趙桂麗

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

對懸臂式掘進(jìn)機(jī)開發(fā)設(shè)計方向的分析

趙桂麗

（久益環(huán)球（佳木斯）采礦設(shè)備有限公司，黑龍江 佳木斯 154003）

摘要：自20世紀(jì)80年代初期，我國大批引進(jìn)煤炭采掘設(shè)備，并通過不斷地消化、吸收，積累了一些設(shè)計經(jīng)驗，使得我國的煤炭采掘設(shè)備得到了長足的發(fā)展。然而在發(fā)展過程中，現(xiàn)有部分產(chǎn)品仍然與國際知名品牌存在一定的差距。因此，如何結(jié)合我國煤炭領(lǐng)域的實際特點，繼續(xù)發(fā)展掘進(jìn)機(jī)技術(shù)，完善懸臂式掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能，使我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)走向一個新的高度則尤為重要。本文筆者即對國內(nèi)、外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行探討，并對我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的未來發(fā)展趨勢展開談?wù)?，以期能夠為我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)未來的開發(fā)設(shè)計方向提供有力的依據(jù)。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)；開發(fā)設(shè)計；發(fā)展趨勢

近些年來，伴隨著我國工業(yè)化發(fā)展水平的不斷提高，國內(nèi)也加強了引進(jìn)煤炭采掘設(shè)備的吸收與消化工作，并且進(jìn)行了積極的自主研發(fā)，可以說現(xiàn)如今，我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的整體技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并能夠基本滿足國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)市場的基礎(chǔ)需求。但部分產(chǎn)品與國際相比仍存在一定的差距。所以，如何縮短這個差距，并且結(jié)合我國煤炭領(lǐng)域的自身特點，加強自主研發(fā)能力，發(fā)展掘進(jìn)機(jī)技術(shù)則具有十分重要的現(xiàn)實意義，也勢必會成為今后懸臂式掘進(jìn)機(jī)開發(fā)設(shè)計的重要方向。以下筆者即結(jié)合個人多年從事懸臂式掘進(jìn)機(jī)開發(fā)設(shè)計的實踐工作經(jīng)驗與相關(guān)參考文獻(xiàn)，從國內(nèi)、外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢入手進(jìn)行粗淺地探討，提出未來我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展方向，從而為懸臂式掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)設(shè)計提供有力的依據(jù)與必要的支持。

1.國外掘進(jìn)機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析

世界第一臺掘進(jìn)機(jī)出自19世紀(jì)70年代的英國，是為了修建一條海底隧道而進(jìn)行生產(chǎn)制造的，而懸臂式掘進(jìn)機(jī)則出自20世紀(jì)30年代的美國，并將這項技術(shù)應(yīng)用到采礦作業(yè)之中，并且通過40余年的不懈努力與研究，英國、蘇聯(lián)、美國、德國、日本等十余個國家先后研制出70多種懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)型，以供生產(chǎn)活動需求。尤其是通過對歷史的分析，我們可以知道，各國在懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研究初期，主要以煤巷作業(yè)為主要對象。中期產(chǎn)品則以截割各種煤炭的中型掘進(jìn)機(jī)為研究對策。而近些年則以中硬巖和工程隧道為作業(yè)對象的重型、全巖巷道掘進(jìn)機(jī)為研究對象。而正是通過人們的不懈努力與研究分析，目前掘進(jìn)機(jī)的適用范圍在不斷地擴(kuò)大，掘進(jìn)斷面在不斷增大，適應(yīng)坡度在不斷提升，截割能力在不斷加強，輔助功能以及智能控制也在不斷提高，從而使懸臂式掘進(jìn)機(jī)在工業(yè)發(fā)展中占據(jù)了越來越重要的地位。

首先，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的適用范圍在不斷擴(kuò)大。懸臂式掘進(jìn)機(jī)原本應(yīng)用在煤巷掘進(jìn)作業(yè)之中，但隨著掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割頭性能被不斷增強，掘進(jìn)機(jī)機(jī)械穩(wěn)定性也在不斷提高，使得懸臂式掘進(jìn)機(jī)可最高截割硬度高達(dá)206MPa的巖石，從而也被廣泛應(yīng)用在礦山、工程隧道、軍工等領(lǐng)域之中；其次，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)斷面與適應(yīng)坡度在不斷提升。為了更好地適應(yīng)礦山巷道以及工程隧道的需要，近些年來，掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)斷面與適應(yīng)坡度都在不斷地提升，以便能夠適用于多種斷面形式之上，并且擁有更好的爬坡能力；再次，懸臂掘進(jìn)機(jī)截割能力在不斷地加強。近些年來，各個掘進(jìn)機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)都加強了掘進(jìn)機(jī)截割能力的研究，進(jìn)而不斷提升截割電機(jī)的功率，尤其是目前絕大多數(shù)的中型掘進(jìn)機(jī)往往采用100kW～200kW之間的電機(jī)，而重型掘進(jìn)機(jī)則采用200kW以上的電機(jī)大大地增強了掘進(jìn)機(jī)的截割能力；最后，輔助功能以及智能控制也在不斷地提高。隨著自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)的自動化程度也在不斷被提高，尤其是遙控操作、截割路徑軌跡顯示、自動定位系統(tǒng)及故障自動診斷系統(tǒng)的應(yīng)用都已經(jīng)使掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)走向了智能化控制階段，并使掘進(jìn)機(jī)技術(shù)發(fā)展邁向了一個全新的臺階。

2.我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

1965年我國開始了對掘進(jìn)機(jī)的研制工作，最初仿制的是蘇聯(lián)制造的JIK-3型掘進(jìn)機(jī)，而在20世紀(jì)80年代，我國通過對英、法、美、德等多個先進(jìn)國家掘進(jìn)機(jī)的大量引進(jìn)，并組織開展了重大技術(shù)引進(jìn)、吸收消化項目，進(jìn)一步推動了我國掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，并且通過不懈地努力，擁有了批量生產(chǎn)掘進(jìn)機(jī)的能力，從而在一定程度上結(jié)束了我國在中、小型掘進(jìn)機(jī)依賴進(jìn)口的不利局面。尤其是自2000年以后，我國在重型掘進(jìn)機(jī)的研制工作上更進(jìn)入到了一個快速發(fā)展階段，研發(fā)了國內(nèi)輕、中、重型和硬巖系列掘進(jìn)機(jī)全新機(jī)型十多種，進(jìn)一步形成了掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品系列化、多功能化的勢態(tài)，如圖1所示。

圖1　掘進(jìn)機(jī)機(jī)型

3.我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)開發(fā)設(shè)計的未來發(fā)展趨勢

3.1 向重型硬巖、全巖掘進(jìn)機(jī)方向發(fā)展

由于科技的不斷進(jìn)步，先進(jìn)截齒的出現(xiàn)，刀耗也在不斷地下降，進(jìn)而使得掘進(jìn)機(jī)在巷道之中能夠比較經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行掘進(jìn)。也正因如此，在未來的掘進(jìn)發(fā)展中，掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)設(shè)計勢必會朝著重型硬巖、全巖巷道掘進(jìn)機(jī)的方向而不斷地發(fā)展，并成為目前市場主流。而為了進(jìn)一步實現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)在硬巖上的經(jīng)濟(jì)截割，可以進(jìn)一步優(yōu)化炮頭的設(shè)計工作，改善截齒排布，提高截齒性能，增強導(dǎo)流板的耐磨性，進(jìn)而科學(xué)地增大掘進(jìn)機(jī)的機(jī)身重量，提高截割功率。

3.2 拓展掘進(jìn)機(jī)技術(shù)在工程、公路隧道等領(lǐng)域上的應(yīng)用

以往懸臂式掘進(jìn)機(jī)多使用在煤炭巷道之內(nèi)，而近些年來，越來越多的懸臂式掘進(jìn)機(jī)被使用在工程、公路隧道、國防地下工程等領(lǐng)域之中，并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。所以，在懸臂式掘進(jìn)機(jī)開發(fā)設(shè)計中，未來的發(fā)展趨勢勢必是不斷提高掘進(jìn)機(jī)的實用型與適應(yīng)性，使其能夠擁有更加強大的破巖能力，并且不斷提高掘進(jìn)施工的安全防護(hù)功能，使其實際使用范圍不斷增大。

3.3 向著多輔助功能的掘進(jìn)機(jī)方向發(fā)展

第一，做好掘進(jìn)機(jī)上配套機(jī)載除塵系統(tǒng)的設(shè)計研究。而做好這點的根本意義在于進(jìn)一步改善作業(yè)環(huán)境，抑制肺吸病原的發(fā)生，擴(kuò)張掘進(jìn)機(jī)的使用范圍。具體除塵設(shè)計方案如下：

除塵方案，包括兩個部分：對本機(jī)進(jìn)行除塵、對外載進(jìn)行除塵。其中，對本機(jī)進(jìn)行除塵則可采用，增加環(huán)噴系統(tǒng)、采用文丘噴嘴、改善內(nèi)噴水稻布置和密封結(jié)構(gòu)，這三種方法；而對外載進(jìn)行除塵則可采用振弦除塵系統(tǒng)。

第二，做好掘進(jìn)機(jī)配套機(jī)械臨時支護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計。而做好這一設(shè)計的根本目的是為了提高施工作業(yè)安全，確保錨桿支護(hù)人員都能夠在安全的防護(hù)條件下進(jìn)行打錨桿作業(yè)。尤其是目前絕大多數(shù)的掘進(jìn)機(jī)制造企業(yè)雖然相應(yīng)的配套了臨時支護(hù)系統(tǒng)，但是效果仍然不是很理想，因為對這方面的設(shè)計研究應(yīng)作為今后開發(fā)設(shè)計的一個要點。

第三，向著自動化、智能化、可視化的安全、節(jié)能、環(huán)保型掘進(jìn)機(jī)方面進(jìn)行研究?？梢哉f伴隨著懸臂式掘進(jìn)機(jī)重型化發(fā)展需求的不斷加劇，對掘進(jìn)機(jī)的控制技術(shù)要求也就越來越高，而在此基礎(chǔ)上不僅僅包括對掘進(jìn)機(jī)方向、斷面、截割自控調(diào)節(jié)的控制，還包括對掘進(jìn)機(jī)機(jī)械性能運行監(jiān)控系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)等方面的控制。因此，在未來的發(fā)展中懸臂式掘進(jìn)機(jī)勢必會向著自動化、智能化、可視化等方面不斷發(fā)展，同時開發(fā)設(shè)計出安全、節(jié)能、環(huán)保的懸臂式掘進(jìn)機(jī)也勢必成為掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的重要方向。

結(jié)語

綜上所述，本文筆者對國內(nèi)、外掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，提出了未來我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢，也是希望通過本文筆者的粗淺闡述能夠為今后懸臂式掘進(jìn)機(jī)的開發(fā)設(shè)計提供一個有力的依據(jù)，能夠為廣大同行在今后的自主研發(fā)過程中提供一個有益的參考借鑒，從而盡快地縮短我國在懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)上與國外先進(jìn)技術(shù)上所存在的部分差距，能夠更加清楚地認(rèn)識到今后努力的方向，從而我國懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的提高，走向一個新的水平高度提供有益的鋪墊。

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