胡亮亮

（潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046205）

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的主要分類(lèi)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是集煤巖破碎、裝載和轉(zhuǎn)運(yùn)為一體的多功能現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，主要用于煤、半煤巖或巖石巷道的掘進(jìn)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)按重量分為特輕型、輕型、中型和重型四類(lèi)，按工作機(jī)構(gòu)截割煤巖的方式不同分為縱軸式和橫軸式掘進(jìn)機(jī)。目前，縱軸式掘進(jìn)機(jī)是我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)的主要設(shè)備，根據(jù)其截割機(jī)構(gòu)能否伸縮，可分為伸縮和不伸縮兩種結(jié)構(gòu)[1]。伸縮結(jié)構(gòu)能夠把截割頭經(jīng)由其伸縮性能，穿入煤壁，此時(shí)不需要掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，便可給予較強(qiáng)的鉆進(jìn)力，此外如若掘進(jìn)機(jī)還擁有伸縮結(jié)構(gòu)，那么將便于掏柱窩、挖水溝和通過(guò)懸臂伸縮輔助掘進(jìn)機(jī)調(diào)動(dòng)，適應(yīng)性更好[2]。沒(méi)有伸縮結(jié)構(gòu)的采掘機(jī)在施工作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)輔助行走機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，才能將截割頭傳入煤壁。此時(shí)進(jìn)行截割作業(yè)，采掘機(jī)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行經(jīng)常的調(diào)整，其嚴(yán)重?fù)p壞了巷道底板。另外，由于履帶機(jī)構(gòu)的動(dòng)豁著系數(shù)小于靜豁著系數(shù)，在巖巷掘進(jìn)，尤其是大坡度巖巷掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)履帶更易打滑，從而導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)不能滿足正常工作的要求。

掘進(jìn)機(jī)伸縮結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，可靠性不高，掘進(jìn)機(jī)甚至?xí)霈F(xiàn)扭轉(zhuǎn)力矩現(xiàn)象，這是由于截割頭（縱軸式掘進(jìn)機(jī)）的供給力度較大。當(dāng)前，半煤巖巷掘進(jìn)機(jī)（中小功率）占據(jù)了我國(guó)縱軸掘進(jìn)機(jī)（可伸縮式）的重要市場(chǎng)，其中巖巷重型掘進(jìn)機(jī)（大功率）則選擇了不可伸縮式[3]。

2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)用伸縮結(jié)構(gòu)

圖1 套筒伸縮式懸臂

目前，國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)截割伸縮結(jié)構(gòu)主要采用套筒伸縮式，見(jiàn)圖1。截割減速器和截割電機(jī)相對(duì)固定不動(dòng)，軸向伸縮主要基于套筒式伸縮臂完成。伸縮臂的組成通常包括外筒、保護(hù)筒、花鍵套、伸縮油缸、主軸、內(nèi)筒、導(dǎo)向塊以及導(dǎo)向鍵，基于伸縮油缸的指引和帶動(dòng)，截割頭、主軸、內(nèi)筒和保護(hù)筒可沿軸向伸縮，伸縮內(nèi)筒和花鍵套與減速器聯(lián)接相對(duì)固定不動(dòng)，導(dǎo)向鍵起內(nèi)筒和保護(hù)筒的周向定位和伸縮導(dǎo)向作用。該種截割伸縮結(jié)構(gòu)在200 kW 以上大功率重型巖巷掘進(jìn)機(jī)中至今未被采用，分析原因有以下幾點(diǎn)：

1）懸臂為套筒伸縮式，套筒置于截割頭后端，限于尺寸要求，套筒不能設(shè)計(jì)過(guò)大，套筒伸出時(shí)剛性不足，抗振能力差。

2）各套筒之間浸油潤(rùn)滑，套筒伸出工作時(shí)，由于振動(dòng)大，密封容易失效，且密封件更換困難；另外伸縮套筒需使用透氣塞透氣，如若透氣塞出現(xiàn)擁堵?tīng)顩r，則會(huì)造成過(guò)高的內(nèi)腔壓力，使得密封功能得到損毀。一旦密封性受損，灰塵更加容易進(jìn)入套筒中，進(jìn)而損毀伸縮套筒。

3）懸臂套筒置于工作機(jī)構(gòu)前端，工作環(huán)境惡劣，套筒鍍鉻表面極易被碎石砸壞剝落，導(dǎo)致套筒伸縮副損壞。

4）套筒伸縮時(shí)，主軸尾端花鍵為動(dòng)聯(lián)接，在重載荷作用下移動(dòng)，花鍵容易過(guò)度磨損[4]。

5）導(dǎo)向塊和導(dǎo)向鍵受結(jié)構(gòu)所限，尺寸較小，在沖擊振動(dòng)載荷下容易變形開(kāi)焊。

3 新型伸縮形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決套筒伸縮形式在大功率重型巖巷掘進(jìn)機(jī)無(wú)法使用的問(wèn)題，現(xiàn)設(shè)計(jì)一種新型伸縮結(jié)構(gòu)，伸縮形式采用矩形伸縮結(jié)構(gòu)，如圖2 所示，伸縮結(jié)構(gòu)位于整個(gè)截割部尾端，方箱式叉形架和固定在截割減速器及截割電機(jī)外殼上的方形內(nèi)殼體構(gòu)成伸縮副。方箱式叉形架聯(lián)接在掘進(jìn)機(jī)機(jī)身的回轉(zhuǎn)臺(tái)上，伸縮時(shí)通常不動(dòng)，基于雙伸縮油缸的指引和帶動(dòng)，截割臂、截割頭、截割電機(jī)、截割減速器共同完成伸縮。

方箱式叉形架和方形內(nèi)殼體位于整個(gè)截割部尾端，結(jié)構(gòu)尺寸受截割頭尺寸限制小，結(jié)構(gòu)尺寸遠(yuǎn)大于前端布置的圓形套筒，可解決伸出工作時(shí)剛性和強(qiáng)度不足問(wèn)題。方箱式伸縮副采用開(kāi)式結(jié)構(gòu)，摩擦副銼基脂潤(rùn)滑，不存在密封易損壞問(wèn)題。伸縮時(shí)，截割電機(jī)和截割減速器隨截割頭一起伸縮，主軸花鍵不再參與伸縮，由動(dòng)聯(lián)接變?yōu)殪o聯(lián)接，可靠性大幅提高；雙伸縮油缸布置，推力大，伸縮副受載相對(duì)均勻平穩(wěn)，偏磨小。

該伸縮形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度大、可靠性高，但方箱結(jié)構(gòu)加工工藝性較差，伸縮副如采用全面積接觸很難保證。為解決工藝性問(wèn)題，分別設(shè)計(jì)耐磨條及耐磨塊。耐磨塊與耐磨條之間間隙通過(guò)壓塊可調(diào)，以保證安裝后伸縮順暢、承載均勻無(wú)偏磨，且便于使用過(guò)程中適度磨損后間隙補(bǔ)償和過(guò)度磨損后更換耐磨塊。耐磨塊和耐磨條使用具有一定自潤(rùn)滑能力的高強(qiáng)度耐磨材料，摩擦因數(shù)低，使用銼基脂潤(rùn)滑，注油方式采用集中潤(rùn)滑。

3.2 矩形伸縮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析

在矩形伸縮結(jié)構(gòu)中，叉形架承受截割頭工作時(shí)的反向載荷，載荷通過(guò)耐磨塊與耐磨條之間的壓力傳遞。叉形架等主要受力結(jié)構(gòu)件受空間限制較小，通過(guò)設(shè)計(jì)很容易滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一種新型伸縮結(jié)構(gòu)，在改善伸縮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的基礎(chǔ)上，通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)解決了方箱式結(jié)構(gòu)加工工藝性差的問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)分析，確保該結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性，為解決巖巷縱軸掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸臂伸縮功能的問(wèn)題提供了新的思路。