郁晗，王凯

(无锡工艺职业技术学院，江苏无锡 214202)

油缸迈步式薄煤层采煤机牵引部及液压系统设计

郁晗，王凯

(无锡工艺职业技术学院，江苏无锡 214202)

为了适应煤层厚度为0.85～1.4 m的薄煤层，采煤机的机身高度要降低。介绍一种新型油缸迈步式薄煤层采煤机，对采煤机的液压系统进行了重新设计，详细介绍了行走机构的结构及其运行方式。该油缸迈步式薄煤层采煤机运行更加平稳、能效高，制动效果更好，机身高度仅350 mm。

滚筒采煤机;迈步式;液压系统;薄煤层

我国矿产丰富，随着采掘机械化发展，中厚煤层即将开采殆尽，而薄煤层储量丰富，亟需开采［1－4］。为了适应煤层厚度为0.85～1.4 m的薄煤层，采煤机要尽可能降低机身高度。目前薄煤层采煤机多采用双电机摇臂以降低机身高度，而关于行走部方便的改进鲜有文献记载。采煤机的行走部是采煤机的重要组成部分之一，安装在采煤工作面的老塘侧。采煤机行走部多采用无链牵引，其形式主要分为以下3类:(1)驱动轮—齿条系统;(2)传动链—齿链系统;(3)液压缸推进系统。

传统的齿轮—销排行走方式中，减小行走齿轮齿数和模数，虽然可以降低齿轮圆周尺寸，但也会导致齿轮强度不足，因此，行走轮成为降低机身高度的瓶颈。虽然液压牵引早已被电牵引替代，但是在薄煤层这种特殊的作业环境下，液压缸牵引系统因结构简单、体积小等特点而成为薄煤层采煤机牵引行走部的设计发展方向。

1 油缸迈步式采煤机介绍

油缸迈步式采煤机应用液压缸牵引技术，采用仿生机器人的原理，爬行前进。采用3组行走机构交替工作，以带动采煤机移动。牵引行走部主要由液压泵站和行走机构组成。液压泵站为采煤机行走提供动力;行走机构作为采煤机行走的执行机构，如图1所示，由两组油缸组成。工作时，锁紧油缸伸出，将导向滑靴固定在销轨上，推进油缸伸出推动采煤机移动;空行程时，锁紧油缸收回，推进油缸收回，准备下次移动。

图1 采煤机行走机构

2 液压系统图及回路说明

选用恒功率负载敏感容积节流调速回路，液压原理如图2所示。

该液压系统所用的液压泵为恒功率变量泵［5］。为了保证系统的效率，采用双泵供液，当推进油缸处于空行程时，通过换向阀，将油源切换为低压供液;当推进油缸处于工作状态时，切换为高压供液。这种方法不仅有利于能量分配，而且大大提高系统的效率。恒功率液压泵输出的压力油进入换向阀，驱动调高油缸2、推进油缸6、锁紧油缸 7;从换向阀流出的压力油经过散热器1，流回油箱。

图2 油缸迈步式薄煤层采煤机液压原理图

调高油缸和锁紧油缸进口装有液压锁3，其工作原理是一个油腔正向进油时，另一腔反向出油，反之亦然，当两腔正向不进油时，反向也不通，不受外界负荷干扰，起到锁的作用。

3 工作原理

图3 3组行走机构动作示意图

油缸迈步式采煤机的工作原理为:推进液压缸水平布置，缸体铰接于机身上，活塞杆铰接于导向滑靴上;锁紧液压缸竖直布置，若活塞杆直接插入销轨，则行走所需牵引力全部加在锁紧液压缸活塞杆上，造成活塞杆弯曲。因此，活塞杆铰接于导向滑靴上，缸体放入导向滑靴中，导向滑靴限制缸体4个自由度，只能轴向运动和绕轴向转动，这样布置可以将牵引力转移到导向滑靴上，从而保护锁紧液压缸。锁紧液压缸缸体向上 (下)移动，锁紧 (解锁)导向滑靴，从而达到行走的目的。3组行走机构动作示意图如图3所示。

图中表示采煤机机身向左向右运动3个行走机构的6个运动顺序，以此循环。三组行走机构依次用行走机构Ⅰ、行走机构Ⅱ和行走机构Ⅲ表示，推进油缸活塞杆后面的固定符号表示锁紧油缸工作，进而固定导向滑靴。

该采煤机采用油缸迈步式行走方式，3组行走机构两组布置在机身外侧，一组布置在机身内侧，交替工作，使采煤机在截割煤岩过程中可以平稳行走;防爆电机驱动变量泵运转，将高压液压油送入油缸中，换向阀实现液压缸的换向。当推进油缸工作时，系统压力较高，采用高压泵供液;当推进油缸回程时，采用低压泵供液，可有效提高液压泵站的效率，避免能量损耗。

单个行走机构工作流程:以行走机构Ⅰ为例，工作时，锁紧油缸伸出，带动楔形块Ⅱ水平运动，在楔形块Ⅱ的挤压下，楔形块Ⅰ向下运动，楔形块Ⅰ的下部插入刮板输送机的销轨中，以固定导向滑靴，推进油缸伸出，带动采煤机运动;空程时，锁紧油缸收回，带动楔形块Ⅱ收回，楔形块Ⅰ依靠弹簧的反作用力被顶起，导向滑靴处于自由状态，推进油缸收回，为下一次工作做好准备。

采煤机整体行走流程:初始位置，行走机构Ⅰ的推进油缸完全伸出行走机构和行走机构Ⅲ的推进油缸完全缩回。下一时刻，行走机构Ⅰ的锁紧油缸伸出，插入销排从而固定导向滑靴，推进油缸小腔供液;行走机构Ⅱ处于换向阶段，定量泵向推进油缸大腔供液，使推进油缸快速伸出;行走机构Ⅲ的锁紧油缸伸出，插入销排从而固定导向滑靴，推进油缸大腔供液，这样可以使采煤机整体向左移动。下一时刻，行走机构Ⅰ和行走机构Ⅱ同时工作，行走机构Ⅲ处于换向阶段，再下一时刻，行走机构Ⅱ和行走机构Ⅲ同时工作，行走机构Ⅰ处于换向阶段。依次类推，保证同时有两组推进机构参加工作，使采煤机正常、平稳行走。采煤机整体向右移动的方法相同。

4 油缸迈步式薄煤层采煤机优点

(1)采用3个锁紧油缸同时插入销轨进行制动，与传统采煤机采用安装在截二轴上的液压制动器进行制动相比，制动效果更加直接、有效。

(2)采用3组行走机构交替工作，能保证采煤机在截割过程中运行平稳，安全可靠，无需改变与采煤机配套的刮板输送机的型号和外形尺寸。与传统采煤机行走轮－销排行走方式相比，其机身高度仅有350 mm，比传统采煤机降低了将近30%，行走机构通过阶梯轴和挡圈固定在中间箱上，方便零部件的拆卸和维护。

(3)所采用的油缸推进相当于把行走轮的圆周运动转变为直线运动，可以有效减小运动脉动，使得采煤机截割过程更加平稳。同时采用高低压泵站为行走机构进行供液，有效提高了液压泵站的效率，避免了能量损耗。

［1］王先锋.MG2×132/630-WD采煤机液压制动与调高系统设计［J］.煤矿机械，2010，31(7):1 －2.

［2］王德春.采煤机液压系统的改进设计［J］.煤炭技术，2006，25(4):12.

［3］王广春.MG300/700-WD采煤机液压系统的改进［J］.煤炭技术，2007，26(2):5 －7.

［4］祁永红，李耀东.采煤机液压调高系统的改造设计［J］.煤炭技术，2008，27(1):21 －22.

［5］杨毅.负载敏感变量泵启动噪声分析与试验研究［J］.流体传动与控制，2010(3):20－22.

Design of Haulage Unit and Hydraulic System of the Stepping-type Shear Based on Climbing Robot

YU Han，WANG Kai
(Wuxi Institute of Arts and Technology，Wuxi Jiangsu 214202，China)

The shear height needs to be reduced mostly in order to apply to the thin coal seam.A new cylinder-stepping-type shearer based on climbing robotwas introduced.The hydraulic system of shearer was redesigned，the structure and operationmode of the travel unitwere illustrated.The cylinder-stepping-type shearer for thin coal seam has the characteristics of running smooth，high energy efficiency and better braking effect，its body height is only 350 mm.

Shearer;Stepping-type;Hydraulic system;Thin coal seam

TD421.6

A

1001－3881(2014)10－144－2

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.044

2013－04－24

郁晗，男，本科，助理实验师。E－mail:yuhanwuxi@163.com。