电动铲运机的一种自动有序卷排缆机构

汪鹏程，龙 伟，王 勇

（安徽铜冠机械股份有限公司，安徽 铜陵 244061）

当今在矿山井下用来铲装爆破后的松散物料的设备有电动铲运机和柴油铲运机。电动铲运机以其结构轻巧、噪声小、无尾气排放、采用电能生产成本低等优点深受用户的欢迎［1］。但电动铲运机由于受到尾随的供电电缆影响，其作业范围、运行方式均受到一定的限制。并且，电动铲运机在加速、减速时由于卷缆盘上的电缆排放、收缆相对滞后，使得尾随的电缆产生波动，以及在整车拐弯卷缆的时候，车尾的电缆与卷缆盘不平行种种情况使得卷缆盘在收起电缆时，电缆线相互交错叠加，有时甚至导致电缆线被卡住绞死，使得下一次的电缆不能顺利的排出以致于被损伤和拉断，严重缩短了电缆线的使用寿命甚至会造成安全事故。如何将卷缆盘无规则收缆转化为有顺序的按部就班的排列方式，是实现电动铲运机正常工作关键问题。

下面介绍电动铲运机一种自动有序卷排缆机构。

图1 电动铲运机的卷排缆液压控制原理图Fig.1 Control schematic diagram of hydraulic coiling and arranging cables in Electric LHD

1 电动铲运机液压控制

图1为电动铲运机的一种卷排缆机构的液压控制原理图。在实际生产应用中，溢流阀3、溢流阀4、方向阀5是集成在一起的卷缆阀块（见图1虚线框内）。

1.1 卷缆

在铲运机后退状态，由于铲运机油泵一直处于工作状态，从卷缆阀P口进入的压力油打开方向阀内的单向阀到达马达，带动马达正转，于是铲运机尾部的卷缆盘收起电缆。其中溢流阀3调节马达的工作压力，即可以调节卷缆盘收起电缆的拉力，避免拉力过大，损伤电缆。

1.2 排缆

当铲运机开始前进时，此时被拖动的电缆承受拉力会增大（此拉力是由溢流阀3决定的），当电缆的拉力对卷缆盘产生的力矩大于马达对卷缆盘产生的力矩，马达被电缆拖动开始反转。此时由于马达背压作油泵使用，c端输出液压油，同时由于方向阀内单向阀反向闭合，从a到c段内部封闭油路油压增大，此压力作用于方向阀控制端b，推动方向阀的阀芯运动，此时方向阀主油路导通，液压油直接回油箱。其中溢流阀4调节排缆状态电缆的预紧力。

1.3 卷缆状态复位

当铲运机停止不动，或开始后退时候。此时马达不再因为电缆的拉力反转背压，a到b段的密封腔的油路压力减小，方向阀a段弹簧弹力大于c段液压油的力，阀芯运动，弹簧复位。方向阀内单向阀再次打开，卷缆阀A口导通，又处于卷缆状态。

在上述分析中，无论铲运机处于卷缆或排缆何种状态，电缆都对卷缆盘都有一个预紧拉力。预紧力的存在使得电缆始终处于自动收缆状态。预紧力的大小均由溢流阀调节，卷缆时由溢流阀3调节，排缆时由溢流阀4调节。

2 电缆穿过导缆机构，实现电缆有序排列

2.1 导缆机构在整机的布置方式

卷缆盘是通过液压马达驱动实现对电缆的缠绕。电缆穿过导缆机构，卷缆盘上链轮通过链条带动卷缆架上链轮同步转动。见图2所示。

2.2 导缆机构内部结构

导缆机构的内部结构见图3所示。

带有正反双向螺旋沟槽的丝杠和链轮固连在一起，可随链轮一道转动［2］。在丝杠上套有滑座。滑座和丝杠的沟槽联接部位内嵌滑块。链轮带动丝杠转动时，丝杠沟槽内壁会推动沟槽内嵌滑块运动，从而带动滑座沿丝杆轴向运动。由于丝杠螺旋沟槽两端通过限位块限位闭合，当内嵌滑块带动滑座滑到丝杠端点（限位块处）又会自动改变方向返回。因此，当导缆架上链轮转动，滑座就不停地在丝杠两个限位块之间作往返运动［3］。

图2 导缆机构在铲运机后机架上布置总图Fig.2 The general layout drawing of the cable guiding mechanism in rear rack of Electric LHD

在此机构中，电缆穿过滑座上方滚柱形成的腰型孔，滑座往返运动，电缆随滑座一道运动。保证电缆在卷缆盘上绕行一圈，电缆在丝杆上轴向移动一个电缆直径距离。

2.3 导缆架机构设计要点

1）卷缆盘上链轮和导缆架上的两链轮相同，以保证当卷缆盘转过一圈后，丝杠也同步运行一周。

2）丝杠沟槽的螺距（这里指丝杠转动一圈以后，内嵌滑块的运动的理论距离）应该和所选择的电缆的直径相同。这样卷缆盘绕行一圈，电缆在丝杆轴线方向移动一个直径距离。

3）电缆在导缆机构内部往返摆动的最大距离和卷缆盘上内侧间距相同。

4）为防止尾部拖动的电缆进入导缆架时直接和架体刮擦，在导缆架左右及下面分别增加托辊。

5）内嵌滑块运动到限位块部位需要折返，双向螺纹沟槽过渡圆弧需要平滑。

6）丝杆带动电缆摆动时，丝杠承受轴向负荷较大，所以丝杆两端设计有单列圆锥滚子轴承，可以承受径向和轴向的联合负荷。

3 结语

这种自动有序卷排缆机构集液压控制和机械传动为一体。液压控制系统根据整机的运行状态，决定了卷缆排缆方式，具有同步性能好、收放时拉力可以调节、易于自控等优点［4］；机械传动采用导缆机构解决了电缆有序排列的问题。二者协同工作，为电动铲运机持续稳定的工作提供必要的条件。

图3 导缆机构Fig.3 The cable guiding mechanism

［1］ 许 焰 .一种电动铲运机卷缆装置设计的新方法［J］.煤矿机械，2005（4）：15－17.

［2］ 曲补和，王国彪 .WJD－4电动铲运机卷缆装置结构设计［J］.矿山机械，1996（11）：18－20.

［3］ 高梦熊，杨友良 .地下电动装载机卷排缆机构的结构与设计［J］.矿山机械，2003（8）：22－24.

［4］ 张栋林 .地下铲运机［M］.北京：冶金工业出版社，2002：129－136.