張洋 王德剛 宋揚(yáng) 劉加明 高勇

摘要：介紹一種新型煤礦井下使用的側(cè)臥式挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)應(yīng)用液壓傳動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)巷道拉底和清理設(shè)備下方的浮貨浮煤工作，能替代人工清煤浮貨，且安全高效能完成巷道標(biāo)準(zhǔn)化工作。尤其是該挖掘機(jī)可俯臥旋轉(zhuǎn)70°角，操作靈活簡(jiǎn)便，可減輕煤礦井下作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，促進(jìn)煤礦高效安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：側(cè)臥挖掘機(jī);千斤頂;高效節(jié)能

前言：

在現(xiàn)代化的煤礦生產(chǎn)礦井中，在面對(duì)煤礦井下運(yùn)輸設(shè)備下方出現(xiàn)的浮貨、浮煤及巷道出現(xiàn)的底鼓等問題，以往的煤礦作業(yè)均是由人工進(jìn)行清掃、清除、拉底作業(yè)，既費(fèi)時(shí)間又耗費(fèi)人力、物力。尤其是在運(yùn)行的膠帶輸送機(jī)等設(shè)備下方清掃作業(yè)時(shí)，必須停機(jī)停器，確保設(shè)備停機(jī)無(wú)誤后，才能人工進(jìn)行清掃。停機(jī)作業(yè)，會(huì)中斷膠帶運(yùn)輸煤炭的生產(chǎn)時(shí)間，影響礦井生產(chǎn)效率。針對(duì)這一難題，鐵煤集團(tuán)大興礦設(shè)計(jì)加工制作一種新型煤礦用側(cè)臥挖掘機(jī)（以下簡(jiǎn)稱側(cè)臥挖掘機(jī)）解決了上述難題。該機(jī)具有運(yùn)行平穩(wěn)、動(dòng)作可靠、除貨拉底效率高等優(yōu)點(diǎn)。

1 側(cè)臥挖掘機(jī)設(shè)計(jì)要求

1.1側(cè)臥挖掘機(jī)使用要求

由于井下工作環(huán)境的特殊性和設(shè)備運(yùn)輸煤炭的復(fù)雜性。對(duì)側(cè)臥挖掘機(jī)提出更多要求，要求側(cè)臥挖掘機(jī)不僅能挖掘和清除巷道底部的浮貨和浮煤，還要能清除設(shè)備下方、人員不能進(jìn)入及犄角旮旯等地點(diǎn)的浮貨和浮煤。這就要求側(cè)臥挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)高度不能超過1.6m，臥底深度不能小于500mm，且讓側(cè)臥挖掘機(jī)的動(dòng)臂像人的手臂一樣旋轉(zhuǎn)自如，挖鉤到設(shè)備最低處最難觸碰到的地點(diǎn)浮貨浮煤。

1.2側(cè)臥挖掘機(jī)性能要求

側(cè)臥挖掘機(jī)除具有掘進(jìn)機(jī)的挖掘、清底功能外，增加了側(cè)臥清貨功能，它具有使用靈活、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，適用于空間狹小的施工作業(yè)地點(diǎn)，保養(yǎng)、維護(hù)和運(yùn)輸方便，可在膠帶輸送機(jī)下方清理浮煤浮貨及煤矸石。

2 側(cè)臥挖掘機(jī)工作原理及技術(shù)參數(shù)

2.1工作原理

側(cè)臥挖掘機(jī)是利用液壓傳動(dòng)原理進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作的執(zhí)行，液壓動(dòng)力源取自煤礦井下的液壓泵站，驅(qū)動(dòng)各種千斤頂做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)側(cè)臥挖掘機(jī)動(dòng)臂和鏟斗進(jìn)行回轉(zhuǎn)、伸縮、側(cè)臥、挖掘、裝貨及清掃運(yùn)動(dòng)。

2.2技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)有：側(cè)臥挖掘機(jī)整機(jī)重1200kg，長(zhǎng)寬高1400mm×600mm×1600mm，鏟斗長(zhǎng)寬高550mm×400mm×400mm，鏟斗容量0.085m，鏟斗挖掘力196KN，動(dòng)臂轉(zhuǎn)角70°，泵站壓力31.5Mpa，流量400L/min。最深挖掘深度700mm，最大挖掘半徑4000mm，最小回轉(zhuǎn)半徑1800mm;底座長(zhǎng)寬高1400mm×600mm×400mm。

3 側(cè)臥挖掘機(jī)簡(jiǎn)介

3.1側(cè)臥挖掘機(jī)各部分組成

側(cè)臥挖掘機(jī)由底座、側(cè)臥架、圓形回轉(zhuǎn)臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臂、可伸縮的推拉千斤頂、鏟斗、膠管和操縱機(jī)構(gòu)組成。

3.2側(cè)臥挖掘機(jī)功能

側(cè)臥挖掘機(jī)利用液壓動(dòng)力源執(zhí)行各部千斤頂?shù)幕剞D(zhuǎn)、推拉、挖掘動(dòng)作。底座可直接安裝在設(shè)備下方，底座上的回轉(zhuǎn)臺(tái)通過回轉(zhuǎn)千斤頂能向兩側(cè)各旋轉(zhuǎn)70°，使鏟斗的回轉(zhuǎn)半徑達(dá)到4m;側(cè)臥架通過側(cè)臥千斤頂動(dòng)作達(dá)到側(cè)臥260mm，且能使鏟斗臥底700mm深，可伸縮的推拉千斤頂（動(dòng)臂油缸）布置在動(dòng)臂下方，實(shí)現(xiàn)挖掘機(jī)的伸臂、收臂、挖鉤、斗桿和清掃貨物功能。

3.3側(cè)臥挖掘機(jī)的各種千斤頂行程

伸縮千斤頂行程400mm;回轉(zhuǎn)千斤頂行程400mm;動(dòng)臂1千斤頂行程310mm;動(dòng)臂2千斤頂行程400mm;斗桿千斤頂行程400mm;鏟斗千斤頂行程390mm。

3.4側(cè)臥挖掘機(jī)強(qiáng)度校核

使用液壓泵站作為動(dòng)力源，液壓泵站調(diào)定壓力為10MPa，缸徑100mm，活塞桿直徑70mm，伸縮長(zhǎng)度400mm的千斤頂。

3.4.1千斤頂推力與拉力進(jìn)行校核

F=PS=ΠdP/4=3.14×100×10×10×10/4=78.5KN

F=PS=Π（D-d）P/4=3.14×（100-70）×10×10×10/4=40KN

鏟斗容積為0.085M物料比重為1.8×10KG/ M則每斗重量m=ρv=0.085×1.8×10=153KG

由于側(cè)臥挖掘機(jī)主要使用千斤頂做推拉工作，通過上面計(jì)算，推力大于鏟斗裝貨的重量，故滿足要求。

3.4.2焊縫焊接強(qiáng)度校核

側(cè)臥挖掘機(jī)采用16mmQ235鋼板焊接，各個(gè)千斤頂支撐連接耳座焊縫強(qiáng)度最弱，耳座大小長(zhǎng)*寬*高均為200mm*16mm*200mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》16mmQ235鋼板許用拉應(yīng)力【σ、t】=235MPa

由公式σ=F/Lδ≤【σ、t】得F= Lδ【σ、t】式中以知焊縫長(zhǎng)度L=200mm=20cm，δ=16mm=1.6cm 【σ、t】=235MPa=2350kgf則F=20×1.6×2350=75200kgf=75200×9.8=736960N≈737KN

通過核算焊縫焊接抗拉強(qiáng)度大于千斤頂?shù)耐屏εc拉力，故強(qiáng)度滿足要求。

4 側(cè)臥挖掘機(jī)優(yōu)點(diǎn)及效果：

側(cè)臥挖掘機(jī)動(dòng)作平穩(wěn)可靠，操作簡(jiǎn)單，能獨(dú)立完成清煤、除貨和裝貨工作。可一人獨(dú)立操作，即節(jié)省了人力，又提高了工作效率。該機(jī)可在運(yùn)轉(zhuǎn)的膠帶輸送機(jī)下方進(jìn)行清理浮貨浮煤工作，減少了以往人員在膠帶輸送機(jī)下方處理浮貨浮煤必須停器作業(yè)而影響生產(chǎn)的時(shí)間。使用側(cè)臥挖掘機(jī)是機(jī)械化替代人工作業(yè)的新方法，該機(jī)既能確保作業(yè)人員的人身安全，又能避免了在犄角旮旯作業(yè)地點(diǎn)出現(xiàn)的頂板冒落和片幫帶來(lái)的安全隱患。

4.1側(cè)臥挖掘機(jī)具體優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)單，只需一人即可完成清煤清貨作業(yè)。

（2）清煤清貨拉底速度快，減少清煤拉底的復(fù)雜工序。

（3）機(jī)械化作業(yè)，提高工時(shí)利用率。

（4）高效率拉底清貨作業(yè)可有效地減少和避免了中斷影響生產(chǎn)的時(shí)間。

4.2側(cè)臥挖掘機(jī)應(yīng)用效果和注意事項(xiàng)

4.2.1側(cè)臥挖掘機(jī)具體應(yīng)用效果

2019年3月，該機(jī)在鐵煤集團(tuán)大興煤礦S2-903運(yùn)順使用后，節(jié)省人力同時(shí)減輕了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，是機(jī)械化清除浮貨和堆積煤矸石的高效設(shè)備。該機(jī)自投入使用以來(lái)，提高了巷道拉底和膠帶輸送機(jī)下方的清貨清煤工作效率，受到井下作業(yè)單位的一致認(rèn)可，值得在各大煤礦推廣和使用。

4.2.2側(cè)臥挖掘機(jī)操作注意事項(xiàng)

（1）操作前檢查泵站是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，檢查油箱油質(zhì)是否合格。

（2）操作前檢查各傳動(dòng)部件是否連接可靠。

（3）操作前檢查液壓系統(tǒng)管路連接是否正確、到位，U型銷是否齊全可靠。

（4）操作時(shí)要時(shí)刻注意運(yùn)行狀態(tài)，是否有刮卡現(xiàn)象。

（5）操作前檢查作業(yè)地點(diǎn)環(huán)境是否暢通，回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)是否有障礙物。

結(jié)束語(yǔ)：

目前，我國(guó)煤炭企業(yè)在安全生產(chǎn)過程中，仍有很多需靠人工完成搬運(yùn)、清理浮煤浮貨的工作，怎樣通過先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)出適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備，是擺在礦山技術(shù)人員面前需要長(zhǎng)期探索的課題，該新型側(cè)臥挖掘機(jī)運(yùn)用人的手臂動(dòng)作機(jī)理，巧妙地設(shè)計(jì)出側(cè)臥、挖掘、旋轉(zhuǎn)、清掃、裝運(yùn)煤矸等多項(xiàng)功能，替代了人工清貨拉底工作，清貨拉底的速度較快，達(dá)到了清煤拉底的機(jī)械化和高效率，同時(shí)能保證作業(yè)人員的人身安全，鑒于該設(shè)備的諸多優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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[1]? 雷天覺 《新編液壓工程手冊(cè)》北京理工大學(xué)出版社

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[4]? 徐灝.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》? 北京機(jī)械工業(yè)出版社

[5]? 何存興.《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》.武漢：華中科技大學(xué)出版社

作者簡(jiǎn)介：張洋，（1980-12-），男，遼寧省法庫(kù)縣人，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師，2016年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，從事煤礦機(jī)械制造研究，現(xiàn)任鐵法能源公司大興煤礦綜檢車間主任。曾在多種煤炭專業(yè)雜志上發(fā)表多篇技術(shù)論文。

（作者單位：1.鐵法能源公司大興煤礦;2.鐵法能源公司大隆煤礦）