鄭寶義，金 峰，高 生

三一重型裝備有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110027

隨 著礦下巷道內(nèi)生產(chǎn)活動(dòng)以及井下動(dòng)壓力變化的影響，巷道會(huì)發(fā)生底板起鼓、側(cè)面圍巖變形和頂板塌陷等現(xiàn)象，因此，需要及時(shí)對(duì)巷道進(jìn)行起底、破巖、擴(kuò)幫和除渣等修復(fù)作業(yè)[1]。以往清理底板等作業(yè)采用人工或裝載機(jī)等非專業(yè)機(jī)械進(jìn)行，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)存在修復(fù)側(cè)面圍巖損傷嚴(yán)重、底板成型難以滿足要求的問(wèn)題。隨著煤礦企業(yè)生產(chǎn)的深入，礦井巷道的施工深度不斷加大，礦壓也隨之增加，巷道變形的破壞程度也越加嚴(yán)重，煤礦每年投入大量人力物力用于巷道維護(hù)工作，造成大量的人力和物力的浪費(fèi)[2]。

在煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，專用井下巷道修復(fù)設(shè)備得到全面發(fā)展以及應(yīng)用，既提高了巷道修復(fù)效率，又增加了作業(yè)人員安全性?，F(xiàn)有礦用巷道修復(fù)機(jī)采用電纜連接井下電源或用柴油機(jī)帶動(dòng)油泵和電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力這 2 種版本。拖電纜的電動(dòng)版巷道修復(fù)機(jī)雖然配備有電纜卷筒，可以實(shí)現(xiàn)電纜自動(dòng)收放功能，減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，但受電纜長(zhǎng)度限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離工作，當(dāng)工作一段后超出電纜范圍需要更換電源接線點(diǎn)，因而降低了靈活性[3]。柴油版巷道修復(fù)機(jī)完全取消電纜部件，實(shí)現(xiàn)自身提供動(dòng)力，可以滿足長(zhǎng)距離自主行走要求，但柴油機(jī)運(yùn)行噪聲大、污染巷道，在作業(yè)時(shí)伴隨劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重影響工人工作環(huán)境。鑒于此，提出一種有別于以上 2 種結(jié)構(gòu)形式的雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)[4-5]，既滿足了狹窄巷道內(nèi)轉(zhuǎn)場(chǎng)要求，無(wú)需受電纜長(zhǎng)度限制，同時(shí)在工作時(shí)接電運(yùn)行，保證了高強(qiáng)度作業(yè)以及環(huán)境無(wú)污染等要求。

1 雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)功能特點(diǎn)

雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)以礦用防爆動(dòng)力電池與動(dòng)力電為雙動(dòng)力源。行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，采用防爆動(dòng)力電池提供動(dòng)力，不受電纜長(zhǎng)度影響，滿足其長(zhǎng)距離行走要求；工作裝置運(yùn)行時(shí)，以井下動(dòng)力電為動(dòng)力，滿足高強(qiáng)度工作和環(huán)境要求。工作裝置采用三節(jié)臂結(jié)構(gòu)，在動(dòng)臂座處連接回轉(zhuǎn)減速機(jī)、擺動(dòng)液壓缸以及俯仰液壓缸，能夠?qū)崿F(xiàn)工作裝置旋轉(zhuǎn) 180°、左右擺動(dòng) 35°以及俯仰 15°動(dòng)作。該巷道修復(fù)機(jī)還配備挖斗、破碎錘和銑挖機(jī)等屬具，可實(shí)現(xiàn)破巖、臥底、挖掘以及平整等巷道修復(fù)工作。所有屬具接口完全一致，均可采用快速連接器實(shí)現(xiàn)快速更換；動(dòng)力電纜采用電纜卷筒實(shí)現(xiàn)自動(dòng)收放，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)

雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，主要由雙動(dòng)力系統(tǒng)、工作裝置、行走機(jī)構(gòu)、操作臺(tái)總成、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等部件組成。雙動(dòng)力系統(tǒng)為整機(jī)提供動(dòng)力，工作裝置是各項(xiàng)動(dòng)作的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，電控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)并及時(shí)反饋運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)結(jié)構(gòu)Fig. 1 Structure of dual-power system roadway repair machine

2.1 雙動(dòng)力系統(tǒng)

雙動(dòng)力系統(tǒng)主要由防爆動(dòng)力電池、電池控制器、電動(dòng)機(jī)控制器、電池冷卻系統(tǒng)以及電纜卷筒等部件組成。防爆動(dòng)力電池作為巷道修復(fù)機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)整機(jī)前進(jìn)和后退；采用井下電源通過(guò)電纜卷筒輸入動(dòng)力作為工作裝置的驅(qū)動(dòng)力。雙動(dòng)力系統(tǒng)既滿足了長(zhǎng)距離自主行走要求，又滿足了工作裝置高強(qiáng)度工作要求，同時(shí)具有清潔高效、充電快速、運(yùn)行噪聲小、續(xù)航能力強(qiáng)以及后期維修量少等特點(diǎn)。

(1) 行走驅(qū)動(dòng)力 防爆動(dòng)力電池與電池控制器相連，電池控制器用于控制防爆動(dòng)力電池輸出電能；電動(dòng)機(jī)控制器置于防爆電動(dòng)機(jī)與防爆動(dòng)力電池之間，用于控制交直流轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)交流防爆電動(dòng)機(jī)運(yùn)作，輸出動(dòng)力；冷卻系統(tǒng)置于防爆動(dòng)力電池內(nèi)部，用于防爆動(dòng)力電池散熱，以增強(qiáng)防爆動(dòng)力電池的安全性，延長(zhǎng)防爆動(dòng)力電池的使用壽命。此外，防爆動(dòng)力電池集成為一體，置于本體上遠(yuǎn)離工作裝置的一端，便于拆卸更換，有利于防爆動(dòng)力電池的維修。

(2) 工作裝置驅(qū)動(dòng)力 井下動(dòng)力電源通過(guò)電纜接入電動(dòng)機(jī)控制器，電機(jī)控制器直接驅(qū)動(dòng)防爆電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力，作為工作裝置的驅(qū)動(dòng)力。電纜卷筒采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)操作桿實(shí)現(xiàn)電纜的自由收放，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。巷道修復(fù)機(jī)在井下修復(fù)巷道時(shí)，無(wú)需行走，與挖掘同時(shí)運(yùn)行，防爆動(dòng)力電池和動(dòng)力電源作為并列動(dòng)力輸出，其切換方式由電控箱內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)，模塊引出控制線路到操作面板，實(shí)現(xiàn)面板控制。雙動(dòng)力共同驅(qū)動(dòng) 1 套液壓系統(tǒng)，形成并聯(lián)單泵的結(jié)構(gòu)形式，節(jié)省整機(jī)結(jié)構(gòu)空間。巷道修復(fù)機(jī)前進(jìn)時(shí)，模塊切換到防爆動(dòng)力電池模式，實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走；工作裝置運(yùn)行時(shí)，切換到動(dòng)力電源模式，滿足挖掘作業(yè)要求。

2.2 工作裝置

工作裝置是雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)的主要工作執(zhí)行元件[6]，主要由擺動(dòng)液壓缸、回轉(zhuǎn)減速機(jī)、動(dòng)臂、動(dòng)臂液壓缸、中間臂、中間臂液壓缸、斗桿、斗桿液壓缸和挖斗等部件組成，如圖 2 所示。它采用獨(dú)有的三節(jié)臂結(jié)構(gòu)，通過(guò)各液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)三節(jié)臂，實(shí)現(xiàn)不同工作姿態(tài)，完成側(cè)挖、掏帶式輸送機(jī)底以及挖毛水溝等作業(yè)。

圖2 工作裝置結(jié)構(gòu)Fig. 2 Structure of working device

擺動(dòng)液壓缸通過(guò)液壓油流量的改變實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作臂左右擺動(dòng) 35°；回轉(zhuǎn)減速器將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作臂旋轉(zhuǎn) 180°，擴(kuò)大工作臂的作業(yè)范圍，提高工作臂的使用效率。通過(guò)控制動(dòng)臂液壓缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂上升和下降運(yùn)動(dòng)；通過(guò)控制中間臂液壓缸的伸縮，實(shí)現(xiàn)斗桿的前后運(yùn)動(dòng)；通過(guò)控制挖斗液壓缸伸縮，實(shí)現(xiàn)挖斗鏟裝的收放動(dòng)作；挖斗上焊接斗齒座，斗齒安裝在斗齒座上，斗齒是易損件，磨損后可以更換；破碎錘和銑挖機(jī)等屬具可通過(guò)快換連接器實(shí)現(xiàn)快速更換，大大降低更換時(shí)間以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高更換效率，充分發(fā)揮工作臂的性能。

2.3 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)是巷道修復(fù)機(jī)前進(jìn)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由推土鏟、行走架、履帶總成、引導(dǎo)輪、支重輪、托架、驅(qū)動(dòng)輪和減速機(jī)總成等部件組成，如圖 3 所示。它的行走方式采用履帶型式，確保其通行率；前端有推土鏟，在巷道修復(fù)機(jī)作業(yè)時(shí)，支撐地面起到穩(wěn)定機(jī)身作用，同時(shí)可用于平整巷道。

圖3 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of walking mechanism

行走架是行走機(jī)構(gòu)的骨架，各部件均安裝于其上。減速機(jī)總成內(nèi)置液壓馬達(dá)、平衡閥、減速機(jī)和液壓制動(dòng)器，減速機(jī)為行星齒輪減速，在減速機(jī)與液壓馬達(dá)之間設(shè)置液壓制動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)螺栓連接到減速機(jī)外殼上。當(dāng)液壓系統(tǒng)向行走機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)供油時(shí)，首先液壓油驅(qū)動(dòng)液壓制動(dòng)器打開，高壓油驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后液壓馬達(dá)通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)行，繼而驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)履帶總成實(shí)現(xiàn)整機(jī)的前進(jìn)和后退；引導(dǎo)輪起導(dǎo)向履帶作用；支重輪將整機(jī)重力傳遞到履帶上，同時(shí)保證整機(jī)沿履帶導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，不發(fā)生橫向脫落；托架位于上部中間位置，承載履帶重量，保證履帶合理下垂量，避免前后運(yùn)動(dòng)時(shí)履帶產(chǎn)生振動(dòng)；引導(dǎo)輪后部安裝張緊裝置，確保履帶張緊程度適中，避免履帶過(guò)緊或過(guò)松，履帶過(guò)緊會(huì)加速其磨損，造成使用壽命降低，履帶過(guò)松則容易脫落，影響整機(jī)運(yùn)行。

2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓油箱、液壓泵、多路閥組和先導(dǎo)手柄等部件組成。液壓泵從液壓油箱中抽取液壓油，液壓油經(jīng)多路閥組流向各執(zhí)行元件，控制工作裝置中各處液壓缸，完成各種動(dòng)作。高壓油能量交換后，轉(zhuǎn)換成低壓油，通過(guò)換向閥及過(guò)濾器流回液壓油箱，完成循環(huán)。液壓先導(dǎo)手柄的控制油由多路閥組提供，保證其使用的安全可靠[7]。

2.5 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)主要由防爆電控箱、啟停按鈕、瓦斯傳感器、液位傳感器和溫度傳感器等部件組成。防爆電控箱是巷道修復(fù)機(jī)的核心控制系統(tǒng)，通過(guò)內(nèi)部轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)防爆動(dòng)力電池和井下動(dòng)力電源輸出自由切換，滿足巷道修復(fù)機(jī)行走機(jī)構(gòu)和工作裝置的正常運(yùn)行；同時(shí)通過(guò)溫度、壓力以及液位傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)異常情況及時(shí)作出反饋，保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

雙動(dòng)力系統(tǒng)巷道修復(fù)機(jī)采用防爆動(dòng)力電池和動(dòng)力電纜 2 種動(dòng)力系統(tǒng)，既滿足長(zhǎng)距離自主行走的工作要求，又滿足工作裝置高強(qiáng)度工作以及環(huán)境要求。該機(jī)能夠適應(yīng)井下復(fù)雜環(huán)境，應(yīng)用于狹小巷道內(nèi)，通過(guò)更換不同屬具實(shí)現(xiàn)多種功能，集破碎、除渣、裝運(yùn)以及挖槽等功能于一身，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。同時(shí)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、便捷高效、充電快速、運(yùn)行噪聲小、續(xù)航能力強(qiáng)、后期維修量少等特點(diǎn)，作為井下專用巷道修復(fù)設(shè)備，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，解決了煤礦巷道維護(hù)、修整的難題，實(shí)現(xiàn)了井下巷道修復(fù)的機(jī)械化作業(yè)。