高 生，項(xiàng) 杰，鄭寶義

三一重型裝備有限公司 遼寧沈陽 110027

目前在煤炭開采行業(yè)中，掘錨機(jī)的使用率大幅增長。針對不同地質(zhì)條件及特殊巷道要求，在眾多掘錨機(jī)種類中，將錨桿部設(shè)計(jì)安裝在本體兩側(cè)，左右錨桿部可實(shí)現(xiàn)伸縮滑動的結(jié)構(gòu)形式，能夠有效改善煤礦井下作業(yè)環(huán)境，降低工作人員勞動強(qiáng)度，加快成巷速度，因此該結(jié)構(gòu)的掘錨機(jī)得到用戶的廣泛肯定。但是隨著掘進(jìn)效率的大幅度提高，其錨固效率卻很難與之匹配。為了提升掘錨機(jī)錨桿部結(jié)構(gòu)性能，提高其錨固效率，對錨桿部關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)迫在眉睫[1-2]。

1 概況

EBZ260M-2 型掘錨機(jī)包括掘進(jìn)機(jī)傳統(tǒng)“六大件四系統(tǒng)”，即截割部、鏟板部、第一運(yùn)輸機(jī)、本體部、行走部和后支撐部，液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。該掘錨機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，在傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)本體兩側(cè)的行走部上，設(shè)計(jì)增加了左右錨桿部；在截割部上面設(shè)計(jì)有可翻轉(zhuǎn)伸縮的臨時支護(hù)[3]。在井下作業(yè)時，掘進(jìn)作業(yè)和錨固作業(yè)占據(jù)著重要地位，當(dāng)截割部一次進(jìn)齒結(jié)束，切換臨時支護(hù)，錨網(wǎng)鋪設(shè)后，操控雙級伸縮滑臺和擺動伸縮臂，將錨桿鉆機(jī)調(diào)至最佳位置，完成錨固作業(yè)[4]。

圖1 掘錨機(jī)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Structural sketch of anchor digging machine

2 錨桿部結(jié)構(gòu)組成

掘錨機(jī)錨桿部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，由雙級伸縮滑臺、擺動伸縮臂、翻轉(zhuǎn)架體及錨桿鉆機(jī)4 部分組成。雙級伸縮滑臺的第1 級伸縮為架體和一級滑臺相互滑動，一級滑臺由液壓缸驅(qū)動，在滑動導(dǎo)軌上，與架體產(chǎn)生相對移動；第2 級伸縮為一級滑臺和小車相互滑動，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)減速器帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，配合齒條傳動，實(shí)現(xiàn)小車與一級滑臺的相對移動。小車設(shè)計(jì)有橫向和縱向滾輪，與一級滑臺實(shí)現(xiàn)滾動摩擦[5]。

圖2 錨桿部結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Structural sketch of anchor bolt assembly

擺動伸縮臂由2 個舉升液壓缸和1 個主臂伸縮液壓缸組成，從而實(shí)現(xiàn)對錨桿鉆機(jī)上下左右前后的全方位控制。通過控制2 個舉升液壓缸的伸縮量，實(shí)現(xiàn)伸縮臂上下左右移動：當(dāng)2 個液壓缸伸縮量相同時，擺動伸縮臂上下移動；當(dāng)2 個液壓缸伸縮量不同時，擺動伸縮臂左右移動。控制主臂伸縮液壓缸的伸縮量，可實(shí)現(xiàn)擺動伸縮臂的前后移動。

翻轉(zhuǎn)架體中設(shè)有擺動液壓缸，可以實(shí)現(xiàn)錨桿鉆機(jī)的前后翻轉(zhuǎn)。當(dāng)掘進(jìn)作業(yè)時，錨桿鉆機(jī)翻轉(zhuǎn)回收，雙級伸縮滑臺也完全回縮到最后端，避免錨桿部對正常掘進(jìn)產(chǎn)生干擾。錨桿鉆機(jī)通過多個液壓缸和回轉(zhuǎn)減速器實(shí)現(xiàn)錨桿鉆孔的精確定位。

3 關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 雙級伸縮滑臺結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

目前雙級伸縮滑臺大多采用內(nèi)部設(shè)置液壓缸進(jìn)行驅(qū)動。雙級伸縮滑臺由架體、一級滑臺、小車和2 個液壓缸組成，一級滑臺裝配在架體上，在液壓缸的驅(qū)動下，沿滑動導(dǎo)軌完成一級伸縮；小車與一級滑臺也同樣在液壓缸的驅(qū)動下，沿滑動導(dǎo)軌完成二級伸縮。此種結(jié)構(gòu)均為滑動摩擦，阻力大，液壓管路布置復(fù)雜。針對該情況，對雙級伸縮滑臺進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3.1.1 一級滑臺與小車改為滾動摩擦

將液壓馬達(dá)、蝸輪蝸桿減速器及齒輪安裝在小車內(nèi)，小車通過橫向滾輪和縱向滾輪與一級滑臺滾動連接。齒條固定在一級滑臺上，并與小車內(nèi)的齒輪相配合。液壓馬達(dá)驅(qū)動減速器和齒輪旋轉(zhuǎn)，通過齒輪齒條傳動，使小車在一級滑臺上完成前后移動。改進(jìn)后的雙級伸縮滑臺結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后的雙級伸縮滑臺Fig.3 Improved two-stage telescopic sliding table

一級滑臺由于本身尺寸過長，焊接時易出現(xiàn)變形，因此將一級滑臺設(shè)計(jì)成分體焊接結(jié)構(gòu)，以減少焊接變形。小車橫向滾輪可以限制小車與一級滑臺的左右間隙，而小車的縱向滾輪可以限制小車與一級滑臺的上下間隙，二者之間為滾動摩擦，有效減少了小車與一級滑臺相對移動時的摩擦力。改進(jìn)后的小車結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 進(jìn)行后的小車結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structural sketch of improved dolly

3.1.2 一級滑臺與架體間采用自潤滑結(jié)構(gòu)

一級滑臺與架體之間仍然采用滑動導(dǎo)軌形式，在滑動導(dǎo)軌面增加自潤滑磨塊。磨塊材質(zhì)為高力黃銅，并在銅塊中開孔填充固體潤滑劑，架體左右兩側(cè)增加手動潤滑注油孔，可以加注2 號極壓鋰基潤滑脂，有效減少摩擦，降低阻力，提升作業(yè)效果。自潤滑磨塊結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 自潤滑磨塊Fig.5 Self-lubrication grinding block

3.2 擺動伸縮臂結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)有伸縮臂大多采用內(nèi)部設(shè)置液壓缸進(jìn)行驅(qū)動，液壓缸通過外置油管將2 個液壓腔進(jìn)出油口布置在鉸接點(diǎn)兩側(cè)，液壓布管簡潔方便，可避免因液壓缸活塞桿伸縮對管路刮蹭。液壓缸采用外筒固定，活塞桿前端與伸縮臂內(nèi)筒連接，活塞桿帶動伸縮臂內(nèi)筒實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動。這種液壓缸布置在伸縮臂內(nèi)部的形式，會使伸縮臂直徑增大，液壓缸安裝距增長，當(dāng)伸縮臂伸到最大位置時，整體懸臂長度增加，剛性降低。為解決該問題，對擺動伸縮臂進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3.2.1 伸縮臂液壓缸采用活塞桿中空走管設(shè)計(jì)

如圖6 所示，將液壓缸活塞桿設(shè)計(jì)成中空形式，在其內(nèi)部增加通油管路，并與活塞桿安裝座焊接成一體，活塞桿內(nèi)部管路分別與液壓缸的2 個腔體連接，完成進(jìn)出油液功能。在滿足液壓缸剛性的情況下，可有效減小液壓缸整體尺寸?；钊麠U相對固定，外筒可伸縮移動，將外筒安裝法蘭設(shè)計(jì)在靠近活塞桿固定鉸接點(diǎn)處，縮短了安裝距，提高了伸縮臂的整體結(jié)構(gòu)剛度。

圖6 改進(jìn)后的液壓缸結(jié)構(gòu)示意Fig.6 Structural sketch of improved cylinder

3.2.2 擺動伸縮臂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擺動伸縮臂結(jié)構(gòu)如圖7 所示，擺動伸縮臂主臂固定，伸縮套與主臂利用螺栓固定，伸縮臂內(nèi)筒可以在液壓缸的帶動下與伸縮套產(chǎn)生相對滑動。伸縮臂內(nèi)筒外壁沿周向均勻布置4 根導(dǎo)向鍵，對伸縮滑動進(jìn)行導(dǎo)向。為了減少摩擦力和避免應(yīng)力集中，在伸縮套中設(shè)置4 個耐磨襯套，拼裝為圓筒狀與伸縮臂內(nèi)筒滑動接觸，并在每根導(dǎo)向鍵兩側(cè)增加2 個導(dǎo)向鍵板。耐磨襯套和導(dǎo)向鍵板均采用鋁青銅 QAI9-4 耐磨材料。

圖7 擺動伸縮臂結(jié)構(gòu)示意Fig.7 Structural sketch of swing telescopic arm

4 結(jié)語

通過對掘錨機(jī)錨桿部整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從降低滑動阻力、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、加強(qiáng)導(dǎo)向效果等方面，對掘錨機(jī)錨桿部關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)后的錨桿部雙級伸縮滑臺移動更加平滑，擺動伸縮臂結(jié)構(gòu)尺寸得到優(yōu)化。在井下實(shí)際應(yīng)用中，有效提高了錨桿部整體可靠性和錨固效率，基本滿足了錨固與掘進(jìn)效率的匹配，明顯提高了成巷速度。該結(jié)構(gòu)改進(jìn)對掘錨機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可提供一定的參考。