直和水平移動(dòng)，鏟板部及截割部未出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。當(dāng)鏟板液壓油缸伸出至70～80 mm范圍內(nèi)時(shí)，鏟板與截割部發(fā)生干涉現(xiàn)象，影響綜掘機(jī)的正常運(yùn)行，且截割部與鏟板發(fā)生干涉后，截割部及鏟板均出現(xiàn)不同程度的磨損，當(dāng)多次干涉后，截割部截割頭或者鏟板會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，給礦井巷道的正常掘進(jìn)及井下的安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的不利影響。表1為綜掘機(jī)截割部與鏟板部干涉情況。

表1 綜掘機(jī)截割部與鏟板部干涉情況

3 解決措施與效果分析

3.1 懸臂截割部與鏟板部干涉解決措施

根據(jù)井下實(shí)際條件，在對(duì)懸臂干涉出現(xiàn)原因分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)截割部與鏟板部液壓油缸伸出不同距離干涉發(fā)生情況，提出如下干涉措施。

數(shù)字油缸控制措施:采用更為先進(jìn)的具有能夠精準(zhǔn)控制油缸行程、速度的數(shù)字化油缸替換原有的傳統(tǒng)油缸，數(shù)字油缸的工作原理與傳統(tǒng)油缸相似，但數(shù)字油缸可以實(shí)現(xiàn)油缸扭矩按照一定的比例進(jìn)行擴(kuò)大，從而達(dá)到數(shù)字油缸在一定負(fù)荷狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)，采用計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字油缸代替?zhèn)鹘y(tǒng)油缸后可以對(duì)各運(yùn)動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，從而實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)各運(yùn)動(dòng)單元精準(zhǔn)動(dòng)作的目的，設(shè)備如圖3所示。

圖3 數(shù)字油缸控制示意圖

鏟板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：對(duì)綜掘機(jī)鏟板結(jié)構(gòu)后面的擋煤板限位裝置的尺寸進(jìn)行更為合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)截割部與鏟板出現(xiàn)干涉的原因及擋煤板設(shè)計(jì)的缺陷，將原擋煤板限位裝置的高度降低50 mm，寬度增加50 mm，從而既能達(dá)到限位又能實(shí)現(xiàn)截割部與擋板不干涉的目的。

3.2 效果分析

通過對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造后，綜掘機(jī)的運(yùn)行效率明顯提高，設(shè)備的故障率明顯降低，通過一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，綜掘機(jī)的單月掘進(jìn)速度較改造前提高了將近50%，設(shè)備的故障率降低了約40%，綜掘機(jī)的平均檢修時(shí)間較改造前縮短了將近26%，綜掘機(jī)月配件消耗的金額下降了30%。

通過對(duì)綜掘機(jī)進(jìn)行改造，解決了綜掘機(jī)干涉問題，為保證巷道的安全快速掘進(jìn)創(chuàng)造了有利的條件。效果指標(biāo)見表2。

表2 效果指標(biāo)

4 結(jié)語

懸臂式綜掘機(jī)的使用，增強(qiáng)了礦井巷道的掘進(jìn)效率，使用的綜掘機(jī)若出現(xiàn)干涉問題，則會(huì)制約巷道的高效掘進(jìn)，同時(shí)增加生產(chǎn)投入。文中對(duì)該礦采用的EBZ-120懸臂綜掘機(jī)干涉產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并制定了合理的改造措施，有效地保證了礦井巷道的高效掘進(jìn)。