郝巧梅　李玉存　李莎　郝慧芬　李波

摘 要：依據煤礦環(huán)境和工況需求，分析煤及巖體的硬度、巷道結構等研制了國內首套KC-80C型礦用鏈式開槽機，將動力系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、截割部和伸縮旋臂機構等集成于車輛底盤之上，結構緊湊。通過在大柳塔煤礦現場試驗，結果表明：KC-80C礦用鏈式開槽機可在2

關鍵詞：礦用開槽機 伸縮旋轉臂 鏈式截割部 膠輪式

1 引言

隨著煤礦回采技術和先進掘進技術裝備的大量應用，為了確保機械化礦井快速推進的需要，聯(lián)絡巷道封堵、通風、排水，經常都需要開鑿大量的防火墻密閉墻槽口和抽水泵窩則等工作，以往沒有合適的專用工具或機械設備，密閉墻開槽、挖水溝通常采用風鎬和刨錘手工作業(yè)方式，由于井下地質條件不同，需要開槽的地方有全煤、半煤巖、全巖巷道等，這些煤及巖體硬度較高，均達到f＞4，機械化程度低，人工勞動強度大，效率非常低，掏槽質量無法到達設計要求，掏頂槽更加困難，垮落的大塊物容易傷人，而且高空作業(yè)有較大的安全隱患，同時嚴重制約了綜采工作面的回采速度和連掘面的掘進進度。

近幾年根據智能化礦井減人增效、機器替代人工作業(yè)生產轉變，徹底解放高強度人工勞動，同時為了提高工作面永久密閉墻體的質量，防止采空區(qū)漏風遺留煤著火，確保下一個工作面正常安全運行。2018年至今國內有幾家企業(yè)在跟進研發(fā)滿足機械化開槽的設備，結構為電動履帶式行走，雖實現了開槽機械化，但整體設備功率小效率低，使用時需外接電源，上下井轉場不方便。為了加快煤礦智能化建設，2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局、應急管理部、國家煤礦安全監(jiān)察局、工業(yè)和信息化部、財政部等八部委出臺了《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，明確指出智能化是煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的核心技術支撐，制定了煤礦智能化發(fā)展的原則、目標、任務和保障措施。鄂爾多斯市智博機械制造有限責任公司響應煤礦智能化建設自主研制了KC-80C礦用智能開槽機，該設備集成于車輛底盤上，可充分發(fā)揮車輛機動性強、截割效率高和使用方便的優(yōu)勢，其截割功率可達80 kw，可適用于各類需要開槽的全煤、半煤巖、全巖巷道等地方，開槽高度可達6 m，360 °伸縮回轉臂，可實現開槽一次成型，截割作業(yè)采用遙控操作，可視性好無視角盲區(qū)。

2 礦用鏈式開槽機總體方案設計

本開槽機的結構如圖1所示，主要由車輛覆蓋件總成、伸縮旋臂、防爆發(fā)動機系統(tǒng)、電氣設備、液壓系統(tǒng)、底盤、行走機構、支腿、支頂油缸、鏈式截割部、回轉臺、滑軌等組成。開槽機將動力系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)和旋臂截割機構等集成于底盤機架上，結構緊湊，有效減小整機尺寸，有利于開槽機在礦井下的轉場移動。

3 礦用智能開槽機主要結構

3.1 行走機構

現有市面上使用的開槽機普遍采用電動履帶式行走方式，工作時需外接電源不能滿足煤礦上下井遠距離轉場工況需求。本文研究的開槽機采用礦用防爆國三電噴柴油機為動力源液力傳動，阻燃橡膠實心輪胎起到支承整機重量及行走，柴油動力的設備更加機動靈活，不需借助其它輔助設備或外部電纜，即可在巷道內自主行走，對外部環(huán)境要求低，特別適用于轉場頻繁及遠距離巷道。采用行走方便的無軌膠輪替代履帶式行走，可在坡度不大于±14°的煤及半煤巖巷道中行走，最高行走速度可達18 Km/h，節(jié)省了行走時間和接電準備工作，提高了效率，同時有效的避免履帶對巷道底板的損壞，更加符合礦井環(huán)境空間的要求。依靠液壓馬達通過分動器傳動軸驅動車輪的四輪驅動行走，由前轉向驅動橋、后驅動橋、分動器、傳動軸、液壓馬達、多片濕式制動器組成。

（1）行走馬達的驅動力先經減速器、傳動軸傳遞到前（后）驅動橋，再經差動齒輪、輪邊減速器以大轉矩傳遞給車輪。

（2）1檔P1脫開，2檔與同步器嚙合，車輛高速行駛。

（3）當變速轉換手柄置于低速位置時，變速器內的2檔與同步器脫開，1檔齒輪與同步器嚙合，車輛低速行駛。

3.2 支撐機構

支撐機構由底盤機架和支頂油缸兩部分組成，底盤機架兩側裝有4個液壓支腿，用以支撐整機，底盤上部裝有支頂油缸主要壓緊穩(wěn)固整機。前端裝有發(fā)動機大梁用于固定防爆發(fā)動機。下部裝有驅動橋均衡鉸接架/（驅動橋支座）用于固定行走裝置。支腿油缸和支頂油缸穩(wěn)定的固定在巷道內，如圖2所示，截割作業(yè)時，有效的杜絕截割部工作時產生的機械振動、反沖擊力，使設備整體顫動，移位的問題。

3.3 伸縮旋轉臂

為了減少掏槽機的載荷，提高生產能力，一般針對不同煤層應采用不同的截割順序，要求截割臂能在巷道內操作靈活。一般情況下正確的截割順序：截割半煤巖時，應先截割煤體再截割巖體，既按先軟后硬的程序；對于較均勻的中硬煤層，應先割左右壁槽，再割頂槽，最后掏底槽，截割時由下向上依次截割到要求深度，然后向上截割剩余部分；對于硬巖（煤），采取少進刀量慢移動多次數的截割順序。針對以上情況，伸縮旋轉臂驅動設計成由上下兩部分，下部為滑軌滑鞍，上部為回轉減速機、轉臺、旋臂?；壙v向移動行程可達0.65 m，滑鞍在滑軌上左右移動行程0.8 m，滑鞍左右設有支重輪和導向輪，確?；笆冀K沿滑軌中心移動。轉臺由回轉減速器驅動可旋轉180°，旋轉大臂結構為套筒式，外套筒固定在主軸卡座上固定不動，內套伸縮臂由內置油缸控制伸縮，根據巷道高度自由調節(jié)伸縮量。伸縮截割大臂由雙馬達輸出端小齒輪傳動主軸大齒輪作360°旋轉，鏈式截割部與旋轉臂用搖臂鉸接，由油缸控制，可向下彎曲80°，可以截割不同斷面上下左右的基質，通過左右移動滑鞍、伸縮副臂、截割部彎曲，滿足不同斷面掏槽作業(yè)，如圖3所示。

3.4 鏈式截割部

本開槽機切割部采用鏈式驅動截割，主要由截割鏈條、鏈輪、左右滾筒、驅動軸、截割橫軸、截齒、驅動馬達、張緊油缸、機架組成。由雙馬達驅動轉動軸中安裝的鏈輪，以驅動截割鏈條旋轉，同時由截割鏈條兩側伸出的銷軸帶動滾筒同步旋轉，進行截割作業(yè)，截割部的蓋板鏈條及截割滾筒上均設置了截齒，截割部可直接深入截割面，截割深度可一次成型，無需左右擺動截割部，截割面平整。鏈式截割部最大的優(yōu)點是能一次性開槽成形，槽口質量好，效率高。在液控換向閥反饋油口連接主泵負載模塊外接口上，截割過程中壓力變化隨時反饋到主泵，從而保證截割功率不變。切割部機頭從動橫軸兩邊裝有截割輪，截割輪內側安裝驅動鏈輪，由截割鏈條兩側伸出的銷軸帶動滾筒同步旋轉進行截割作業(yè)，開式鏈傳動在開槽作業(yè)中有效防止夾入煤或異物過載損壞鏈條。齒座焊接在特制的鏈條蓋板上，截齒插入齒座內由卡簧固定方便更換。

4 礦用智能開槽機液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是開槽機的核心，其性能優(yōu)劣直接影響到開槽機的整體性能和可操作性，此液壓系統(tǒng)動力源為一臺雙聯(lián)高壓柱塞泵，由防爆發(fā)動機來驅動，主泵采用負載敏感自動變量泵，與它串聯(lián)的副泵單獨工作，系統(tǒng)總體分為三大部分，車輛行走和截割為主體部分，由主泵供油。先導手柄控制、滑軌油缸控制、截割部油缸控制、伸縮臂油缸控制、轉臺滑移油缸控制、轉臺回轉馬達控制、大臂回轉馬達控制、車輛制動控制為第二個主體部分，由副泵供油。車輛四條支腿油缸控制、支頂油缸控制、支頂架升降油缸控制為第三部分，由副泵供油。

5 開槽機煤礦應用

2019年5月13日-27日在大柳塔煤礦56煤六盤區(qū)輔運37聯(lián)巷掏設一座水泵窩（尺寸1 ×1.5 ×1 m）窩底0.6 m，輔運2聯(lián)巷掏頂槽（尺寸0.6×0.8×0.5m），五盤區(qū)7.5 m處掏頂槽（尺寸6 ×1 ×1 m），52504運順機頭擴幫掏槽，52煤延伸回風大巷頂幫掏槽（尺寸6 ×3 ×5 m）。經過使用測試KC-80C礦用智能開槽機可滿足不同硬度煤層硬度的開槽，開槽效率平均可達4.7 m?/h，在巷道內伸縮旋轉臂可靈活動伸縮轉動旋轉臂，一次性完成開槽任務。初次測試時鏈式截割部開槽時容易夾煤，影響開槽性能，將鏈式截割部的閉式驅動改成開式驅動，消除夾煤現象。

6 結論

（1）自制13噸底盤，采用2套動力系統(tǒng)，切割功率可達80 Kw，截割部采用蓋板鏈條傳動截割技術，傳動鏈輪設置在左右截割輪內側由截割鏈條兩側伸出的銷軸驅動，有效避免截割過程中鏈輪夾煤卡死造成設備損壞。鏈條上的截齒可截割掉煤層中間的基質，無需左右擺動截割部，整個截割部可深入作業(yè)面一次成型，截面平整、效率高。

（2）研制的伸縮旋轉臂可向下擺動80°，伸縮截割大臂回轉360°，轉臺旋轉180°，滑軌滑鞍可沿著縱向和橫向移動，可切割左右上下四周煤壁基質，動作靈活、效率高。

（3）傳統(tǒng)人工開一道寬0.5 m、深0.5 m、高3.5 m的防火密閉槽，需要兩個人，六個班完成，平均一天兩個班，采用智能旋臂開槽機，1人遙控作業(yè)，20分鐘完成，效率是人工數十倍。

（4）由雙作用油缸控制的開槽截割作業(yè)支撐機構，截割工作時設備的穩(wěn)定性更加安全可靠，有效的杜絕截割部工作時產生的機械振動、反沖擊力，使設備整體顫動，移位的問題。

（5）采用無線遙控智能化操作模式，人員可遠距離遙控操作，直接面對工作面，無視野盲區(qū)，安全性高。

基金項目：內蒙古自治區(qū)科技廳關鍵技術攻關項目“礦用旋臂智能銑刨機的研制與應用”（基金編號：021GG0189）；鄂爾多斯職業(yè)學院汽車技術教科研創(chuàng)新團隊；鄂爾多斯職業(yè)學院產教融合協(xié)同育人創(chuàng)新團隊。

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