懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割伸縮臂抱閘裝置的設(shè)計探析

王 宇

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王村煤業(yè)公司，山西 大同 037000）

引言

懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割主要由兩類構(gòu)成，分別是不伸縮與伸縮。伸縮式結(jié)構(gòu)所具有的特征為固定筒體中有伸縮臂滑動，而且有間隙存在于固定筒體和伸縮臂之間。當(dāng)進(jìn)行截割時，因?yàn)樯炜s式結(jié)構(gòu)間隙，所以導(dǎo)致截割部不能均勻受力與振動。由于使用時間逐漸增長，兩者之間的間隙會慢慢變大，產(chǎn)生的脈動沖擊也將逐漸加重。若間隙比較大時，如果不能馬上進(jìn)行處理，就會增加有關(guān)零部件產(chǎn)生嚴(yán)重變形或故障的風(fēng)險。因此，設(shè)計了一款掘進(jìn)機(jī)截割伸縮臂抱閘裝置，該裝置能夠把固定筒體和伸縮臂之間的間隙消除掉[1-3]。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)的截割頭在完成伸縮動作時，抱閘油缸出于不產(chǎn)生推力的狀態(tài)，當(dāng)截割臂進(jìn)行伸縮作業(yè)時，該抱閘油缸會及時產(chǎn)生推力讓掘進(jìn)機(jī)伸縮臂緊貼固定筒體，有效地解決了截割部進(jìn)行左右、上下截割擺臂時對筒體所產(chǎn)生的沖擊及有害振動的問題。

1 抱閘裝置的工作原理和重要的技術(shù)參數(shù)

1.1 工作原理

抱閘裝置由抱閘油缸與抱閘閥組組成。以下元件組成了抱閘閥組，包括蓄能器、邏輯換向閥、單向閥、安全閥等。而且抱閘閥組的作用主要為把壓力油自有油路存在的伸縮油缸中取出來，而且抱閘與松閘可以經(jīng)過蓄能與邏輯控制來完成；蓄能是在其截割頭作出伸縮動作時開始，可是壓力油不能被輸出來；在截割頭停止伸縮動作時，就會使抱閘油缸接收已經(jīng)蓄好的壓力油，有害間隙的消除可以經(jīng)過張緊油缸來實(shí)現(xiàn)。而且抱閘油缸還是雙作用的油缸，小腔與大腔通的分別為大氣與液壓油，而且小腔在通大氣時會把復(fù)位彈簧設(shè)置在內(nèi)。在壓力油不在通過大腔時，此時油缸的狀態(tài)是縮回，對伸縮臂的伸縮沒有影響。在高壓油通過大腔時，就會伸出活塞桿，促進(jìn)固定筒體更貼緊伸縮臂，把其間隙進(jìn)行消除。圖1 為詳細(xì)的液壓原理圖。

圖1 液壓原理圖

以下兩種狀態(tài)就構(gòu)成了其液壓具體的工作原理：

1）在松閘狀態(tài)下，在伸縮其伸縮油缸時，梭閥會把縮回油源或伸出油源從伸縮油缸中輸入至常閉邏輯閥、常開邏輯閥及單向閥。與此同時，先導(dǎo)控制常開邏輯閥的油成高壓，對其彈簧力進(jìn)行克服，向右更換閥芯的方向，而且當(dāng)時是關(guān)閉的狀態(tài)；先導(dǎo)控制常閉邏輯閥的油成高壓，對其彈簧力進(jìn)行克服，向右更換閥芯的方向，此時是打開的狀態(tài)。蓄能器中的壓力油，是經(jīng)過單向閥之后輸送到蓄能器，因?yàn)槌ｉ_邏輯閥為關(guān)閉狀態(tài)，所以，高壓油被蓄能器所儲存。因?yàn)榇蜷_是常閉邏輯目前的狀態(tài)，所以，其大腔是低壓回油，是松閘狀態(tài)。

2）在抱閘狀態(tài)下，在停止伸縮其伸縮油缸時，此時的梭閥油路就是低壓回油，常閉邏輯閥與常開邏輯閥當(dāng)時所處的狀態(tài)分別為打開與關(guān)閉。與此同時，抱閘油缸的大腔會輸入已儲存的高壓油，并且通過蓄能器得以實(shí)現(xiàn)，就是抱閘油缸所處的狀態(tài)是抱閘。

抱閘油缸大腔的油路與安全閥相連，避免其之外的負(fù)載發(fā)生驟變時會導(dǎo)致高壓沖擊產(chǎn)生，對抱閘油缸進(jìn)行保護(hù)。設(shè)置背壓閥的壓力大概是0.05 MPa，避免停機(jī)時間比較長而導(dǎo)致排空液壓油。

1.2 重要技術(shù)參數(shù)（如表1 所示）

表1 抱閘裝置最重要技術(shù)參數(shù)

2 抱閘閥組的構(gòu)成

液壓閥件、抱閘閥塊、蓄能器等構(gòu)成了抱閘閥組。圖2 為其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 抱閘閥組結(jié)構(gòu)示意圖

由圖2 中能夠得知，液壓切換裝置的安裝簡單、體積小、構(gòu)成簡單，連接所有管路的方法也比較簡單。

隔膜式的蓄能器被抱閘閥組所使用，建議容積的大小是0.5 L，N2 用于該蓄能器，計算氣壓值要按照其所處于的液壓體系所在的壓力值。

閥件在該抱閘閥組中都是插裝式閥，鉸刀對所有的閥孔進(jìn)行加工，而且加工的精度非常高。在進(jìn)行設(shè)計時，使用的插裝件要盡可能是相同的供貨商，插孔的大小相同，插孔在加工時要準(zhǔn)備刀具。

3 抱閘油缸的構(gòu)成

從圖3 可以看出，抱閘油缸是雙作用油缸，小腔與大腔通的分別為大氣與液壓油，而且小腔在通大氣時會把復(fù)位彈簧設(shè)置在內(nèi)。襯板、缸筒、碟簧、密封、活塞等組成了抱閘油缸。在缸筒的最底層有一個油口直通油缸的大腔，有外螺紋存在于缸筒的外側(cè)，主要用作安裝抱閘油缸。活塞密封、支撐環(huán)存在于活塞中，用于隔離油缸的大腔與小腔。把碟簧設(shè)置在油缸小腔的內(nèi)側(cè)，主要用作復(fù)位活塞。把黃銅襯板用在和伸縮臂相接觸的地方，以防伸縮臂被劃傷。

圖3 抱閘油缸結(jié)構(gòu)示意圖

4 抱閘裝置的液壓管路

基于圖4 中的方法，把該抱閘裝置接到整個機(jī)器的液壓管路系統(tǒng)。

在圖4 中能夠發(fā)現(xiàn)，伸縮臂油缸的出油口與進(jìn)油口提供了其動力，油壓能夠達(dá)到25 MPa，流量與壓力都特別充足。抱閘閥組提供動力給抱閘油缸，液壓管件把兩者連接起來?；赜凸苈放c低壓回油管路相連接，而且其二者對應(yīng)的分別是爆炸裝置與液壓系統(tǒng)。

圖4 抱閘裝置液壓管路圖

5 工業(yè)性試驗(yàn)效果分析

把當(dāng)作樣品的該抱閘裝置安置于EBZ200 掘進(jìn)機(jī)中。最先使用的時間是2019 年，自2019 年到現(xiàn)在，該裝置一直在正常運(yùn)行，其可以把固定筒體和伸縮臂在滑動的副間隙消除，可以有效防止掘進(jìn)機(jī)截割伸縮臂與筒體沖擊的問題。

6 結(jié)論

1）當(dāng)把抱閘裝置安裝到掘進(jìn)機(jī)截割伸縮臂，抱閘油缸把固定筒體和伸縮臂張緊，使其自動處于貼緊的形態(tài)，可以把固定筒體和伸縮臂在滑動的副間隙消除，可以有效防止掘進(jìn)機(jī)截割伸縮臂與筒體沖擊的問題，特別是巖巷掘進(jìn)。

2）把該裝置換成液壓控制時，不會受限于電氣防爆，其安裝簡單、體積小。關(guān)于井下已經(jīng)采用的固有掘進(jìn)機(jī)一樣適用，能夠把在固有的掘進(jìn)機(jī)截割伸縮處設(shè)置該抱閘裝置，使升級改造固有設(shè)備得以實(shí)現(xiàn)，具有廣闊的市場前景。