KC-80C礦用鏈?zhǔn)介_槽機的研制與應(yīng)用

郝巧梅　李玉存　李莎　郝慧芬　李波

摘 要：依據(jù)煤礦環(huán)境和工況需求，分析煤及巖體的硬度、巷道結(jié)構(gòu)等研制了國內(nèi)首套KC-80C型礦用鏈?zhǔn)介_槽機，將動力系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、截割部和伸縮旋臂機構(gòu)等集成于車輛底盤之上，結(jié)構(gòu)緊湊。通過在大柳塔煤礦現(xiàn)場試驗，結(jié)果表明：KC-80C礦用鏈?zhǔn)介_槽機可在2

關(guān)鍵詞：礦用開槽機 伸縮旋轉(zhuǎn)臂 鏈?zhǔn)浇馗畈?膠輪式

1 引言

隨著煤礦回采技術(shù)和先進(jìn)掘進(jìn)技術(shù)裝備的大量應(yīng)用，為了確保機械化礦井快速推進(jìn)的需要，聯(lián)絡(luò)巷道封堵、通風(fēng)、排水，經(jīng)常都需要開鑿大量的防火墻密閉墻槽口和抽水泵窩則等工作，以往沒有合適的專用工具或機械設(shè)備，密閉墻開槽、挖水溝通常采用風(fēng)鎬和刨錘手工作業(yè)方式，由于井下地質(zhì)條件不同，需要開槽的地方有全煤、半煤巖、全巖巷道等，這些煤及巖體硬度較高，均達(dá)到f＞4，機械化程度低，人工勞動強度大，效率非常低，掏槽質(zhì)量無法到達(dá)設(shè)計要求，掏頂槽更加困難，垮落的大塊物容易傷人，而且高空作業(yè)有較大的安全隱患，同時嚴(yán)重制約了綜采工作面的回采速度和連掘面的掘進(jìn)進(jìn)度。

近幾年根據(jù)智能化礦井減人增效、機器替代人工作業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，徹底解放高強度人工勞動，同時為了提高工作面永久密閉墻體的質(zhì)量，防止采空區(qū)漏風(fēng)遺留煤著火，確保下一個工作面正常安全運行。2018年至今國內(nèi)有幾家企業(yè)在跟進(jìn)研發(fā)滿足機械化開槽的設(shè)備，結(jié)構(gòu)為電動履帶式行走，雖實現(xiàn)了開槽機械化，但整體設(shè)備功率小效率低，使用時需外接電源，上下井轉(zhuǎn)場不方便。為了加快煤礦智能化建設(shè)，2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、應(yīng)急管理部、國家煤礦安全監(jiān)察局、工業(yè)和信息化部、財政部等八部委出臺了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確指出智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，制定了煤礦智能化發(fā)展的原則、目標(biāo)、任務(wù)和保障措施。鄂爾多斯市智博機械制造有限責(zé)任公司響應(yīng)煤礦智能化建設(shè)自主研制了KC-80C礦用智能開槽機，該設(shè)備集成于車輛底盤上，可充分發(fā)揮車輛機動性強、截割效率高和使用方便的優(yōu)勢，其截割功率可達(dá)80 kw，可適用于各類需要開槽的全煤、半煤巖、全巖巷道等地方，開槽高度可達(dá)6 m，360 °伸縮回轉(zhuǎn)臂，可實現(xiàn)開槽一次成型，截割作業(yè)采用遙控操作，可視性好無視角盲區(qū)。

2 礦用鏈?zhǔn)介_槽機總體方案設(shè)計

本開槽機的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由車輛覆蓋件總成、伸縮旋臂、防爆發(fā)動機系統(tǒng)、電氣設(shè)備、液壓系統(tǒng)、底盤、行走機構(gòu)、支腿、支頂油缸、鏈?zhǔn)浇馗畈俊⒒剞D(zhuǎn)臺、滑軌等組成。開槽機將動力系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)和旋臂截割機構(gòu)等集成于底盤機架上，結(jié)構(gòu)緊湊，有效減小整機尺寸，有利于開槽機在礦井下的轉(zhuǎn)場移動。

3 礦用智能開槽機主要結(jié)構(gòu)

3.1 行走機構(gòu)

現(xiàn)有市面上使用的開槽機普遍采用電動履帶式行走方式，工作時需外接電源不能滿足煤礦上下井遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)場工況需求。本文研究的開槽機采用礦用防爆國三電噴柴油機為動力源液力傳動，阻燃橡膠實心輪胎起到支承整機重量及行走，柴油動力的設(shè)備更加機動靈活，不需借助其它輔助設(shè)備或外部電纜，即可在巷道內(nèi)自主行走，對外部環(huán)境要求低，特別適用于轉(zhuǎn)場頻繁及遠(yuǎn)距離巷道。采用行走方便的無軌膠輪替代履帶式行走，可在坡度不大于±14°的煤及半煤巖巷道中行走，最高行走速度可達(dá)18 Km/h，節(jié)省了行走時間和接電準(zhǔn)備工作，提高了效率，同時有效的避免履帶對巷道底板的損壞，更加符合礦井環(huán)境空間的要求。依靠液壓馬達(dá)通過分動器傳動軸驅(qū)動車輪的四輪驅(qū)動行走，由前轉(zhuǎn)向驅(qū)動橋、后驅(qū)動橋、分動器、傳動軸、液壓馬達(dá)、多片濕式制動器組成。

（1）行走馬達(dá)的驅(qū)動力先經(jīng)減速器、傳動軸傳遞到前（后）驅(qū)動橋，再經(jīng)差動齒輪、輪邊減速器以大轉(zhuǎn)矩傳遞給車輪。

（2）1檔P1脫開，2檔與同步器嚙合，車輛高速行駛。

（3）當(dāng)變速轉(zhuǎn)換手柄置于低速位置時，變速器內(nèi)的2檔與同步器脫開，1檔齒輪與同步器嚙合，車輛低速行駛。

3.2 支撐機構(gòu)

支撐機構(gòu)由底盤機架和支頂油缸兩部分組成，底盤機架兩側(cè)裝有4個液壓支腿，用以支撐整機，底盤上部裝有支頂油缸主要壓緊穩(wěn)固整機。前端裝有發(fā)動機大梁用于固定防爆發(fā)動機。下部裝有驅(qū)動橋均衡鉸接架/（驅(qū)動橋支座）用于固定行走裝置。支腿油缸和支頂油缸穩(wěn)定的固定在巷道內(nèi)，如圖2所示，截割作業(yè)時，有效的杜絕截割部工作時產(chǎn)生的機械振動、反沖擊力，使設(shè)備整體顫動，移位的問題。

3.3 伸縮旋轉(zhuǎn)臂

為了減少掏槽機的載荷，提高生產(chǎn)能力，一般針對不同煤層應(yīng)采用不同的截割順序，要求截割臂能在巷道內(nèi)操作靈活。一般情況下正確的截割順序：截割半煤巖時，應(yīng)先截割煤體再截割巖體，既按先軟后硬的程序；對于較均勻的中硬煤層，應(yīng)先割左右壁槽，再割頂槽，最后掏底槽，截割時由下向上依次截割到要求深度，然后向上截割剩余部分；對于硬巖（煤），采取少進(jìn)刀量慢移動多次數(shù)的截割順序。針對以上情況，伸縮旋轉(zhuǎn)臂驅(qū)動設(shè)計成由上下兩部分，下部為滑軌滑鞍，上部為回轉(zhuǎn)減速機、轉(zhuǎn)臺、旋臂?；壙v向移動行程可達(dá)0.65 m，滑鞍在滑軌上左右移動行程0.8 m，滑鞍左右設(shè)有支重輪和導(dǎo)向輪，確?；笆冀K沿滑軌中心移動。轉(zhuǎn)臺由回轉(zhuǎn)減速器驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)180°，旋轉(zhuǎn)大臂結(jié)構(gòu)為套筒式，外套筒固定在主軸卡座上固定不動，內(nèi)套伸縮臂由內(nèi)置油缸控制伸縮，根據(jù)巷道高度自由調(diào)節(jié)伸縮量。伸縮截割大臂由雙馬達(dá)輸出端小齒輪傳動主軸大齒輪作360°旋轉(zhuǎn)，鏈?zhǔn)浇馗畈颗c旋轉(zhuǎn)臂用搖臂鉸接，由油缸控制，可向下彎曲80°，可以截割不同斷面上下左右的基質(zhì)，通過左右移動滑鞍、伸縮副臂、截割部彎曲，滿足不同斷面掏槽作業(yè)，如圖3所示。

3.4 鏈?zhǔn)浇馗畈?/p>

本開槽機切割部采用鏈?zhǔn)津?qū)動截割，主要由截割鏈條、鏈輪、左右滾筒、驅(qū)動軸、截割橫軸、截齒、驅(qū)動馬達(dá)、張緊油缸、機架組成。由雙馬達(dá)驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸中安裝的鏈輪，以驅(qū)動截割鏈條旋轉(zhuǎn)，同時由截割鏈條兩側(cè)伸出的銷軸帶動滾筒同步旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行截割作業(yè)，截割部的蓋板鏈條及截割滾筒上均設(shè)置了截齒，截割部可直接深入截割面，截割深度可一次成型，無需左右擺動截割部，截割面平整。鏈?zhǔn)浇馗畈孔畲蟮膬?yōu)點是能一次性開槽成形，槽口質(zhì)量好，效率高。在液控?fù)Q向閥反饋油口連接主泵負(fù)載模塊外接口上，截割過程中壓力變化隨時反饋到主泵，從而保證截割功率不變。切割部機頭從動橫軸兩邊裝有截割輪，截割輪內(nèi)側(cè)安裝驅(qū)動鏈輪，由截割鏈條兩側(cè)伸出的銷軸帶動滾筒同步旋轉(zhuǎn)進(jìn)行截割作業(yè)，開式鏈傳動在開槽作業(yè)中有效防止夾入煤或異物過載損壞鏈條。齒座焊接在特制的鏈條蓋板上，截齒插入齒座內(nèi)由卡簧固定方便更換。

4 礦用智能開槽機液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是開槽機的核心，其性能優(yōu)劣直接影響到開槽機的整體性能和可操作性，此液壓系統(tǒng)動力源為一臺雙聯(lián)高壓柱塞泵，由防爆發(fā)動機來驅(qū)動，主泵采用負(fù)載敏感自動變量泵，與它串聯(lián)的副泵單獨工作，系統(tǒng)總體分為三大部分，車輛行走和截割為主體部分，由主泵供油。先導(dǎo)手柄控制、滑軌油缸控制、截割部油缸控制、伸縮臂油缸控制、轉(zhuǎn)臺滑移油缸控制、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制、大臂回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制、車輛制動控制為第二個主體部分，由副泵供油。車輛四條支腿油缸控制、支頂油缸控制、支頂架升降油缸控制為第三部分，由副泵供油。

5 開槽機煤礦應(yīng)用

2019年5月13日-27日在大柳塔煤礦56煤六盤區(qū)輔運37聯(lián)巷掏設(shè)一座水泵窩（尺寸1 ×1.5 ×1 m）窩底0.6 m，輔運2聯(lián)巷掏頂槽（尺寸0.6×0.8×0.5m），五盤區(qū)7.5 m處掏頂槽（尺寸6 ×1 ×1 m），52504運順機頭擴幫掏槽，52煤延伸回風(fēng)大巷頂幫掏槽（尺寸6 ×3 ×5 m）。經(jīng)過使用測試KC-80C礦用智能開槽機可滿足不同硬度煤層硬度的開槽，開槽效率平均可達(dá)4.7 m?/h，在巷道內(nèi)伸縮旋轉(zhuǎn)臂可靈活動伸縮轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)臂，一次性完成開槽任務(wù)。初次測試時鏈?zhǔn)浇馗畈块_槽時容易夾煤，影響開槽性能，將鏈?zhǔn)浇馗畈康拈]式驅(qū)動改成開式驅(qū)動，消除夾煤現(xiàn)象。

6 結(jié)論

（1）自制13噸底盤，采用2套動力系統(tǒng)，切割功率可達(dá)80 Kw，截割部采用蓋板鏈條傳動截割技術(shù)，傳動鏈輪設(shè)置在左右截割輪內(nèi)側(cè)由截割鏈條兩側(cè)伸出的銷軸驅(qū)動，有效避免截割過程中鏈輪夾煤卡死造成設(shè)備損壞。鏈條上的截齒可截割掉煤層中間的基質(zhì)，無需左右擺動截割部，整個截割部可深入作業(yè)面一次成型，截面平整、效率高。

（2）研制的伸縮旋轉(zhuǎn)臂可向下擺動80°，伸縮截割大臂回轉(zhuǎn)360°，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180°，滑軌滑鞍可沿著縱向和橫向移動，可切割左右上下四周煤壁基質(zhì)，動作靈活、效率高。

（3）傳統(tǒng)人工開一道寬0.5 m、深0.5 m、高3.5 m的防火密閉槽，需要兩個人，六個班完成，平均一天兩個班，采用智能旋臂開槽機，1人遙控作業(yè)，20分鐘完成，效率是人工數(shù)十倍。

（4）由雙作用油缸控制的開槽截割作業(yè)支撐機構(gòu)，截割工作時設(shè)備的穩(wěn)定性更加安全可靠，有效的杜絕截割部工作時產(chǎn)生的機械振動、反沖擊力，使設(shè)備整體顫動，移位的問題。

（5）采用無線遙控智能化操作模式，人員可遠(yuǎn)距離遙控操作，直接面對工作面，無視野盲區(qū)，安全性高。

基金項目：內(nèi)蒙古自治區(qū)科技廳關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目“礦用旋臂智能銑刨機的研制與應(yīng)用”（基金編號：021GG0189）；鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院汽車技術(shù)教科研創(chuàng)新團(tuán)隊；鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院產(chǎn)教融合協(xié)同育人創(chuàng)新團(tuán)隊。

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