楊志丹

摘 要：本文主要分析了基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)的研發(fā)問(wèn)題，其次對(duì)總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)方面的問(wèn)題進(jìn)行闡述，通過(guò)相關(guān)分析希望進(jìn)一步提高懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)研發(fā)水平，在保障作業(yè)平臺(tái)安全可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)支護(hù)工序的協(xié)調(diào)性以及架棚支護(hù)挑梁作業(yè)的機(jī)械化轉(zhuǎn)型，僅供參考。

關(guān)鍵詞：懸臂式掘進(jìn)機(jī);機(jī)載;支護(hù)作業(yè)平臺(tái)

1 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

整套基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)無(wú)論是對(duì)技術(shù)參數(shù)的選取，工藝設(shè)計(jì)還是方案設(shè)計(jì)均應(yīng)當(dāng)符合現(xiàn)行《煤礦安全規(guī)程》以及《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求。以EBZ懸臂式掘進(jìn)機(jī)為例，整套基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)放置于掘進(jìn)機(jī)機(jī)身上，融合踏踩承載以及機(jī)械挑頂?shù)裙δ?，技術(shù)參數(shù)以及材料的選取應(yīng)當(dāng)完全符合煤礦巷道掘進(jìn)工藝的要求，以及斷面施工架棚支護(hù)流程。除此以外，在基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)上所配備的挑梁器應(yīng)當(dāng)能夠借助懸臂式掘進(jìn)機(jī)懸臂升降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的挑梁作業(yè)。最后一點(diǎn)，在懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割作業(yè)的過(guò)程中，整個(gè)基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)保持回縮狀態(tài)且不會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)正常掘進(jìn)作業(yè)的開展產(chǎn)生影響，同時(shí)在架棚支護(hù)環(huán)節(jié)該基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)應(yīng)當(dāng)完全伸出，以支持踏踩承載以及機(jī)械挑頂?shù)裙δ艿捻樌麑?shí)現(xiàn)。

1.2 總體結(jié)構(gòu)

整套懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要包括基座、一級(jí)平臺(tái)、二級(jí)平臺(tái)、側(cè)翼平臺(tái)以及挑梁器這幾個(gè)部分。在懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行截割作業(yè)的過(guò)程中，基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)處于縮回靜止?fàn)顟B(tài)，基座固定在懸臂上。一級(jí)平臺(tái)配備有兩個(gè)液壓缸，分別設(shè)置在基座1#的左右兩側(cè)，平臺(tái)前端與活塞桿端部采取鉸接方式鏈接，以確保鏈接的可靠性。二級(jí)平臺(tái)配備一個(gè)液壓缸，缸體與一級(jí)平臺(tái)固定，平臺(tái)端部與活塞桿端部通過(guò)鉸接方式實(shí)現(xiàn)鏈接。在基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)作業(yè)狀態(tài)下，遵循順序前移的基本原則，一級(jí)平臺(tái)伸出后帶動(dòng)二級(jí)平臺(tái)以及側(cè)翼平臺(tái)的前移。二級(jí)平臺(tái)達(dá)到完全伸出狀態(tài)后，側(cè)翼平臺(tái)呈展開狀態(tài)，整個(gè)作業(yè)平臺(tái)達(dá)到工作狀態(tài)下的面積最大值。同時(shí)，二級(jí)平臺(tái)與側(cè)翼平臺(tái)表面設(shè)置有防滑紋，為保障上部站立施工人員人身安全性有積極意義。

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 一、二級(jí)平臺(tái)液壓系統(tǒng)

基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下圖（見圖1）所示。圖1中：1為基座，2為一級(jí)平臺(tái)液壓缸，3為一級(jí)平臺(tái)，4為二級(jí)平臺(tái)液壓缸，5為二級(jí)平臺(tái)，6為側(cè)翼，7為掘進(jìn)機(jī)懸臂。結(jié)合圖1可知：在不同工況下，對(duì)于一級(jí)、二級(jí)平臺(tái)而言，其伸縮功能的實(shí)現(xiàn)依托于不同液壓缸的靈活控制，考慮到在一級(jí)平臺(tái)伸出的工況下，二級(jí)以及側(cè)翼平臺(tái)會(huì)出現(xiàn)一定程度上的前移運(yùn)動(dòng)，但前移過(guò)程中阻力較大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用1#、2#液壓缸并聯(lián)的方式確保推動(dòng)作用力的有效性，而在二級(jí)平臺(tái)伸出的工況下，僅帶動(dòng)側(cè)翼平臺(tái)前移，配置3#液壓缸即可確保推動(dòng)作用力的有效性。

2.2 挑梁裝置液壓系統(tǒng)

以煤礦作業(yè)巷道掘進(jìn)流程為前提條件，懸臂式掘進(jìn)機(jī)在正式投入運(yùn)行后首先對(duì)巷道斷面進(jìn)行截割處理。需要注意的一點(diǎn)是，在巷道斷面截割過(guò)程中，挑梁裝置液壓系統(tǒng)處于回縮靜止?fàn)顟B(tài)，截割循環(huán)作業(yè)結(jié)束并進(jìn)入架棚環(huán)節(jié)后，平臺(tái)進(jìn)行機(jī)械挑梁操作。從這一角度上來(lái)說(shuō)，挑梁裝置的運(yùn)行時(shí)間短且工作方式呈現(xiàn)出間接性特點(diǎn)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以將挑梁裝置的驅(qū)動(dòng)源設(shè)置為掘進(jìn)機(jī)泵站，確保挑梁裝置壓力、流量參數(shù)與掘進(jìn)機(jī)指標(biāo)適應(yīng)性，單獨(dú)設(shè)置液壓缸回路，并參考支護(hù)工作進(jìn)展對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行靈活控制。

2.3 操作方式

在懸臂式掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行期間，機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)液壓系統(tǒng)的操作方式以分級(jí)控制為基礎(chǔ)，順序伸縮為重點(diǎn)。正常運(yùn)行狀態(tài)下，手動(dòng)操作閥5#處于關(guān)閉狀態(tài)，液壓油自泵站引入1#、2#液壓缸裝置活塞腔以及3#液壓缸裝置活塞桿腔內(nèi)部?？紤]到兩者（1#、2#液壓缸與3#液壓缸對(duì)比）在受力面積上的存在差異（前者受力面積明顯高于后者），因而在伸出順序上為一級(jí)平臺(tái)在先，二級(jí)平臺(tái)在后，整個(gè)操作過(guò)程無(wú)需人工敢于其中。回縮時(shí)，手動(dòng)操作閥5#位于開啟狀態(tài)，同樣受到受力面積差異的影響，二級(jí)平臺(tái)回縮在先，一級(jí)平臺(tái)回縮在后。

3 技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1 技術(shù)參數(shù)

首先，基座方面，該構(gòu)件的核心目的是確保伸縮平臺(tái)的安全性，同時(shí)保證與懸臂式掘進(jìn)機(jī)鏈接的可靠性。以EBZ150型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的的為例，其具有截割頭伸縮式的特點(diǎn)，工作行程為500.0mm，上部結(jié)構(gòu)剩余空間小，緊湊度高。因此，在基座的設(shè)置方面，可以在考慮位置固定以及強(qiáng)度可靠的前提條件下，將位置確定在截割頭伸縮油缸尾部，同時(shí)考慮空間尺寸的限制，將基座基本尺寸設(shè)置為750.0mm* 800.0mm。

其次，在一級(jí)平臺(tái)方面，由于需考慮液壓缸長(zhǎng)度對(duì)平臺(tái)尺寸的影響，同時(shí)寬度不應(yīng)超過(guò)所設(shè)置基座寬度（800.0mm），故為確?；弦患?jí)平臺(tái)液壓缸最大安裝寬度得到有效覆蓋，將一級(jí)平臺(tái)的基礎(chǔ)尺寸設(shè)置為1200.0mm*700.0mm。同時(shí)，根據(jù)已有應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，煤礦常用液壓缸行程參數(shù)為700.0mm，因此基于對(duì)安全性因素的考量，將一級(jí)平臺(tái)伸出行程的最大參數(shù)設(shè)置為600.0mm，以確保平臺(tái)伸出過(guò)程中行程的可控性。

再次，在二級(jí)平臺(tái)方面，根據(jù)一級(jí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)參數(shù)（1200.0mm* 700.0mm），要求二級(jí)平臺(tái)完全伸出狀態(tài)下能夠?qū)σ患?jí)平臺(tái)進(jìn)行覆蓋，同時(shí)還應(yīng)滿足對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭的覆蓋需求，因此將二級(jí)平臺(tái)的基礎(chǔ)尺寸設(shè)置為1800.0mm*720.0mm。

最后，在側(cè)翼平臺(tái)方面，該平臺(tái)固定于二級(jí)平臺(tái)上，長(zhǎng)度與二級(jí)平臺(tái)保持相同。同時(shí)，考慮現(xiàn)場(chǎng)施工方面的需求，應(yīng)當(dāng)確保二級(jí)平臺(tái)聯(lián)同側(cè)翼平臺(tái)完全展開條件下最大面積能夠滿足3～4人同時(shí)進(jìn)行架棚支護(hù)施工作業(yè)，因此將側(cè)翼平臺(tái)的基礎(chǔ)尺寸設(shè)置為1800.0mm* 220.0mm～1800.0mm*250.0mm。

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

按照以上方式所研發(fā)設(shè)計(jì)的基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中具備以下幾個(gè)方面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第一，在機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)架棚支護(hù)環(huán)節(jié)最大面積展開的條件下，作業(yè)平臺(tái)可以完全覆蓋懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭，進(jìn)而保證支護(hù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全性。同時(shí)，二級(jí)平臺(tái)高度略高于一級(jí)平臺(tái)，在覆蓋截割頭的基礎(chǔ)之上能夠確保作業(yè)人員支護(hù)操作的安全性;第二，通過(guò)設(shè)置二級(jí)平臺(tái)輔助側(cè)翼平臺(tái)的方式，有效提升了架棚支護(hù)操作環(huán)節(jié)的施工面積。該平臺(tái)在掘進(jìn)截割環(huán)節(jié)中處于折疊狀態(tài)，不會(huì)影響掘進(jìn)施工進(jìn)度，在挑梁支護(hù)環(huán)節(jié)切換至伸出展開狀態(tài)，使支護(hù)作業(yè)空間更為理想;第三，二級(jí)平臺(tái)與側(cè)翼平臺(tái)表面設(shè)置有防滑紋，為保障上部站立施工人員人身安全性有積極意義;第四，通過(guò)為作業(yè)平臺(tái)配置機(jī)械挑梁功能的方式，支承位置安裝支架，使挑梁模式自人工切換至機(jī)械，對(duì)降低支護(hù)強(qiáng)度有積極意義。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上研究中對(duì)基于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的機(jī)載支護(hù)作業(yè)平臺(tái)研發(fā)問(wèn)題進(jìn)行闡述與分析，通過(guò)相關(guān)分析得出如下兩個(gè)方面的結(jié)論：第一，在支護(hù)作業(yè)平臺(tái)的研發(fā)過(guò)程中，所涉及到的組成單元包括基座、一級(jí)平臺(tái)、二級(jí)平臺(tái)、側(cè)翼平臺(tái)以及條良機(jī)等，平臺(tái)具備機(jī)械挑梁的功能，同時(shí)操作方式遵循分級(jí)控制以及順序伸縮的原則，可由懸臂式掘進(jìn)機(jī)司機(jī)一人完成各項(xiàng)平臺(tái)伸縮以及挑梁工作任務(wù)，煤巷掘進(jìn)效率得到大大提升;第二，在支護(hù)作業(yè)平臺(tái)的研發(fā)期間，將平臺(tái)與懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套應(yīng)用，掘進(jìn)截割過(guò)程中平臺(tái)處于折疊閉合狀態(tài)，不會(huì)對(duì)整體掘進(jìn)速度產(chǎn)生影響，而在架棚支護(hù)環(huán)節(jié)以最大面積展開，完全覆蓋懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割頭，實(shí)現(xiàn)了巷道掘進(jìn)與架棚支護(hù)作業(yè)的協(xié)調(diào)配合，對(duì)確保支護(hù)作業(yè)安全可靠有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉杰，趙啟峰，王玉懷，等.懸臂式掘進(jìn)機(jī)機(jī)載式多功能施工平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].煤炭工程，2013，45（9）：122-124，127.

[2]賀飛，曾祥盛，齊志沖.大直徑硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）在吉林中部城市引松供水工程四標(biāo) TBM3的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2016，36（8）：1016-1022.