对悬臂式硬岩掘进机设计的优化分析

赵桂丽

摘 要：近年来，随着国内煤炭易采储量的不断减少，开拓巷道深度的需求早已迫在眉睫。然而，面对越发复杂的地质条件，岩石硬度的不断提高，断层的不断增加，硬岩巷道施工数量的不断加剧，如何实现全岩巷道的快速掘进早已成为社会各界关注的重点所在。该文笔者即结合个人实践工作经验，以EBZ300硬岩掘进机为例，从多个层次入手提出设计优化方案，从而为更好地解决硬岩掘进问题提供有益的参考与借鉴。

关键词：EBZ300硬岩掘进机 全岩巷道 设计优化 快速掘进

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）07（a）-0050-02

近年来，我国硬岩巷道施工数量与日俱增。然而，目前国内绝大多数的硬岩掘进机的截割能力不强且故障频率较高。尤其是与煤巷、半煤岩巷掘进机相比硬岩掘进机存在着较大的差异。也正因如此，原有普通掘进机的设计无法适应硬岩掘进机需求。所以，如何做好硬岩掘进机的设计优化工作，以期更好地满足全岩巷道的快速掘进需求早已成为当前社会各界关注的重点。以下笔者结合个人工作经验与相关参考文献，对EBZ300硬岩掘进机进行设计优化，以供广大同行参考。

1 设计优化遵循的原则

为了能够满足硬岩工况下巷道快速掘进的根本需求，首先应该明确硬岩的截割范围，从而以此硬度系数为基准，对硬岩掘进机进行合理定位与设计优化。而根据普氏岩石分类（如表1所示），我们可以看到，硬岩的普氏系数为f8-10，已经基本包含了煤矿井下全岩巷道能够遇到的所有硬岩石范围。

以下以EBZ300硬岩掘进机为例，从截割、装运、行走、液压、电气、除尘等多个方面入手对其进行设计优化。

2 EBZ300硬岩掘进机的总体优化策略

第一，根据实际作业需求，对整机参数进行重新优化，如：对掘进机回转力与截割力匹配关系进行重新优化，确定最佳的油缸压力，进而有效抑制碰到硬岩时单刀力过大，截齿提前失效，齿座发生断裂的问题。同时，也有效防止截割硬岩时所出现的堵转问题。并且降低铲板龙门的高度，进一步提高运输机内部能够通过的尺寸，从而抑制因大块岩石进入运输机以后所造成的链条卡死问题。

第二，在硬岩掘进机上加装断面监视系统，进一步提高巷道断面截割的平整性与底板的完整性，避免超掘现象的发生，加大对硬岩掘进机的整体可控性。

第三，为了能够有效降低操作人员的劳动强度，可在硬岩掘进机上加装整机销轴以及回转支承集中润滑系统，做到对各点的及时润滑，有效防止漏注油现象的发生。

第四，对硬岩掘进机的所用标准件、衬套类与销轴类零件进行统一化标准设计。

第五，结合井下与地面安装方法、安装工具的不同，对整机吊点重新进行设计。

3 对截割机构的设计优化

为了能够更好地适应硬岩掘进工艺需求，除了要确保掘进机的截割机构拥有足够的强度与刚度以外，还必须做好以下几点。

第一，提高截割头的耐磨性。可以在掘进机的现有基础上对截割头的裙部进行延长，以此增加尾部截齿数量，从而提高截割头的耐磨性。同时，也可以将进口高强度碳化铬合金耐磨复合板焊接在现有加长裙部以及截割头的导流板上，并且加厚齿座的实际厚度，在齿座顶部堆焊耐磨涂尘，从而防止因截齿失效而未及时更换齿座而引发的迅速磨损与断裂现象。

第二，应该对硬岩截割减速器进行重新设计，将其设计为高效透气塞，确保其仅透气不会透油，从而有效解决因减速器发热，油温升高带走润滑油而未能及时添加造成的损坏问题。

第三，为减速器以及悬臂段下部连接的螺栓设计一个加装防护装置，从而避免因扫底时螺栓磨损严重无法更换的问题。

4 对装运机构的设计优化

第一，可将铲板的装载机构设计为五爪星轮，并且在不影响掘进机整机装载效率的前提下，尽可能地降低装料爪的高度以及半径，从而进一步增强硬岩掘进机的装载能力。

第二，为了能够更好地满足岩巷掘进的实际运输需求，在装载星轮的工艺设计上，可以采用高强铸件与超耐磨钢相结合的工艺模式，进一步提高装载星轮的耐磨性能。

第三，在铲板体的设计上应设计为可拆卸式（如图1所示），从而在严重磨损下只需要更换耐磨板就可以恢复整个铲板的实际使用需求。

第四，可采用22×86高强度刮板链，提高硬岩掘进机的抗磨损与抗拉伸能力。尤其是针对小块硬岩物料可能对装运系统带来的磨损与卡链等问题，我们可以在运输槽内的易磨损部位用耐磨材料予以覆盖或者覆盖可拆卸耐磨板，从而提高刮板链以及驱动链轮的强度等级，提高其抗磨性能，并且通过全程压链进一步减少压力板与刮板链之间存在的间隙，最大程度地降低卡链风险，从而确保硬岩掘进机的装载运行能力，满足全岩巷道的掘进要求。

5 对行走机构的设计优化

针对全岩巷道掘进过程中，岩石底板较硬极易产生局部应力集中的现象，我们可以对硬岩掘进机的履带行走机构进行设计优化。

第一，为了有效降低履带板的弯曲应力，支重轮可采取中间导向两侧支撑的结构模式。

第二，采用液压张紧装置，提高工作效率。

第三，采用锻造整体履带板，提高履带板的强度与使用寿命。

6 对液压系统的设计优化

第一，为了有效解决硬岩掘进机在截割与装运岩石物料时的压力油分配问题，在硬岩掘进机液压系统的设计优化上，可让液压系统主泵站，采取由一台电动机驱动一台两联恒功率变量柱塞泵的模式，分别向硬岩掘进机的油缸回路、行走机构、装载机构、输送机回路进行压力油的提供，从而有效降低系统的发热量。此外，在液压系统中还应该配置有单独的液压马达驱动补油系统，从而有效避免在补油的过程中对油箱所造成的污染。

第二，为了有效解决硬岩掘进机截割液压系统发热量过大这一问题，可采用进口高校板翅式冷去器作為截割液压冷却系统，提高截割冷却系统的冷却效率。

7 对电气系统的设计优化

在硬岩掘进机电气系统的设计优化上，我们着重于对断面监视系统的加装，从而拓展原有硬岩掘进机型的可控制性。而掘进机监控状态的显示，主要是利用各种传感器以及检测设备，对硬岩掘进截割断面、截割位置、电气系统、机械系统等各项参数的采集、分析、显示、储存与诊断进行支持的。同时，硬岩掘进机的电气系统还可以与井下的远程监控系统予以智能化结合，进而通过远程遥控技术，实现对掘进机的远程准确操控。此外，还可以在地面检测掘进机的实际运行参数，从而为远程故障诊断得以实现提供有力的依据。

8 对除尘系统的设计优化

除了要选择高效离心风机，对掘进巷道工作面内的所有粉尘进行有效控制与处理的同时，还应该做好以下几点的设计优化。

第一，因为原硬岩掘进机的除尘风机内十分容易积水，因此也极易导致电机被烧毁。所以，我们应该对此进行设计优化，为风机设计一个排水阀，并且将电机提高到IP65，从而有效抑制電机进水、被烧坏的问题发生。

第二，因原来所使用的附壁风筒往往都是钢结构，因此重量也较大，致使工人在同时移动供风风筒与岩巷道时带来了较大的劳动强度，同时，由于井下的巷道往往过窄，因此，钢材质的风筒也极易因移动时所造成的挤压而产生变形，无法形成风幕，严重影响到实际除尘效果。所以，我们在设计过程中应该选用与普通风筒材料相同的柔性附壁风筒代替原钢制风筒，一方面其重量轻，易于移动；另外一方面当其受到挤压时因为具备一定的柔性，所以也不易造成变形、损坏。

9 结语

综上所述，该文笔者对EBZ300悬臂式硬岩掘进机的设计优化进行了粗浅的探讨，也希望通过该文笔者的粗浅阐述，能够让更多的人们清楚地认识到，做好硬岩掘进机的开发与研制工作早已成为当前掘进机开发与研制的重点。尤其是针对当前全岩巷道掘进工程数量的日益加剧，开发与研制出符合全岩巷道快速掘进的掘进机则具有十分重要的现实意义。所以，该文笔者对该台掘进机进行了各项参数的设计优化，以期为开发与研制更多符合全岩巷道掘进要求的硬岩掘进机型提供有益的参考与借鉴。

参考文献

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